本電源定時插座有三個操作按鍵S1、S2、S3，并用兩位LED 數(shù)碼管顯示定時時間。其中S2、S3兩個按鍵分別預(yù)置、設(shè)定個位和十位數(shù)的定時時間值，設(shè)定的定時時間調(diào)整范圍是0 ~ 99 分鐘，用一個S1 按鍵做定時插座的“啟動/ 停止”操作按鍵。

并且程序中添加了蜂鳴器提示音部分，該部分程序功能是：每按下一次S1、S2 或者S3 按鍵，蜂鳴器就會發(fā)出“嘀”的一聲響，以確定按鍵按下的有效性。

計時程序采用倒計時遞減計數(shù)的工作方式工作，程序在運行時，時間每過一分鐘數(shù)碼管的個位顯示值減“1”，每過十分鐘數(shù)碼管“十位顯示值”減“1”。

預(yù)設(shè)定時時間一到，插座自動切斷AC220V 電源輸出，同時蜂鳴器報警。直至再次按下“啟動/ 停止”按鍵S1 才能解除蜂鳴器的報警聲，同時二位數(shù)碼管再次顯示上一次預(yù)置的定時時間。程序也再次回復(fù)到初始狀態(tài)并可隨時預(yù)置下一次定時插座輸出AC220V 電壓供給的定時時間。

電路硬件部分如圖1 所示。

圖1 電路硬件部分

電源部分電路：AC220V 交流市電從電路圖1中左下端的三孔插頭輸入到本定時插座中，其中“火線”L 分為兩路分別加在控制電壓輸出繼電器J1 的定觸點④端和電源變壓器T1 的初級繞組的保險絲管上，“零線”N 端加在輸出插座JP1 的N 端和電源變壓器T1 的另一端，“接地線”E 端則與輸出插座的接地端E 相連，輸出插座JP1 的“火線端”L則受控于繼電器J1 的動觸點①端。由T1 電源變壓器將AC220V 交流市電變換為AC12V 電壓后加在由D2~D5 組成的橋式整流電路的兩個橋臂端，再經(jīng)C1 濾波、MC7805 穩(wěn)壓、C3、C2 高、低頻濾波后得到穩(wěn)定的DC5V 直流電壓作為整機的工作電源。

本電源定時插座的主控MCU 芯片為PIC16F627 單片機。PIC16F 系列單片機優(yōu)點之一是：

端口驅(qū)動電流大，每個端口的拉電流或者灌電流均大于20mA，這樣用它的端口驅(qū)動能力就可以直接驅(qū)動LED 數(shù)碼管了，無需在加驅(qū)動三極管，使得該插座的硬件電路設(shè)計變得十分簡潔。

PIC16F627 單片機端口的設(shè)置：

單片機的RA 有6 個I/O 端口，用RA《5 ：0》

表示。本應(yīng)用中RA0-RA2 設(shè)置為輸出端口；其中RA0、RA1 端口分別用于兩個數(shù)碼管的“個位”和“十位”的“位碼”驅(qū)動，RA2 用于控制三極管Q3 的b 極工作，連帶控制繼電器J1 觸點的閉合與否，進而，控制了定時插座JP1 的AC220V輸出電壓的有無。RA3 端口設(shè)置為輸入/ 輸出分時二重復(fù)用工作狀態(tài)：①作輸入端口時：用作定時插座的“個位定時時間預(yù)置調(diào)整鍵”;②作輸出端口時：用于驅(qū)動LED1 發(fā)光二極管做為本定時插座的工作指示燈。在定時插座沒有進入定時輸出供電的情況下，RA3 作為輸入端口，保持了用于設(shè)置定時器的個位數(shù)碼預(yù)置數(shù)的設(shè)置功能；在插座工作輸出電壓的情況下，RA3 轉(zhuǎn)換為輸出端口，用于驅(qū)動LED1 作為插座的工作指示燈。

RA4 端口設(shè)置為輸入端口，用于定時時間的十位數(shù)值預(yù)置調(diào)整鍵。RA5 端口為輸入端口，與之相接的按鈕開關(guān)S1 為“啟動/ 報警解除按鍵”。

RB 端口的設(shè)置：電路中PIC16F627 的RB 端口設(shè)置為輸出端口。其中RB0-RB6 端口分別用于LED 數(shù)碼管的“a-g”7 個“段碼”的驅(qū)動，因這里選用的是LG5621BH（紅色）共陽極LED 數(shù)碼管，故而，只有當(dāng)RB0-RB6 端口輸出“低電平”時，LED 數(shù)碼管所對應(yīng)的“a-g”碼段才能被點亮。RB7 端口用于驅(qū)動有源蜂鳴器，在RB7端口輸出高電平時，該高電平電壓通過1k 電阻R9 加至三極管Q4 的b 極上，Q4 導(dǎo)通，蜂鳴器鳴響報警。

電源定時插座功能：定時插座初始上電時，兩位數(shù)碼管顯示值為：“99”，并處于停止走時的待機狀態(tài)，其輸出插孔JP1 沒有電壓輸出。要是此時按下個位定時時間數(shù)值預(yù)置調(diào)整鍵S3，則個位數(shù)碼管從當(dāng)前的顯示值減小“1”個數(shù)，如，第一次按下S3 并且釋放按鍵后，個位數(shù)碼管顯示值由“9”變?yōu)椤?”，再按一次S3，顯示值變?yōu)椤?”，……直至顯示值變?yōu)椤?”，再從“0”回到“9”往復(fù)循環(huán)顯示。

十位定時時間預(yù)置調(diào)整按鍵S2 功能與S3 相同，只不過每按動S2 一次，并且釋放后，十位數(shù)碼管顯示值減小“1”，同樣，顯示值也是從9 → 8 → 7 →…→ 0 → 9 往復(fù)循環(huán)顯示。S1 為啟動/ 報警解除鍵。

當(dāng)?shù)谝淮伟磩覵1 按鈕時，定時插座進入工作狀態(tài)：

RA2 端口輸出高電平，此高電平經(jīng)過1K 限流電阻R8 加在三極管Q3 基極b 上，Q3 導(dǎo)通，繼電器J1 吸合，J1 的①、④ 觸點閉合，AC220V 交流市電的“火線”L 經(jīng)繼電器的定、動觸點④、①加至本插座的輸出JP1 的L 端口，從而JP1 插孔輸出AC220V 交流電壓，同時交流電壓輸出指示燈LED2 被點亮，表示插座有AC220V 電壓輸出。

同時，定時時間以倒計時的方式開始計時、遞減，定時時間為分鐘，定時時長從數(shù)碼管當(dāng)前的顯示值開始到顯示00 結(jié)束。在倒計時的時間范圍內(nèi)，LED1 工作指示燈開始以2S 的頻率閃爍點亮、熄滅一次，并且每過一分鐘，數(shù)碼管的個位顯示值遞減“1”個數(shù)；每過10 分鐘，數(shù)碼管的十位顯示值減“1”，當(dāng)數(shù)碼管顯示值為“00”時，再過60 秒鐘， 輸出插孔JP1 斷電，AC220V 輸出電壓指示燈LED2 同時熄滅；蜂鳴器開始報警鳴響。

在蜂鳴器報警其間內(nèi)，數(shù)碼管始終顯示“00”值不變、LED1 工作指示燈停止閃爍，并且處于常亮狀態(tài)。直至再次按下S1 按鍵時蜂鳴器才能停止報警；數(shù)碼管顯示值跳回到上一次預(yù)置的定時時間的數(shù)值上，LED1 熄滅。

在倒計器的定時時間范內(nèi)，S1 ~ S3 按鍵功能均被屏蔽、失效，不能使能。

程序設(shè)計要點：程序設(shè)計包括PIC16F627 初始化程序，主程序，1 分鐘定時中斷子程序，蜂鳴器提示音子程序，查數(shù)碼表子程序等組成。

本程序設(shè)計中，LED1 閃爍點亮速度設(shè)置不宜太快或太慢，LED1 閃爍點亮速度太快，會使人看了后心理產(chǎn)生太“忙碌”， 感受心慌，閃爍的太慢又經(jīng)C1 濾波、MC7805 穩(wěn)壓、C3、C2 高、低頻濾波后得到穩(wěn)定的DC5V 直流電壓作為整機的工作電源。

本電源定時插座的主控MCU 芯片為PIC16F627 單片機。PIC16F 系列單片機優(yōu)點之一是：

端口驅(qū)動電流大，每個端口的拉電流或者灌電流均大于20mA，這樣用它的端口驅(qū)動能力就可以直接驅(qū)動LED 數(shù)碼管了，無需在加驅(qū)動三極管，使得該插座的硬件電路設(shè)計變得十分簡潔。

PIC16F627 單片機端口的設(shè)置：

單片機的RA 有6 個I/O 端口，用RA《5 ：0》

表示。本應(yīng)用中RA0-RA2 設(shè)置為輸出端口；其中RA0、RA1 端口分別用于兩個數(shù)碼管的“個位”和“十位”的“位碼”驅(qū)動，RA2 用于控制三極管Q3 的b 極工作，連帶控制繼電器J1 觸點的閉合與否，進而，控制了定時插座JP1 的AC220V輸出電壓的有無。RA3 端口設(shè)置為輸入/ 輸出分時二重復(fù)用工作狀態(tài)：①作輸入端口時：用作定時插座的“個位定時時間預(yù)置調(diào)整鍵”;②作輸出端口時：用于驅(qū)動LED1 發(fā)光二極管做為本定時插座的工作指示燈。在定時插座沒有進入定時輸出供電的情況下，RA3 作為輸入端口，保持了用于設(shè)置定時器的個位數(shù)碼預(yù)置數(shù)的設(shè)置功能；在插座工作輸出電壓的情況下，RA3 轉(zhuǎn)換為輸出端口，用于驅(qū)動LED1 作為插座的工作指示燈。

RA4 端口設(shè)置為輸入端口，用于定時時間的十位數(shù)值預(yù)置調(diào)整鍵。RA5 端口為輸入端口，與之相接的按鈕開關(guān)S1 為“啟動/ 報警解除按鍵”。

RB 端口的設(shè)置：電路中PIC16F627 的RB 端口設(shè)置為輸出端口。其中RB0-RB6 端口分別用于LED 數(shù)碼管的“a-g”7 個“段碼”的驅(qū)動，因這里選用的是LG5621BH（紅色）共陽極LED 數(shù)碼管，故而，只有當(dāng)RB0-RB6 端口輸出“低電平”時，LED 數(shù)碼管所對應(yīng)的“a-g”碼段才能被點亮。RB7 端口用于驅(qū)動有源蜂鳴器，在RB7端口輸出高電平時，該高電平電壓通過1k 電阻R9 加至三極管Q4 的b 極上，Q4 導(dǎo)通，蜂鳴器鳴響報警。

電源定時插座功能：定時插座初始上電時，兩位數(shù)碼管顯示值為：“99”，并處于停止走時的待機狀態(tài)，其輸出插孔JP1 沒有電壓輸出。要是此時按下個位定時時間數(shù)值預(yù)置調(diào)整鍵S3，則個位數(shù)碼管從當(dāng)前的顯示值減小“1”個數(shù)，如，第一次按下S3 并且釋放按鍵后，個位數(shù)碼管顯示值由“9”變?yōu)椤?”，再按一次S3，顯示值變?yōu)椤?”，……直至顯示值變?yōu)椤?”，再從“0”回到“9”往復(fù)循環(huán)顯示。

十位定時時間預(yù)置調(diào)整按鍵S2 功能與S3 相同，只不過每按動S2 一次，并且釋放后，十位數(shù)碼管顯示值減小“1”，同樣，顯示值也是從9 → 8 → 7 →…→ 0 → 9 往復(fù)循環(huán)顯示。S1 為啟動/ 報警解除鍵。

當(dāng)?shù)谝淮伟磩覵1 按鈕時，定時插座進入工作狀態(tài)：

RA2 端口輸出高電平，此高電平經(jīng)過1K 限流電阻R8 加在三極管Q3 基極b 上，Q3 導(dǎo)通，繼電器J1 吸合，J1 的①、④ 觸點閉合，AC220V 交流市電的“火線”L 經(jīng)繼電器的定、動觸點④、①加至本插座的輸出JP1 的L 端口，從而JP1 插孔輸出AC220V 交流電壓，同時交流電壓輸出指示燈LED2 被點亮，表示插座有AC220V 電壓輸出。

同時，定時時間以倒計時的方式開始計時、遞減，定時時間為分鐘，定時時長從數(shù)碼管當(dāng)前的顯示值開始到顯示00 結(jié)束。在倒計時的時間范圍內(nèi)，LED1 工作指示燈開始以2S 的頻率閃爍點亮、熄滅一次，并且每過一分鐘，數(shù)碼管的個位顯示值遞減“1”個數(shù)；每過10 分鐘，數(shù)碼管的十位顯示值減“1”，當(dāng)數(shù)碼管顯示值為“00”時，再過60 秒鐘， 輸出插孔JP1 斷電，AC220V 輸出電壓指示燈LED2 同時熄滅；蜂鳴器開始報警鳴響。

在蜂鳴器報警其間內(nèi)，數(shù)碼管始終顯示“00”值不變、LED1 工作指示燈停止閃爍，并且處于常亮狀態(tài)。直至再次按下S1 按鍵時蜂鳴器才能停止報警；數(shù)碼管顯示值跳回到上一次預(yù)置的定時時間的數(shù)值上，LED1 熄滅。

在倒計器的定時時間范內(nèi)，S1 ~ S3 按鍵功能均被屏蔽、失效，不能使能。

程序設(shè)計要點：程序設(shè)計包括PIC16F627 初始化程序，主程序，1 分鐘定時中斷子程序，蜂鳴器提示音子程序，查數(shù)碼表子程序等組成。

本程序設(shè)計中，LED1 閃爍點亮速度設(shè)置不宜太快或太慢，LED1 閃爍點亮速度太快，會使人看了后心理產(chǎn)生太“忙碌”， 感受心慌，閃爍的太慢又會使人疑惑定時插座是否在走動、工作，以每2S鐘的頻率點亮、熄滅一次為妥。另外電路中增加了LED2 作為AC220V 輸出電源指示燈，當(dāng)定時插座工作時，LED2 點亮，表示JP1 插孔有AC220V電壓輸出；LED2 熄滅則表示電源JP1 插孔無AC220V 電壓輸出，以示確認插孔有否AC 電壓輸出。

PIC16F627 單片機初始化程序如下。

;*****【PIC16F627 初始化程序】***************

START

BCF STATUS，6

BSF STATUS，5

; 置STAUUS 寄存器的RP1=0，RPO=1

MOVLW 0

MOVWF TRISB

; 設(shè)B 口為輸出

MOVLW 0F8H

MOVWF TRISA

; 設(shè)A 口的R2-R0 位為輸出

; 設(shè)A 口的R5-R3 位為輸入

MOVLW 07H

MOVWF OPTION_REG

; 設(shè)置選項寄存器分頻器：TMR0

; 分頻比值設(shè)為：1 ：256

BCF STATUS，5

MOVLW 07H

MOVWF CMCON

; 置數(shù)07H 到CMCON

; 關(guān)閉16F627 內(nèi)部比較器

MOVLW 0

MOVWF PORTB

; 清B 口

;---------- 以下為開中斷設(shè)置--------

MOVLW 0A0H

MOVWF INTCON

; 開TMR0 中斷使能位

; 和全局中斷使能位

BCF INTCON，T0IF

MOVLW TMR0_B

; 清TMR0 中斷標(biāo)志為

MOVWF TMR0

; 向TMR0 賦初值

; 并啟動TMR0 定時器

;*******【初始化程序結(jié)束】*********************

程序設(shè)計流程模塊，主程序框圖如圖2 所示。

圖2 主程序流程框圖

1 分鐘定時中斷子程序流程圖如圖3 所示。

圖2 1 分鐘定時中斷子程序流程圖

數(shù)碼管顯示子程序流程圖如4 所示。

圖4 數(shù)碼管顯示子程序流程

按鍵提示音子程序段如下，供參考。

;------ 按鍵提示音子程序開始-----;

FMQ

; 蜂鳴器提示音子程序

BSF PORTB，7

;RB《7》 端口輸出“高電平”，使Q4 導(dǎo)通，蜂鳴器LS1 鳴響。

CALL DELAY_0.2S

; 調(diào)用0.2S 延時子程序，讓蜂鳴器響0.2S.

BCF PORTB，7

;RB《7》 輸出“低電平”，讓Q4 截止，蜂鳴器關(guān)閉

RETURN

; 蜂鳴器子程序返回。

;----- 按鍵提示音子程序結(jié)束------;

程序設(shè)計要點：1） 本定時器使用了PIC16F627 的一個定時器模塊TMI0，并用TMI0 做了50mS 定時中斷，再用寄存器“遞減、判零”語句：

“DECFSZ F”判斷20×60 次中斷到了與否來確定顯示1 分鐘時間的界限，1 分鐘未到，繼續(xù)顯示當(dāng)前的數(shù)碼值，1 分鐘到了，從當(dāng)前顯示的數(shù)碼值減“1”后在顯示1 分鐘……，這樣：每過1 分鐘數(shù)碼管個位顯示值就減“1”，每過10 分鐘，十位數(shù)碼管顯示值就減“1”，直到兩位數(shù)碼管的顯示值減到“00”為止。2）定時器如何區(qū)分：預(yù)置顯示程序和定時工作顯示程序。在此程序設(shè)計中是用了一個寄存器的標(biāo)志位加以區(qū)分的，標(biāo)志位為“0”，執(zhí)行預(yù)置顯示程序；標(biāo)志位為“1”，執(zhí)行定時器工做程序。

3）按鍵的防抖動問題，機械按鍵在按下和抬起的瞬間均存在著多次接通與斷開的情況，加之單片機執(zhí)行程序的速度非常之快，即在瞬間（1μS 時間內(nèi)）即可檢測到開關(guān)的閉合與斷開的狀態(tài)，故而，必須要做好S1-S3 按鍵開關(guān)的防抖問題，防抖使用軟件來解決，具體方法是在按鍵按下和抬起的過程中均加有延時程序，一般延時時間取10mS 左右為宜，這樣即解決了按鍵的防抖問題，又不至于讓人感覺按鍵反映的速度太慢。4）調(diào)用顯示查表程序，用查表法作數(shù)碼管的數(shù)碼值顯示是程序設(shè)計中慣用的手段之一，它可使軟、硬件設(shè)計變得更加的簡潔、易懂。但本定時器設(shè)計中把數(shù)碼管的小數(shù)點位用作了“工作指示燈”，又由于數(shù)碼管采用的是“動態(tài)掃描”的方法點亮工作的，查表碼會發(fā)生了變化。以下列出了本項目此共陽極數(shù)碼所用的查表程序的碼表見表1.

表1

如將碼表的值“顛倒”書寫：RETLW 0X40 寫在最前面；RETLW 0X10 寫在最后面，則本定時插座就變成了“正”定時插座了。

程序在總體設(shè)計上是以模塊化為主，這樣讀起來思路較易清晰，流程更加明確。

元器件選擇：電路中電源變壓器T1 要選用功率大于3W、次級輸出電壓為AC12V ~ AC15V 的變壓器，這樣才能保證在繼電器工作時不至于使T1次級輸出的DC 電壓降的太低而影響單片機的正常工作。LS1 選擇5V 有源蜂鳴器。J1 也可以選擇其它型號的產(chǎn)品，J1 線圈工作電壓高，其工作電流就小，對電路電壓降低值影響就小，J1 觸點電流應(yīng)選擇大于10A 為宜，避免該定時插座在帶動大的交流負載時觸點被燒蝕的可能性。數(shù)碼管選用2 位一體近日筆者發(fā)現(xiàn)，一些人在農(nóng)村的街頭巷尾、集貿(mào)市場高聲叫賣“高效電子節(jié)能器”。據(jù)商販宣稱：這種高科技產(chǎn)品獲得國家專利，每只可帶負載1500~3000W.價格便宜，一個只有十塊錢，一般的家庭用1 個就行了，如果家里的電器多的可多買。好用且使用方便，買回家后，只需將電子節(jié)能器的兩腳插頭插在家中任意兩眼插座上，即可節(jié)電30~50%，甚至更多。

為了讓圍觀者相信該電子節(jié)能器的節(jié)電效果，商販還在現(xiàn)場做演示。演示的方法是：把100W 的燈泡接在一個電表上，接通電源后，電表飛快地轉(zhuǎn)動。

然后商販又把“電子節(jié)能器”插在事先準(zhǔn)備好的插座上，電表鋁盤轉(zhuǎn)速立即慢了一半還多。一些村民親眼看了后，對電子節(jié)能器能節(jié)電的效果深信不疑。

紛紛索要產(chǎn)品介紹，使用說明書，詢問使用方法，許多人解囊掏錢購買。這種“電子節(jié)能器”真的能節(jié)電嗎？

為弄個究竟，筆者買回一只電子節(jié)能器進行了作 者街頭叫賣的“電子節(jié)能器”能節(jié)電嗎？

馬祥琴化的共陽極數(shù)碼管。晶振選用4MHz 的。

安裝、制作、調(diào)試時要注意：由于電路中有AC220V 電壓接入，建議定時插座在調(diào)試階段暫時不接插座JP1 的AC220V 電壓，以策人身安全。待程序調(diào)試通過后在將AC220V 電壓接通，保證整機的調(diào)試階段是在安全電壓下進行的。電路中元件沒有特殊要求，保證安裝、焊接的正確性就可以了，PIC16F627 芯片要裝在IC 插座中，以便于隨時取下重新燒寫程序。

程序燒寫：文章附帶的（。hex）文件讀者可直接用來將其燒錄到PIC16F627 芯片中。燒寫程序中一定要注意編程器的“配置位”設(shè)置，它在PIC 單片機中起到舉足輕重的作用，萬萬不可忽視。

性能分析：

本定時插座1 小時產(chǎn)生的時間誤差約8S，這個定時插座定時精準(zhǔn)度不高是數(shù)碼管“動態(tài)顯示”和 TMI0 中斷相互影響，TMI0 溢出時要等程序做完才發(fā)生中斷，就會有延遲誤差，對于我們?nèi)粘Ｉ钪幸话闶褂?，其定時的精度也算是足夠高的了。