充电保护定时系统电路设计原理解析

　　随着电子技术的不断发展，人们生活水平的不断提高，充电型电子设备的种类和数量也跟着迅猛发展，尤其是电动车和手机。这些电子设备在给我们生活和工作带来便捷的同时，充电的问题也使得人们不厌其烦，电动车大约需要充电8小时左右，手机大约需要充电3小时左右，然而当充电结束后，人们经常忘记拔掉电源，更有甚者给电池充电达数天，这对电池的功能和使用寿命无疑是一种破坏。介于此，笔者萌生了自己动手设计制作一个数显可调定时器的想法，来解决一些生活中的问题。

　　数显可调定时器数显可调定时器

　　通过小时和分钟的"加""、减"按键对需要的定时时间进行预设，确定无误后，按下启动按键，定时开始，这时，数码管便会从预设时间开始倒计时，同时充电发光二极管每秒闪烁一次，当计时到零后，充电发光二极管由闪烁状态变成常亮，继电器动作，切断充电电源。假如电路在运行时出现故障或者运行错误，需要按单片机的复位键，然后对定时时间重新调整后，按启动按键，重新开始定时。

　　电路框图如图1所示。电路原理图如图2所示。

　　图1 电路方框图

　　图2 电路原理图

　　输入部分

　　输入部分有五个按键组成，分别是分钟+10、分钟-10、小时+1、小时-1和设置完成按键。定时器的初始值是8小时。使用前，先通过这五个按键进行定时时间的设置，分钟设置键的分辨率之所以10分钟为一个步进阶梯完全是考虑的实际的需要，因为无论是电动车还是手机，都没有必要以一分钟为单位，当然，使用者可以根据自己的需要动手修改程序，已达到自己的要求。

　　本制作所使用的按键均为四脚封装常开型按键，使用前需通过万用表对引脚进行测量来确定那组引脚作为开关使用，当然也可以直接使用对角线引脚作为开关按键，另外两个引脚悬空，便不会出现问题。同时需要提醒的是，电路板上另外一个按键是单片机的复位按键，电路正常工作时不要去触摸。输入部分的电路工作原理就是单片机对按键的识别，如图3所示，单片机的P1口通过上拉电阻接高电平，当没有按键按下时，P1.0～P1.4 的管脚电压为高电平，如果某一个按键按下，相应的单片机并口就会被拉低为低电平。编程时，只要扫描P1.0～P1.4的状态，便能完成对按键的识别。

　　图3 输入部分

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　　控制部分

　　控制部分采用AT89S51(＄0.7830)单片机作为控制器，它把按键的信息采集过来后，经过单片机内部的定时计数器T0运算，完成相应的定时，同时单片机的并口也会将信息输出给显示部分和输出部分。控制部分的主要工作原理就是利用了单片机内部的定时/ 计数器T 0 ， 由于它的最大定时时间只有6 5 m s左右，所以，本制作利用T0的方式一，每次定时50ms，循环1200次，来实现精确的一分钟定时。误差在微秒级。

　　图4 单片机最小系统

　　显示部分

　　显示部分由两个发光二极管和一个三位一体的数码管组成。红色发光二极管为电源指示灯，当电源通电其发光，断电其熄灭。黄色发光二极管为充电指示灯，充电开始后，它每秒亮灭一次，充电完成后，其亮灭闪烁变为常亮。在设计阶段，笔者还建议在输出继电器加第三个发光二极管，作为继电器吸合或断开的指示灯，切忌一开始就加接强电，危险极大。数码管是三位一体共阳极封装，高位数码管显示小时，其它两个数码管显示分钟。数码管电路的主要工作原理就是电路驱动和动态扫描。

　　如图5所示，数码管的段驱动采用自带BCD译码的4线7段译码驱动器74LS247。位驱动则采用八同相三态缓冲器/线驱动器的74HC244(＄0.1062)，由于它集成了八个同相驱动器，所以可以驱动八个数码管。

　　图5 显示部分

　　数码管动态扫描就是利用人眼的视觉暂留现象，某一时刻只有一位数码管显示，其它熄灭，通过位选切换，快速的在三个数码管上依次显示所需信息，由于速度很快，加上数码管的余辉现象和人眼的视觉暂留现象，使得人们能够看到完整流畅的三个数字。

　　输出部分

　　输出部分主要是一个能控制220V市电通断的继电器。继电器的驱动部分则采用达林顿晶体管阵列ULN2003A(＄0.1200)（见图6）。

　　图6 输出部分

　　它其实就是集成了七个继电器驱动的集成电路，所以本制作可以扩展输出七个继电器，能满足七个用电器的七种不同定时，当然，要实现此功能还需要修改程序。读者也可以用分立元件来替代ULN2003A。