数字定时负载控制器设计

Question

求大家指点
（1）设计数字定时负载控制器；
（2）定时时间1～99分，数字显示，上电后显示默认定
时时间5分钟，负载断电；
（3） 按“+”或“_”键，设置时间加或减1；
（4）按“启动”键，开始倒计时，同时控制负载通电。
负载供电电压～220V，400W；
（5）倒计时为0时，负载断电；
（6） 设置一个负载通断电指示标志。

Answer 1

上午好☀️☀️☀️️
本答案参考通义千问

以下是针对你的问题提供的详细设计方案和解决方案。我们将使用嵌入式开发的基本思路来实现这个数字定时负载控制器。

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需求分析

1. 功能需求：

   • 设计一个数字定时器。
   • 默认定时时间为5分钟。
   • 可通过按键调整时间（±1分钟）。
   • 启动后进入倒计时模式，并控制负载通断电。
   • 倒计时结束时，自动断开负载。
   • 显示当前时间或状态。

2. 硬件需求：

   • 微控制器：如STM32、ATmega16等。
   • 键盘输入：用于设置时间和启动操作。
   • 数码管或LCD显示屏：用于显示时间。
   • 继电器模块：用于控制负载通断电。
   • 电源模块：用于为整个系统供电。

3. 软件需求：

   • 定时器功能实现。
   • 按键扫描与处理。
   • 数码管或LCD显示驱动。
   • 继电器控制逻辑。

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解决方案

1. 硬件设计

• 微控制器：选择STM32F103C8T6（性价比高，适合初学者）。
• 数码管：7段共阴极数码管，使用静态驱动方式。
• 键盘：4个按键（设置+、设置-、启动、复位）。
• 继电器模块：控制负载通断电，支持220V交流电。
• 电源模块：5V直流电源，用于微控制器和数码管。

2. 软件设计

以下是基于STM32的代码框架：

#include "stm32f1xx.h"
#include <stdio.h>

#define MAX_TIME 99    // 最大定时时间
#define DEFAULT_TIME 5 // 默认定时时间

volatile uint16_t current_time = DEFAULT_TIME * 60; // 当前定时时间（单位：秒）
volatile uint8_t is_running = 0;                   // 是否正在运行定时器
volatile uint8_t is_power_on = 0;                  // 负载是否通电

void Delay_ms(uint32_t ms);
void DisplayTime(void);
void UpdateDisplay(void);
void HandleKeys(void);
void ControlLoad(void);

int main(void) {
    // 初始化GPIO、定时器、按键和数码管
    RCC_APB2ENR |= (RCC_APB2ENR_IOPAEN | RCC_APB2ENR_AFIOEN); // 使能GPIOA和AFIO时钟
    GPIOA->CRH &= 0x00FFFF00;                                 // 配置PA0-PA3为输入
    GPIOA->CRH |= 0x000000FF;                                 // 配置PA4-PA7为输出（数码管）

    while (1) {
        HandleKeys(); // 扫描按键
        if (is_running) {
            current_time--; // 倒计时
            if (current_time == 0) {
                is_running = 0;
                is_power_on = 0;
                ControlLoad();
            }
            UpdateDisplay(); // 更新显示
        }
    }
}

// 按键处理函数
void HandleKeys(void) {
    if ((GPIOA->IDR & 0x01) == 0) { // 检测设置+按键
        current_time += 60;
        if (current_time > MAX_TIME * 60) {
            current_time = MAX_TIME * 60;
        }
        UpdateDisplay();
        Delay_ms(200); // 防抖动
    } else if ((GPIOA->IDR & 0x02) == 0) { // 检测设置-按键
        current_time -= 60;
        if (current_time < 60) {
            current_time = 60;
        }
        UpdateDisplay();
        Delay_ms(200);
    } else if ((GPIOA->IDR & 0x04) == 0) { // 检测启动按键
        if (!is_running) {
            is_running = 1;
            is_power_on = 1;
            ControlLoad();
        }
        Delay_ms(200);
    }
}

// 控制负载通断电
void ControlLoad(void) {
    if (is_power_on) {
        // 打开继电器
        // 示例代码：假设使用PA5控制继电器
        GPIOA->BSRR = (1 << 5);
    } else {
        // 关闭继电器
        GPIOA->BRR = (1 << 5);
    }
}

// 更新数码管显示
void UpdateDisplay(void) {
    uint8_t tens = current_time / 60;       // 十位
    uint8_t units = current_time % 60;      // 个位
    uint8_t seg_table[] = {0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8, 0x80, 0x90};

    // 显示十位
    GPIOA->ODR = seg_table[tens] << 4;
    Delay_ms(1);
    // 显示个位
    GPIOA->ODR = seg_table[units];
}

// 延时函数
void Delay_ms(uint32_t ms) {
    for (uint32_t i = 0; i < ms * 1000; i++) {
        __NOP();
    }
}

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关键点解析

1. 按键防抖动：

   • 使用Delay_ms函数防止按键误触发。

2. 继电器控制：

   • 使用GPIO直接控制继电器模块的开关状态。

3. 数码管显示：

   • 使用静态驱动方式，通过查表法将数字转换为对应的七段码。

4. 倒计时逻辑：

   • 每次循环中检查是否需要倒计时，倒计时结束后关闭负载。

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扩展功能

• 添加EEPROM存储功能，保存上次设置的时间。
• 增加蜂鸣器提示功能，在倒计时结束时发出提示音。

希望以上内容对你有所帮助！如果还有其他问题，请随时提问。