专利名称：电脑通用串行总线接口设备限时计时控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电脑USB (Universal Serial Bus,通用串行总线)接口设 备的限时计时控制器的设计及实施装置，尤其是对电脑USB外设的使用时间控制、 使用过程计时功能的设计，适用于USB设备限时使用、使用计时的操作过程。
背景技术：
目前，随着科技的发展，电脑等高科技成品日益增多，同时其所需要的外围 扩展设备也越来越多，USB外设作为一种方便、快捷的外围接口设备得到了广大 用户的青睐，但是几乎所有的电脑对其外围设备不具备限时计时的控制，特别是 在电脑游戏泛滥的时代，如何控制游戏时间成为了家长和老师急需解决的问题。 同时现阶段操作时间的控制都由电脑软件来实现操作，这些操作对电脑的运行情 况有很强的依赖性，并且只能对当前正在运行的电脑系统进行操作，而不能对某 一个特定的USB设备进行控制，给用户使用带来诸多不便。
除了利用软件来进行对电脑的计时控制外，还可以用硬件电路来控制某一个 特定的IISB设备从而达到对单一USB设备的限时、计时控制的目的。这样不但解决 了传统用软件无法解决的问题，同时实现了对USB控制新方法。
一方面，使得电脑某一特定外设限时操作可以准时结束而不影响其他的软、 硬件的正常运行，这解决了无数家长与老师担忧的问题。
另一方面，在对某一个需要计时操作过程时，例如计时性比赛、测试操作 完成时间等等，可以很方便、准确地读出使用设备、完成某一操作过程的时间。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种电脑通用串行总线接口设备限时计时
控制器，以达到可以对某一特定的USB设备进行控制操作，而不影响电脑的其他
软、硬件的正常运行的目的，而且还能作为计时器來准确计时，在不作为控制器 时可用作多功能电子时钟来使用。
技术方案传统对USB设备的计时限时操作，是通过定时软件对所用电脑系 统进行定时操作，设定时间到时将电脑关闭，从而达到限制USB设备使用的目的， 但这种操作对电脑系统有很强的依赖性，同时影响系统中其它软、硬件的正常使 用。而本实用新型所设计的硬件式USB设备限时计时控制器就解决了这个问题，
本装置利用电脑USB接口提供控制器所需的电源，以89S52单片机为核心结合 输入输出电路及显示电路，在处理器部分由89S52提供三路独立的定时器，输入 设备由拨码开关通过编码器输入到单片机，通过程序处理响应相应的控制来控制 USB设备，同时在显示器上同步显示。这样可以简单、准确、实时地对特定USB 设备进行操作，达到限时、计时控制的目的。
本发明所涉及的电脑通用串行总线接口设备限时计时控制器包括单片机最 小系统(1)、外围控制电路(2)、时间显示电路(3)、外围响应电路(4);其中， 单片机最小系统(1)的一组四位输入端口 P2 口的低四位与外围控制电路中的编 码器地址输出端A2、 Al、 AO及按键开关相连；单片机最小系统(1)的一组八位 输出端口 P0 口和一组四位输出端口 P2 口的高四位分别接时间显示电路(3)的 数码管八个段位和数码管的四位位选择端；单片机最小系统(1)的一组六位输 出端口P1 口的低六位与外围响应电路的蜂鸣器、继电器、数码管、指示灯连接； 外围控制电路(4)与时间显示电路(3)通过数码管相连显示控制状态。
所述的外围控制电路(2)是由八位拨码开关来实现运行模式的选择及调整 时间的时分切换，另设一按键开关作为调整的加一输入；八位编码开关接一片八 位上拉电阻，通过型号为"74LS148"的编码器编码然后将三位编码地址输入到 单片机最小系统(1)的三位数据输入口 P2.0-P2.2，按键开关连接到单片机最 小系统(1) 一个数据输入口 P2.3。
所述的时间显示电路是由四位带秒点显示的数码管来实现，以共阳接法连 接，其中四位数码管的共阳端A1、 A2、 A3、 A4分别通过三极管连到单片机最小 系统(1)的四位数据输出端P2.4、 P2.5、 P2.6、 P2.7口，数码管的八位段显示 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp分别连接到单片机最小系统(1)的一组八位数据输 出口PO. 0、 P0. 1、 P0. 2、 P0. 3、 P0. 4、 P0. 5、 P0. 6、 P0. 7口，从而实现四位数
码管的静态显示。所述的外围响应电路是由一个模式显示、蜂鸣响应邻，控制 来构成；模式显示数码管通过型号为"74LS164"数码管驱动芯片连接到单片机 最小系统，其中数码管驱动芯片的/CLR、 CLK、 A和B端分别连接到单片机最小系 统的三位数据输出口 P1.2、 P1.3、 P1.4口，蜂鸣器、继电器及指示灯分别通过 放大电路连接到单片机最小系统的三位数据输出端Pl.O、 Pl.l、 P1.5口，通过 单片机最小系统(1)从输出端输出数据来控制外围响应电路(4)。
所述的电源VCC由所需控制USB接口的内部电压来提供，同时还加入外部电 源方式，包括干电池供电和市电供电方式，单片机最小系统(1)电源VCC部分 包括降压、稳压电路，干电池和外部电源连接到单片机最小系统(1)的VCC端。
有益效果该设计和实施装置实现了用硬件来控制某一特定的USB外设的功 能，有效地解决了用软件计时控制时影响系统其它软、硬件正常使用的问题。因 为该设计是通过硬件电路来对需要控制的USB外设进行限时、计时控制，在本实 施装置上设定该设备所要使用的时间，然后该装置内部的定时器运行从而对该 USB设备进行单一控制。当预设的时间到时，本装置结束该USB设备的使用，但不 影响电脑的其它未受控制的USB设备及其它软、硬件的使用。所以本实施装置解 决了软件限时、计时控制仅能控制整个电脑系统的问题。
该设计电路简单，可以方便、快捷、准确地控制USB设备的使用，同时还具 有多项计时功能，使用方便。
下面结合附图和实施实例对本发明设计进一步说明。 图l是本发明的硬件系统框架示意图。
图中有单片机最小系统(1)、外围控制电路(2)、时间显示电路(3)、外
围响应电路(4)。
具体实施例方式
首先，本设计是以89S52单片机为核心的主要由硬件电路构成的限时、计时 控制器，克服了传统用软件来实现限时、计时操作时只能控制整个系统的缺陷。
该实施装置主要是由单片机最小系统l (如附暨2所示)加'上外围控制电路2 (如附图3所示)、时间显示电路3 (如附图4所示)和外围响应电路4 (如附图5 所示)组成。
本发明的电脑通用串行总线接口设备限时计时控制器包括单片机最小系统 1、外围控制电路2、时间显示电路3、外围响应电路4;其中，单片机最小系统 1的一组四位输入端口 P2 口的低四位与外围控制电路2中的编码器地址输出端 A2、 Al、 AO及按键开关相连；单片机最小系统1的一组八位输出端口 P0 口和一 组四位输出端口 P2 口的高四位分别接时间显示电路3的数码管八个段位和数码 管的四位位选择端；单片机最小系统1的一组六位输出端口 Pl 口的低六位与外 围响应电路4的蜂鸣器、继电器、数码管、指示灯连接；外围控制电路2与时间 显示电路3通过数码管相连显示控制状态。
所述的外围控制电路2是由八位拨码开关来实现运行模式的选择及调整时间的时 分切换，另设一按键开关作为调整的加一输入；八位编码开关接一片八位上拉电 阻，通过型号为"74LS148"的编码器编码然后将三位编码地址输入到单片机最 小系统1的三位数据输入口P2. 0-P2. 2，按键开关连接到单片机最小系统l一个数 据输入口P2.3。所述的时间显示电路3是由四位带秒点显示的数码管来实现，以 共阳接法连接，其中四位数码管的共阳端A1、 A2、 A3、 A4分别通过三极管连到单 片机最小系统1的四位数据输出端P2.4、 P2.5、 P2.6、 P2.7口，数码管的八位段 显示a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp分别连接到单片机最小系统l的一组八位数据输出 口PO.O、 P0.1、 P0.2、 PO. 3、 P0.4、 PO. 5、 PO. 6、 PO. 7口，从而实现四位数码管 的静态显示。所述的外围响应电路4是由一个模式显示、蜂鸣响应和开关控制来 构成；模式显示数码管通过型号为"74LS164"数码管驱动芯片连接到单片机最 小系统1，其中数码管驱动芯片的/CLR、 CLK、 A和B端分别连接到单片机最小系统1 的三位数据输出口P1.2、 P1.3、 P1.4口，蜂鸣器、继电器及指示灯分别通过放大 电路连接到单片机最小系统l的三位数据输出端Pl.O、 Pl.l、 P1.5口，通过单片 机最小系统1从输出端输出数据来控制外围响应电路4。所述的电源VCC由所需控 制USB接口的内部电压来提供，同时还加入外部电源方式，包括干电池供电和市 电供电方式，单片机最小系统1电源VCC部分包括降压、稳压电路，干电池和外部 电源连接到单片机最小系统1的VCC端。
在使用该实施装置的时候，先通过在线编程将程序写入89S52单'片机，等恃不 一步命令。
当运行该实施装置的限时功能时，通过调节外围控制电路2来限制某个特定 USB设备的使用时间，时间设定在时间显示电路3即时显示。当时间设定好以后， 打开运行开关开始运行限时功能，当距离结束还剩三分钟(时间可以根据具体要 求通过程序任意设定)时，发出使用即将结束的提醒，当设定时间到达时，USB 设备通信断开，同时禁用指示灯亮。
当运行该实施装置的计时功能时，通过外围控制电路2开启该状态的运行模 式，时间显示电路3会同步计时，当运行结束时，时间显示电路3的计时结束，所 显示的时间即USB设备的运行时间。
当运行该设计装置的时钟功能时，通过外围控制电路2设定当前的时间，设 定的同时即开始运行，同时时钟运行指示灯会与秒钟同步闪烁。
该设计的实施装置在各个不同功能运行的时候，外围响应电路4的数码管还 会显示所运行的状态编号。
权利要求
1、一种电脑通用串行总线接口设备限时计时控制器，其特征在于该控制器包括单片机最小系统(1)、外围控制电路(2)、时间显示电路(3)、外围响应电路(4)；其中，单片机最小系统(1)的一组四位输入端口P2口的低四位与外围控制电路(2)中的编码器地址输出端A2、A1、A0及按键开关相连；单片机最小系统(1)的一组八位输出端口P0口和一组四位输出端口P2口的高四位分别接时间显示电路(3)的数码管八个段位和数码管的四位位选择端；单片机最小系统(1)的一组六位输出端口P1口的低六位与外围响应电路(4)的蜂鸣器、继电器、数码管、指示灯连接；外围控制电路(2)与时间显示电路(3)通过数码管相连显示控制状态。
2、 如权利要求1所述的电脑通用串行总线接口设备限时计时控制器，其特 征在于所述的外围控制电路(2)是由八位拨码开关来实现运行模式的选择及调 整时间的时分切换，另设一按键开关作为调整的加一输入；八位编码开关接一片 八位上拉电阻，通过型号为"74LS148"的编码器编码然后将三位编码地址输入 到单片机最小系统(1)的三位数据输入口 P2.0-P2.2，按键开关连接到单片机 最小系统(1) 一个数据输入口P2.3。
3、 如权利要求1所述的电脑通用串行总线接口设备限时计时控制器，其特 征在于所述的时间显示电路(3)是由四位带秒点显示的数码管来实现，以共阳 接法连接，其中四位数码管的共阳端A1、 A2、 A3、 A4分别通过三极管连到单片 机最小系统(1)的四位数据输出端P2.4、 P2.5、 P2.6、 P2.7口，数码管的八位 段显示a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp分别连接到单片机最小系统(1)的一组八位 数据输出口PO.O、 P0.1、 P0.2、 PO. 3、 P0.4、 P0.5、 PO. 6、 PO. 7 口，从而实现 四位数码管的静态显示。
4、 如权利要求1所述的电脑通用串行总线接口设备限时计时控制器，其特 征在于所述的外围响应电路(4)是由一个模式显示、蜂鸣响应和开关控制来构 成；模式显示数码管通过型号为"74LS164"数码管驱动芯片连接到单片机最小 系统(1),其中数码管驱动芯片的/CLR、 CLK、 A和B端分别连接到单片机最小 系统(1)的三位数据输出口P1.2、 P1.3、 P1.4口，蜂鸣器、继电凝及指示灯分 别通过放大电路连接到单片机最小系统(1)的三位数据输出端Pl. 0、 Pl. 1、 Pl. 5 口，通过单片机最小系统(1)从输出端输出数据来控制外围响应电路(4)。
5、如权利要求1所述的电脑通用串行总线接口设备限时计时控制器，其特 征在于所述的电源VCC由所需控制USB接口的内部电压来提供，同时还加入外部 电源方式，包括干电池供电和市电供电方式，单片机最小系统(1)电源VCC部 分包括降压、稳压电路，干电池和外部电源连接到单片机最小系统(1)的VCC 端。
全文摘要
电脑通用串行总线接口设备限时计时控制器中，单片机最小系统(1)的一组四位输入端口P2口的低四位与外围控制电路(2)中的编码器地址输出端A2、A1、A0及按键开关相连；单片机最小系统(1)的一组八位输出端口P0口和一组四位输出端口P2口的高四位分别接时间显示电路(3)的数码管八段码的八个段位和数码管的四位位选择端；单片机最小系统(1)的一组六位输出端口P1口的低六位与外围响应电路(4)的蜂鸣器、继电器、数码管、指示灯连接；外围控制电路与时间显示电路通过数码管相连显示控制状态。解决了传统的使用软件方法来对系统进行限时计时操作所无法解决的问题。
文档编号G06F11/32GK101183328SQ200710190828
公开日2008年5月21日 申请日期2007年11月30日 优先权日2007年11月30日
发明者吴中钰, 堵国樑, 汤勇明, 沈玉阳 申请人:东南大学