畢業(yè)設計---多功能遙控數(shù)字鐘的設計_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  分類號 編號</p><p><b>  畢 業(yè) 設 計</b></p><p>  多功能遙控數(shù)字鐘的設計</p><p>  院 系:電子信息與計算機科學系</p><p>  專 業(yè):電子信息工程技術

2、 </p><p>  姓 名: </p><p>  學 號: </p><p>  指導老師: </p><p>  2012年 5 月 15 日</p><p><b>  畢業(yè)設計任務書</b>

3、</p><p>  系:電子信息與計算機科學系</p><p>  【摘要】 本系統(tǒng)由單片機控制模塊、按鍵模塊、液晶顯示屏、DS12C887控制電路、紅外接收頭模塊構成。僅用單片DS12C887時鐘芯片就實現(xiàn)了精確的時間信號、年月信號、24/12小時轉(zhuǎn)換信號等。AT89S52單片機實現(xiàn)按鍵和無線控制的算法,體現(xiàn)了高運算控制,紅外接收頭。整個系統(tǒng)結(jié)構緊湊,電路簡單,功能強大,可擴展性強。&

4、lt;/p><p>  【關鍵字】 AT89S52單片機, DS12C887時鐘芯片,紅外接收頭.</p><p><b>  目 錄</b></p><p>  第1章 緒 論1</p><p>  1.1 課題背景1</p><p>  1.2 課題介紹1</p><p

5、>  第2章 各功能模塊電路與分析3</p><p>  2.1 AT89S52單片機模塊3</p><p>  2.2 電源模塊4</p><p>  2.3 時鐘芯片模塊4</p><p>  2.4 紅外接收頭模塊6</p><p>  2.5 按鍵模塊8</p><p&g

6、t;  2.6 顯示模塊9</p><p>  第3章 軟件設計與流程10</p><p>  3.1 主流程圖10</p><p>  3.2 遙控按鍵處理程序流程圖11</p><p><b>  總 結(jié)12</b></p><p><b>  參考文獻13</b

7、></p><p><b>  第1章 緒 論</b></p><p><b>  1.1 課題背景</b></p><p>  時鐘,自從它發(fā)明的那天起,就成為人類的朋友,但隨著時間的推移,科學技術的不斷發(fā)展,人們對時間計量的精度要求越來越高,應用越來越廣。怎樣讓時鐘更好的為人民服務,怎樣讓我們的老朋友煥發(fā)青春呢

8、?這就要求人們不斷設計出新型時鐘。</p><p>  現(xiàn)今,高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器,由于電子鐘,石英表,石英鐘都采用了石英技術,因此走時精度高,穩(wěn)定性好,使用方便,不需要經(jīng)常調(diào)校,數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時,譯碼代替機械式傳動,用LED顯示器代替指針顯示進而顯示時間,減小了計時誤差,這種表具有時,分,秒顯示時間的功能,還可以進行時和分的校對,片選的靈活性好。</p><

9、;p>  目前單片機應用于各個領域,其應用于儀器儀表中顯得更為優(yōu)越。以單片機制成的電子時鐘具有計時準確,功耗低的優(yōu)點。從而得到了各界領域的廣泛應用。單片機正處在微控制器的全面發(fā)展階段,各公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時,向高速,強運算能力,尋址范圍大以及小型廉價方面發(fā)展。單片機的發(fā)展推動了應用系統(tǒng)的發(fā)展,應用系統(tǒng)的發(fā)展又反過來對單片機提出了更高要求,從而促進單片機的發(fā)展。單片機正向著功能更強,速度更快,功耗更低,輻射更小的方向發(fā)展。隨著

10、集成度的不斷提高,把眾多的外圍功能器件集成在片內(nèi)已經(jīng)具備了充分的條件。這也是單片機以后發(fā)展的重要趨勢。除了一般必須具有的ROM、RAM、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)外,隨著單片機檔次的提高,以適應檢測、控制功能更高的要求,片內(nèi)集成的器件通常還有電源監(jiān)控與復位電路、WDT、A/D轉(zhuǎn)換器、DMA控制器、中斷控制器、鎖相器、頻率合成器、字符發(fā)生器、聲音發(fā)生器、CRT控制器、譯碼驅(qū)動器等</p><p><b> 

11、 1.2 課題介紹</b></p><p>  時鐘電路在計算機系統(tǒng)中起著非常重要的作用,是保證系統(tǒng)正常工作的基礎。在一個單片機應用系統(tǒng)中,時鐘有兩方面的含義:一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準振蕩定時信號,主要由晶振和外圍電路組成,晶振頻率的大小決定了單片機系統(tǒng)工作的快慢;二是指系統(tǒng)的標準定時時鐘,即定時時間,它通常有兩種實現(xiàn)方法:一是用軟件實現(xiàn),即用單片機內(nèi)部的可編程定時/計數(shù)器來實現(xiàn),但誤差很大,主

12、要用在對時間精度要求不高的場合;二是用專門的時鐘芯片實現(xiàn),在對時間精度要求很高的情況下,通常采用這種方法,典型的時鐘芯片有:DS1302,DS12887,X1203等都可以滿足高精度的要求。</p><p>  本系統(tǒng)(實現(xiàn)框圖見圖1)采用AT89S52單片機為主控芯片 ,配以DS12C887時鐘芯片,液晶顯示、以及信號處理電路構成的多功能遙控數(shù)字鐘。這種多功能數(shù)字鐘具有以下功能:鬧鐘時間設置、鬧鐘開關、遙控止鬧

13、功能等一系列功能。設計這樣的鬧鐘,目的就是為了設定所需時間,同時以實現(xiàn)非接觸調(diào)時,這在生活當中給我們帶來了許多的方便。設計時充分考慮了電子技術的發(fā)展,在低功耗、高性能、高科技含量、低成本等方面也有較多的考慮,目的是使本產(chǎn)品物美價廉。</p><p>  圖1 多功能遙控數(shù)字鐘實現(xiàn)框圖</p><p>  第2章 各功能模塊電路與分析</p><p>  2.1 A

14、T89S52單片機模塊 </p><p>  單片機模塊(見圖2)是整個硬件系統(tǒng)的核心,它既是協(xié)調(diào)整機工作的控制器,又是秒表信號產(chǎn)生系統(tǒng),其單片機AT89S52的最小系統(tǒng)如下。</p><p>  AT89S52單片機的工作電壓范圍:4.0V—5.5V, 所以通常給單片機外接5V直流電源。連接方式為VCC(40腳):接電源+5V端VSS(20腳)接電源地端。</p><

15、p>  圖2 單片機最小系統(tǒng)圖</p><p><b>  2.2 電源模塊</b></p><p>  日常用到的都是220V的交流電源,所以,需要用變壓器將其轉(zhuǎn)換為線路設計中所用到的直流電源。此轉(zhuǎn)換后的直流電源為+12V,而線路設計中許多芯片所用到的電壓為+5V,因此,還需有12V到5V的轉(zhuǎn)換電路。此轉(zhuǎn)換采用7805(三端穩(wěn)壓器)來完成,轉(zhuǎn)換圖如下:<

16、;/p><p><b>  Vin=12V</b></p><p><b>  Vout=5V</b></p><p>  470uF 470uF 104pF</p><p><b>  圖3 電壓轉(zhuǎn)換電路</b></p><p>  當Vi

17、n>5V時,Vout端可得到穩(wěn)定的5V電壓。圖中,104pF電容的作用是去高頻干擾;</p><p>  2.3 時鐘芯片模塊</p><p>  時鐘芯片DS12C887其原理圖(如圖4).DS12C887有4個控制寄存器,在任何時間都可以進行訪問,即使處于更新周期。寄存器A字節(jié)的內(nèi)容如下。</p><p>  MSB

18、 LSB</p><p>  UIP: 更新標志位。為只讀位且不受復位操作的影響,為1時,表示即將發(fā)生的數(shù)據(jù)更新;為0時,表示至少244US不會更新數(shù)據(jù)。當UIP為0時,可以獲得所有時鐘、日歷、鬧鐘信息。將寄存器B中的SET位置1可以限制任何數(shù)據(jù)更新操作,并且清除UIP位。</p><p>  DV2、DV1、DV0:此

19、3位為010時將打開晶振,并開始計時。RES3、RES2、RES1、RES0:用于設置周期性中斷產(chǎn)生的時間周期和輸出方波的頻率。寄存器B字節(jié)的內(nèi)容如下。</p><p>  MSB LSB</p><p>  SET:設置位,可讀寫,不受復位操作影響。為0時,不處于設置狀態(tài),芯片

20、進行正常時間數(shù)據(jù)更新;為1時,抑制數(shù)據(jù)更新,可以通過程序設定時間和日歷信息。</p><p>  PIE:周期性中斷使能位,可讀寫,復位時清除此位。為1時,允許寄存器C中的周期中斷標志位PF,驅(qū)動/IRQ引腳為低產(chǎn)生中斷信號輸出,中斷信號產(chǎn)生的周期由RS3~RE0決定。</p><p>  AIE:鬧鐘中斷使能位,可讀寫。為1時,允許寄存器C中的鬧鐘中斷標志位AF、鬧鐘發(fā)生時就會通過/IR

21、Q引腳產(chǎn)生中斷輸出。</p><p>  UIE:數(shù)據(jù)更新結(jié)束中斷使能位,可讀寫。復位或者SET位為1時清除此位。為1時允許寄存器C中的更新結(jié)束標志UF,更新結(jié)束時就會通過/IRQ引腳產(chǎn)生中斷輸出。</p><p>  SQWE:方波使能位,可讀寫,復位時清除此位。為0時,SQW引腳保持低電平;為1時,SQW引腳輸出方波信號,其頻率由RS3~RS0決定。</p><p&

22、gt;  DM:數(shù)據(jù)模式位,可讀寫,不受復位操作影響。為0時,設置時間、日歷信息為二進制數(shù)據(jù);為1時,設置為BCD碼數(shù)據(jù)。</p><p>  24/12:時間模式設置為,可讀寫,不受復位操作影響。為0時,設置為12小時模式;為1時,設置為24小時模式。</p><p>  DSE:為1時,會引起兩次特殊的時間更新;4月的第一個星期日凌晨1:59:59會直接更新到3:00:00,10月的最

23、后一個星期日凌晨1:59:59會直接更新到1:00:00;為0時,時間信息正常更新,此位可讀寫,不受復位操作影響。寄存器C字節(jié)內(nèi)容如下。</p><p>  MSB LSB</p><p>  IQRF:中斷申請標志位。為1時,/IRQ引腳為低,產(chǎn)生中斷申請。當PF、PIE為1時

24、或者AF、ATE為1或者UF、UIE為1時,此位為1,否則置0.</p><p>  PF:中期中斷標志位。為1時,它是只讀位,和PIE位狀態(tài)無關,由復位操作或者寄存器C操作清除。</p><p>  AF:鬧鐘中斷標志位。為1時,表示當前時間和鬧鐘設定時間一至,由復位操作或讀寄存器C操作清除。</p><p>  UF:數(shù)據(jù)更新結(jié)束中斷標志位。每個更新周期后此位都

25、會置1,當UIE位位置1時,UF若為1就會引起IRQF置1,將驅(qū)動/IRQ引腳為低電平,申請中斷。此位由復位操作或讀寄存器C操作清除。寄存器D字節(jié)的內(nèi)容如下。</p><p>  MSB LSB</p><p>  VRT;RAM和時間有效位。用于指示和VBAT引腳連接的電池狀態(tài)

26、。此位不可寫,也不受操作為影響,正常情況下讀取時總?cè)?,如果出現(xiàn)讀取為0的情況,則表示電池耗盡,時間數(shù)據(jù)和RAM中的數(shù)據(jù)就會出現(xiàn)問題。</p><p>  芯片DS12C887的113字節(jié)普通RAM空間為非易失性RAM空間,他不專門用于某些特別功能,而是可以在未處理器程序中作為非易失性內(nèi)存空間使用。</p><p>  圖4 時鐘芯片原理圖</p><p>  

27、2.4 紅外接收頭模塊</p><p>  根據(jù)紅外發(fā)射管本身的物理特性,必須要有載波信號與即將發(fā)射的信號相“與”,然后將相“與”后的信號送發(fā)射管,才能進行紅外信號的發(fā)射傳送,而在頻率為38KHz的載波信號下,發(fā)射管的性能最好,發(fā)射距離最遠,所以在硬件設計上,本設計采用38KHz的晶振產(chǎn)生載波信號,與發(fā)射信號進行邏輯“與”運算后,通過三極管的功率驅(qū)動到紅外發(fā)光二極管上。紅外發(fā)送電路由4001MOS或非門38KHz

28、振蕩器和紅外發(fā)送管驅(qū)動輸出電路組成,當輸出為“0”時,發(fā)射管不發(fā)光,當輸出為“1”時,紅外發(fā)送管發(fā)出38KHz調(diào)制紅外線。具體的發(fā)射波形(如圖5).</p><p>  紅外發(fā)射模塊(見圖6),采用TC9012組成的電視遙控器,發(fā)射系統(tǒng)對一個紅外輻射源進行調(diào)制后發(fā)射紅外信號。TC9012是一種專用的戲外遙控編碼發(fā)射。其內(nèi)部包括振蕩器、分頻器時序產(chǎn)生器、系統(tǒng)碼鎖存、數(shù)據(jù)寄存、鍵掃描輸入、鍵掃描輸出、載波控制及輸出單

29、元,445KHZ通過分頻產(chǎn)生38kHZ發(fā)射頻率。其內(nèi)部設置了8位系統(tǒng)碼,可實現(xiàn)256只發(fā)射器同時同點操作發(fā)射而互不干擾。</p><p>  紅外接收模塊(見圖7), 使用3條腿的紅外接收頭,38khz接收頻率,一體化紅外線接收頭將紅外發(fā)光二極管,低噪音放大器,限幅器,帶通濾波器,解調(diào)器,,以及整形驅(qū)動電路等集成在一起。接收頭輸出的是解調(diào)后的數(shù)據(jù)信號,紅外信號經(jīng)接收頭解調(diào)后,數(shù)據(jù) “0”和“1”的區(qū)別通常體現(xiàn)在高

30、低電平的時間長短或信號周期上,單片機解碼時,通常將接收頭輸出腳連接到單片機的外部中斷,結(jié)合定時器判斷外部中斷間隔的時間從而獲取數(shù)據(jù)。重點是找到數(shù)據(jù)“0”與“1”間的波形差別。一體化紅外線接收頭體積小,靈敏度高,外接元件少,抗干擾能力強,使用十分方便。</p><p>  圖5 調(diào)制過程中的波形</p><p>  圖6 紅外發(fā)射模塊電路圖</p><p>  圖

31、7 紅外接收模塊實例圖</p><p><b>  2.5 按鍵模塊</b></p><p>  按鍵模塊(見圖8)的開關狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應的I/O端口形成一個負脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達到穩(wěn)定,這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài),稱為抖動。抖動持續(xù)時間的常長短與開關的機械特性有關,一般在5-10m

32、s之間。為了避免CPU多次處理按鍵的一次閉合,應采用措施消除抖動。本文采用的是獨立式按鍵,直接用I/O口線構成單個按鍵電路,每個按鍵占用一條I/O口線,每個按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生互相影響。</p><p>  圖8 按鍵模塊電路圖</p><p>  P1.0口表示功能移位鍵,按鍵選擇要調(diào)整的時十位、時個位、分十位或分個位。 </p><p>  P1.1口表示數(shù)

33、字“+“鍵,按一下則對應的數(shù)字加1。</p><p>  P1.2口表示數(shù)字“-”鍵,按一下則對應的數(shù)字減1。</p><p>  P1.3口表示時間表的切換,程序默認為日常時間表,當按下該開關,使輸入為低電平時,表示當前執(zhí)行的是定時時間表。再按鍵,使鍵抬起,輸入維高電平時,表示當前執(zhí)行的是日常作息時間表。</p><p><b>  2.6 顯示模塊&l

34、t;/b></p><p>  顯示模塊(見圖9)在紅外通信過程中,數(shù)碼管顯示會閃一下,因為紅外通信的時序要求比較嚴格,不能簡單的用顯示程序來代替匯編延時程序。這樣有可能使紅外通信錯誤。解決方案為用液晶顯示,能很好的解決此問題。</p><p>  采用LCD顯示,LCD顯示具有豐富多樣性,靈活性,電路簡單、易于控制而且功耗小,對于信息量多的系統(tǒng),是比較適合的,LCD液晶顯示模塊采用

35、LCD1602型號,具有很低的功耗,正常工作室電流僅2.0mA/5.0V。通過編程實現(xiàn)總動關閉屏幕能夠更有效地降低功耗。LCD1602分兩行顯示,每行可現(xiàn)實多達16個字符,其內(nèi)部的字符發(fā)生器已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形,通過內(nèi)部指令可實現(xiàn)對其顯示多樣的控制。</p><p>  液晶5端為讀/寫選擇端,因為我們不從液晶中讀取數(shù)據(jù),只向其寫入命令和顯示數(shù)據(jù),因此此端始終選擇為寫狀態(tài),即低電平接地。液晶6端為

36、使能信號,是操作時必須的信號。其電路連接如下。</p><p>  圖9 顯示模塊LCD1602電路連接圖</p><p>  第3章 軟件設計與流程</p><p><b>  3.1 主流程圖</b></p><p>  說明:在DS12C887初始化時,先讀取DS12C887中是否有電,如果有,就無需初始化,以

37、保持上次時間</p><p>  3.2 遙控按鍵處理程序流程圖</p><p>  說明:開始時初始化所有數(shù)據(jù),然后掃描看是否有按鍵按下,若有,則判斷是哪個功能鍵在動作,進行相應的操作,操作完成后,判斷確認鍵是否動作,若是,則返回,若否,則繼續(xù)執(zhí)行。直到確認鍵作用。</p><p><b>  總 結(jié)</b></p><p

38、>  基于AT89S52單片機多功能遙控數(shù)字系統(tǒng)理論上能很好的達到了學校教學要求,同時也發(fā)揮了單片機在智能化方面的應用,是一個理想的智能化的設計。它具有一個精確的實時時鐘,也可以任意設置時間,可以控制時間表的轉(zhuǎn)換,時鐘的顯示功能等。可以通過按鍵操作和液晶顯示。該系統(tǒng)規(guī)模小,但是功能較多,操作簡單,造價低,應用非常廣泛。該系統(tǒng)的設計為向家庭數(shù)字化方向發(fā)展又前進了一步。同時又擴大了單片機的應用領域。可見技術在不斷進步,機械式時鐘已經(jīng)被

39、淘汰,取而代之的是具有高度準確性和直觀性且無機械裝置,具有更長的使用壽命等優(yōu)點的數(shù)字時鐘。數(shù)字時鐘更具人性化,更能提高人們的生活質(zhì)量,更受人們歡迎。</p><p>  畢業(yè)之前的這個設計鍛煉了我們的動手能力,激發(fā)了我們的創(chuàng)新思維,培養(yǎng)了我們勇于面對困難克服困難的堅強意志和不懈的精神,使我們又一次體味到團隊的力量和合作的重要性;更重要的是使我們深深的體會到理論結(jié)合實際的重要性,體會到知識的海洋是無窮無盡,激發(fā)我們

40、去追求。腳踏實地,認真嚴謹,實事求是的學習態(tài)度,不怕困難、堅持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設計中最大的收益。我想這是一次意志的磨練,是對我實際能力的一次提升,也會對我未來的學習和工作有很大的幫助。</p><p>  最后還要感謝從做畢業(yè)設計這段時間以來段老師對我們的細心耐心的指導與講解。讓我們學到了好多課本上學不到的東西。在此表示感謝 </p><p><b>  參考文獻&

41、lt;/b></p><p>  [1] 范立南.單片微機接口與控制技術.沈陽:遼寧大學出版社,1996.</p><p>  [2] 張友德.單片微型機原理、應用與實踐.上海:復旦大學出版社,1992.</p><p>  [3] 李華.單片機實用接口技術.北京:北京航空航天大學出版社,1993.</p><p>  [4] 何希慶,

42、高偉.單片機原理、實驗、實例[M].山東:山東大學出版社,1989.</p><p>  [5] 張毅剛,彭喜源.單片機應用設計[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,1997.</p><p>  [6] 胡漢才.單片機原理及接口技術[M].北京:清華大學出版社,1996.</p><p>  [7] 余永權.單片機與家用電器智能化設計[M].北京:電子工業(yè)出版社,

43、1995.</p><p>  [8] 房小翠.單片微型計算機與機電接口技術[M].北京:國防工業(yè)出版社,2002.</p><p>  [9] 謝自美.電子線路設計、實驗、測試.武漢:華中理工大學出版社,2000.</p><p>  [10] 何書森,何華斌.實用數(shù)字電路原理與設計速成.福州:福建科學技術出版社,2000.</p><p>

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