毕业设计多功能遥控数字钟的设计.doc

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1、分类号 编号文 经 学 院毕 业 设 计多功能遥控数字钟的设计院 系：电子信息与计算机科学系专 业：电子信息工程技术 姓 名：杨 阳 学 号：200990607145 指导老师：段中华 2012年 5 月 15 日多功能遥控数字钟的设计姓 名：杨 阳 导 师：段中华 2012 年 05 月 15 日毕业设计任务书系：电子信息与计算机科学系姓名杨阳学号200990607145毕业届别2012届专业电子信息工程技术毕业论文（设计）题目多功能遥控数字钟的设计指导教师段中华学历研究生职称实验师所学专业信号与信息处理具体要求(主要内容、基本要求、主要参考资料等)： 根据框图,查阅相关资料,选用了适合多功

2、能遥控数字钟的AT89S52单片机,和以DS12C887时钟芯片,LCD1602显示的几大模块进行设计.详细的设计了各个模块的电路以及原理图,并作了细致的分析.实现了时间显示,闹钟设置,其遥控器可以实现所有数字钟表面的按键功能.主要参考了王洪君的单片机原理及应用山东大学出版社和阎石的数字电子技术基础第五版高等教育出版社进度安排： 2月28日4月10日 选题查阅资料，上交有关资料4月11日4月14日 设计安装、调试4月15日4月30日 撰写毕业论文5月5日5月10日 完成初稿、打印上交初稿5月13日 论文定稿，装订成册指导教师（签字）： 年 月 日院（系）意见： 教学院长（主任）（签字）： 年

3、月 日备注：【摘要】 本系统由单片机控制模块、按键模块、液晶显示屏、DS12C887控制电路、红外接收头模块构成。仅用单片DS12C887时钟芯片就实现了精确的时间信号、年月信号、24/12小时转换信号等。AT89S52单片机实现按键和无线控制的算法，体现了高运算控制，红外接收头。整个系统结构紧凑，电路简单，功能强大，可扩展性强。【关键字】 AT89S52单片机, DS12C887时钟芯片,红外接收头.目 录第1章 绪 论11.1 课题背景11.2 课题介绍1第2章 各功能模块电路与分析32.1 AT89S52单片机模块32.2 电源模块42.3 时钟芯片模块42.4 红外接收头模块62.5

4、按键模块82.6 显示模块9第3章 软件设计与流程103.1 主流程图103.2 遥控按键处理程序流程图11总 结12参考文献13第1章 绪 论1.1 课题背景时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型时钟。现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针

5、显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。目前单片机应用于各个领域，其应用于仪器仪表中显得更为优越。以单片机制成的电子时钟具有计时准确，功耗低的优点。从而得到了各界领域的广泛应用。单片机正处在微控制器的全面发展阶段，各公司的产品在尽量兼容的同时，向高速，强运算能力，寻址范围大以及小型廉价方面发展。单片机的发展推动了应用系统的发展，应用系统的发展又反过来对单片机提出了更高要求，从而促进单片机的发展。单片机正向着功能更强，速度更快，功耗更低，辐射更小的方向发展。随着集成度的不断提高，把众多的外围功能器件集成在片内已经具备了充分的条

6、件。这也是单片机以后发展的重要趋势。除了一般必须具有的ROM、RAM、定时器/计数器、中断系统外，随着单片机档次的提高，以适应检测、控制功能更高的要求，片内集成的器件通常还有电源监控与复位电路、WDT、A/D转换器、DMA控制器、中断控制器、锁相器、频率合成器、字符发生器、声音发生器、CRT控制器、译码驱动器等1.2 课题介绍时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两

7、种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：DS1302，DS12887，X1203等都可以满足高精度的要求。 本系统(实现框图见图1)采用AT89S52单片机为主控芯片 ，配以DS12C887时钟芯片，液晶显示、以及信号处理电路构成的多功能遥控数字钟。这种多功能数字钟具有以下功能：闹钟时间设置、闹钟开关、遥控止闹功能等一系列功能。设计这样的闹钟，目的就是为了设定所需时间，同时以实现非接触调时，这在生活当中给我们带来了许多的方便。设

8、计时充分考虑了电子技术的发展，在低功耗、高性能、高科技含量、低成本等方面也有较多的考虑，目的是使本产品物美价廉。图1 多功能遥控数字钟实现框图第2章 各功能模块电路与分析2.1 AT89S52单片机模块 单片机模块（见图2）是整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是秒表信号产生系统，其单片机AT89S52的最小系统如下。 AT89S52单片机的工作电压范围：4.0V5.5V， 所以通常给单片机外接5V直流电源。连接方式为VCC(40脚）：接电源+5V端VSS(20脚）接电源地端。图2 单片机最小系统图2.2 电源模块日常用到的都是220V的交流电源，所以，需要用变压器将其转换为线路

9、设计中所用到的直流电源。此转换后的直流电源为+12V,而线路设计中许多芯片所用到的电压为+5V,因此,还需有12V到5V的转换电路。此转换采用7805（三端稳压器）来完成，转换图如下：7805Vin=12VVout=5V470uF 470uF 104pF 图3 电压转换电路当Vin5V时，Vout端可得到稳定的5V电压。图中，104pF电容的作用是去高频干扰；2.3 时钟芯片模块 时钟芯片DS12C887其原理图(如图4).DS12C887有4个控制寄存器，在任何时间都可以进行访问，即使处于更新周期。寄存器A字节的内容如下。MSB LSB UIP DV2 DV1 DV0 RS3 RS2 RS1

10、 RS0UIP: 更新标志位。为只读位且不受复位操作的影响，为1时，表示即将发生的数据更新；为0时，表示至少244US不会更新数据。当UIP为0时，可以获得所有时钟、日历、闹钟信息。将寄存器B中的SET位置1可以限制任何数据更新操作，并且清除UIP位。DV2、DV1、DV0：此3位为010时将打开晶振，并开始计时。RES3、RES2、RES1、RES0：用于设置周期性中断产生的时间周期和输出方波的频率。寄存器B字节的内容如下。 MSB LSB SET PIE AIE UIE SQWE DM24/12 DSESET：设置位，可读写，不受复位操作影响。为0时，不处于设置状态，芯片进行正常时间数据更

11、新；为1时，抑制数据更新，可以通过程序设定时间和日历信息。 PIE：周期性中断使能位，可读写，复位时清除此位。为1时，允许寄存器C中的周期中断标志位PF，驱动/IRQ引脚为低产生中断信号输出，中断信号产生的周期由RS3RE0决定。 AIE：闹钟中断使能位，可读写。为1时，允许寄存器C中的闹钟中断标志位AF、闹钟发生时就会通过/IRQ引脚产生中断输出。 UIE：数据更新结束中断使能位，可读写。复位或者SET位为1时清除此位。为1时允许寄存器C中的更新结束标志UF，更新结束时就会通过/IRQ引脚产生中断输出。 SQWE：方波使能位，可读写，复位时清除此位。为0时，SQW引脚保持低电平；为1时，SQ

12、W引脚输出方波信号，其频率由RS3RS0决定。 DM：数据模式位，可读写，不受复位操作影响。为0时，设置时间、日历信息为二进制数据;为1时，设置为BCD码数据。 24/12：时间模式设置为，可读写，不受复位操作影响。为0时，设置为12小时模式；为1时，设置为24小时模式。 DSE：为1时，会引起两次特殊的时间更新；4月的第一个星期日凌晨1：59：59会直接更新到3：00：00，10月的最后一个星期日凌晨1：59：59会直接更新到1：00：00；为0时，时间信息正常更新，此位可读写，不受复位操作影响。寄存器C字节内容如下。 MSB LSB IRQF PF AF UF 0 0 0 0 IQRF:中

13、断申请标志位。为1时，/IRQ引脚为低，产生中断申请。当PF、PIE为1时或者AF、ATE为1或者UF、UIE为1时，此位为1，否则置0. PF：中期中断标志位。为1时，它是只读位，和PIE位状态无关，由复位操作或者寄存器C操作清除。 AF:闹钟中断标志位。为1时，表示当前时间和闹钟设定时间一至，由复位操作或读寄存器C操作清除。 UF：数据更新结束中断标志位。每个更新周期后此位都会置1，当UIE位位置1时，UF若为1就会引起IRQF置1，将驱动/IRQ引脚为低电平，申请中断。此位由复位操作或读寄存器C操作清除。寄存器D字节的内容如下。 MSB LSB 0 0 0 0 0 0 0 0 VRT；R

14、AM和时间有效位。用于指示和VBAT引脚连接的电池状态。此位不可写，也不受操作为影响，正常情况下读取时总去为1，如果出现读取为0的情况，则表示电池耗尽，时间数据和RAM中的数据就会出现问题。 芯片DS12C887的113字节普通RAM空间为非易失性RAM空间，他不专门用于某些特别功能，而是可以在未处理器程序中作为非易失性内存空间使用。图4 时钟芯片原理图2.4 红外接收头模块 根据红外发射管本身的物理特性，必须要有载波信号与即将发射的信号相“与”，然后将相“与”后的信号送发射管，才能进行红外信号的发射传送，而在频率为38KHz的载波信号下，发射管的性能最好，发射距离最远，所以在硬件设计上，本设

15、计采用38KHz的晶振产生载波信号，与发射信号进行逻辑“与”运算后，通过三极管的功率驱动到红外发光二极管上。红外发送电路由4001MOS或非门38KHz振荡器和红外发送管驱动输出电路组成，当输出为“0”时，发射管不发光，当输出为“1”时，红外发送管发出38KHz调制红外线。具体的发射波形(如图5). 红外发射模块(见图6)，采用TC9012组成的电视遥控器，发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号。TC9012是一种专用的戏外遥控编码发射。其内部包括振荡器、分频器时序产生器、系统码锁存、数据寄存、键扫描输入、键扫描输出、载波控制及输出单元，445KHZ通过分频产生38kHZ发射频率。其内

16、部设置了8位系统码，可实现256只发射器同时同点操作发射而互不干扰。 红外接收模块(见图7), 使用3条腿的红外接收头，38khz接收频率，一体化红外线接收头将红外发光二极管,低噪音放大器,限幅器,带通滤波器,解调器,以及整形驱动电路等集成在一起。接收头输出的是解调后的数据信号，红外信号经接收头解调后，数据 “0”和“1”的区别通常体现在高低电平的时间长短或信号周期上，单片机解码时，通常将接收头输出脚连接到单片机的外部中断，结合定时器判断外部中断间隔的时间从而获取数据。重点是找到数据“0”与“1”间的波形差别。一体化红外线接收头体积小,灵敏度高,外接元件少,抗干扰能力强,使用十分方便。 图5

17、调制过程中的波形图6 红外发射模块电路图 图7 红外接收模块实例图2.5 按键模块 按键模块(见图8)的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。按键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。抖动持续时间的常长短与开关的机械特性有关，一般在5-10ms之间。为了避免CPU多次处理按键的一次闭合，应采用措施消除抖动。本文采用的是独立式按键，直接用I/O口线构成单个按键电路，每个按键占用一条I/O口线，每个按键的工作状态不会产生互相影响。图8 按键模块电路图 P1.0口表示功能移位键，按键选择要

18、调整的时十位、时个位、分十位或分个位。 P1.1口表示数字“+“键，按一下则对应的数字加1。 P1.2口表示数字“-”键，按一下则对应的数字减1。P1.3口表示时间表的切换，程序默认为日常时间表，当按下该开关，使输入为低电平时，表示当前执行的是定时时间表。再按键，使键抬起，输入维高电平时，表示当前执行的是日常作息时间表。2.6 显示模块 显示模块(见图9)在红外通信过程中，数码管显示会闪一下，因为红外通信的时序要求比较严格，不能简单的用显示程序来代替汇编延时程序。这样有可能使红外通信错误。解决方案为用液晶显示，能很好的解决此问题。 采用LCD显示，LCD显示具有丰富多样性，灵活性，电路简单、易

19、于控制而且功耗小，对于信息量多的系统，是比较适合的,LCD液晶显示模块采用LCD1602型号，具有很低的功耗，正常工作室电流仅2.0mA/5.0V。通过编程实现总动关闭屏幕能够更有效地降低功耗。LCD1602分两行显示，每行可现实多达16个字符，其内部的字符发生器已经存储了160个不同的点阵字符图形，通过内部指令可实现对其显示多样的控制。 液晶5端为读/写选择端，因为我们不从液晶中读取数据，只向其写入命令和显示数据，因此此端始终选择为写状态，即低电平接地。液晶6端为使能信号，是操作时必须的信号。其电路连接如下。图9 显示模块LCD1602电路连接图第3章 软件设计与流程3.1 主流程图 开始显

20、示DS12C887初始化按键值处理程序中断初始化有键按下？遥控键按下？遥控按键处理程序NYY说明：在DS12C887初始化时，先读取DS12C887中是否有电，如果有，就无需初始化，以保持上次时间3.2 遥控按键处理程序流程图扫描 功能响应遥控键按下？返回YN 说明：开始时初始化所有数据，然后扫描看是否有按键按下，若有，则判断是哪个功能键在动作，进行相应的操作，操作完成后，判断确认键是否动作，若是，则返回，若否，则继续执行。直到确认键作用。总 结 基于AT89S52单片机多功能遥控数字系统理论上能很好的达到了学校教学要求，同时也发挥了单片机在智能化方面的应用,是一个理想的智能化的设计。它具有一

21、个精确的实时时钟，也可以任意设置时间，可以控制时间表的转换，时钟的显示功能等。可以通过按键操作和液晶显示。该系统规模小，但是功能较多，操作简单，造价低，应用非常广泛。该系统的设计为向家庭数字化方向发展又前进了一步。同时又扩大了单片机的应用领域。可见技术在不断进步，机械式时钟已经被淘汰，取而代之的是具有高度准确性和直观性且无机械装置，具有更长的使用寿命等优点的数字时钟。数字时钟更具人性化，更能提高人们的生活质量，更受人们欢迎。 毕业之前的这个设计锻炼了我们的动手能力，激发了我们的创新思维，培养了我们勇于面对困难克服困难的坚强意志和不懈的精神，使我们又一次体味到团队的力量和合作的重要性;更重要的是

22、使我们深深的体会到理论结合实际的重要性，体会到知识的海洋是无穷无尽，激发我们去追求。脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。 最后还要感谢从做毕业设计这段时间以来段老师对我们的细心耐心的指导与讲解。让我们学到了好多课本上学不到的东西。在此表示感谢 参考文献1 范立南.单片微机接口与控制技术.沈阳：辽宁大学出版社,1996.2 张友德.单片微型机原理、应用与实践.上海：复旦大学出版社,1992.3 李华.单片机实用接口技术.北京：北京航空航天大学出

23、版社,1993.4 何希庆,高伟.单片机原理、实验、实例M.山东:山东大学出版社,1989.5 张毅刚,彭喜源.单片机应用设计M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,1997.6 胡汉才.单片机原理及接口技术M.北京:清华大学出版社,1996.7 余永权.单片机与家用电器智能化设计M.北京:电子工业出版社,1995.8 房小翠.单片微型计算机与机电接口技术M.北京:国防工业出版社,2002.9 谢自美.电子线路设计、实验、测试.武汉：华中理工大学出版社，2000.10 何书森,何华斌.实用数字电路原理与设计速成.福州：福建科学技术出版社，2000.11 白驹衍.单片计算机及应用.北京：电子工业出版社，1999.12 王洪君.单片机原理及应用.济南：山东大学出版社,2009.13 阎石.数字电子技术基础第五版.北京：高等教育出版社，2008.毕业设计评审表题 目多功能遥控数字钟的设计学生姓名杨阳学号200990607145指导教师姓 名段中华职称实验师综合评定成绩：评语：评审小组全体成员签字： 年 月 日