紅外遙控數(shù)字鐘

1、湖南生物與機(jī)電學(xué)院2009屆畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目： 單片機(jī)紅外遙控數(shù)字鐘設(shè)計班 級： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 2009年05月紅外遙控數(shù)字鐘摘要：本系統(tǒng)由單片機(jī)控制模塊、鍵盤、數(shù)碼顯示屏、DS12C887控制電路、無線和DS18B20模塊構(gòu)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(jī)實現(xiàn)按鍵和無線控制的算法，體現(xiàn)了高運(yùn)算控制，外接DS18B20溫度傳感器實時監(jiān)控溫度。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，電路簡單，功能強(qiáng)大，可擴(kuò)展性強(qiáng)。關(guān)鍵詞：AT89S52單片機(jī)，DS12C887,DS18B20,無線等。1 前言1.1 前言時鐘，

2、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(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對時間計量的精度要求越來越高，應(yīng)用越來越廣。怎樣讓時鐘更好的為人民服務(wù)，怎樣讓我們的老朋友煥發(fā)青春呢？這就要求人們不斷設(shè)計出新型時鐘?，F(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(shù)，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(jī)械式傳動，用LED顯示器代替指針顯示進(jìn)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(jìn)行時和分的校對，片選的靈活性好。時鐘電路在計算機(jī)系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常

3、工作的基礎(chǔ)。在一個單片機(jī)應(yīng)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(zhǔn)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(jī)系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)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(jī)內(nèi)部的可編程定時/計數(shù)器來實現(xiàn)，但誤差很大，主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。本系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)為主控芯片 ，配以DS12C887時鐘芯片，數(shù)碼管、DS18B20溫度傳感器以及

4、信號處理電路構(gòu)成24/12小時制多功能數(shù)字鐘。這種多功能數(shù)字鐘不僅具有了一般數(shù)字鐘的基本功能，而且還具有以下功能：鬧鐘時間設(shè)置、鬧鐘開關(guān)、遙控止鬧功能、實時檢測環(huán)境溫度等一系列功能。設(shè)計這樣的鬧鐘，目的就是為了設(shè)定所需時間，并且可以隨時檢測室內(nèi)溫度，同時還可以實現(xiàn)非接觸調(diào)時和關(guān)閉鬧鈴，這在生活當(dāng)中給我們帶來了許多的方便。設(shè)計時充分考慮了電子技術(shù)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。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前單片機(jī)應(yīng)用于各個領(lǐng)域，其應(yīng)用于儀器儀表中顯得更為優(yōu)越。以單片機(jī)制成的電子時鐘具有計時準(zhǔn)確，功耗低的優(yōu)點(diǎn)。從而得到了各界領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。單片

5、機(jī)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(qiáng)運(yùn)算能力，尋址范圍大以及小型廉價方面發(fā)展。單片機(jī)的發(fā)展推動了應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展，應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展又反過來對單片機(jī)提出了更高要求，從而促進(jìn)單片機(jī)的發(fā)展。單片機(jī)正向著功能更強(qiáng)，速度更快，功耗更低，輻射更小的方向發(fā)展。隨著集成度的不斷提高，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(jī)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(jī)檔次的提高，以適應(yīng)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(fù)位電路、WDT、A/D轉(zhuǎn)換器、DMA控制器、中斷控制器、鎖相器、頻

6、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。2 總體方案設(shè)計根據(jù)題目要求，基本部分需要實現(xiàn)各種顯示模式的切換、控制、調(diào)節(jié)等功能，而發(fā)揮部分主要需要實現(xiàn)遙控控制和鬧鈴的完善。2.1 時鐘信號產(chǎn)生方案2.1.1方案一：采用AT89S52的時鐘中斷產(chǎn)生時鐘信號。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)AT80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和定時器/計數(shù)器，使得AT89S

7、52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。使用該芯片，設(shè)計簡單，可以生成任何低頻率的信號，但頻率精確度和穩(wěn)定度都難以達(dá)到要求，使時間誤差大。2.1.2方案二：采用DS12C887實時時鐘芯片產(chǎn)生時鐘信號。DS12C887實時時鐘芯片功能豐富，由于 DS12C887能夠自動產(chǎn)生世紀(jì)、年、月、日、時、分、秒等時間信息；DS12C887中自帶有鋰電池，外部掉電時，其內(nèi)部時間信息還能夠保持 10年之久；對于一天內(nèi)的時間記錄，有12小時制和 24小時制兩種模式。在 12小時制模式中，用 AM和 PM區(qū)分上午和下午；時間的表示方法也有兩種：一種用二進(jìn)制數(shù)表示，一種用 BCD碼表示；Dall

8、as公司的時鐘日歷芯片 DS12C887功能豐富，使用簡單，可用性高。2.1.3方案論證：從題目要求來看，上述兩種方案都可以滿足題目時鐘信號范圍的要求，但AT89S52中斷產(chǎn)生的時鐘穩(wěn)定度、精確度都不如DS12C887產(chǎn)生的信號；另一方面，DS12C887較AT89S52中斷更容易精確控制，所以我們選擇DS12C887方案進(jìn)行時鐘信號產(chǎn)生。2.2 顯示方案2.2.1方案一：使用液晶顯示屏顯示時間。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險、平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢、可視面積大、畫面效果好、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。但由于只需要顯示時間這樣的數(shù)字，信息量小，且由于液晶

9、是以點(diǎn)陣的模式顯示各種符號，需要利用控制芯片編程工作量大，控制器的資源占用較多，其成本也偏高。在使用時，不能有靜電干擾，否則易燒壞液晶的顯示芯片，不易維護(hù)。2.2.2方案二：使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管動態(tài)顯示。數(shù)碼管具有低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫、對外界環(huán)境要求低、易于維護(hù)、同時其精度比較高、稱量快、精確可靠、操作簡單。數(shù)碼管是采用BCD碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用少。2.2.3方案三： 靜態(tài)顯示方式：靜態(tài)顯示方式是指當(dāng)顯示器顯示某一字符時，發(fā)光二極管的位選始終被選中。在這種顯示方式下，每一個LED數(shù)碼管顯示器都需要一個8位的輸出口進(jìn)行控制。由于單片機(jī)本身

10、提供的I/O口有限，實際使用中，通常通過擴(kuò)展I/O口的形式解決輸出口數(shù)量不足的問題。靜態(tài)顯示主要的優(yōu)點(diǎn)是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導(dǎo)通電流一定的情況下顯示器的亮度大，系統(tǒng)運(yùn)行過程中，在需要更新顯示內(nèi)容時，CPU才去執(zhí)行顯示更新子程序，這樣既節(jié)約了CPU的時間，又提高了CPU的工作效率。其不足之處是占用硬件資源較多，每個LED數(shù)碼管需要獨(dú)占8條輸出線。隨著顯示器位數(shù)的增加，需要的I/O口線也將增加。其功耗比較大。2.2.4方案四：點(diǎn)陣顯示：采用通用芯片74HC595，其具有8位鎖存、串-并移位寄存器和三態(tài)輸出，可以用它的鎖存功能實現(xiàn)硬件電路對數(shù)據(jù)的刷新等外圍電路來驅(qū)動8*64的點(diǎn)陣LED顯示屏。利用

11、AT89S52本身強(qiáng)大的功能和大容量的內(nèi)部存儲，可以很方便的實現(xiàn)單片機(jī)和時鐘芯片及顯示屏等外圍存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，并能利用軟件方便的進(jìn)行顯示內(nèi)容的多樣變化，另一方面點(diǎn)陣顯示屏廣泛的應(yīng)用于醫(yī)院、機(jī)場、銀行等公共場所，所以這種顯示具有很強(qiáng)的現(xiàn)實應(yīng)用性。2.2.4方案論證根據(jù)以上的論述，采用方案二結(jié)合方案四。在本系統(tǒng)中，我們采用了數(shù)碼管的動態(tài)顯示實現(xiàn)低成本及近距離遙控時鐘，而利用點(diǎn)陣顯示屏實現(xiàn)各種公共場所和遠(yuǎn)距離的遙控時鐘，其綜合利用高，現(xiàn)實實用性強(qiáng)。3 單元模塊設(shè)計3.1 硬件設(shè)計3.1.1 AT89S52單片機(jī)模塊單片機(jī)模塊（見圖1）是整個硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機(jī)工作的控制器，又是秒表信號

12、產(chǎn)生系統(tǒng)，其構(gòu)成由單片機(jī)AT89S52、地址鎖存器573、譯碼器74LS138和四按鍵構(gòu)成的最小系統(tǒng)。3.1.2時鐘信號產(chǎn)生模塊時鐘產(chǎn)生（見圖2）是信號主要組成部分，由DS12C887能夠自動產(chǎn)生世紀(jì)、年、月、日、時、分、秒等時間信息；DS12C887中自帶有鋰電池，實現(xiàn)掉電保護(hù)信息，對于一天內(nèi)的時間記錄，有12小時制和 24小時制兩種模式。單片機(jī)直接從DS12C887讀取信息，程序簡單，時鐘信號精確。3.1.3顯示模塊1.六位數(shù)碼管顯示（見圖3.1）讀取的信息，通過單片機(jī)P0口輸出段碼信息，P2口通過74LS138譯碼信號后控制數(shù)碼管位信號，結(jié)合后實現(xiàn)動態(tài)顯示，節(jié)省元器件，降低了成本，符合消

13、費(fèi)類產(chǎn)品的高性價比。但在紅外通信過程中，顯示會閃一下，因為紅外通信的時序要求比較嚴(yán)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。解決方案為用液晶段碼顯示，能很好的解決此問題。2.點(diǎn)陣顯示： 74HC245作控制信號驅(qū)動，場效應(yīng)管集成芯片4953作行驅(qū)動。74HC138控制行掃描選擇，74HC595串行輸入代碼并鎖存在內(nèi)部鎖存器中，然后將鎖存器打開，將代碼并行輸出到LED點(diǎn)陣屏上(見圖3.2，由于圖很大，所以只給出了其中一部分)。點(diǎn)陣屏控制框圖AT89S52顯示內(nèi)容列驅(qū)動74HC595LED顯示模塊（64*8）列驅(qū)動74HC138、495374HC245信號驅(qū)動 按 鍵3

14、.1.4報警模塊本產(chǎn)品使用有源蜂鳴器（見圖4），9012 PNP驅(qū)動器件，通過電阻直接用單片機(jī)控制，方便簡單，符合要求。3.1.5獨(dú)立式按鍵模塊題目要求使用4*4鍵盤實現(xiàn)，但本產(chǎn)品考慮到成品、外觀等問題決定使用4個按鍵實現(xiàn)16按鍵的全部功能。其中功能鍵為S1，設(shè)置鍵為S2，上調(diào)鍵S3和下調(diào)鍵S4。（見圖1）3.1.6遙控模塊紅外發(fā)射模塊，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(jìn)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、載波控制及輸出單元，445KHZ通過分頻產(chǎn)生38kHZ

15、發(fā)射頻率。其內(nèi)部設(shè)置了8位系統(tǒng)碼，可實現(xiàn)256只發(fā)射器同時同點(diǎn)操作發(fā)射而互不干擾（見圖5）。紅外接收模塊, 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)在高低電平的時間長短或信號周期上，單片機(jī)解碼時，通常將接收頭輸出腳連接到單片機(jī)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(diǎn)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(qiáng),使用十分方

16、便（見圖6）。 3.1.7溫度模塊 溫度我們采用經(jīng)典的傳感器-DS18B20(見圖7)，其控制簡單，只需占用單片機(jī)一個口就能實現(xiàn)命令寫入和溫度代碼的讀取。圖1圖2圖3.1圖3.2.1圖4 圖5 圖6 圖 73.2 軟件設(shè)計3.2.1主程序流程圖開始DS12C887初始化顯示DS18B20初始化按鍵值處理程序中斷初始化有鍵按下？遙控鍵按下？遙控按鍵處理程序NYY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，以保持上次時間。3.2.2按鍵值處理程序流程圖設(shè)置 減相應(yīng)模式下的設(shè)置鍵模式切換標(biāo)志位=3標(biāo)志位=1掃描設(shè)置 加鍵按下？標(biāo)志位=2標(biāo)志位=4返回NY

17、說明：當(dāng)有鍵按下時，單片機(jī)只需判斷標(biāo)志位是幾，再執(zhí)行相應(yīng)的操作。模式切換中，順序為：時鐘鬧鐘日期秒表星期世紀(jì)溫度時鐘。3.2.3遙控按鍵處理程序流程圖掃描功能響應(yīng)(見使用說明表)遙控鍵按下？返回YN3.2.4點(diǎn)陣屏處理程序流程圖開 始初始化I/O口、定時器清屏行掃描列送顯示代碼8個代碼字節(jié)是否送完行增一Y8行是否掃描完Y下一屏內(nèi)容顯示NN4 系統(tǒng)調(diào)試4.1時間顯示：格式為：時 分 秒。按S2鍵一下為設(shè)置時，且時閃爍；按S2鍵兩下為設(shè)置分，且分閃爍；按S2鍵三下為設(shè)置秒，且秒閃爍；按S2鍵四下為跳出設(shè)置。S3鍵為減一，S4鍵為加一。同時按遙控器上的直接設(shè)置數(shù)碼管鍵可以設(shè)置相應(yīng)位，且對應(yīng)位閃爍，也

18、可以按進(jìn)入設(shè)置鍵進(jìn)行設(shè)置，其操作與S2相同。此時可以按調(diào)節(jié)加1鍵加一，按調(diào)節(jié)減1鍵減一；也可以直接按數(shù)字鍵直接設(shè)置成對應(yīng)數(shù)字。按2*鍵實現(xiàn)24/12小時切換。按確認(rèn)設(shè)置鍵退出設(shè)置。按鍵與遙控器可以同時協(xié)調(diào)設(shè)置。4.2 鬧鈴顯示：格式為：時 分 星期 N/F。S2鍵設(shè)置、S3鍵、S4鍵、直接設(shè)置數(shù)碼管鍵、調(diào)節(jié)加1鍵和調(diào)節(jié)減1鍵相同。同時可按鬧鈴設(shè)置F/N鍵進(jìn)行開/關(guān)。鬧鈴時需人為關(guān)閉，以達(dá)到鬧鈴的作用。其中星期上數(shù)字為8的意思是整個星期都響鈴。4.3 日期顯示：格式為：年 月 日。其設(shè)置與時間設(shè)置相同。4.4 秒表顯示：格式為：分 秒 10ms位 100ms位。按S4計時開始/暫停，按S3計時清

19、0。同時按遙控器上的直接進(jìn)入秒表鍵進(jìn)行計時開始/暫停，按3*鍵計時器清0。最大計時范圍99分59秒。4.5 星期顯示：格式為：V E E C 空 星期。V E E C 代表英文week，S2鍵設(shè)置星期。遙控器設(shè)置相同。4.6 世紀(jì)顯示：格式為： C E - - 世紀(jì)。設(shè)置與星期設(shè)置相同。4.7 溫度顯示：格式為：空 溫度 C。溫度精確到百分之一。4.8 報時功能時間運(yùn)行到與整點(diǎn)時間時，鬧鐘響（每次響0.5秒，停0.5秒，持續(xù)響與相應(yīng)時間點(diǎn)數(shù)相同）。TV/AV鍵為整點(diǎn)報時功能開關(guān)鍵。并且有二極管指示。經(jīng)過以上調(diào)試，實現(xiàn)了題目要求的基本部分和發(fā)揮部分的全部功能，并且增添了：鬧鐘增添星期可調(diào)，17代

20、表星期一到星期日，8代表每天都響，使得產(chǎn)品更加人性化。：模式增添溫度顯示，其溫度可以精確到0.01度，使得數(shù)字鐘更加完善，功能更強(qiáng)大。：鬧鈴以及報時有指示燈，此設(shè)計主要是針對不需要查看鬧鐘以及報時模式就可以知道是否已經(jīng)打開鬧鈴和報時，讓控制更加方便直觀。： 模式增添世紀(jì)顯示，其世紀(jì)可以記錄200個世紀(jì)，更完整的展示了DS12C887的魅力。：雙顯示，此設(shè)計是本產(chǎn)品的最大亮點(diǎn)之一。同時擁有六位數(shù)碼管動態(tài)顯示和8*64電子顯示。其切換簡單，應(yīng)用更為廣泛。：硬件實現(xiàn)全手工制作PCB，并非萬能板的線路焊接，最接近工業(yè)的產(chǎn)品，使得數(shù)字鐘運(yùn)行更穩(wěn)定，更美觀。5 系統(tǒng)功能和指標(biāo)參數(shù)5.1 電子日歷電子日歷，

21、有時間顯示、鬧鈴、日期、秒表、星期、世紀(jì)、溫度顯示，及4個獨(dú)立式鍵盤設(shè)置功能。功能鍵4: 設(shè)置位數(shù)字+1 鬧鐘模式下為鬧鐘開關(guān) 秒表模式下為記時開關(guān)。功能鍵3: 設(shè)置位數(shù)字-1 鬧鐘模式下為鬧鐘開關(guān)。功能鍵2: 設(shè)置模式及設(shè)置位選擇 秒表模式下為清零鍵。 功能鍵1: 在7種工作模式下切換 設(shè)置鬧鐘開關(guān)。5.2 紅外遙控功能 紅外遙控可以直接按數(shù)字鍵調(diào)參數(shù)，模式切換，參數(shù)加減1，24小時制和12小時制切換鬧鈴設(shè)置，等等功能。六位數(shù)碼管顯示各個模式的效果時間： 時 分 秒 - 各2位數(shù)碼管顯示，其中時有24/12小時制兩種模式 鬧鈴： 時 分 星期 N/F - N 表示鬧鐘開；F 表示鬧鐘關(guān) 日期： 年 月 日 - 各2位數(shù)碼管顯示，年的顯示范圍 099各2位數(shù)碼管秒表： 分 秒 10ms位 100ms位 -分顯示范圍 099,2位數(shù)碼管;秒顯示范圍 059 2位數(shù)碼管；10ms為1位數(shù)碼管; 100ms為1位數(shù)碼管 星期： V E E C 空 星期 - 前四位數(shù)碼管顯示VEEC，接下來1位顯示空，最后1位是星期 17 世紀(jì)： C E - - 世紀(jì) - 前四位數(shù)碼管顯示 CE- 後兩位顯示世紀(jì)范圍是 099 溫度： 空 溫度 C - 前一