红外遥控数字钟

1、湖南生物与机电学院2009届毕业设计（论文）题 目： 单片机红外遥控数字钟设计班 级： 学 号： 姓 名： 指导老师： 2009年05月红外遥控数字钟摘要：本系统由单片机控制模块、键盘、数码显示屏、DS12C887控制电路、无线和DS18B20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，外接DS18B20温度传感器实时监控温度。整个系统结构紧凑，电路简单，功能强大，可扩展性强。关键词：AT89S52单片机，DS12C887,DS18B20,无线等。1 前言1.1 前言时钟，

2、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。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

3、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。本系统采用AT89S52单片机为主控芯片 ，配以DS12C887时钟芯片，数码管、DS18B20温度传感器以及

4、信号处理电路构成24/12小时制多功能数字钟。这种多功能数字钟不仅具有了一般数字钟的基本功能，而且还具有以下功能：闹钟时间设置、闹钟开关、遥控止闹功能、实时检测环境温度等一系列功能。设计这样的闹钟，目的就是为了设定所需时间，并且可以随时检测室内温度，同时还可以实现非接触调时和关闭闹铃，这在生活当中给我们带来了许多的方便。设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。1.2 国内外研究现状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

5、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

6、率合成器、字符发生器、声音发生器、CRT控制器、译码驱动器等。2 总体方案设计根据题目要求，基本部分需要实现各种显示模式的切换、控制、调节等功能，而发挥部分主要需要实现遥控控制和闹铃的完善。2.1 时钟信号产生方案方案一：采用AT89S52的时钟中断产生时钟信号。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业AT80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和定时器/计数器，使得AT89S52为众多

7、嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。使用该芯片，设计简单，可以生成任何低频率的信号，但频率精确度和稳定度都难以达到要求，使时间误差大。方案二：采用DS12C887实时时钟芯片产生时钟信号。DS12C887实时时钟芯片功能丰富，由于 DS12C887能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息；DS12C887中自带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持 10年之久；对于一天内的时间记录，有12小时制和 24小时制两种模式。在 12小时制模式中，用 AM和 PM区分上午和下午；时间的表示方法也有两种：一种用二进制数表示，一种用 BCD码表示；Dallas公司的时钟日历芯

8、片 DS12C887功能丰富，使用简单，可用性高。2.1.3方案论证：从题目要求来看，上述两种方案都可以满足题目时钟信号范围的要求，但AT89S52中断产生的时钟稳定度、精确度都不如DS12C887产生的信号；另一方面，DS12C887较AT89S52中断更容易精确控制，所以我们选择DS12C887方案进行时钟信号产生。2.2 显示方案方案一：使用液晶显示屏显示时间。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险、平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势、可视面积大、画面效果好、分辨率高、抗干扰能力强等特点。但由于只需要显示时间这样的数字，信息量小，且由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需

9、要利用控制芯片编程工作量大，控制器的资源占用较多，其成本也偏高。在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶的显示芯片，不易维护。方案二：使用传统的数码管动态显示。数码管具有低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温、对外界环境要求低、易于维护、同时其精度比较高、称量快、精确可靠、操作简单。数码管是采用BCD码显示数字，程序编译容易，资源占用少。方案三： 静态显示方式：静态显示方式是指当显示器显示某一字符时，发光二极管的位选始终被选中。在这种显示方式下，每一个LED数码管显示器都需要一个8位的输出口进行控制。由于单片机本身提供的I/O口有限，实际使用中，通常通过扩展I/O

10、口的形式解决输出口数量不足的问题。静态显示主要的优点是显示稳定，在发光二极管导通电流一定的情况下显示器的亮度大，系统运行过程中，在需要更新显示内容时，CPU才去执行显示更新子程序，这样既节约了CPU的时间，又提高了CPU的工作效率。其不足之处是占用硬件资源较多，每个LED数码管需要独占8条输出线。随着显示器位数的增加，需要的I/O口线也将增加。其功耗比较大。方案四：点阵显示：采用通用芯片74HC595，其具有8位锁存、串-并移位寄存器和三态输出，可以用它的锁存功能实现硬件电路对数据的刷新等外围电路来驱动8*64的点阵LED显示屏。利用AT89S52本身强大的功能和大容量的内部存储，可以很方便的

11、实现单片机和时钟芯片及显示屏等外围存储设备的数据传输，并能利用软件方便的进行显示内容的多样变化，另一方面点阵显示屏广泛的应用于医院、机场、银行等公共场所，所以这种显示具有很强的现实应用性。方案论证根据以上的论述，采用方案二结合方案四。在本系统中，我们采用了数码管的动态显示实现低成本及近距离遥控时钟，而利用点阵显示屏实现各种公共场所和远距离的遥控时钟，其综合利用高，现实实用性强。3 单元模块设计3.1 硬件设计3.1.1 AT89S52单片机模块单片机模块（见图1）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，其构成由单片机AT89S52、地址锁存器573、译码器74L

12、S138和四按键构成的最小系统。3.1.2时钟信号产生模块时钟产生（见图2）是信号主要组成部分，由DS12C887能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息；DS12C887中自带有锂电池，实现掉电保护信息，对于一天内的时间记录，有12小时制和 24小时制两种模式。单片机直接从DS12C887读取信息，程序简单，时钟信号精确。显示模块1.六位数码管显示（见图3.1）读取的信息，通过单片机P0口输出段码信息，P2口通过74LS138译码信号后控制数码管位信号，结合后实现动态显示，节省元器件，降低了成本，符合消费类产品的高性价比。但在红外通信过程中，显示会闪一下，因为红外通信的时序要求比较

13、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。解决方案为用液晶段码显示，能很好的解决此问题。2.点阵显示： 74HC245作控制信号驱动，场效应管集成芯片4953作行驱动。74HC138控制行扫描选择，74HC595串行输入代码并锁存在内部锁存器中，然后将锁存器打开，将代码并行输出到LED点阵屏上(见图3.2，由于图很大，所以只给出了其中一部分)。点阵屏控制框图AT89S52显示内容列驱动74HC595LED显示模块（64*8）列驱动74HC138、495374HC245信号驱动 按 键报警模块本产品使用有源蜂鸣器（见图4），9012 PNP驱动器件，通过电阻直接用单

14、片机控制，方便简单，符合要求。独立式按键模块题目要求使用4*4键盘实现，但本产品考虑到成品、外观等问题决定使用4个按键实现16按键的全部功能。其中功能键为S1，设置键为S2，上调键S3和下调键S4。（见图1）遥控模块红外发射模块，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（见图5）。红外接收模块, 使

15、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（见图6）。 3.1.7温度模块 温度我们采用经典的传感器-DS18B20(见图7)，其控制简单，只需占用单

16、片机一个口就能实现命令写入和温度代码的读取。图1图2图3.1图3.2.1图4 图5 图6 图 73.2 软件设计3.2.1主程序流程图开始DS12C887初始化显示DS18B20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。3.2.2按键值处理程序流程图设置 减相应模式下的设置键模式切换标志位=3标志位=1扫描设置 加键按下？标志位=2标志位=4返回NY说明：当有键按下时，单片机只需判断标志位是几，再执行相应的操作。模式切换中，顺序为：时钟闹钟日期秒表星期世纪温

17、度时钟。3.2.3遥控按键处理程序流程图扫描功能响应(见使用说明表)遥控键按下？返回YN点阵屏处理程序流程图开 始初始化I/O口、定时器清屏行扫描列送显示代码8个代码字节是否送完行增一Y8行是否扫描完Y下一屏内容显示NN4 系统调试4.1时间显示：格式为：时 分 秒。按S2键一下为设置时，且时闪烁；按S2键两下为设置分，且分闪烁；按S2键三下为设置秒，且秒闪烁；按S2键四下为跳出设置。S3键为减一，S4键为加一。同时按遥控器上的直接设置数码管键可以设置相应位，且对应位闪烁，也可以按进入设置键进行设置，其操作与S2相同。此时可以按调节加1键加一，按调节减1键减一；也可以直接按数字键直接设置成对应

18、数字。按2*键实现24/12小时切换。按确认设置键退出设置。按键与遥控器可以同时协调设置。4.2 闹铃显示：格式为：时 分 星期 N/F。S2键设置、S3键、S4键、直接设置数码管键、调节加1键和调节减1键相同。同时可按闹铃设置F/N键进行开/关。闹铃时需人为关闭，以达到闹铃的作用。其中星期上数字为8的意思是整个星期都响铃。4.3 日期显示：格式为：年 月 日。其设置与时间设置相同。4.4 秒表显示：格式为：分 秒 10ms位 100ms位。按S4计时开始/暂停，按S3计时清0。同时按遥控器上的直接进入秒表键进行计时开始/暂停，按3*键计时器清0。最大计时范围99分59秒。4.5 星期显示：格

19、式为：V E E C 空 星期。V E E C 代表英文week，S2键设置星期。遥控器设置相同。4.6 世纪显示：格式为： C E - - 世纪。设置与星期设置相同。4.7 温度显示：格式为：空 温度 C。温度精确到百分之一。4.8 报时功能时间运行到与整点时间时，闹钟响（每次响0.5秒，停0.5秒，持续响与相应时间点数相同）。TV/AV键为整点报时功能开关键。并且有二极管指示。经过以上调试，实现了题目要求的基本部分和发挥部分的全部功能，并且增添了：闹钟增添星期可调，17代表星期一到星期日，8代表每天都响，使得产品更加人性化。：模式增添温度显示，其温度可以精确到0.01度，使得数字钟更加完善

20、，功能更强大。：闹铃以及报时有指示灯，此设计主要是针对不需要查看闹钟以及报时模式就可以知道是否已经打开闹铃和报时，让控制更加方便直观。： 模式增添世纪显示，其世纪可以记录200个世纪，更完整的展示了DS12C887的魅力。：双显示，此设计是本产品的最大亮点之一。同时拥有六位数码管动态显示和8*64电子显示。其切换简单，应用更为广泛。：硬件实现全手工制作PCB，并非万能板的线路焊接，最接近工业的产品，使得数字钟运行更稳定，更美观。5 系统功能和指标参数5.1 电子日历电子日历，有时间显示、闹铃、日期、秒表、星期、世纪、温度显示，及4个独立式键盘设置功能。功能键4: 设置位数字+1 闹钟模式下为闹

21、钟开关 秒表模式下为记时开关。功能键3: 设置位数字-1 闹钟模式下为闹钟开关。功能键2: 设置模式及设置位选择 秒表模式下为清零键。 功能键1: 在7种工作模式下切换 设置闹钟开关。5.2 红外遥控功能 红外遥控可以直接按数字键调参数，模式切换，参数加减1，24小时制和12小时制切换闹铃设置，等等功能。六位数码管显示各个模式的效果时间： 时 分 秒 - 各2位数码管显示，其中时有24/12小时制两种模式 闹铃： 时 分 星期 N/F - N 表示闹钟开；F 表示闹钟关 日期： 年 月 日 - 各2位数码管显示，年的显示范围 099各2位数码管秒表： 分 秒 10ms位 100ms位 -分显示范围 099,2位数码管;秒显示范围 059 2位数码管；10ms为1位数码管; 100ms为1位数码管 星期： V E E C 空 星期 - 前四位数码管显示VEEC，接下来1位显示空，最后1位是星期 17 世纪： C E - - 世纪 - 前四位数码管显示 CE- 後两位显示世纪范围是 099 温度： 空 温度 C - 前一位数码管无显示