帶紅外遙控的LCD時鐘顯示

1、摘要本文主要對帶有紅外控制的LCD時鐘顯示的設(shè)計做了詳細的介紹。主要包含實時時鐘顯示、環(huán)境溫度顯示、鬧鈴的設(shè)定、紅外可調(diào)時鐘四個功能。該設(shè)計分為五個主要模塊，分別是紅外控制模塊、智能溫度檢測模塊、實時時鐘模塊、顯示模塊、主控機，這些模塊功能的實現(xiàn)主要通過常用的芯片或傳感器來實現(xiàn)的，如時鐘模塊通過DS1302芯片，溫度檢測模塊通過DS18B20溫度傳感器來實現(xiàn)等。主控機部分通過單片機延時、中斷等基礎(chǔ)功能實現(xiàn)設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：紅外控制； 時鐘； 溫度； DS1302； DS18B20AbstractThe article mainly designed to control LCD clock d

2、isplay with infrared made a detailed presentation. Mainly contains real-time clock display, ambient temperature display, alarm settings, infrared tunable clock four functions. The designer of this design is divided into five main modules, namely infrared module, the temperature detection module, rea

3、l-time clock module, display module, the host computer, the module functions are implemented mainly through the usual chips or sensors to achieve, such as clock module DS1302 chip temperature detection module DS18B20 temperature sensor realization. The host computer is used to control microcontrolle

4、r STC89C52 produced. Through the microcontroller delay, interrupt and other basic functions to achieve the design requirements.Key words:IR control; Clock; Temperature; DS1302; DS18B20目錄第一章 緒論1第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計22.1系統(tǒng)功能要求22.2系統(tǒng)方案論證2第三章 系統(tǒng)硬件電路部分33.1主控機STC89C5233.1.1 C52單片機最小系統(tǒng)33.1.2單片機復位電路33.1.3中斷的使用43.2 實時時

5、鐘芯片DS130243.3 溫度傳感DS18B2053.4 紅外接收模塊的設(shè)計63.4.1紅外控制系統(tǒng)的工作原理63.4.2紅外接收頭的硬件電路83.5 LCD顯示電路的設(shè)計83.6蜂鳴器電路的設(shè)計9第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計94.1主程序流程圖94.2時間調(diào)整函數(shù)設(shè)計104.3紅外遙控模塊的程序設(shè)計114.3.1紅外解碼程序設(shè)計114.3.2紅外調(diào)控程序設(shè)計12第五章 系統(tǒng)的調(diào)試及仿真135.1硬件電路的安裝與調(diào)試145.2軟件測試145.3測試結(jié)果分析與結(jié)論155.4 Proteus仿真測試15參考文獻19致謝20附錄A21附錄B22第一章 緒論本設(shè)計課題是基于紅外遠程控制的LCD時鐘顯示。在現(xiàn)

6、在的廣場，火車站，家庭的客廳這樣的時鐘用得比較廣，在本設(shè)計中主要用的是C52單片機作為主控機部分。在這個部分主要用到的單片機知識是I/O口的定義，注意準雙向口和雙向口的區(qū)別，外部中斷等知識，在外界設(shè)備上，主要連接的是溫度傳感器DS18B20，DS1302實時時鐘芯片，紅外接收頭，LCD1602液晶顯示屏，蜂鳴器。溫度傳感器DS18B20是由美國DALLAS半導體公司生產(chǎn)的，采用的是三線制，其中只有一條總線，這一條總線既可以作為時鐘線，又可以做為數(shù)據(jù)線，在作為數(shù)據(jù)線時是雙向的。能夠有穩(wěn)定，直接能讀數(shù)的優(yōu)點。DS1302 也是美國DALLAS半導體公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電

7、路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用了三線接口與CPU進行同步通信，并且可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。紅外接收頭主要是通過判斷高低電平的持續(xù)時間來解碼，通過中斷程序的不斷掃描來判斷是否通過紅外調(diào)控，紅外控制有在短距離調(diào)控中抗干擾性強的特點。LCD液晶顯示屏有顯示穩(wěn)定，可以夜視，硬件電路簡單等優(yōu)點。總而言之，本設(shè)計以穩(wěn)定，低功耗為主要特點而設(shè)計。第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計2.1系統(tǒng)功能要求本設(shè)計已經(jīng)模塊化，根據(jù)每一模塊特點，主要設(shè)計功能要求

8、有紅外遠程遙控LCD時鐘能顯示年、月、日、星期、時、分、秒和溫度，具備定時的功能和溫度報警功能，并且具有紅外遙控調(diào)整時間、設(shè)定鬧鈴的功能。2.2系統(tǒng)方案論證根據(jù)畢設(shè)的功能要求，初步將其分為五個主要模塊，分別是主控機模塊、紅外控制模塊、DS18B20溫度傳感器模塊、DS1302時鐘芯片模塊、LCD1602顯示模塊，如圖：1-1所示。圖1-1 電路系統(tǒng)框圖 其中主控機是采用STC系列單片機C52，時鐘控制模塊使用的是美國DALLAS公司生產(chǎn)的DS1302時鐘芯片，它可以對年、月、日、周、日、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償?shù)榷喾N功能，并且是一種較流行的串行數(shù)據(jù)傳輸時鐘芯片。其最大的特點就是具有涓

9、細電流充電功能，具有掉電保護。同樣采用美國DALLAS公司推出的DS18B20作為智能型溫度實時檢測傳感器，其溫度測量范圍是55+125，固有測量誤差為1。優(yōu)點是可以直接讀出測量溫度值,采用三線制與51單片機相連，使得硬件電路比較簡單。顯示模塊使用的是LCD1602液晶顯示屏，LCD1602不能顯示中文和圖片，但其程序代碼較為簡單，而且穩(wěn)定性較好，有夜視的功能，功耗較小，用于顯示溫度和時23間的屏幕大小足夠。最后紅外控制模塊主要是由紅外發(fā)射和紅外接收模塊組成，紅外發(fā)射頭通過發(fā)射38KHz的紅外波，通關(guān)過紅外接收頭接收，通過紅外解碼程序來實現(xiàn)時間的實時調(diào)節(jié)和設(shè)定鬧鈴等功能。第三章 系統(tǒng)硬件電路部

10、分本系統(tǒng)由主控機STC89C52、溫度傳感器DS18B20、時鐘芯片DS1302、紅外發(fā)射/接收電路以及串口顯示電路組成。3.1主控機STC89C52STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K的系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。器件采用的是高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)。是一種高效的微控制器件，為實現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計所要求的功能提供了靈活性的方案。3.1.1 C52單片機最小系統(tǒng)本系統(tǒng)的最小系統(tǒng)采用的是內(nèi)部時鐘方式，如圖3-1所示。在最小系統(tǒng)中電容C2和C3的典型值常選擇為30pF。該電容的大小會直接影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體振蕩頻率的范圍通常在1.2

11、到12MHz。晶體的頻率越高，系統(tǒng)的時鐘頻率越高單片機的運行速度就越快。晶體和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定，可靠的工作。圖3-1 C52單片機最小系統(tǒng)3.1.2單片機復位電路本系統(tǒng)采用的是上電復位，其電路如圖3-2所示，只要在RST復位引腳上接一電容到VCC端，下面接一個電阻到地即可。上電復位的工作過程是在加電時開始，復位電路通過電容加給RST端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著VCC對電容的充電過程而慢慢減小，RST端的高電平持續(xù)時間取決于電容的大小。圖3-2上電復位系統(tǒng)3.1.3中斷的使用采用中斷可以大大提高單片機的工作效率和實時性。在本系統(tǒng)

12、中采用的是外部中斷0和定時器T0中斷且工作在方式1。在外部中斷0中主要執(zhí)行的是紅外解碼程序，當檢測到紅外按鍵標志位置1時，進入中斷并且關(guān)閉中斷執(zhí)行相應的解碼程序，解碼結(jié)束開中斷并返回解碼值。定時器0主要用于計時，在TH0和TL0兩個寄存器中要裝入初值。定時器0工作在方式1下為16位定時計數(shù)器。若設(shè)定時時間為t,晶振振蕩周期為，則需要計數(shù)的個數(shù)N=t/，則裝入TH0和TL0寄存器中的初值分別是TH0=（65536-N)/256,TL0=(65536-N)%256,要注意的是當中斷計時溢出進入中斷后，方式1要求重裝初值。在定時器0中斷主要定義了標志位，每200ms刷新下時間和溫度的讀數(shù)。3.2 實

13、時時鐘芯片DS1302 DS1302 是DALLAS公司推出的一種低功耗、高性能、帶有RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償?shù)墓δ?，正常工作電壓?.5V5.5V。且采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。增加了主電源/后備電源雙電源引腳，提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。DS1302的硬件電路原理圖如圖3-3所示。圖中VCC2是主電源引腳，接單片機的供電電源端，VCC1是備份電源引腳接3V的紐扣電池即可，在主電源供電時，

14、備份電源可以不接，而備份電源在這里的目的是防止掉電后DS1302還能夠正常工作。X1和X2引腳接的是32.768KHz的晶振給DS1302工作。5、6、7腳三線制接到單片機P1.3、P1.4、P1.5引腳上。圖3-3 DS1302硬件電路連接圖3.3溫度傳感DS18B20 DS18B20是DALLAS半導體公司最新推出的一種智能溫度傳感器。他能夠直接讀出被測溫度并且通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)。從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息是通過其I/O單線接口讀寫的。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡單，同時使系統(tǒng)的可靠性更高。DS18B20的硬件電路如圖3-4所示。D

15、S18B20溫度傳感器傳輸數(shù)據(jù)使用的是單總線技術(shù)，單總線既可以做時鐘線也可以做數(shù)據(jù)線。由于I/O口一個漏極開路端口與總線連接時需要在I/O口處接一個上拉電阻，所以在DS18B20的DATA口加一個10K的上拉電阻，主要用來提供穩(wěn)定的電平。圖3-4 DS18B20硬件連接圖3.4紅外接收模塊的設(shè)計紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種短程通信和遙控手段。由于紅外裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，因而繼彩電、錄像機之后，在錄音機、音響設(shè)備、空調(diào)機以及玩具等其他小型電器裝置上紛紛采用了紅外遙控。工業(yè)設(shè)備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下采用紅外遙控不僅安全可靠，而且很好的隔離電器干擾。3

16、.4.1紅外控制系統(tǒng)的工作原理（1）紅外系統(tǒng) 通用紅外系統(tǒng)是由發(fā)射和接收兩大部分組成。應用編/解碼專用集成電路芯片來進行控制操作，發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)射器；接收部分包括光電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。如圖3-5所示。圖3-5紅外系統(tǒng)框圖（2）遙控發(fā)射器及其編碼 采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進制“1”，其波形如圖3-6所示。圖3-6紅外編碼圖上述“0”和“1”組成的32位二進制碼經(jīng)過38KHz的載頻進行二次調(diào)制以提高發(fā)

17、射效率，達到降低電源功耗的目的。然后在通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射。產(chǎn)生的遙控紅外編碼是連續(xù)的32位二進制碼組，其中前16位是系統(tǒng)碼，也稱為用戶識別碼，能夠區(qū)別不同的電氣設(shè)備，防止不同機種遙控碼互相干擾。后16位為8位操作碼（功能碼）及其反碼。如圖3-7所示。圖3-7紅外編碼組成遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種32位二進制碼，周期約為108ms。一組碼本身的持續(xù)時間隨他包含的二進制“0”和“1”的個數(shù)不同而不同，大約在45ms到63ms之間。當一個按鍵按下超過36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組108ms的編碼脈沖，這108ms發(fā)射碼由一個引導碼（9ms），一個結(jié)果碼（4.5

18、ms），低8位地址碼（918ms），高8位地址碼（918ms），8位數(shù)據(jù)碼（918ms）和這8位數(shù)據(jù)碼的反碼（918ms）組成。如果按鍵按下超過108ms仍未松開，接下來發(fā)射的代碼（連發(fā)碼）將僅由超始碼（9ms）和結(jié)束碼（2.25ms）組成。如圖3-8所示。圖3-8引導碼和連發(fā)碼3.4.2紅外接收頭的硬件電路紅外接收頭硬件電路原理圖如圖3-9所示。紅外接收頭的I/O口是輸入口，用來接收紅外信號，并通過內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)換電路和解碼電路將其轉(zhuǎn)換成相應的鍵碼。在電源VCC和GND之間接一個104的電容是一般硬件電路的做法，主要是濾波的作用，防止外界的干擾。圖3-9紅外接收頭的硬件連接圖3.5 LCD顯示

19、電路的設(shè)計液晶顯示器件有功耗小、穩(wěn)定性高等特點。而LCD液晶顯示屏也有好多，擁有不同規(guī)格的尺寸大小，本次設(shè)計用的是LCD1602的字符型液晶屏，是只用于顯示字母、數(shù)字、符號的點陣式液晶。1602的硬件連接圖如圖3-10所示。該電路要說明的是3腳VO端接的2K的電阻，主要用來控制液晶屏的對比度，選擇電阻值不合適的話，可能會影響液晶屏的顯示。圖3-10液晶顯示屏的接線圖3.6蜂鳴器電路的設(shè)計蜂鳴器分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器。壓電式蜂鳴器需要較高的電壓（9V以上）才能驅(qū)動。而電磁式蜂鳴器只要1.5V-12V的直流電壓按極性連接就能發(fā)音，在DC5V電源下電流為20毫安左右，這個電流已經(jīng)超過單片機一

20、個IO口的最大承受能力，所以要設(shè)計驅(qū)動電路。對于51單片機來說，只需接一個PNP型三極管，型號為9012或者是8550，來作為開關(guān)作用。如圖3-27所示。圖中的電阻起到了限流的作用。圖3-27 蜂鳴器接線圖第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計4.1主程序流程圖主程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1主程序流程圖主函數(shù)部分主要是對單片機外部中斷、定時器0、DS1302、LCD1602、保存數(shù)據(jù)的EEPROM、DS18B20進行了初始化的設(shè)計。并且對按鍵、時鐘、溫度進行不斷掃面，檢查是否有按鍵按下、是否到達鬧鈴設(shè)定時間、是否達到溫度上、下限值。4.2時間調(diào)整函數(shù)設(shè)計 時間調(diào)整函數(shù)如圖4-2所示。該函數(shù)中主要通過設(shè)置了

21、變量menu_1、menu_2、key_can變量來實現(xiàn)不同的調(diào)節(jié)功能，用menu_1不同的值來控制設(shè)置時間、鬧鈴、溫度，用menu_2的不同值來控制設(shè)置時間中的時分日星期年份、設(shè)置鬧鐘的時和分、設(shè)置溫度的上限、下限值，而key_can則是用來設(shè)置加減操作的。圖4-2時間調(diào)整函數(shù)流程圖4.3紅外遙控模塊的程序設(shè)計 紅外遙控模塊程序的設(shè)計首先要對紅外發(fā)射器發(fā)射出的紅外波進行解碼，通過不同的碼值對應的不同的鍵值去調(diào)節(jié)時鐘、鬧鈴、溫度等。4.3.1紅外解碼程序設(shè)計通過紅外波的脈寬長度來判斷發(fā)出的紅外波中所包含的二進制碼，紅外波包含四個部分，分別是引導碼、系統(tǒng)碼、數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)反碼。其解碼流程圖如圖4-

22、3所示。圖4-3解碼程序流程圖4.3.2紅外調(diào)控程序設(shè)計紅外調(diào)控跟按鍵調(diào)控原理差不多，主要對紅外遙控器上的按鍵的解碼值對應的相應的調(diào)控鍵值上去。運用了switch（）語句。設(shè)計流程圖如圖4-4所示圖4-4紅外遙控程序流程圖第5章 系統(tǒng)的調(diào)試及仿真調(diào)試分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，其中以軟件調(diào)試為主。硬件調(diào)試比較簡單，主要是檢測硬件電路是否有短路、斷路、虛焊等。軟件調(diào)試可以先編寫顯示程序并進行硬件的正確性檢驗，然后分別進行主程序、讀時間、鍵盤設(shè)定時間子程序、定時報警子程序等子程序的編程及調(diào)試。調(diào)試中問題說明：DS1302 與微處理器進行數(shù)據(jù)交換時，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位MSB

23、(D7)必須為邏輯1，如果D7=0，則禁止寫DS1302，即寫保護；D6=0，指定時鐘數(shù)據(jù)，D6=1，指定RAM數(shù)據(jù)；D5D1指定輸入或輸出的特定寄存器；最低位LSB(D0)為邏輯0，指定寫操作(輸入)， D0=1，指定讀操作(輸出)。 在DS1302的時鐘日歷或RAM進行數(shù)據(jù)傳送時，DS1302必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進行單字節(jié)傳送，8位命令字節(jié)傳送結(jié)束之后，在下2個SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下8個SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。 DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類:一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為C0HFDH，其中奇數(shù)為讀操作

24、，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，在此方式下可一次性讀、寫所有的RAM的31個字節(jié)。 要特別說明的是備用電源B1，可以用電池或者超級電容器(0.1F以上)。雖然DS1302在主電源掉電后的耗電很小，但是，如果要長時間保證時鐘正常，最好選用小型充電電池?？梢杂美鲜诫娔X主板上的3.6V充電電池。如果斷電時間較短(幾小時或幾天)時，就可以用漏電較小的普通電解電容器代替。100 F就可以保證1小時的正常走時。DS1302在第一次加電后，必須進行初始化操作。初始化后就可以按正常方法調(diào)整時間。5.1硬件電路的安裝與調(diào)試在本設(shè)計調(diào)試中遇到了很多的問題。回想這些問題只要認真多思考都是可以避免的

25、，以下為主要的問題：（1）電源正常，但是LCD1602亮起來不顯示字符 解決：1602液晶顯示偏壓引腳所接的電阻過小，使得屏幕太亮，蓋住了所顯示的字符（2）在程序正確的情況下，顯示的時間是亂碼，總是在跳動 解決：DS1302模塊的接地引腳未接入，使得顯示不穩(wěn)定 （3）單片機不能正常工作 解決：單片機的晶振接入正確，而是單片機引腳未接入高電平5.2軟件測試電子成年歷是多功能的數(shù)字型，可以看當前日期（陰、陽歷）,時間，還有溫度的儀器。電子成年歷功能很多，所以對于它的程序也較為復雜,所以在編寫程序和調(diào)試時出現(xiàn)了相對較多的問題。最后經(jīng)過多次的模塊子程序的修改，一步一步的完成，最終解決了軟件。在軟件的調(diào)

26、試過程中主要遇到的問題如下：（1）對時鐘修改時間或日期時，顯示數(shù)字不對。解決：又查閱一遍DS1302的資料，原來程序?qū)懭氲臄?shù)字是十進制數(shù)，而DS1302接收的數(shù)字必須是BCD碼數(shù)字，于是又在程序中增加了一段10進制轉(zhuǎn)BCD碼的子程序，解決問題。(2)溫度在LCD1602顯示屏上顯示的溫度是亂碼解決：在檢查寫命令程序時，發(fā)現(xiàn)跟芯片學習手冊提供的時序有差別，最后沒有將芯片的DQ口置為高電平釋放總線。（3）剛開始在調(diào)試時LCD1602顯示屏時，不能正常顯示。解決：在LCD1602初始化程序中有問題，在主函數(shù)中沒有調(diào)用LCD1602初始化函數(shù)（4）不能實現(xiàn)鬧鐘功能解決：沒有保存鬧鐘設(shè)定的時間，運用了S

27、TC89C52單片機中的EEPROM來存儲要保存的內(nèi)容，時間鬧鐘的調(diào)節(jié)功能。5.3測試結(jié)果分析與結(jié)論測試結(jié)果分析：（1）在測試中遇到發(fā)光二極管、LCD1602不顯示時,首先使用試測儀對電路進行測試,觀察是否存在漏焊,虛焊,或者元件損壞.（2）LCD1602顯示不正常，還有亮度不夠，首先使用試測儀對電路進行測試,觀察電路是否存在短路現(xiàn)象。查看燒寫的程序是否正確無誤，對程序進行認真修改。測試結(jié)論：經(jīng)過多次的反復測試與分析,可以對電路的原理及功能更加熟悉,同時提高了設(shè)計能力與及對電路的分析能力.同時在軟件的編程方面得到更到的提高,對編程能力得到加強.同時對所學的知識得到很大的提高與鞏固。5.4 Pr

28、oteus仿真測試Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件。它能夠很好地仿真單片機及其外部硬件，是目前單片機仿真用得最多的軟件，具有簡單、方便的特點。他從原理圖布圖、代碼調(diào)試以及到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，真正地實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。通過proteus調(diào)試仿真軟件上調(diào)試未發(fā)現(xiàn)錯誤一切都能正常工作，符合設(shè)計要求和能實現(xiàn)設(shè)計功能。（1）本設(shè)計仿真如圖5-1所示。圖5-1 時間、溫度顯示（2） 時間調(diào)節(jié)（見圖5-2）圖5-2時間調(diào)節(jié)仿真圖（3） 鬧鐘設(shè)定（見圖5-3）圖5-3鬧鐘設(shè)定（4） 上下限溫度設(shè)定（見圖5-4）圖5-4溫度上下限的設(shè)定參考文獻1 白駒珩