遥控电子钟设计及制作.docx
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遥控电子钟设计及制作
昆明冶金高等专科学校
毕业论文
题目:
遥控电子钟设计及制作
学院:
自动化与电力学院
专业:
应用电子技术
班级:
电子0101班
指导教师:
周遐金瑞
制作人:
陆广任王俊鑫陆丽娟
摘要:
本毕业设计项目根据毕业设计任务书指定和我校高职高专特点的要求,体现毕业生的实践动手能力、创新思维、解决问题的能力和对所学知识的综合运用能力,为学校教学楼设计制作一套遥控电子钟系统,整个系统中的大型数码管、控制电路、遥控发射和接收电路、印刷电路板、编程器以及外壳等自己设计制作,可实现如下功能:
1、采用数字显示,外形美观、大方,显示醒目、直观。
2、秒、分钟及小时的显示,计时准确,每年的时间误差小于一分钟。
3、可显示星期,不得有误差。
4、可用遥控来对数字钟进行调整,便于使用。
5、市电断电后能继续保持时间的正常运行,来电后恢复显示。
关键词:
遥控电子钟单片机
前言
纵观当今,随着科技的发展,各种自动化设备的发展突飞猛进,单片机担任着不可或缺的重任。
而单片机的特殊结构形式,在某些领域中,它承担了大中型计算机和通用的微型计算机无法完成的一些工作。
使其具有很多显著的优点和特点,因此在各个领域中都得到了迅猛的发展。
它是控制中心和设备之间的桥梁;它可对光、热、电、力、速度等各种物理量进行采集,处理合成各种电信号送到控制中心进行处理,从而实现了自动化控制。
为了顺应社会的发展,提高我们自身的专业水平和实际动手能力,所以我们在毕业设计中制作了一套遥控电子钟系统。
整个系统中的大型数码管、遥控发射和接收电路、印刷电路板、编程器以及外壳等均由我们自己制作,此电子钟主要选用AT89C2051单片机控制,并采用数字显示,外形美观、大方,显示醒目、直观;有秒、分钟、小时及星期的显示,计时准确,每年的时间误差小于三分钟;还可用遥控来对数字钟进行调整,便于使用;市电断电后能继续保持时间的正常运行,来电后恢复显示。
第一部分单片机概述…………………………………1—8页
第二部分系统设计要求…………………………………9页
第三部分系统硬件设计…………………………………9—22页
第四部分系统软件设计…………………………………22—48页
尾声…………………………………49页
第一部分单片机概述
1、单片机的发展史
1974年,美国仙童(Firchild)公司研制的世界第一台单片微型机F8。
该机有两块集成电路芯片组成,结构奇特,具有与众不同的指令系统,深受民用电器和仪器仪表领域的欢迎和重视.从此,单片机开始迅速发展,应用领域也在不断扩大.现已成为微型计算机的重要分支,单片机的发展过程通常可以分为一下几个发展过程.
(1) 第一代单片机(1974-1976):
这是单片机发展的起步阶段.在这个时期生产的单片机特点是,制造工艺落后和集成度低,而且采用了双片形式.典型的代表产品有Fairchild公司的F8和Mostek387公司的3870等.
(2)第二代单片机(1976-1978):
这是单片机的第二发展阶段.这个时代生产的单片机随眼已能在单块芯片内集成CPU,并行口,定时器,RAM和ROM等功能部件,但性能低,品种少,应用范围也不是很广,典型的产品有Inrel公司的MCS-48系列机.
(3) 第三代单片机(1979-1982):
这是八位单片机成熟的阶段.这一代单片机和前两代相比,不仅存储容量和寻址范围大,而且中断源,并行I/O口和定时器/计数器个数都有了不同程度的增加,更有甚者是新集成了全双工穿行通信接口电路.在指令系统方面,普遍增设了惩处法和比较指令.这一时期生产的单片机品种齐全,可以满足各种不同领域的需要.代表产品有Intel公司的MCS-51系列机,Motorola公司的MC6801系列机,TI公司的TMS7000系列机,此外,Rockwell,NS,GI和日本松下等公司也先后生产了自己的单片机系列.
(4) 第四代单片机(1983年以后):
这是十六位单片机和八位高性能单片机并行发展的时代,十六位机的特点是,工艺先进,集成度高和内部功能强,加法运算速度可达到1us以上,而且允许用户采用面向工业控制的专用语言,如PL/MPLUSC和Forth语言等.代便产品有intel公司的MCS-96系列,TI公司的TMS9900,NEC公司的783××系列和NS公司的HPC16040等.
然而,由于十六位单片机价格比较贵,销售量不大,大量应用领域需要的是高性能,大容量和多功能新型八位单片机.这些单片机有Intel公司的88044(双CPU工作),Zilog公司的Super8(含DMA通道),Motorola公司的MC68CH11(内含E2prom及A/D电路)和WDC公司的65C124(内含网络接口电路),等等.
目前,八位高性能单片机以成为主流,单片机发展具体体现在以下几个方面:
1.CPU功能增强;2.内部资源增多;3.引脚的多功能化;4.低电压低功耗。
2、单片机的发展方向
计算机系统的发展已明显地朝三个方向发展;这三个方向就是:
巨型化,单片化,网络化。
以解决复杂系统计算和高速数据处理的仍然是巨型机在起作用,故而,巨型机在目前在朝高速及处理能力的方向努力。
单片机在出现时,Intel公司就给其单片机取名为嵌入式微控制器(embeddedmicrocontroller)。
单片机的最明显的优势,就是可以嵌入到各种仪器、设备中。
这一点是巨型机和网络不可能做到的。
在目前,用户对单片机的需要越来越多,但是,要求也越来越高。
下面分别就这四个方面说明单片机的技术进步状况。
①内部结构的进步
单片机在内部已集成了越来越多的部件,这些部件包括一般常用的电路,例如:
定时器,比较器,A/D转换器,D/A转换器,串行通信接口,Watchdog电路,LCD控制器等。
有的单片机为了构成控制网络或形成局部网,内部含有局部网络控制模块CAN。
例如,Infineon公司的C505C,C515C,C167CR,C167CS-32FM,81C90;Motorola公司的68HC08AZ系列等。
特别是在单片机C167CS-32FM中,内部还含有2个CAN。
因此,这类单片机十分容易构成网络。
特别是在控制,系统较为复杂时,构成一个控制网络十分有用。
为了能在变频控制中方便使用单片机,形成最具经济效益的嵌入式控制系统。
有的单片机内部设置了专门用于变频控制的脉宽调制控制电路,这些单片机有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列;Motorola公司的MC68HC08MR16、MR24等。
在这些单片机中,脉宽调制电路有6个通道输出,可产生三相脉宽调制交流电压,并内部含死区控制等功能。
特别引人注目的是:
现在有的单片机已采用所谓的三核(TrCore)结构。
这是一种建立在系统级芯片(Systemonachip)概念上的结构。
这种单片机由三个核组成:
一个是微控制器和DSP核,一个是数据和程序存储器核,最后一个是外围专用集成电路(ASIC)。
这种单片机的最大特点在于把DSP和微控制器同时做在一个片上。
虽然从结构定义上讲,DSP是单片机的一种类型,但其作用主要反映在高速计算和特殊处理如快速傅立叶变换等上面。
把它和传统单片机结合集成大大提高了单片机的功能。
这是目前单片机最大的进步之一。
这种单片机最典型的有Infineon公司的TC10GP;Hitachi公司的SH7410,SH7612等。
这些单片机都是高档单片机,MCU都是32位的,而DSP采用16或32位结构,工作频率一般在60MHz以上。
②功耗、封装及电源电压的进步
现在新的单片机的功耗越来越小,特别是很多单片机都设置了多种工作方式,这些工作方式包括等待,暂停,睡眠,空闲,节电等工作方式。
Philips公司的单片机P87LPC762是一个很典型的例子,在空闲时,其功耗为1.5mA,而在节电方式中,其功耗只有0.5mA。
而在功耗上最令人惊叹的是TI公司的单片机MSP430系列,它是一个16位的系列,有超低功耗工作方式。
它的低功耗方式有LPM1、LPM3、LPM4三种。
当电源为3V时,如果工作于LMP1方式,即使外围电路处于活动,由于CPU不活动,振荡器处于1~4MHz,这时功耗只有50?
A。
在LPM3时,振荡器处于32kHz,这时功耗只有1.3?
A。
在LPM4时,CPU、外围及振荡器32kHz都不活动,则功耗只有0.1?
A。
现在单片机的封装水平已大大提高,随着贴片工艺的出现,单片机也大量采用了各种合符贴片工艺的封装方式出现,以大量减少体积。
在这种形势中,Microchip公司推出的8引脚的单片机特别引人注目。
这是PIC12CXXX系列。
它含有0.5~2K程序存储器,25~128字节数据存储器,6个I/O端口以及一个定时器,有的还含4道A/D,完全可以满足一些低档系统的应用。
扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是今天单片机发展的目标之一。
目前,一般单片机都可以在3.3~5.5V的条件下工作。
而一些厂家,则生产出可以在2.2~6V的条件下工作的单片机。
这些单片机有Fujitsu公司的MB89191~89195,MB89121~125A,MB89130系列等,应该说该公司的F2MC-8L系列单片机绝大多数都满足2.2~6V的工作电压条件。
而TI公司的MSP430X11X系列的工作电压也是低达2.2V的。
③工艺上的进步
现在的单片机基本上采用CMOS技术,但已经大多数采用了0.6?
m以上的光刻工艺,有个别的公司,如Motorola公司则已采用0.35?
m甚至是0.25?
m技术。
这些技术的进步大大地提高了单片机的内部密度和可靠性。
3、以单片机为核心的嵌入式系统
单片机的另外一个名称就是嵌入式微控制器,原因在于它可以嵌入到任何微型或小型仪器或设备中。
目前,把单片机嵌入式系统和Internet连接已是一种趋势。
但是,Internet一向是一种采用肥服务器,瘦用户机的技术。
这种技术在互联上存储及访问大量数据是合适的,但对于控制嵌入式器件就成了"杀鸡用牛刀"了。
要实现嵌入式设备和Internet连接,就需要把传统的Internet理论和嵌入式设备的实践都颠倒过来。
为了使复杂的或简单的嵌入式设备,例如单片机控制的机床、单片机控制的门锁,能切实可行地和Internet连接,就要求专门为嵌入式微控制器设备设计网络服务器,使嵌入式设备可以和Internet相连,并通过标准网络浏览器进行过程控制。
目前,为了把单片机为核心的嵌入式系统和Internet相连,已有多家公司在进行这方面的较多研究。
这方面较为典型的有emWare公司和TASKING公司。
EmWare公司提出嵌入式系统入网的方案--EMIT技术。
这个技术包括三个主要部分:
即emMicro,emGateway和网络浏览器。
其中,emMicro是嵌入设备中的一个只占内存容量1K字节的极小的网络服务器;emGateway作为一个功能较强的用户或服务器,它用于实现对多个嵌入式设备的管理,还有标准的Internet通信接入以及网络浏览器的支持。
网络浏览器使用emObjicts进行显示和嵌入式设备之间的数据传输。
如果嵌入式设备的资源足够,则emMicro和emGateway可以同时装入嵌入式设备中,实现Internet的直接接入。
否则,将要求emGateway和网络浏览器相互配合。
EmWare的EMIT软件技术使用标准的Internet协议对8位和16位嵌入式设备进行管理,但比传统上的开销小得多。
目前,单片机应用中提出了一个新的问题:
这就是如何使8位、16位单片机控制的产品,也即嵌入式产品或设备能实现和互联网互连?
TASKING公司目前正在为解决这个问题提供了途径。
该公司已把emWare的EMIT软件包和有关的软件配套集成,形成一个集成开发环境,向用户提供开发方便。
嵌入互联网联盟ETI(embedtheInternetConsortium)正在紧密合作,共同开发嵌入式Internet的解决方案。
在不久将会有成果公布。
4、 单片机应用的可靠性技术发展
在单片机应用中,可靠性是首要因素为了扩大单片机的应用范围和领域,提高单片机自身的可靠性是一种有效方法。
近年来,单片机的生产厂家在单片机设计上采用了各种提高可靠性的新技术,这些新技术表现在如下几点:
①EFT(EllectricalFastTransient)技术
EFT技术是一种抗干扰技术,它是指在振荡电路的正弦信号受到外界干扰时,其波形上会迭加各种毛刺信号,如果使用施密特电路对其整形,则毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟,在交替使用施密特电路和RC滤波电路时,就可以消除这些毛否则令其作用失效,从而保证系统的时钟信号正常工作。
这样,就提高了单片机工作的可靠性。
②低噪声布线技术及驱动技术
在传统的单片机中,电源及地线是在集成电路外壳的对称引脚上,一般是在左上、右下或右上、左下的两对对称点上。
这样,就使电源噪声穿过整块芯片,对单片机的内部电路造成干扰。
现在,很多单片机都把地和电源引脚安排在两条相邻的引脚上。
这样,不仅降低了穿过整个芯片的电流,另外还在印制电路板上容易布置去耦电容,从而降低系统的噪声。
现在为了适应各种应用的需要,很多单片机的输出能力都有了很大提高,Motorola公司的单片机I/O口的灌拉电流可达8mA以上,而Microchip公司的单片机可达25mA。
其它公司:
AMD,Fujitsu,NEC,Infineon,Hitachi,Ateml,Tosbiba等基本上可达8~20mA的水平。
这些电流较大的驱动电路集成到芯片内部在工作时带来了各种噪声,为了减少这种影响,现在单片机采用多个小管子并联等效一个大管子的方法,并在每个小管子的输出端串上不同等效阻值的电阻,以降低di/dt,这也就是所谓"跳变沿软化技术",从而消除大电流瞬变时产生的噪声。
③采用低频时钟
高频外时钟是噪声源之一,不仅能对单片机应用系统产生干扰,还会对外界电路产生干扰,令电磁兼容性不能满足要求。
对于要求可靠性较高的系统,低频外时钟有利于降低系统的噪声。
在一些单片机中采用内部琐相环技术,则在外部时钟较低时,也能产生较高的内部总线速度,从而保证了速度又降低了噪声。
Motorola公司的MC68HC08系列及其16/32位单片机就采用了这种技术以提高可靠性。
总之,单片机在目前的发展形势下,表现出几大趋势:
·可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一种明显的走向。
·所集成的部件越来越多;NS(美国国家半导体)公司的单片机已把语音、图象部件也集成到单片机中,也就是说,单片机的意义只是在于单片集成电路,而不在于其功能了;如果从功能上讲它可以讲是万用机。
原因是其内部已集成上各种应用电路。
·功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。
AT89C2051单片机简介
我们设计的数字钟主要由AT89C2051这块单片机控制,因为AT89C2051是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含2kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大AT89C2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。
AT89C2051是一个功能强大的单片机,但它只有20个引脚,15个双向输入/输出(I/O)端口,其中P1是一个完整的8位双向I/O口,两个外中断口,两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口,一个模拟比较放大器。
同时AT89C2051的时钟频率可以为零,即具备可用软件设置的睡眠省电功能,系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口,系统唤醒后即进入继续工作状态。
省电模式中,片内RAM将被冻结,时钟停止振荡,所有功能停止工作,直至系统被硬件复位方可继续运行。
这块芯片的主要功能特性:
·兼容MCS51指令系统·2k可反复擦写(>1000次)FlashROM
·15个双向I/O口·6个中断源
·两个16位可编程定时/计数器·2.7-6.V的宽工作电压范围
·时钟频率0-24MHz·128x8bit内部RAM
·两个外部中断源·两个串行中断
·可直接驱动LED·两级加密位
·低功耗睡眠功能·内置一个模拟比较放大器
·可编程UARL通道·软件设置睡眠和唤醒功能
第二部分系统设计要求
一、时钟显示功能
用自制的编程器对单片机进行编程,在这里我们选择的是AT89C2051单片机作为系统的主芯片,
1、全日历计时。
2、12/24小时转换。
3、大、小月,润年,周。
二、遥控功能
我们的数字钟遥控功能部分主要由编码芯片PT2262和解码芯片PT2272两块芯片控制。
实现遥控发射和接收来对数字钟进行调整。
整体要求:
外型美观、显示清晰;计时精度较高
第三部分系统硬件设计
1、遥控部分:
PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路,PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出,可用于无线遥控发射电路。
编码芯片PT2262发出的编码信号由:
地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字,解码芯片PT2272接收到信号后,其地址码经过两次比较核对后,VT脚才输出高电平,与此同时相应的数据脚也输出高电平,如果发送端一直按住按键,编码芯片也会连续发射。
当发射机没有按键按下时,PT2262不接通电源,其17脚为低电平,所以315MHz的高频发射电路不工作,当有按键按下时,PT2262得电工作,其第17脚输出经调制的串行数据信号,当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号,当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡,所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号,从而对高频电路完成幅度键控(ASK调制)相当于调制度为100%的调幅。
PT2262特点
●CMOS工艺制造,低功耗
●外部元器件少
●RC振荡电阻
●工作电压范围宽:
2.6-15v
●数据最多可达6位
●地址码最多可达531441种
编码电路PT2272引脚图:
管脚说明:
名称
管脚
说明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),
D0-D5
7-8、10-13
数据输入端,有一个为“1”即有编码发出,内部下拉
Vcc
18
电源正端(+)
Vss
9
电源负端(-)
TE
14
编码启动端,用于多数据的编码发射,低电平有效;
OSC1
16
振荡电阻输入端,与OSC2所接电阻决定振荡频率;
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端;
Dout
17
编码输出端(正常时为低电平)
在具体的应用中,外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节,阻值越大振荡频率越慢,编码的宽度越大,发码一帧的时间越长.推荐值:
2262/4.7M/2272/820K2262/3.3M/2272/680K2262/1.2M/2272/200K
解码电路PT2272引脚图:
管角说明:
名称
管脚
说明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),必须与2262一致,否则不解码
D0-D5
7-8、10-13
地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换
Vcc
18
电源正端(+)
Vss
9
电源负端(-)
DIN
14
数据信号输入端,来自接收模块输出端
OSC1
16
振荡电阻输入端,与OSC2所接电阻决定振荡频率;
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端;
VT
17
解码有效确认输出端(常低)解码有效变成高电平(瞬态)
PT2272解码芯片有不同的后缀,表示不同的功能,有L4/M4/L6/M6之分,其中L表示锁存输出,数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态,直到下次遥控数据发生变化时改变。
M表示非锁存输出,数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应,可以用于类似点动的控制。
后缀的6和4表示有几路并行的控制通道,当采用4路并行数据时(PT2272-M4),对应的地址编码应该是8位,如果采用6路的并行数据时(PT2272-M6),对应的地址编码应该是6位。
PT2262/2272芯片的地址编码设定和修改:
在通常使用中,我们一般采用8位地址码和4位数据码,这时编码电路PT2262和解码PT2272的第1~8脚为地址设定脚,有三种状态可供选择:
悬空、接正电源、接地三种状态,3的8次方为6561,所以地址编码不重复度为6561组,只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同,才能配对使用,遥控模块的生产厂家为了便于生产管理,出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空,这样用户可以很方便选择各种编码状态,用户如果想改变地址编码,只要将PT2262和PT2272的1~8脚设置相同即可,例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源,其它引脚悬空,那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源,其它引脚悬空就能实现配对接收。
当两者地址编码完全一致时,接收机对应的D1~D4端输出约4V互锁高电平控制信号,同时VT端也输出解码有效高电平信号。
用户可将这些信号加一级放大,便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵。
遥控类产品上一般都预留地址编码区,采用焊锡搭焊的方式来选择:
悬空、接正电源、接地三种状态,这里我们以常用的超再生插针式接收板的跳线区为例:
跳线区是由三排焊盘组成,中间的8个焊盘是PT2272解码芯片的第1~8脚,最左边有1字样的是芯片的第一脚,最上面的一排焊盘上标有L字样,表示和电源地连同,如果用万用表测量会发现和PT2272的第9脚连同;最下面的一排焊盘上标有H字样,表示和正电源连同,如果用万用表测量会发现和PT2272的第18脚连同.所谓的设置地址码就是用焊锡将上下相邻的焊盘用焊锡桥搭短路起来,例如将第一脚和上面的焊盘L用焊锡短路后就相当于将PT2272芯片的第一脚设置为接地,同理将第一脚和下面的焊盘H用焊锡短路后就相当于将PT2272芯片的第一脚设置为接正电源,如果什么都不接就是表示悬空。
设置地址码的原则是:
同一个系统地址码必须一致;不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。
至于设置什么样的地址码完全随客户喜欢。
2、时钟部分:
1)电路图
K1、K2接微波遥控
2)按电路原理图连接好电路以后既可进行调时操作:
上电后,电子钟显示“1:
00”。
⑴8路定时时间查询
按下K1键依此显示8路定时时间。
星期位显示:
“H”表示:
打开当前定时输出;“L”表示:
关闭当前定时输出。
此时按K2键可进行“H”、“L”的切换。
所有输出,均由蜂鸣器输
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- 遥控 电子钟 设计 制作
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