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1、 第四届“圆融”杯电子设计竞赛说明书智能打铃控制系统 系 、 部： 电信系 组员姓名：彭金海 郭海平 完成时间： 2008 年 11 月 11 日 摘 要本设计以单片机 ATMEL89S52作为各模块的控制中心,电路分为遥控模块,测温模块,蜂鸣器模块,液晶模块,晶振电路模块，单片机与单片机通信模块,通过单片机定时计数功能可实现年月日星期时分秒等时间信息的处理和闹钟功能,并通过单片机的控制实现按作息时间表打铃。温度检测模块由 DS18B20集成温度传感器对现场环境温度进行实时检测,人机接口由遥控按键和液晶显示构成。可实现题目要求的时间显示、闹钟设置、环境温度测量显示等功能。报警模块由报警蜂鸣器可
2、实现按作息时间表打铃的功能。本设计通过单片机将各模块有机地连接在一起,完美地实现了设计目的。目录1 方案论证与选择1.1 主控制系统的论证与选择1.2 显示器的选择与论证1.3 温度检测方案选择1.4 时钟方案选择与论证1.5 遥控方案的选择与论证2 单元硬件电路设计2.1 单片机最小系统组成2.2 红外遥控控制模块2.2.1 红外遥控系统工作原理2.2.2红外遥控器接收电路2.3 液晶显示模块2.4 单片机与单片机并行通信模块2.5 测温及温度传感器模块2.6 DS18B20 应用电路2.7 单片机最小系统3 软件设计3.1 软件设计说明4 系统测试与数据分析4.1 红外遥控测试 4.2 温
3、度传感功能测试 4.3 单片机与单片机的并口通信4.4 液晶各界面显示测试5 结束语参考文献附录 1 主要元器件清单附录 2 红外遥控程序附录 2 系统完整程序1 方案论证与选择1.1 主控制系统的选择与论证方案一:采用 CPLD作为主控制器, 由于 CPLD具有强大的资源，使用方便灵活，易于进行功能扩展，特别是结合了 EDA，可以达到很高的效率。此方案逻辑电路复杂,且灵活性不高,不利于各种功能的扩展。方案二:基于 AT89S52单片机来实现系统的控制, 控制外围电路进行时钟显示，温度测量,闹铃,跑表，红外遥控，按键控制和液晶显示器显示 ,此系统控制灵活,能很好地满足本题的基本要求和扩展要求。
4、1.2 显示器的选择与论证方案一:采用数码管显示,数码管亮度高,体积小,重量轻,成本低,但不易完成本课题的数字显示要求。方案二:采用液晶显示,液晶显示具有功耗低,轻便防振,显示信息丰富的特点。但显示亮度及显示速度方面不及数码管。1.3 温度检测方案选择方案一:采用热电偶或热敏电阻作为感温元件,但热电偶需冷却补偿,电路设计复杂,热敏电阻虽然精度较高,但需要标准稳定电阻匹配才能使用 ,而且重复性可靠性都比较差。方案二:采用集成温度传感器 DS18B20,该传感器测温系统简单,测温精度高,连接方便,占用口线少等优点,数据传输采用 1-wire传输方式 ,大大提高了系统的抗干扰性。测量温度范围为-55
5、C+125C。且 DS18B20 温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 RAM和一个非易失性的可电擦除的 E2RAM,后者可存放高温度和低温度触发器 TH、TL 和结构寄存器。更重要地是，应用 DS18B20可方便地实现智能控制空调调节室温的变化范围。1.4时钟方案选择与论证方案一:直接采用单片机实现时钟显示,利用单片机的定时器/计数器,中断进行时钟计时,此方案硬件简单但不利于实现其它功能的扩展。方案二:采用内带 128字节的 RAM的时钟芯片 DS12887,该芯片可以进行时分秒日月年的计数,可编程中断,还具有报警功能和掉电保护功能 ,并且可以方便地进行程序控制，这样占用较少的单片机资源，
6、计时而很准确。1.5 遥控方案的选择与论证方案一:采用无线电实现遥控,虽然能实现远距离控制,但成本高,而且对人体辐射强。方案二:采用红外实现遥控,不仅能在要求的范围内实现遥控功能,成本较低,辐射弱，易于调试，应用此方案可以满足本设计的要求。2 单元硬件电路设计2.1 单片机最小系统组成单片机系统是整个硬件系统的核心,它既协调整机工作,又是数据处理器,是软硬件系统连接的桥梁。它主要包括: 遥控控制模块，红外接收模块，单片机通信模块，温度传感模块，液晶显示模块，报警模块。系统方框图如图 2.1。A T 8 9 S 5 2A T 8 9 S 5 2红外接 收温度液晶遥控报警图 2.1 系统结构方框图
7、2.2 红外遥控控制模块遥控器的基本组成如图 2.2所示。它主要由形成遥控信号的微处理器芯片晶振荡器、放大晶体管、红外发光二极管以及键盘矩阵组成。其工作原理如下：图 2.2 遥控系统框图2.2.1 红外遥控系统工作原理通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图 2.3所示。发射部分包括遥控键盘、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。图 2.3 红外遥控系统方框图采用 T9012编码芯片的遥控器，遥控器发射的信号由一串 0和 1的二进制代码组成，T9012 的 0和 1采用 PWM方法编码，即脉冲宽度调制，以遥控
8、输出波形为例，0 码由 0.56ms低电平和 0.56ms高电平组合而成，脉冲宽度为1.12ms。1 码由 0.56ms低电平和 1.69ms高电平组合而成，脉冲宽度为2.25ms。在编写解码程序时，通过判断脉冲宽度，即可得到 0或 1。当我们按下遥控器的按键时，遥控器将发出一串二进制代码，即一帧数据。它分为 5部分，分别为引导码，地址码，地址码，数据码，数据反码。遥控器发射代码时，均是低位在前，高位在后。引导码高电平为 4.5ms，低电平为 4.5ms.当接收到此码时，表示一帧数据的开始。单片机可以准备接受下面的数据。地址码由 8位二进制组成，共 256种。地址码重发了一次，主要是加强遥控器
9、的可靠性。如果两次地址码不相同，说明本帧数据有错，予以丢弃。数据码为 8位，可编码 256种状态，代表实际的按键。数据反码是数据码的各位求反，通过比较数据码与数据反码，可判断接受到的数据是否正确。如果它们不满足相反的关系，则本次遥控接受有误，数据应丢弃。2.2.2 红外遥控器接收电路单片机遥控器接收电路采用一体化红外接收芯片 SM0038，它将红外接受二极管，放大，解调，整形等电路集成在一起。只有 3个引脚，将凸槽面向前，分别是电源地，5V 电源，信号输出。一体化接收芯片电路如图 2.4所示。红外接收头的信号输出接单片机的 P1.7脚。当手指按下不同的遥控键时，一体化接受芯片把解码后的信号输入
10、单片机，控制不同的 LED发光二极管的亮与灭。图 2.4 一体化红外接收电路2.3 液晶显示模块此系统采用RT12864液晶显示模块，RT12864字符液晶有12864个像素点，能显示各种字符，汉字和图形，可与单片机直接相接，具有8位标准数据总线、6位控制线及电源线.其同单片机的接线图如图2.5所示，引脚功能如表.1所示。1234567890PVCGNDRK图2.5 UM12864电路图表2.1 UM12864的引脚功能表管脚号 管脚 电平 说明 1 VSS 0V 逻辑电源地。 2 VDD 5.0V 逻辑电源正。 3 V0 LCD驱动电压，应用时在 VEE与 V0之间加一 2K可调电阻。 4
11、D/I H/L 数据指令选择：高电平：数据 D0-D7将送入显示 RAM； 低电平：数据 D0-D7将送入指令寄存器执行。 5 R/W H/L 读写选择： 高电平：读数据；低电平：写数据。 6 E H.H/L 读写使能，高电平有效，下降沿锁定数据。 7 DB0 H/L 数据输入输出引脚。 8 DB1 H/L 数据输入输出引脚。 9 DB2 H/L 数据输入输出引脚。 10 DB3 H/L 数据输入输出引脚。 11 DB4 H/L 数据输入输出引脚。 12 DB5 H/L 数据输入输出引脚。 13 DB6 H/L 数据输入输出引脚。 14 DB7 H/L 数据输入输出引脚。 15 CS1 H/L
12、 片选择信号，低电平时选择前 64列。 16 CS2 H 片选择信号，低电平时选择后 64列。 17 RET L 复位信号，低电平有效。 18 VEE -10V LCD驱动电源。 19 BL AC 背光电源,LED+。 20 BL AC 背光电源,LED-。 其中 DB0DB7为 8位数据线，D/I数据与指令选择信号，当 D/I为 1”时，操作数为数据,当为”0”时操作数为指令。R/W读写操作选择信号，当 R/W为1”时，执行读操作，当为”0”,执行写操作，E 为读写数据/指令控制信号，CS1，CS2 为片选信号，选择液晶的左右半屏，RET 为复位信号等 。UM12864电路图读写时序如下：单
13、片机写资料到液晶图.6 写时序单片机从液晶读出资料图.7 读时序2.4 单片机与单片机并行通信模块用 AT89S52两片单片机相互通信，用一块单片机的 P0口来控制另一块单片机的 P1口。用 SM0038红外接收遥控发出的信号，在红外接收器接收到遥控发出的信号后，红外接收器的数据线把数据传到第一块单片机中，单片机把红外传过来的信号处理后，通过 P0口传到另一块单片机的 P1口，来控制另一块单片机实现两块单片机通信，如图 2.8。图 2.8 两块单片机通信框图2.5 测温及温度传感器模块DS18B20内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH和 TL
14、、配置寄存器。光刻 ROM中的 64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20的地址序列码。64 位光刻 ROM的排列是：开始 8位（28H）是产品类型标号，接着的 48位是该 DS18B20自身的序列号，最后 8位是前面 56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1） 。光刻 ROM的作用是使每一个 DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20的目的。DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以 12位转化为例:如表 2.2所示，用 16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625/LSB 形式表达，其中最高五位 S为符号位。表 2.2 两字节温度数据存储表这是 12位
