基于单片机的时间控制器.docx
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基于单片机的时间控制器
摘要
本设计详细介绍了利用AT89C51单片机设计时间控制器的方法。
该时间控制器是以AT89C51单片机为核心，扩展一片XICOR公司的X5045组成的小系统，控制一路继电器：
可以设定一天中的时间，设定继电器的开启时间和关闭时间，可以清除不需要的定时，能够紧急启动：
所有的设定均通过键盘实现，按键具有连击功能，每个状态都有指示灯提示。
我们设计的作息时间控制是用单片机实现的，是为了更好的对时间控制智能化。
时间控制器包括硬件和软件。
硬件部分包括继电器，存储器和显示器接口芯片。
软件部分，主要是主程序设计。
软硬件结合在一起，先调试子程序，然后逐级叠加调试，最后系统调试通过。
时间控制系统可以准确的显示时间，在定时时间到时发出悦耳的铃声提醒同学们按时上下课。
关键词：
单片机，控制，时间
Abstract
ThisdesignUSESAT89C51isintroducedtimecontrollerdesignmethod.ThetimecontrollerbasedonAT89C51single-chipmicrocomputerasthecore,expandingaXICORX5045consistingofsmallsystems,controlrelayalltheway:
youcansetthetimeofday,settherelayopentimeandclosetime,timing,canremovedon'tneedtostarttheemergency:
allsetbykeyboardandbuttonswithfunctionsofcombo,eachstatehasalighthint.Ourdesignworkandresttimecontrolareimplementedusingsinglechipmicrocomputer,isintelligentinordertobettercontrolovertime.Timecontrollerincludeshardwareandsoftware.Hardwarepartincludesrelay,storageanddisplayinterfacechip.Softwarepart,mainlyisthemainprogramdesign.Hardwareandsoftwaretogether,debuggingsubroutinefirst,andthenoverlaydebuggingstepbystep,finallysystemdebuggingthrough.Timecontrolsystemcanaccuratelydisplaythetimeintheregulartimewhenamelodiousbellremindstudentsaddinganddroppingclassesontime.
1．系统设计方案与论证……………………………………………………………………3
2．1设计要求…………………………………………………………………………………3
2．2系统设计总体方案…………………………………………………………………..….3
2 系统的硬件设计与实现………………..…………………………………………………4
2．1．1时钟芯片DS12887性能简介……………………………………………………….4
2．1．2时钟芯片读写时序……………………………………………………………….…6
2．1．3时间寄存器地址……………………………………………………………………6
2．1．4特殊控制寄存器功能………………………………………………………………7
2．2．1液晶SYB12864介绍………………………………………………………………8
2．2．2液晶与单片机的接口………………………………………………………………8
2．2．3液晶写操作时序……………………………………………………………………9
2．3．1红外发送与接收……………………………………………………………………10
2．3．2遥控码数据分析……………………………………………………………………10
2．3．3接收电路……………………………………………………………………………11
2．4．1电源部分电路图……………………………………………………………………11
3．程序设计…………………………………………………………………………………12
3．主程序流程图……………………………………………………………………………12
３．2按键识别……………………………..……………………………………………..…13
3．3课表计算………………………………………………………………………………13
3．4遥控解码………………………………………………………………………………14
4．系统测试与总结…………………………………………………………………………16
附录1 主要元器件清单………………………………………………………………….…17
附录2 程序清单………………………………………………………………………….…18
附录3 原理图与印制板图………………………………………………………………….35
附录4 系统使用说明……………………………………………………………………….36
附录5 系统实物图片……………………………………………………………………….37
1．系统设计方案与比较
１．１ 设计要求
一、时钟功能：
能显示年、月、日、星期、时、分、秒
二、调整功能：
能校正年份、日期、时间等
三、打铃功能：
按指定时间表播放音乐、现场修改作息时间表
四、设置的作息时间表数据在单片机掉电后不会丢失
１．2系统设计总体方案
根据设计要求实现的功能,可以采用不同的设计系统方案如下：
方案一：
采用单片机自带定时器进行计时，外加存储器保存课表数据，普通键盘输入。
由于单片机进行软件计时，硬件成本比较低，但是误差比较大，需要校准，日后的维护
工作量比较大。
可用廉价的AT24C04等存储器保存数据，读写比较容易。
对于普通的独键盘，设置量比较大，改用矩阵键盘又会占用较大的电路板空间。
方案二：
采用实时时钟芯片计时，红外数据输入。
时钟芯片常见的有美信公司的DS1302、DS12887等．前者与后者的最大区别在于有没有自带的备份电池。
前者需要增加额外的电池以及相关的充电电路，后者DS12887本身已经集成了锂电池，而且掉电后相当长一段时间还可以正常走时，最重要的是它还剩下114字节的非易失RAM，由于有备份电池供电，相当于一个存储器，可以充分利用，而不需要增加另外的存储器，减少了外围电路。
电视红外遥控比较常见，只要解码出来，可以充分利用面板上的多个数字键，接收电路也相当简单，另外由于是非接触式按键，避免了普通机械按键的磨损弊端。
故本设计选用第二种方案．总体方框图如下：
２．系统的硬件设计与实现
２．1时钟芯片DS12887性能简介
２．1．1时钟芯片特点功能简介及引脚分布如图：
２．1．2读写时序
２．1．3时间寄存器地址
值得注意的是上表中最后的寄存器地址0EH--7FH，这里就是剩余的144字节RAM，在本设计中实际使用的是10H—13H四个字节，用于保存课表上午和下午的起始数据。
2．1．4特殊控制寄存器功能
2．2液晶显示块部分电路
2．2．1液晶SYB12864功能与技术参数简介
SYB12864是一种图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器/列驱动器及128×64全点阵液晶显示器组成.可完成图形显示,内置汉字库，可以显示8×4个（16×16点阵）汉字.
主要技术参数和性能:
1.电源:
VDD:
+5V；LCD外接驱动电压为3.0∽8.0V
2.显示内容:
128（列）×64（行）点
3.全屏幕点阵
4.七种指令
5.与CPU接口采用8位数据总线并行输入输出和8条控制线.
2．2．2液晶与单片机接口
外部接口信号如下表所示：
管脚号
管脚名称
LEVER
管脚功能描述
1
VSS
0V
电源地
2
VDD
5.0V
电源电压
3
V0
-
液晶显示器驱动电压
4
RS
H/L
RS=“H”,表示DB7~DB0为显示数据
RS=“L”,表示DB7~DB0为显示指令数据
5
R/W
H/L
R/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7~DB0
R/W=“L”,E=“H→L”,DB7~DB0的数据被写到IR或DR
6
E
H/L
使能信号：
R/W=“L”,E信号下降沿锁存DB7~DB0
R/W=“H”,E=“H”DRAM数据读到
DB7~DB0
7
DB0
H/L
数据线
8
DB1
H/L
数据线
9
DB2
H/L
数据线
10
DB3
H/L
数据线
11
DB4
H/L
数据线
12
DB5
H/L
数据线
13
DB6
H/L
数据线
14
DB7
H/L
数据线
15
PSB
H/L
H:
8或4位并口，L串口（本设计中硬件置高电平）
16
NC
17
RET
H/L
复位信号,低电平复位（如不需要经常复位可以悬空）
18
VOUT
10V
LCD驱动电压
19
LED+
-
LED背光板电源
20
LED-
-
LED背光板电源
数据线D0~D7与单片机P0口相连，完成数据传送。
单片机P1.0与液晶RS相连,控制显示数据和显示指令数据.单片机P1.1与液晶RW相连,控制数据读写.单片机P1.2与液晶E相连，液晶REST与电源相连,控制液晶复位信号。
18脚是液晶背光驱动端，通过限流可变电阻调节对比度，由于经过试验测量可变电阻大概是16K，为了方便电路布局，用15K的固定电阻。
液晶与单片机接口图
2．2．3液晶写操作时序
写操作时序
R/W为低电平，CS为低电平写入指令，
R/W为低电平，CS为高电平写入数据
2．3红外遥控
2．3．1发送与接收
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，如图所示。
发射部分包括键盘矩阵、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。
2．3．2遥控码数据分析
遥控发射器专用芯片很多，这里我们以运用比较广泛，解码比较容易的一类来加以说明，以东芝公司的TC9012组成发射电路为例说明编码原理。
当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。
这种遥控码具有以下特征：
采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”，其波形如图所示。
遥控码的“0”和“1”
上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制，然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。
一般电视遥控器的遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的红外遥控设备，防止不同机种遥控码互相干扰。
后16位为8位的操作码和8位的操作反码，用于核对数据是否接收准确。
根据红外编码的格式，发送数据前需要先发送4.5ms的起始码和4.5ms的结果码作为引导码。
遥控串行数据编码波形如下图所示：
2．3．3接收电路
接收电路较为简单，采用一体化接收头HS0038，滤波电容在这里可以减少电源带来的干扰。
如图：
2．4电源
2．3．3接收电路
2．4．1电源部分电路图
为达到提供稳定5V供电电压，变压器采用了玩具车电池充电适配器，由于此电源只包含了全波整流电路，在此加上滤波电路和稳压电路，如图。
3．系统的软件设计
3．1主程序流程图
主程序流程图：
读取课表数据并计算
读取时间
欢迎界面
时钟与液晶复位
上电
显示时间
True
显示课次，播放音乐
False
True
退出菜单
选择修改课表
选择查看课表
选择调整时间
调整时间
上午课表
修改课表
保存设置
下午课表
保存设置
3．2按键识别
为了输入简单，用数字键直接输入要设置的数字，而且没有另外设置专门的光标移位键，即输入一个数字后自动换到一个位置，如果有现成的不需要修改的数字，可以直接按任意非数字键跳过。
由于进行年月日等数据的保存时是以两个键为一个单位（比如23），由此将产生一个问题，怎样保存无效的键值，即如果第一个键是无效键或者第二个键是无效键，这个数据怎么保存。
具体解决办法如下：
从遥控按键解码结果可知，键值和数字键的数字对应关系为：
如果键值小于9（0x09），按键数字就是键值加上1，而键值9对应按键“0”。
所以两个按键的要分九种情况，第一个按键有三种情况，无效键，1~9键，0键，第二个键也有三种情况，考虑到第二个键有可能是无效键，所以按第一个键（十位）时候要保存个位数字，具体赋值如下：
（以年为例，year0，year1，year2分别是原值、第一次按键后赋值、第二次按键后赋值）
第一个按键后赋值如下表：
key>9
（无效键）
year1=year0
key<9
（1~9键）
year1=10*（key+1）+year0%10
key=9
（0键）
year1=year0%10
第二个按键后赋值如下表：
第一个键
第二个键
赋值
无效键
0键
year2=year1/10*10
1~9键
0键
year2=year1/10*10
0键
0键
year2=year1/10*10为方便编程没有用year2=0
无效键
1~9键
year2=year1/10*10+key+1
1~9键
1~9键
year2=year1/10*10+key+1
0键
1~9键
year2=key+1
无效键
无效键
year2=year1
1~9键
无效键
year2=year1
0键
无效键
year2=year1
事实上第二个键是无效键的情况在刚开始已经考虑，所以键值不变，可以不做处理。
3．3课表计算
以上午为例，当设定好第一节课上课时间，以后的时间在此基础上往上加。
第一节课
下课
第二节课
上课
第二节课下课
第三节课上课
第三节课下课
第四节课上课
第四节课下课
小时增量
0
0
1
2
2
2
3
分钟增量
45
55
40
0
45
55
40
实际编写程序计算时，为了对齐，插入了无效的0值，当然如果schedule1[]表同样采用二维数组可避免此弊端，这也是当时编程时候总体设计考虑不周造成的，以至于要修改就要改动其很多的数据。
3．4遥控解码
具体解码过程如下：
通过定时器读出相应的高低电平，先读出低电平，再读出高电平，如果中间有非正常的值则重新接收。
每八个位为一个字节数据，总共四个有效数据，最后在数码管上显示。
#include
#definec（x）（x*110592/120000）//便于数据分析
sbitIr_Pin=P3^6;//接收管脚
unsignedcharcodeLed_Tab[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,
0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E};//共阳极数码显示码0-F.
unsignedcharcodeLed_Sel[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};//显示位控
unsignedcharLed_Buf[4];//显示缓冲区
unsignedcharLed;//位选
unsignedcharIr_Buf[4];//用于保存解码结果
//===================================================
timer0（）interrupt1using1 //防止按键时LED显示闪烁
{
TL0=（65536-1000）%256;
TH0=（65536-1000）/256;//定时器0设定约1000us中断一次，用于数码管扫描
P0=0xff;
P2=Led_Sel[Led];//位选
P0=Led_Tab[Led_Buf[Led]];//段选
if（++Led>3）Led=0; //四个扫描完了,到第一个数码管
}
//===================================================
unsignedintIr_Get_Low（） //获取低电平时间
{
TL1=0;
TH1=0;
TR1=1;
while（!
Ir_Pin）;//当P3.6为低等待
TR1=0;
returnTH1*256+TL1;
}
//===================================================
unsignedintIr_Get_High（）//获取高电平时间
{
TL1=0;
TH1=0;
TR1=1;
while（Ir_Pin）;//当P3.6为高等待
TR1=0;
returnTH1*256+TL1;
}
//===================================================
main（）
{
unsignedinttemp;
chari,j;
TMOD=0x11;
TL0=（65536-1000）%256;
TH0=（65536-1000）/256;//定时器0设定约1000us中断一次，用于数码管扫描
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
while
（1）
{
restart:
while（Ir_Pin）;
temp=Ir_Get_Low（）;//允许有一定的误差
if（tempc（5000））continue;//引导脉冲低电平4500
temp=Ir_Get_High（）;
if（tempc（5000））continue;//引导脉冲高电平4500
for（i=0;i<4;i++）//4个字节
for（j=0;j<8;j++）//每个字节8位
{
temp=Ir_Get_Low（）;//560us低电平
if（tempc（800））gotorestart;
temp=Ir_Get_High（）; //560us或1680us高电平
if（tempc（2000））gotorestart;
Ir_Buf[i]>>=1;//先写“0”
if（temp>c（1120））
Ir_Buf[i]|=0x80;//再写“1”
}
Led_Buf[0]=Ir_Buf[2]&0x0f; //低四位数据码
Led_Buf[1]=Ir_Buf[2]>>4; //高四位数据码
Led_Buf[2]=Ir_Buf[0]&0x0f; //低四位系统码
Led_Buf[3]=Ir_Buf[0]>>4; //高四位系统码
}
}
解码结果如下，系统码为0x0E
（由于设置键和屏显键的键值相同，故有同样的功能）
4．总结
经过各方面的测试，达到设计的要求。
一、在系统硬件的设计方面，充分考虑了电路元器件的布局，整个系统板小巧精致。
刚开始用万能板做实验时，红外接收头由于没有使用滤波电路，抗干扰能力比较弱，单片机容易进入死机状态，经过改进后，恢复正常，只有极少数情况下会出现死机，可能是电源干扰所致，如果加入看门狗电路可以避免死机。
在设计的过程中，曾遇到了许多的问题，比如内存溢出、液晶的判忙、按键识别、菜单设置等，经过了大量的调试修改工作，得以解决，在这过程中积累了宝贵的经验。
二、本设计还可以进一步改进和添加新的功能
1、加入温度测量。
采用DS18B20，只占用一根单片机口线，精度也比较高。
2、闹钟功能。
DS12887上自带闹钟功能。
如果只是用来做普通的闹钟，实用性不强，其实在本设计中可以用来打铃，只要把课表计算好，每次上课或者下课后由单片机自动把下一个打铃点设置为闹钟，这样就不用单片机来比较打铃点。
3、加入液晶屏保功能。
在没有操作时把液晶电源关掉，当有按键出现时点亮液晶，可以延长液晶使用寿命，还可以节省电能。
不过具体操作时候必须把液晶的电源和地线全部断开。
4、添加任意打铃点，并可以删除。
其实还有一百多字节的非易失RAM剩余，可以保存数据。
附录1:
主要元器件清单
序号
名称
型号,规格
数量
备注
1
单片机
AT89S52
1
AT89S52
2
电阻
色环电阻
10kΩ
1kΩ
200Ω
15kΩ
1
2
1
1
误差10%
3
电容
0.1uF，
470uF
10uF
33p,
1.01uF
1000uF
2
2
1
2
1
1
104
470uF/25V
10uF/10v
103
1000uF/10V
4
三极管
9012
1
PNP
5
蜂鸣器
1
6
时钟芯片
DS12CR887
1
DS12CR887
7
电视遥控器
1
TC9012
8
液晶
12864
1
12864
9
单片机插座
40座
1
DIP40
10
插座
单排插座
1
SIP20
11
排阻
10K
1
103J
12
发光二极管
红色
发光二极管
13
直流插座
1
三脚直流座
14
晶振
1
12MHZ
16
稳压管
LM7805
1
LM7805
附录２:
程序清单
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharweek,key,high;
//12864液晶操作口
sbitrs=P1^0;
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