近距遥控倒计时装置设计.docx
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近距遥控倒计时装置设计
绵阳师范学院
2014届本科生毕业设计(论文)
题目近距遥控计时装置设计
专业电气工程及其自动化
院系物理与电子工程学院
学号1109040317
姓名万安宁
指导教师郭辛讲师
答辩时间二〇一五年五月
论文工作时间:
2014年11月至2015年5月
近距遥控计时装置设计
学生:
万安宁
指导老师:
郭辛
摘要:
本文阐述了基于单片机技术的计时装置,并能够近距控制实现。
本设计采用硬件与软件相结合完成,利用了单片机的设计灵活,编程语言简单优异的优点。
系统硬件由单片机最小系统、电源电路、显示及近距遥控部分组成。
本设计以单片机为核心,通过无线模块来实现遥控设计。
数码管显示时间计数,可显示分、秒。
能够通过近距控制时间的暂停、复位以及调节时间。
利用keil软件运行程序、调试时间、运行步骤,将写好的程序烧写到硬件电路中。
本设计具有稳定性强,功耗低,价格便宜,方便实用的特点。
关键词:
单片机最小系统;数码显示;近距遥控
DesignofCloseRemoteTimingDevice
Undergraduate:
WanAnNing
Supervisor:
GuoXin
Abstract:
Thispaperdescribedtiming device basedonSCMtechnology,single-chipmicrocomputer,and realizedthe close control.Combinedofhardwareandsoftware,the SCMadvantagesof flexible,simpleprogramminglanguage excellenthasbeenapplied.Thesystemhardwareismadeupof SCMminimumsystem,powersupplycircuit,displayand short-range remote units. The SCMbeingasthecore,thewireless modulewasusedtorealizethe remotecontrol.TheLEDcircuitcoulddisplay minutesandseconds. Thefunctionsofsuspension,reductionand adjustmenttimecouldbeperformedonremotecontrol.Aspecialsoftware,Keil,wasappliedtoruntheprogram,debugtime, operatestepsanddownloadinthehardware circuit.Thedesignhastheadvantagesofhighstability,lowpowerconsumption,lowcost, convenientandpractical characteristics.
Keywords:
SCMminimumsystem;LEDdisplay;CLOSE remotecontrol
论文题目来源:
国家自然科学基金项目
编号:
四川省自然科学研究项目
编号:
校级自然科学研究项目
编号:
1绪论7
1.1研究近距遥控计时装置的意义和目的7
1.2研究现状及发展趋势7
2概述8
2.1近距遥控计时装置的原理8
2.2本文研究内容8
3.1计时装置元器件的选择9
3.2显示模块的选择9
3.3无线模块的选择9
4所选用硬件简介11
4.1单片机AT89S52介绍11
4.1.1AT89S52的主要性能11
4.1.2引脚及功能11
4.2显示部分的介绍13
4.3近距离无线模块14
4.3.1PT2272解码芯片无线接收简介14
4.3.3六反相器16
5系统硬件连接的设计18
5.1系统结构18
5.2单片机系统电路18
5.2.1时钟电路19
5.2.2复位电路20
5.3显示电路20
5.4无线模块和反相器的连接电路21
5.5系统硬件的调试22
6程序设计与调试24
6.1中断程序24
6.2定时程序25
6.3程序的调试25
7总结25
8参考文献26
9致谢26
附录:
源程序27
1绪论
1.1研究近距遥控计时装置的意义和目的
随着信息化的发展和人们生活节奏的提高,为了提高工作效率,提醒大家关注某项重大事件的开始或者结束,以便更好的安排时间,自动计时已运用在生活、工业、军事等各方面。
在生活上:
如网吧里使用的电子计时计费装置、节水计时器;运动比赛时需要的计时等。
工业上:
运用计时来控制机器的运转;军事上:
科学家运用倒计时来控制火箭的发射。
因此,计时装置非常重要,假如没有计时在我们生活中带来许多的不便。
人们的生活在不断的提高和发展,倒计时牌是时代的发展的产物,也是人们智慧的产物,现在的倒计时牌要求不仅计时精度高,而且要求功能更全、成本更低、可靠性更好等特点。
倒计时牌在某些地方不可缺少,在此,我借我毕业设计,来完成对倒计时的简单控制。
1.2研究现状及发展趋势
目前,计时装置的设计技术已非常成熟。
常见的有使用分立器件实现、使用CPLD芯片实现、使用单片机实现。
并且,如今的计时装置对时间的控制都非常优异,范围上也已从分秒的计时突破到年月日。
现在,计时装置正从多功能化、高精度、便捷控制发展。
多功能化,如附加秒表,附加计时完成的自动控制等。
目前,计时装置对时间精度控制达到10的负八次毫秒。
这已经能满足火箭的计时发射,卫星的无线接收。
但依然还朝着更精确的自动计时控制方向发展,而本次,我着手于方便控制方面。
如今,随着短距离无线数据业务迅速膨胀,近距离无线控制技术也已初步发展成熟。
在现实生活中存在很多这样的应用情况,所以本次我的设计将结合计时装置与短距离遥控装置相结合。
迎合了计时装置现如今朝着便捷方面的发展。
2概述
2.1近距遥控计时装置的原理
本计时装置是用单片机来设计制作完成,其功能的实现主要通过软件编程来完成,在程序的编写设计中,利用单片机内部提供的可编程定时器,并采用循环程序的写入,用数码管进行显示部分的显示。
再通过信号发生器对应的A、B、C、D四个按钮发出信号,在无线模块的接收部分接收,无线模块接收到信号,传输到单片机内部,进行对自动计时装置的控制。
2.2本文研究内容
设计了一款具有实用价值的5min自动计时牌[1];具有数字显示、设定时间及遥控功能;距离>5m,误差<5%。
主要研究三个部分。
第一是单片机最小系统,本装置的核心,启动外围电路。
第二部分是无线模块,采用2272芯片。
第三部分是显示部分,采用数码管显示。
首先,对各部分所用硬件的选择,然后针对于各部分设计外围电路,经过硬件部分的调测试,检测每一部分是否能够正常使用。
再利用单片机C语言,按照本设计的要求进行编程。
3硬件系统的设计方案
3.1计时装置元器件的选择
(1)使用CPLD芯片:
该方法通过使用专用的软件在一块芯片上实现倒计时牌的核心电路,在设计过程中通过时序仿真可知道给你是是否实现以及实现效果如何。
如果时序仿真没问题,就可以知道功能模块是否实现,以及实现效果如何。
然后下载到CPLD芯片中,并且基本上就可以运行了,对于设计好的电路如果需要增加或修改某些功能,可用语言或图形描述出新的系统,然后再进行下载,即可便捷的更改芯片内部电路结构。
但是集成度较低,功耗较大,CPLD编程复杂,设计不那么灵活,因此这里不予采用。
(2)使用分立器件实现:
该方法要使用的器件主要是计数器,如CD4029(可预置可逆计数器)、CD417(十进制计数/分配器)、CD4060(14级二进制串行计数/分频器):
译码器,CD518(双BCD同步加计数器)、CD4511(BCD锁存,7段译码,驱动器)以及门电路,如74LS00等常用数字器件。
该方案虽然电路结构不是很复杂,但是实现起来也是相当麻烦和困难。
在连接电路过程中需要仔细认真,以防出错,即便连接无误,但由于存在外界大量接线,也会使系统不稳定,容易出现问题。
而且一旦连接完毕,先要在功能上再做修改非常不便。
故此方案也不予使用。
(3)使用单片机实现:
单片机在逻辑运算、智能控制方面具有不可替代的优越性,通过编写程序,控制定时器的定时时间,即可以在单片机上实现倒计时牌的功能。
单片机系统结构简单、使用方便、模块化、处理功能强,速度快。
较之其他方案,单片机可靠性较高、功耗较低、控制功能较强。
因此,使用单片机系统作主控制器。
3.2显示模块的选择
(1)液晶显示屏:
LCD显示具有显示功耗低,抗干扰能力强,显示画面较为柔和的特点。
但是七亮度和对比度较低,在光度偏强的地方不宜观察其显示结果,响应时间也过慢,而且其使用成本较高。
(2)LED数码管显示:
LED数码管显示虽然较为单一,但对于我需要的显示时间数字已足够,而且数码管成本低,亮度高,视角宽广,重量轻的特点。
因此在显示部分我选用LED数码管显示。
3.3无线模块的选择
(1)RF2401:
RF2401无线模块特点,抗干扰能力强,信号发生与接收速度也较快,体积也较为小巧,但是不易控制,虽然可以和各种单片机使用,但与单片机的连接需要外加电路,因此不予采用。
(2)CC2500:
CC2500无线模块的特点,使用方便,灵敏度高、功耗小、控制的距离也很远,但是成本较高,传输信号复杂,某种程度上说,实现同样的功能却比第三种模块麻烦。
(3)PT2272:
PT2272无线遥控接收模块特点。
抗干扰能力强,性能稳定,无方向性,功耗低,虽然距离不及RF2401与CC2500,不过也满足了我的设计要求,且成本较低,信号接收简单。
可直接与单片机连接。
综上所诉,计时元器件选择使用单片机,显示部分选择数码管,无线模块采用PT2272。
这既保证了本次设计近距遥控计时装置的设计,又尽量的降低了成本,还能便捷的融合这三个核心模块。
4所选用硬件简介
4.1单片机AT89S52介绍
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器[2],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80C51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和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
如图4-1AT89S52为引脚图。
4.1.1AT89S52的主要性能
(1)8位CPU
(2)片内8KBROM/EPROM支持在系统编程IPS1000次擦写周期
(3)片内256KBRAM
(4)特殊功能寄存器区
(5)8个中断源、6个中断矢量、2级优先权的中断系统
(6)全静态工作模式:
0HZ-33HZ
(7)4个8位并行I/O口
(8)4.0-5.5V的工作电压范围
(9)3个16位可编程定时/计数器中断
(10)1个看门狗定时器WDT
(11)双数据指针DPTR0和DPTR1
(12)具有断电标志位POT
4.1.2引脚及功能
图4-1AT89S52引脚图
①P0口(32-39引脚):
P0口的位结构包括1个输出锁存器、2个三态缓冲器、1个输出驱动电路和1个输出控制端。
8位并行双向的I/O口,每位能驱动8个LS型负载。
在访问外存储器时,P0分时提供低8位地址和和8位数据的复用总线;当不接片外存储器或不扩展I/O口时,P0可作为一个通用输入/输出口。
当P0作为输入口使用时,应先向口锁存器写“1”,此时P0口的全部引脚浮空,可作为高阻抗输入;当P0口作为输出口使用时,必须外接上拉电阻。
②P1口(1-8引脚):
是一个内部上拉电阻的准双向口,P1口的每一位口线能独立用作输入线和输出线。
P1口可驱动4个LS型TTL门电路。
用户使用的通用I/O,准双向8位,编程和校验时作为低8位地址线,P1.0和P1.1引脚另外有第二功能。
③P2口(21-28引脚):
P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向通用I/O口,每一位口线能驱动4个LS型负载;在结构上,P2口比P1口多一个输出控制部分。
访问外部存储器时,可作为高8位地址线。
④P3口(10-17引脚):
P3口是一个多用途的接口,具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,当其作为第一功能使用时,其功能同P1口。
且P3口的8条口线都规定了第二功能。
包括:
串行数据接收、串行数据发送、外部中断0请求、外部中断1请求、定时器/计时器0计数输入、定时器/计时器1计数输入、外部RAM写选通、外部RAM读选通。
⑤RST(9引脚):
复位信号输入端,仅高电平有效。
RST脚输入端保持两个机器周期(即24个时钟振荡周期)的高电平时,就可以完成复位操作。
⑥
/Vpp(31引脚):
访问芯片内部和芯片外部程序存储器的选择信号。
外部程序存储器地址允许输入端口或固化编程电压输入端口,低电平有效。
⑦
(29引脚):
外部程序存储允许输出信号端口,低电平有效。
⑧ALE/
(30引脚):
低8位地址锁存信号/编程脉冲输入
⑨
(18引脚):
芯片内振荡器反相放大器的输出端
⑩
(19引脚):
芯片内振荡器反相放大器的输入端
⑪Vcc(40引脚):
电源电压的输入端口,4.0-5.5V电压
⑫GND(20引脚):
接地端口
4.2显示部分的介绍
4.2.1LED数码管的工作原理
LED数码管显示器[3]根据公共端的连接方式,可以非为共阴极数码管和共阳极数码管。
将发光二极管的阳极连在一起,称为共阳极数码管,将发光二极管阴极连在一起,则称为共阴极数码管。
对于共阳极数码管而言,所有阳极并接后连到+5V上,所以那一个发光二极管的阴极接地,则相应的发光二极管发光;对于共阴极数码管而言,则相反。
如图4-2即为外形图,以及共阴与共阳的内部电路图。
如图4-2数码管内部电路图
LED数码管显示器显示字符时,向其各端施加正确的电压即可实现该字符的显示。
多个数码管相并联在一个系统中,选择某一个数码管工作即为位选。
对各段加电压操作称为段选,所有段的段选组合在一起称为段选码,也称为字形码,字形码可以根据显示字符的形状和各段的顺序得出,可以用一个字节数字位D0-D7作为段选信号S0-S7来控制a-f和dp,共计八段。
4.2.2四位共阳极数码管
本次采用四位一体共阳数码管(ULF-5461BS)显示,公共端接电源,其他端接地,数码管亮。
如图4-3实物图和引脚图。
其中6、8、9、12引脚为公共脚。
图4-3数码管实物图
4.2.3三极管8550
图4-4三极管8550
三极管8550是一种常用的普通三极管。
它是一种低电压,大电流,小信号的PNP型硅三极管。
如图4-4,正面拿起三极管,从左至右,分别为发射极、基极、集电极,用来驱动数码管内部的发光二极管。
4.3近距离无线模块
4.3.1PT2272解码芯片无线接收简介
(1)PT2272[4]由台湾一所公司生产的一种低功耗低价位的解码电路芯片。
PT2272对从端子送入的信号进行解码。
所送入的编码波形被译成字码,它含有码地址位,数据位和同步位,解码出来的地址码与所设置地址输入端进行比较。
如果所设置的地址与连续2个字码匹配,当解码得到有高电平数据时,驱动相应的数据输出端为高电平。
本次设计直接用2272芯片组成的超再生带解码四路遥控接收模块和发射器组成四路无线发射接收电路。
其中输出信号包括非锁(M)、自锁(T)、互锁(L)三种工作方式。
由于对时间控制点是单点控制,因此采用非锁工作方式。
非锁型输出又称点动输出,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,有遥控信号时数据脚是高电平,遥控信号消失时数据脚立即恢复为低电平。
如图4-5即为2272芯片引脚排列
(2)引脚说明:
图4-5
1 A0-A11(1-8引脚、10-13引脚)地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”
2 D0-D5(7-8引脚、10-13引脚)地址或数据管脚
3 Vcc(18引脚)电源正端(+)
4 Vss(9引脚)电源负端(-)
5 DIN(14引脚)数据信号输入端,来自接收模块输出端
6 OSC1(16引脚)振荡电阻输入端,与OSC2所接电阻决定振荡频率
7 OSC2(15引脚)振荡电阻振荡器输出端
8 VT(17引脚)解码有效确认,输出端(常低)解码有效变成高电平(瞬态)
4.3.2无线模块的性能参数
(1)工作频率:
315M
(2)工作电压:
DC5V
(3)工作电流:
小于5mA
(4)接收方式:
超再生
(5)调制方式:
ASK
(6)接收灵敏度:
-103dBm
(7)非锁(M)
图4-6无线接收发器
图4-7无线模块元件图
如图4-6为实物图,图4-7无线模块元件图,接收模块的七根引脚分别为D3、D2、D1、D0、GND、VT、VCC,其中VCC为DC5V的供电端,GND为接地端,VT端为解码有效输出端,只要发射器的数据码有输出,VT都能同步输出高电平;D3、D2、D1、D0是解码芯片的四位数据输出端,有信号时能输出5V左右的高电平,驱动电流约2mA,与发射器的四位数据码输出一一对应。
接收模块不焊天线也能接收信号,为提高接收灵敏度,用软导线直接焊接到天线孔处。
4.3.3六反相器
74LS04芯片即为集电极开路输出的六组反相器其中1A-6A为输入端,1Y-6Y为输出端、其逻辑表达式为:
如图4-8为74LS04引脚图,4-9为74LS逻辑图。
图4-874LS04引脚图
图4-9逻辑图
5系统硬件连接的设计
5.1系统设计框图
图5-1系统原理框图
系统主要由无线发射单元、无线接收单元、单片机最小系统和LED显示系统几部分组成。
完整电路路参看附录1.
5.2单片机系统电路
图5-2单片机最小系统
如图5-2,单片机处理单元[5],RST端口连接复位电路,通过开关控制。
XTAL1与XTAL2接时钟电路。
5.2.1时钟电路
时钟是单片机的关键,单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基础,时钟频率直接影响单片机的速度,时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。
常用的时钟电路[6]有两种方式:
一种是内部时钟方式,另一种外部时钟方式。
本设计采用内部时钟方式,如图5-3所示,使用11.0592MHz的晶体震荡源,由于单片机内部带有震荡电路。
所以外部只要连接一个晶体振和两个电容即可,电容容量一般早15pF至50pF之间,电容C3、C4为30pF。
接单片机18、19端口。
图5-3时钟电路
5.2.2复位电路
如图5-4,为单片机最小系统共的复位电路,当单片机振荡器[7]工作时,该引脚上出现持续两个机器周期的低电平,就可以实现系统复位,使单片机回到初始状态。
单片机哦的复位方式分为上电复位和按键复位。
本设计为按键复位,在复位电容上并联一个开关S1,当开关按下时电容被放电,RST被拉到高电平,使得单片机复位。
当松开S1,电容充电,单片机进入工作。
图5-4复位电路
5.3显示电路
由四位共阳数码管连接三极管8550,再接1K电阻。
三极管(Triode)[8]的作用是放大电流,提高驱动能力。
如图5-5。
图5-5数码管连接电路
5.4无线模块和反相器的连接电路
图5-6无线模块与单片机的连接图
如图5-6,无线模块连接反相器电路图。
由于最初无线模块接收的是高电平信号,为了与单片机正常连接,所以采用反相器(inverter)[9],使无线模块传输的信号改变称为低电平信号。
5.5系统硬件的调试
关于硬件的调试,检测硬件电路的连接是否良好,直接使用万用表来检测。
在检测两点通路连接时,用红黑表笔置于两点,测两点的电阻,电阻为0说明连接正常。
当检验芯片引脚连接时,可加上电源,检测电压,如有电压,说明连接正常。
在调试无线模块的信号这一部分,采用了发光二极管,利用排线连接无线模块的输出信号端口到发光二极管引脚端口,初始状态发光二极管直接点亮,当按下按钮时熄灭,说明有信号输入,且信号为高电平。
在无线模块上添加反相器,此时检测,开始熄灭,按下按钮时发光,且A按钮与D3脚对应,依次一一对应。
调试数码管时,编写了一个数码管显示的程序,结果能正常显示。
证明电路达到了系统的要求。
6程序设计与调试
本系统采用C语言编程[10],定时5min。
定时程序流程图如图6-1。
图6-1系统程序框图
由程序流程图得知,先进行定时器的初始化,在显示部分显示。
然后,根据键盘输入值A、B、C、D来判断是何种情况,对应于A、B、C、D的功能而执行,显示。
6.1中断定时程序(程序这部分找人帮你改一下)
本设计采用采用工作方式一:
1.当用作定时工作方式,其定时时间为:
T=(216-t1的初值)×振荡周期×12
本文采用定时器T0定时,50ms产生一个中断,晶振为12Mhz,则初始时间设定为:
t1=65536-50000=15536;
换成十六进制,则t1=0x3cb0;
所以对于定时器T0有,TMOD=0x01;TH0=0x3c;TL0=0xb0;
2.中断定时程序片段如下:
voidinit_timer0()//定时器初始化//
{TMOD=0X01;//工作方式一//
TH0=0x3c;//(65536-50000)/256//
TL0=0xb0;//(65536-50000)%256//
EA=1;//总中断打开//
ET0=1;//允许T0中断//
TR0=1;//允许计时//
}
voidit_timer0()interrupt1////
{TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
temp++;//中断次数加1//
if(temp==20)//判断中断次数是否达到20次//
{n--;//到20次中断时间减1//
temp=0;}}
定时器设置方式为1,50ms产生一个中断产生20个中断即定时为1s。
以上只是程序片段,完整程序请参看附录。
6.2数码显示程序
voiddisplay()
{P2=0xf7;//位选//
P0=table[n%60%10];//段选//
delay(5);//延时//
这是秒钟个位的数字显示程序,其余位显示依次写。
6.3程序的调试
使用keil软件[12]来进行对程序的编译,keil软件集编辑、编译、仿真一体,通过编译及运行程序,并产生单片机下载所必须的(.hex)文件,用于写入单片机内部的程序。
经调试无误后,通过在线串行器下载到单片机AT89S52内。
7总结
此论文主要介绍了怎样利用无线模块设计控制系统,利用单片机的软硬件系统完成计时装置,然后通过数码管来显示时间。
本次毕业设计最后圆满完成了近距离遥控计时装置,实现了使用发射器对倒计时装置的控制的功能,按下发射器的A按钮,倒计时牌启动,从5min开始进行递减一秒的倒计时;按下发射器的B按
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