遥控电子钟系统设计制作.doc
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1、昆明冶金高等专科学校机械与电气工程系应用电子技术专业2004届毕业设计论文遥控电子钟系统设计制作(The design and facture of telecontrol electronic clock)班级:电子0101班姓名: 陆广任 王俊鑫 陆丽娟 指导教师:周遐副教授 金瑞讲师摘要: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
2、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
3、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。目 录第一部分 单片机概述18页第二部分 系统设计要求 9页第三部分 系统硬件设计 922页第四部
4、分 系统软件设计 2248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
5、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
6、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/MPLUS C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,
7、 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
8、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(embedded microcontroller)。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。 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
9、模块CAN。例如,Infineon公司的C 505C,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
10、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(System on a chip)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Inf
11、ineon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。 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1.5 mA,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、
12、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14MHz,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0.52K程序存储器,25128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
13、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3.35.5V的条件下工作。而一些厂家,则生产出可以在2.26V的条件下工作的单片机。这些单片机有Fujitsu公司的MB8919189195,MB89121125A,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2.26V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。 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
14、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Int ernet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,
15、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
16、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Inter net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
17、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(embed the Internet Consortium)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: EFT(Ellectrical Fast Transient)技术EFT技术是一种抗干扰技术,它是指在振荡电路的
18、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。 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
19、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820mA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。 采用低频时钟高频外时钟是噪声源之一,不仅能对单
20、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1 6/32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
21、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CMOS 8位单片机,片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128 bytes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
22、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)Flash ROM 15个双向I/O口 6个中断源 两个16位可编程定时/计
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