【正文】 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 題 目 基于無線的網(wǎng)絡(luò)時鐘設(shè)計 班 級 生產(chǎn)過程自動化 0602 姓 名 潘飛文 指導(dǎo)教師 左希慶 2022 年 1 月 7 日 目 錄 引言 ........................................................................ 3 ...................................................................... 4 本設(shè)計的背景 ........................................................ 4 本設(shè)計的內(nèi)容 ........................................................ 4 本設(shè)計的目的和意義 .................................................. 4 ......................................................... 5 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 .................................................. 5 系統(tǒng)控制方案 ........................................................ 5 系統(tǒng)控制流程圖 ...................................................... 6 ............................................................... 7 微控制器 (單片機(jī) )的選型 .............................................. 7 時鐘芯片的選型 ...................................................... 8 溫濕度芯片的選型 .................................................... 9 無線模塊的選型 ...................................................... 9 語音芯片的選型 ...................................................... 9 顯示的選型 ......................................................... 11 紅外遙控器的選型 ................................................... 11 4．系統(tǒng)軟件設(shè)計 ............................................................. 13 單片機(jī) C 語言的概述 ................................................. 13 系統(tǒng)工作過程分析 ................................................... 14 控制系統(tǒng)程序設(shè)計 ................................................... 14 ..................................................................... 16 致謝 ....................................................................... 16 參考文獻(xiàn) .................................................................... 16 附圖 ....................................................................... 17 引 言 單片機(jī)是指一個集成在一塊 芯片 上的完整計算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機(jī)所需要的大部分部件： CPU、 內(nèi)存 、內(nèi)部和外部 總線 系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、 定時器 ，實(shí)時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。它是一種在線式實(shí)時控制計算機(jī)，有較強(qiáng)的抗干擾能力，成本較低。 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如 下幾個范疇： 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的 傳感器 ，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備（ 功率表 ， 示波器 ，各種分析儀）。 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化 管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無 線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機(jī)等。 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 某些專用單片機(jī)設(shè)計用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂集成單片機(jī)，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理），就需要復(fù)雜的類似于計算機(jī)的原理。 此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育， 國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 本設(shè)計的背景 現(xiàn)階段國內(nèi)外對于時鐘的研究主要表現(xiàn)在：個性、便捷等功能上。時鐘產(chǎn)品多以這幾類為主：指針式時鐘、數(shù)碼管顯示時鐘、點(diǎn)陣時鐘，液晶顯示時鐘。由于現(xiàn)在的時鐘多采用電子線路，因此在時間的精確度上有很大的提高，并且隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，無論是時鐘的外型還是內(nèi)部線路都有很大的改進(jìn)。比如現(xiàn)在的時鐘很多都非常有個性，如：概念時鐘，時鐘的外觀做的卡通化，所以它們很受年輕人的喜歡。 有一種新型時鐘能產(chǎn)生多點(diǎn)信號，它是在時鐘上加裝集成電路為基礎(chǔ)的中央控制 電路再分別與鍵盤控制器， 語音錄放器和液晶顯示器聯(lián)接組裝而成，是一種全新穎的多段提醒點(diǎn)智能鬧鐘，使用者可以多次設(shè)定響鬧時間，并提前錄好該時間要 做 的事，到指 定 時間就會分別按時用語音提醒并在液晶顯示器上作出指示 。 還有一種新型時鐘它的作用是“在最佳被喚醒的時候”叫醒，也就是最淺睡眠狀態(tài)下叫醒。與鬧鐘配套的有個類似護(hù)腕的傳感器，使用者只需將其佩戴在手腕處便能監(jiān)測使用者的身體活動狀態(tài)，還可以通過測試使用者在睡眠時有多少次翻身來判定熟睡程度，最后傳感器將信息通過無線方式發(fā)送給鬧鐘，由鬧鐘來計算出叫醒使用者的最佳時間。 鑒于現(xiàn)在的時鐘趨向個性，方便、多功能的特點(diǎn)，本設(shè)計將集技術(shù)和創(chuàng)新于一體，賦予數(shù)字時鐘的一個全新的概念。 本設(shè)計的內(nèi)容 1) 運(yùn)用 SM311 無線模塊組建一個無線網(wǎng)絡(luò)與各個時鐘終端進(jìn)行通訊。 2) 應(yīng)用時鐘芯片、溫濕度芯片，采集其數(shù)據(jù)通過時鐘顯示器進(jìn)行顯示。 3) 應(yīng)用語音芯片來進(jìn)行語音報時，增加項(xiàng)目的趣味性。 4) 通過紅外可以對各個時鐘終端分別進(jìn)行時間、鬧鐘的設(shè)定，并可實(shí)時修改時間、鬧鐘時間等參數(shù)設(shè)置。 本設(shè)計的目的和意義 時鐘是顯示時間一種器件。它的應(yīng)用遍及我們周圍的每一個角落，應(yīng)用非常廣泛?，F(xiàn)階段家庭廣泛應(yīng)用 的時鐘大多只具有時間顯示功能，無法顯示日歷、無法定時、也不具有溫濕度顯示等功能。由于數(shù)字時鐘采用石英晶體起振，各晶振間由于存在誤差而導(dǎo)致了時間差的累積，所以即使同樣的數(shù)字時鐘，經(jīng)過一段時間后顯示的時間也不相同。 由于現(xiàn)在大多數(shù)時鐘存在著這么多的缺點(diǎn)，所以本設(shè)計就比較有意義，本設(shè)計的重點(diǎn)是無線網(wǎng)絡(luò)在數(shù)字時鐘中的具體應(yīng)用。通過時鐘間的無線通訊可以對家庭或辦公室所在的任一個時鐘進(jìn)行時間、日期、溫度等傳輸并校正。 系統(tǒng)設(shè)計的基本結(jié)構(gòu) 本設(shè)計主要由顯示模塊、時鐘模塊、溫濕度檢測模塊、 無線通訊模塊、紅外控制模塊、語音模塊、鬧鈴模塊。 總體框架圖如圖 所示： 圖 總體框架圖 系統(tǒng)控制方案 無線網(wǎng)絡(luò)時鐘系統(tǒng)的控制要求如下： （ 1）初始時間、鬧鐘時間的輸入： 在打開電源，系統(tǒng)初始化開始后，就要對系統(tǒng)進(jìn)行一些基本參數(shù)的設(shè)定。如初始時間（即現(xiàn)在的時間）、鬧鐘的時間。 （ 2）采集溫濕度數(shù)據(jù)并處理： 在設(shè)定好參數(shù)后，系統(tǒng)會定時采集溫濕度的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化成溫濕度數(shù)值， 放入指定的地址中。為后面的顯示做好準(zhǔn)備。 （ 3）通過無線模塊傳輸數(shù)據(jù)： 控制器（單片機(jī)）會定時通過無線模塊把時間數(shù)據(jù)，溫濕度數(shù)據(jù)傳送給其它時鐘。 （ 4）在線修改時間 因?yàn)槿魏螘r鐘通過一段時間的運(yùn)行后肯定會出現(xiàn)誤差，所以該系統(tǒng)有在線修改時間程序?？赏ㄟ^紅外遙控對時間和鬧鐘時間進(jìn)行在線修改。 （ 5）語音報時 為了使時鐘更人性化，該系統(tǒng)還設(shè)計了語音報時程序。用戶可以通過紅外遙控器，對現(xiàn)在的時間進(jìn)行報時。 （ 6）鬧鈴 通過初始設(shè)定或在線設(shè)定好鬧鐘時間后，當(dāng)?shù)竭_(dá)該時間，蜂鳴器會出現(xiàn)鬧鈴響聲。 主控制器 （單片機(jī)） 紅外控制 128X64 液 晶 顯示 時鐘模塊 溫濕度模塊 無線通訊模塊 語音模塊 鬧鈴 模塊 從控制器 （單片機(jī)） 128X64 液晶顯 從控制器 （單片機(jī)） 無線通信模塊 無線通信模塊 系統(tǒng)控 制流程圖 開始 初始化 輸入初始時間 鬧鐘時間 采集時鐘芯片數(shù)據(jù) 采集溫濕度數(shù)據(jù) 將以上采集到的數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上 判斷是否到鬧鐘時間 判斷是否要語音報時 按時通過無線模塊與時鐘中斷通信 判斷是否要修改時間或鬧鐘時間 語 音 模塊報時 N N Y Y Y N 報警模塊 微控制器 (單片機(jī) )的選型 全世界的 單片機(jī)品種 繁 多 ，有 ATMEL 公司的 AVR 單片機(jī) 、 Motorola 單片機(jī) 、 MicroChip單片機(jī) 、 MDT20XX 系列單片機(jī) 、 EM78 系列 OTP 型單片機(jī) 、 Scenix 單片機(jī) 、 EPSON 單片機(jī) 、 東芝單片機(jī) 、 8051 單片機(jī) 、 LG 公司生產(chǎn)的 GMS90 系列單片機(jī) 、 華邦單片機(jī) 、 Zilog 單片機(jī) 、NS 單片機(jī) 等等。 我選用的是由宏晶科技生產(chǎn)的 STC12C5410AD 單片機(jī)。因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)較以往的單片機(jī)提高了工作效率，使系統(tǒng)的可靠性、抗干擾能力 得到了顯著改善，而且進(jìn)一步小型化和便攜化。其內(nèi)部集成的 Flash 幾乎擁有現(xiàn)代追求個性化的用戶所需要的掉電后數(shù)據(jù)不丟失、快速的數(shù)據(jù)存取時間、電可擦除、容量大、在線可編程、足夠多的擦寫次數(shù)、價格低廉和高可靠性等所有優(yōu)點(diǎn)。圖 為該單片機(jī)的管腳引腳圖。 圖 STC12C5410AD 引腳圖 STC12C5410AD 單片機(jī)具有以下特點(diǎn) : (1) Flash 存儲器 STC12C5410AD Flash 存儲器為 10KB。 Flash 存儲器主要用作程序存儲，可經(jīng)計算機(jī) 串口接口下載程序 。程序運(yùn)行時能對其中的 1 段或多段進(jìn)行擦、寫操作，因此兼有數(shù)據(jù)存儲器功能。 Flash 存儲器的掉電保護(hù)功能可用十程序數(shù)據(jù)保存，可以按字或字節(jié)讀寫，最小擦除單位為 1 段，經(jīng)過擦除的位為“ 1，寫入位為“ 0。 (2)脈寬調(diào)節(jié)模式 (PWM) 所有 PCA 模塊都可用作 PMW 輸出。輸出頻率取決于 PCA 定時器的時鐘源。由十所有模塊共用僅有的 PCA 定時器，所有它們的輸出頻率相同。各個模塊的輸出占空比是獨(dú)立變化的，與使用的捕獲寄存器 {EPCnL,CCAPnL}有關(guān)。當(dāng) C