【文章內(nèi)容簡介】 19時 015時 112/ 023 24 AM /PM 87h 86h 0 0 0 1631日 015日 131 89h 88h 0 0 0 10月 月 112 8Bh 8Ah 0 0 0 0 0 17周 17 8Dh 8Ch 0 1599年 015年 0099 8Fh 8Eh WP 0 — 秒寄存器（ 81h、 80h）的位 7定義為時鐘暫停標志（ CH）。當該位置 1時，時鐘振蕩器停止， DS1302 處于低功耗狀態(tài)；當該位置為 0 時，時鐘開始運行。小時寄存器（ 85h、 84h）的位 7用于定義 DS1302是運行于 12小時模式 還是 24小時模式。當為高時，選擇 12小時模式。在 12小時模式下，位 5為 1時，表示 PM。在 24小時模式時，位 5是第二個 10小時位 (2023時 )。控制寄存器（ 8Fh、 8Eh）的位 7是寫保護位（ WP），其它 7位均置為 0。在任何的對時鐘和 RAM的寫操作之前， WP位必須為 0。當 WP位為 1時，寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。 紅外對管 紅外對管是一種常用的光電器件。所謂對管就是由一支紅外線發(fā) 射管和紅外線接收管組成。根據(jù)發(fā)射與接收的紅外線頻率不同，紅外對管有不同的型號。當發(fā)射管與接收管的發(fā)射與接收窗靠近對 齊時，即紅外線照射到接收管上，則接收管導通，其中導通特性與普通二極管相似，這樣就組成了一個光電觸發(fā)系統(tǒng)。一般來說，紅外對管的有效距離為數(shù)米，如果想擴大感應距離可加裝透鏡。當然我用在旋轉(zhuǎn)時鐘上就不用考慮距離問題 ，兩管的距離完全可以在幾厘米之內(nèi)。 紅外遙控設備的硬件設計 紅外遙控器使用方便，功能多。 目前已廣泛應用在電視機、 VCD、 DVD、空調(diào)等各種家用電器中，且價格便宜，市場上非常容易買到。它由紅外發(fā)射電路與紅外接收電路組成。 發(fā)射電路部分有兩種設計方案：一、用專用的遙控芯片來自制一個；二、如果能將現(xiàn)成的家電遙控器上的按鍵解碼出來，用作單片機系統(tǒng)的輸入，則解決了常規(guī)矩陣鍵盤線路板過大、布線復雜、占用 I／ O口過多的弊病。我所要設計的遙控器只是用來給旋轉(zhuǎn)時鐘調(diào)時，所以只需四個鍵，比較簡單，就用 TC9012這塊比較經(jīng)典的遙控芯片自制一個遙控器。 TC9012是一塊用于東芝系列紅外遙控系統(tǒng)中的專用發(fā)射集成電路，采用 CMOS 工藝制造。它可外接 32個按鍵，提供 8 種用戶編碼，另外還具有 3種雙重按鍵功能。 TC9012 的管腳設置和外圍應用線路都進行了高度優(yōu)化，以配合 PCB的布圖和低成本的要求。結(jié)構(gòu)框圖如圖 。 9 圖 TC9012結(jié)構(gòu)框圖 KI0～ KI4 這 4 位輸入腳用于 鍵盤掃描輸入（平時為低電平，內(nèi)置下拉電阻）； KO0～ KO7是 8 位輸出腳，用于鍵盤掃描輸出； REM 為 帶載波的遙控信號輸出； LMP 用于 指示燈輸出；SEL用于用戶編碼選擇跳線（平時為高電平，內(nèi)置下拉電阻）。 TC9012 的一幀數(shù)據(jù)中含有 32 位碼，包含兩次 8 位用戶碼，一次 8 位數(shù)據(jù)碼和 8 位數(shù)據(jù)碼反碼及最后位的同步位。引導碼由 ，以作為用戶碼、數(shù)據(jù)碼以及他們的反碼的先導。同步位（ SY）是標志最后一位編碼是“ 0” 或“ 1”的標識位，它只有 的有載波信號構(gòu)成。發(fā)射碼的格式如下圖所示： 圖 TC9012 的發(fā)射碼的格式 用戶碼一共有 8 種，是利用“ SEL”腳與“ KO0～ KO7”中的任一腳相連接來進行選擇的，可參考圖 。其中 S0， S1， S2 由 SEL 與 KO0～ KO7 的連接來確定； S3固定為“ 1”； S4,S5,S6,S7固定為“ 0”。比如當 KO6 和 SEL 連接時，客戶碼就為 00001110,轉(zhuǎn)換為 16 進制即 0EH。 圖 TC9012 的用戶碼設置 接下來講解一下遙控器是如何輸出不同的“ 0”、 “ 1”代碼的。當按紅外遙控器上的按鍵后，就會有信號給遙控器上的 TC9012 芯片， TC9012遙控器設置 4 個按鍵輸入端 KI0~KI3和8 個按鍵輸出端 KO0~KO7，由此設置了一個 4*8的鍵盤，共 32 鍵。鍵數(shù)據(jù)的編碼方式如下：{0， 0， 0， KO2~KO0， KI1， KI0}。這樣芯片就能識別出按下的是哪個按鍵，然后編碼調(diào)制 10 成相應的二進制碼，再通過紅外二極管發(fā)射出去。 TC9012 芯片是以脈沖位置調(diào)制方式（ PPM）來調(diào)制編碼的，如圖 。“ 1”和“ 0”的區(qū)分取決于脈沖之間的時間，例如以 38KHz的頻率發(fā)送 時間的脈沖集，再停發(fā) ，表示“ 0”；發(fā)送 ，再停發(fā) 則表示“ 1”。再利用此載波信號去控制紅外信號的發(fā)送，這樣，這些代碼就可以通過紅外光被傳送出去，經(jīng)遠處的紅外接收頭，經(jīng)單片機譯碼并執(zhí)行相應程序，去控制指定對象。按鍵一直按著，將一幀碼發(fā)完后發(fā)固定的重復碼；當鍵松開時，等該幀碼發(fā)完后進入低功耗模式。用戶碼和鍵數(shù)據(jù)碼的發(fā)送均是低位在前，高位在后的。 圖 TC9012 輸出波形 下圖為參考的遙控發(fā)射電路圖，由于只用于調(diào)時，所以省去了其他各按鍵，只剩下 K1~K4四個按鍵 。 圖 紅外遙控發(fā)射原理圖 制作該硬件部分要注意 以下 幾點 將電源濾波電容盡可能靠近 IC；電源濾波電容只需要使用 104 的瓷片電容即可； 盡可能避免電源和地線走線過長或過細； 盡可能把晶振電路放置在離芯片較近的位置； 建議在三極管的發(fā)射極使用 2 歐姆的限流電阻； 建議 11 晶振旁邊的兩個諧振電容使用 150pf 以上，這樣可以防止高頻諧波。 圖中 SEL 腳和 KO7相連，所以客戶碼選擇為： 0E0E。 再看接收電路，接收部分直接采用了紅外一體化接收頭 HS0038，如圖 所示。主要功能是 接收紅外遙控器 的代碼信號，經(jīng)放大、檢波、整形 , 得到 TTL 電平的代碼信號 , 再送給單片機。 它被焊接在指針板上，與指針板其他元器件構(gòu)成一個系統(tǒng)，而輸出管腳與單片機 外部中斷引腳相連。其中心頻率為 , 獨立的 PIN 二極管同前置放大器集成在同一封裝上 ,封裝由環(huán)氧樹脂做成，可以作為一個特殊的紅外濾光器 , 能防止自然光的干擾。它的特性有 : 光電檢測和前置放大器集成在同一封裝內(nèi)；內(nèi)帶 PCM 頻率濾波器；提高了對電場干擾的防護性；輸出電平兼容 TTL 與 CMOS；對于自然光有較強的抗干擾性；輸出表現(xiàn)穩(wěn)定 , 低功耗；持續(xù) 數(shù)據(jù)傳輸率可達 800bit/s。 (a)HS0038封裝圖 (b)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 圖 一體化紅外接收頭 由于 HS0038 輸出的信號與接收到的紅外編碼信號是相反的 ,當接收到紅外高電平信號時 ,HS0038的輸出引腳將由高變?yōu)榈?。只要將該輸出引腳與單片機外部中斷口相連，就可在接收到紅外信號后向單片機發(fā)出中斷請求，之后再通過該中斷口向單片機寫入紅外信號。 電源基板的硬件設計 電源基板主要負責為電機提供穩(wěn)定的直流電，并通過電刷給指針板送電，是 能源中心，如圖 。雖然結(jié)構(gòu)簡單，但也是必不可少的一個環(huán)節(jié)，必須要保證電源穩(wěn)定可靠。直接由 +12V的變壓器通過插孔給電路板送電，經(jīng)電容及電位器后接直流電機。再經(jīng) 7805降壓穩(wěn)壓成 +5V接到電刷上輸出電壓。 圖 電源基板硬件圖 電位器 RP用于調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)數(shù)，有 3個引腳 A、 B、 P，其中 A、 B兩端（靠外側(cè)的兩根引腳）的阻值固定并且是最大的，等于電位器的標稱值。中間引腳 P 與兩端引腳之間的電阻值隨著電位器旋鈕的調(diào)節(jié)而改變。所以焊接時將兩端的任意一腳與中間的 P 腳焊接在一起。另外要 注意電位器功率的 選取。根據(jù)電機工作電流的不同，電位器的功率一般取 2W以上。 12 為了給指針板供上穩(wěn)定的 +5V電壓，采用了 L7805穩(wěn)壓管。它有四種封裝結(jié)構(gòu)，如圖 所示。 L7805能輸出電壓 5V、電流 ，有內(nèi)部電流限流，熱停機和安全區(qū)等保護，使其基本上堅不可摧。如果能提供足夠的散熱條件，就可以輸出超過 1A的電流。雖然L7800系列穩(wěn)壓管主要設計成固定電壓的穩(wěn)壓器，但這些器件也可以通過外部元件的配合獲取可調(diào)的電壓和電流。 圖 穩(wěn)壓管 L7800 系列封裝圖 電機的選擇 電機主要分交流電機 、直流電機、伺服電機、步進電機等幾種。直流電機的控制簡單，適合在小功率情況下應用。旋轉(zhuǎn)時鐘對電機功率要求不高，所以選擇直流電機來帶動電路板旋轉(zhuǎn)。電機實樣如圖 。由視覺暫留原理知電機旋轉(zhuǎn)一圈的時間必須小于 ，所以電機的轉(zhuǎn)速要大于 600rpm（ rpm是電機轉(zhuǎn)速單位， 1rpm=1分鐘轉(zhuǎn)動一圈），可選用轉(zhuǎn)速約為1000rpm的電機，如果買不到 1000rpm的電機也可以選擇更高轉(zhuǎn)速的電機，可以通過降低電機工作電壓來使其減速，最簡單的辦法就是使用大功率電位器。如果直流電機找不到合適的，也可以考慮使用計算 機的散熱風扇，這個散熱風扇最大優(yōu)點就是運行時噪聲低。 圖 電機實物圖 除了電機外還需要一個支架將電機固定起來。由于電機在帶動指針板轉(zhuǎn)動過程中速度比較快，指針板又有一定重量，而且配重也不一定做得很好，轉(zhuǎn)起來更是會是電機晃動，所以必須要穩(wěn)重的支架來牢牢固定住電機。 電刷的制作 首先找一截小金屬管，充當滑環(huán)用，要求表面光滑耐磨，內(nèi)徑略大于電機軸的直徑，長度要比電機軸稍短一點。然后將此滑環(huán)固定在指針板背面。接著在電機軸上包裹幾圈膠布（要 13 露出軸的頂部），直到半徑與滑環(huán)內(nèi)徑差不多大小，然后用打火 機均勻加熱烘烤膠布，令其收縮，牢牢包裹住電機軸。將裹有膠布的電機軸插入滑環(huán)內(nèi)（滑環(huán)一定要與電機外殼絕緣），并且緊密接觸。 再找一根彈性很好又耐磨的金屬導體來做電刷，并在底座上鉆上兩根螺釘，導體中間部分壓在滑環(huán)上，兩端則扣在兩根螺釘下面，導體的彈力使得它與滑環(huán)緊密接觸。 最后把指針板安裝在電機軸上，電機軸與指針板地線之間用焊錫焊死。在焊接時，注意調(diào)節(jié)指針板的重心，并確?；h(huán)（電源線）與電機軸（地線）之間不要搭焊短路。把電機外殼接到電源負端（注：電機外殼與電機軸是短路導電的），電刷接到電源正端。指針板就可以通電 工作了。這時如果讓電機轉(zhuǎn)動起來，電刷與滑環(huán)作相對摩擦運動，仍舊可以源源不斷地把電源共給指針板。完整的電刷如圖 。 圖 電刷側(cè)面效果 元器件焊接時應注意的問題 要使旋轉(zhuǎn)時鐘能按原理正常運作，除了硬件設計要合理外，各元器件的焊接環(huán)節(jié)也要足夠重視，須要注意 以下 一些問題： 一、電烙鐵長期使用后，頭部會生成一層氧化物，造成吃錫困難，要先用工具除去氧化物，經(jīng)加熱后插入松香中即可繼續(xù)使用。新買回來的烙鐵，必須先上錫后才能使用。二、在制作過程中，宜選用低熔點的焊錫絲和沒有腐蝕性的助焊劑，如 松香。千萬不能采用工業(yè)焊錫或酸性焊油。最好采用含有松香的焊錫絲，使用起來非常方便。三、電子元件在空氣中由于氧化的作用，引腳上會附有一層氧化膜和一些污垢，焊前可用小刀刮掉氧化膜，并立刻涂上一層焊錫，然后再進行焊接。四、焊接時應使烙鐵溫度高于焊錫熔點，但不能過高，以烙鐵頭碰到松香剛冒煙為宜；焊接時間太短，焊點溫度過低，焊點粗糙，易造成虛焊。反之，焊接時間過長，焊點焊錫容易流淌，并且可能造成電子元件和集成電路的損壞。五、焊接點上焊錫不能太少，太少了焊接不牢，而太多易造成外觀一大堆而內(nèi)部未接通。焊錫應剛好將焊接點上 元件引腳全部浸沒，輪廓隱約可見即可。六、注意烙鐵和焊接點的位置。用烙鐵頭上的搪錫面去接觸焊接點，這樣傳熱焊接面積大，焊接速度快。七、焊接結(jié)束后，必須檢查有無虛焊、漏焊以及由于焊錫流淌而造成的元件短路。虛焊較難發(fā)現(xiàn)，可用鑷子夾住元件引腳輕輕拉動，如發(fā)現(xiàn)搖擺應補焊。 14 第 3 章 軟件 設計 旋轉(zhuǎn)時鐘軟件設計主要是針對單片機的程序設計，可分為 LED 掃描顯示程序設計、單片機讀寫 DS1302 時鐘芯片程序設計、單片機對紅外遙控代碼的譯碼程序設計三大塊。程序設計的過程大致可以分為以下幾個步驟： (1) 編制說明要解決問題的程 序框圖。 (2) 確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法、工作單元、變量設定。 (3) 根據(jù)所用計算機的指令系統(tǒng)，按照程序框圖用匯編語言或 C 語言編制出源程序。 (4) 將編制的程序在計算機上調(diào)試，直至實現(xiàn)預定的功能。 LED 掃描顯示程序設計 旋轉(zhuǎn)時鐘能否準確顯示出時鐘的畫面關(guān)鍵在于指針板每到一個位置單片機是否能正確點亮相應的 LED 燈，這是掃描顯示程序的核心內(nèi)容。為了方便程序的計算，我把連續(xù)的旋轉(zhuǎn)平面離散化，劃分成 180份，每一份為一列，如圖 。 圖 指針板旋轉(zhuǎn)平面劃分圖 另外程序一定要與指針板旋轉(zhuǎn) 周期聯(lián)系起來。根據(jù)視覺暫留的原理，一列發(fā)光二極管在同一位置出現(xiàn)的時間間隔應該不大于 秒，即旋轉(zhuǎn)周期 T≤ 100ms。為方便計算，取周期為90ms，則發(fā)光二極管每到一列位置上點亮并熄滅相應 LED燈的時間 t=90ms247。 180=?？捎密浖O置為點亮并延時 后熄滅，而剩下的 時間則留給單片機讀程序用。這樣程序處理完一列位置所用的時間差不多是 ，之后又去處理下一列的 LED燈的點亮情況。而硬件上指針板經(jīng)過 ，也正好轉(zhuǎn)到了下一列位置上。這樣軟件程序就能和硬件很好地配合。 顯示程序?qū)懺谝粋€中斷內(nèi)，通過裝在指針板和電機外殼上的紅外對管每對齊一次觸發(fā)外部中斷 1 并開啟中斷，執(zhí)行掃描顯示程序。所以在沒有其他更高級別中斷 (遙控調(diào)時中斷 )的開啟時，掃描顯示中斷程序是一直在執(zhí)行的。程序編寫的思路大致是這樣的