【正文】 種擴展，因此對設(shè)計者的要求比較高，不僅考察了對單片機的掌握能力更加強調(diào)了對單片機擴展的應用。所以智能萬年歷無論從實用還是從培養(yǎng)能力的角度都很有價值。2 設(shè)計要求 系統(tǒng)的具體設(shè)計要求為： （1）采用數(shù)碼顯示，可顯示時間、日期、溫度等信息；（2）時間日誤差1S；（3）具備語音播報功能，可播報當前時間、日期、溫度等信息；（4）可遙控操作查詢和修改時間、日期、溫度等信息；（5）。3 整體硬件設(shè)計設(shè)計原理圖如圖1所示：系統(tǒng)的工作原理是:主控制器每隔一段時間(小于一秒鐘)讀一次時鐘芯片的內(nèi)部寄存器的值，將讀出的日歷、時間信息實時的顯示在LED數(shù)碼顯示器上。溫度數(shù)據(jù)由測量電路(DS1280)獲得的溫度值送入顯示電路顯示。而熱電偶和熱電阻測出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對應的溫度，需要比較多的外部硬件支持。本溫度傳感器單元設(shè)計采用美國DALLAS半導體公司繼DS1820之后推出的一種改進型只能溫度傳感器DS18B20作為檢測元件，測溫范圍從55～125℃，℃。 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入用戶報警上下線數(shù)據(jù)。 日歷模塊 設(shè)計方案 按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，要求時鐘走時準確，可靠性高，能耗低，且具有時間自動調(diào)整功能，因此時鐘芯片選用美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘DS1302。更重要的是該芯片可以在很小電流的后備電源（～，）下繼續(xù)計時，而且該芯片可以編程選擇多種充電電流來對后備電源進行慢速充電，可以保證后備電源基本不消耗電能。 DS1302數(shù)據(jù)操作原理 DS1302作為本設(shè)計的核心部分，應采用可靠的設(shè)計方案，該芯片能耗低，使用方便。無論是讀周期還是寫周期，開始8位指定40個寄存器中哪個將被訪問到。 DS1302芯片引腳及引腳功能表 芯片封裝圖如圖4所示，引腳功能表如表2所示。其日歷、時間寄存器及其控制字如表3所列，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作。在首次對DS1302進行操作前，必須對它進行初始化，然后從DS1302中讀出數(shù)據(jù)，在經(jīng)過處理后，送給顯存緩村單元。 時間調(diào)整程序調(diào)整時間用3個調(diào)整按鈕，1個作為移位按鈕，一個作為選擇按鈕，另外一個作為調(diào)整用。 陰歷程序陰歷程序的實現(xiàn)是要靠陽歷日期來推算的良藥根據(jù)陽歷來推算陰歷日期，首先要設(shè)計方法。陰歷一個月不是30天就是31天（2月除外，閏年2月位29天，平年2月位28天）。如果把一個只有29天的月成為小月，用1為標志，把30天的月成為大月用0為開始初始化13021302開始振蕩從1302中讀出年、周、月、日、時、分、秒讀出的數(shù)據(jù)都為BCD碼，將其高地位分離送顯存緩沖單元圖5 陽歷程序流程圖標志，那么12位二進制就能表示一年12個月的大小。這樣，一字節(jié)就包含了所有閏月的信息?？偣?字節(jié)就可以儲存一年中任何一天陽歷與陰歷對應關(guān)系的有關(guān)數(shù)據(jù)，例如2004年的陰歷與陽歷對應關(guān)系如表4所列。其中表示12個月大小信息的字節(jié)，第4位和第7位不用。按此方法，50年的陽歷和陰歷對應關(guān)系總共使用200字節(jié)。先要根據(jù)當前陽歷的日期，算出陽歷位該年中的第幾天。計算出陽歷總天數(shù)后就可以根據(jù)它來推算陰歷日期。再根據(jù)查表所的的該年的陰歷的閏月和大小月的信息，就可以推算出該天的陰歷日期了。 紅外遙控模塊 設(shè)計方案 采用單片機進行遙控系統(tǒng)的應用設(shè)計，具有編程靈活多樣，操作碼個數(shù)可隨意設(shè)定等優(yōu)點。本單片機遙控應用系統(tǒng)采用紅外線脈沖個數(shù)編碼，單片機軟件解碼，實現(xiàn)了對智能萬年歷設(shè)置的遠程控制，使我們更加接近智能的家居生活。圖9是該應用系統(tǒng)的遙控設(shè)計原理框圖及接收控制系統(tǒng)設(shè)計原理框圖。改變電阻R3的大小可以改變發(fā)射距離。遙控采用脈沖個數(shù)編碼，不同的脈沖個數(shù)代表不同的碼，最小為2個脈沖最計算陽歷天數(shù)結(jié)束，總天數(shù)中的數(shù)據(jù)位當前日期所在陽歷年中第幾天置陽歷總天數(shù)為0當前月為1？總天數(shù)中加入該月天數(shù)月數(shù)加1與當前月相同？當前號數(shù)是總天數(shù)總天數(shù)中加入號數(shù)YYNN圖6 計算陽歷天數(shù)程序流程圖 大為17個脈沖。 當某個操作按鍵按下時，單片機先讀出鍵值，然后根據(jù)鍵值設(shè)定遙控碼的脈沖個數(shù)，在調(diào)制成40KHz方波有紅外線發(fā)光管發(fā)射出去。 遙控碼的編碼格式 遙控碼采用脈沖個數(shù)編碼，不同的脈沖個數(shù)代表不同的碼，最小為2個脈沖，最大為17個脈沖。當某個操作按鍵按下時，單片機先讀出鍵值，然后根據(jù)鍵值設(shè)定遙控碼的脈沖個數(shù)，再調(diào)制成40KHz方波由紅外線發(fā)光管發(fā)射出去。紅外遙控接收部分采用38KHZ的紅外接收頭，價格低廉，可靠性好。當紅外線接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時，第一位碼的低電平將啟動中斷程序，實時接收數(shù)據(jù)幀。圖12所示為紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形。顯示時采用串行口輸出數(shù)碼段，用3片74LS164來驅(qū)動3排數(shù)碼管，這樣一次掃描只需7ms。74LS164的特性如表5所列，單片機以串行口方式0（移位寄存器方式）輸出數(shù)據(jù)，3片74LS164作為3排數(shù)碼管的串/并轉(zhuǎn)換顯示接口。其中A、B位串行數(shù)據(jù)輸入端，兩個引腳按邏輯與運算規(guī)律輸入信號，只有一個輸入信號時可并接，共同作為輸入腳。每一個時鐘信號的上升沿加到CP端時，移位寄存器移一位。MR表5 74LS164特性表操作模式輸入輸出復位MRABQ0Q1～Q7移位L//LQ0～Q6HLLLQ0～Q6HLHLQ0～Q6HHLLQ0～Q6HHHHQ0～Q6腳位復位端，當該腳位低電平時，移位寄存器各位復0；只有當它為高電平時，時鐘脈沖才起作用。在給出了8個脈沖后，最先進入74LS164的第一字節(jié)數(shù)據(jù)到達了最高位。3片74LS164首尾相串，而始終端則接在一起。這樣，當?shù)谌?個脈沖完成后，首次送出的數(shù)據(jù)被送到了最下面的164中，其他數(shù)據(jù)一次出現(xiàn)在第二、第一片74LS164中，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)在74LS164中的串行輸入、并行輸出。因此，根據(jù)本章節(jié)下面提供的硬件電路圖，在編寫程序時， 表6 共陽極數(shù)碼管字形編碼表顯示數(shù)字共陽順序小數(shù)點暗Dp g f e d c b a16進制00 1 0 0 0 0 0 040H10 1 1 1 1 0 0 179H20 0 1 0 0 1 0 024H30 0 1 1 0 0 0 030H40 0 0 1 1 0 0 119H50 0 0 1 1 0 1 012H60 0 0 0 0 0 1 002H70 1 1 1 1 0 0 078H80 0 0 0 0 0 0 000H90 0 0 1 1 0 0 010H查共陽極數(shù)碼管的數(shù)斷碼的二進制數(shù)據(jù)應該將正常的共陽極數(shù)碼管0～9的二進制值按位反序排列。共陽極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起。當某段驅(qū)動電路的輸出端為低電平時，則該端所連接的字段導通并點亮。此時，要求段驅(qū)動電路能吸收額定的段導通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導通電流來確定相應的限流電阻。圖13 顯示電路 語音模塊 設(shè)計方案 硬件選擇ISD4003語音芯片，ISD4003是美國ISD公司繼ISD33000系列之后最新推出的時限為8分鐘的長時語音錄放電路。ISD4003芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖14所示，ISD4003芯片指令表如表7所示。內(nèi)部時鐘時鐘分頻采樣時鐘模擬收發(fā)非易失性多重電壓存儲陣列五極點低通濾波器五極點平滑濾波器AGC電路譯碼器AMPAMP電 源 電 路控 制 電 路XCLKAINAIN+ACAPVCCA VSSA VSSD VCCDSCLK SS MOSI MISO INT RACAOUT圖14 ISD4003芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖表7 ISD4003指令表指令5位控制碼，11位地址操作摘要POWERUP00100 X XXXXXXXXXX上電：等待TPUD后器件可以工作SETPLAY11100 A10A0從指定地址開始放音必須后跟PLAY指令使放音繼續(xù)PLAY11110 X XXXXXXXXXX從當前地址開始放音(直至EOM或OVF)SETREC10100 A10A0從指定地址開始錄音必須后跟REC指令使錄音繼續(xù)REC10110 X XXXXXXXXXX從當前地址開始錄音(直至OVF或停止)SETMC11101 A10A0從指定地址開始快進必須后跟MC指令使快進繼續(xù)MC11111 X XXXXXXXXXX執(zhí)行快進，直到EOM若再無信息，則進入OVF狀態(tài)STOP0X110 X XXXXXXXXXX停止當前操作STOPPWRDN0X01X X XXXXXXXXXX停止當前操作并掉電RINT0X110 X XXXXXXXXXX讀狀態(tài)：OVF和EOM.ISD4004004004工作于SPI串行接口。協(xié)議具體內(nèi)容如下：（1）所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于SS下降沿。（3）數(shù)據(jù)在時鐘上升沿移入，在下降沿移出。（5）4002/4003指令格式是5位控制碼加11位地址碼,4004是8位控制碼加16位地址碼。（7）使用“讀”指令會使中斷狀態(tài)位移出ISD的MISO引腳時，控制及地址數(shù)據(jù)也同步從MOSI端移入。（8）所有操作在運行位（RUN）置1時開始，置0結(jié)束。 語音模塊電路 根據(jù)設(shè)計要求與芯片各管教功能，設(shè)計出語音模塊電路如圖15所示。電源部分是單片機設(shè)計的一個比較基本的模塊電路，此模塊設(shè)計不僅鍛煉了我的思維方向，而且讓我對電源電路的應用及其原理都有了一個比較深入的了解。單片機AT89C52芯片，顯示電路等都采用5V電源供電。其原理是（以+5V為例介紹）用交流電220V通過變壓器變壓，變?yōu)榻涣鞯?V電壓，再經(jīng)過整流變?yōu)橹绷麟姾?，再接一個W7805使其轉(zhuǎn)換為所需的直流電作為外接電源。三端是指電壓輸入端、電壓輸出端和公共接地端。國內(nèi)外廠家均將此系列穩(wěn)壓器命名為78系列，如7807812等。例如7805即表示穩(wěn)壓輸出為5V，7812表示穩(wěn)壓輸出為12V等。前面的字母稱“前綴”，一般是各生產(chǎn)廠（公司）的代號；后面的字母稱“后綴”用以表示輸出電壓容差和封裝外殼的類型。電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路+UI+_UO圖16 穩(wěn)壓電源電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的220V交流電壓UI變換為整流電路所需要的交流電壓u1。由于輸入電壓u3發(fā)生波動、負載和溫度發(fā)生變化時，濾波電路輸出的直流電壓u3會隨著變化。穩(wěn)壓電源是單片機系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅為系統(tǒng)提供多路電壓源，還直接影響到系統(tǒng)的技術(shù)指標和抗干擾性能。在本次設(shè)計中采用+5V電壓所以選用W7805穩(wěn)壓器。220V電壓必須經(jīng)過整流才可接到穩(wěn)壓器的輸入端，則整個電源電路圖17 穩(wěn)壓電源電路圖可分整流、濾波、穩(wěn)壓三部分。整流部分為橋式整流電路，其橋式整流電路的工作原理如下：E 為正半周時，對D1 、D3 加正向電壓，Dl，D3 導通；對D2 、D4 加反向電壓，D2 、D4 截止。電路中構(gòu)成E、D2 、D4 通電回路，同樣在后接負載上形成上正下負的另外半波的整流電壓。從圖13中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級電壓的最大值，比全波整流電路小一半。穩(wěn)壓部分接三端穩(wěn)壓集成芯片H7805，能輸出5V穩(wěn)壓電源，電容C0來抵消輸入線較長時的電感效應，以防止電路產(chǎn)生自激振蕩，其容量較小，一般小于1uF。另外，二極管D5起保護作用。要可控接收頭在安裝時應注意盡量靠表面，以擴大接收的角度。 性能指標 調(diào)試后系統(tǒng)性能指標測試如下：（1）時間日誤差1S（2）最大遙控距離7m（3）發(fā)射接收角：水平最大90176。四年前的這個季節(jié)懷著忐忑心情初次邁入惠園，聆聽老師教誨，傾聽長者垂訓，與同學切磋，度過這段有感觸也算豐富的時光。盡管自己的學科知識仍顯匱乏，但老師的諄諄教誨使我終有機會走近自己一直向往的科學殿堂，在此，謹對各位敬愛的老師深表謝意。老師不僅以深厚的學術(shù)素養(yǎng)令人折服，更使人敬佩的是他淵博的知識積淀和豁達而又執(zhí)著的態(tài)度，能夠在研究生階段的學習中得到老師的指導與關(guān)懷，是我學生生涯的一大幸事。同時還要感謝我的舍友在我論文寫作過程中給予我的鼓勵，支持，以及對我顛倒了的作息習慣的理解。在今后的學習生活中，使我更有信心地面對各種困難，并在不久的將來，爭取為祖國的建設(shè)添磚加瓦！致謝本次畢業(yè)設(shè)計能夠順利的完成，得益于河南科技學院機電學院所有教師的認真負責和幫助，使我有了完成論文所要求的知識積累和能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以體現(xiàn)。在此更要感謝指導教師邵老師從選題的確定、論文資料的收集、論文框架的確定、開題報告準備及論文初稿與定稿中對字句的斟酌傾注的大量心血，在此對指導教師邵老師表示感謝！邵老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，平易近人的人格魅力對我影響深遠。我還要感謝同組的各位同學，在此次畢業(yè)設(shè)計的這段時間里，你們給了我很多的啟發(fā)和幫助，提出了很多寶貴的意見，對于你們幫助和支持，我表示深深地感謝。同時在論文寫作過程中，參考的相關(guān)書籍和論文，在這里一并向有關(guān)的作者表示深深的感謝。我不會辜負他們的期望,并有信心來面對將來工作中的各種挑戰(zhàn)。蓋茨先生在《未來之路》中的幾句話來為我的畢業(yè)論文的畫上句號。從來也沒有這么多的機會讓人去完成從前根本無法做到的事情。”參考文獻[1]沈紅衛(wèi). 基于單片機的智能系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社，[