测控系统原理与设计课程设计任务书1Word格式文档下载.docx

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功能

该设计具有一般数字时钟拥有的功能，24小时的时钟显示，年月日的显示，温度的测量及显示，闹钟功能等，属于一款基于单片机的多功能数字时钟。

创新点

该数字时钟属于一款多功能家用数字时钟，可以满足大部分的家庭生活使用，在我的设计下，数字时钟被寄予不一样的功能。

首先，数字时钟是基于单片机，具有低功耗、稳定性高等特点。

时钟自带DS18B20温度传感器，可以实时监测室内温度并在lcd显示屏上。

时钟内存有10首常用的歌，可以通过按键或遥控器选择播放。

该时钟可以通过遥控器进行红外线遥控。

通过遥控器还可以进行对家用电器开关的控制。

设想在遥控器上也采用单片机，并在遥控内集成超声波测距，实现一些精度不需要太高的距离测量。

如果再发散点，我希望我的作品可以红外测体温，火灾报警，煤气泄漏检测，漏电报警等…

2.摘要

本次课程设计主要涉及测控电路以及系统的应用，减少干扰，抗干扰是我们设计中的重点。

如何滤波、检波、输入输出阻抗的设计，是电流、电压还是功率匹配？

复位电路的RC的作用及接入的大小等…

设计采用集成度很高的单片机，很方便设计和开发，并且很多的仿真软件可以对单片机进行仿真，就可以做到在电脑上进行软件仿真和硬件模拟仿真，提高开发效率和成功率。

设计中集成了温度传感器，距离传感器，红外遥控器，lcd液晶显示器等元器件，以支持其强大的硬件功能。

配合测控系统和测控电路的应用，提高系统的稳定性以及测量的精度，减少误差以及环境的影响。

1硬件设计及描述

1.1总体描述

1.2键盘

1.3LCD显示屏

1.4温度传感器、音乐播放器

1.5红外遥控电路

1.6超声波测距

1.7控制家电的开关

1.8原理图汇总

2软件设计及描述

2.1数字时钟系统的设计

2.2红外遥控的软件设计

2.3音乐播放软件设计

2.4温度测量软件设计

2.5超声波测速，控制家电开关

3.总结

该设计实现的是数字时钟，具有遥控功能，温度测量，闹钟，播放歌曲，超声波测距。

所以需要很多的硬件支持，对于硬件的选择也是需要认真的考虑。

输入的要求，输出信号的形式、大小、适不适合作为下一个输入，小了就需要放大，有干扰就要进行滤波。

总共加入了16个按键，包括10首歌曲的选择键，1个模式选择键，两个加减功能键，1个温度小时键，一个音乐播放/停止键，一个超声波测距功能键。

图1-1矩阵式键盘

键盘采用矩阵式设计，节省接口，并且方便编程扫描设计。

单片机只需要扫描P1口的状态就可以知道对应的键值。

我设计的数字时钟需要更多的功能，也就需要更多的显示，LED数码管已经不能满足要求。

因此我选用LCD12864，可以实现汉字和数字的显示，也更多的被我们所使用。

如图1-2所示为LCD12864的仿真图形，原理图因为时间原因不自己做封装，只能用其他的代替原理图如图1-3所示。

图1-2LCD12864模拟图

图1-3LCD12864原理图

因为该时钟的温度测量功能，所以必须采用温度传感器，我选用廉价而且常用的DS18B20来进行温度信号的采集，其输出的16位2进制数更是方便了单片机的信号处理。

其原理图如1-4所示。

图1-4温度传感器原理图

对于音乐播放，设计处于初始阶段，对于硬件的要求不是很高，至于功能的实现，一般的蜂鸣器即可满足使用要求，设计的后期可以考虑使用专业的语音芯片，这样可以有更好的音乐体验。

其原理图如1-5所示

图1-5蜂鸣器原理图

既然可以通过遥控器进行遥控，那么就得需要红外发射和接收电路。

同样对两个单片机也要有要求，遥控器要编码，数字时钟需要解码，这样才能实现控制。

对于这部分的难点在于是采用中断方式还是扫描方式。

其发射和接收电路如图1-6和1-7所示

图1-6红外线发射电路

图1-7红外线接收电路

为了方便使用，让遥控器不在功能单一，不在被零落。

我设计在遥控器中加入超声波测距，这样测身高不在需要尺子了，一个遥控器就可以解决了。

只需在遥控器上集成超声波发射和接收电路，就可以实现精确到CM的距离测量，方便生活。

时间仓促没有原理图。

因为家中的电器比较多，为了能使用少的端口控制多的开关，我决定使用74LS138和继电器的组合。

这样就可以安全并且方便的控制家中的电器了。

原理图如1-8所示

图1-8单片机控制继电器

时间比较少完成的比较少，下面是所有的原理图：

图1-9原理图1

图1-10原理图2

图1-11原理图3

（1）总体描述

1．单片机采用AT89C51型；

2.时间显示电路：

采用LCD12864液晶显示，P0口驱动显示数字，P2口作为扫描信号；

3.时间设置电路，矩阵键盘的1,2,3键实现调模式，时间加和时间减；

4.闹钟：

P3.7口接扬声器。

（2）系统总体框图

图2-1数字显示系统框图

（3）软件设计流程图

图2-2数字时钟软件设计流程图

（4）函数模块及功能

1.voiddisplay_lcd（）

学号的滚动显示函数；

2.voiddisplay（）

显示时间以及显示调节时间和闹钟时间的闪烁；

3．voidkey_prc（）

键盘功能函数，实现需要的3个按键有关的模式转换以及数字加一减一；

4.voidinit（）

初始化设置中断；

5.voidtime1（）interrupt3

定时器1中断函数，实现计时功能。

此部分的控制软件主要分为单片机初始化程序、定时服务程序、红外发射编码和红外接收解码程序等模块。

（1）定时/计数器应用

AT89C51单片机内部设有两个16位可编程的定时/计数器，简称定时器0和定时器1，分别用T0和T1表示。

其功能同一般定时计数器，主要作用是：

第一，作为一段特定时间长短的定时；

第二，可以计算由T1或T0引脚输入的脉冲数，前者在应用上可以产生正确的时间延迟及定时去执行中断服务程序，而后者则是计数器或者计频器的设计。

（2）遥控码的发射

当某个操作按键按下时，单片机先读出键值，然后根据键值设定遥控码的脉冲个数，再调制成40kHz方波由红外线发光管发射出去[13]。

通常，红外遥控是将遥控信号（二进制脉冲码）调制在40KHz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去的。

为了提高抗干扰性能和降低电源消耗，将上述的遥控编码脉冲对频率为40KHz（周期为26us）的载波信号进行脉幅调制（PAM），再经缓冲放大后送到红外发光管，将遥控信号发射出去。

红外信号发射过程:

首先装入发射脉冲个数（发射时为3ms脉冲,停发时为1ms脉冲）,此时若发射脉冲个数为1则返回主程序,若不为1则发1ms脉冲,然后停发1ms脉冲,这样便结束整个发射过程.

图2-3遥控发射器遥控码发射程序流程图

（3）红外接收

遥控接收部分的主程序及初始化及延时过程如下:

首先初始化,然后判断是否有键按下,若有则数码管显示数据，并发送相应信号,;

若无键按下，则返回

当红外线接收器输出脉冲帧数据时，第一位码的低电平将启动中断程序，实时接收数据帧。

在数据帧接收时，将对第一位（起始位）码的码宽进行验证。

若第一位低电平码的脉宽小于2ms，将作为错误码处理。

当间隔位的高电平脉宽大于3ms时，结束接收，然后根据累加器A中的脉冲个数，执行相应输出口的操作

图2-4遥控接收器中断程序流程图

（4）按键抖动

键盘一般是由一组机械按键按照一定的规律组合而成，通过按键的通、断作用输入开关电压信号。

按键由断开到闭会及由闭合到断开时，由于机械触点的弹性作用，按键的动作不是立刻完成的，在闭合及打开的瞬间有机械抖动的发生，抖动时间一般为5—10ms，表现在输入电压信号上为输入信号是抖动的不稳定的电平信号。

硬件消抖电路解决了键抖动问题，但当所需按键比较多时，硬件消抖电路将

变得复杂，成本也比较高。

而这时就可以采用软件消抖的方法。

软件消抖的基本原理是当第一次检测到有键按下时，根据键抖动时间的统计规律先采用软件延时的方法延时一段时间（一般可取10ms—20ms），然后再确认键是否仍保持闭合状态，如仍保持闭合状态则键真正被按下，此时可读取键值，否则可视为干扰，对其不予理睬。

采用软件消抖方法可省去硬件消抖电路，可键盘的工作速度将被降低。

在此设计中使用了软件消抖，采用软件延时的方法延时一段时间再确认键是否仍保持闭合状态。

音乐播放是提前在单片机里储存好10首歌，当键盘被按下后，根据键值去播放对应的歌曲，10个键对应10个不同的歌曲因为单片机的IO口驱动能力不够让蜂鸣器发出声音，所以我们通过三极管放大驱动电流，从而可以让蜂鸣器发出声音，你要是输出高电平，三极管导通，集电极电流通过蜂鸣器让蜂鸣器发出声音，当输出低电平时，三极管截止，没有电流流过蜂鸣器，所以就不会发出声音。

LCD12864可以按要求显示歌曲的名称和歌词，提高用户的体验。

系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序，按键扫描处理子程序等。

（1）读出温度子程序

读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。

其程序流程图如图2-5示

（2）温度转换命令子程序

温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。

温度转换命令子程序流程图如上图，图2-6所示

图2-5读温度流程图

图2-6温度转换流程图

（3）计算温度子程序

计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图2-7所示。

（4）显示数据刷新子程序

显示数据刷新子程序主要是对分离后的温度显示数据进行刷新操作，当标志位位为1时将符号显示位移入第一位。

程序流程图如图2-8。

图2-7　计算温度流程图

图2-8　显示数据刷新流程图

因为该部分没有做出来，所以不做阐述。

本次设计算是圆满完成，虽然因为时间比较紧，部分功能停留在设想阶段，但是设计的创新点和功能已经足够完成任务。

一周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。

在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。

学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。