毕业设计-基于stc89c52单片机的红外闹钟装置设计与实现

广州大学松田学院毕业论文（设计）题目基于单片机的红外闹钟装置设计与实现二一三年六月基于STC89C52单片机的红外闹钟装置设计与实现摘要随着生活节奏的提高，事务必的繁多，人们越来越离不开电子产品的定时提醒功能，而最典型的就是早晨的闹钟唤醒，很多人有赖床和睡回笼觉的坏习惯，影响上班上学，本文中将针对此部分人群设计一款具有强制唤醒功能的智能感应闹钟。单片机适用于机电一体化的智能产品，控制功能强，而热释电晶体作为红外激光的一种较理想的探测器，被广泛应用到各种自动化控制装置中，本设计基于以智能化强制唤醒方式，防止懒人赖床的设计理念，以STC89C52单片机控制为核心，结合DS1302时钟芯片，1602LCD液晶屏，按键电路，热释电红外传感器模块，周期性遮光装置。除了基本的闹钟功能，可以设置并且显示年、月、日、时、分、秒、星期，主要实现智能红外感应功能，到达设置时间，能自能检测床上一定范围内有无存在人体，有则驱动闹铃并延时检测，无则延时感应检测。设计特色在于闹钟理念的创新，及热释电红外传感器对静止人体的感应敏感度低的问题解决。关键词STC89C52，1602液晶显示屏，热释电红外传感器，DS1302时钟芯片BASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTERINFRAREDALARMDEVICEDESIGNANDIMPLEMENTATIONABSTRACTWITHTHEIMPROVEMENTOFLIFERHYTHM,THETRANSACTIONWILLBEAVARIETYOFPERSPECTIVES,PEOPLEMOREANDMOREINSEPARABLEFROMELECTRONICPRODUCTSREGULARLYREMINDFUNCTION,ANDTHEMOSTTYPICALISTHEALARMCLOCKWAKEUPINTHEMORNINGANDMANYPEOPLEDEPENDONTHEBEDANDSLEEPUPBADHABITS,ANDAFFECTEDTOWORKORSCHOOL,THISARTICLEINVIEWOFTHISPARTDESIGNACROWDHASFORCEDINTELLIGENTSENSINGALARMCLOCKWAKEUPFUNCTIONMICROCONTROLLERISAPPLICABLETOMECHANICALANDELECTRICALINTEGRATIONOFINTELLIGENTPRODUCT,CONTROLFUNCTIONISSTRONG,THEPYROELECTRICCRYSTALASANIDEALDETECTOR,INFRAREDLASERISWIDELYAPPLIEDTOVARIOUSKINDSOFAUTOMATIONCONTROLDEVICE,THISDESIGNISBASEDONINTELLIGENTFORCEDWAKEUPWAY,PREVENTTHELAZYBEDDESIGNCONCEPT,STC89C52SINGLECHIPCONTROLASTHECORE,BASEDONDS1302CLOCKCHIP,1602LCDSCREEN,BUTTONCIRCUIT,PYROELECTRICINFRAREDSENSORMODULE,PERIODICSHADINGDEVICEINADDITIONTOTHEBASICALARMCLOCKFUNCTION,CANSETUPANDDISPLAYYEAR,MONTH,DAY,HOURS,MINUTES,SECONDS,WEEKS,ANDMAINFUNCTIONOFINTELLIGENTINFRAREDINDUCTIONTOSETATIME,ANDCANDETECTTHEBEDWHETHEREXISTWITHINACERTAINRANGEOFTHEHUMANBODY,HASTHEDRIVEALARMSANDDELAYDETECTION,NODELAYINDUCEDDETECTIONDESIGNFEATUREISTHATALARMCLOCKCONCEPTINNOVATION,PYROELECTRICINFRAREDSENSORANDLOWSENSITIVITYTOSTATICHUMANBODYINDUCTIONOFPROBLEMSOLVINGKEYWORDSSTC89C52,1602LCD,PYROELECTRICINFRAREDSENSOR,DS1302CLOCKCHIP目录1绪论111单片机与热释电红外传感器的应用1111单片机的应用1112热释电红外传感器的应用112单片机与热释电红外传感器的结合12设计要求与方案论证321设计要求322系统基本方案选择及论证3221单片机芯片方案的选择及论证3222显示模块选择方案和论证3223时钟芯片的选择方案和论证423电路设计最终方案决定43主要元件介绍531STC89C525311STC89C52主要功能及PDIP封装5312STC89C52引脚介绍532DS1302时钟芯片介绍6321DS1302概述6322DS1302引脚介绍7323DS1302时钟芯片工作原理7324DS1302内部结构图8331602字符液晶介绍83311602液晶概述83321602引脚介绍93331602字符液晶使用基本操作时序1034热释电红外传感器介绍10341热释电红外传感器结构10342BISS0001红外传感器信号处理芯片114系统软硬件设计1341总体电路设计1342STC89C52单片机最小系统1343时钟电路设计1444显示电路设计1545闹铃电路设计1546按键电路设计1647人体探测模块设计16471设计思路16472电路设计17473探测模块与单片机接口18474HCSR501热释电人体感应模块介绍1943总体硬件电路原理图205系统的软件设计2251主程序设计2252子程序设计236系统调试2561硬件调试256111602液晶屏的调试25612红外传感模块调试2562软件调试2663系统联调26参考文献31致谢32附录33源程序331绪论11单片机与热释电红外传感器的应用111单片机的应用由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。它的应用遍及各个领域，主要表现的几个方面单片机在智能仪表中的应用，单片机在机电一体化中的应用，单片机在实时控制中的应用，单片机在分布式多机系统中的应用，单片机在人类生活中的应用。112热释电红外传感器的应用热释电传感器开发成功至今已经有30年左右的历史，它是目前人体探测方面性价比最好的传感器，在感应范围内无人体时，视场热源恒定，一旦运动的人体进入其范围，红外场发生波动，传感器接收到的辐射通量产生变化，从而触发控制装置。从诞生起就被应用于入侵警告、自动水阀、火灾报警、照明设备的自动控制开关等领域。随着器件生产工艺的成熟和性能不断改善，热释电红外传感器在这些领域的应用也更加深入和广泛。如今国外一些热释电传感器在军用民用方面又有许多新的进展，例如微动检测、空调设备的智能控制、耳孔式体温计、非制冷焦平面列阵等。12单片机与热释电红外传感器的结合单片机的智能化系统控制，配合热释电红外传感器的灵活多变，可以开发出许多更加方便更具新意的产品或者设备，为我们的生活及工作带来便利。现今已有许多例子，典型的有两者结合构成的安防系统红外报警装置，自动空气净化系统，智能感应台灯等。两者的结合可广泛运用于生产设备，家用电器，办公配置，公共设施等领域，以新的理念打造新的应用，实现更多意想不到的功能，在智能仪表中的应用，机电一体化中的应用，在不定时控制中的应用，在人类生活中的应用，在许多的领域应用前景看好。比如在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机。电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的机构。开启监视器或自动门铃上的应用。结合摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等。我们可以根据自己的奇思妙想，结合其它电路开发出更加优秀的新产品。或自动化控制装置。本设计是一个新型的例子，巧妙地结合两者，应用于生活用品，也可以说小家电。闹钟通常用于早晨唤床，以免因为贪睡赖床误了上班上课的时间，目前大众使用的闹钟，铃声响起时，只要伸手随意按下开关，闹铃就会停下来，这种随意性助长了“再睡一会”的赖床心理，人们往往迟到误点之后才会后悔不已，但是又很难靠自己改变赖床的不良习惯，为工作学习带来许多不良影响。本课题设计一种新型的红外感应式闹钟，具有传统的闹铃功能，也可以自动感应在预设的时刻使用者是否还在赖床，并通过自动控制电路来控制闹钟来进行强制性提醒。2设计要求与方案论证21设计要求具有年、月、日、星期、时、分、秒显示功能；具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能；具有闹钟显示、调节设定、鸣叫功能；具有检测人体是否在床上一定范围功能。22系统基本方案选择及论证221单片机芯片方案的选择及论证方案一使用STC89C52芯片作为硬件核心。STC89C52具备8KBROM存储空间,512字节数据存储空间，还带有2K字节的EEPROM存储空间，与MCS51系列单片机完全兼容,STC89C52可以通过串口下载。方案二采用AT89S52。AT89S52具备8K字节程序存储空间，256字节的数据存储空间，但没有EEPROM存储空间，也与MCS51系列单片机完全兼容，而且具有在线编程可擦除技术。两种单片机都完全能够满足设计需要，比较两者，STC89C52比ATS89C52便宜，且抗干扰能力强。考虑到成本因素，决定选用STC89C52。222显示模块选择方案和论证方案一采用点阵式数码管显示。由八行八列的发光二极管组成的点阵式数码管，对于显示文字比较适合,用来显示数字既浪费成本又高,所以不用此种作为显示。方案二采用LED数码管动态扫描。LED数码管有价格便宜和适合显示数字的优点，但是缺点也很明显，那就是功耗较大，容量不足，所以排除此方案。方案三采用LCD液晶显示屏。液晶显示屏的显示功能很强,可显示大量文字字符,显示效果清晰,性价比十分突出，1602液晶屏足够使用，所以采用了LCD液晶屏作为显示方案。223时钟芯片的选择方案和论证方案一直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。采用此方案可以减少芯片的使用，节省成本，但是，考虑到这样实现的时间误差较大。所以不采用此方案。方案二采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高,工作电压25V55V范围内，25V时耗电小于300NA。综合考虑设计的实用性，故采用此方案。23电路设计最终方案决定综上各方案所述,STC89C52有价格和抗干扰能力的优势，液晶屏性价比高，DS1302精度高，故对此次作品的方案选定采用STC89C52单片机作为主控制系统采用DS1302作为时钟电路采用1602LCD液晶作为显示器件。3主要元件介绍31STC89C52311STC89C52主要功能及PDIP封装STC89C52主要功能如表1所示，其PDIP封装如图1所示。表1STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写FLASHROM32个双向I/O口256X8BIT内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率024MHZ2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能312STC89C52引脚介绍主电源引脚（2根）VCCPIN40电源输入，接5V电源GNDPIN20接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1PIN19片内振荡电路的输入端XTAL2PIN20片内振荡电路的输出端控制引脚（4根）RST/VPPPIN9复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROGPIN30地址锁存允许信号PSENPIN29外部存储器读选通信号EA/VPPPIN31程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32根）STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。P0口（PIN39PIN32）8位双向I/O口线，名称为P00P07P1口（PIN1PIN8）8位准双向I/O口线，名称为P10P17P2口（PIN21PIN28）8位准双向I/O口线，名称为P20P27P3口（PIN10PIN17）8位准双向I/O口线，名称为P30P37图1STC89C52PDIP封装图32DS1302时钟芯片介绍321DS1302概述DS1302是一款实时时钟芯片，由美国DALLAS公司推出，具有低功耗却高性能并且带31字节RAM的特点，提供秒、分、时、星期、月和年，一个月小与月大31天时可以自动调整，具备闰年补偿功能，工作电压宽，2555V，双电源供电模式（主电源和备用电源），同时提供对后备电源进行涓细电流充电的能力，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信。DS1302如图2所示。图2DS1302封装图322DS1302引脚介绍各引脚功能为VCC1主电源；VCC2备用电源。当VCC2VCC102V时，由VCC2向DS1302供电；当VCC2INCLUDEDEFINEUINTUNSIGNEDINTDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARSBITCLK_1302P36/时钟SBITDAT_1302P34/数据SBITRST_1302P35/DS1302复位SBITLCD_RSP26/液晶控制端SBITLCD_RWP25SBITLCD_EPP27SBITLEDP15/与蜂鸣器同一功能，替代蜂鸣器SBITSETTIMEP10/时间功能键,选择时分秒年月日和星期的SBITKEY_ADDP11/加1键SBITKEY_DECP12/减1键SBITSETALARMP13/闹钟功能键，选择开关闹钟和时分的写入SBITACC0ACC0SBITACC7ACC7UCHARSECOND,MINUTE,HOUR,WEEK,DAY,MONTH,YEAR,ALARMHOUR0,ALARMMINUTE0/时间和闹钟等的变量UCHARSETTIMEMODE0,SETALARMMODE3/时间和闹钟的功能选择标志UCHARALARMFLAG0/闹钟开关的标志位UCHARCODETAB1“20“/液晶第一行默认显示数据UCHARCODETAB2“0000“/液晶第二行默认显示数据UCHARCODETAB4“MON“TUE“WED“THU“FRI“SAT“SUN“/星期的列表/函数声明/UCHARBCD_DECUCHARBCD/BCD码转十进制UCHARDEC_BCDUCHARDEC/十进制转BCD码VOIDDELAYUCHARMS/延时函数VOIDLCD_INIT/液晶初始化VOIDWRITE_1602_WCMDUCHARCOM/液晶写入指令函数VOIDWRITE_1602_WDATUCHARDAT/液晶写入数据函数VOIDWRITE_HMSUCHARADDRESS,UCHARDAT/1602写时分秒VOIDWRITE_YMDUCHARADDRESS,UCHARDAT/1602写年月日VOIDWRITE_WEEKUCHARNUM/1602写星期函数VOIDINIT_1302/1302初始化VOIDWRITE_1302_BYTEUCHARDAT/1302字节写UCHARREAD_1302_BYTE/1302字节读VOIDWRITE_1302UCHARADDRESS,UCHARDAT/1302地址写UCHARREAD_1302UCHARADDRESS/1302地址读VOIDTIMER0_INIT/定时器0初始化VOIDKEYSCAN/按键扫描子程序VOIDSET_ALARM/闹钟设定扫描函数VOIDALARM/报时和闹钟函数UCHAREFLAG0UCHARFLAG0/主函数/VOIDMAINLCD_INIT/液晶初始化INIT_1302/1302初始化TIMER0_INIT/定时器0初始化WHILE1KEYSCAN/扫描按键SET_ALARM/扫描设定键ALARM/闹时/INT0中断函数/VOIDCOUNTER0VOIDINTERRUPT0EFLAG1/BCD转十进制/UCHARBCD_DECUCHARBCDUCHARDECIMALDECIMALBCD/1610BCD16/高4位移到低4位RETURNDECIMAL/原高4位数据10低4位/十进制转BCD/UCHARDEC_BCDUCHARDECIMALUCHARBCDBCDDECIMAL/1016DECIMAL10RETURNBCD/延时函数/VOIDDELAYUCHARMSUINTI,JFORIMSI0IFORJ150J0J/LCD初始化设定/VOIDLCD_INITUCHARIWRITE_1602_WCMD0X38/162显示，57点阵，8位数据WRITE_1602_WCMD0X0C/显示开，关光标WRITE_1602_WCMD0X06/移动光标WRITE_1602_WCMD0X01/清除LCD的显示内容WRITE_1602_WCMD0X80/第一行字符写入的位置FORI0I0I/循环8次写入数据DAT_1302ACC0/先传送数据低位CLK_13020/上升沿输入数据CLK_13021ACCACC1/右移一位/读1302的一个字节/UCHARREAD_1302_BYTEUCHARIRST_13021/启动读写操作FORI8I0IACC7DAT_1302/先读入数据低位CLK_13021CLK_13020/下降沿输出数据ACCACC1/右移一位RETURNACC/写入1302时间/VOIDWRITE_1302UCHARADDRESS,UCHARDATRST_13020CLK_13020RST_13021/启动读写操作WRITE_1302_BYTEADDRESS/写地址WRITE_1302_BYTEDAT/写数据CLK_13021RST_13020/禁止读写操作/读出1302时间/UCHARREAD_1302UCHARADDRESSUCHARTEMPRST_13020CLK_13020RST_13021/启动读写操作WRITE_1302_BYTEADDRESS/写地址TEMPREAD_1302_BYTE/读数据CLK_13021RST_13020/禁止读写操作RETURNTEMP/1302初始化设定/VOIDINIT_1302RST_13020/禁止读写操作CLK_13020/时钟为低WRITE_13020X80,0X00/允许写WRITE_13020X8A,7/定时器0初始化/VOIDTIMER0_INITTMOD|0X01/设置定时器0为16位定时器模式TH00/定时器0初值为0TL00ET01/定时器中断允许TR01/开定时器0中断EX01IT00EA1/开总中断/定时器中断函数/VOIDTIMER0INTERRUPT1SECONDBCD_DECREAD_13020X81/读取1302的秒MINUTEBCD_DECREAD_13020X83/读取1302的分钟HOURBCD_DECREAD_13020X85/读取1302的小时DAYBCD_DECREAD_13020X87/读取1302的日期MONTHBCD_DECREAD_13020X89/读取1302的月份WEEKBCD_DECREAD_13020X8B/读取1302的星期YEARBCD_DECREAD_13020X8D/读取1302的年WRITE_HMS7,SECOND/1602显示的秒WRITE_HMS4,MINUTE/1602显示的分钟WRITE_HMS1,HOUR/1602显示的小时WRITE_YMD8,DAY/1602显示的日期WRITE_YMD5,MONTH/1602显示的月份WRITE_YMD2,YEAR/1602显示的年WRITE_WEEKWEEK/1602显示的星期/按键扫描子程序/VOIDKEYSCANIFSETTIME0/SETTIME为功能键DELAY20/延时去抖动IFSETTIME0/功能键确认按下WHILESETTIME/等待按键释放SETTIMEMODE/功能键按下次数加一IFSETTIMEMODE9/为9时调为1则18SETTIMEMODE1SWITCHSETTIMEMODE/功能键按键次数不同实现不同操作CASE1/时调整秒TR00/关闭定时器WRITE_1602_WCMD0XC8/写入光标位置WRITE_1602_WCMD0X0F/设置光标为闪烁WRITE_13020X8E,0X00/允许写WRITE_13020X80,0X80|DEC_BCDSECOND/SECONDBREAKCASE2WRITE_1602_WCMD0XC5BREAK/MINUTE闪烁CASE3WRITE_1602_WCMD0XC2BREAK/HOUR闪烁CASE4WRITE_1602_WCMD0X8BBREAK/WEEK闪烁CASE5WRITE_1602_WCMD0X89BREAK/DAY闪烁CASE6WRITE_1602_WCMD0X86BREAK/MONTH闪烁CASE7WRITE_1602_WCMD0X83BREAK/YEAR闪烁CASE8WRITE_1602_WCMD0X0C/设置光标不闪烁WRITE_13020X80,0X00|DEC_BCDSECOND/SECONDWRITE_13020X8E,0X80/禁止写TR01/打开定时器BREAKIFSETTIMEMODE0/当SETTIME按下以后。再按以下键才有效IFKEY_ADD0/上调键DELAY20/延时去抖动IFKEY_ADD0/上调键确认按下WHILEKEY_ADD/等待按键释放SWITCHSETTIMEMODE/功能键按键次数不同实现不同操作CASE1SECOND/秒加1IFSECOND60/加到60时调为0SECOND0WRITE_HMS7,SECOND/显示新的秒数WRITE_13020X80,0X80|DEC_BCDSECOND/写入新的秒数WRITE_1602_WCMD0XC8/因指针自动加一，要写回原位置BREAKCASE2MINUTE/分钟加1IFMINUTE60/加到60时调为0MINUTE0WRITE_HMS4,MINUTE/显示新的分钟WRITE_13020X82,DEC_BCDMINUTE/写入新的分钟WRITE_1602_WCMD0XC5/光标在原位闪烁BREAKCASE3HOUR/小时加1IFHOUR24/加到24时调为0HOUR0WRITE_HMS1,HOUR/显示新的小时WRITE_13020X84,DEC_BCDHOUR/写入新的小时WRITE_1602_WCMD0XC2/光标在原位闪烁BREAKCASE4WEEK/星期加1IFWEEK8/加到8时调为1WEEK1WRITE_WEEKWEEK/显示新的星期WRITE_13020X8A,WEEK/写入新的星期WRITE_1602_WCMD0X8B/光标在原位闪烁BREAKCASE5DAY/日期加1IFDAY32/加到32时调为1DAY1WRITE_YMD8,DAY/显示新的日期WRITE_13020X86,DEC_BCDDAY/写入新的日期WRITE_1602_WCMD0X89/光标在原位闪烁BREAKCASE6MONTH/月份加1IFMONTH13/加到13时调为1MONTH1WRITE_YMD5,MONTH/显示新的月份WRITE_13020X88,DEC_BCDMONTH/写入新的月份WRITE_1602_WCMD0X86/光标在原位闪烁BREAKCASE7YEAR/年加1IFYEAR100/加到100时调为0YEAR0WRITE_YMD2,YEAR/显示新的年份WRITE_13020X8D,DEC_BCDYEAR/写入新的年份WRITE_1602_WCMD0X83/光标在原位闪烁BREAKIFKEY_DEC0/下调键DELAY5/延时去抖动IFKEY_DEC0/下调键确认按下WHILEKEY_DEC/等待按键释放SWITCHSETTIMEMODE/功能键按键次数不同实现不同操作CASE1SECOND/秒减1IFSECOND1/减为1时调为59SECOND59WRITE_HMS7,SECOND/显示新的秒数WRITE_13020X80,0X80|DEC_BCDSECOND/写入新的秒数WRITE_1602_WCMD0XC8/光标在原位闪烁BREAKCASE2MINUTE/分钟减1IFMINUTE1/减为1时调为59MINUTE59WRITE_HMS4,MINUTE/显示新的分钟数WRITE_13020X82,DEC_BCDMINUTE/写入新的分钟数WRITE_1602_WCMD0XC5/光标在原位闪烁BREAKCASE3HOUR/小时减1IFHOUR1/减为1时调为59HOUR23WRITE_HMS1,HOUR/显示新的小时数WRITE_13020X84,DEC_BCDHOUR/写入新的小时数WRITE_1602_WCMD0XC2/光标在原位闪烁BREAKCASE4WEEK/星期减1IFWEEK0/减为0时调为7WEEK7WRITE_WEEKWEEK/显示新的星期数WRITE_13020X8A,WEEK/写入新的星期数WRITE_1602_WCMD0X8B/光标在原位闪烁BREAKCASE5DAY/日期减1IFDAY0/减为0时调为31DAY31WRITE_YMD8,DAY/显示新的日期数WRITE_13020X86,DEC_BCDDAY/写入新的日期数WRITE_1602_WCMD0X89/光标在原位闪烁BREAKCASE6MONTH/月份减1IFMONTH0/减为0时调为12MONTH12WRITE_YMD5,MONTH/显示新的月份数WRITE_13020X88,DEC_BCDMONTH/写入新的月份数WRITE_1602_WCMD0X86/光标在原位闪烁BREAKCASE7YEAR/年份减1IFYEAR1/减为1时调为99YEAR99WRITE_YMD2,YEAR/显示新的年份数WRITE_13020X8C,DEC_BCDYEAR/写入新的年份数WRITE_1602_WCMD0X83/光标在原位闪