畢業(yè)設(shè)計（論文）-具有自動躲藏功能的鬧鐘小車的設(shè)計與實現(xiàn).docx

滁州學(xué)院本科畢業(yè)論文本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（或論 文）論文題目 具有自動躲藏功能的鬧鐘小車 的設(shè)計與實現(xiàn) 作者姓名 X X 所學(xué)專業(yè)名稱 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師 XXX 2017年5月14日學(xué) 生： （簽字）學(xué) 號： 2013211463答 辯 日 期： 2017年 5 月 14 日指 導(dǎo) 教 師： （簽字）目 錄摘要11 概述22 設(shè)計方案論證22.1 功能要求22.2 方案確定22.2.1 單片機(jī)的選擇方案和論證22.2.2 時鐘芯片的選擇方案和論證32.2.3 電路部分最終方案確定33 主控制器和外圍器件33.1 AT89S52單片機(jī)33.2 DS1302芯片介紹43.2.1 DS1302的性能特新43.2.2 DS1302工作原理43.3 LCD1602液晶顯示屏介紹53.3.1 LCD1602的工作原理53.3.2 LCD1602的管腳功能53.4 E18-D80NK紅外傳感器介紹63.4.1 E18-D80NK光電傳感器工作原理64 硬件電路設(shè)計64.1 總體思路設(shè)計64.1.1 紅外避障電路74.1.2 液晶屏顯示電路74.1.3 復(fù)位電路74.1.4 晶振電路84.1.5 有源蜂鳴器電路84.1.6 供電電源電路94.1.7 電機(jī)驅(qū)動電路95 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)105.1 開發(fā)軟件的介紹105.2 程序部分模塊設(shè)計115.2.1 主函數(shù)設(shè)計115.2.2 LCD1602初始化程序設(shè)計125.2.3 紅避障程序與電機(jī)驅(qū)動的實現(xiàn)135.2.4 實時時間、定時時間顯示設(shè)計155.2.5 延時函數(shù)和蜂鳴器設(shè)定函數(shù)176 系統(tǒng)調(diào)試和功能測試176.1 系統(tǒng)調(diào)試176.1.1 軟件調(diào)試176.1.2 硬件調(diào)試186.2 功能測試18結(jié)束語21參考文獻(xiàn)21附錄22致謝28 摘要本設(shè)計的主要功能是為了設(shè)計一款具有自動躲藏功能的鬧鈴小車系統(tǒng)的自動躲藏功能，即在鬧鐘工作前能自動移動到在某個位置躲藏起來，實現(xiàn)鬧鐘的實際作用。該系統(tǒng)設(shè)計包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩個部分。硬件部分采用AT89S52處理器為處理芯片，其他部分包括DS1302實時時鐘芯片、LCD液晶顯示屏和調(diào)時按鍵電路等成。軟件部分采用keil系列軟件為開發(fā)環(huán)境，采用C語言進(jìn)行編程實現(xiàn)，首先將電路模塊化，模塊包括時鐘程序模塊、鍵盤程序模塊、液晶顯示程序模塊以及紅外避檢測模塊等。每個模塊間相互作用，在LCD1602上顯示當(dāng)前時間以及定時時間，實現(xiàn)鬧鐘的完整功能。關(guān)鍵字：紅外傳感器；鬧鐘；AT89S52；DS1302；LCD1 概述在日新月異的21世紀(jì)里，家用電子產(chǎn)品得到了迅速發(fā)展。許多家電設(shè)備都趨于人性化、智能化，這些電器設(shè)備大部分都含有CPU控制器或者是單片機(jī)。單片機(jī)以其高可靠性、高性價比、低電壓、低功耗等一系列優(yōu)點，近幾年得到迅猛發(fā)展和大范圍推廣，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、通訊設(shè)備、日常消費類產(chǎn)品和玩具等。并且已經(jīng)深入到工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)以及人民生活的各個方面，如車間流水線控制、自動化系統(tǒng)、智能型家用電器（冰箱、空調(diào)、彩電）等1。用單片機(jī)來控制的小型家電產(chǎn)品具有便攜實用，操作簡單的特點。鬧鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友。但傳統(tǒng)的鬧鈴，用戶在完成定時之后，一般放置在一個固定的位置，當(dāng)定時時間到達(dá)時，很容易被使用者關(guān)閉，而起不到實際鬧鈴的作用，從而產(chǎn)生種種不便。因此需要設(shè)計具備躲藏功能的鬧鐘，具備躲藏功能的鬧鐘小車能在鬧鈴工作前自動行走，并在相應(yīng)位置躲藏起來，然后再等鬧鈴運行響起，迫使使用者起床關(guān)閉鬧鈴，從而起到鬧鈴功能。本設(shè)計的主要功能是為了實現(xiàn)鬧鐘的自動躲藏功能，即在鬧鐘工作前能自動移動到在某個位置，實現(xiàn)鬧鐘的實際作用。系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成，硬件主要由AT89S52芯片、DS1302實時時鐘芯片、LCD1602液晶顯示屏和調(diào)時按鍵電路等組成，軟件主要由時鐘程序模塊、鍵盤程序模塊、液晶顯示程序模塊以及紅外避檢測模塊等組成，最后整合所有模塊，使其實現(xiàn)本設(shè)計的完整功能。2 設(shè)計方案論證2.1 功能要求本設(shè)計首先要實現(xiàn)一般鬧鐘的功能2，即實時時間的顯示和手動校正、定時時間的設(shè)定和顯示與定時蜂鳴；還需要實現(xiàn)鬧鐘的自動躲藏功能，即在鬧鈴工作前能自動避障行進(jìn)。根據(jù)上述功能分析，系統(tǒng)的功能要求具體包括以下四點： （1）鬧鐘到點能準(zhǔn)時響起（2）鬧鐘設(shè)定完成后紅外避障能夠完成5次避障，避障距離為20cm（3）能顯示年、月、日、時、分、秒、星期、定時時間（4）能對時間和定時時間進(jìn)行手動修正2.2 方案確定2.2.1 單片機(jī)的選擇方案和論證單片機(jī)的發(fā)展主要經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段3。早期的SCM單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是Intel的8051,8051芯片是同步式的順序邏輯系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的工作完全依賴系統(tǒng)內(nèi)部的時鐘信號，而芯片內(nèi)部并沒有石英晶體諧振器。中期的SCM階段代表芯片是MCS48系列單片機(jī)，該系列單片機(jī)各部分是通過內(nèi)部的總線有機(jī)地連接起來的，片內(nèi)帶有4KB的程序存儲器。當(dāng)前的SoC是嵌入式系統(tǒng)式的獨立發(fā)展之路，代表芯片有51系列8位高檔位單片機(jī)，相比48系列單片機(jī)，51系列在片內(nèi)RAM容量，I/O口功能，系統(tǒng)擴(kuò)展方面都有很大的提高。在51系列中可選方案有89C51芯片和更高機(jī)種的89S52芯片。所以備選方案有如下兩種：方案一: 采用89C51芯片作為硬件核心，采用Flash ROM，內(nèi)部具有4KB ROM存儲空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容,但是運用于電路設(shè)計中時由于不具備ISP在線編程技術(shù), 當(dāng)在對電路進(jìn)行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，對芯片的多次插拔會對芯片造成一定的損壞。 方案二: 采用AT89S52,片內(nèi)ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底壓工作；同時也與MCS-51系列單片機(jī)完全該芯片內(nèi)部存儲器為8KB ROM 存儲空間，同樣具有89C51的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)在對電路進(jìn)行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，不需要對芯片多次拔插，所以不會對芯片造成損壞。根據(jù)以上對89C51芯片和89S52芯片的性能分析，結(jié)合所要設(shè)計的系統(tǒng)需求，本設(shè)計擬采用AT89S52作為主控制芯片。2.2.2 時鐘芯片的選擇方案和論證方案一： 直接采用單片機(jī)定時計數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時、分、秒計數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實現(xiàn)的時間誤差較大。所以不采用此方案。 方案二： 采用DS1302時鐘芯片實現(xiàn)時鐘，DS1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以及閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計數(shù)，而且精度高,位的RAM作為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓2.5V5.5V范圍內(nèi)，2.5V時耗電小于300nA。根據(jù)以上對兩種定時方案的優(yōu)缺點分析，本設(shè)計擬采用DS1302作為時鐘芯片。2.2.3 電路部分最終方案確定綜上各方案所述，對此次作品的方案選定：以單片機(jī)AT89S52為主控制器，時間數(shù)據(jù)是用過時鐘芯片DS1302來讀取，鬧鐘時間的設(shè)定通過小鍵盤來設(shè)置，然后通過LCD液晶顯示屏顯示出來。3 主控制器和外圍器件3.1 AT89S52單片機(jī)AT89S524是一種低功耗、高性能CMOS 8微控制器，使用ATMEL公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。并具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。AT89C52的標(biāo)準(zhǔn)功能如下：4k 字節(jié)閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部隨機(jī)存取存儲器， I/O 口線，兩個16位定時器，一個全雙工串行通信口，振蕩器等。不僅如此，由于AT89C51可降至0HZ，因此有節(jié)電模式，。在靜態(tài)邏輯操作中，只允許RAM，串行口和中斷，計數(shù)器繼續(xù)工作。如果掉電，RAM中的內(nèi)容將保存下來，但振蕩器及其他部件停止工作，直到下一個硬件復(fù)位。3.2 DS1302芯片介紹低功耗時鐘芯片DS1302可以對年、月、日、時、分、秒進(jìn)行計時，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能5。DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點的記錄上，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄。采用DS1302作為記錄測控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)記錄，其軟硬件設(shè)計簡單，時間記錄準(zhǔn)確，既避免了連續(xù)記錄的大工作量，又避免了定時記錄的盲目性，給連續(xù)長時間的測量、控制系統(tǒng)的正常運行及檢查都來了很大的方便，可廣泛應(yīng)用于長時間連續(xù)的測控系統(tǒng)中。在測量控制系統(tǒng)中，特別是長時間無人職守的測控系統(tǒng)中，經(jīng)常需要記錄某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)及其出現(xiàn)的時間。記錄及分析這些特殊意義的數(shù)據(jù)，對測控系統(tǒng)的性能分析及正常運行具有重要的意義。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄方式是隔時采樣或定時采樣，沒有具體的時間記錄，因此只能記錄數(shù)據(jù)而無法準(zhǔn)確記錄其出現(xiàn)的時間；若采用單片機(jī)計時，一方面需要采用計數(shù)器，占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，同樣耗費單片機(jī)的資源，而且某些測控系統(tǒng)可能不允許。而在系統(tǒng)中采用DS1302則能很好地解決這個問題。3.2.1 DS1302的性能特新（1）實時時鐘，可對秒、分、時、日、周、月以及帶閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計數(shù)； （2）用于高速數(shù)據(jù)暫存的318位RAM； （3）最少引腳的串行I/O； （4）2.55.5V 電壓工作范圍； （5）2.5V時耗電小于300nA； （6）用于時鐘或RAM數(shù)據(jù)讀/寫的單字節(jié)或多字節(jié)（脈沖方式）數(shù)據(jù)傳送方式； （7）簡單的3線接口； （8）可選的慢速充電（至VCC1）的能力。63.2.2 DS1302工作原理DS13027采用三線接口，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302在任何數(shù)據(jù)傳送時必須先初始化，把RST引腳置為高電平，然后把8位地址和命令字裝入移位寄存器，數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿被輸入。無論是讀周期還是寫周期，開始8位指定40個寄存器中哪個被訪問到。在開始8個時鐘周期，把命令字節(jié)裝入移位寄存器之后，另外的時鐘周期在讀操作時輸出數(shù)據(jù)，在寫操作時寫入數(shù)據(jù)。鐘脈沖的個數(shù)在單字節(jié)方式下為8加8，在多字節(jié)方式下為8加字節(jié)數(shù)，最大可達(dá)248字節(jié)數(shù)。管腳圖如圖3-1所示。圖3-1 DS1302管腳圖3.3 LCD1602液晶顯示屏介紹液晶顯示器的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、面并配合背部燈管構(gòu)成畫面。3.3.1 LCD1602的工作原理LCD1602中的1602表示每行顯示16個字符，一共可以顯示兩行，只能顯示ASCII碼字符。12232表示液晶顯示畫面由122列、32行組成，共有122*32個點來顯示各種圖形。每8列對應(yīng)一個字節(jié)的8位，每一個字節(jié)的內(nèi)容與顯示屏上相應(yīng)位置的暗亮對應(yīng)，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。3.3.2 LCD1602的管腳功能腳1：GND；腳2：VCC 電壓為5v；腳3：V0的功能是調(diào)整液晶的對比度，當(dāng)V0節(jié)VCC時對比對最低，接地時對比度最高；腳4：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器；腳5：RW是讀寫信號引腳，當(dāng)為高電平時開始讀操作，低電平時開始寫操作；腳6：E(或EN)端為使能端,高電平時讀取信息，當(dāng)有下降沿時執(zhí)行指令；腳714：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端；腳1516：空腳或背燈電源。15為背光正極，16為背光負(fù)極；8LCD1602的管腳圖如圖3-2所示。圖3-2 LCD1602管腳圖3.4 E18-D80NK紅外傳感器介紹E18-D80NK這是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，發(fā)射光經(jīng)過調(diào)制后發(fā)出，接收頭對反射光進(jìn)行解調(diào)輸出。有效的避免了可見光的干擾。檢測障礙物的距離可以根據(jù)要求通過尾部的電位器旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。實物圖如圖3-3所示。圖3-3 E18-D80NK光電傳感器實物圖3.4.1 E18-D80NK光電傳感器工作原理E18-D80NK光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號9。傳感器檢測到這一信號就可以確認(rèn)正前方有障礙物，并送給單片機(jī)，單片機(jī)通過輸入內(nèi)部的算法，協(xié)調(diào)小車兩輪工作，從而完成躲避障礙物動作。4 硬件電路設(shè)計4.1 總體思路設(shè)計以AT89S52單片機(jī)為主控芯片完成時鐘電路、定時系統(tǒng)、紅外避障電路、液晶屏顯示、電機(jī)以及蜂鳴器的工作和組成。系統(tǒng)整體圖如下4-1所示。圖4-1 系統(tǒng)整體圖4.1.1 紅外避障電路E18-D80NK光電傳感器傳感器基本原理10：利用物體的反射性質(zhì)。在一定范圍內(nèi)，如果沒有障礙物，發(fā)射出去的紅外線，因為傳播距離越遠(yuǎn)而逐漸減弱，最后消失。如果有障礙物，紅外線遇到障礙物，被反射到達(dá)傳感器接收頭。傳感器檢測到這一信號，就可以確認(rèn)正前方有障礙物，并送給單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行一系列的處理分析。由于protues中沒有紅外傳感器，我們用光電式耦合器來代替其功能，避障電路如圖4-2所示。圖4-2 避障電路圖4.1.2 液晶屏顯示電路LCD1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的，在本設(shè)計中通過函數(shù)來實現(xiàn)小鍵盤上的輸入能夠在LCD上實現(xiàn)讀寫操作和光標(biāo)的移動。顯示電路如圖4-3所示。圖4-3 LCD顯示電路4.1.3 復(fù)位電路復(fù)位操作分為手動復(fù)位和上電自動復(fù)位。上電后由于電容C1進(jìn)行充電，有電流結(jié)果R1，由于U=IR，RST被拉高，單片機(jī)開始上電復(fù)位；電容充滿后，電流消失，RST被重新拉低，單片機(jī)結(jié)束復(fù)位；也可以手動復(fù)位，S1按下后進(jìn)行復(fù)位，松開結(jié)束復(fù)位。本設(shè)計使用的是上電自動復(fù)位電路，可以節(jié)省硬件空間，減小設(shè)計體積，使其安裝時更方便。復(fù)位電路如圖4-4所示。圖4-4 復(fù)位電路圖4.1.4 晶振電路每個單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全稱叫晶體震蕩器11，在單片機(jī)系統(tǒng)里，晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機(jī)的運行速度也就越快。晶振電路如圖4-5所示。圖4-5 晶振電路圖4.1.5 有源蜂鳴器電路蜂鳴器有兩種，無源蜂鳴器和有源蜂鳴器。源是指震蕩源。無源內(nèi)部不帶震蕩源，通直流信號無法令其鳴叫，而有源蜂鳴器內(nèi)部帶振蕩器，所以通電之后就會鳴叫。有源蜂鳴器程序控制方便，單片機(jī)一個高低電平就可以讓其發(fā)出聲音，所以本設(shè)計選用了有源蜂鳴器。設(shè)計的電路圖如圖4.6所示。圖4-6蜂鳴器電路圖4.1.6 供電電源電路本設(shè)計使用兩節(jié)電池為系統(tǒng)供電，電池使用方便。電源與其他硬件的連接如圖4-7所示，一個單刀單擲開關(guān)控制整個系統(tǒng)的通電與否；LED是檢測通電狀態(tài)，當(dāng)燈亮的時候，電路是通的，反之則不同。圖4-7 供電電源電路4.1.7 電機(jī)驅(qū)動電路因為AT89S52單片機(jī)的I/O輸出電流難以到達(dá)驅(qū)動電機(jī)，因此需要加一個驅(qū)動IC（ULN2003A）,其作用是直接驅(qū)動電機(jī)；排阻的作用是為了保護(hù)電路。電機(jī)驅(qū)動電路如圖4-8所示。圖4-8 電機(jī)驅(qū)動電路5 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)5.1 開發(fā)軟件的介紹本系統(tǒng)的軟件方面程序編譯是使用了Keil系列的軟件。 Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。Keil 軟件提供了包括的C文件編譯器、宏匯編編譯器、數(shù)據(jù)鏈接器、代碼庫管理和強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，將這些組合集成為一個強(qiáng)大的開發(fā)環(huán)境（Vision）。一般我們使用的電腦上的操作系統(tǒng)，例如WINXP、WIN7、WIN8、WIN10、WIN98、NT等都可以很好的運行keil軟件。如果是使用C語言進(jìn)行編程的話，那么Keil軟件幾乎當(dāng)仁不讓，而且就算不使用C語言進(jìn)行編程而只用匯編語言進(jìn)行編程的話，keil軟件里面方便的集成開發(fā)環(huán)境和軟件的仿真調(diào)試工具等也會起到事半功倍的效果。使用Keil軟件的優(yōu)點如下：(1)Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率特別高，所以在在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 (2)C語言相對匯編語言來說要相對簡單，有著明顯的優(yōu)勢。Vision與Ishell分別是C51 for Windows 和for Dos集成的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境(IDE），這個集成好的開發(fā)環(huán)境能夠完成代碼的編輯、代碼的編譯、芯片內(nèi)部的連接、在線調(diào)試、仿真這一系列的開發(fā)的流程。開發(fā)人員可以使用IDE本身或其他編輯器編輯文件C或匯編源文件。 51和C51分別接著編譯器編譯生成目標(biāo)文件（.obj）。最后通過各種轉(zhuǎn)換再轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的十六進(jìn)制的hex 文件，以供調(diào)試器dScope51 或tScope51利用源代碼級調(diào)試的，也可以通過直接在模擬器目標(biāo)板上調(diào)試使用，也可以直接寫程序存儲器如EPROM。本設(shè)計使用的是Keil Vision4這款軟件。Keil Vision4運行界面如圖5-1所示。圖5-1 Keil4運行界面圖5.2 程序部分模塊設(shè)計5.2.1 主函數(shù)設(shè)計將每個部分模塊化，封裝成函數(shù)，在主函數(shù)進(jìn)行調(diào)用即可。首先要初始化LCD1602、DS1302 RAM區(qū)中保存鬧鐘時分的數(shù)據(jù)，在while分支語句中調(diào)用函數(shù)，判斷鬧鐘時間是否已到，調(diào)用蜂鳴器設(shè)定函數(shù)，判斷按鍵是否有效。核心代碼如下：void main() init(); /初始化LCD GetAlarmData(); Timer0Init(); while(1) if(fen1!=fen) /flag3 為鬧鐘鈴響有效標(biāo)記位，0時有效，1時無效 flag3=0; getnum(); /從DS1302中讀取多個寄存器中的數(shù)據(jù) while(flag2=1&enter=0&shi1=shi&fen1=fen&flag3=0) /判斷鬧鐘時間是否已到 di(); delay(200); di(); delay(600); getnum(); display(); if(s1=0|s2=0|s3=0|s4=0) /判斷是否有鍵被按下，若有鍵按下則置 flag3 為1，終止鬧鐘 delay(10); flag3=1; while(s1=0|s2=0|s3=0|s4=0) ; /如有鍵被按下，且未放開，則等待 if(flag2=1)time_bz=0; enter=0; display(); keyscan(); 5.2.2 LCD1602初始化程序設(shè)計本設(shè)計中LCD1602的8位數(shù)據(jù)線都接到了P2口，“P2”參數(shù)涉及到的函數(shù)有：void write_com(uchar com)和void write_data(uchar date)，分別是寫入LCD的顯示方式和向LCD1602寫入數(shù)據(jù)，后面都有介紹。LCD初始化程序核心代碼如下：void init() /LCD初始化 lcden=0; / lcd信號使能端設(shè)定 lcdrw=0; /lcd讀寫選擇端設(shè)定，0為寫，1為讀 RST=0; SCLK=1; write_com(0x38); /顯示模式設(shè)置指令碼，雙列顯示，字形5*7點陣 write_com(0x0c); /開顯示，顯示光標(biāo)，光標(biāo)不閃爍 write_com(0x06); / lcd光標(biāo)初始化， write_com(0x01); /清除 LCD 顯示屏 write_com(0x80); /顯示“20” write_data(time0); write_data(time1); write_com(0x84); /顯示“” write_data(time4); write_com(0x87); /顯示“” write_data(time7); write_com(0xc7); /顯示“:”, 即第二行第8個位，第二行從40開始算 write_data(time17); write_com(0xca); /顯示“:”，0xca=0x80+0x4a，即第二行第11個位 write_data(time110); 創(chuàng)建一個write_com(uchar com)函數(shù)，主要功能是寫入LCD的顯示方式，其中調(diào)用了延時delay函數(shù)來減小誤差，穩(wěn)定數(shù)據(jù)。核心代碼如下：void write_com(uchar com) /寫入lcd顯示方式 rs=0; /rs=0, 表明要寫的是命令，而非數(shù)據(jù) P0=com; /命令要在 en=1 前賦給數(shù)據(jù)口，并延時一會 delay(1); /延時1ms lcden=1; /en=1 并延時一會，即把命令取走，寫給LCD delay(1); lcden=0; /en=0 關(guān)閉通訊，以便下次再置1時取走數(shù)據(jù)創(chuàng)建一個void write_data(uchar date)函數(shù)，主要功能是向LCD1602寫入數(shù)據(jù)，其中也調(diào)用了延時delay函數(shù)來減小誤差，穩(wěn)定數(shù)據(jù)。核心代碼如下：void write_data(uchar date) /向lcd1602寫入數(shù)據(jù) rs=1; /rs=1, 表明要寫的是數(shù)據(jù)，而非命令 P0=date; /數(shù)據(jù)要在 en=1 前賦給數(shù)據(jù)口，并延時一會 delay(1); /延時1ms lcden=1; /en=1 并延時一會，即把命令取走，寫給LCD delay(1); lcden=0; /en=0 關(guān)閉通訊，以便下次再置1時取走數(shù)據(jù)5.2.3 紅避障程序與電機(jī)驅(qū)動的實現(xiàn)紅外避障是要先由紅外發(fā)射管與接收管的協(xié)調(diào)工作，即發(fā)射管發(fā)射紅外信號，然后接收管接收信號經(jīng)由單片機(jī)分析處理來判斷是否要進(jìn)行避障行進(jìn)。E18-D80NK光電傳感器在本設(shè)計中的壁障流程圖如圖5-2所示。圖5-2 避障流程圖由于紅外避障傳感器的組成，避障距離可以直接在紅外傳感器上調(diào)節(jié)，所以代碼部分只需要設(shè)置避障次數(shù)，本設(shè)計中為方便觀察，避障次數(shù)設(shè)置為5次。核心代碼如下：void hw_scan() /避障5次if(flag_hw=0)delay(2);if(flag_hw=0)in1=1;in2=0;in3=0;in4=0;time_bz+;delay(5000);delay(5000);delay(5000);delay(5000);delay(5000);delay(5000);else in1=1;in2=0;in3=1;in4=0;電機(jī)脈寬調(diào)制函數(shù)在定時器0函數(shù)里，轉(zhuǎn)向控制的程序?qū)懺诹吮苷虾瘮?shù)中，通過控制車輪的前進(jìn)與否，來實現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向功能。in1，in2，in3，in4，分別是控制車輪的工作狀態(tài)，當(dāng)in1=1;in2=0;n3=0;in4=0時，小車實現(xiàn)轉(zhuǎn)向；當(dāng)in1=1;in2=0;in3=1;in4=0;時，小車直線前進(jìn)。定時器函數(shù)核心代碼如下：void Timer0Init(void)TMOD &= 0xF0;TMOD |= 0x01;TL0 = 0x50;/低五位裝入初值TH0 = 0xFB;/高八位裝入初值TF0 = 0;TR0 = 1; /啟動定時器0 ET0 = 1; /開定時器0中斷EA=0; /開關(guān)中斷void tm0_isr() interrupt 1 using 1 TL0 = 0x50; TH0 = 0xFB; count+;if(count=5) ENAB=1;else ENAB=0;if(count=20) count=0; 5.2.4 實時時間、定時時間顯示設(shè)計實時時間是通過讀取DS1302的數(shù)據(jù)，處理后給相關(guān)變量、數(shù)組賦值，直接讀到的數(shù)據(jù)是BCD碼16進(jìn)制的形式，然后需要將16進(jìn)制轉(zhuǎn)化成10進(jìn)制再賦值給相關(guān)數(shù)組，最后在LCD上顯示出來。核心代碼如下：void getnum() /接收ds1302的數(shù)據(jù)，處理后給相關(guān)變量、數(shù)組賦值 uchar j; for(j=0;j4)+0;/年 num6保存年的低兩位數(shù)，BCD碼16進(jìn)制形式 time3=(num6&0x0f)+0; /將2位BCD碼16進(jìn)制形式分離并轉(zhuǎn)換成數(shù)字字符形式，分別賦給time2、time3 nian=(num6&0x70)4)*10+(num6&0x0f); / nian 保存年的低兩位數(shù)，10進(jìn)制、數(shù)值形式 time5=(num4&0x70)4)+0;/月 time6=(num4&0x0f)+0; yue=(num4&0x70)4)*10+(num4&0x0f); time8=(num3&0x70)4)+0;/日 time9=(num3&0x0f)+0; ri=(num3&0x70)4)*10+(num3&0x0f); time13=(num5&0x0f)+0;/星期 num5保存星期的1位數(shù)，BCD碼16進(jìn)制形式，轉(zhuǎn)換成數(shù)字字符形式，分別賦給time13? week=(num5&0x0f); switch(time13) /星期字符數(shù)組賦值 case 1: time12=S; time13=u; time14=n; break; case 2: time12=M; time13=o; time14=n; break; case 3: time12=T; time13=u; time14=e; break; case 4: time12=W; time13=e; time14=d; break; case 5: time12=T; time13=h; time14=u; break; case 6: time12=F; time13=r; time14=i; break; case 7: time12=S; time13=a; time14=t; break; time15=(num2&0x70)4)+0; /時 time16=(num2&0x0f)+0; time18=(num1&0x70)4)+0; /分 time19=(num1&0x0f)+0; time111=(num0&0x70)4)+0; /秒 time112=(num0&0x0f)+0; 定時時間的設(shè)置是通過小鍵盤的輸入來完成的，小鍵盤一共有4個按鍵，第一個按鍵就是設(shè)置鍵，通過按設(shè)置鍵來進(jìn)入鬧鐘設(shè)置界面，并且在進(jìn)入鬧鐘設(shè)置界面后會有鬧鐘圖標(biāo)()顯示。核心代碼如下：void display() /顯示數(shù)據(jù) uchar i; write_com(0x0c); /顯示方式設(shè)定為：無光標(biāo)，且不閃爍 if(flag2=1) time10=; /鬧鐘圖標(biāo)設(shè)定 else time10= ; if(flag1=0) /flag為0時正常顯示年、月、日、時、分、秒等 write_com(0x80); /首行，第一個位 for(i=0;timei!=0;i+) /timei!=0，用結(jié)束符來判定是否已到數(shù)組未尾 write_data(timei); write_com(0xc0); /0x0c=0x80+x0x40, 即LCD第二行，第一個位 for(i=0;time1i!=0;i+) /用結(jié)束符來判定是否已到數(shù)組未尾 write_data(time1i); if(flag1=1) /flag為1時進(jìn)入鬧鐘時間設(shè)定界面 time38=fen1/10+0; time39=fen1%10+0; time35=shi1/10+0;time36=shi1%10+0; if(choice=0) time32=N;time33=O; /顯示“NO” write(0xc4, 0x00); / 保存鬧鐘開/關(guān)狀態(tài)，以便下次開機(jī)時讀取 if(choice=1) time32=O; time33=K; /顯示“OK”write(0xc4, 0x01); / 保存鬧鐘開/關(guān)狀態(tài)，以便下次開機(jī)時讀取 write_com(0xc0); for(i=0;time3i!=0;i+) /用結(jié)束符來判定是否已到數(shù)組未尾 write_data(time3i); 5.2.5 延時函數(shù)和蜂鳴器設(shè)定函數(shù)創(chuàng)建一個1ms的延時函數(shù)，其他函數(shù)調(diào)用時只需要更改延時時間就行。延時函數(shù)主要在void hw_scan()避障函數(shù)、void di()蜂鳴器設(shè)定函數(shù)和按鍵防抖中起作用。延時1ms函數(shù)代碼如下：void delay(uint z) /1ms延時函數(shù) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=1;y0;y-);蜂鳴器設(shè)定函數(shù)void di()，只需要調(diào)用一個延時函數(shù)，然后在蜂鳴器工作時，主函數(shù)調(diào)用蜂鳴器設(shè)定函數(shù)來完成鬧鐘功能。蜂鳴器設(shè)定函數(shù)代碼如下：void di() /蜂鳴設(shè)定函數(shù) beep=0; delay(800); beep=1; 6 系統(tǒng)調(diào)試和功能測試6.1 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試包括軟件調(diào)試和硬件調(diào)試。軟件調(diào)試是利用本系統(tǒng)的開發(fā)軟件進(jìn)行在線仿真，能發(fā)現(xiàn)和解決程序錯誤，也可以發(fā)現(xiàn)硬件故障。硬件調(diào)試是排除系統(tǒng)硬件的故障，包括電路設(shè)計錯誤、元器件連接錯誤和焊點是否牢固等。6.1.1 軟件調(diào)試Keil C52生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。軟件調(diào)試可用模塊程序設(shè)計技術(shù)，一個個子程序分別調(diào)試，通過檢測，可以發(fā)現(xiàn)程序中的語句錯誤、死循環(huán)錯誤等，找到錯誤所在位置，然后修改代碼，達(dá)到矯正程序的作用。我們將編輯好的源程序放入Keil中，通過調(diào)試發(fā)現(xiàn)錯誤，之后修改錯誤，從而讓程序編譯成功為止，通過調(diào)試讓我們的代碼達(dá)到實現(xiàn)設(shè)計的功能要求。向單片機(jī)中燒入hex文件如圖6-1所示。圖6-1 燒入hex文件6.1.2 硬件調(diào)試硬件調(diào)試時貫穿整個設(shè)計中。我們首先要確定元器件是否失效，使用萬用表等工具確定元器件的失效與否。其次我們要確定接線的錯誤，在焊接前，我們都需要認(rèn)真確認(rèn)接線的正確性，保證不能出現(xiàn)極性錯誤或是接線短路錯誤。最后在完成全部的接線工作后，使用萬用表等工具確認(rèn)整體接線無錯誤。6.2 功能測試完成所有的焊接工作后，將程序燒進(jìn)單片機(jī)，開始對功能逐一測試，以確保系統(tǒng)正常運行。整體實物圖如圖6-2所示。圖 6-2 整體實物圖1.打開開關(guān)，小車由兩節(jié)在小車底部的電池帶動，系統(tǒng)初始化，此時在LCD屏上顯示當(dāng)前時間和星期。測試圖（一）如圖6-3所示。圖6-3 測試圖（一）2.進(jìn)入鬧鐘設(shè)置界面，此時在LCD屏的左側(cè)有個字樣，即為進(jìn)入鬧鐘設(shè)置界面了。測試圖（二）如圖6-4所示。圖6-4 測試圖（二）3.鬧鐘設(shè)置完成后，小車前進(jìn)進(jìn)行5次避障，避障距離設(shè)置為20cm。測試圖（三）到測試圖（四）為避障完成過程，如圖6-5到圖6-6所示。圖6-5 測試圖（三）圖6-6 測試圖（四）4完成5次避障之后，等待鬧鐘到點工作。這次設(shè)置鬧鐘的時間是22:51分，鬧鐘到點后蜂鳴器準(zhǔn)時工作。測試圖（五）如圖6-7所示。圖6-7 測試圖（五）結(jié)束語在日新月異的21世紀(jì)里，家用電子產(chǎn)品得到了迅速發(fā)展。許多家電設(shè)備都趨于人性化、智能化。本設(shè)計就是一個智能化的縮影。傳統(tǒng)的鬧鐘在床頭時能隨手關(guān)閉，有時達(dá)不到鬧鐘本身的效果，而鬧鐘小車在這時就能完成鬧鐘應(yīng)有的功能，迫使人起床找到鬧鐘并關(guān)閉鬧鐘。整體設(shè)計符合家用智能的思想。在開始設(shè)計之前，需要根據(jù)理論和實際情況完成鬧鐘小車的整體預(yù)構(gòu)，即需要的材料，需要設(shè)計的每個小部分，然后把每個小部分組合起來，完成整體的設(shè)計達(dá)到我們想要的功能。對于關(guān)鍵問題“刪繁就簡”。分解關(guān)鍵問題，逐一解決，然后整合。在功能實現(xiàn)時，先完成每個相關(guān)部分的功能，然后組合，實現(xiàn)整體功能。隨后進(jìn)行調(diào)試，達(dá)到鬧鐘小車應(yīng)有的功能。 在實現(xiàn)功能的過程中，可以使用網(wǎng)絡(luò)的便捷進(jìn)行搜索，學(xué)習(xí)理論知識，借鑒別人的設(shè)計思路與方法，使功能實現(xiàn)的更完善。實踐環(huán)節(jié)，通過不斷地測試與調(diào)試，將軟硬件測試系統(tǒng)的整合在一起，使得實現(xiàn)功能起到輔助理論研究和檢驗理論研究的作用。通過這次設(shè)計不僅學(xué)會了如何去查找相關(guān)資料，更重要的是通過查找資料和翻閱書籍學(xué)到了不少知識，擴(kuò)大了知識面，提高了知識水平。經(jīng)過此次設(shè)計鞏固了以前所學(xué)的專業(yè)知識，讓自己真正認(rèn)識到理論聯(lián)系實際的重要性，為以后的學(xué)習(xí)和工作提供了很多有價值的經(jīng)驗。通過這次設(shè)計不僅增強(qiáng)了自己的動腦能力和動手能力，也提高了我思考問題、分析問題、解決問題的能力。 參考文獻(xiàn)1 蔣偉明. 中國智能家居的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J. 科技視界, 2014 (18): 326-326.2 熊印國. 淺談智能時鐘控制系統(tǒng)設(shè)計J. 今日科苑, 2008 (24): 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DS1302 在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用J. 保定師范?？茖W(xué)校學(xué)報, 2004, 17(2): 30-33.6 趙海蘭, 朱劍, 趙祥偉. DS1302 實時顯示時間的原理與應(yīng)用J. 電子技術(shù), 2004, 1: 43-45.7 孫雪梅, 范久臣. 實時時鐘芯片在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用J. 沈陽教育學(xué)院學(xué)報, 2005, 7(2): 132-134.8 周志敏, 周紀(jì)海, 紀(jì)愛華. LED 驅(qū)動電路設(shè)計與應(yīng)用M. 人民郵電出版社, 2006.9 田鵬, 李澤滔. 基于單片機(jī)的紅外避障系統(tǒng)設(shè)計J. 自動化與儀器儀表, 2015 (6): 40-42. 10 于連國, 李偉, 王妍瑋. 基于單片機(jī)的智能小車設(shè)計J. 林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備, 2011, 39(4): 39-40.11 陳立剛, 曲波, 陳立東. 一種車用智能電子鐘的設(shè)計與實現(xiàn)J. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報, 2008 (13): 10-10.附錄1.作品原理圖2.核心源程序代碼：void di() /蜂鳴設(shè)定函數(shù) beep=0; delay(800); beep=1; void display() /顯示數(shù)據(jù) uchar i; write_com(0x0c); /顯示方式設(shè)定為：無光標(biāo)，且不閃爍 if(flag2=1) time10=; /鬧鐘圖標(biāo)設(shè)定 else time10= ; if(flag1=0) /flag為0時正常顯示年、月、日、時、分、秒等 write_com(0x80); /首行，第一個位 for(i=0;timei!=0;i+) /timei!=0，用結(jié)束符來判定是否已到數(shù)組未尾 write_data(timei); write_com(0