【正文】 ....................................................................................... 23 實時時鐘日歷子程序設計 .......................................................................... 23 環(huán)境溫度采集子程序設計 .......................................................................... 24 顯示子程序設計 .......................................................................................... 27 鬧鈴控制子程序設計 .................................................................................. 28 繼電器子程序設計 ...................................................................................... 28 第五章 系統(tǒng)調(diào)試 .................................................................................................................... 29 硬件調(diào)試 ................................................................................................................... 29 單片機基礎電路調(diào)試 .................................................................................. 29 顯示電路調(diào)試 .............................................................................................. 30 DS1302 電路調(diào)試 ......................................................................................... 33 繼電器控制電路調(diào)試 .................................................................................. 33 DS18B20 電路調(diào)試 ....................................................................................... 33 溫度報警電路調(diào)試 ...................................................................................... 34 軟件調(diào)試 ................................................................................................................... 34 結(jié) 論 ...................................................................................................................................... 35 參考文獻 .................................................................................................................................. 36 附錄 A 程序 ............................................................................................................................ 37 附錄 B多功能電子保姆機硬件電路圖 .................................................................................. 49 致謝 .......................................................................................................................................... 50 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 1 第一章 引 言 隨著生活節(jié)奏地加快，社會對于保姆的需求量越來越大，若利用電子技術(shù)設計出一款電子化、數(shù)字化、智能人性化的多功能電子保姆機，將被廣泛應用于生活和工作當中。 多功能電子保姆機 研究 的 背景 和意義 20 世紀末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展 。 在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透 到了社會的各個領域，有力 的 推動 和 提高了社會生產(chǎn)力的發(fā)展 與 信息化程度，同時也使現(xiàn)代電子 產(chǎn)品性能進一步 提升 ，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 保姆機 對人們來說 越發(fā)的珍貴 ，工作的忙碌性和繁雜容易使人忘記當前的時間 ，工作后的疲勞性，使人變得懶惰，回到家中什么都想要做好的如熱水洗澡、吃香噴噴的飯菜等 。 這樣電子保姆機就發(fā)揮了很大的作用，例如：例如 經(jīng)常出差或偶爾出門，這時一回到家就想洗熱水澡，如果一直開著熱水器會不停地加熱，即不安全又費電， 若有了多功能電子保姆機 ， 就可以按照要求定時控制家用電器。然而遇到重大事情的時候，一旦忘記時間，就會給自己或他人造成很大麻煩。平時我們要求上班準時，約會或召開會 議必然要提及時間；火車要準點到達，航班要準點起飛；工業(yè)生產(chǎn)中，很多環(huán)節(jié)都需要用時間來確定工序替換時刻。所以說能隨時準確的知道時間并利用時間，是我們生活和工作中必不可少的。 保姆機的核心是數(shù)字化的電子時鐘。想知道時間， 手表當然是一個 很 好的選擇，但是， 在忙碌當中，我們還需要一個“助理” 及時的給我們提醒時間。 所以， 計時器最好能夠擁有 一個定時系統(tǒng) ， 隨時提醒容易忘記時間的人。 最早能夠定時、報時的時鐘屬于機械式鐘表，但這種時鐘受到機械結(jié)構(gòu)、動力和體積的限制，在功能、性能以及造價上都沒辦法與電子保姆機相比 【 1】 。 電子保姆機是通過電子 鐘采用 電子 電路實現(xiàn)對時 、 分 、 秒 進行 數(shù)字顯示的計時裝置 ，通過繼電器控制家用電器。 廣泛 應 用于個人家庭 ， 車站 ， 碼頭辦公室等公共場所 ， 成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?。 由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用 ， 使得數(shù)字鐘的精度，遠遠超過老式鐘表 ， 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便 ， 而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能 。 諸如定時自動報警 、 按時自動打鈴 、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟用等 ， 所有這些 ， 都是以鐘表數(shù)字化為基礎的。因此，研 究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非?，F(xiàn)實的意義。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 2 另外，溫度實時顯示系統(tǒng)應用同樣越來越廣泛，比如空調(diào)遙控器上當前室溫的顯示、熱水器溫度的顯示等等。醫(yī)藥衛(wèi)生、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也有很多場合需要測量環(huán)境溫度。 如果能夠在電子保姆機上附加溫度采集、時鐘日歷的顯示、鬧鈴功能功能，將使電子保姆機的應用更加廣泛。 電子保姆機的功能 電子保姆機是利用電子時鐘精確計時定時的特點，繼電器控制電器定時開關(guān)，以達到無人看管卻能自動看護的“保姆”裝置。擁有時間精確、體積小、界面友好、可擴展性能強等特點，可廣泛應用于生活和工作當中。 本設計電子 保姆機所實現(xiàn)主要功能為： （ 1）家用電器定時開關(guān)，控制家用電器； （ 2）具有時間顯示， 24 小時制； （ 3）具有年、月、日顯示； （ 4）具有鬧鈴功能； （ 5）具有環(huán)境溫度采集和顯示功能； （ 6）掉電后無需重新設置時間和日期； （ 7）溫度報警。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 3 第二章 電子保姆機設計方案分析 電子保姆機是通過擴展電子鐘的功能而形成的，其核心就是數(shù)字化的電子鐘、通過讀取電子鐘的時間和設定時間相比較，繼電器控制家用電器定時工作。電子保姆機既可以通過純硬件實現(xiàn)，也可以通過軟硬件結(jié)合實現(xiàn)，其實現(xiàn)方案有多種，但通常有以下幾種形式： FPGA設計 方案 現(xiàn)場可編程門陣列（ Field Programmable Gate Array， FPGA），是 20 世紀 70 年代發(fā)展起來的一種可編程邏輯器件，是目前數(shù)字系統(tǒng)設計的主要硬件基礎。 FPGA 在結(jié)構(gòu)上由邏輯功能塊排列為陣列，并由可編程的內(nèi)部連線連接這些功能塊，來實現(xiàn)一定的邏輯功能。 可編程邏輯器件的設計過程是利用 EDA 開發(fā)軟件和編程工具對器件進行開發(fā)的過程。由于 EDA 技術(shù)擁有系統(tǒng)的模擬和仿真功能，可讀性、可重復性、可測性非常好，所以利用 EDA 開發(fā) FPGA 是目前比較流行的方式。當然，有時根據(jù)需要，也會應用MAX+plus 開發(fā)集成環(huán)境進行設計 【 2】 。 正因為 FPGA 在設計過程中方便、快捷，而且 FPGA 技術(shù)功能強大，能夠應用其制作諸如基代碼發(fā)生器、數(shù)字頻率計、電子琴、電梯控制器、自動售貨機控制系統(tǒng)、多功能波形發(fā)生器、步進電機定位控制系統(tǒng)等。 NE555時基電路設計方案 555 定時器 是美國 Sigics 公司 1972 年研制的用于取代機械式定時器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設計有三個 5KΩ的電阻而得名。目前，流行的產(chǎn)品主要有 4 種 ： BJT兩個： 555， 556（含有兩個 555）； CMOS 兩個： 7555， 7556（含有兩個 7555）。 555 定時器是一種數(shù)字與模擬混合型的集成電路，應用廣泛。 成本較低， 外加電阻、電容等元件 就 可以構(gòu)成多諧振蕩器 、 單穩(wěn)電路 、 施密特觸發(fā)器等 ， 常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等 領域 。 采用 NE555 時基電路或其他振蕩電路產(chǎn)生秒脈沖信號，作為秒加法電路的時鐘信號或微處理器的外部中斷輸入信號，可構(gòu)成電子鐘。由 555 構(gòu)成的秒脈沖發(fā)生器電路見圖 。輸出的脈沖信號 V0 的頻率 F 為： 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 4 CRRF ??? )2/(4 4 21 式（ ） 可通過調(diào)節(jié)式 中的 3 個參數(shù)，使輸出 V0 的頻率為精確的 1Hz。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 9 J un 2 0 0 8 S he e t o f F i l e : H : \常亮 \常亮畢業(yè)設計 \電路圖 \ 5 55 定時器 .d db D ra w n B y:RD IS7T H R6T R IG2GND1C V o l t5R4VCC8Q35 55C CRV C CV 012 圖 基于５５５的秒脈沖發(fā)生器 采用 555 定時器設計電子保姆機，成本低，容易實現(xiàn)。但是受芯片引腳數(shù)量和功能限制，不容易實現(xiàn)電子保姆機的多功能性。 單片機設計方案 單片機是微型機的一個主要分支，它在結(jié)構(gòu)上的最大特點使把 CPU、存儲器、定時器和多種輸入 /輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上。就其組成和功能而言，一塊單片機芯片就是一臺計算機。 單片機具有如下特點 ： （ 1）有優(yōu)異的性能價格比； （ 2）集成度高、體積小、有很高的可靠性； （ 3）控制功能強； （ 4）低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品； （ 5）外部總線增加了 I2C、 SPI 等串行總線方式，進一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)； （ 6）單片機的系統(tǒng)擴展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)。 所以單片機的應用非常廣泛，在智能儀表、機電一體化、實時控制、分布式多機系統(tǒng)以及人們的生活中均有用武之地。單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思路和設計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的 大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種用軟件代替硬件的控制技術(shù)，是對生產(chǎn)控制技術(shù)的一次革命。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 5 利用單片機的智能性，可方便地實現(xiàn)具有智能的電子保姆機設計。單片機均具有時鐘振蕩系統(tǒng)，利用系統(tǒng)時鐘