【正文】 ......................................................... 33 溫度報(bào)警電路調(diào)試 ...................................................................................... 34 軟件調(diào)試 ................................................................................................................... 34 結(jié) 論 ...................................................................................................................................... 35 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 36 附錄 A 程序 ............................................................................................................................ 37 附錄 B多功能電子保姆機(jī)硬件電路圖 .................................................................................. 49 致謝 .......................................................................................................................................... 50 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 1 第一章 引 言 隨著生活節(jié)奏地加快，社會(huì)對(duì)于保姆的需求量越來(lái)越大，若利用電子技術(shù)設(shè)計(jì)出一款電子化、數(shù)字化、智能人性化的多功能電子保姆機(jī)，將被廣泛應(yīng)用于生活和工作當(dāng)中。 這樣電子保姆機(jī)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(shí)一回到家就想洗熱水澡，如果一直開(kāi)著熱水器會(huì)不停地加熱，即不安全又費(fèi)電， 若有了多功能電子保姆機(jī) ， 就可以按照要求定時(shí)控制家用電器。 保姆機(jī)的核心是數(shù)字化的電子時(shí)鐘。 電子保姆機(jī)是通過(guò)電子 鐘采用 電子 電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí) 、 分 、 秒 進(jìn)行 數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置 ，通過(guò)繼電器控制家用電器。因此，研 究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實(shí)的意義。 電子保姆機(jī)的功能 電子保姆機(jī)是利用電子時(shí)鐘精確計(jì)時(shí)定時(shí)的特點(diǎn)，繼電器控制電器定時(shí)開(kāi)關(guān)，以達(dá)到無(wú)人看管卻能自動(dòng)看護(hù)的“保姆”裝置。電子保姆機(jī)既可以通過(guò)純硬件實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)方案有多種，但通常有以下幾種形式： FPGA設(shè)計(jì) 方案 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（ Field Programmable Gate Array， FPGA），是 20 世紀(jì) 70 年代發(fā)展起來(lái)的一種可編程邏輯器件，是目前數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要硬件基礎(chǔ)。當(dāng)然，有時(shí)根據(jù)需要，也會(huì)應(yīng)用MAX+plus 開(kāi)發(fā)集成環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì) 【 2】 。 555 定時(shí)器是一種數(shù)字與模擬混合型的集成電路，應(yīng)用廣泛。輸出的脈沖信號(hào) V0 的頻率 F 為： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 4 CRRF ??? )2/(4 4 21 式（ ） 可通過(guò)調(diào)節(jié)式 中的 3 個(gè)參數(shù)，使輸出 V0 的頻率為精確的 1Hz。就其組成和功能而言，一塊單片機(jī)芯片就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的 大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)了。然而系統(tǒng)時(shí)鐘誤差較大，電子鐘的積累誤差也可能較大，所以可以通過(guò)誤差修正軟件加以修正，或者在設(shè)計(jì)中加入高精度時(shí)鐘日歷芯片，以精確時(shí)間。另外，本設(shè)計(jì)要求該電子保姆機(jī)能夠采集環(huán)境溫度，所以還需要溫度采集電路 【 3】 。 A T m e g a 1 2 8溫 度 傳 感 器D S 1 8 B 2 0繼 電 器+ 5 V 電 源L E D 顯 示鍵 盤(pán)時(shí) 鐘 日 歷 芯 片D S 1 3 0 2家 用 電 器+ 3 V 電 源溫 度 報(bào) 警 電路鬧 鈴 電 路 圖 多功能電子保姆機(jī)硬件系統(tǒng)框圖 鍵盤(pán)是為了完成時(shí)鐘 /日歷的校對(duì)和日歷 /溫度的顯示功能。而 +3V 電源僅作為 DS1302的備用電源。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 7 單片機(jī)的選擇 AVR 單片機(jī)簡(jiǎn)介 所謂單片機(jī)，是指用一個(gè)芯片組成的微機(jī)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)選用 ATMEGA128 ， ATMEGA128 為基于 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的 8位低功耗 CMOS 微處理器。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使 能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使 能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電 阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻 使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使 能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū) 動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。端口 F 也可以作為 JTAG 接口。復(fù)位發(fā)生時(shí)端口 G為三態(tài)。超過(guò)最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。 AVCC： AVCC為端口 F以及 ADC轉(zhuǎn)換器的電源，需要與 VCC相連接，即使沒(méi)有使用 ADC也應(yīng) 該如此。在上電復(fù)位時(shí)保持 PEN為低電平將使件進(jìn)入 SPI 串行下載模式。 DS12887 與 DS1216 芯片都有內(nèi)嵌式鋰電池作為備用電池； X1203 引腳少，沒(méi)有嵌入式鋰電池，跟 DS1302 芯片功能相似，只是相比較之下， X1203 與 ATmega128搭配使用時(shí)占用 I/O 口較多。 DS1302 簡(jiǎn)介 DS1302 是美國(guó) DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘 日歷 芯片，附加 31 字節(jié)靜態(tài) RAM，采用 SPI 三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和 RAM 數(shù)據(jù)。 有主電源和備份電源雙引腳，而且備份電源可由大容量電容（＞ 1F）來(lái)替代。 表 DS1302 引腳功能說(shuō)明 引腳號(hào) 名稱 功能 1 VCC1 備份電源輸入 2 X1 晶振輸入 3 X2 晶振輸出 4 GND 地 5 RST 復(fù)位 6 I/O 數(shù)據(jù)輸入 /輸出 7 SCLK 串行時(shí)鐘 8 VCC2 主電源輸入 DS1302 控制字和讀寫(xiě)時(shí)序說(shuō)明 在編程過(guò)程中要注意 DS1302 的讀寫(xiě)時(shí)序。 DS1302 的控制字如 表 表 DS1302 控制字（即地址及命令字節(jié)） BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT 3 BIT 2 BIT 1 BIT 0 1 RAM A4 A3 A2 A1 A0 RD CK WR 控制字的作用是設(shè)定 DS1302 的工作方式、傳送字節(jié)數(shù)等。 定義如下： 當(dāng) BIT 6 位 =0 時(shí)，定義時(shí)鐘和其他寄存器的地址。當(dāng) A4～ A0=31，為時(shí)鐘多字節(jié)方式選擇寄存器。在控制字指令輸入后的下一個(gè) SCLK 時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫(xiě)入 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從最低位（ 0 位）開(kāi)始。當(dāng)以多字節(jié)方式寫(xiě)時(shí)鐘寄存器時(shí)，必須按數(shù)據(jù)傳送的次序依次寫(xiě)入 8 個(gè)寄存器。無(wú)論是讀周期還是寫(xiě)周期，也無(wú)論送方式是單字節(jié)傳送還是多字節(jié)傳送，都要通過(guò)控制字 指定 40 字節(jié)中的哪個(gè) 將被訪問(wèn)。這里僅給出單字節(jié)讀寫(xiě)時(shí)序，如圖 。 DS1302 共有 12 個(gè)寄存器：與 日歷、時(shí)間的寄存器共有 10 個(gè)， 時(shí)鐘 /日歷包含在 其中 的 7 個(gè)寫(xiě) /讀寄存器內(nèi)，這 7 個(gè)寄存器分別是秒、分、小時(shí)、日、月、星期和年。 秒寄存器（ 81H、 80H）的位 7 定義為時(shí)鐘暫停標(biāo)志（ CH）。在任何片內(nèi) 時(shí)鐘 /日歷寄存器 和 RAM，在 寫(xiě)操作之前， WP 位必須為 0，否則將不可寫(xiě)入。 表 充電控制寄存器和 RAM 寄存器各位定義 慢速充電寄存器控制著 DS1302 的慢速充電特性。該寄存器的 BIT0 和 BIT1 用于選擇與二極管相串聯(lián)的電阻值。 RAM 寄存器尋址空間一次排列的 31 字節(jié)靜態(tài) RAM 可為用戶使用，備用電源位RAM 提供了掉電保護(hù)功能。 具體程序 參 見(jiàn) 附錄 A。 AD590 測(cè)量到不同溫度之后，將對(duì)應(yīng)溫度轉(zhuǎn)化為線性電流輸出，為 1μ A/K，正比于熱力學(xué)溫度；寬量程，為 55～ +150℃；精度高，激光校準(zhǔn)精度到177。它還具有微型化、低功耗、高性能等優(yōu)點(diǎn)。電源電壓范圍為 +～ +。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 15 表 DS18B20 引腳功能描述 序號(hào) 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號(hào) 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳；開(kāi)漏單總線接口引腳；當(dāng)被用在寄生電源下，也可以向器件提供電源。 高 速暫 存存 儲(chǔ) 器溫 度 靈 敏 允 許低 溫 觸 發(fā) 器高 溫 觸 發(fā) 器配 置 寄 存 器8 位 C R C 生 成 器存 儲(chǔ) 器 和 控 制 邏 輯6 4 b i tR O M和單 線接 口電源檢測(cè) 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 配置寄存器為高速暫存存儲(chǔ)器中的第 5 個(gè)字節(jié)。 表 DS18B20 配置寄存器結(jié)構(gòu)表 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 TM R1 R0 1 1 1 1 1 MSB LSB 溫度信息的低位、高位字節(jié)內(nèi)容還包括了符號(hào)位 S（是正溫度還是負(fù)溫度）和二進(jìn)制小數(shù)部分，其具體形式如圖 。 TH 或 TL 的高位直接對(duì)應(yīng)于 16位溫度寄存器 的符號(hào)位。該硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng) 【 9】 。 V C C 11X 12X 23G N D4V C C 28S C L K7I / O6R S T5D S 1 3 0 2Y 03 2 . 7 6 8 K H ZB T 1干 電 池+ 5 VP B 2P B 1P B 0 圖 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 特別需要注意 X1 和 X2 兩端連接的晶振 Y0，該晶振頻率為 。 V D D3I/O2G N D1D S 1 8 B 2 04 .7 KV C CP B 3 圖 系統(tǒng)環(huán)境溫度采集電路 顯示電路 LED 數(shù)碼顯示是一種由 LED 發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。 共陰極接法：把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時(shí)公共陰極接地。 硬件接口方法： LED 數(shù)碼管與譯碼器相連，通過(guò)硬件譯碼。 動(dòng)態(tài)顯示：如果要在同一時(shí)刻顯示不同的字符 ,從電路上看 ,這是辦不到的。這種方式耗電少、硬件成本低，但需占用較多的 CPU 時(shí)間，故在工業(yè)控制中應(yīng)用較少。由于本系統(tǒng)需要對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)操作，故采用靜態(tài)顯示方式以減少 CPU 的負(fù)擔(dān)。 電路圖參見(jiàn)圖 。 按鍵功能說(shuō)明如下： Key11：校對(duì)選擇鍵。 Key13：設(shè)定鍵。 Key21：鬧鐘開(kāi)關(guān)鍵。 校對(duì)和設(shè)定時(shí)按下此鍵，值加 1。 蜂鳴器接在單片機(jī)的 PC6 引腳上，并由一個(gè)三極管作放大，當(dāng)時(shí)間到達(dá)設(shè)定的鬧鈴時(shí)間時(shí)， PC6 給出高電平使三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出聲音，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 21 PC6 給出低電平，蜂鳴器不發(fā)音。當(dāng) PC7引腳輸出“ 0”時(shí)，三極管截止，繼電器釋放，燈泡滅。 D11KPB5 圖 溫度報(bào)警電路設(shè)計(jì) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 23 第四章 電子保姆機(jī)軟件設(shè)計(jì) ATmega128 單片機(jī)可以應(yīng)用匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言進(jìn)行編程。 主程序設(shè)計(jì) 第一次上電，系統(tǒng)先進(jìn)行初始化， LED 顯示初始時(shí)間“ 21： 00”， 并開(kāi)始走時(shí)。 初 始 化D S 1 3 0 2子 程 序顯 示 子 程 序按 鍵 子 程 序溫 度 報(bào) 警 子 程 序繼 電 器 子 程 序鬧 鈴 子 程 序D S 1 8 B 2 0子 程 序開(kāi) 始 圖 多功能電子鐘主程序流程圖 子程序設(shè)計(jì) 實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷子程序設(shè)計(jì) 該程序主要實(shí)現(xiàn)對(duì) DS1302 寫(xiě)保護(hù)，對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒等寄存器的讀寫(xiě)操內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 24 作。如果 DS1302 一直沒(méi)有掉電，