【正文】 ......................................................... 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(shè)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(shè)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。 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。 保姆機的核心是數(shù)字化的電子時鐘。 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。因此，研 究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非常現(xiàn)實的意義。 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。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(shè)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(shè)計的主要硬件基礎(chǔ)。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(shè)計 【 2】 。 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。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(shè)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。就其組成和功能而言，一塊單片機芯片就是一臺計算機。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。然而系統(tǒng)時鐘誤差較大，電子鐘的積累誤差也可能較大，所以可以通過誤差修正軟件加以修正，或者在設(shè)計中加入高精度時鐘日歷芯片，以精確時間。另外，本設(shè)計要求該電子保姆機能夠采集環(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 盤時 鐘 日 歷 芯 片D S 1 3 0 2家 用 電 器+ 3 V 電 源溫 度 報 警 電路鬧 鈴 電 路 圖 多功能電子保姆機硬件系統(tǒng)框圖 鍵盤是為了完成時鐘 /日歷的校對和日歷 /溫度的顯示功能。而 +3V 電源僅作為 DS1302的備用電源。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 7 單片機的選擇 AVR 單片機簡介 所謂單片機，是指用一個芯片組成的微機系統(tǒng)。本設(shè)計選用 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，若內(nèi)部上拉電阻使 能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使 能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電 阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻 使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使 能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū) 動特性，可以輸出和吸收大電流。端口 F 也可以作為 JTAG 接口。復位發(fā)生時端口 G為三態(tài)。超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復位。 AVCC： AVCC為端口 F以及 ADC轉(zhuǎn)換器的電源，需要與 VCC相連接，即使沒有使用 ADC也應 該如此。在上電復位時保持 PEN為低電平將使件進入 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搭配使用時占用 I/O 口較多。 DS1302 簡介 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘 日歷 芯片，附加 31 字節(jié)靜態(tài) RAM，采用 SPI 三線接口與 CPU 進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和 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）來替代。 表 DS1302 引腳功能說明 引腳號 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 復位 6 I/O 數(shù)據(jù)輸入 /輸出 7 SCLK 串行時鐘 8 VCC2 主電源輸入 DS1302 控制字和讀寫時序說明 在編程過程中要注意 DS1302 的讀寫時序。 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 BIT 6 位 =0 時，定義時鐘和其他寄存器的地址。當 A4～ A0=31，為時鐘多字節(jié)方式選擇寄存器。在控制字指令輸入后的下一個 SCLK 時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從最低位（ 0 位）開始。當以多字節(jié)方式寫時鐘寄存器時，必須按數(shù)據(jù)傳送的次序依次寫入 8 個寄存器。無論是讀周期還是寫周期，也無論送方式是單字節(jié)傳送還是多字節(jié)傳送，都要通過控制字 指定 40 字節(jié)中的哪個 將被訪問。這里僅給出單字節(jié)讀寫時序，如圖 。 DS1302 共有 12 個寄存器：與 日歷、時間的寄存器共有 10 個， 時鐘 /日歷包含在 其中 的 7 個寫 /讀寄存器內(nèi)，這 7 個寄存器分別是秒、分、小時、日、月、星期和年。 秒寄存器（ 81H、 80H）的位 7 定義為時鐘暫停標志（ CH）。在任何片內(nèi) 時鐘 /日歷寄存器 和 RAM，在 寫操作之前， WP 位必須為 0，否則將不可寫入。 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 提供了掉電保護功能。 具體程序 參 見 附錄 A。 AD590 測量到不同溫度之后，將對應溫度轉(zhuǎn)化為線性電流輸出，為 1μ A/K，正比于熱力學溫度；寬量程，為 55～ +150℃；精度高，激光校準精度到177。它還具有微型化、低功耗、高性能等優(yōu)點。電源電壓范圍為 +～ +。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 15 表 DS18B20 引腳功能描述 序號 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳；開漏單總線接口引腳；當被用在寄生電源下，也可以向器件提供電源。 高 速暫 存存 儲 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 器 和 控 制 邏 輯6 4 b i tR O M和單 線接 口電源檢測 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 配置寄存器為高速暫存存儲器中的第 5 個字節(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)容還包括了符號位 S（是正溫度還是負溫度）和二進制小數(shù)部分，其具體形式如圖 。 TH 或 TL 的高位直接對應于 16位溫度寄存器 的符號位。該硬件電路設(shè)計簡單，抗干擾能力強 【 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，通過硬件譯碼。 動態(tài)顯示：如果要在同一時刻顯示不同的字符 ,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 時間，故在工業(yè)控制中應用較少。由于本系統(tǒng)需要對控制信號進行實時操作，故采用靜態(tài)顯示方式以減少 CPU 的負擔。 電路圖參見圖 。 按鍵功能說明如下： Key11：校對選擇鍵。 Key13：設(shè)定鍵。 Key21：鬧鐘開關(guān)鍵。 校對和設(shè)定時按下此鍵，值加 1。 蜂鳴器接在單片機的 PC6 引腳上，并由一個三極管作放大，當時間到達設(shè)定的鬧鈴時間時， PC6 給出高電平使三極管導通，蜂鳴器發(fā)出聲音，內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 21 PC6 給出低電平，蜂鳴器不發(fā)音。當 PC7引腳輸出“ 0”時，三極管截止，繼電器釋放，燈泡滅。 D11KPB5 圖 溫度報警電路設(shè)計 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 23 第四章 電子保姆機軟件設(shè)計 ATmega128 單片機可以應用匯編語言和 C 語言進行編程。 主程序設(shè)計 第一次上電，系統(tǒng)先進行初始化， LED 顯示初始時間“ 21： 00”， 并開始走時。 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 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 始 圖 多功能電子鐘主程序流程圖 子程序設(shè)計 實時時鐘日歷子程序設(shè)計 該程序主要實現(xiàn)對 DS1302 寫保護，對年、月、日、時、分、秒等寄存器的讀寫操內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 24 作。如果 DS1302 一直沒有掉電，