【正文】 【 9】 。 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。 硬件接口方法： LED 數(shù)碼管與譯碼器相連，通過硬件譯碼。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。 電路圖參見圖 。 Key13：設定鍵。 校對和設定時按下此鍵，值加 1。當 PC7引腳輸出“ 0”時，三極管截止，繼電器釋放，燈泡滅。 主程序設計 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。如果 DS1302 一直沒有掉電，則不存在此問題。主機釋放總線時，會產(chǎn)生一個上升沿。此命令可用于單掛接或者多掛接總線。 Rrad Scratchpad （讀暫存器） BEH 此命令讀取暫存器內(nèi)容，從字節(jié) 0 一直讀取到字節(jié) 8。 Read Power Supply （讀供電方式） B4H 主機發(fā)起此命令后的每個讀數(shù)據(jù)時隙內(nèi)， DS18B20 發(fā)信號通知它的供電方式： 0 為。 Copy Scratchpad （ 復制暫存器） 48H 此命令將暫存器中的內(nèi)容復制進 E2RAM，以便將溫度告警觸發(fā)字節(jié)存入非易失內(nèi)存。如果總線上接多個 DS18B20，并且在此命令后執(zhí)行讀命令，將會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。主機接收到從機的應答脈沖后，說明有單線器件在線。當用多字節(jié)模式進行操作時，必須寫夠 8 字節(jié)。 單片機端口初始化，依次開始調(diào)用 DS1302 子程序、 DS18B20 子程序、顯示子程序、按鍵子程序、鬧鈴子程序，繼電器子程序、溫度報警子程序，返回程序開頭循環(huán)運行 【 11】 。 選擇 1K的電阻作為限流電阻。 校對和設定時，按下此鍵，值減 1。 Key23：設定選擇鍵。本鍵盤 4 的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個含有 8 個按鍵的鍵盤，與獨立式相比，要節(jié)省很多的 I/O 端口。其顯示方法比較簡單 ,就是利用鎖存器將各顯示單元鎖定，直到更新顯示內(nèi)容為止。但是驅(qū)動器是必不可少的 ,因為僅靠接口提供不了較大的電流供 LED 顯示器使用。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。 PB1 作為時鐘數(shù)據(jù)的 I/O， PB2 作為串行時鐘接口 SCLK。 在 DS18B20 完成溫度變換之后，溫度值與存儲在 TH和 TL內(nèi)的告警觸發(fā)值相比較。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。讀、寫和完成溫度變換所需的電源可由數(shù)據(jù)線本身提供，而無需外部電源。 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 充電控制寄存器 TCS TCS TCS TCS DS DS RS RS RAM 寄存器 — — — — — — — — 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 14 另外，采集環(huán)境的溫度也可應用 IC 化的溫度傳感器。因此，根據(jù)慢速充電寄存器的不同編碼可得到不同的充電電流。 因此，通過置寫保護位，可以提高數(shù)據(jù)的安全性。當為 12 小時 制式 時，位 5 為“ 0”表示 AM；為“ 1”表示 PM。所有寫入或讀出操作都是先向芯片發(fā)送一個命令字節(jié)。 R S TR S TS C L KI / OS C L KI / OR / WR / WA 0A 0A 1 A 2 A 3 A 4 R / C 1A 1 A 2 A 3 A 4 R / C 1D 0D 0D 1 D 2D 3 D 4 D 5 D 6 D 7D 1 D 2 D 3 D 4D 5D 6 D 7單 字 節(jié) 讀單 字 節(jié) 寫 圖 DS1302 數(shù)據(jù)讀寫時序 DS1302 的數(shù)據(jù)讀寫方式有兩種，一種是單字節(jié)操作方式，一種是多字節(jié)操作方式。當 A4～ A0=7，為芯片寫保護寄存器地址。它不僅要向寄存器寫入控制字，還需要讀取相應寄存器的數(shù)據(jù)。工作電壓寬達 ～ 。 時鐘日歷芯片 DS1302 常用的實時時鐘芯片有 DS1288 DS121 DS164 DS1302。 XTAL1：反向振蕩器放大器及片內(nèi)時鐘操作電路的輸入。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(PF7PF0)：端口 F 為 ADC 的模擬輸入引腳。 端口 D(PD7PD0)：端口 D 為 8 位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 端口 B(PB7PB0)：端口 B為 8位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 AVR 單片機是 ATMEL 公司 1997 年推出的全新配置精簡指令集（ RISC）單片機系列。此電子保姆機還具有鬧鈴功能，所以設計有鬧鈴電路，進行聲音響鈴。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 6 第三章 基于單片機的電子保姆機硬件設計 在比較了以上的三 種實現(xiàn)方案之后，考慮單片機貨源充足、價格低廉，可軟硬件結(jié)合使用，能夠較方便的實現(xiàn)系統(tǒng)的多功能性，故采用單片機作為本設計的硬件基礎。 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。 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。 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。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。 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。 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。 論文介紹了保姆機的研究背景，通過對 555 時基電路設計方案、 FPGA 設計方案以及單片機 設計方案的比較，確定了單片機設計方案。不僅能控制家用電器定時工作，還附加時間、鬧鈴、環(huán)境溫度顯示等功能。 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 。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。 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。 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。 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 。 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)。另外很多功能不同的單片機是兼容的，這就更便于實現(xiàn)產(chǎn)品的多功能性。繼電器作為家用電器定時開關(guān)，控制家用電器工作。片內(nèi)包括了 CPU,程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定時器 /計數(shù)器及各種 I/O 口。復位發(fā)生時 端口 A為三態(tài)，端口 A也可以用做 其他不同的特殊功能。復位發(fā) 生時端口 C為三態(tài)。復位發(fā)生時端口 E為三態(tài)。 端口 G(PG4PG0)：端口 G為 5位雙向 I/O 口，并 具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。低于此時間的脈 沖不能保證可靠復位。在正常工作過程中 PEN 引腳沒有其他功能。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月 小于 31 天時 可以自動調(diào)整，且具有閏年補償功能。 DS1302 是 SPI 總線驅(qū)動方式。 A4～ A0=0～ 6，順序為秒、分、時、日、月、星期、年的寄存器。同樣，在緊跟 8 位的控制字指令后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿，讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)也是從最低位到最高位。在開始 8 個時鐘周期把命令字（具有地址和控制信息的 8 位數(shù)據(jù)）裝入移位寄存器內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 12 之后，另外的時鐘在讀操作時輸出數(shù)據(jù)，在寫操作時輸入數(shù)據(jù)，所有的數(shù)據(jù)在時鐘的下降沿變化。 小時寄存器（ 85H、 84H）的位 7 用于定義 DS1302 是運行于 12 小時模式 還是 24小時模式。 當內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 13 WP 位為 1 時，寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。其中編碼 RS=01 為 2 KΩ，RS=10 為 4 KΩ， RS=11 為 8 KΩ，而 RS=00 將不允許進行充電。 環(huán)境溫度傳感 器選擇 常用溫度傳感器比較 在日常生活中和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常要用到溫度檢測及控制，傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻，而熱電偶和熱電阻測出的一般都是電壓，將其轉(zhuǎn)換成對應的二進制溫度碼值，需要較多的硬件支持，硬件電路復雜，軟件調(diào)試也比較麻煩，制作成本高。 通過編程， DS18B20 可以實現(xiàn) 9～ 12 位溫度讀數(shù)，信息經(jīng)過單線接口送入 DS18B20或 從 DS18B20 送出，因此從單片機到 DS18B20 僅需要連接一條線。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳；當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 16 表 配置寄存器與分辨率關(guān) 系表 R0 R1 溫度計分辨率 /bit 最大轉(zhuǎn)換時間 /ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 232221202 12 22 32 4S S S S S 262524M S B L S BM S BL S B低 位 字 節(jié) ：高 位 字 節(jié) ： 圖 DS18B20 溫度值格式表 這是 12 位分辨率的情況，如果配置為低分辨率，則其中無意義位為“ 0”。 如圖 ， ATmega128 單片機 PB0 直接接 DS1302 的 RST 端，上電后， ATmega128的 PB0 引腳復位低電平有效。它使用了 8 段LED發(fā)光二極管 ,其中 7個用于顯示字符 ,1 個用于顯示小數(shù)點 ,故通常稱之為 7段 (也有稱內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 18 作 8 段 )發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 19 軟件接口方法 :它是以軟件查表代替硬件譯碼 ,不但省去了譯碼器 ,而且還能顯示更多的字符。 靜態(tài)顯示：所謂靜態(tài)顯示 ,就是在同一時刻只顯示 1 種字符 ,或者說被顯示的字符在同一時刻是穩(wěn)定不變的。 abfcgdeV1234567abcdefg8dpdp9CCabfcgdeV1234567abcdefg8dpdp9CCabfcgdeV1234567abcdefg8dpdp9CCabfcgdeV1234567abcdefg8dpdp9CC5 . 1 K 5 . 1 K 5 . 1 K 5 . 1 KPE0PE1PE2PE3V C C123456781 61 51 41 31 21 11 095 1 0P A 0P A 1P A 2P A 3P A 4P A 5P A 6P A 75 1 0 * 8 圖 顯示面板 LED 分布圖 按鍵電路設計 矩陣式按鍵鍵盤使用于按鍵數(shù)量較多的場合，它由行線和列線組成，也稱行列式鍵內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 20 盤，按鍵位于行、列的交叉點上，其結(jié)構(gòu) 如圖 所示。 設定鬧鐘時間和電器開關(guān)時間、報警溫度。 Key24：減 1 按鍵。繼電器控制電路如圖 由于 AVR的 I/O 不能提供大的驅(qū)動電流，因此在外圍硬件電路中要考慮使用功率驅(qū)動電路。初始年為“ 20xx”，初始月、日為“ 0504”。 在進行寫操作時，需要先解除寫保護寄存器的“禁止”狀態(tài)。單線器件 DS18B20 檢測到該上升沿后，延時 15～ 60μ s，通過拉低總線60～ 240μ s 來產(chǎn)生應答脈沖。 Skip Rom （跳過 ROM） CCH 此命令用于單掛接總線系統(tǒng)時，可以無需提供 64 位 ROM 序列號皆可運行內(nèi)存操作命令。主機可以隨時發(fā)起復位脈沖以停止