【文章內(nèi)容簡介】 日歷時鐘信息，字節(jié) 0 為秒，字節(jié) 2 為分 ，字節(jié) 4 為時，字節(jié) 6 為星期，字節(jié) 7 為日，字節(jié) 8 為月，字節(jié) 9為年，字節(jié) 0AH0DH 用作控制和狀態(tài)寄存器，剩下的 114 字節(jié)為用戶 RAM，所有的這 128字節(jié)都是掉電非易失性的。 圖 時鐘電路圖 DS12887時鐘芯片和 AT89C5l單片微機的接口電路如圖 。模式選擇腳 MOT接地， DS12887時鐘芯片的 AS端口和 89C51單片機的 AIE端直接相聯(lián)；而 DS、 R／ W 讀寫控制線與單片機的 RD/WR控制線 制線相連； DS12887的高位地址由 89C51單片機的 P2． 7端口來片選，則 DS12887的高 8位地址定為 7FH，而其低 8位則由芯片內(nèi)部各單元的地址來決定(00H3FH)； DS12887的中斷輸出端 IQR和 89C51的外部中斷 INT0端相聯(lián)，給單片機提供中斷信號； DS12887的 SQW端與 89C5I的 TO端相連。 11 電源電路 單片機 工作需要使用 5V電壓，因此 需要給 單片機 設計 電源 電路 。圖 是單片機的電源電路。它采用 LM7805 三端集成穩(wěn)壓器，可輸出 +5V的直流電壓供電。 圖 電源電路圖 步進電機 步進電機 為一種數(shù)字伺服執(zhí)行元件， 具有 結構簡單、運行可靠、控制方便、控制性能好等優(yōu)點，廣泛應用在數(shù)控機床、機器人、自動化儀表等領域。為了實現(xiàn)步進電機的簡易運動控制，一般以單片機作為控制系統(tǒng)的微處理器，通過步進電機專用驅動芯片實現(xiàn)步進電機的速度和位置定位控制 。 單片機在本次試驗中對步進電機的控制從而達到對轉角和位移的控制的方法。本次設計采用兩個型號為 130HZ308450 的三相反應式步進電機 對旋轉角度和位移進行控制，該步進電機力矩大、耐負載沖擊、精度高。 其步距角為 176。，即 N? =176。，即本次設計的測控系統(tǒng)對回轉臺轉角的控制精度可以達到 176。 步進電機的驅動電路是根據(jù) 控制信號工作的。而本次測控系統(tǒng)是以單片機位控制中心的，下面將 介紹 步進電機控制系統(tǒng)。 步進電機 控制系統(tǒng) 主要 由脈沖分配器，功率驅動電路，步進電機幾部分構成的。 步進電機控制系統(tǒng)的方框圖如 圖 所示 ： 圖 步進電機控制系統(tǒng)方框圖 脈 沖控制器 功率驅動電路 步進 電機 負 載 脈沖信號 12 圖 步進電機控制系統(tǒng) 電路 圖 如圖 ，是步進電機 控制系統(tǒng)的電路圖 。 單片機輸 出步進脈沖后，再由脈沖分配電路按事先確定的順序控制各相的通斷。本設計由軟件完成脈沖分配工作，不僅使線路簡化，成本下降，而且可根據(jù)應用系統(tǒng)的需要，靈活地改變步進電機的控制方案。 軟件控制脈沖將在軟件設計部分說明。 步進電機功率驅動電路工作在較大脈沖電流狀態(tài)，采用光電耦合器將單片機與步機電機隔離可以避免單片機與步進電機功率回路的共地干擾 ，防止 強功率的干擾信號反串進主控系統(tǒng)。 此外，萬一驅動電路發(fā)生故障 ， 也不致讓功放中較高的電壓串入單片機而使其損壞 。 步進電機的驅動電路有很多種，但最為常見的就是用單電壓驅動，雙電壓驅 動，斬波驅動，細分驅動等。但電壓驅動是步進電機控制中最為簡單的一種驅動電路，它在本質(zhì)上是一個單間的反相器。它最大的特點是結構簡單，工作效率低。 而且它的外接電阻要消耗相當一部分能量，這樣會影響電路的穩(wěn)定性。雙電壓驅動電路是采用兩種電源電壓，缺點在于在高低電壓連接處電流出現(xiàn)谷點，這樣必然引起力矩在谷點處下降，不易于電機的正常運行。對于斬波驅動則可以克服這種缺點，并且還可以提高步進電機的效率。 從提高效率的角度來看這是一個很好的驅動電路，它可以用較高的電源電壓，同時無需外接電阻來限定額定電流和減少時間常數(shù)。但由于其 波形頂部呈現(xiàn)鋸齒形波動，所以產(chǎn)生較大的電磁噪聲。細分驅動是用脈沖電壓來供電的，對于一個電壓脈沖，轉子就可以轉動一步。 本設計采用的是恒頻脈寬調(diào)制細分驅動電路，電路圖如 所示 。 13 圖 恒頻脈寬調(diào)制細分驅動電路 鍵盤 /顯示 接口電路 鍵盤在單片機應用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)，傳送命令等功能，是人工干預單片機的主要手段。 本 設計中的鍵盤采用 4 4 矩陣鍵盤。 16 個鍵分別為： 09 十個數(shù)字鍵，用于時間設定輸入；設定鍵，設定自動窗簾開和關的時間；復位鍵，在程序出錯或者有誤操作的時候；正轉鍵 ，使步進電機正轉，窗簾打開；反轉鍵，使步進電機反轉，窗簾關閉；停止鍵，步進電機停止運轉；確定鍵，時間設定完成后確定輸入。 由于按鍵比較多，加上減少所戰(zhàn)占用的端口，可以將按鍵組成一個矩陣， 如圖 所示。 圖 鍵盤接口 電路 獲取 鍵盤 信息的方法有 2種，我們經(jīng)常用到的是掃描法。在掃描法中，所有的行線固定為輸出端口，并依次輸出低電平；所有列線固定為輸入端口，用來檢測按鍵狀態(tài)。當全部按鍵均松開時，從列線上檢測不到行線輸出的低電平。當某個按鍵按下時，只有在對應的行線輸出低電平時才能在對應的列線端口檢 測到低電平。 按鍵的觸點在閉合和斷開時均會產(chǎn)生抖動，這時觸點的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如果不妥善處理，將會引起按鍵命令的錯誤執(zhí)行或重復執(zhí)行。一般消除抖動采用軟件方法來解決，將在軟件部分介紹這點。 14 顯示部分則主要顯示時間，用于設置時間。 采用 LED 數(shù)碼管進行顯示是一種經(jīng)濟實用的方法。每位數(shù)碼管由 7 個筆畫加上小數(shù)點共 8 個發(fā)光二極管組成；有共陰極和共陽極兩種類型，公共端用來進行位控制，筆畫端用來進行字符控制；數(shù)碼管顯示有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方法。 在數(shù)碼管顯示中，有 2 個技術問題需要解決，這就是整數(shù)高位和閃爍顯示問題。 雖然某些新型 LED 驅動芯片本身具有閃爍控制和熄滅控制功能，但通過合理的軟件設計，采用廉價芯片組成的驅動電路同樣可以實現(xiàn)整數(shù)高位滅零和閃爍顯示功能，達到降低系統(tǒng)硬件成本的目的。 本設計采用的就是 4位 LED數(shù)碼管的串行驅動 電路來達到顯示時間和消除閃爍顯示的目的。驅動器采用 74LS164，由 89C51 的 和 來控制 LED 數(shù)碼管的顯示。顯示電路圖如 所示。 圖 顯示 電路 15 傳感器 電動窗簾要根據(jù)光照的情況而自動開關窗簾，因而需要使用到光電傳感器。這里使用光敏電阻。光敏電 阻是用光電導體制成的光電器件，又稱光導管，他是基于半導體光電效應工作的。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時可以加直流偏壓，也可以加交流電壓。當無光照時，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流很小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值急劇減少，因此電路中電流迅速增加。光敏電阻具有很高的靈敏度 ，很好的光譜特性，光譜響應從紫外區(qū)一直到紅外區(qū)。而且體積小、重量輕、性能穩(wěn)定。因此在自動化技術中得到廣泛的應用。 光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。 通常，光敏電阻器都 制成薄片結構，以便吸收更多的光能。當它受到光的照射時，半導體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子 — 空穴對，參與導電，使電路中電流增強。 根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器： 紫外光敏電阻器：對紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測紫外線。 紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用于導彈制導、天文探測、非接觸測量、人體病變探測、紅外光譜，紅外通信等國防、科學研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。 可見光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等 。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動開關門戶，航標燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動亮滅，自動給水和自動停水裝置，機械上的自動保護裝置和“位置檢測器”，極薄零件的厚度檢測器，照相機自動曝光裝置，光電計數(shù)器，煙霧報警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。 這里選用 Ф 3系列的 GL3526。 應用光控原理工作，天亮窗簾自動打開，天黑窗簾自動關閉。由運放組成比較電路，同向輸入端有兩個電阻分壓得到一個電壓值，作為基準電壓進行比較，而反相輸入端用一個光敏電阻對外部環(huán)境的光線進行采集，利用光敏電阻暗時電阻大，亮時電阻小的特點，來確定反向 輸入端的電壓值。再兩者進行比較，比較后的信號再送入單片機 89C2051 的 P0 16 口，從而通過單片機來控制電機的正反轉。來實現(xiàn)天亮窗簾自動打開，天黑窗簾自動關閉這一自動控制功能。 信號調(diào)理電路 放大 濾波 電路 在許多需要 用 A/D 轉換和數(shù)字采集的單片機系統(tǒng)中， 多數(shù) 情況下，傳感器輸出的模擬信號都很微弱，必須通過一個模擬放大器對其進行一定倍數(shù)的放大，才能滿足 A/D 轉換器對輸入信號電平的要求， 在此 情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器。儀表 儀器放大器 的選型很多，我們這里介紹一種用途非常廣泛的儀表放大器 。 來自傳感器的信號通常都伴隨著很大的共模電壓（包括干擾電壓）。一般采用差動輸入集成運算放大器來抑制它，但是必須要求外接電阻完全平衡對稱，運算放大器才具有理想特性。否則，放大器將有共模誤差輸出，其大小既與外接電阻對稱精度有關，又與運算放大器本身的共模抑制能力有關。一般運算放大器共模抑制比可達 80dB，而采用由幾個集成運算放大器組成的測量放大電路，共模抑制比可達 100～ 120dB。 濾波器是具有頻率選擇作用的電路或運算處理系統(tǒng)，具有濾除噪聲和分離各種不同信號的功能 。傳感器過來的信號經(jīng)常帶有各種各樣的干擾，因此要采用濾波電路來去除干擾。綜合考慮， 采用低通濾波器 。 本設計采用 將放大濾波功能結合的電路，電路圖如圖 所示。 圖 放大 濾波 電路 A/D 轉換 A/D 轉換的作用是進行模數(shù)轉換，把接收到的模擬信號轉換成數(shù)字信號輸出。在選擇A/D 轉換時，先要確定 A/D轉換的位數(shù)，該設計運用的是 8位 A/D轉換器 ADC0809， A/D 轉換誤的位數(shù)確定與整個測量控制系統(tǒng)所需測量控制的范圍和精度有關，系統(tǒng)精度涉及的環(huán)節(jié)很多，包括傳感器的變換精度，信號預處理電路精 度 A/D 轉換器以及輸出電路等。 本 次設計使用 8位 A/D 轉換器 ADC0809。 關于 ADC0809 的介紹： ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A／ D 轉換器，它由 8 路 17 模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位開關樹型 D／ A 轉換器、逐次逼近，寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此， ADC0809 可處理 8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨工作。輸入輸出與 TTL 兼容。 ADC0809 與 MCS51 單片機的連接如圖 所示 。 圖 ADC0809 與單片 機的接口電路 A/D 轉換后得到的是數(shù)字量的模擬量，這些數(shù)據(jù)應傳 送 給單片機進行處理。數(shù)據(jù)串的關鍵是如何確定 A/D 轉換完成。因為只有確定數(shù)據(jù)轉換完成后，才進行傳送。為此可采用以下三種方式： 1） 定時傳送方式 ： 對于一種 A 時子程序。 A/D 轉換啟動后，就調(diào)動這個子程序，延遲時間一到，轉換肯定已經(jīng)完成了。接著，就可以進行數(shù)據(jù)傳送 ,對于 A/D 轉換來說，轉換時間作為一項技術指標是已知的和固定的。例如 ADC0809 轉換時間為 128us，相當于 6MHZ 的 MCS51 單片機共 60 個機器周期?？筛鶕?jù)此設計一個延了。 2） 查詢方式 A/D 轉換芯片表明有轉換完成的狀態(tài)信號，例如 ADC0809 的 E 端，因此可以通過查詢方式用軟件測試 EOC 的狀態(tài)，即可知道轉換是否完成，若完成，則 進行數(shù)據(jù)傳送。 3） 中斷方式 中斷方式 ADC0809 與 8031 的中斷方式接口電路只需將 0809 的 EOC端經(jīng)過一非門連接到 8031 的 INTl 端即可。采用中斷方式可大大節(jié)省 CPU 的時間，當轉換結束時， EOC 18 發(fā)出一個脈沖向單片機提出中斷請求，單片機響應中斷請求，由外部中斷 1 的中斷服務程序讀 A／ D 結果，并啟動 0809 的下一次轉換，外部中斷 1 采用邊沿觸發(fā)方 式 。 設計中用單片機啟動 ADC0809 后，延時 130us，就可以讀取正確的 A/D 轉換結果。 4 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)軟件設計主要包括顯示子程序，鍵盤子程序，時鐘程序，步進電機控制程序設計及部分構成。本章節(jié)系統(tǒng)的介紹了電動窗簾的主程序和各主要功能子程序的設計流程，具體的程序代碼見附錄。 主程序 軟件設計 主程序構成無限循環(huán)，主要完成單片機初始化， 關 中斷，菜單顯示內(nèi)容初始化，按鍵掃描 ，電機運行，計時 等功能。 主程序的流程圖如圖 。 關 中 斷 設 置 堆 棧復 位 ， 初 始 化顯 示有 鍵 操 作 ？鍵 碼 分 析命 令 鍵 ？數(shù) 碼 鍵 處 理YYN設 定 時 間設 定 鍵電 機 控 制 鍵電 機 工 作開 始 計 時到 點 了 ？工 作 完 成 ？電 機 停 止YNYYNNNY 圖 主程序流程圖 啟動主程序，先關中斷并且設置堆棧，接著初始化寄存器，初始化顯示內(nèi)容；然后執(zhí)行按鍵查詢，執(zhí)行相應的操作。 如果是設定鍵，則設定時間，開始計時；到時