【文章內(nèi)容簡介】 訊?？傠娐吩韴D如圖 212 所示。 圖 212 遙控器總電路原理圖 顯示屏 LCD1602 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個 5X7 或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱?所以它不能很好地顯示圖形 。 LCD1602 功能管腳如表 23所示： 表 23 LCD1602功能管腳 第 1腳 VSS接電源地。 第 2腳 VCC接 +5V 第 3腳 VEE背光對比度調(diào)整端 第 4腳 RS寄存器選擇端 第 5腳 RW讀寫信號線 第 6腳 E 使能端 第 7~14腳 D0~D7八位雙向數(shù)據(jù)線 第 1516腳 15腳背光正極， 16腳背光負(fù)極 在設(shè)計(jì)中，我們將 VCC和 VSS 分別接電源 +5V 和地，為 LCD1602 供電，在 VEE 端接了新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 一個 20K 的變阻器到 +5V 電源，通過調(diào)整變阻器的阻值來調(diào)整 LCD1602 的 對比度，當(dāng)電壓越高時對比度越弱，反之越強(qiáng)。 RS 寄存器選擇端， RW 讀寫信號線， E使能端這三位分別接入單片機(jī)的 ， ， 。通過程序控制這三位控制位對 LCD1602 的讀寫操作。 15腳和 16腳主要是為 LCD1602 的背光供電，將其分別接入電源 +5V 和電源地。 時鐘芯片 DS1302 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出 地 一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時時鐘電路，它能 對年、月、日、周 、 時、分、秒進(jìn)行計(jì)時，具有閏年補(bǔ)償功能 。 工作電壓為 ～ ，外接 的晶振 。采 用三線接口與 單片機(jī) 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式 ， 一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM數(shù)據(jù)。 DS1302 內(nèi)部有一個 31 8的 RAM 寄存器 ，用于臨時性存放數(shù)據(jù) 。 DS1302 是 DS1202 的升級產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源 /后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。 DS1302 功能引腳如表 24所示 : 表 24 DS1302管腳功能 管腳號 管腳名稱 描述 1 VCC2 主電源，使用 +5V供電 2 XLAT1 3 XLAT2 同上 4 GND 電源地 5 CE 復(fù)位 /片選線，通過把 RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。 6 I/O 串行數(shù)據(jù)輸入輸出端 (雙向 )。 7 SCLK 時鐘輸入端 8 VCC1 備用電源正極，可采用大電容或者電池供電。 在 該系統(tǒng) 中， VCC2 用 LM7805 提供的 +5V 電壓供電， VCC1 備用電源使用的是紐扣電池CR2020，提供的電壓是 +3V。 I/O管腳接單片機(jī)的 腳，作為單片機(jī)對 DS1302 進(jìn)行讀寫操作的數(shù)據(jù)通道， SCLK 接入單片機(jī) 口，作為單片機(jī)與 DS1302 的通訊時鐘輸入端， CE接入單片機(jī) DS1302 發(fā)送片選信號。 LM7805 與 AMS1084 1)LM7805 應(yīng)用 圖 213 LM7805典型應(yīng)用電路 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 單片機(jī)電源電路的設(shè)計(jì)以三端集成穩(wěn)壓器 LM7805 為核心，它屬于串聯(lián)穩(wěn)壓電路，其工作原理與分立元件的串聯(lián)穩(wěn)壓電源相同。圖 213是三端穩(wěn)壓集成電路 LM7805 的典型應(yīng)用電路，三端集成穩(wěn)壓器設(shè)置的啟動電路，在穩(wěn)壓電源啟動后處于正常狀態(tài)時，啟動電路與穩(wěn)壓電源內(nèi)部其他電路脫離聯(lián)系，這樣輸入電壓變化不直接影響基準(zhǔn)電路和恒流源電路，保持輸出電壓的穩(wěn)定。電路中 Ci 的作用是消除輸 入連線較長時其電感效應(yīng)引起的自激振蕩，減小紋波電壓，取值范圍在 F～ 1μ F 之間，本文 Ci 選用 F；在輸出端接電容 Co是用于消除電路高頻噪聲，改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，一般取 F左右，本文Co 即選用 F。一般電容的耐壓應(yīng)高于電源的輸入電壓和輸出電壓。另外，為避免輸入端斷開時 Co 從穩(wěn)壓器輸出端向穩(wěn)壓器放電，造成穩(wěn)壓器的損壞，在穩(wěn)壓器的輸入端和輸出端之間跨接一個二極管，對 LM7805 起保護(hù)作用。 LM7805 輸入電壓為 8V 到 36V，最大工作電流 ，具有輸入電壓范圍寬，工作電流大，輸出精度 高且工作及其穩(wěn)定，外圍電路簡單等特點(diǎn) ，太陽能電池電壓即使有較大的波動，也能穩(wěn)定的輸出 5V 電壓，從而是單片機(jī)等控制電路正常工作，且成本低。 2） AMS1084 由于單片機(jī)、 LCD、 DS1302 使用電壓為 +5V 直流電，而 NRF2401A 射頻使用電壓為+~+，所以需要將 5V 的直流電變壓成 為 NRF2401A 射頻芯片供電，其接線圖如圖 214 所示 圖 214 按鍵指示電路及實(shí)現(xiàn) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，按鍵主要有兩種形式： 獨(dú)立按鍵； 矩陣編碼鍵盤。獨(dú)立按鍵的每個按鍵都單獨(dú)接到單片機(jī)的一個 I/O口上，獨(dú)立按鍵則通過判斷按鍵端口的電位即可識別按鍵操作；而矩陣鍵盤通過行列交叉按鍵編碼進(jìn)行識別。 通常所用的按鍵為輕觸機(jī)械開關(guān)，正常情況下按鍵的接點(diǎn)是斷開的，當(dāng)我們按壓按鈕時，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而機(jī)械觸點(diǎn)在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機(jī)械特性及操作人員按鍵動作決定，一般為 5ms～ 20ms；按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短是由操作人員的按鍵按壓時間長短決 定的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒不等。 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 在本設(shè)計(jì)中由于按鍵不是太多，故采用獨(dú)立按鍵法，這樣可以減小編程的難度，圖 215為本設(shè)計(jì)的按鍵接線圖。 圖 215 按鍵接線圖 硬件 電路板制作 開發(fā)環(huán)境 protel99SE 開發(fā)硬件設(shè)計(jì)主要使用的是 protel 99 軟件 如圖 15 所示 ， protel 是 Altium 公司在80年代末推出的 EDA 軟件，在電子行業(yè)的 CAD軟件中，它當(dāng)之無愧地排在眾多 EDA 軟件的前面，是電子設(shè)計(jì)者的首選軟件，它較早就在國內(nèi)開始使用，在國內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課 程來學(xué)習(xí)它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計(jì)人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用 protel。 Protel99 SE 共分 5個模塊，分別是原理圖設(shè)計(jì)、 PCB 設(shè)計(jì)（包含信號完整性分析）、自動布線器、原理圖混合信號仿真、 PLD 設(shè)計(jì)。 圖 216 protel工作空間界面 首先進(jìn)入 protel 新建一個工程，在菜單欄中的 file→ new，然后選擇路徑和設(shè)定工程名稱，單機(jī) OK，這樣就成功的新建了一個工程。在右邊會出現(xiàn)工作空間，單機(jī)右鍵→ new新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 14 →選擇 Schematic Document，這樣就 新建了一個電氣原理圖 (如圖 216)，修改原理圖名稱，然后進(jìn)入原理圖，繪制需要的電氣圖。 在原理圖繪制完畢后，對每個元件選擇相應(yīng)的封裝，接著在菜單欄里的 design 菜單中選擇 Update to PCB， protel 會自動在工作空間中生成與原理圖同名的 PCB 圖，并且在PCB 中標(biāo)記有飛線，這樣會方便布線，分布號元器件位置，設(shè)置好線寬，焊盤等設(shè)置，即可開始繪圖。 如圖 217 所示。 圖 217 PCB圖形繪制 電路板的制作 繪制完畢 PCB 圖后，將其打印在轉(zhuǎn)印紙上，將其覆蓋在擦洗打磨干凈的覆銅板上，平整的固定住，與其一起在快速制版機(jī)中加熱。注意，溫度過高可能會使覆銅板銅皮翹起，溫度太低會使碳粉吸附不牢固。轉(zhuǎn)印好銅板后，將轉(zhuǎn)印好的銅板放入氯化鐵溶液中浸泡腐蝕，將沒有覆蓋碳粉的部分腐蝕掉，待腐蝕完畢后，用細(xì)砂紙將電路上的碳粉打磨掉露出同色的銅皮即可。 使用 的鉆頭在焊盤上打孔，并且對照著 PCB 圖焊接好對應(yīng)的元器件，經(jīng)過萬用表測試無斷線無短路即可上電使用。 成果如圖 218所示。 圖 218 焊接完畢的電路板 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 第三章 程序 的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)整體程序框架 本設(shè)計(jì)整體工作主要由單片機(jī)程序控制實(shí)現(xiàn)，其工作過程為：電路啟動初始化，電路功能選擇， 通訊握手，讀取信號，顯示信號， 輸出選擇并確定輸出，單片機(jī)采集 外部光強(qiáng)和紅外信號 等，程序整體框架如圖 31所示。 圖 31 程序整體框架圖 主控板程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)流程框圖如圖 32所示。 首先 上電，對各個模塊進(jìn)行初始化，然后檢測各個房間的燈光狀態(tài)（自動狀態(tài)，強(qiáng)制開，強(qiáng)制關(guān)） ， 將狀態(tài)寫給 NRF2401A 射頻芯片的緩存區(qū)，并 將其發(fā)射給遙控器。再進(jìn)行對各個狀態(tài)的處理，強(qiáng)制開狀態(tài)則將該 房間對應(yīng)的管腳置 1；反之，強(qiáng)制關(guān)則將對應(yīng)房間的管腳清零。繼電器輸出模塊會通過管腳電平變化改變繼電器線圈電流，控制線圈吸合或者斷開，從而控制房間燈光的開關(guān)。如果是自動狀態(tài)，則通過光強(qiáng)傳感器、紅外傳感器 判斷房間是否應(yīng)該開燈。當(dāng)外部亮度足夠亮，則不需要開燈；若外部亮度較暗，則通過紅外傳感器檢測是否有 37℃的紅外頻率出現(xiàn)，當(dāng)有人被紅外傳感器檢測到，紅外傳感器信號位跳變?yōu)楦唠娖剑瑔纹瑱C(jī)相應(yīng)管腳接收到該信號會進(jìn)行處理，控新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 16 制對應(yīng)房間的管腳變?yōu)楦唠娖健? 圖 32 主控板程序流程圖 燈光延時等待的設(shè)計(jì)與思考 考慮到在家居時，很多人會暫時離開一下某件屋子，然后會回來 ，這樣使燈具頻繁的開關(guān)可能會導(dǎo)致燈具的損壞，所以設(shè)計(jì)了一套燈光延時等待程序，為了節(jié)省 MCU 的占用率，該段程序使用的是內(nèi)部定時器進(jìn)行計(jì)時，這樣可以再執(zhí)行其他程序的同時進(jìn)行延時。 通過 TMOD 將單片機(jī)內(nèi)部定時器 0 與定時器 1的工作方式選方式一。 TMOD 狀態(tài)字如表31 所示 表 31 TMOD狀態(tài)字 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/~T M1 M0 GATE C/~T M1 M0 定時器 /計(jì)數(shù)器 1 定時器 /計(jì)數(shù)器 0 計(jì)算出 計(jì)時器每次計(jì)時時間，并對 TH1， TL1， TH0， TL0 進(jìn)行賦值。計(jì)算公式如 32新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 17 式。 T=(65536X)TCY （ 32） 在式 32 中 T 為定時器定時時間， X為寄存器存儲值，將其高八位寫入 TH 中低八位寫入 TL 中； TCY為一個指令周期， TCY與晶振頻率 f 有關(guān)， TCY =12/f。 由于每次計(jì)時器計(jì)時長度有限約 10ms（方便計(jì)算），不能達(dá)到系統(tǒng)要求，在使用時，設(shè)定了一個時間次數(shù)變量 TIME，讓其循環(huán) 100次即可延時 1S，如需時間改變，改變 TIME值即可。定時器的調(diào)用步驟如圖 33所示。 圖 33 定時器調(diào)用框圖 鑒于本設(shè)計(jì)有多個房間（多于兩個）而單片機(jī)中僅有兩個定時器，所以在每次調(diào)用定時器時都會有一個對定時器選擇的程序 。當(dāng)需要使用定時器時，先進(jìn)行判定，定時器 0是否被其他房間所占用，若沒有被占用則使用定時器 0，若被占用了，則使用定時器 1 。若定時器 0 與定時器 1同時被占用，則調(diào)用手動編寫的延時定時器程序，由于該程序段比較占用單片機(jī)，會影響到系統(tǒng)整體的運(yùn)行速度，所及將其優(yōu)先級放在最后。 遙控器程序設(shè)計(jì) 遙控器主要包含的模塊有 LCD1602 顯示器， DS1302 時鐘芯片， NRF2401A 射頻模塊，新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 還有按鍵部分。主要 設(shè)計(jì)思路如下，首先上電對各個模塊初始化，讀取 DS1302 中的時間數(shù)據(jù)，同時讓 LCD 液晶顯示屏顯示時間與房間，接著通過 NRF2401A 向主控板發(fā)送信號，要求返回各個房間的狀態(tài)，并將其寫入 LCE 液晶顯示屏上。然后掃描鍵盤，判斷是否有房間狀態(tài)需要改變，若有鍵盤按下，則將按鍵信號通過 NRF2401A 射頻發(fā)送到主控板中，主控板接收到信號后改變房間狀體，同時返回當(dāng)前房間狀態(tài)，讓遙控板上的 LCD 作出相應(yīng)的顯示。其流程框圖如圖 34 所示。 圖 34 遙控器工作流程圖 NRF2401A 無線射頻通訊的程序設(shè)計(jì) 1） 初始化程序 初始化函數(shù)： void n1A_Init_Dev() 程序包括端口初始化和向芯 片寫控制字操作，初始化流程如圖 32 所示。 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 19