【文章內(nèi)容簡介】 的實時時鐘芯片 DS1302. DS1302與 CPU 通過三線接口同步通信，其接口電路如圖 7所求。 泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 10 圖 7 定時電路 驅(qū)動輸出電路 的設計 前面提到，當單片機檢測到聲光信號后，要控 制圖 6 中的 SCR 可控硅導通，才能點亮燈泡，因此要設計一個驅(qū)動輸出電路。 圖 8 驅(qū)動輸出電路 如圖 8 所示，用一個反向器與一個 NPN 型的三極管，一般的 8050 或 9013 都可以，再加一個上位電阻，此處用一個 10K 的電位器，方便可調(diào)。單片機的一個I/O端口控制 74LS14，使三極管關(guān)斷截止或?qū)ㄩ]合。 當單片機檢測到有聲光信號時需要驅(qū)動可控硅導通，則單片機給一個高電平泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 11 信號，經(jīng)反向器反為低電平，三極管截止， SCR 輸出端為高，打開可控硅，點亮燈泡。反之，單片機給一個低電平，使三極管導通， SCR 端輸出為低，可控硅截止 ，燈泡不亮。 電源設計 燈泡的工作電壓為 220V，但控制器的工作電壓為 5V，所以必須設計一個電源電路，取得 5V的低電壓。 如圖 9所示， ZI 為 9V穩(wěn)壓管， C7～ C10 為濾波電容， D .D5 為保護二極管，7805 為三端穩(wěn)壓管。 220V 經(jīng)過整流后，經(jīng)過 Z1 穩(wěn)壓輸出 9V，再經(jīng) C9 和 C7 濾波輸出直流電壓，從 7805 的 1 腳輸出 +5V.。 圖 9 電源設計 看門狗電路 的設計 簡介看門狗電路及其作用 在由單片機構(gòu)成的微型計算機系統(tǒng)中 ,由于單片機的工作常常會受到來自外界電磁場的干擾 ,造成程序 的跑飛 ,而陷入死循環(huán) ,程序的正常運行被打斷 ,由單片機控制的系統(tǒng)無法繼續(xù)工作 ,會造成整個系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài) ,發(fā)生不可預料的后果 ,所以出于對單片機運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測的考慮 ,便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測單片機程序運行 狀態(tài)的芯片俗稱“看門狗”（ Watchdog）。 泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 12 聲控開關(guān)控制器長時間工作，電路中即有 220V 的強電，又有 +5V 的低工作電壓，現(xiàn)場的抗干擾在所難免，為避免單片機的程序跑飛，這里加入了看門狗電路，起到抗干擾的作用。 X5045 將 EEPROM、看門狗定時器、電壓監(jiān)控三種功能組合 在單個芯片之內(nèi)，大大簡化了硬件設 計，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機外圍芯片。 X5045 引腳如圖 10 所示。 圖 10 X5045引腳圖 其引腳功能如下： CS: 芯片 選擇輸入 ：當 CS是高電平時，芯片未選中，并將 SO 置為高阻態(tài)。器件處于標準的功耗模式，除非一個向非易失單元寫的周期開始。在 CS 是高電平時，將 CS 拉低將使器件處于選擇狀態(tài)，器件將工作于工作功耗狀態(tài)。在上電后任何操作之前， CS 必須要有一個高變低的過程 ； SO: 串行輸出： SO 是一個推 /拉串行數(shù)據(jù)輸出引腳，在讀數(shù)據(jù)時，數(shù) 據(jù)在 SCK脈沖的下降沿由這個引腳送出 ； SI: 串行輸入： SI 是串行數(shù)據(jù)輸入器，指令碼、地址、數(shù)據(jù)都通過這個引腳進行輸入。在 SCK 的上升沿進行數(shù)據(jù)的輸入，并且高位（ MSB）在前 ； SCK : 串行時鐘輸入，其上升沿將數(shù)據(jù)或命令寫入，下降沿將數(shù)據(jù)輸出； WP: 寫保護輸入：當 WP 引腳是低電平時，向 X5045 中寫的操作被禁止，但是其他的功能正常。當引腳是高電平時，所有操作正常，包括寫操作。如果在 CS 是低的時候， WP 變?yōu)榈碗娖剑瑒t會中斷向 X5045 中寫的操作，但是，如果此時內(nèi)部泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 13 的非易失性寫周期已經(jīng)初始化了， WP 變?yōu)榈碗娖讲黄鹱饔?； Vss: 地； Vcc: 電源電壓； RESET: 復位輸出 ： PESET 是一個開漏型輸出引腳。只要 Vcc 下降到最小允許Vcc值，這個引腳就會輸出高電平，一直到 Vcc 上升超過最小允許值之后 200ms。同時它也受看門狗定時器控制，只要看門狗處于激活狀態(tài)，并且 WDI 引腳上電平保持為高或者為低超過了定時的時間，就會產(chǎn)生復位信號。 CS 引腳上的一個下降沿將會復位看門狗定時器。由于這是一個開漏型的輸出引腳。所以在使用時必須接上拉電阻 。 X5045 硬件連接圖如圖 11 所示。 X5045 芯片內(nèi)包含 有一個看門狗定時器，通過軟件預置系統(tǒng)的監(jiān)控時間后，若在預置的時間內(nèi)看門狗芯片的 CS 端電平?jīng)]有發(fā)生變化，則 X5045 將從 RESET 輸出一個高電平信號，使 CPU 復位 圖 11 看門狗電路 X5045 特性介紹 （ 1）可選時間的看門狗定時器。 （ 2） Vcc 的降壓檢測和復位控制。 （ 3） 5種標準的開始復位電壓，使用特定的編程順序即可對電壓檢測和復位開始電壓進行編程，復位電壓可低至 Vcc=1V。 泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 14 （ 4）省電特性：在看門狗打開時，電流小于 50uA，在看門狗關(guān)閉時，電流小于 10uA，在讀操作時，電流小 于 2mA。不同的型號的器件，其供電電壓可以是、 、 。 4K 位 EEPROM,1,000,000 次的擦寫周期。 （ 5）具有數(shù)據(jù)的塊保護功能 — 可以保護 1/ 1/全部的 EEPROM，當然也可以置于不保護狀態(tài)。 （ 6）內(nèi)建的防誤寫措施：用指令允許寫操作，寫保護引腳。 （ 7）時鐘可達 。 （ 8）短的編程時間： 16 字節(jié)的頁寫模式；寫時由器件內(nèi)部自動完成；典型的器件寫周期為 5ms。 . PCB 板的制作 的設計 PROTEL DXP 2021 的概 述 Altium 公司 2021 年最新產(chǎn)品， Protel DXP 2021 是一款能極大地提高 PCB 設計的完整的板卡級設計軟件。它可運行于 Windows2021 和 Windows XP 操作系統(tǒng)之上，可實現(xiàn)從概念設計到輸出外協(xié)加工文件等一系列操作，并對設計過程、設計結(jié)果進行分析、驗證。 Protel DXP 2021 不僅能方便經(jīng)驗豐富的 PCB 工程師，也降低了制作 PCB 的門檻，人們只需通過段時間培訓，便可以很快制作出一塊合格的 DXP 2021 已經(jīng)不再是單純的 SCH、 PCB 設計工具，而是主要由以下幾個 功能模塊組成的系統(tǒng)工具 : （ 1） 分級線路圖輸入。 （ 2） 自動布局布線。 （ 3） 設計前、后的信號傳輸效應分析。 （ 4） 規(guī)則驅(qū)動下的板卡色設計和編輯。 （ 5） Spice 3f5 混合電路仿真模擬。 （ 6） 完全支持線路圖基礎(chǔ)上的 FPGA 設計。 （ 7） 完整的 CAM 輸出。 泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 15 Protel 原理圖界面 在 Protel 主界面中單擊 FileOpen 命令，在文件路徑中選擇原理圖文件。Protel DXP 2021 原理圖界面主要包括以下幾部分：菜單欄、工具欄、工作窗口等。 原理圖如下圖所示菜單欄 DXP(系統(tǒng) )、 File(文件 )、 View(視圖 )、 Project(工程 )、 Place(放置 )、 Design(設計 )、 Tools(工具 )、 Peports(報告 )等。 電路原理圖的設計 流程 在原理圖設計時可能會涉及到眾多元件的放置，繁多的電氣連接。為了保證不泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 16 出錯，需要遵循一定的設計流程。在繪制簡單的原理圖時按照以下流程繪制即可。 （ 1） 新建項目文件。在項目文件中新建原理圖文件。 （ 2） 設置原理圖圖紙及相關(guān)信息，圖紙是原理圖繪制的工作平臺。幾乎所有的工作都建立在其上，為原理圖設置合適的圖紙參數(shù)將有利于原理圖設計。 （ 3） 添加 /刪除元件庫。在原理圖設計中使用的元件符號 ，需要在繪制之前導入。 （ 4） 放置元件符號，元件符號的放置要遵循電路設計要求，同時要修改元件的屬性（當然也可以在后續(xù)操作中再進行屬性修改）。 （ 5） 電氣連接。在原理圖中進行電氣連接時可以使用導線連接，也可以采用總線連接，還可以使用網(wǎng)絡標記進行連接，電氣鏈接可為 PCB 設計生成網(wǎng)絡報表。 （ 6） 調(diào)整原理圖并檢查錯誤、修改。在電氣連接完成后要根據(jù)電路設計進行仔細的檢查，確保電路連接的正確性。 Protel DXP 2021 引入了自動 ERC檢測功能，能簡化設計人員的檢查工作。 （ 7） 原理圖注釋。這是原理圖設計不可缺少的部分。注釋時要注明原理 圖的名稱、關(guān)鍵點的說明和波形描述等。 （ 8） 原理圖保存打印。單擊工具欄的保存按鈕即可進行保存。值得一提的是，在設計過程中要經(jīng)常保存以防意外丟失。單擊工具欄上的打印預覽按鈕可以進行打印預覽，查看打印效果。若確定無誤后即可單擊打印按鈕進行打印輸出。 （ 9） 輸出文件?？筛鶕?jù)需要選擇原理圖元件清單輸出或網(wǎng)絡報表輸出等。 PCB 板的繪制原則 （ 1）電路要有合理的走向 對于輸出 /輸入、交流 /直流、強 /弱信號、高頻 /低頻、高壓 /低壓等，它們的走向應該是分離布線的，不得相互交融，其目的在于防止相互干擾。 （ 2） 選擇好電 路信號的接地點 泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 17 接地點的設置是較復雜而又靈活的，一般情況下要求公共地，現(xiàn)實中，因受各種限制很難完全辦到，但應盡力遵循，這個問題在實際中是相當靈活的，每個人都有自己的一套解決方案。 （ 3）合理安排電源濾波 /各種退耦濾波電容 電源線上的小電容是為開關(guān)器件或其他需要濾波 /退耦的器件而設置的，布置這些電容就應該盡量靠近這些元器件，離得太遠就沒有作用了。 （ 4） PCB 布線有一定的規(guī)則 在 PCB 板上，有條件加寬的線盡量不做細。高壓及高頻線應圓滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角。地線應盡量寬，最好使用大 面積敷銅。 （ 5）謹慎處理來自 PCB 設計中的問題 設 計中盡量減少過線孔，由于過線孔太多，在生產(chǎn)中工藝稍有不慎就會埋下隱患。同向并行的線條如果密度過大，則焊接時很容易連成一片，線密度應視焊接工藝水平來確定。焊點的距離太小，將不利于人工焊接，只能以降低工效來解決焊接質(zhì)量，因此焊點最小距離的確定應綜合考慮焊接人員的素質(zhì)和工效。 Protel PCB 設計流程 通常， PCB 的設計是要遵循一定的流程，保證 PCB 和原理圖設計同步，不要有遺漏，這樣會使檢查更加容易。當然，對于不同的設計人員會有一些差別，概括有 以下幾個步驟。 （ 1） PCB 板的設計準備：由原理圖生成網(wǎng)絡表，裝載 PCB 元件所在的封裝庫，如果沒有封裝的元件，則要繪制出該器件的封裝。 （ 2） 根據(jù)應用電路的要求，確定 PCB 板的幾何尺寸、形狀和層數(shù)等參數(shù)。 （ 3） 導入網(wǎng)絡文件，引入原理圖中的信息，采用元件自動布線操作，完成 pcb 的初步設計。 （ 4） 根據(jù)電路的功能分布、布線的要求對 Protel DXPde 自動元件布局進行調(diào)整，這是 PCB 設計的重要部分。 （ 5） 對 PCB 進行自動布線，通常是自動布線和手工布線交替進行，手工布線主要是彌補自動布線的缺陷。 泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 18 （ 6） PCB 的電路檢查，填充非元件區(qū)、添加安 裝尺寸和絲印信息 根據(jù) PCB 文件生成 BOM 報表、導出文件和打印外協(xié)加工圖紙等。 印制電路板（ PCB）的繪制 過程如下所示： 泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 19 泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 19 焊制電路板 如下所示 泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 20 5. 軟件設計 軟件設計語言的 選擇 單片機 語言的編程一般使用兩種語言： C 語言和匯編語言。匯編語言是一種用文字助記符來表示機器指令的符號語言，是最接近機器語言的一種語言。其主要的優(yōu)點是占用資源少，程序執(zhí)行效率高。但是不同的 CPU，其匯編語言可能有所差異 ,所以不易移植。 C 語言是一種結(jié)構(gòu)化的高級語言。其優(yōu)點 是可讀性好，移植容易，是 普遍使用的一種計算機語言。缺點是占資源較多，執(zhí)行效率沒有匯編高。 C 語言是一種編譯型程序設計語言，它兼顧了許多種高級語言的特點，其具備匯編語言的功能。 C 語言有功能豐富的庫函數(shù)、運算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。 C語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設計語言，它支持當前程序設計中廣泛用的有頂向下結(jié)構(gòu)化程序設計技術(shù)。此外， C 語言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設計方法提供了有力的保障。因此使用 C 語言進行程序的設計已經(jīng)為軟件開發(fā)的一個主流 。綜上所述，用 C 語言進行單片機程序設計是單片機開發(fā)和應用的必然趨勢。本設計就采用 C語言進行編程，明顯的增加了軟件的可讀性。 泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 21 程序流程圖 泰山學院本科畢業(yè)論文（設計） 22 主程序設計 根據(jù)程序流程圖，編寫主控程序如附錄（ 附錄 ） 延時程序設計 編寫程序當中要用到適當?shù)难訒r，所以先編寫一個大概 1ms 的延時子程序，方便在后面的程序中調(diào)用，程序代碼見（附錄） ：