【文章內容簡介】 上 4 GND 電源地 5 CE 復位 /片選線，通過把 RST輸入驅動置高電平來啟動所有的數據傳送。 6 I/O 串行數據輸入輸出端 (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CR2022，提供的電 壓是 +3V。 I/O 管腳接單片機的 腳，作為單片機對 DS1302 進行讀寫操作的數據通道， SCLK 接入單片機 ，作為單片機與 DS1302的通訊時鐘輸入端，CE接入單片機 DS1302發(fā)送片選信號。 LM7805 與 AMS1084 1)LM7805應用 新疆大學畢業(yè)論文（設計） 10 圖 213 LM7805典型應用電路 單片機電源電路的設計以三端集成穩(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的典型應用電路，三端集成穩(wěn)壓 器設置的啟動電路，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，改善負載的瞬態(tài)響應，一般取 F左右，本文Co 即選用 F。一般電容的耐壓應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 ，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，從而是單片機等控制電路正常工作，且成本低。 2） AMS1084 由于單片機、 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 新疆大學畢業(yè)論文（設計） 11 按鍵指示電路及實現(xiàn) 在單片機應用系統(tǒng)中，按鍵主要有兩種形式： 獨立按鍵； 矩陣編碼鍵盤。獨立按鍵的每個按鍵都單獨接到單片機的一個 I/O口上，獨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行識別。 通常所用的按鍵為輕觸機械開關，正常情況下按鍵的接點是斷開的，當我們按壓按鈕時，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關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 而機械觸點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，一般為零點幾秒至數秒不等。 在本設計中由于按鍵不是太多，故采用獨立按鍵法，這樣可以減小編程的難度，圖215為本設計的按鍵接線圖。 圖 215 按鍵接線圖 硬件 電路板制作 開發(fā)環(huán)境 protel99SE 開發(fā)硬件設計主要使用的是 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，它當之無愧地排在眾多 EDA 軟件的前面，是電子設計者的首選軟件，它較早就在國內開始使用，在國內的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設了課程來學習它，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計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，分別是原理圖設計、 PCB設計（包含信號完整性分析）、自動布線器、原理圖混合信號仿真、 PLD設計。 新疆大學畢業(yè)論文（設計） 12 圖 216 protel工作空間界面 首先進入 protel 新建一個工程，在 菜單欄中的 file→ new，然后選擇路徑和設定工程名稱，單機 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，單機右鍵→new→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中標記有飛線，這樣會方便布線，分布號元器件位置，設置好線寬 ，焊盤等設置，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。轉印好銅板后，將轉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，用細砂紙將電路上的碳粉打磨掉露出新疆大學畢業(yè)論文（設計） 13 同色的銅皮即可。 使用 ，并且對照著 PCB圖焊接好對應的元器件，經過萬用 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 第三章 程序的設計實現(xiàn) 系統(tǒng)整體程序框架 本設計整體工作主要由單片機程序控制實現(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，單片機采集 外部光強和紅外信號 等，程序整體框架如圖 31所示。 新疆大學畢業(yè)論文（設計） 14 圖 31 程序整體框架圖 主控板程序設計 本設計流程框圖如圖 32所示。 首先 上電，對各個模塊進行初始化，然后檢測各個房間的燈光狀態(tài)（自動狀態(tài)，強制開，強制關） ， 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。再進行對各個狀態(tài)的處理，強制開狀態(tài)則將該房間對應的管腳置 1；反之，強制關則將對應房間的管腳清零。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。如果是自動狀態(tài)，則通過光強傳感器、紅外傳感器 判斷房間是否應該開燈。當外部亮度足夠亮，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相應管腳接收到該信號會進行處 理，控制對應房間的管腳變?yōu)楦唠娖健? 新疆大學畢業(yè)論文（設計） 15 圖 32 主控板程序流程圖 燈光延時等待的設計與思考 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可能會導致燈具的損壞，所以設計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部定時器進行計時，這樣可以再執(zhí)行其他程序的同時進行延時。 通過 TMOD將單片機內部定時器 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 /計數器 1 定時器 /計數器 0 計算出 計時器每次計時時間，并對 TH1， TL1， TH0， TL0 進行賦值。計算公式如 32式。 新疆大學畢業(yè)論文（設計） 16 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， TCY =12/f。 由于每次計時器計時長度有限約 10ms（方便計算），不能達到系統(tǒng)要求，在使用時，設定了一個時間次數變量 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。定時器的調用步驟如圖 33所示。 圖 33 定時器調用框圖 鑒于本設計有多個房間（多于兩個）而單片機中僅有兩個定時器，所以在每次調用定時器時都會有一個對定時器選擇的程序 。當需要使用定時器時，先進行判定，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，會影響到系統(tǒng)整體的運行速度，所及將其優(yōu)先級放在最后。 遙控器程序設計 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，還有按鍵部分。主要 設計思路如下，首先上電對各個模塊初始化，讀取 DS1302 中的時間新疆大學畢業(yè)論文（設計） 17 數據，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，同時返回當前房間狀態(tài)，讓 遙控板上的 LCD作出相應的顯示。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計 1） 初始化程序 初始化函數： 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。 新疆大學畢業(yè)論文（設計） 18 圖 35 NRF2401A 初始化框圖 NRF2401A的工作模式如表 32所示： 表 32 NRF2401A 工作模式 工作模式 PWR_UP CE CS 收發(fā)模式 1 1 0 配置模式 1 0 1 空閑模式 1 0 0 關機模式 0 X X 對 nRF2401A的初始化包括 nRF2401A上電和向 nRF2401A寫控制字。 nRF2401A上電是將芯片的 PWRUP管腳設置為高電平，上電以后才可以對 nRF2401A進行控制和讀寫操作。nRF2401A共有 18Byte(144bit)的命令字。其配置字格式如表 33所示 。 表 33 配置字格式 位（ bit） 位數 名字 功能 111~104 8 DATA1_W 通道 1 有效數據長度 63~24 0 ADDR1 通道 1 地址 23~18 6 ADDR_W 通道 1 地址長度 17 1 CRC_L 8 或 6 位 CRC， 0 是 8 位， 1 是 16 位 16 1 CRC_EN CRC 使能位 14 1 CM 1 是 ShockBurstTM 模式 12~10 3 XO_F 晶振頻率選擇 9~8 2 RF_PWR 發(fā)射功率 7~1 7 RF_CH 信道頻率 0 1 RXEN 0 使能發(fā)射， 1 使能接收 向 nRF2401A寫控制字操作時序圖 36所示。 新疆大學畢業(yè)論文（設計） 19 CSCEC LKD A T AP W R _U PM S B M LB 圖 36 向 nRF2401A 寫命令字時序圖 PWRUP為高， CE 為低時，置位 CS，芯片處于命令字寫入狀態(tài)，通過通道 1向芯片的控制字 緩沖區(qū)寫入命令字，按照由高位到低位的順序，命令字全部寫入后，將 CS置底，nRF2401A 芯片將會根據命令字配置相應的內部模塊。在第一次配置操作結束后，只有最后兩個字節(jié)的命令字可以被更改，前 16個字節(jié)的修改無效，如果需要修改前 16個字節(jié)的命令字（如果通道接收地址，接收數據長度等），則需要掉電（ PWRUP置低）后重新上電（ PWRUP置高），才能對芯片進行徹底初始化操作。 2） 數據發(fā)送程序 nRF2401A采用 ShockBurstTM（突發(fā)模式）方式發(fā)送數據。單片機向 nRF2401A發(fā)送數據流程圖 34所示。 圖 37 單片機向 nRF2401A 發(fā)送數據流程 新疆大學畢業(yè)論文（設計） 20