【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 上 4 GND 電源地 5 CE 復(fù)位 /片選線，通過把 RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)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(shí)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(jī)的 腳，作為單片機(jī)對(duì) DS1302 進(jìn)行讀寫操作的數(shù)據(jù)通道， SCLK 接入單片機(jī) ，作為單片機(jī)與 DS1302的通訊時(shí)鐘輸入端，CE接入單片機(jī) DS1302發(fā)送片選信號(hào)。 LM7805 與 AMS1084 1)LM7805應(yīng)用 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 圖 213 LM7805典型應(yīng)用電路 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(dòng)電路，在穩(wěn)壓電源啟動(dòng)后處于正常狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)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(zhǎng)時(shí)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(shí) 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(gè)二極管，對(duì) 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(jiǎn)單等特點(diǎn) ，太陽能電池電壓即使有較大的波動(dòng)，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 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 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(gè)按鍵都單獨(dú)接到單片機(jī)的一個(gè) I/O口上，獨(dú)立按鍵則通過判斷按鍵端口的電位即可識(shí)別按鍵操作；而矩陣鍵盤通過行列交叉按鍵編碼進(jìn)行識(shí)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(shí)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時(shí)也不會(huì)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(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性及操作人員按鍵動(dòng)作決定，一般為 5ms～ 20ms；按鍵穩(wěn)定閉合時(shí)間的長(zhǎng)短是由操作人員的按鍵按壓時(shí)間長(zhǎng)短決定的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒不等。 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(shí)在其條件欄上常會(huì)寫著要求會(huì)使用 protel。 Protel99 SE共分 5個(gè)模塊，分別是原理圖設(shè)計(jì)、 PCB設(shè)計(jì)（包含信號(hào)完整性分析）、自動(dòng)布線器、原理圖混合信號(hào)仿真、 PLD設(shè)計(jì)。 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 圖 216 protel工作空間界面 首先進(jìn)入 protel 新建一個(gè)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(gè)工程。在右邊會(huì)出現(xiàn)工作空間，單機(jī)右鍵→new→選擇 Schematic Document，這樣就新建了一個(gè)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(duì)每個(gè)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(huì)自動(dòng)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(huì)方便布線，分布號(hào)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(huì)使覆銅板銅皮翹起，溫度太低會(huì)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新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 同色的銅皮即可。 使用 ，并且對(duì)照著 PCB圖焊接好對(duì)應(yīng)的元器件，經(jīng)過萬用 表測(cè)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(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(dòng)初始化，電路功能選擇， 通訊握手，讀取信號(hào)，顯示信號(hào)， 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(hào) 等，程序整體框架如圖 31所示。 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 14 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(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行初始化，然后檢測(cè)各個(gè)房間的燈光狀態(tài)（自動(dòng)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(duì)各個(gè)狀態(tài)的處理，強(qiáng)制開狀態(tài)則將該房間對(duì)應(yīng)的管腳置 1；反之，強(qiáng)制關(guān)則將對(duì)應(yīng)房間的管腳清零。繼電器輸出模塊會(huì)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(dòng)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(cè)是否有 37℃的紅外頻率出現(xiàn)，當(dāng)有人被紅外傳感器檢測(cè)到，紅外傳感器信號(hào)位跳變?yōu)楦唠娖?，單片機(jī)相應(yīng)管腳接收到該信號(hào)會(huì)進(jìn)行處 理，控制對(duì)應(yīng)房間的管腳變?yōu)楦唠娖健? 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 圖 32 主控板程序流程圖 燈光延時(shí)等待的設(shè)計(jì)與思考 考慮到在家居時(shí)，很多人會(huì)暫時(shí)離開一下某件屋子，然后會(huì)回來 ，這樣使燈具頻繁的開關(guān)可能會(huì)導(dǎo)致燈具的損壞，所以設(shè)計(jì)了一套燈光延時(shí)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(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，這樣可以再執(zhí)行其他程序的同時(shí)進(jìn)行延時(shí)。 通過 TMOD將單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器 0與定時(shí)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(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 計(jì)算出 計(jì)時(shí)器每次計(jì)時(shí)時(shí)間，并對(duì) TH1， TL1， TH0， TL0 進(jìn)行賦值。計(jì)算公式如 32式。 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 16 T=(65536X)TCY （ 32） 在式 32 中 T 為定時(shí)器定時(shí)時(shí)間， X 為寄存器存儲(chǔ)值，將其高八位寫入 TH 中低八位寫入 TL中； TCY為一個(gè)指令周期， TCY與晶振頻率 f有關(guān)， TCY =12/f。 由于每次計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)長(zhǎng)度有限約 10ms（方便計(jì)算），不能達(dá)到系統(tǒng)要求，在使用時(shí)，設(shè)定了一個(gè)時(shí)間次數(shù)變量 TIME，讓其循環(huán) 100次即可延時(shí) 1S，如需時(shí)間改變，改變 TIME值即可。定時(shí)器的調(diào)用步驟如圖 33所示。 圖 33 定時(shí)器調(diào)用框圖 鑒于本設(shè)計(jì)有多個(gè)房間（多于兩個(gè)）而單片機(jī)中僅有兩個(gè)定時(shí)器，所以在每次調(diào)用定時(shí)器時(shí)都會(huì)有一個(gè)對(duì)定時(shí)器選擇的程序 。當(dāng)需要使用定時(shí)器時(shí)，先進(jìn)行判定，定時(shí)器 0是否被其他房間所占用，若沒有被占用則使用定時(shí)器 0，若被占用了，則使用定時(shí)器 1 。若定時(shí)器 0與定時(shí)器 1 同時(shí)被占用，則調(diào)用手動(dòng)編寫的延時(shí)定時(shí)器程序，由于該程序段比較占用單片機(jī)，會(huì)影響到系統(tǒng)整體的運(yùn)行速度，所及將其優(yōu)先級(jí)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(shí)鐘芯片， NRF2401A 射頻模塊，還有按鍵部分。主要 設(shè)計(jì)思路如下，首先上電對(duì)各個(gè)模塊初始化，讀取 DS1302 中的時(shí)間新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 17 數(shù)據(jù)，同時(shí)讓 LCD 液晶顯示屏顯示時(shí)間與房間，接著通過 NRF2401A 向主控板發(fā)送信號(hào)，要求返回各個(gè)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(hào)通過 NRF2401A 射頻發(fā)送到主控板中，主控板接收到信號(hào)后改變房間狀體，同時(shí)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)） 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(guān)機(jī)模式 0 X X 對(duì) 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(shè)置為高電平，上電以后才可以對(duì) nRF2401A進(jìn)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(shù) 名字 功能 111~104 8 DATA1_W 通道 1 有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 63~24 0 ADDR1 通道 1 地址 23~18 6 ADDR_W 通道 1 地址長(zhǎng)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(shí)序圖 36所示。 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 19 CSCEC LKD A T AP W R _U PM S B M LB 圖 36 向 nRF2401A 寫命令字時(shí)序圖 PWRUP為高， CE 為低時(shí)，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(huì)根據(jù)命令字配置相應(yīng)的內(nèi)部模塊。在第一次配置操作結(jié)束后，只有最后兩個(gè)字節(jié)的命令字可以被更改，前 16個(gè)字節(jié)的修改無效，如果需要修改前 16個(gè)字節(jié)的命令字（如果通道接收地址，接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等），則需要掉電（ PWRUP置低）后重新上電（ PWRUP置高），才能對(duì)芯片進(jìn)行徹底初始化操作。 2） 數(shù)據(jù)發(fā)送程序 nRF2401A采用 ShockBurstTM（突發(fā)模式）方式發(fā)送數(shù)據(jù)。單片機(jī)向 nRF2401A發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖 34所示。 圖 37 單片機(jī)向 nRF2401A 發(fā)送數(shù)據(jù)流程 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 20