【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 控制的，為了更加直觀的提醒教室人員時(shí)間，以確保及時(shí)合理利用自己的時(shí)間，故添加此時(shí)間顯示模塊。： 數(shù)碼管顯示電路 該電路用到了兩個(gè)74LS373鎖存器（74LS373為常用芯片，故在此不做詳細(xì)介紹），用來對(duì)8位數(shù)碼管的段數(shù)據(jù)和位數(shù)據(jù)的選擇控制，硬件連線兩個(gè)74LS373的1D~7D引腳均連接到單片機(jī)STC89C521的P0端口。167。 紅外遙控接收電路 為了便于更加靈活的對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行控制，特設(shè)計(jì)了紅外控制，在此不做控制介紹（后續(xù)章節(jié)會(huì)給出），： 紅外接收硬件電路 該電路中采用微機(jī)一體化紅外接頭IR1308，適合各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸?shù)募t外線接收器其紅外線接收器。此紅外線接收器是一種集紅外線接收和放大于一體，不需要任何外接元件，只是焊上一個(gè)10uf的濾波電容，可以使接收器工作更可靠。遙控器信號(hào)的接收模塊與單片機(jī)的連接如上圖，OUT引腳用來接收從紅外遙控器接收到的數(shù)據(jù)控制信息。，便于遙控信號(hào)采集。167。 繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路，這里繼電器由芯片ULN2003來驅(qū)動(dòng)，開機(jī)時(shí)，~，ULN2003輸出為高阻狀態(tài)，所以開機(jī)后繼電器始終處于釋放狀態(tài)，~，ULN2003輸出為低電平故導(dǎo)通，繼電器就會(huì)得電吸合，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載，點(diǎn)亮相應(yīng)電燈。繼電器的輸出端并聯(lián)100歐的電阻和6800皮法電容，目的是避免繼電器吸合與釋放期間產(chǎn)生火花，從而使用起來更加安全。這種繼電器驅(qū)動(dòng)方式硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。、3接口連接負(fù)載電路，LED（0~3）連接芯片ULN2003的OUT端引腳，~。 繼電器驅(qū)動(dòng)電路167。 超時(shí)報(bào)警電路在教室中，由于學(xué)生學(xué)習(xí)緊張，在夜里忘了時(shí)間點(diǎn)，致使教室燈工作超時(shí)，于是本系統(tǒng)超時(shí)報(bào)警電路就會(huì)發(fā)出聲音，提醒學(xué)生應(yīng)該休息或必需改用遙控器手動(dòng)方式來控制燈了。這樣，可以更好地保護(hù)公共設(shè)施。這里蜂鳴器是由ULN2003驅(qū)動(dòng)。，ULN2003導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音，以示教室燈工作超時(shí)。，即ULN2003輸出為高阻，蜂鳴器不工作，教室燈工作正常。本系統(tǒng)采用超時(shí)報(bào)警電路方便了管理人員對(duì)教室的管理，能夠更好地、及時(shí)地管理教室。 超時(shí)報(bào)警電路167。 日光燈供電電源控制電路 日光燈供電電壓通過控制變壓器的變壓匝數(shù)比來實(shí)現(xiàn)變壓，： 日光燈供電電路該電路通過單片機(jī)STC89C522的P0端口控制來實(shí)現(xiàn)，將前面A/D采集環(huán)境光電路所得的數(shù)值分為8個(gè)等級(jí)，通過P0口的通斷來實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)匝數(shù)比的改變，來實(shí)現(xiàn)LED日光燈輸入電壓的變化。由于上圖中SB1~SB7開關(guān)上通過的電壓值過大，故P0口需通過驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)開關(guān)的控制，在此我們選用前面所提到的繼電器驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)控制SB1~SB7的通斷。 第4章 軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)在單片機(jī)硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再配上相應(yīng)的軟件，才能構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。用戶軟件的開發(fā)與系統(tǒng)硬件有著密切的關(guān)系。在系統(tǒng)的硬件及輸入輸出方法確定后，程序軟件就可以完全獨(dú)立的進(jìn)行設(shè)計(jì)、開發(fā)。在程序設(shè)計(jì)過程中，采用合理的程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，總體設(shè)計(jì)采用自上至下的設(shè)計(jì)思想將主程序設(shè)計(jì)好，而在各個(gè)部分展開成從屬程序或子程序時(shí)，是將各個(gè)小模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程，同時(shí)在編程的過程中又用到了結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的思想。本控制系統(tǒng)軟件模塊主要包括:系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、時(shí)鐘模塊、顯示驅(qū)動(dòng)模塊及系統(tǒng)鍵功能。167。監(jiān)控主程序是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，其外圍模塊一般都需要經(jīng)過監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)其在監(jiān)控系統(tǒng)中的作用。監(jiān)控主程序接受和分析來自鍵盤的命令，進(jìn)而把控制轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理子程序的入口，起引導(dǎo)作用。本系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊包括對(duì)系統(tǒng)外圍器件輸入、輸出參數(shù)的初始化自檢，多任務(wù)操作模塊的調(diào)用，實(shí)時(shí)中斷處理等。： 監(jiān)控主程序流程圖167。系統(tǒng)初始化是保證整個(gè)控制系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的重要條件。系統(tǒng)加電復(fù)位后，直接進(jìn)入初始化程序完成系統(tǒng)的初始化。初始化過程主要是對(duì)一些控制寄存器、數(shù)據(jù)區(qū)和外部芯片進(jìn)行初始參數(shù)設(shè)置和定義。本系統(tǒng)中的初始化主要指各接口芯片的檢測(cè)、芯片內(nèi)部設(shè)定參數(shù)的初始化及系統(tǒng)內(nèi)部寄存器的初始化。 各接口芯片的檢測(cè)主要檢測(cè)各芯片是否己處于準(zhǔn)備工作的就緒狀態(tài)，有無硬件故障等，如檢測(cè)各位LED是否正常顯示系統(tǒng)設(shè)置開機(jī)時(shí)的界面，檢測(cè)硬件時(shí)鐘DS1302是處于更換芯片后初次使用為起振狀態(tài)，還是處于備用電源供電振蕩保持狀態(tài)，即檢測(cè)系統(tǒng)中控制時(shí)間表的有效性，檢測(cè)人體傳感器輸出信號(hào)是否正常體現(xiàn)人體存在的信息，檢測(cè)環(huán)境光是如何影響光采集電路輸出的信號(hào)等。 系統(tǒng)內(nèi)部寄存器初始化主要是指在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，各用戶定義的數(shù)據(jù)變量的初始化賦值及部分特殊功能寄存器SFR的復(fù)位初始化。167。定時(shí)中斷是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器定時(shí)時(shí)間到或計(jì)數(shù)值已滿引起的中斷，內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)器可以對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘或從外部引線TO和TI輸入的外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的溢出信號(hào)作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，去置位定時(shí)器溢出標(biāo)志位，向單片機(jī)的CPU申請(qǐng)中斷。定時(shí)中斷為周期性中斷，每隔一定的時(shí)間會(huì)中斷一次。本系統(tǒng)中設(shè)定的定時(shí)中斷主要用來構(gòu)造多任務(wù)操作系統(tǒng)，在系統(tǒng)響應(yīng)中斷后，無需對(duì)斷點(diǎn)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，可直接進(jìn)行多任務(wù)時(shí)間的劃分工作，使相應(yīng)的操作任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)，即該中斷可以啟動(dòng)有關(guān)的任務(wù)就緒。:圖 定時(shí)中斷處理程序框圖 本系統(tǒng)還采用了外部中斷，此外部中斷主要用來判斷是否有遙控器信號(hào)(或警報(bào)信號(hào))，若有，就采集下來并加以處理；若無，則返回到主循環(huán)。167。多任務(wù)操作是將用戶應(yīng)用程序分成多個(gè)任務(wù)，在操作系統(tǒng)的管理下，以某種準(zhǔn)則調(diào)度并分配任務(wù)由處理器去執(zhí)行。多任務(wù)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)一般是靠CPU運(yùn)行實(shí)時(shí)內(nèi)核，對(duì)多任務(wù)進(jìn)行分配和調(diào)度，使CPU不停地執(zhí)行這些任務(wù)中的某一個(gè)任務(wù)，以至能最大限度地提高CPU的利用率，加快運(yùn)行速度，各任務(wù)(程序)不被耽誤運(yùn)行。本系統(tǒng)多任務(wù)的執(zhí)行是對(duì)定時(shí)中斷中設(shè)置的實(shí)時(shí)標(biāo)志進(jìn)行檢測(cè)，通過標(biāo)志位的狀態(tài)決定各任務(wù)的調(diào)用。任務(wù)的執(zhí)行在微觀上是分時(shí)順序進(jìn)行的，但在宏觀上認(rèn)為是同時(shí)執(zhí)行的。因此各任務(wù)在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的就會(huì)處于如下四種狀態(tài)之一，：圖 當(dāng)某個(gè)任務(wù)獲得CPU的執(zhí)行權(quán)時(shí)，CPU執(zhí)行該任務(wù)，此時(shí)任務(wù)處于運(yùn)行狀態(tài)。等待狀態(tài)是指任務(wù)的執(zhí)行需要等待某一事件發(fā)生，則由運(yùn)行狀態(tài)退出，進(jìn)入等待狀態(tài)。就緒狀態(tài)是任務(wù)滿足所有啟動(dòng)條件后所進(jìn)入的狀態(tài)。休眠狀態(tài)是任務(wù)己執(zhí)行完的狀態(tài)。167。本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集對(duì)象為環(huán)境光信號(hào)及人體存在信號(hào)，在程序設(shè)計(jì)中對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)的采集放置多任務(wù)模塊中實(shí)施定時(shí)采集。167。本系統(tǒng)考慮到環(huán)境觀足夠亮?xí)r，無論有否人體存在都不應(yīng)該開燈：而環(huán)境光不夠亮?xí)r，有人體存在才開燈,無人體存在不開燈。本系統(tǒng)邏輯定義為環(huán)境光亮?xí)r為二進(jìn)制的“0”，暗時(shí)為“1”，人體存在為“1”，人體不存在為“0”，開燈為“1”，關(guān)燈為“0”，那么環(huán)境光與人體存在可以有以下的邏輯關(guān)系表表示，：環(huán)境光參數(shù)人體存在參數(shù)燈光狀態(tài)010000111100上表數(shù)據(jù)表明可將環(huán)境光參數(shù)與人體存在參數(shù)相與門操作，又由于繼電器是低平驅(qū)動(dòng)，所以要將采集處理后的信號(hào)進(jìn)行非操作，才可以驅(qū)動(dòng)繼電器工作，即可得到教室燈的狀態(tài)，其軟件子程序?yàn)椋?hr_test()，具體內(nèi)容會(huì)在附錄中給出。： 數(shù)據(jù)采集流程圖167。在系統(tǒng)啟動(dòng)自檢初始化時(shí)，首先會(huì)對(duì)時(shí)鐘芯片DS1302的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)檢測(cè)到DS1302處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)才對(duì)其進(jìn)行初始化啟動(dòng)時(shí)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302的初始化及其讀寫程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要遵循其時(shí)序要求。167。在對(duì)DS1302進(jìn)行的各種操作之前，必須先對(duì)其初始化，即需要把復(fù)位輸入RST端置為高電平，如果RST輸入為低電平，那么所有的數(shù)據(jù)傳送中止，且I/0引腳變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。在數(shù)據(jù)讀/寫完后，RST端應(yīng)置成低電平，以防止外部干擾對(duì)DS1302內(nèi)部時(shí)鐘的影響。 同時(shí)，為了防止復(fù)位輸入端受到外部的干擾，要求上電時(shí)，在主電源引腳 Vcc2，RST必須為邏輯0。無論是讀操作還是寫操作，都必須在開頭的8個(gè)時(shí)鐘周期把提供地址和命令信息的8位數(shù)據(jù)裝入到DS1302的移位寄存器。地址/命令子節(jié)用于指明40個(gè)寄存器中的哪個(gè)進(jìn)行何種操作。數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿串行輸入，在開始的8個(gè)時(shí)鐘周期把命令字裝入移位寄存器之后，若跟隨的是寫命令字節(jié)，則在下8個(gè)SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，若跟隨在讀命令字節(jié)的8個(gè)SCLK周期之后，在下8個(gè)SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。167。DS1302有控制寄存器和年、月、日、周、時(shí)、分、秒等工作寄存器組成。本系統(tǒng)中只用到工作寄存器中的時(shí)分秒及控制寄存器，所應(yīng)用的各寄存器地址(命令): DS1302內(nèi)部寄存器寄存器名命令字取值范圍各位內(nèi)容寫操作讀操作76543210SEC80H81H00~59CH10SECSECMIN82H83H00~59010MINMINHR84H85H01~02或00~2312/24010HRA/PCONTROL8EH8FHWP0000000CHARGER90H91HTCSTCSTCSTCSDSDSRSRSCLOCKBURSTBEHBFH說明：(1) 上表中，時(shí)鐘寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)是以BCD碼的形式存在的。其中秒寄存器的位7定義為時(shí)鐘暫停位，當(dāng)此位設(shè)置為邏輯1時(shí)，時(shí)鐘振蕩器停止，DS1302進(jìn)入低功耗的備份狀態(tài)。當(dāng)把此位置為0時(shí)，時(shí)鐘將啟動(dòng)。(2) 小時(shí)寄存器的位7定義為12或24小時(shí)方式選擇位。當(dāng)為低電平時(shí)，選擇24小時(shí)方式，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中采用的就為24小時(shí)方式。(3) 寫保護(hù)寄存器的位7是寫保護(hù)位，在對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行些操作之前，位7應(yīng)先置為0,當(dāng)它是高電平時(shí)，寫保護(hù)防止對(duì)任何其它寄存器進(jìn)行寫操作。167。： DS1302操作流程圖 針對(duì)DS1302時(shí)鐘芯片的操作，在程序中我們單獨(dú)以頭文件的方式給出，具體內(nèi)容會(huì)在附錄中給出。167。系統(tǒng)運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)顯示是人機(jī)交互對(duì)話的一個(gè)重要通道。通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)的顯示，我們才可以更好的了解系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，從而便于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行必要的操作。167。：其顯示子程序名稱為：display()，具體內(nèi)容會(huì)在附錄中給出。每次先送一位要顯示的數(shù)據(jù)位地址字節(jié)，然后再送該位LED的顯示數(shù)據(jù)字節(jié)，直到8位顯示完全。正常工作中8位數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘，時(shí)間顯示小時(shí)、分鐘和秒鐘，其中有兩位用來顯示“”，用以分隔小時(shí)、分鐘和秒鐘，這樣顯示更加清晰。167。按鍵是系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)設(shè)備應(yīng)用最廣泛的一種，它也是人機(jī)交互對(duì)話。本系統(tǒng)在按鍵不多的情況下采用中斷方式，把按鍵信號(hào)采集放在中斷程序中，按鍵的功能放在任務(wù)操作模式中完成。本系統(tǒng)通過紅外遙控器來作為按鍵使用。首先通過紅外線遙控器解碼程序來獲得紅外按鍵的編碼值。再通過相應(yīng)碼值來設(shè)置對(duì)應(yīng)的按鍵操作。其對(duì)紅外遙控程序的操作，我們單獨(dú)以頭文件的方式給出，其頭文名稱件程序?yàn)镮R .h，具體內(nèi)容會(huì)在附錄中給出。第5章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，要進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，排除軟件和硬件的故障，同時(shí)驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性，使系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求。本系統(tǒng)的調(diào)試主要分兩個(gè)步驟:單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試(硬件調(diào)試和軟件調(diào)試)及整個(gè)控制系統(tǒng)試運(yùn)行調(diào)試。167。單片機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試應(yīng)包括硬件及軟件兩部分，主要是通過調(diào)試發(fā)現(xiàn)硬件及軟件中存在的問題，查看其運(yùn)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。 系統(tǒng)硬件和軟件的研制可以相互獨(dú)立的平行進(jìn)行，軟件調(diào)試可以在硬件完成之前，硬件也可以在無完整應(yīng)用軟件的情況下進(jìn)行調(diào)試，但它們需要借助另外的工具提供調(diào)試環(huán)境。硬件和軟件分調(diào)完成之后，還要再進(jìn)行軟件和硬件的聯(lián)調(diào)，在調(diào)試中找出問題，判斷故障源，修改軟硬件。 在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際調(diào)試時(shí)，首先應(yīng)對(duì)硬件進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行初步調(diào)試，此后再對(duì)軟件和硬件進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，最后才能使系統(tǒng)進(jìn)入正常工作。1. 靜態(tài)調(diào)試:靜態(tài)調(diào)試主要是排除明顯的硬件故障。在電路搭建好后，對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)檢查，查看端口是否正確連接，連接是否可靠。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)用萬(wàn)用表檢查電路，看應(yīng)當(dāng)開路的地方是否開路，應(yīng)當(dāng)短路的地方是否短路，電源地線連接是否可靠。在焊接后，查看焊接是否牢固，有無虛焊或短路等。在將芯片、傳感器等元件插到電路板上時(shí)，要保證各處電源極性、電壓正確，以防止因電源極性接反或電壓過高損壞芯片或傳感器。此外，插入芯片必須在斷電的情況下進(jìn)行，特別注意芯片的方向不要插反。2. 軟件調(diào)試:系統(tǒng)軟件程序在編制好以后，可通過匯編軟件對(duì)源程序進(jìn)行匯編，變?yōu)榭蓤?zhí)行的目標(biāo)代碼，在匯編過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，要及時(shí)糾正。在軟件調(diào)試時(shí)采用軟件模擬開發(fā)系統(tǒng)對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，這種模擬開發(fā)系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)上利用模擬軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的硬件模擬、指令模擬及運(yùn)行狀態(tài)模擬，從而完成應(yīng)用軟件開發(fā)的全過程。調(diào)試過程中的運(yùn)行狀態(tài)、各寄存器狀態(tài)、端口狀態(tài)等都可以在指定的窗口區(qū)域顯示出來，通過這些顯示結(jié)果隨時(shí)跟蹤程序運(yùn)行狀態(tài)，以確定程序運(yùn)行無錯(cuò)誤。3. 動(dòng)態(tài)調(diào)試:控制系統(tǒng)的軟件和硬件是密切相關(guān)的，軟件模擬開發(fā)系統(tǒng)不能對(duì)硬件部分進(jìn)行診斷，同時(shí)也不能實(shí)時(shí)在線仿真，所以用戶程序還需跟硬件連接起來進(jìn)行聯(lián)調(diào)，同時(shí)對(duì)軟件和硬件進(jìn)行檢查和診斷。整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試時(shí)，需借助仿真開發(fā)工具來對(duì)用戶軟件及硬件電路進(jìn)行診斷、調(diào)試。在應(yīng)用系統(tǒng)各電路板調(diào)試成功后，將用戶程序加載到在線仿真器上，這時(shí)就能單步、多步或連續(xù)地執(zhí)行目標(biāo)程序，同時(shí)也可以根據(jù)需要分段設(shè)置斷點(diǎn)執(zhí)行用戶程序。系統(tǒng)中的硬件故障(如各個(gè)部件內(nèi)部存在的故障和部件之間連接的邏輯錯(cuò)誤)主要是靠聯(lián)機(jī)仿真來排除的。對(duì)于與硬件無聯(lián)系的用戶程序，例如定時(shí)標(biāo)志等，雖然已經(jīng)沒有語(yǔ)法錯(cuò)誤，但可能存在邏輯錯(cuò)誤，這時(shí)，就借助于動(dòng)態(tài)在線調(diào)試手段發(fā)現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤，直至邏輯錯(cuò)誤糾正為止。而對(duì)于一些與硬件相關(guān)的用戶程序，如接口驅(qū)動(dòng)程序等，則需要配合硬件，進(jìn)行在線調(diào)試，如果有邏輯錯(cuò)誤，也要及時(shí)糾正修改。程序調(diào)試完畢后，利用在線編程器將程序固化到單片機(jī)中，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行起來。167。系統(tǒng)調(diào)試一般來講是一種復(fù)雜，而仔