【文章內(nèi)容簡介】 電路的焊接中能夠更好的進行電路的排版焊接，簡化了在硬件電路中設計的工作量。（4）功耗低。相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 因此該硬件系統(tǒng)的顯示電路采用LCD1602液晶顯示,可以顯示時間、日歷，星期，燈光亮度和溫度等。用單片機一組I/O口作為數(shù)據(jù)口向LCD1602發(fā)送數(shù)據(jù)信息。從而實現(xiàn)所需功能。 液晶顯示器各種圖形的顯示原理:（1）線段的顯示點陣圖形式液晶由MN個顯示單元組成，假設LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應1字節(jié)的8位，即每行有16字節(jié)，共168=128個點組成，屏上6416個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應位置的亮暗對應。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H——00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當（000H）=FFH時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點；當（3FFH）=FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，…（00EH）=00H，（00FH）=00H時，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。（2）字符的顯示用LCD顯示一個字符時比較復雜，因為一個字符由68或88點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。（3）漢字的顯示 漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機中提取要顯示的漢字的點陣碼（一般用字模提取軟件），每個漢字占32B，分左右兩半，各占16B，左邊為5…右邊為6…根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示RAM對應的地址，設立光標，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標位置加1，送第二個字節(jié)，換行按列對齊，送第三個字節(jié)…直到32B顯示完LCD就可以得到一個完整的漢字。 本系統(tǒng) 1602 液晶采用并行操作方式，~ 通過借助10K 的上拉電阻連接其數(shù)據(jù)端口DB0~DB7，這樣就能保證單片機和液晶顯示1602之間進行數(shù)據(jù)通信，進行數(shù)據(jù)讀寫[14]。由于各自片選信號不同，選中時操作對應芯片將不會造成操作沖突。， 連接1602液晶的數(shù)據(jù)/命令選擇端RS，液晶顯示1602的數(shù)據(jù)讀寫RW接地。第3 引腳為液晶顯示對比度調(diào)節(jié)端，通過10K 滑動變阻器接地，用于調(diào)節(jié)液晶的顯示亮度。第15 管腳背光源正極BLA通過10 歐電阻接地，第16 管腳背光源負極BLK 接地。 所示。　　　　 液晶系統(tǒng)電路圖 溫度檢測系統(tǒng)　　系統(tǒng)的溫度檢測選用DALLAS 公司“一線總線”數(shù)字溫度傳感器DS18B20，該傳感器具有微型化、低功耗、高性能等優(yōu)點，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號處理，測溫范圍為55125℃，℃[3]。DS18B20 共有三個引腳電源正VCC、電源負GND 的上拉電阻，用于保證單片機與DS18B20 通訊時高低電平準確的被單片機機和DS18B20 識別[6]。 口通過R3 連接DQ 端口實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集處理，并通過液晶屏實時顯示。 　　 溫度檢測電路圖DS18B20 的溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。在使用DS18B20溫度傳感器并且需要進行編程來實現(xiàn)其溫度測試的功能時，必須知道DS18B20內(nèi)部儲器。明白他是怎么樣工作的。這樣才能進行編程。DS18B20 共有2種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是： （1）ROM 只讀存儲器，用于存放 DS18B20ID 編碼，其前 8 位是單線系列編碼（DS18B20 的編碼是19H），后面48 位是芯片唯一的序列號，最后 8位是以上 56的位的 CRC碼（冗余校驗）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設置不由用戶更改。DS18B20 共 64 位 ROM。 （2）RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20 共9 個字節(jié) RAM，每個字節(jié)為8位。第1，2個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 4 個字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在上電復位時其值將被刷新。第5個字節(jié)則是用戶第 3 個 EEPROM的鏡像。第 8 個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設計的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第 9 個字節(jié)為前 8個字節(jié)的 CRC碼。EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)，DS18B20共3位EEPROM，并在 RAM 都存在鏡像，以方便用戶操作。由于DS18B20溫度檢測傳感器使用范圍比較廣，電路設計和軟件編程都比較成熟。所以本電路系統(tǒng)采用DS18B20溫度檢測傳感器不管是從硬件電路設計還是軟件編程方面都具有很好的優(yōu)勢，能夠起到簡化電路設計節(jié)約成本的作用。 蜂鳴系統(tǒng)　　蜂鳴系統(tǒng)用于產(chǎn)生鬧鐘報警聲以及按鍵提示音。 三極管9012的通斷實現(xiàn)對蜂鳴器聲音控制；通過延遲函數(shù)實現(xiàn)蜂鳴報警聲的長短音控制，長音‘滴’用于鬧鐘鈴聲，短音‘滴’用于按鍵提示音?！　　　?蜂鳴系統(tǒng)電路圖 按鍵系統(tǒng)按鍵控制系統(tǒng)由S2~S6 五個按鍵組成，分別為S2 時間設置鍵、S3 數(shù)值增大鍵、S4 數(shù)值減小鍵、S5 鬧鐘設置鍵以及S6 亮度調(diào)節(jié)鍵。S2 用于選擇需要調(diào)整的時間日歷以及鬧鐘參數(shù)，并作為時間日歷參數(shù)的存儲確認鍵。S3 與S4 用于調(diào)整被選參數(shù)值的大小。S5 用于鬧鐘查看與存儲確認鍵。S6 用于LED 燈光10 級亮度的調(diào)節(jié)鍵。 所示。 按鍵系統(tǒng)電路圖 電源系統(tǒng) ，可采用電池或穩(wěn)壓電源多種方式供電。由于系統(tǒng)光源采用20 只LED 燈珠并聯(lián)組成，所以LED 恒流驅(qū)動芯片PT4115 供電電源在6~30V 電壓范圍內(nèi)均可使LED 燈正常使用。但單片機供電需要恒壓供電。系統(tǒng)采用三端穩(wěn)壓芯片7805，來穩(wěn)定給單片機供電的電源。該線性穩(wěn)壓芯片正常工作輸入電壓與輸出電壓差值應至少高于2V，若差值過大會增加額外功耗。因此，本系統(tǒng)宜選用穩(wěn)壓電源方式供電。同時，本文LED 恒流驅(qū)動系統(tǒng)設計簡潔靈活，可根據(jù)用戶需求適當調(diào)整驅(qū)動電路參數(shù)，即可擴展LED 照明功率，最大可至10W左右。 集成直流穩(wěn)壓電源的要求是比較基本的設計，設計要求電源輸出5V直流電壓。設計中包括電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四個部分。通過四部分的組合將220V交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樵O計要求直流電壓。由于穩(wěn)壓電路發(fā)生波動、負載和溫度發(fā)生變化，濾波電路輸出的直流電壓會隨著變化。因此，需要維持電源輸出的電壓穩(wěn)定不變，需要加一級穩(wěn)壓電路。系統(tǒng)中穩(wěn)壓電路的作用是當外界因素（電網(wǎng)電壓、負載、環(huán)境溫度）等發(fā)生變化時，使輸出的直流電壓不受外界因素的影響，從而維持穩(wěn)定的電壓輸出。保護各個芯片的正常工作。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件組成。采用集成穩(wěn)壓器設計的電源具有很好穩(wěn)定性能、電路結(jié)構(gòu)比較簡單等優(yōu)點。從而保證穩(wěn)定給各個芯片供電，并提供整個系統(tǒng)的供電。 直流穩(wěn)壓電源3 系統(tǒng)軟件設計　　該系統(tǒng)控制程序主要包含系統(tǒng)初始化程序、實時時鐘芯片處理程序、溫度傳感器芯片處理程序、液晶顯示程序、鍵盤檢測與處理程序、鬧鐘中斷以及定時器產(chǎn)生PWM 程序構(gòu)成。 系統(tǒng)主程序系統(tǒng)主程序主要包括系統(tǒng)初始化程序（包括I/O 口初始化、DS1302 時鐘芯片初始化、液晶1602 的初始化、外部中斷0 與定時器T0 設置）、按鍵檢測和處理程序、時鐘數(shù)據(jù)的讀取與處理程序、溫度數(shù)據(jù)的讀取與處理程序、液晶顯示程序、鬧鐘報警的判斷和處理程序、PWM調(diào)光處理程序等。程序中設置鬧鐘標志位Flag_ri，一旦鬧鐘時間到達，時鐘芯片IRQ引腳觸發(fā)外部中斷0，進入中斷程序則置Flag_ri=1，用于主程序中鬧鐘報警的判斷與處理。 所示。 主程序流程圖 按鍵檢測和處理程序　　按鍵控制系統(tǒng)由S2~S6五個按鍵組成，分別為S2時間設置鍵、S3數(shù)值增大鍵、S4數(shù)值減小鍵、S5鬧鐘設置鍵以及S6亮度調(diào)節(jié)鍵。S2用于選擇需要調(diào)整的時鐘以及鬧鐘參數(shù)，根據(jù)S2按下次數(shù)，依次選擇秒、分、時、星期、日、月、年，液晶屏上被選參數(shù)下方以光標閃爍狀態(tài)提示，再通過按下S3或S4調(diào)整被選參數(shù)值的大小，S2按下累積8次時，則退出選擇功能并保存當前數(shù)據(jù)至時鐘芯片。S5用于鬧鐘時間的查看與設置；首次按下S5，1602液晶屏第二行顯示已設置的鬧鐘時間；可通過SS3與S4重新設置鬧鐘時間；再次按下，則退出鬧鐘查看功能并保存當前設置的鬧鐘參數(shù)至時鐘芯片。同時，S3與S4還可獨立作為鬧鐘產(chǎn)生時的取消鍵與LED燈光的關(guān)閉鍵。S6實現(xiàn)LED燈光亮度的10級調(diào)節(jié)，每按一次，LED亮度增大一級；當達到亮度最大時，再次按下則關(guān)閉LED燈光。每次有按鍵按下，蜂鳴器都以短‘滴’聲提示?！　?按鍵檢測與處理流程圖 外部中斷程序　　系統(tǒng)到達設置的鬧鐘時間，DS1302 時鐘芯片SCLK引腳輸出由高電平變?yōu)榈碗娖剑?口INT0 中斷的申請輸入，并可通過讀取DS1302 芯片的C 寄存器來清除SCLK引腳輸出。因此，將外部中斷INT0 設置為負跳變沿觸發(fā)中斷，并設置鬧鐘標志位Flag_ri，鬧鐘時刻到達時設置Flag_ri=1，用于主程序中的鬧鐘報警處理。　　　 外部中斷流程圖 定時器中斷程序　　為產(chǎn)生調(diào)節(jié) LED 燈光亮度的PWM 信號，定時器T0設置為工作方式0，即13 位計數(shù)器定時，最多裝載數(shù)值為8192個。因為系統(tǒng)晶振采用12MHz，賦值使TH0=（8192400）/ 32 與 TL0=（8192400）%32，即可實現(xiàn)400μ S 的定時中斷。10 次中斷（即4mS）作為一個周期，（該控制口名稱定義為LED_PWM）輸出的占空比來產(chǎn)生PWM 脈沖信號，以控制PT4115 恒流驅(qū)動芯片實現(xiàn)LED 燈的10 級亮度調(diào)節(jié)。程序設置對T0 中斷次數(shù)（即定義為T0_num）進行計數(shù)，以便判斷一個周期到否；同時判斷比較高電平脈沖個數(shù)（即定義為scale 值，由調(diào)光鍵S6 按下次數(shù)設置）用于實現(xiàn)不同亮度等級的調(diào)節(jié)。在定時器T0 中斷服務程序中，首先T0 重新裝入定時為400μ S 的初值；定時器中斷次數(shù)T0_num 加1，判斷一個方波周期到否，若到達，令T0_num 歸零，（即LED_PWM=1）；如果一個方波周期還沒到，則與亮度等級scale 值作比較，判斷高電平脈沖個數(shù)scale 到否，若到達， 口輸出電平置低（即LED_PWM=0）， 口輸出高電平（即LED_PWM=1）；而后中斷返回，等待下一次定時中斷?！　∵@樣， 口就產(chǎn)生了所需的PWM 調(diào)光信號。定時器生成PWM 。 　　 定時器生成PWM流程圖 C語言程序編寫和ISP軟件程序下載C語言是國際社會廣泛流行的計算機高級語言。語言簡潔，緊湊，使用方便靈活，是完全模塊化和結(jié)構(gòu)化的語言，語法設計不太嚴格，程序設計自由度大，用C語言編寫的程序可移植性好。C語言的這些特點和電路的設計比較吻合。全局性和局部性，模塊化可以簡便編程過程。因此選擇C語言進行程序設計，要比匯編語言好。在程序編寫的過程中需要做到認真仔細，程序的編寫是個比較大的一個工程。在這個過程中會遇到許多的問題，需要一一解決。程序編寫也是論文設計過程中最重要的一個環(huán)節(jié)，因為硬件和軟件是不可能脫離的。兩者都能成功并且結(jié)合到一起才能實現(xiàn)論文的要求。SP（InSystem Programming）是當今流行的單片機編程模式。可在線系統(tǒng)編程的意思是指電路板上的可編程下載的空白元器件可以直接編程寫入最終用戶代碼，而不需要從電路板上取下可重復編程邏輯器件[7]。已經(jīng)編程的器件也可以用ISP方式擦除或再編程。在完成編寫程序的編譯通過之后，把可以燒寫STC89C52的ISP編程器并與電腦主機硬件連接后，打開相應下載軟件按步驟即可對STC89C52芯片進行程序燒錄下載。燒錄完成成功后會有提示。重新通電即可測試和運行電路。4軟件的調(diào)試和仿真當完成電路圖的設計和程序的編寫，我們的實驗并不能馬上進行實物焊接，還需要進行最重要的一步那就是實驗的仿真，只有通過仿真才能先發(fā)現(xiàn)問題和不足，有利于改正錯誤，改進實驗。從而達到比較好的一種實驗要求和實驗效果。所選用的Proteus仿真軟件不僅能進行單片機電路的設計也能進行單片機的仿真。Proteus仿真軟件功能強大能滿足多數(shù)任務的要求，將編寫好的C語言程序下載到軟件當中。調(diào)試好電路圖就可以進行仿真。在仿真的過程中并不會一次性的就能夠取得成功。需要在不斷的調(diào)試過程中去改進。從而達到實驗要求?？刂齐娐返陌惭b與測試在整個系統(tǒng)研制中占有重要位置，它是把理論付諸實踐的過程，也是把紙面電路設計轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H產(chǎn)品的必經(jīng)階段。 電路仿真圖 由此仿真圖可以看到電路設計滿足設計要求。能夠顯示溫度，時間，日期，燈光亮度能夠進行鬧鐘定時，能夠形成PWM脈寬調(diào)制波形進行臺燈亮度調(diào)節(jié)。此仿真結(jié)果說明電路和程序是可行的?；赑WM的智能多功能臺燈設計5 硬件的組裝與調(diào)試本次設計的元器件主要有：電阻、電容、PNP9012型三極管、STC89C52單片機、蜂鳴器，,1602液晶顯示芯片,PT4115恒流驅(qū)動芯片[13]。這些元器件的引腳需要我們認真查找資料，了解每個器件的特性去進行焊接。其中，這些元器件直接根據(jù)型號到電子元器件市場就很容易買到。但電阻我們要測量出它的真實值是否準確，這用萬用表直接測量就行，也可以根據(jù)色環(huán)來讀數(shù)。電容上面直接就標著數(shù)示，二極