【文章內(nèi)容簡介】 P 27P 28P 32P 33P 34P 35P 36P 37P 38P 39T11589 C 51I N T 012R E S E T9RD17WR16E A /V P P31A L E /P30P S E N29V C C40GND20P 1 . 0 P 1 . 1 P 1 . 2 P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7abcdefgABCD744710 0Ω 7D4A 10 15 4RBIRBOLTGNDV C C30pF30pF1 2 M H zD3 D2 D1V C C+ 5 VABCV C CG 2 AG 2 BY0Y1Y2Y3 K Ω 47 4 L S 1 3 8W D OR E S E TW D IMRV C CGNDM A X 8 1 3 L+ 5V+ 5V1 2 3 45 6 7 89 0 開 關(guān)確認(rèn)定時↓↑+ 5VＤ 圖 主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖 鍵盤的接口 設(shè)計 鍵盤的結(jié)構(gòu)形式有兩種，即獨立式按鍵和矩陣式鍵盤。本系統(tǒng)使用的是 4 4矩陣式鍵盤，第一行從左到右為 4，第二行為 8，第三行為 0、開、 關(guān)，第11 四行為 增值 、 減值 、 定時 、確認(rèn)。 該形式的鍵盤，每個按鍵開關(guān)位于行列的交叉處，采用逐行掃描的方法識別鍵碼。 矩陣鍵盤的列線從左到右分別與 單片機(jī)的 、 、 、 相連，矩陣鍵盤的行線從上到下分別與 、 、 、 相連。 每當(dāng)按下一個鍵時，對應(yīng)的行線與列線就會連通， 這樣單片機(jī)就能檢測出信號， 并 通過鍵盤掃描程序?qū)︽I盤進(jìn)行掃描，以識別被按鍵的行、列位置。 LED 數(shù)碼 顯 示 的接口設(shè)計 數(shù)碼顯示與驅(qū)動電路由 74LS138 譯碼器、 7447 TTL BCD7段高有效譯碼器 /驅(qū)動器、 4個數(shù)碼管以及 5 個 A1015 三極管組成。由單片機(jī)的 ～ 口輸出的四位 BCD 碼，經(jīng)7447 芯片后，翻譯成 7段數(shù)碼管 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 相應(yīng)的段 ，并 輸出 點亮數(shù)碼管相應(yīng)的段。單片機(jī)的 、 74LS138譯碼器后產(chǎn)生的高電平信號加在 A1015三極管的基極，控制三極管的導(dǎo)通，從而起到對相應(yīng)數(shù)碼管的選通作用。 4 個 7 段數(shù)碼管都被接成共陽極方式。 看門狗監(jiān)控電路 的設(shè)計 本系統(tǒng)采用 MAXIM 公司的低成本微處理器監(jiān)控芯片 MAX813L 構(gòu)成硬件狗，與 AT89C51的接口電路如圖 。 MR與 WDO 經(jīng)過一個二極管連接起來， WDI 接單片機(jī)的 口，RESET 接單片機(jī)的復(fù)位輸入腳 RESET， MR 經(jīng)過一個復(fù)位按鈕接地。 該監(jiān)控電路的主要功能如下： [2] （ 1） 系統(tǒng)正常上電復(fù)位：電源上電時， 當(dāng)電源電壓超過復(fù)位門限電壓 ， RESET 端輸出 200ms 的復(fù)位信號，使系統(tǒng)復(fù)位。 （ 2） 對 +5V 電源進(jìn)行監(jiān)視： 當(dāng) +5V 電源正常時， RESET 為低電平，單片機(jī)正常工作；當(dāng)+5V 電源電壓降至 + 以下 時， RESET 輸出 高電平，對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。 （ 3）看門狗定時器被清零 ， WDO維持高電平；當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時， CPU不能在 1． 6s內(nèi)給 出 “喂狗”信號 ， WDO跳變?yōu)榈碗娖?，由?MR端 有一個內(nèi)部 250mA的上拉電流， D導(dǎo)通 MR獲得有效低電平， RESET端輸出復(fù)位脈沖，單片機(jī)復(fù)位， 看門狗定時器清零， WDO又恢復(fù)成高電平。 12 （ 4） 手動復(fù)位：如果需要對系統(tǒng)進(jìn)行手動復(fù)位，只要按下手動復(fù)位按鈕，就能對系統(tǒng)進(jìn)行有效的復(fù)位。 分控制器的電路設(shè)計 分控制器采用 低檔型的 AT89C2051單片機(jī)作為微處理器， AT89C2051也是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 2K bytes的可反復(fù)擦寫的 Flash只讀程序存儲器和 128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，具有 15線可編程 I/O口，該單片機(jī)具有體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、性價比較高等特點。 分控制器系統(tǒng)的外圍接口電路由晶振、實時時鐘芯片、可控硅控制電路、零點檢測電路、看門狗電路 、通信接口電路 等組成。 分控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖 。 30pF30pF1 2 M H zR S T /V pp1R X D /P 2T X D /P 3X T A L 24X T A L 15I N T 0/ P 6I N T 1/ P 7T 0/ P 8T 1/ P 9GND10V C C20P 19P 18P 17P 16P 15P 14P 13P 12P 1189 C 20 51V C C 1R S TS C L KI / OV C C 2X1X2GNDD S 1 3 0 2+ 5V20pF20pF3 2 .7 6 8 K H z+ 5V330Ω330Ω39Ω0 .0 1 u F100Ω+ 5 V7404M O C 3 0 2 11246~ 2 2 0 VB T 1 3 1B A T T E R Y3 . 6 VW D OR E S E TW D IMRV C CGNDM A X 8 1 3 L+ 5VD220nFVIVOGND220nFL M 7 8 0 5123V C C+ 5 V~ 2 2 0 VD1D210V+1 K Ω+ 5 VD3D41 .5 K Ω+ 5 VL M 3 1 1 圖 分控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖 13 時鐘芯片的接口設(shè)計 本系統(tǒng)利用單片機(jī) 89C2051和時鐘芯片 DS1302進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信，讀取和寫入實時數(shù)據(jù)，用于定時控制照明燈具的啟停。 DS1302是美國 Dallas公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，附加 31字節(jié)靜態(tài) RAM，采用 SPI三線接口與 CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā) 方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM數(shù)據(jù)。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小于 31日時可自動調(diào)整。 DS1302與單片機(jī)的連接 僅需要 3根線，即 SCLK、 I/O、 RST。 RST接在 ，此引腳為高電平時，選中該芯片，可對其進(jìn)行操作。串行數(shù)據(jù)線 I/O與串行時鐘線 SCLK分別接在 和 ，所有的單片機(jī)地址、命令及數(shù)據(jù)均通過這兩條線傳輸。在本系統(tǒng)中， 89C2051為主器件， DS1302為從器件，主器件在總線上產(chǎn)生時鐘脈沖、尋址信號、數(shù)據(jù)信號等，而從器件則相應(yīng)接收數(shù)據(jù)、送出數(shù)據(jù)。對 DS1302的每一次讀寫需 16個時鐘脈沖，前 8個脈沖輸入操作地址和讀寫命令。其中位 7必須為 1；位 0為 0時向芯片寫入數(shù)據(jù)，為 1時從芯片讀出數(shù)據(jù)； 位 6～位 1選定芯片中的地址。后 8個脈沖寫入或讀出數(shù)據(jù)。 DS1302采用雙電源系統(tǒng)供電， VCC1在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運用方式下 VCC2連接到備份電源，以便在沒有主電源的情況下能保存 時間 信息 以及數(shù)據(jù)。 DS1302由兩者中的較大者供電。當(dāng) VCC1大于 VCC2+， VCC1給 DS1302供電。當(dāng) VCC1小于 VCC2時， DS1302由 VCC2供電。 這部分電路的設(shè)計采用單片機(jī)的 I/O口灌電流的方法控制可控硅實現(xiàn)開關(guān)與調(diào)光控制， 用光電耦合器 M0C3021作為 可控硅的驅(qū)動器，同時實現(xiàn)強(qiáng)、弱電的隔離。光電耦合器M0C3021通過一個非門與 89C2051的 ， 當(dāng)此腳輸出高電平時，將會封鎖住MOC3021，使雙向可控硅 BT131不導(dǎo)通，這樣就會使照明燈關(guān)閉；當(dāng) ，使光電耦合器 MOC3021打開驅(qū)動雙向可控硅 ，從而將雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通，這樣就開啟了所要控制的照明燈。對于照明燈的亮度調(diào)節(jié)，這里采用 PWM（ Pulse Width Modulation）方式 ,即脈沖寬度調(diào)制的簡稱， PWM是一種周期一定而高低電平的占空比可以調(diào)制的方波信14 號，當(dāng)輸出 脈沖周期一定時，輸出脈沖的占空比越大相對應(yīng)的輸出有效電壓越大。在一個周期內(nèi)的脈沖寬度（導(dǎo)通時間） 為 T1，周期為 T，波形如圖 。 [3] T 1T 2T 圖 脈沖波形圖 則輸出電壓的平均值為： U=VCC T1/T=α VCC 其中α =T1/T（正脈沖的持續(xù)時間與脈沖周期的比值）稱為占空比，α的變化范圍為 0≤α≤ 1， VCC為電源電壓 。 當(dāng)電源電壓 VCC不變的情況下，輸出電壓的平均值 U取決與占空比α的大小，改變α的大小就可 以改變輸出電壓的平均值 ，這就是 PWM的工作原理。燈泡的亮度與加在燈泡兩端的電壓成比例 ，而燈泡兩端的電壓與可控硅的導(dǎo)通角成比例，這樣通過調(diào)節(jié) PWM信號的占空比來控制可控硅的導(dǎo)通角 。因此占空比越大，燈泡就越亮，當(dāng)占空比α =1時，燈泡的亮度最高。 由于 89C2051單片機(jī)沒有 PWM信號輸出功能，所以在這里采用單片機(jī)定時器配合軟件的方法來實現(xiàn) PWM信號的輸出。 使用 PWM方法 進(jìn)行可控硅控制時，調(diào)制頻率不能低于市電頻率，因為當(dāng)頻率低于 50Hz時，超過了人眼視覺暫留效應(yīng)， 用于調(diào)光將產(chǎn)生閃爍的現(xiàn)象。當(dāng)調(diào)制頻率大于市 電頻率，可控硅將處于連續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)而不能達(dá)到調(diào)壓的目的，因此必須使用過零檢測作為觸發(fā)可控硅的基點。在本系統(tǒng)中 所使用的過零檢測電路如圖 ，先由一個變壓器將市電電壓轉(zhuǎn)換15 成 10V左右的電壓，經(jīng)過整流、穩(wěn)壓后可作為系統(tǒng)工作電源，同時將變壓器次級的同名端引出一根線連接到比較器 LM311的正輸入端 ，用以檢測交流電的過零點，然后將過零信號送給單片機(jī)的 。 當(dāng)檢測到交流電的過零點時，就去觸發(fā)雙向可控硅，同時通過 PWM信號的輸出控制雙向可控硅的導(dǎo)通時間，最終達(dá)到控制燈泡亮度 的目的。 RS485通信電路 的設(shè)計 本系統(tǒng)的有線通信方式采用 RS485總線 進(jìn)行通信， RS485標(biāo)準(zhǔn)支持 半雙工通信 ， 只需 三根線就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，同時具有抑制共模干擾的能力，接收靈敏度可達(dá)177。200mV，大大提高了通信距離，在 100K bps速率下通信距離可達(dá) 1200m，如果通信距離縮短，最大速率可達(dá) 10M bps。 在這里使用的是主從式通信方式，主機(jī)由主控制器充當(dāng)，從機(jī)為分控制器。主機(jī)處于主導(dǎo)和支配地位，從機(jī)以中斷方式接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，主機(jī)發(fā)送的信息可以傳送到所有的從機(jī)或指定的從機(jī)，從機(jī)發(fā)送的信息只能為主機(jī)接收，從機(jī)之間不能直接通 信。 主機(jī)與從機(jī)的通信電路圖分別如圖 。 ROREDEDI GNDABV C CT L P 5 2 1 4 A5 . 1 K ΩP 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78I N T 113R X D10T X D11X T A L 218X T A L 119T014P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039T1158 9 C 5 1I N T 012R E S E T9RD17WR16E A /V P P31A L E /P30P S E N29V C C40GND20T L P 5 2 1 4 BT L P 5 2 1 4 C+ 5V+ 5V5 . 1 K Ω 5 . 1 K Ω 470Ω+ 5V3 . 3 K Ω3 . 3 K Ω120Ω20Ω20Ω12V7V12V7VM A X 4 8 55 . 1 K Ω5 . 1 K Ω 16 圖 主機(jī)通信電路圖 ROREDEDI GNDABV C CT L P 5 2 1 4 A5 . 1 K ΩT L P 5 2 1 4 BT L P 5 2 1 4 C+ 5V+ 5V5 . 1 K Ω 5 . 1 K Ω 470Ω+ 5V3 . 3 K Ω3 . 3 K Ω120Ω20Ω20Ω12V7V12V7VM A X 4 8 55 . 1 K Ω5 . 1 K ΩR S T /V pp1R X D /P 3. 02T X D /P 3. 13X T A L 24X T A L 15I N T 0/ P 3. 26I N T 1/ P 3. 37T 0/ P 3. 48T 1/ P 3. 59GND10V C C20P 1. 719P 1. 618P 1. 517P 1. 416P 1. 315P 1. 214P 1. 1/ A I N 113P 1. 0/ A I N 012P 3. 71189 C 20 51 圖 從機(jī)通信電路圖 主機(jī)與從機(jī)選用的 RS485通信收發(fā)器芯片為 MAX485， 它是 MAXIM公司生產(chǎn)的用于 RS 485通信的低功率收發(fā)器件， 采用單一電源 +5 V工作，額定電流為 300 μA ，采用半雙工通 信方式。它完成將 TTL電平轉(zhuǎn)換為 RS485電平的功能。 MAX485芯片內(nèi)部含有一個驅(qū)動器和接收器。 RO和 DI端分別為接收器 的輸出和驅(qū)動器的輸入端，與單片機(jī)連接時只需分別與單片機(jī)的 RXD和 TXD相連即可； RE和 DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng) RE端 為邏輯 0時，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng) DE端 為邏輯 1時，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因為 MAX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個管腳控制這兩個引腳即可 ，主機(jī) 與從機(jī)分別 使用 控制 ； A端和 B端分別為接收和發(fā)送的差分信號端 ,當(dāng) A引腳的電平高于 B時，代表發(fā)送的數(shù)17 據(jù)為 1；當(dāng) A的電平低于 B端時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 0。 在進(jìn)行通信時 只需要一個信號控制MAX485的接收和發(fā)送即可。同時 將 A和 B端之間加匹配電阻， 這里 選 用 120Ω 的電阻。 為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，采用光電耦合器 TLP521對通信系統(tǒng)進(jìn)行光電隔離。從機(jī)使用單片機(jī)的 MAX485的工作狀態(tài)，平時置 ，使從機(jī)串行口處于偵聽狀態(tài) 。 當(dāng)有串行中斷產(chǎn)生時判別是否是本機(jī)號，若為本機(jī)地址則置 平，發(fā)送應(yīng)答信息，然后再置 ， 繼續(xù)保持 ，使串行收發(fā)器處于接收狀態(tài) ； 若不是本機(jī)地址，使 ，使串行收發(fā)器處于接收偵聽狀態(tài)。 無線數(shù)傳電路的設(shè)計 無線數(shù)據(jù)傳輸需要通過無線數(shù)傳模塊來實現(xiàn)。本系統(tǒng)選用的是上海桑銳電子科技有限公司生產(chǎn)的 SRWF1型微功率 無線數(shù)傳模塊。 該模塊的通信信道是半雙工的，最適合點對多點的通信方式。單片機(jī)與無線數(shù)傳模塊之間可以進(jìn)行信息的傳送與回饋，即所謂的雙向通