【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 計(jì)的重要環(huán)節(jié)。本章從人們對(duì)器功能需求出發(fā)，在綜合考慮各種因素的情況下，設(shè)計(jì)出自動(dòng)控制器的總體構(gòu)架，并且在基本功能需求的基礎(chǔ)上盡可能考慮器的可擴(kuò)展性。 一、系統(tǒng)基本功能 A、手動(dòng)控制狀態(tài)：此功能使自動(dòng)窗簾控制器具有手動(dòng)拉開、關(guān)閉和停止功能。 B、半自動(dòng)控制狀態(tài)：此功能是在要打開或者關(guān)閉窗簾的時(shí)候，通過“開”或“關(guān)”按鍵，窗簾在電機(jī)的帶動(dòng)下可以 自動(dòng)開閉。 C、亮度自動(dòng)控制：此功能是利用設(shè)定的光照強(qiáng)度自動(dòng)完成窗簾的打開或者 6 關(guān)閉，真正實(shí)現(xiàn)黑天關(guān)閉，白天打開的功能。 D、時(shí)間自動(dòng)控制：此功能根據(jù)用戶需要，設(shè)定需要開閉窗簾的時(shí)間，通過輸入的開啟或關(guān)閉時(shí)間，控制窗簾開關(guān)。 二、控制器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 自動(dòng)窗簾控制器設(shè)計(jì)的總體框圖如圖 23 所示： 圖 23 電動(dòng)窗簾控制器結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)光照來開閉窗簾主要原理是用光敏電阻采集外界的光強(qiáng)度，從光傳感器采集的信號(hào)利用信號(hào)校正電路放大，濾波后輸入到 A/D轉(zhuǎn)換器，由于 A/D轉(zhuǎn)換器件的轉(zhuǎn)換需要一定時(shí)間，一旦在這段時(shí)間內(nèi)信號(hào)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)換結(jié)果將會(huì)出現(xiàn)偏差，所以在轉(zhuǎn)換期間要應(yīng)該采用采樣保持電路。傳入的信號(hào)由 89C51單片機(jī)來控制，并且做出響應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止。顯示模塊是用來顯示自動(dòng)窗簾控制器的各種狀態(tài)。鍵盤作為輸入設(shè)備，通過不同按鍵來控制單片機(jī)進(jìn)行各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。 7 第三章 硬件分析與設(shè)計(jì) 第一節(jié) 電源電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)正常工作電壓為 5V，因此設(shè)計(jì)的電源電路主要是提供單片機(jī)工作電壓。圖 4 是為單片機(jī)提供電壓的電源電路。在這個(gè)電路中采用了三端集成穩(wěn)壓器 LM7805，可以輸出 5V 的直流電壓以供給單片機(jī)。 圖 31 電源電路圖 三端集成穩(wěn)壓器 LM7805，總共有三條引腳，分別是輸入端、接地端和輸出端。用 LM78\LM79 系列三端穩(wěn)壓器來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路 ，使用起來可靠、方便。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 5 所示。 圖 32 LM7805內(nèi)部示意圖 8 第二節(jié) 89C51 單片機(jī)及相關(guān)電路 一、 89C51 單片機(jī)概述 單片機(jī)是將中央處理器（ CPU）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（ RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ ROM 或 EPROM）、定時(shí)器芯片和一些輸入 /輸出接口電路集成在一個(gè)芯片上的微控制器。 AT89C51 單片機(jī)是低功耗、高性能的 CMOS 8 位單片機(jī)，片上帶有 8K Flash 存儲(chǔ)器，且允許在器改寫或用編程器編程。其 主要參數(shù)有 ： 圖 33 AT89C51 引腳圖 A、 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 。 B、全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz。 C、 128*8 位內(nèi)部 RAM。 D、 32 可編程 I/O 線 。 E、兩個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 。 F、 5 個(gè)中斷源 。 G、低功耗的閑置和掉電模式 。 H、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 。 9 二、晶振電路 電路中的晶振即石英晶體震蕩器。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器是用來產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率的。通過基準(zhǔn)頻率來控制電路中的頻率的 準(zhǔn)確性。同時(shí)，它還可以產(chǎn)生振蕩電流，向單片機(jī)發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)。 圖 34 是單片機(jī)的晶振電路。片內(nèi)電路與片外器件就構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路， CPU的所有操作均在時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在 ～ 24MHz 之間選取。 C C2 是反饋電容，其值在 20pF～ 100pF 之間選取，典型值為 30pF。本電路選用的電容為 30pF，晶振頻率為 12MHz。 振蕩周期＝ 圖 34 單片晶振電路圖 三、復(fù)位電路 復(fù)位電路的主要功能是使單片機(jī)進(jìn)行初始化，在初始化的過程中需要在復(fù)位引腳上加 大于 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平。復(fù)位后的單片機(jī)地址初始化為 0000H，然后繼續(xù)從0000H 單元開始執(zhí)行程序。在復(fù)位電路中提供復(fù)位信號(hào)，等到器電源穩(wěn)定后，再撤銷復(fù)位信號(hào)。但是為了在復(fù)位按鍵穩(wěn)定的前提下，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防在按鍵過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。圖 35 所示的 RC 復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能。 10 圖 35 復(fù)位電路圖 四、時(shí)鐘電路 DS12887 芯片和 AT89C5l 單片機(jī)的接口電路如圖 36 所示： 圖 36 時(shí)鐘電路圖 其中 DS12887的模式通過選擇腳 MOT接地 來確定， DS12887的中斷輸出端 IQR和 11 89C51的外部中斷 INT0接 口相聯(lián) ， R/W 接口與單片機(jī) 89C51的 RD/WR接口相連；而DS12887的 AS端口和單片機(jī) 89C51的 AIE端直接相聯(lián)。 DS12887的 SQW端與單片機(jī) 89C51的 TO端相連。 DS12887的高位地址由端口 P2． 7來片選， DS12887的高 8位地址設(shè)定為 7FH，低 8位由芯片內(nèi)部各單元的地址來定。 DS12887內(nèi)部由振蕩電路，分頻電路 ，周期中斷 /方波選擇電路， 14字節(jié)時(shí)路，電源開關(guān)寫保護(hù)單元和內(nèi)部鋰電池等部分組成。 DS12887引腳分配如圖所示： 圖 37 DS12887引腳分配圖 五、鍵盤電路 在窗簾控制器設(shè)計(jì)中的鍵盤采用的是 4 4 矩陣鍵盤。這 16 個(gè)按鍵分別為：設(shè)定鍵主要是用來設(shè)定自動(dòng)窗簾打開或者關(guān)閉的時(shí)間； 09 數(shù)字鍵，其作用主要是用于設(shè)定時(shí)間；復(fù)位鍵主要應(yīng)用在程序出錯(cuò)以及誤操作的時(shí)候使單片機(jī)復(fù)位，從而重新設(shè)定；反轉(zhuǎn)鍵是使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，控制窗簾關(guān)閉；正轉(zhuǎn)鍵是使步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，從而控制窗簾打開；停止鍵可以控制步進(jìn)電機(jī)停止工作，窗簾控制器停止運(yùn)行；確定鍵主要是用于在時(shí)間設(shè)定完成后的確定輸入。 12 圖 38 鍵盤接口電路 六、顯示電路 顯示電路主要是用于顯示時(shí)間。采用 LED 數(shù)碼管進(jìn)行顯示是因?yàn)?LED 數(shù) 碼管具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： (1)能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，能與 CMOS、 ITL 電路兼容。(2)發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短 ( s)，高頻特性好，單色性好，亮度高。 (3)體積小，重量輕，抗沖擊性能好。 本設(shè)計(jì)采用的是 4 位 LED 數(shù)碼管的串行驅(qū)動(dòng)電路來達(dá)到顯示的目的。驅(qū)動(dòng)器采用74LS164，由單片機(jī) 89C51 的 和 來控制 LED 數(shù)碼管的顯示。顯示電路圖如39 所示。 13 圖 39 顯示電路 74LS164 是 8 位串行輸入，并行輸出的移位寄存器。其引腳及各個(gè)引腳的作用如下圖 310 所示： 14 圖 310 74LS164 引腳圖 表 31 74LS164引腳說 明 七、 A\D 轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)換的作用是進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出。 ADC0809 的 主要特性有： A、 8 路輸入通道， 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8 位。 符號(hào) 引腳 說明 DSA 1 數(shù)據(jù)輸入 DSB 1 數(shù)據(jù)輸入 Q0~Q3 3~6 輸出 GND 7 地 (0 V) CP 8 時(shí)鐘輸入（低電平到高電平邊沿觸發(fā)） /MR 9 中央復(fù)位輸入（低電平有效） Q4~Q7 10~13 輸出 VCC 14 正電源 15 B、具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕? C、 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μ s(時(shí)鐘為 640kHz 時(shí) )， 13