【文章內(nèi)容簡介】 系統(tǒng)的實施工具，大量的工作是由軟件來完成的。這些程序是系統(tǒng)的靈魂，是負(fù)責(zé)完成硬件電路實現(xiàn)功能和與用戶交互的橋梁，是維 護系統(tǒng)正常工作的工具。 主控制器RS 485 接口分控制器RS 485 接口分控制器RS 485 接口分控制器RS 485 接口RS 485 總線89 C 51晶振鍵盤看門狗數(shù)碼顯示及驅(qū)動電路通信接口電路電源常州工學(xué)院計算機學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 5 圖 13 分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)框圖 室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)可以根據(jù)作息時間、氣候、人體等因素全天候自動模糊控制室內(nèi)照明電器的開和關(guān)。做到光線暗時開燈，雨天陰天時開燈，無人時關(guān)燈，光線亮?xí)r關(guān)燈，晴天時關(guān)燈，休息時間關(guān)燈。在確保室內(nèi)正常照明同時，可有效防止無人燈（無人時開燈）﹑無效燈（光線亮?xí)r開燈）、無限燈（休息時間開燈），從而達(dá)到節(jié)電目的 。 根據(jù)上述要求，可以畫出控制系統(tǒng)邏輯功能表，如表 11 所示。 表 11 系統(tǒng)邏輯 關(guān)系 表信號 室內(nèi)光信號 人體信號 時鐘信號 電燈的開關(guān)狀態(tài) 參數(shù) 自然光照度 人體 作息時間 邏 輯 狀 態(tài) 強 無 休息 斷 強 無 上課 斷 強 有 休息 斷 強 有 上課 斷 弱 無 休息 斷 弱 無 上課 斷 弱 有 休息 斷 弱 有 上課 合 如果假 設(shè)：室內(nèi)光線強度為 A：光線弱時 A=1，光線強時 A=0； 人體信號為 B：有人時 B=1，無人時 B=0； 作息時間為 C：上課時 C=1，休息 時 C=0； 電燈開關(guān)狀態(tài)為 D：合時 D=1，斷開時 D=0。 則 表 11 可以轉(zhuǎn)化為表 12。 89 C 51看門狗晶振時鐘電路光信號采集電路人體信號采集電路可控硅控制電路第一章 概述 6 表 12 系統(tǒng)邏輯 真值 表 信號 室內(nèi)光信號 人體信號 時鐘信號 電燈的開光狀況 參數(shù) 自然光信號 人體 作息時間 符號 A B C D 邏 輯 狀 態(tài) 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 由上述的真值表可得出系統(tǒng)邏輯函數(shù)表達(dá)式為： D=A178。 B178。 C第二章 硬件電路設(shè)計與實現(xiàn) 7 第二章 硬件電路設(shè)計與實現(xiàn) 系統(tǒng)硬件總述 系統(tǒng)以單片微型計算機為核心外加多種接口電路組成，共有六個主要部分：AT89C51 芯片、 光信號采集電路、人體信號采集電路、時鐘控制電路 DS1288輸出控制電路、定時監(jiān)視器電路，如圖 21所示。 圖 21 系統(tǒng)硬件總述圖 CPU 性能介紹 本系統(tǒng)采用了 ATMEL 公司 MCS51系列單片機中的 AT89C51 芯片，它是低壓高性能CMOS 8 位微處理器，帶有 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 15 個 I／ O口線，兩個 16 位定時／計數(shù)器， — 個 5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口。 主控制機電路設(shè)計 主控制器 采用 AT89C51 單片機作為微處理器， AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4K bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元。 主控制器系統(tǒng)的外圍接口電路由鍵盤、數(shù)碼顯示及驅(qū)動電路、晶振、看門 狗電路、通信接口電路等幾部分組成。主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如 圖 22 所示。 AT89C51 從機 1 從機n 常州工學(xué)院計算機學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 8 圖 22 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 4179。 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。單片機的 、 口輸出的信號經(jīng) 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。 P 1P 2P 3P 4P 5P 6P 7P 8I N T 113R X D10T X D11X T A L 218X T A L 119T014P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 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第二章 硬件電路設(shè)計與實現(xiàn) 9 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 所示。 MR 與 WDO 經(jīng)過一個二極管連接起來， WDI 接單片機的 口， RESET 接單片機的復(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： （ 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)程序跑飛或死機時， CPU不能在 1． 6s內(nèi)給 出 “喂狗”信號 ， WDO跳變?yōu)榈碗娖剑捎?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，單片機復(fù)位， 看門狗定時器清零， WDO又恢復(fù)成高電平。 （ 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 圖 23 分控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖 分控制器采用低檔型的 AT89C2051單片機作為微處理器， AT89C2051也是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8 位單片機，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，該單片機具有體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、性價比較高等特點。 常州工學(xué)院計算機學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 10 RS485 通信電路的設(shè)計 在各種分布式集散控制系統(tǒng)中，往往采用一臺單片機作為主機，多個單片機作為從機，主機控制整個系統(tǒng)的運行；從機采集信號，實現(xiàn)現(xiàn)場控制；主機和從機之間通過總線相連，如圖 24 所示。主機通過 TXD 向各個從機（點到點）或多個從機（廣播）發(fā)送信息，而各個從機也可以向主機發(fā)送信息，但從機之間不能自由通信，其必須通過主機進(jìn) 行信息傳遞。 圖 24 單片機多機通信連線圖 多機通信時，為了保證通信的可靠性，在點到點通信時，采用了尋址技術(shù)，即主機先發(fā)送一幀地址信息給各個從機，各從機接收到主機發(fā)來的地址信息后，便與本機的地址號相比較。若相同，則開始與主機的通信；若不同，則不理睬主機發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，也不向主機發(fā)送信息。 多機通信時，單片機的串行口只能工作在方式 3。此時單片機發(fā)送或接收的一幀信息都是 11 位， 1位起始位、 9位數(shù)據(jù)位、 1 位停止位，其中第 9 位數(shù)據(jù)發(fā)送或接收是通過 TB8 或 RB8 實現(xiàn)的。當(dāng)主機發(fā)送地址信息時，使 TB8=1， 所有 SM2=1 的從機都將產(chǎn)生中斷，接收此地址信息進(jìn)行比較，其中被主機呼叫的從機的 SM2 位被清“ 0”；主機發(fā)送數(shù)據(jù)信息時，使 TB8=0，僅有 SM2=0 的從機才將產(chǎn)生中斷，接收主機發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)信息，其余從機不予理睬。 針對 RS232 的不足，出現(xiàn)了新的 串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn) RS422，它采用平衡驅(qū)動和差分接收的方法，從根本上消除了地波和共模電磁波的干擾。發(fā)送端相當(dāng)于兩個單端驅(qū)動器，發(fā)送同一個信號時，其中一個驅(qū)動器的輸出永遠(yuǎn)是另一個驅(qū)動器的反相信號。于是兩條線上傳送的信號電平，當(dāng)一條表示邏輯“ 1”時，另一條為邏輯“ 0”。在干擾信號作為共模信號出現(xiàn)時，接收器接收差分輸入電壓，只要接收器有足夠的抗共模電壓工作范圍，就能從地線的干擾中分離出有效信號，正確接收傳送的信息，其最小可區(qū)分 的電位差值。由于 平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比 ， RS422 在 1200 米距離內(nèi)能把速率提高到 100Kb/s；在較短距離內(nèi)，其傳輸速率可高達(dá) 10Mb/s，實現(xiàn)了長距離、高速率下傳輸數(shù)據(jù)。 采用 RS422 實現(xiàn)兩點之間遠(yuǎn)程通信時，需要兩對平衡差分電路形成全雙工傳輸電路。在實際應(yīng)用系統(tǒng)中，往往有多點互連而不是兩點直連，而且大多數(shù)情況下，在任主機 RXD TXD RXD TXD 從機 1 RXD TXD RXD TXD 從機 n ?? 第二章 硬件電路設(shè)計與實現(xiàn) 11 一 時刻只有一個主控模塊（點）發(fā)送數(shù)據(jù)，其他模塊（點）處在接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)，于是便產(chǎn)生了主從結(jié)構(gòu)形式的 RS485 標(biāo)準(zhǔn)。 RS485 只能 按 半雙工 方式 工作， 因此發(fā)送電路必須由使能信號加以控制， 但它只需要一對雙絞線 即可實現(xiàn)多點半雙工通訊。 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，主機由主控制器充當(dāng)，從機為分控制器。主機處于主導(dǎo)和支配地位，從機以中斷方式接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，主機發(fā)送的信息可以傳送到所有的從機或指定的從機，從機發(fā)送的信息只能為主機接收，從機之間不能直接通信。主機與從機的通信電路圖分別如圖 25 與圖 26 所示。 圖 25 主機通信電路圖 ROREDEDI