【正文】 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 22 頁 共 50 頁 LED 顯示模塊 由于數(shù)碼管靜態(tài)顯示需要 IO 端口過多，所以就采用動(dòng)態(tài)顯示，靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn) LED 顯示亮度溫度，容易調(diào)節(jié)，編程容易，工作時(shí)占用 CPU 時(shí)間短。這個(gè)是動(dòng)態(tài)顯示不具備的，但是動(dòng)態(tài)顯示明顯的減少了數(shù)據(jù)端口，編程只是相對(duì)靜態(tài)顯示而言復(fù)雜，與整體程序相比還是很簡單的，主要是占用了大量 CPU 時(shí)間，在一些復(fù)雜的程序里還是不建議使用 ，如果需要的話可以另加芯片驅(qū)動(dòng)，減輕單片機(jī)的運(yùn)作負(fù)擔(dān)。 LED 顯示模塊的流程圖如圖 圖 LED 顯示模塊 其對(duì)應(yīng)編寫的程序 敘述 如下： 該流程圖是四位 LED 顯示程序的流程圖，先將最低位地址給變量，設(shè)定一個(gè)四位循環(huán)，通過變量把最低位地址給 P0 位選口，從顯示緩沖單元的數(shù)據(jù)中查出字段碼表，賦給 P2 口進(jìn)行顯示， 將位地址進(jìn)行移位處理，準(zhǔn)備顯示下 1 位，設(shè)定延時(shí)函數(shù)，延時(shí)使每位顯示約 1ms,在熄滅數(shù)碼管，如此反復(fù)循環(huán)。 每一位顯示的時(shí)間需要自己估計(jì)，太長太短都不是太合適，由于是循環(huán)顯示， 片選端循環(huán)選擇，如果外界有干擾容易顯示錯(cuò)誤代碼。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 23 頁 共 50 頁 鍵盤掃描模塊 一般把鍵盤掃描程序設(shè)計(jì)成子程序，以便其它各程序調(diào)用。程序設(shè)計(jì)通常采用查詢法。假設(shè)鍵盤掃描子程序的名稱為 key_scan，則鍵盤掃描子程序 key_scan 應(yīng)具有以下功能： （ 1）判定有無按鍵動(dòng)作； （ 2）去抖動(dòng)； （ 3）確認(rèn)是否真正有閉合鍵； （ 4）計(jì)算并保存閉合鍵鍵碼； （ 5）判定閉合鍵是否釋放； （ 6）恢復(fù)閉合鍵鍵碼。 其中鍵的閉合與否，反應(yīng)在口線的電平上，即口線的電平是呈現(xiàn)高電平還是低電平狀態(tài)。 因此，可以通過口線電平高、低狀態(tài)的檢測，來確認(rèn)按鍵是否按下。但是如果在觸點(diǎn)顫動(dòng)的時(shí)候檢測按鍵是否通斷，這樣會(huì)導(dǎo)致判斷出錯(cuò)，也就是說按下或釋放一次按鍵被認(rèn)為是多次操作，產(chǎn)生錯(cuò)誤，不應(yīng)該出現(xiàn)這種現(xiàn)象。為了把因?yàn)闄C(jī)械抖動(dòng)而引起的錯(cuò)誤檢測減少，確保單片機(jī)對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵，必須采取去抖動(dòng)措施。 對(duì)于消除按鍵抖動(dòng)的措施，具體措施可從硬件、軟件兩方面予以考慮。在鍵數(shù)較少時(shí)，可采用硬件去抖，而當(dāng)鍵數(shù)較多時(shí)，采用軟件去抖。軟件措施：在第一次檢測到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí) 10ms 的子程序，之后，再次檢測該鍵的電平狀 態(tài)，如果該鍵電平仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)為真正有鍵按下。否則，認(rèn)為無鍵按下；同理，在檢測到該鍵釋放后，也應(yīng)采用相同的步驟進(jìn)行確認(rèn)，從而可消除抖動(dòng)的影響。 程序流程圖如圖 ： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 24 頁 共 50 頁 圖 程序流程圖 其對(duì)應(yīng)編寫的程序敘述如下： P1 口低四位為行輸入，高四位為列輸入，先將 P1 口低四位置 1，處于高電平，高四位為 0，處于低電平，變量 key 默認(rèn)無按鍵操作值，將 P1 口狀態(tài)進(jìn)行判斷，和 0x0f相與，看低四位是否處于低電平狀態(tài)，是否有鍵按下，按下就是低電平，如果有鍵按下，延時(shí)去 15ms 左右。去抖動(dòng)后對(duì) P1 口低 四位進(jìn)行再次判斷，看是否有鍵按下。有鍵按下后，將起始列 初始值賦給變量 a，對(duì)列狀態(tài)進(jìn)行四次掃描比較，如果該列對(duì)應(yīng)行有鍵按下，就讀取鍵值，然后列地址進(jìn)行移位，進(jìn)行循環(huán)。接著判斷鍵是否松開，再將變量值進(jìn)行比較，將對(duì)應(yīng)數(shù)值給變量 key。 門禁系統(tǒng)模塊 如圖 42 為按鍵功能流程圖，在按鍵當(dāng)中，有與進(jìn)門密碼、門常開密碼、門常閉密碼、取消密碼的程序相對(duì)應(yīng)的按鍵，并按順序與輸入的數(shù)相比較，當(dāng)輸入正確時(shí)，進(jìn)入密碼程序，錯(cuò)誤時(shí)進(jìn)行清除，輸入兩次新密碼正確時(shí)，可進(jìn)行重新設(shè)置密碼，最后確認(rèn)程序。 程序流程圖如圖 所示： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 25 頁 共 50 頁 圖 按鍵功能流程圖 其對(duì)應(yīng)編寫的程序敘述如下： 對(duì)鍵盤掃描后的鍵值與各個(gè)功能密碼進(jìn)行比較，首先是與進(jìn)門密碼進(jìn)行比較，密碼是四位，四次循環(huán)判斷，如果與開門密碼不相同，則標(biāo)志置 1。若是與開門密碼相同，則進(jìn)入開門子程序，顯示“ OPEn” 3s；如果不等于開門密碼，就與門常開密碼進(jìn)行比較，密碼是四位，四次循環(huán)判斷，如果與門常開密碼不同，則標(biāo)志置 1。若是與門常開密碼相同，顯示“ OPEn” 3s；如果不等于門常開密碼，就與門常閉密碼進(jìn)行比較，密碼是四位，四次循環(huán)判斷，如果與門常閉密碼不同，則標(biāo) 志置 1。若是與門常閉密碼相同，顯示“ CLOE” 3s；如果不等于門常閉密碼，就與取消門狀態(tài)密碼比較，密碼是四位，四次循環(huán)判斷，如果與取消門狀態(tài)密碼不同，則標(biāo)志置 1。若是與取消門狀態(tài)密碼相同，顯示“ CLEn” 3s；若與這些功能密碼都不同，就是錯(cuò)誤密碼，顯示“ Errr” 3s。 紅外和驅(qū)動(dòng)模塊 本設(shè)計(jì)紅外模塊是用外部中斷來實(shí)現(xiàn)的，這樣有利于將紅外模塊的 PCB 板和主要電路的 PCB 板分開，方便電路板的腐蝕印制。而驅(qū)動(dòng)模塊也是相同，與其它兩個(gè)模塊分開搭建，只是用跳線與主板連接。紅外模塊是自接 5V 電源，輸出 高電平，紅外模塊 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 26 頁 共 50 頁 程序主要是接收到高電平后經(jīng)過反相器低電平觸發(fā)，進(jìn)入紅外中斷程序，讓電機(jī)反轉(zhuǎn)，經(jīng)過一點(diǎn)時(shí)間后正轉(zhuǎn)關(guān)閉。 據(jù)此得到紅外中斷的流程圖，如下圖 圖 紅外中斷流程圖 其對(duì)應(yīng)編寫的程序敘述如下： 紅外模塊采取中斷的形式，當(dāng)端口接收到低電平信號(hào)時(shí)，就進(jìn)入中斷模塊，驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)，將 P34 置 1， P35 置 0， P36 置 1。進(jìn)入循環(huán)，判斷行程限位開關(guān)是否置 0，如果為 0，表明電機(jī)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)門到極限，需要停止，就將電機(jī)剎停，延時(shí)一段時(shí)間后，電機(jī)停止。等待人過后，幾秒鐘，電機(jī)驅(qū)動(dòng)正轉(zhuǎn)， P34 置 1， P35 置 1， P36 置 0，同樣判斷行程限位開關(guān)是否置 0，如果為 0，表明電機(jī)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)門到極限，需要停止，就將電機(jī)剎停，延時(shí)一段時(shí)間后，電機(jī)停止。這樣紅外控制就結(jié)束。 驅(qū)動(dòng)模塊的建立是為了在進(jìn)行紅外中斷程序和門禁系統(tǒng)程序時(shí)，能對(duì)自動(dòng)門進(jìn)行開合的操作，它是利用驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，通過控制線來控制，給芯片不同的運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)，進(jìn)行自動(dòng)門的開啟和關(guān)閉。它的流程與紅外模塊相似，不進(jìn)行詳細(xì)說明。 本章小結(jié) 軟件的設(shè)計(jì)是逐步的，我是分模塊設(shè)計(jì)的，先是設(shè)計(jì)出鍵盤掃描和顯示模塊的子程序，對(duì)它們分別編譯， 需要注意的是，對(duì)于鍵盤和顯示模塊的軟件設(shè)計(jì)十分需要注意它們的端口，順序不能弄錯(cuò)，然后設(shè)計(jì)門禁系統(tǒng)，這個(gè)程序模塊的設(shè)計(jì)非常需要注意邏輯順序，不然容易出現(xiàn)顯示錯(cuò)誤的問題，有時(shí)候會(huì)顛倒顯示，紅外模塊我是利用外部中斷 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 27 頁 共 50 頁 來實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)模塊問題主要是集中在和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的銜接上，在紅外程序中需要包含一部分驅(qū)動(dòng)程序，這個(gè)是函數(shù)嵌套的層數(shù)問題。驅(qū)動(dòng)模塊相對(duì)簡單，主要是通過控制線對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 28 頁 共 50 頁 4 軟件仿真與分析 程序軟件調(diào)試 軟件的調(diào)試主要分兩個(gè)步驟，程序是在 keil軟件上調(diào)試，就像電路板的制作一樣，程序也是采取 模塊的形式進(jìn)行調(diào)試，將各個(gè)功能模塊先分別調(diào)試成功后再進(jìn)行程序的總調(diào)。 對(duì)于各個(gè)功能的子模塊，要一步一步的調(diào)試。設(shè)置正確的初始條件，利用 KEIL 軟件的單步調(diào)試和斷點(diǎn)調(diào)試，看各個(gè) I/O 端口的狀態(tài)，同時(shí)還可以查看寄存器的所對(duì)應(yīng)的值。最終看程序的運(yùn)行結(jié)果與預(yù)期的結(jié)果是否相同，是否有一些書寫錯(cuò)誤、邏輯錯(cuò)誤和設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，如果所有的功能模塊都與預(yù)想的相同，就把所以的模塊組合在一起，進(jìn)行整體的調(diào)試， 這個(gè)階段若有故障 ,可以考慮各子程序運(yùn)行時(shí)是否破壞了現(xiàn)場 ,緩沖單元、工作寄存器是否發(fā)生沖突 ,標(biāo)志位的建立和清除是否有誤 ,堆棧區(qū)是否 有溢出 ,輸入設(shè)備的狀態(tài)是否正常等等 ,若用者系統(tǒng)是在開發(fā)機(jī)的監(jiān)控程序下運(yùn)行時(shí) ,還要考慮用者緩沖單元是否和監(jiān)控程序的工作單元發(fā)生沖突。 在軟件調(diào)試全部完成后，通過 keil 軟件生成 .hex 文件，通過下載器下載到 51 單片機(jī)中，給單片機(jī)加上電源就可以運(yùn)行了。 仿真軟件介紹和調(diào)試 由于設(shè)計(jì)是用 C51 系列的單片機(jī)，所以可以用 Proteus 很方便的仿真。 Proteus 是世界上著名的 仿真軟件 ，從原理圖布圖、代碼 調(diào)試到 單片機(jī) 與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將 電路仿真 軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持805 HC1 PIC、 8086和 MSP430等，在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil和 MATLAB等多種 編譯器 。 所以在硬件和軟件都能實(shí)現(xiàn)的條件下，利用 Proteus 和 keil 軟件相聯(lián)合進(jìn)行仿真，通過在連接硬件和軟件的基礎(chǔ)上，驗(yàn)證所要設(shè)計(jì)的功能，最后終于實(shí)現(xiàn)帶有門禁系統(tǒng)的自動(dòng)門的功能。 在實(shí)際的仿真電路設(shè)計(jì)中，我出現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，有硬件電路的不完善，軟件程序的邏輯問題等。比如在硬件上，由于不熟悉單片機(jī)的上拉電阻和電壓，在矩陣鍵盤上盲目的加了上拉電阻和電源，發(fā)現(xiàn)單片機(jī)無法采集信號(hào)，通過結(jié)合程序和硬件分析，發(fā)覺這個(gè)上 拉電阻并不需要。在仿真軟件元器件的擺放上也要一絲不茍，由于對(duì)元器件名稱縮寫的不熟悉，導(dǎo)致數(shù)碼管共陰共陽選錯(cuò)，雖然自己理所當(dāng)然的認(rèn)為正確了， 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 29 頁 共 50 頁 到那時(shí)在仿真是總是出現(xiàn)亂碼無法查出原因，花費(fèi)了好多時(shí)間，走了好多彎路以后才找出這個(gè)基本的問題。 Proteus 仿真圖如下圖所示： 此圖 是仿真外面的人員進(jìn)入內(nèi)部，輸入密碼的開門系統(tǒng)，電機(jī)反轉(zhuǎn)開門，一段時(shí)間后正轉(zhuǎn)關(guān)門。門常開系統(tǒng)是將門打開后不關(guān)閉，處于常開的狀態(tài)，仿真效果圖與門開系統(tǒng)類似，但是無法再進(jìn)行紅外觸發(fā)。旁邊是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)電平上升的示意圖。 圖 Proteus 仿真圖 下圖 是門常閉狀態(tài)下的仿真圖，它是將門常閉，相當(dāng)于鎖門，數(shù)碼管上顯示“ CLOE”旁邊是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)電平上升的示意圖。 圖 Proteus 仿真圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 30 頁 共 50 頁 圖 是紅外裝置感應(yīng)到人體仿真圖，紅外裝置用方波脈沖代替，這樣電機(jī)就會(huì)啟動(dòng)，因?yàn)殡姍C(jī)一直處于全速運(yùn)轉(zhuǎn)，所以一直是高電平。 圖 Proteus 仿真圖 圖 是清除門常開和常閉狀態(tài)的仿真效果，這就是門常開常閉后的開門密碼，輸 入密碼后，自動(dòng)門恢復(fù)常態(tài)，正常開合門。 圖 Proteus 仿真圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 31 頁 共 50 頁 本章小結(jié) 仿真在單片機(jī)的設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，它既是對(duì)硬件電路的檢測，也是對(duì)軟件系統(tǒng)的直觀反應(yīng)，對(duì)于硬件系統(tǒng)，如果有電阻或者電容設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，我們可以從仿真圖端口上直接看出高低電平，而不用去用萬用表測量它，從而方便對(duì)電路進(jìn)行改進(jìn)。仿真對(duì)于軟件的作用還在硬件之上，我們的程序設(shè)計(jì)中總是會(huì)出現(xiàn)一些細(xì)小的我們平時(shí)設(shè)計(jì)中忽略的錯(cuò)誤，從仿真中可以一眼看出程序設(shè)計(jì)時(shí)的邏輯問題，對(duì)于端口的狀態(tài)更是直觀明了?？梢酝ㄟ^仿真觀察錯(cuò)誤，不斷的修改程序中的瑕疵。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 32 頁 共 50 頁 5 硬件搭建與實(shí)現(xiàn) 硬件的 搭建是對(duì)設(shè)計(jì)總體的檢測，在仿真的基礎(chǔ)上真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門的開合，在硬件的搭建過程中總是會(huì)有一系列的問題，這就需要我們反復(fù)檢查和調(diào)試，有時(shí)甚至是設(shè)計(jì)上有問題，那就需要重新制作，只有實(shí)踐才是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。 PCB制作 (1)打印電路板。將繪制好的電路板用轉(zhuǎn)印紙打印出來，注意滑的一面面向自己，一般打印兩張電路板，即一張紙上打印兩張電路板。在其中選擇打印效果最好的制作線路板。 (2)裁剪覆銅板 ,用感光板制作電路板全程圖解 。覆銅板，也就是兩面都覆有銅膜的線路板，將覆銅板裁成電路板的大小，不要過 大，以節(jié)約材料。 (3)預(yù)處理覆銅板。用細(xì)砂紙把覆銅板表面的氧化層打磨掉，以保證在轉(zhuǎn)印電路板時(shí)，熱轉(zhuǎn)印紙上的碳粉能牢固的印在覆銅板上，打磨好的標(biāo)準(zhǔn)是板面光亮，沒有明顯污漬。 (4)轉(zhuǎn)印電路板。將打印好的電路板裁剪成合適大小，把印有電路板的一面貼在覆銅板上，對(duì)齊好后把覆銅板放入熱轉(zhuǎn)印機(jī)，放入時(shí)一定要保證轉(zhuǎn)印紙沒有錯(cuò)位。一般來說經(jīng)過 23 次轉(zhuǎn)印，電路板就能很牢固的轉(zhuǎn)印在覆銅板上。熱轉(zhuǎn)印機(jī)事先就已經(jīng)預(yù)熱，溫度設(shè)定在 160200 攝氏度，由于溫度很高，操作時(shí)注意安全！ (5)腐蝕線路板 ,回流焊機(jī)。先檢查一下電 路板是否轉(zhuǎn)印完整，若有少數(shù)沒有轉(zhuǎn)印好