【導讀】水平和節(jié)約能源為目的，設計了該單片機控制的照明系統(tǒng)。動、手動控制的設計原理與實現(xiàn)方法。以設計過程為主線，分別從硬件和軟件兩方面描。本文設計了一個基于AT89S52單片機的教室照明控制器系統(tǒng)。系統(tǒng)組成包括人體檢。測電路、環(huán)境光采集電路、時鐘電路、聲光報警電路等。文中采用HP-208人體傳感器。警，并通過LED顯示教室燈光的狀態(tài)。依據(jù)流程圖思路條理，編制控制程序，從而實現(xiàn)教室照明回路的控制。文還考慮了保證教室照明控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行所采取的抗干擾措施。

　　

【正文】 鐘。時鐘 /RAM 的讀 /寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達 31 個字節(jié)的字符組方式通信。 DS1302 工作時的功耗很低，保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時的功率小于1mW。 DS1302 是 DS1202 的升級產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源 /后背電源雙電源引腳 ， 同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。 DS1302 的引腳排列如圖214 所示。 （ 3） DS1302 引 腳結(jié)構(gòu)及功能描述 Vcc2：主電源，一般接 電源。 Vcc1：備份電源，一般接 可充電電池。 X1 和 X2：晶振引腳，接 ，通常該引腳還要外接補償電容。 GND：電源接地端，接主電源及備份電源的地端。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 15 頁 共 45 頁 圖 215 DS1302 內(nèi)部結(jié)構(gòu) SCLK：串行時鐘輸入端。 I/O：數(shù)據(jù)輸入 /輸出端。 RST ：復位輸入端。 為了在斷電后硬件時鐘能正常走時，系統(tǒng)時鐘模塊采用雙電源供電方式。 在主電源關閉的情況下， 由后備電源 保持時鐘的連續(xù)運行。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 兩者中的較大者供電。當 Vcc2 大于 Vcc1 時 ， Vcc2 給 DS1302 供電。當 Vcc2 小于 Vcc1 時，DS1302 由 Vcc1 供電。 RST 是復位 /片選線，通過把 RST 輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。 RST 輸入有兩種功能：首先， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當 RST 為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302 進行操作。如果在傳送過程中 RST 置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在 Vcc≥前， RST 必須保持低電平。只有在 SCLK 為低電平時，才能將 RST 置為高電平。 I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端 (雙向 )， SCLK 始終是輸入端 。 （ 4） DS1302 的基本控制操作 串行時鐘芯片主要由寄存器、控制寄存器、振蕩器、實時時鐘以及 RAM 組成 。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 215 所示。 為了初始化任何數(shù)據(jù) 的傳輸 ， RST 引腳信號應由低變高，并且應將 地址和 控制 信息 的 8 位 數(shù)據(jù)（控制字） 裝入 芯片的 移位寄存器 內(nèi) 。 數(shù)據(jù)的讀 /寫可以用單字節(jié)或多字節(jié)的突發(fā)方式進行。所有的數(shù)據(jù)應該在時鐘的下降沿變化，而在時鐘的上升沿，在芯片或與之相連的設備進行輸入。 ① DS1302 的控制字節(jié) DS1302 的控制字如 表 23 示。 數(shù) 據(jù)的每次傳輸都是由控制字節(jié)開始的， 控制字節(jié)的最高有效位 (位 7)必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入 DS1302 中，位 6 如果為 0，則表示存取時鐘 /日歷數(shù)據(jù)，為 1 表示存取 RAM 數(shù)據(jù) ； 位 5 至位 1 定義片內(nèi)寄存器的 地址 ； 最低有效位 (位 0)如 果 為 0 表示要進行寫操作，為 1 表示進行讀操作，控制字節(jié) 的傳輸時鐘 總是從最低位開始 的 。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 16 頁 共 45 頁 圖 216 DS1302 數(shù)據(jù)的讀寫時序 表 23 DS1302 的控制字節(jié) D7(MSB) D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0(LSB) 1 RAM/RST A4 A3 A2 A1 A0 RD/W ② DS1302 的 數(shù)據(jù)輸入輸出 (I/O) 對芯片的所有寫入或讀出操作都是由控制字節(jié)為引導的。每次僅寫入或讀出 1B 數(shù)據(jù)的操作稱為單字節(jié)操作。每次對時鐘 /日歷的 8B 或 31 個 RAM 字節(jié)進行全體寫入或讀出操作，稱為多字節(jié)突發(fā)模式操作。向 DS1302 寫入數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)在 控制 字節(jié) 字輸入后的下一個 SCLK 時鐘的上升沿被寫入，數(shù)據(jù)從低位即位 0 開始 寫 入。同樣， 從 DS1302讀取數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)在緊跟 控制字 節(jié) 后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿讀出，從低 位（ 0 位 ）到高位 （ 7 位） 讀出數(shù)據(jù)。 只要 RST 保持高電平，額外的 SCLK 將導致數(shù)據(jù)字節(jié)的持續(xù)讀出，這個特性用于實現(xiàn)該芯片的突發(fā)讀模式。突發(fā)模式下，可以一次行讀出所有日歷時鐘數(shù)據(jù)或 RAM 數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)讀寫時序 如圖 216 所示。 ③ DS1302 的寄存器 DS1302 有 12 個寄存器，其中日歷 /時鐘寄存器 共有秒、分、時、日、月、星期、年 7 個寄存器 ， 存放的數(shù)據(jù)位為 BCD 碼形式 ， 其日歷、時間寄存器及其控制字見表 24。此外， DS1302 還有控制寄存器、 涓流 充電寄存器、時鐘突發(fā) 模式 寄存 器及與 RAM 相關的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 DS1302 與 RAM 相關的寄存器分為兩類：一類是單個 RAM 單元，共 31 個，每 8 位的字節(jié)為一個單元組態(tài)，其命令控制字為 C0H～ FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā) 模式 下的 RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的 RAM 的 31個字節(jié)，命令控制字為 FEH(寫 )、 FFH(讀 )。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 17 頁 共 45 頁 表 24 日歷、時間寄存器及其控制字 寄存器 名稱 命令字 取值范圍 各位內(nèi)容 寫操作 讀操作 7 6 5 4 3 2 1 0 秒寄存器 80H 81H 0059 CH 10SEC SEC 分寄存器 82H 83H 0059 0 10MIN MIN 時寄存器 84H 85H 0112 或0023 12/24 0 10/AP HR HR 日寄存器 86H 87H 0128， 29，30， 31 0 0 10DATE DATE 月寄存器 88H 89H 0112 0 0 0 10M MONTH 周寄存器 8AH 8BH 0107 0 0 0 0 0 DAY 年寄存器 8CH 8DH 0099 10YEAR YEAR （ 5） DS1302 與單片機的接口 DS1302 只有三根線連接到單片機的 、 、 ，控制相對計較容易。其接口示意圖如圖 217 所示。圖中要特別說明的是備用電源，若斷電時間較短（幾小時或幾天），可用漏電較小的普通電解電容代替。但是，如果 DS1302 要在主電源掉電后長時間保證正常走時，最好選用小型充電電池。此外， DS1302 在第一次加電后，必須進行初始操作。初始化后就可按正常方法調(diào)整時間。 聲光報警模塊 工作的壓力，學習的緊張容易造成人們的疏忽。而報警模塊 能適時發(fā)出聲音和燈光提示。一方面向?qū)W生傳達系統(tǒng)關燈時間已到，教室即將關燈，請同學盡快離開這一信息。另一方面，如若系統(tǒng)處于手動控制方式，還能提醒學生或管理人員教室處于亮燈狀態(tài)，記得關閉光源。系統(tǒng)既設置聲音報警電路，又設置燈光報警電路，目的在于提高系統(tǒng)運行的可靠性。 圖 217 DS1302 與單片機接口 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 18 頁 共 45 頁 圖 218 聲音報警電路 圖 219 燈光報警電路 圖 220 人機交換模塊原理圖 聲音報警電路如圖 218 所示。當單片機 引腳輸出為低電平時，蜂鳴器發(fā)聲報警， Q1 起放大作用。 燈光報警電路如圖 219 所示。單片機控制 引腳輸出高低電平 變化 ，燈光通過不斷閃爍來指示報警。 人機交互 模塊 人機交換模塊主要用于自動 /手動控制 LED 顯示。 其原理如圖 220 所示。 鍵盤的結(jié)構(gòu)形式一般有兩種：獨立式鍵盤與矩陣式鍵盤。本設計采用獨立式按鍵。其主要功能是系統(tǒng) 進入 初始化狀態(tài)后，通過按鍵的按下情況 可 判別教室當前所處的控制方式：自動或手動，從而做出相應的操作處理。 自動方式是根據(jù)人體存在、環(huán)境光、時鐘等信號控制 LED 工作。手動方式 完全由 外部手動開關操作控制。其中單刀雙擲開關用于避開自動系統(tǒng)的控制， 自鎖式開關用于接通外部電源地。 此時教室學生或教師可根據(jù)實際需要，手動控制 撥動開關單獨啟停教室 某一區(qū)域的部分或 全部燈具， 控制效果更靈活 方便 。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 19 頁 共 45 頁 開始 系統(tǒng) 初始化 調(diào)用 DS1302 子程序 設定 時鐘初始時間 調(diào)用 0809 子程序 調(diào)用控制子程序 結(jié)束 圖 221 監(jiān)控主程序流程 教室照明系統(tǒng)的軟件設計 在單片機硬件系統(tǒng)的基礎上，再配上相應的軟件，才能構(gòu)成一個完整的 控制 系統(tǒng)。用戶軟件的開發(fā)與系統(tǒng)硬件有著密切的關系。 在照明控制系統(tǒng)中，硬件設備的功能是由軟件來定義的，軟件是計算機系統(tǒng)的靈魂，沒有軟件計算機不能充分發(fā)揮其功能 。軟件設計分 為 主程序和子程序設計兩部分。 在程序設計過程中，關鍵在于程序設計結(jié)構(gòu)的合理性。系統(tǒng)總體采用由上至下，分模塊編程的設計思路。 即 先編寫各個功能模塊 的 子程序，然后進行組合調(diào)整，經(jīng)過調(diào)試后，達到設計要求功能。 系統(tǒng)監(jiān)控主程序設計 監(jiān)控主程序是控制單片機系統(tǒng)按預定操作方式運轉(zhuǎn)的程序，是 單片機控制的教室照明系統(tǒng)的核心部分，其它外圍模塊 一般都需要經(jīng)過監(jiān)控模塊實現(xiàn)其在控制系統(tǒng)中的調(diào)用，是單片機系統(tǒng)程序的框架。 監(jiān)控主程序接受和分析來自鍵盤的命令，進而把控制轉(zhuǎn)到相應的處理程序的入口，起引導作用。監(jiān)控主程序的基本任務是調(diào)用子程序， 并 把 調(diào)用的這些子程序通過條件 連接起來，系統(tǒng) 的 所有功能都在這一循環(huán)中執(zhí)行。 其流程如圖如圖 221 所示。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 20 頁 共 45 頁 穩(wěn)定閉合 按下抖動 理想波形 實際波形 釋放抖動 圖 222 按鍵被按下時電壓的變化 按鍵 掃描 程序 設計 鍵盤是 單片機應用系統(tǒng)中最常用的輸入設備，在單片機應用系統(tǒng)中，操作人員一般都是通過鍵盤向單片機系統(tǒng)輸入指令、地址和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)簡單的人機通信。 （ 1）按鍵檢測原理 單片機檢測按鍵的原理是：單片機的 I/O 口既可作為輸出也可作為輸入使用，當檢測按鍵時用的是它的輸入功能，我們把按鍵的一端接地，另一端與單片機的某個 I/O 口相連，開始時先給 I/O 賦一高電平，然后讓單片機不斷地檢測該 I/O 口是否變?yōu)榈碗娖?，當按鍵閉合時，即相當于該 I/O 口通過按鍵與地相連，變成低電平，程序一旦檢測到 I/O口變?yōu)榈碗娖絼t說明按鍵被按下，然后執(zhí)行相應 的指令。 （ 2）按鍵去抖動的必要性 一般情況下人按按鍵都會有抖動，抖動信號造成鍵盤掃描時會出現(xiàn)一些錯誤的信號，要不就是掃描不進數(shù)據(jù)，要不就是重復輸入很多次數(shù) 。而 從圖 222 可看出，按鍵被按下時，電壓的理想波形與實際波形之間是有區(qū)別的。實際波形在按下和釋放的瞬間都有抖動現(xiàn)象，抖動時間的長短和按鍵的機械特性有關，一般為 5 10ms。 因此 在設計按鍵時需要有一個消除抖動的措施，讓單片機不響應一些相關的抖動信號， 只響應確實存在的按鍵信號。單片機檢測鍵盤的去抖操作，可用專門的去抖電路，亦可 用 去抖 動芯片，但通常我們用軟件延時的方法就能很容易解決抖動問題，因此沒有必要再添加多余的硬件電路。 消除抖動的程序是這樣的。當檢測到一個脈沖信號時，并不立即認為是一次按鍵，而是延時一段時間以后再進行檢測，如果兩次檢測都有信號，那么就認為有一次按鍵動作發(fā)生了。延時的選擇非常重要，太快了，起不到消除抖動的效果，太慢了又讓鍵盤不太靈活，錯過較多的按鍵信號。編寫單片機的鍵盤檢測程序時，一 般在檢測按下時加入去抖延時，檢測松手時就不用加了。 根據(jù)上述按鍵相關信息，所編制的 按鍵檢測流程 如圖 223 所示。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 21 頁 共 45 頁 開始 檢測是否有鍵按下？ 檢測是否有鍵按下？ 檢測按鍵是否釋放？ 圖 223 按鍵檢測流程 N Y N Y N Y 初始化 延時 10ms 執(zhí)行相應代碼