【導讀】當今高效率的時代要求。方便、快捷、簡單，已經(jīng)成為如今各種燈控系統(tǒng)的研發(fā)目標。燈的亮滅，各個開關(guān)和房間之間彼此獨立。假如房間較大，樓層較高，則必須步行到每。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人類社會迎來了電子信息時代。本文根據(jù)設計任務的要求進行方案設計，并確定出最優(yōu)的設計方案。一種具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作性能可靠等特點的家庭燈控系統(tǒng)。在一個家庭中采用多個控制板連接在總線上。各個控制板間可以互相通信，彼此之間關(guān)。系對等，沒有主從機之分。根據(jù)該設計方案，本設計制作了兩部可供演示的樣機，進一。步證明該設計的實際應用性。結(jié)構(gòu)、相關(guān)電路模塊設計、系統(tǒng)的程序設計及系統(tǒng)擴展。

　　

【正文】 103s=82ms,此時間常數(shù)足以使 RST 在保持為高電平的時間內(nèi)完成復位操作。 串口接口電路 MAX485 是用于 RS422/485 通信的差分平衡收發(fā)器， 由 MAXIM 公司生產(chǎn)。芯片包含一個驅(qū)動器和一個接收器，適用于半雙工通信。其主要特性如下： （ 1） 傳輸線上可連接 32 個收發(fā)器； （ 2） 具有驅(qū)動過載保護； （ 3） 最大傳輸速率為 。 （ 4） 共模輸入電壓范圍為 7V~+12V； （ 5） 工作電流范圍為： 120uA~500uA。 （ 6） 供電電源： +5V。 電路如下圖 所示 ： 圖 串口電路 其中 REDE為使能端，接單片機的 引腳。 第 19 頁 共 46 頁 輸出控制和狀態(tài)顯示電路 電路的輸出控制是將控制量輸出到照明燈以控制其亮滅，在本設計中用 LED 燈作為模擬 ， P2 為輸出端口 ；而狀態(tài)顯示是用 LED 燈顯示當前所控制的燈的亮滅狀況 ，端口為P0。如圖 所示： 圖 輸出和顯示電路 第 20 頁 共 46 頁 4 軟件部分 單片機通信的軟件設計 通信協(xié)議 要想保證通信成功，通信雙方必須有一定的約定。比如，作為發(fā)送方，必須知道什么時候發(fā)送信息，發(fā)什么；對方是否收到，收到的內(nèi)容有沒有錯，要不要重發(fā)；怎樣通知對方結(jié)束等等。在發(fā)送與接收方之間的這些約定，就叫通信協(xié)議，必須在編程前確定下來。只有雙方遵守了這些規(guī)定，才能正確交換信息和數(shù)據(jù)。單片機與 單片 機之間的通信協(xié)議為： 波特率： 9600bit/s； 信息格式： 1 位起始位（低電平）， 8 位數(shù) 據(jù)位， 1 位 可編 程的第 9位 ， 1位停止位（高電平）。 傳送方式：采用中斷接收，查詢發(fā)送； （ 1）首先使所在單片機的 SM2 位置 1，處于只接收地址幀的狀態(tài)。 （ 2） 主機先 發(fā)送一幀地址信息。其中前 8位為地址，第 9位為地址 /數(shù)據(jù)信息的標志位。該位置 1 表示該幀為地址信息。 （ 3）從機接收到地址幀后，各自將接收的地址與本機的地址比較。對于地址相符的那個那從機，使 SM2 位清 0，以接收主機隨后發(fā)來的所有信息；對于地址不符的從機，仍保持 SM2=1，對主機隨后發(fā)來的數(shù)據(jù)不理睬，直到發(fā)送新的地址幀。 （ 4）當從機發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束后，置第 9位（ TB8）為 1，作為從機數(shù)據(jù)傳送結(jié)束標志。 （ 5）主機接收數(shù)據(jù)時先判斷數(shù)據(jù)結(jié)束標志（ RB8），若 RB8=1，則表示數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。苦味接收幀的 RB8=0，則原數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)，并準備接收下幀信息。 （ 6）苦味主機向從機發(fā)送數(shù)據(jù)，則從機在第 3步中比較地址相符后，從機令 SM2=0；同時把本站地址發(fā)回主機，作為應答之后才能收到主機發(fā)送來的數(shù)據(jù)。其它 從 機繼續(xù)監(jiān)聽地址（ SM2=1） ，無法收到數(shù)據(jù)。 （ 7）主機收到從機的應答地址后，確認地址是否相符。如果地址不符，則發(fā)復位信號（數(shù)據(jù)幀中 TB8=1）；如果地址相符，則清 TB8，開始發(fā) 送數(shù)據(jù)。 波特率的設置 在串行通信中，一個重要的指標是波特率，它反映了串口通信的數(shù)率，也反映了對傳輸通道的要求。波特率越高，要求傳輸通道的頻帶越寬。一般異步通信的波特率為 第 21 頁 共 46 頁 213 2 1 2 2S M O D O S CKf ???? ?????波特率 初值509600 b/s。在上面的通信協(xié)議里，已規(guī)定波特率為 9600b/s，是合符要求的。下面來計算定時器的初值。 89S51 串行通信的波特率由定時器 T1 的益出率獲得（僅指串行口方 式 方式 3）。其波特率公式為： （ ） T1 在設置波特率時，一般都采用模式 2，因為當 T1 益出后，參數(shù)自動裝入，可避免不必要的中斷請求。 當晶振 OSCf =12MHz，設置波特率為 9600 b/s，定時器工作模式 2， SMOD=0，則 定時器的初值可以由公式 求出，為 0FDH 。 單片機的軟件 流程 軟件部分是用來配合硬件電路，控制后面電路的響應，以實現(xiàn)設計預定功能。軟件主要由三部分組成： 按鍵 的檢測、 地址的判別、命令的判別、 傳送數(shù)據(jù)。 按鍵 的檢測 和數(shù)據(jù)的傳送 是采用查詢方式， 地址和命令的判別 采用 中斷處理。 平時所有的控制板都處于接收信息的狀態(tài)， 并對接鍵和狀態(tài)標志不斷地進行循環(huán)的查詢， 一旦有按鍵按下就進行相應的處理：如，有房間選擇鍵按下則將相應房間的燈狀態(tài)讀入，有燈控鍵按下則改變相應的燈的狀態(tài)并同時將燈的狀態(tài)送回相應的房間； 如查詢到標志位為 1 則調(diào)用相應的函數(shù)進行數(shù)據(jù)的收發(fā)；如有信息收到也進行串行的中斷，在中斷服務程序中進行是不是本機地址的判斷然后根據(jù)判斷的結(jié)果對標志位進行置位。 按照以上的軟件程序設計思想，畫出單片機程序的流程圖并根據(jù)流程圖寫出相應的程序 ，具體程序見附錄 B。 整個系統(tǒng)的軟件的主要流 程圖如下 所示 。 第 22 頁 共 46 頁 開始 波特率設置 端口初始化 是否有房間選擇鍵按下 是否有燈控鍵按下 選擇本機的 標志是否為 1 N N N Y Y Y 將相應 燈 的狀態(tài)置反 第 23 頁 共 46 頁 （ 1）有房間選擇鍵按下時的處理程序： （ 2）選擇本機的標志為 1時的處理程序： 發(fā)送房 間地址 發(fā)送 讀命令 接收信息 接收 完成？ 將收到的燈狀態(tài)送到本機顯示 N Y 第 24 頁 共 46 頁 （ 3）中斷處理程序： 接收信息 接收 完成？ N Y 是發(fā)送命令？ 發(fā)送本房間 燈的狀態(tài) 接收信息 Y 接收完成？ 根據(jù)收到的信息改 變本房間的燈狀態(tài) N Y 標志位置 0 N 第 25 頁 共 46 頁 是本機地址？ 將標志位置 1 退出中斷 N Y 第 26 頁 共 46 頁 5 硬件 系統(tǒng)制作及調(diào)試 硬件 系統(tǒng)的制作的過程分為以下五個步驟 ： (1)硬件系統(tǒng)設計， 如電路原理圖設計、 PCB 印制板繪制等。 (2)應用程序的設計， 根據(jù)系統(tǒng)實現(xiàn)的功能編程。 (3)應用程序的仿真調(diào)試， 指用仿真器對硬件進行在線調(diào)試或軟件仿真調(diào)試，在調(diào)試中不斷修改、完善硬件及軟件。 (4)單片機應用程序的燒寫， 用專用的單片機燒寫器可將編譯過的二進制源程序文件寫入單片機 (F1ashROM)芯片內(nèi)。 (5)硬件調(diào)試， 把硬件接上電源工作，看是否能實現(xiàn)系統(tǒng)設計時的功能。不能滿足要求，或硬件不能工作時，要進行全面檢查，針對出現(xiàn)的問題修正硬件、軟件或總體設計方案。 下面分別介紹系統(tǒng)制作的過程。 硬件系統(tǒng)的設計 電路原理圖 的設計主要是 protel 99 se 的原理圖設計系統(tǒng)（ Advanced Schematic）來繪制一張電路原理圖。在這一過程中，要充分利用 protel 99 se 所提供的各種原理圖繪圖工具、各種編輯功能，來實現(xiàn)我們的目的，即得到一張正確、精美的電路原理圖。步驟如下： （ 1） 建立原理圖 首先必須新建原理圖，禁屠原理圖編輯器，才能進行電路圖設計。 （ 2） 設置圖紙信息 設計原理圖之前，必須根據(jù)電路的復雜程度設置圖紙的大小，以及設置圖紙的方向、網(wǎng)格大小和標題欄等信息。 （ 3） 載入元件 在設計過程中，根據(jù)詩句電路的需 要，需從元件庫中調(diào)入所需的元件。這時可以通過加載元件庫的方法來實現(xiàn)元件的載入 （ 4） 置元件 在加載的元件庫中取出所需的元件，并將元件放入工作面板中。根據(jù)元件之間的走線，在工作面板上需對元件進行位置的調(diào)整、屬性的設置等。 （ 5） 進行原理圖布線 利用 PROTEL 99 提供的各種工具和指令進行布線，使用具有電氣意義的導線、網(wǎng)絡標號、端口標號和電器連接點將工作面板上的元件連接起來，構(gòu)成一個完整的電路原理圖。 （ 6） 調(diào)整布線 經(jīng)過原理圖布線后，通過進一步的布線調(diào)整，對原理圖進行修改，使原理圖更加美觀和正確。該過程包裹 元件的位置的重新調(diào)整，導線位置的刪除、移動，更改元件屬性和排列等。 第 27 頁 共 46 頁 （ 7） 注解、修飾 在原理圖上增加一定的注解，使原理圖更易懂、更具有可讀性。 （ 8） 檢查修改 利用 PROTEL 99 提供的各種校驗工具，對原理圖進行檢查，并對原理圖進行進一步的調(diào)整和修改，確保原理圖的準確無誤。 系統(tǒng) PCB 板的設計 電路原理圖設計好以后， PCB 板的設計也是一個十分重要的環(huán)節(jié)。原理圖設計的合理，制成電路板后系統(tǒng)卻工作不正常的事情屢見不鮮，究其原因，多半是 PCB 板的設計存在問題，特別是頻率較高的電路和數(shù)字模擬混合電路的印刷 線路板的設計。 PCB 板的設計過程是一個復雜而又簡單的過程 。在這次制作印刷板的過程中，在老師和同學們的指導下，完成了比較滿意的 PCB 板。由于自己親手制作了板子，我得到了很多的經(jīng)驗。以后我 要想很好地掌握它，還需 自己好好去體會。 確定 PCB 的大小 首先，要考慮 PCB 尺寸大小。 PCB 尺寸過大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確定 PCB 尺寸后．再確定特殊元件的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局。 PCB 布局 第 一次布局時，為了美觀，把電容、電阻排放在一起，沒有圍繞核心元件布局，沒有考慮實際的元件連接，因此連線復雜而且本來可以短線連接的變成長線連接。經(jīng)過調(diào)試之后和在同學的指導下，重新布局如下： ⑴ 按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并且使信號盡可能保持一致的方向。 ⑵ 以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件均勻、整齊、緊湊地排列在 PCB 上。 盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。 ⑶ 盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀，而且裝焊容易。 布線 在 PCB 設計中，布線是完成 硬件 設計的重要步驟，可以說前面的準備工作都是為它而做的，在整個 PCB 中，以布線的設計過程限定最高，技巧最細、工作量最大。 PCB 布線有單面布線、雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動布線及交互式布線，在 第 28 頁 共 46 頁 自動布線之前，可以用交互式預先對要求比較嚴格的線進行布線，輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行，以免產(chǎn)生反射干擾。必要時應加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。自動布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)則可以預先設定，包括走線的彎曲次數(shù)、導通孔的數(shù)目、步進的數(shù)目等。一 般先進行探索式布經(jīng)線，快速地把短線連通，然后進行迷宮式布線，先把要布的連線進行全局的布線路徑優(yōu)化，它可以根據(jù)需要斷開已布的線。并試著重新再布線，以改進總體效果。對目前高密度的 PCB 設計已感覺到貫通孔不太適應了，它浪費了許多寶貴的布線通道，為解決這一矛盾，出現(xiàn)了盲孔和埋孔技術(shù)，它不僅完成了導通孔的作用，還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便，更加流暢，更為完善 。 一般 PCB 布線有以下規(guī)定： ⑴ 輸入輸出端用的導線盡量避免相鄰平， 以免產(chǎn)生反射干擾。 ⑵ 印制導線拐彎處取圓弧形，因直角或夾角在高頻電路中會影響 電氣性能。 ⑶ 電 源和地線的處理 。 既使在整個 PCB 板中的布線完成得都很好，但由于電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產(chǎn)品的性能下降，有時甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對電、地線的布線要認真對待，把電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。 采取的措施 是在電源、地線之間加上去耦電容。 由于線寬有以下關(guān)系： 地線＞電源線＞信號線，通常信號線寬為： ～ ,最 細寬度可達 ～ ,電源線為 ～ mm，所以，要使地線寬度比電源線寬。 ⑷ 數(shù)字電路與模擬電路的共地處理 。 現(xiàn)在有許多 PCB 不再是單一功能電路（數(shù)字或模擬電路），而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。因此在布線時就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾。數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強，對信號線來說，高頻的信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件，對地線來說，整 個 PCB 對外界只有一個結(jié)點，所以必須在 PCB內(nèi)部進行處理數(shù)、模共地的問題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實際上是分開的它們之間互不相連，只是在 PCB 與外界連接的接口處（如插頭等）。數(shù)字地與模擬地有一點短接，只有一個連接點。也有在 PCB 上不共地的，這 由系統(tǒng)設計來決定。 在本設計的 PCB 布線中，本人按照以上的規(guī)定進行布線，前幾次布線，結(jié)果不盡人意，后來查閱了相關(guān)指導性的資料和在同學的幫助下，讓我終于完成較好的布線。通過這次布線，我提高了本人的動手能力，獲得不少的經(jīng)驗。 本設計 PCB 圖見附錄 A。 硬件調(diào)試 在印制電路板工作完成之后，在電路板實現(xiàn)設計的要求的功能前，我對的硬件電路板進行了反復調(diào)試，這里將調(diào)試的過程及在調(diào)試的過程中所遇到的問題提出來進行討論， 第 29 頁 共 46 頁 以便能夠進一步的掌握設計工作的要領(lǐng)。 檢測元器件 采用萬用表檢測所有元器件的是否正常工作 、導線是否導通等。執(zhí)行的步驟是先檢測電容、電阻及導線是否短接。 檢測各個引腳信號 給電路接通電源，大概用手摸一下元器件是否發(fā)熱，有的話，關(guān)掉電源，進行再次檢測；沒有的話，則測試所有芯片的 VCC 端電壓是否達到要求，接地端是否都接地，無誤后，則開始 對電路中所用到的引腳進行信號波形測試，所使用的工具最好是示波器。當以上檢測都沒有什么問題的時候，就可以燒寫單片機程序，進行整體調(diào)試了，調(diào)試的結(jié)果 如 能達到設計的要求數(shù)據(jù)，就算硬件設計工作完成。 遇到的問題及其解決 在本設計中做了兩個控制板作為模擬， 所以兩個板的電路是完全一樣的。但在初次燒程序進去進行簡單測試的時候發(fā)現(xiàn)兩個板的工作狀態(tài)不一樣，接著我對整個電路板進行了檢查，發(fā)現(xiàn)有的元器件的引腳虛焊了，導致信號沒有正常地輸出。在將所有的虛焊點進行了重焊之后整個硬件電路最終能正常工作了。 軟件調(diào)試 程序的初始化調(diào)試 本設計系統(tǒng)的控制程序是采用 C51 語言編程，編程所采用的軟件是 Keil uVision2 MCS51 編程軟件。關(guān)于單片機 C 語言軟件