【導(dǎo)讀】極大地方便人們的生活。目前市場上銷售的保姆機(jī)多為機(jī)械式，且功能單一，只能進(jìn)行。本文利用電子技術(shù)設(shè)計的保姆機(jī)具有多功能性。不僅能控制家用電器定時工作，還。附加時間、鬧鈴、環(huán)境溫度顯示等功能。單片機(jī)設(shè)計方案的比較，確定了單片機(jī)設(shè)計方案。本設(shè)計完成了電子保姆機(jī)硬件和軟件的設(shè)計，并在開發(fā)板上對部分功能。該電子保姆機(jī)可以應(yīng)用于生活和工作中，也可通過改裝，提高性能，增加新功能，

　　

【正文】 在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接 +5V,每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。 共陰極接法：把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。 為了顯示字符 ,要為 LED 顯示器提供顯示段碼 (或稱字形代碼 )，組成一個 “8” 字形字符的 7 段 ,再加上 1 個小數(shù)點位 ,共計 8段 ,因此提供給 LED 顯示器的顯示段碼為 1個字節(jié)。各段碼位的對應(yīng)關(guān)系如下： 表 數(shù)字、 字母與 7 段代碼關(guān)系表 字型 共陽極段碼 共陰極段碼 字型 共陽極段碼 共陰極段碼 0 C0H 3FH 9 90H 6FH 1 F9H 06H A 88H 77H 2 A4H 5BH b 83H 7CH 3 B0H 4FH C C6H 39H 4 99H 66H d A1H 5EH 5 92H 6DH E 86H 79H 6 82H 7DH F 84H 71H 7 F8H 07H 空白 FFH 00H 8 80H 7FH P 8CH 73H 單片機(jī)與 LED 數(shù)碼顯示器有以硬件為主和以軟 件為主的兩種接口方法。 硬件接口方法： LED 數(shù)碼管與譯碼器相連，通過硬件譯碼。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 19 軟件接口方法 :它是以軟件查表代替硬件譯碼 ,不但省去了譯碼器 ,而且還能顯示更多的字符。但是驅(qū)動器是必不可少的 ,因為僅靠接口提供不了較大的電流供 LED 顯示器使用。 對于以軟件為主的接口電路來說 ,其顯示方法有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。 動態(tài)顯示：如果要在同一時刻顯示不同的字符 ,從電路上看 ,這是辦不到的。因此只能利用人眼對視覺的殘留效應(yīng) ,采用動態(tài)掃描顯示的方法 ,逐個地循環(huán)點亮各位數(shù)碼管 ,每位顯示 1ms 左右，使人看起來就好象在同時顯示不同 的字符一樣。在進(jìn)行動態(tài)掃描顯示時 ,往往事先并不知道應(yīng)顯示什么內(nèi)容 ,這樣也就無從選擇被顯示字符的顯示段碼。為此 ,一般采用查表的方法 ,由待顯示的字符通過查表得到其對應(yīng)的顯示段碼。這種方式耗電少、硬件成本低，但需占用較多的 CPU 時間，故在工業(yè)控制中應(yīng)用較少。 靜態(tài)顯示：所謂靜態(tài)顯示 ,就是在同一時刻只顯示 1 種字符 ,或者說被顯示的字符在同一時刻是穩(wěn)定不變的。其顯示方法比較簡單 ,就是利用鎖存器將各顯示單元鎖定，直到更新顯示內(nèi)容為止。 它的優(yōu)點是軟件不必動態(tài)掃描，送出段碼后可鎖存，直到需更改顯示字符，軟件簡單， 占用 CPU 時間較少，工作可靠， 同時由于始終保持顯示而亮度較好 。由于本系統(tǒng)需要對控制信號進(jìn)行實時操作，故采用靜態(tài)顯示方式以減少 CPU 的負(fù)擔(dān)。 本設(shè)計采用動態(tài)顯示。由單片機(jī) PA 口給出待顯示數(shù)據(jù)的筆段碼， PE0～ PE3 給出位選碼。循環(huán)點亮各個 LED 數(shù)碼管。 電路圖參見圖 。 abfcgdeV1234567abcdefg8dpdp9CCabfcgdeV1234567abcdefg8dpdp9CCabfcgdeV1234567abcdefg8dpdp9CCabfcgdeV1234567abcdefg8dpdp9CC5 . 1 K 5 . 1 K 5 . 1 K 5 . 1 KPE0PE1PE2PE3V C C123456781 61 51 41 31 21 11 095 1 0P A 0P A 1P A 2P A 3P A 4P A 5P A 6P A 75 1 0 * 8 圖 顯示面板 LED 分布圖 按鍵電路設(shè)計 矩陣式按鍵鍵盤使用于按鍵數(shù)量較多的場合，它由行線和列線組成，也稱行列式鍵內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 20 盤，按鍵位于行、列的交叉點上，其結(jié)構(gòu) 如圖 所示。本鍵盤 4 的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個含有 8 個按鍵的鍵盤，與獨立式相比，要節(jié)省很多的 I/O 端口。 k e y 1 1 k e y 1 2 k e y 1 3 k e y 1 4k e y 2 1 k e y 2 2 k e y 2 3 k e y 2 4P C 0P C 1P C 2P C 3P C 4P C 5 圖 鍵盤電路 其工作原理：按鍵設(shè)置在行、列線交點上，行、列分別連接按鍵開關(guān)的兩端。 按鍵功能說明如下： Key11：校對選擇鍵。 根據(jù)按鍵按下的次數(shù)依次校對分、時、日、月、年。 Key12：顯示選擇鍵。 當(dāng)此按鍵沒有按下時，顯示小時和分；當(dāng)按下一次按鍵時，顯示月和日，第二次按鍵按下后顯示年 200X； 再次按下按鍵時顯示溫度。 Key13：設(shè)定鍵。 設(shè)定鬧鐘時間和電器開關(guān)時間、報警溫度。 Key23：設(shè)定選擇鍵。 設(shè)定鬧鐘時間和電器開關(guān)時間選擇。 Key21：鬧鐘開關(guān)鍵。 Key22：確認(rèn)鍵。 當(dāng)校對時間、設(shè)定時間和溫室度時按下此鍵便確認(rèn)校對和設(shè)定的值。 Key14：加 1 按鍵。 校對和設(shè)定時按下此鍵，值加 1。 Key24：減 1 按鍵。 校對和設(shè)定時，按下此鍵，值減 1。 鬧鈴電路設(shè)計 鬧鈴電路如圖 所示。 蜂鳴器接在單片機(jī)的 PC6 引腳上，并由一個三極管作放大，當(dāng)時間到達(dá)設(shè)定的鬧鈴時間時， PC6 給出高電平使三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出聲音，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 21 PC6 給出低電平，蜂鳴器不發(fā)音。鬧鈴電路如圖 。 蜂 鳴 器1 KV C CP C 6 圖 鬧鈴電路 繼電器控制電路設(shè)計 繼電器意思： 繼承控制，用很小的電力和電流，驅(qū)動一個設(shè)備（ 家用電器 ）帶動一個負(fù)載部件去承載大電流 ，在電路中起 自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用 。繼電器型號： HRS4H S DC5V HRS4H S DC5V 特點 最 大通斷電壓： 30VDC/250 VAC 最大通斷電流： 10A 線圈電壓： 5V 工作環(huán)境 .溫度范圍： 40 +85℃ 吸合時間：最大 10 ms 釋放時間：最大 5 ms 當(dāng) PC7引腳輸出“ 1”時， NPN三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，燈泡發(fā)亮。當(dāng) PC7引腳輸出“ 0”時，三極管截止，繼電器釋放，燈泡滅。繼電器控制電路如圖 由于 AVR的 I/O 不能提供大的驅(qū)動電流，因此在外圍硬件電路中要考慮使用功率驅(qū)動電路。 選擇 1K的電阻作為限流電阻。 N P NV C C2 2 0 V交 流 電 源1 KP C 7家 用電 器 圖 繼電器控制電路 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 22 溫度報警電路設(shè)計 本設(shè)計中溫度報警采用發(fā)光二極管發(fā)光，當(dāng)溫度超過程序設(shè)定值時， PB5 發(fā)出高電平信號，發(fā)光二極管開始閃爍。 D11KPB5 圖 溫度報警電路設(shè)計 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 23 第四章 電子保姆機(jī)軟件設(shè)計 ATmega128 單片機(jī)可以應(yīng)用匯編語言和 C 語言進(jìn)行編程。，匯編語言與機(jī)器指令一一對應(yīng)所以用匯編語言編寫的程序在單片機(jī)里運行起來效率較高。 C語言程序可讀性高，更便于理解 【 10】 。 本設(shè)計使用 C 語言編程。 主程序設(shè)計 第一次上電，系統(tǒng)先進(jìn)行初始化， LED 顯示初始時間“ 21： 00”， 并開始走時。初始年為“ 20xx”，初始月、日為“ 0504”。 單片機(jī)端口初始化，依次開始調(diào)用 DS1302 子程序、 DS18B20 子程序、顯示子程序、按鍵子程序、鬧鈴子程序，繼電器子程序、溫度報警子程序，返回程序開頭循環(huán)運行 【 11】 。 主程序流程圖如圖 。 初 始 化D S 1 3 0 2子 程 序顯 示 子 程 序按 鍵 子 程 序溫 度 報 警 子 程 序繼 電 器 子 程 序鬧 鈴 子 程 序D S 1 8 B 2 0子 程 序開 始 圖 多功能電子鐘主程序流程圖 子程序設(shè)計 實時時鐘日歷子程序設(shè)計 該程序主要實現(xiàn)對 DS1302 寫保護(hù)，對年、月、日、時、分、秒等寄存器的讀寫操內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 24 作。因為在串行通信時對時序要求比較高，所以 在通信過程中最好保證傳輸?shù)倪B續(xù)性，不要允許中斷。其流程圖如圖 。 讀 取 時 鐘 數(shù) 據(jù)將 時 鐘 數(shù) 據(jù) 送入 待 顯 示 數(shù) 組 中進(jìn) 入 DS1302子 程 序返 回 圖 實時時鐘日歷子程序流程圖 DS1302 每次上電時自動處于暫停狀態(tài)，必須把秒寄存器的位 7 置位 0，時鐘才開始計時。如果 DS1302 一直沒有掉電，則不存在此問題。 在進(jìn)行寫操作時，需要先解除寫保護(hù)寄存器的“禁止”狀態(tài)。當(dāng)用多字節(jié)模式進(jìn)行操作時，必須寫夠 8 字節(jié)。 源程序見附錄 A。 環(huán)境溫度采集子程序設(shè)計 DS18B20 是 1— wire 單線器件，它在一根數(shù)據(jù)線上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸 ，這就需要一定的協(xié)議來對讀寫數(shù)據(jù)提出嚴(yán)格的時序要求。 主機(jī)操作單線器件 DS18B20 必須遵循下面的順序。 1. 初始化 單線總線上的所有操作均從初始化開始。初始化過程如下：主機(jī)通過拉低單線 480μ s 以上，產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后釋放該線，進(jìn)入 RX 接收模式。主機(jī)釋放總線時，會產(chǎn)生一個上升沿。單線器件 DS18B20 檢測到該上升沿后，延時 15～ 60μ s，通過拉低總線60～ 240μ s 來產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。主機(jī)接收到從機(jī)的應(yīng)答脈沖后，說明有單線器件在線。 2. ROM 操作命令 一旦總線主機(jī)檢測到應(yīng)答脈沖，便可以發(fā)起 ROM 操作命令。共有 5 位 ROM 操作命令。如表 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 25 表 DS18B20 的 ROM 操作命令 命令類型 命令字節(jié) 功能說明 Raed Rom 33H 此命令讀取激光 ROM中的 64 位，只能用于總線上單個 DS18B20器件的情況，多掛則會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突 Match Rom （匹配 ROM） 55H 此命令后跟 64 位 ROM 序列號，尋址多掛接總線上的 DS18B20。只有序列號完全匹配的 DS18B20 才能響應(yīng)后面的內(nèi)存操作命令，其他不匹配的將等待復(fù)位脈沖。此命令可用于單掛接或者多掛接總線。 Skip Rom （跳過 ROM） CCH 此命令用于單掛接總線系統(tǒng)時，可以無需提供 64 位 ROM 序列號皆可運行內(nèi)存操作命令。如果總線上接多個 DS18B20，并且在此命令后執(zhí)行讀命令，將會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。 Search Rom （搜索 ROM） F0H 主機(jī)調(diào)用此命令，通過一個排除法過程，可以識別出總線上所有器件的 ROM 序列號。 Alarm Search （告警搜索） ECH 此命令流程圖和 Search Rom 命令相同，但是 DS18B20 只有在最近的一次溫度測量時滿足了告警觸發(fā)條件，才會響應(yīng)此命令。 3. 內(nèi)存操作命令 在成功執(zhí) 行了 ROM 操作命令之后，才可以使用內(nèi)存操作命令。主機(jī)可以提供 6 種內(nèi)存操作命令，如表 。 表 DS18B20 內(nèi)存操作命令 命令類型 命令字節(jié) 功能說明 Write Scratchpad （寫暫存器） 4EH 此命令寫暫存器中地址 2～ 4 的 3 個字節(jié)（ TH、 TL 和配置寄存器）在發(fā)起復(fù)位脈沖之前， 3 個字節(jié)都必須要寫。 Rrad Scratchpad （讀暫存器） BEH 此命令讀取暫存器內(nèi)容，從字節(jié) 0 一直讀取到字節(jié) 8。主機(jī)可以隨時發(fā)起復(fù)位脈沖以停止此操作。 Copy Scratchpad （ 復(fù)制暫存器） 48H 此命令將暫存器中的內(nèi)容復(fù)制進(jìn) E2RAM，以便將溫度告警觸發(fā)字節(jié)存入非易失內(nèi)存。如果在此命令后產(chǎn)生讀時隙，那么只要器件在進(jìn)行復(fù)制就會輸出 0，復(fù)制完成后，再輸出 1。 Convert T （溫度轉(zhuǎn)換） 44H 此命令開始溫度轉(zhuǎn)換操作。如果在此命令后主機(jī)產(chǎn)生讀時隙，那么只要器件在進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換就會輸出 0，轉(zhuǎn)換完成后再輸出 1。 Recall E2 （重調(diào) E2 存儲器） B8H 將存儲在 E2RAM 中的溫度告警觸發(fā)值和配置寄存器值重新拷貝到暫存器中。此重調(diào)操作在 DS18B20 加電時自動產(chǎn)生。 Read Power Supply （讀供電方式） B4H 主機(jī)發(fā)起此命令后的每個讀數(shù)據(jù)時隙內(nèi)， DS18B20 發(fā)信號通知它的供電方式： 0