【導(dǎo)讀】極大地方便人們的生活。目前市場(chǎng)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(jì)的保姆機(jī)具有多功能性。不僅能控制家用電器定時(shí)工作，還。附加時(shí)間、鬧鈴、環(huán)境溫度顯示等功能。單片機(jī)設(shè)計(jì)方案的比較，確定了單片機(jī)設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)完成了電子保姆機(jī)硬件和軟件的設(shè)計(jì)，并在開發(fā)板上對(duì)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(shí)公共陽極接 +5V,每個(gè)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(shí)公共陰極接地。每個(gè)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(gè) “8” 字形字符的 7 段 ,再加上 1 個(gè)小數(shù)點(diǎn)位 ,共計(jì) 8段 ,因此提供給 LED 顯示器的顯示段碼為 1個(gè)字節(jié)。各段碼位的對(duì)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(jì)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(dòng)器是必不可少的 ,因?yàn)閮H靠接口提供不了較大的電流供 LED 顯示器使用。 對(duì)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(dòng)態(tài)顯示兩種。 動(dòng)態(tài)顯示：如果要在同一時(shí)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(duì)視覺的殘留效應(yīng) ,采用動(dòng)態(tài)掃描顯示的方法 ,逐個(gè)地循環(huán)點(diǎn)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(shí)顯示不同 的字符一樣。在進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示時(shí) ,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(duì)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(shí)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(shí)刻只顯示 1 種字符 ,或者說被顯示的字符在同一時(shí)刻是穩(wěn)定不變的。其顯示方法比較簡(jiǎn)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(diǎn)是軟件不必動(dòng)態(tài)掃描，送出段碼后可鎖存，直到需更改顯示字符，軟件簡(jiǎn)單， 占用 CPU 時(shí)間較少，工作可靠， 同時(shí)由于始終保持顯示而亮度較好 。由于本系統(tǒng)需要對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(jì)采用動(dòng)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(diǎn)亮各個(gè) 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(jì) 矩陣式按鍵鍵盤使用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)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(jì)說明書（畢業(yè)論文） 20 盤，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)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(gè)含有 8 個(gè)按鍵的鍵盤，與獨(dú)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(diǎn)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(duì)選擇鍵。 根據(jù)按鍵按下的次數(shù)依次校對(duì)分、時(shí)、日、月、年。 Key12：顯示選擇鍵。 當(dāng)此按鍵沒有按下時(shí)，顯示小時(shí)和分；當(dāng)按下一次按鍵時(shí)，顯示月和日，第二次按鍵按下后顯示年 200X； 再次按下按鍵時(shí)顯示溫度。 Key13：設(shè)定鍵。 設(shè)定鬧鐘時(shí)間和電器開關(guān)時(shí)間、報(bào)警溫度。 Key23：設(shè)定選擇鍵。 設(shè)定鬧鐘時(shí)間和電器開關(guān)時(shí)間選擇。 Key21：鬧鐘開關(guān)鍵。 Key22：確認(rèn)鍵。 當(dāng)校對(duì)時(shí)間、設(shè)定時(shí)間和溫室度時(shí)按下此鍵便確認(rèn)校對(duì)和設(shè)定的值。 Key14：加 1 按鍵。 校對(duì)和設(shè)定時(shí)按下此鍵，值加 1。 Key24：減 1 按鍵。 校對(duì)和設(shè)定時(shí)，按下此鍵，值減 1。 鬧鈴電路設(shè)計(jì) 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(gè)三極管作放大，當(dāng)時(shí)間到達(dá)設(shè)定的鬧鈴時(shí)間時(shí)， 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(jì)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(jì) 繼電器意思： 繼承控制，用很小的電力和電流，驅(qū)動(dòng)一個(gè)設(shè)備（ 家用電器 ）帶動(dòng)一個(gè)負(fù)載部件去承載大電流 ，在電路中起 自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用 。繼電器型號(hào)： HRS4H S DC5V HRS4H S DC5V 特點(diǎn) 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(shí)間：最大 10 ms 釋放時(shí)間：最大 5 ms 當(dāng) PC7引腳輸出“ 1”時(shí)， 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(shí)，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(dòng)電流，因此在外圍硬件電路中要考慮使用功率驅(qū)動(dòng)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(jì)說明書（畢業(yè)論文） 22 溫度報(bào)警電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中溫度報(bào)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(shí)， PB5 發(fā)出高電平信號(hào)，發(fā)光二極管開始閃爍。 D11KPB5 圖 溫度報(bào)警電路設(shè)計(jì) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 23 第四章 電子保姆機(jī)軟件設(shè)計(jì) 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(duì)應(yīng)所以用匯編語言編寫的程序在單片機(jī)里運(yùn)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(jì)使用 C 語言編程。 主程序設(shè)計(jì) 第一次上電，系統(tǒng)先進(jìn)行初始化， LED 顯示初始時(shí)間“ 21： 00”， 并開始走時(shí)。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(bào)警子程序，返回程序開頭循環(huán)運(yùn)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(bào) 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(jì) 實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷子程序設(shè)計(jì) 該程序主要實(shí)現(xiàn)對(duì) DS1302 寫保護(hù)，對(duì)年、月、日、時(shí)、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(jì)說明書（畢業(yè)論文） 24 作。因?yàn)樵诖型ㄐ艜r(shí)對(duì)時(shí)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(shí) 鐘 數(shù) 據(jù)將 時(shí) 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(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷子程序流程圖 DS1302 每次上電時(shí)自動(dòng)處于暫停狀態(tài)，必須把秒寄存器的位 7 置位 0，時(shí)鐘才開始計(jì)時(shí)。如果 DS1302 一直沒有掉電，則不存在此問題。 在進(jìn)行寫操作時(shí)，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(shí)，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(jì) DS18B20 是 1— wire 單線器件，它在一根數(shù)據(jù)線上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸 ，這就需要一定的協(xié)議來對(duì)讀寫數(shù)據(jù)提出嚴(yán)格的時(shí)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(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)上升沿。單線器件 DS18B20 檢測(cè)到該上升沿后，延時(shí) 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(cè)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(jì)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(gè) DS18B20器件的情況，多掛則會(huì)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(hào)，尋址多掛接總線上的 DS18B20。只有序列號(hào)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(shí)，可以無需提供 64 位 ROM 序列號(hào)皆可運(yùn)行內(nèi)存操作命令。如果總線上接多個(gè) DS18B20，并且在此命令后執(zhí)行讀命令，將會(huì)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(gè)排除法過程，可以識(shí)別出總線上所有器件的 ROM 序列號(hào)。 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(cè)量時(shí)滿足了告警觸發(fā)條件，才會(huì)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(gè)字節(jié)（ TH、 TL 和配置寄存器）在發(fā)起復(fù)位脈沖之前， 3 個(gè)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(shí)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(shí)隙，那么只要器件在進(jìn)行復(fù)制就會(huì)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(shí)隙，那么只要器件在進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換就會(huì)輸出 0，轉(zhuǎn)換完成后再輸出 1。 Recall E2 （重調(diào) E2 存儲(chǔ)器） B8H 將存儲(chǔ)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(shí)自動(dòng)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(gè)讀數(shù)據(jù)時(shí)隙內(nèi)， DS18B20 發(fā)信號(hào)通知它的供電方式： 0