【正文】 放大，再經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器輸入到單片機(jī)。 3. 光信號(hào)采集模塊，對光信號(hào)進(jìn)行處理，電路當(dāng)中有光信號(hào)時(shí)，輸泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 出一電平信號(hào)給單片機(jī)，當(dāng)晚上或光線較暗時(shí)輸出一反向信號(hào)給單片機(jī)，由單片機(jī)作出判斷。 5. 看門狗模塊，對現(xiàn)場干擾起保護(hù)作用，防止單片機(jī)的程序跑飛 ，使使 使之輸出一電壓值，到 可控 使可控硅打開。 圖 1整體方案圖泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 系統(tǒng)的工作原理 采用 串行 A/D 對聲音信號(hào)的采集，可以通過軟件來調(diào)節(jié)對聲音的靈敏度。 設(shè)計(jì) 聲音信號(hào)采集電路 的設(shè)計(jì) 圖 2聲信號(hào)采集電路 如圖 2 所示為聲音信號(hào)采集電路。 下圖 TLC2543 為 A/D 轉(zhuǎn)換器， TLC2543 采用串行接口，與外圍電路的連線簡單，三個(gè)控制輸入端為 CS（片選）、輸入 /輸出時(shí)鐘（ I/O CLOCK）以及串行數(shù)據(jù)輸出端（ DATA INPUT）。 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 圖 3 TCL2543A/D轉(zhuǎn)換器 TLC2543 的引腳排列如圖 1所示。對 的 I/O CLOCK，驅(qū)動(dòng)源阻抗必須小于或等于 50Ω ； CS：片選端， CS 由高到低變化將復(fù)位內(nèi)部計(jì)數(shù)器，并控制和使能 DATA OUT、DATA INPUT 和 I/O CLOCK。在最后的 I/O CLOCK 下降沿之后， EOC 由高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值睫D(zhuǎn)換完成及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備傳輸； VCC、 GND：電源正端、地； REF＋、 REF－：正、負(fù)基準(zhǔn)電壓端。最大輸入電壓范圍取決于兩端電壓差； 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 I/O CLOCK：時(shí)鐘輸入 /輸出端。 1LSB； （ 6）低供電電流（ 1mA 典型值）； （ 7）掉點(diǎn)模式電流為 4μ A。 光信號(hào)判斷電路 的設(shè)計(jì) 樓道上的聲控開關(guān)出了聲音控制外，還 必須有光控功能，即在白天時(shí)無論有無聲音，都不會(huì)點(diǎn)亮燈泡，只有在夜晚或是光線較暗時(shí)，發(fā)出聲音后，才會(huì)開燈。 圖 4 光信號(hào)判斷電 圖中 D1 為光敏電阻器，光敏電阻器的主要功能是，當(dāng)沒有光照或光線不足泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 時(shí)，其阻值較大，達(dá)到兆歐級(jí)以上，相當(dāng)于處于短路狀態(tài)，此時(shí) R1 電位器中間抽頭輸出為低電平。 LM393 和電位器 R8組成一電壓比較器，當(dāng)同相輸入端電位高于反相輸入端時(shí)， LM393 輸出一高電 平，反之，當(dāng)反相輸入端電位高于同相輸入端時(shí)， LM393輸出一低電平，輸出信號(hào)經(jīng)過具有施密特功能的反相器 74LS14，送到單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行檢測，判斷是否有光照。然而在不放光時(shí)，燈絲的電阻阻值約為 6歐，當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，電流會(huì)很大，約有 左右。 如圖 5為白熾燈啟動(dòng)時(shí)的電流波形圖。如圖 6 為過零啟動(dòng)保護(hù)電路。 Rx2～ Rx3 是采樣電阻，當(dāng)整流橋 2號(hào)端子的電壓處于低電壓時(shí)， Rx2和 Rx3 之間的電壓也很低， Q6 處于截止工作狀態(tài)， protect 端輸出高電平。把 protect 的 低 電平信號(hào)送到單片機(jī)的 I/O 上進(jìn)行檢測，由單片機(jī)作出判斷，再?zèng)Q定 SCR 端得電壓值，當(dāng) protect 為高，此時(shí)的電壓為低，可以驅(qū)動(dòng) SCR 導(dǎo)通，點(diǎn)亮白熾燈，當(dāng) protect 為低，此時(shí)的電壓為高，使SCR關(guān)閉，暫時(shí)不點(diǎn)亮白熾燈，等到過零點(diǎn)電位時(shí)才運(yùn)作。 圖 6 過零啟動(dòng)保護(hù)電路 白熾燈點(diǎn)亮以后，可控硅 SCR 導(dǎo)通，二極管 D3 的陽極電位就會(huì)下降，此時(shí) 二極管 D3 就起到了過零電壓啟動(dòng)取消的作用。 定時(shí) 電路 的設(shè)計(jì) 聲控開關(guān)在打開后， 需要定時(shí)一定的時(shí)間，一般為幾十秒，設(shè)計(jì)時(shí)可以借助時(shí)鐘芯片，這里選用一款美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302. DS1302與 CPU 通過三線接口同步通信，其接口電路如圖 7所求。 圖 8 驅(qū)動(dòng)輸出電路 如圖 8 所示，用一個(gè)反向器與一個(gè) NPN 型的三極管，一般的 8050 或 9013 都可以，再加一個(gè)上位電阻，此處用一個(gè) 10K 的電位器，方便可調(diào)。 當(dāng)單片機(jī)檢測到有聲光信號(hào)時(shí)需要驅(qū)動(dòng)可控硅導(dǎo)通，則單片機(jī)給一個(gè)高電平泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 信號(hào)，經(jīng)反向器反為低電平，三極管截止， SCR 輸出端為高，打開可控硅，點(diǎn)亮燈泡。 電源設(shè)計(jì) 燈泡的工作電壓為 220V，但控制器的工作電壓為 5V，所以必須設(shè)計(jì)一個(gè)電源電路，取得 5V的低電壓。 220V 經(jīng)過整流后，經(jīng)過 Z1 穩(wěn)壓輸出 9V，再經(jīng) C9 和 C7 濾波輸出直流電壓，從 7805 的 1 腳輸出 +5V.。 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 聲控開關(guān)控制器長時(shí)間工作，電路中即有 220V 的強(qiáng)電，又有 +5V 的低工作電壓，現(xiàn)場的抗干擾在所難免，為避免單片機(jī)的程序跑飛，這里加入了看門狗電路，起到抗干擾的作用。 X5045 引腳如圖 10 所示。器件處于標(biāo)準(zhǔn)的功耗模式，除非一個(gè)向非易失單元寫的周期開始。在上電后任何操作之前， CS 必須要有一個(gè)高變低的過程 ； SO: 串行輸出： SO 是一個(gè)推 /拉串行數(shù)據(jù)輸出引腳，在讀數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù) 據(jù)在 SCK脈沖的下降沿由這個(gè)引腳送出 ； SI: 串行輸入： SI 是串行數(shù)據(jù)輸入器，指令碼、地址、數(shù)據(jù)都通過這個(gè)引腳進(jìn)行輸入。當(dāng)引腳是高電平時(shí)，所有操作正常，包括寫操作。只要 Vcc 下降到最小允許Vcc值，這個(gè)引腳就會(huì)輸出高電平，一直到 Vcc 上升超過最小允許值之后 200ms。 CS 引腳上的一個(gè)下降沿將會(huì)復(fù)位看門狗定時(shí)器。所以在使用時(shí)必須接上拉電阻 。 X5045 芯片內(nèi)包含 有一個(gè)看門狗定時(shí)器，通過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)間后，若在預(yù)置的時(shí)間內(nèi)看門狗芯片的 CS 端電平?jīng)]有發(fā)生變化，則 X5045 將從 RESET 輸出一個(gè)高電平信號(hào)，使 CPU 復(fù)位 圖 11 看門狗電路 X5045 特性介紹 （ 1）可選時(shí)間的看門狗定時(shí)器。 （ 3） 5種標(biāo)準(zhǔn)的開始復(fù)位電壓，使用特定的編程順序即可對電壓檢測和復(fù)位開始電壓進(jìn)行編程，復(fù)位電壓可低至 Vcc=1V。不同的型號(hào)的器件，其供電電壓可以是、 、 。 （ 5）具有數(shù)據(jù)的塊保護(hù)功能 — 可以保護(hù) 1/ 1/全部的 EEPROM，當(dāng)然也可以置于不保護(hù)狀態(tài)。 （ 7）時(shí)鐘可達(dá) 。 . PCB 板的制作 的設(shè)計(jì) PROTEL DXP 2021 的概 述 Altium 公司 2021 年最新產(chǎn)品， Protel DXP 2021 是一款能極大地提高 PCB 設(shè)計(jì)的完整的板卡級(jí)設(shè)計(jì)軟件。 Protel DXP 2021 不僅能方便經(jīng)驗(yàn)豐富的 PCB 工程師，也降低了制作 PCB 的門檻，人們只需通過段時(shí)間培訓(xùn)，便可以很快制作出一塊合格的 DXP 2021 已經(jīng)不再是單純的 SCH、 PCB 設(shè)計(jì)工具，而是主要由以下幾個(gè) 功能模塊組成的系統(tǒng)工具 : （ 1） 分級(jí)線路圖輸入。 （ 3） 設(shè)計(jì)前、后的信號(hào)傳輸效應(yīng)分析。 （ 5） Spice 3f5 混合電路仿真模擬。 （ 7） 完整的 CAM 輸出。Protel DXP 2021 原理圖界面主要包括以下幾部分：菜單欄、工具欄、工作窗口等。 電路原理圖的設(shè)計(jì) 流程 在原理圖設(shè)計(jì)時(shí)可能會(huì)涉及到眾多元件的放置，繁多的電氣連接。在繪制簡單的原理圖時(shí)按照以下流程繪制即可。在項(xiàng)目文件中新建原理圖文件。幾乎所有的工作都建立在其上，為原理圖設(shè)置合適的圖紙參數(shù)將有利于原理圖設(shè)計(jì)。在原理圖設(shè)計(jì)中使用的元件符號(hào) ，需要在繪制之前導(dǎo)入。 （ 5） 電氣連接。 （ 6） 調(diào)整原理圖并檢查錯(cuò)誤、修改。 Protel DXP 2021 引入了自動(dòng) ERC檢測功能，能簡化設(shè)計(jì)人員的檢查工作。這是原理圖設(shè)計(jì)不可缺少的部分。 （ 8） 原理圖保存打印。值得一提的是，在設(shè)計(jì)過程中要經(jīng)常保存以防意外丟失。若確定無誤后即可單擊打印按鈕進(jìn)行打印輸出?？筛鶕?jù)需要選擇原理圖元件清單輸出或網(wǎng)絡(luò)報(bào)表輸出等。 （ 2） 選擇好電 路信號(hào)的接地點(diǎn) 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 17 接地點(diǎn)的設(shè)置是較復(fù)雜而又靈活的，一般情況下要求公共地，現(xiàn)實(shí)中，因受各種限制很難完全辦到，但應(yīng)盡力遵循，這個(gè)問題在實(shí)際中是相當(dāng)靈活的，每個(gè)人都有自己的一套解決方案。 （ 4） PCB 布線有一定的規(guī)則 在 PCB 板上，有條件加寬的線盡量不做細(xì)。地線應(yīng)盡量寬，最好使用大 面積敷銅。同向并行的線條如果密度過大，則焊接時(shí)很容易連成一片，線密度應(yīng)視焊接工藝水平來確定。 Protel PCB 設(shè)計(jì)流程 通常， PCB 的設(shè)計(jì)是要遵循一定的流程，保證 PCB 和原理圖設(shè)計(jì)同步，不要有遺漏，這樣會(huì)使檢查更加容易。 （ 1） PCB 板的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備：由原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表，裝載 PCB 元件所在的封裝庫，如果沒有封裝的元件，則要繪制出該器件的封裝。 （ 3） 導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)文件，引入原理圖中的信息，采用元件自動(dòng)布線操作，完成 pcb 的初步設(shè)計(jì)。 （ 5） 對 PCB 進(jìn)行自動(dòng)布線，通常是自動(dòng)布線和手工布線交替進(jìn)行，手工布線主要是彌補(bǔ)自動(dòng)布線的缺陷。 印制電路板（ PCB）的繪制 過程如下所示： 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 19 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 19 焊制電路板 如下所示 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 20 5. 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)語言的 選擇 單片機(jī) 語言的編程一般使用兩種語言： C 語言和匯編語言。其主要的優(yōu)點(diǎn)是占用資源少，程序執(zhí)行效率高。 C 語言是一種結(jié)構(gòu)化的高級(jí)語言。缺點(diǎn)是占資源較多，執(zhí)行效率沒有匯編高。 C 語言有功能豐富的庫函數(shù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。此外， C 語言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力的保障。綜上所述，用 C 語言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)和應(yīng)用的必然趨勢。 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 21 程序流程圖 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 22 主程序設(shè)計(jì) 根據(jù)程序流程圖，編寫主控程序如附錄（ 附錄 ） 延時(shí)程序設(shè)計(jì) 編寫程序當(dāng)中要用到適當(dāng)?shù)难訒r(shí)，所以先編寫一個(gè)大概 1ms 的延時(shí)子程序，方便在后面的程序中調(diào)用，程序代碼見（附錄） ： TLC2543 讀寫程序 設(shè)計(jì) TLC2543 為 A/D 轉(zhuǎn)換器，編寫其讀寫子程序，到后面主程序中調(diào)用。 sib tlc2543din = P 3^3。 sib tlc2543cs = P3^5。 /*實(shí)時(shí)時(shí)鐘時(shí)鐘線引腳 */ Sbit DS1302_IO =PI^6。 /*實(shí)時(shí)時(shí)鐘復(fù)位線引腳 */ 其讀寫驅(qū)動(dòng)程序代碼見（附錄） X5045 驅(qū)動(dòng)程序 設(shè)計(jì) 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 23 看門狗 X5045 與 單片機(jī)的接口定義為： sbit x5045_cs = P1^1。 sbit x5045_si = P1^3。 讀寫驅(qū)動(dòng)程序 見（附錄） ： 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 23 6 系統(tǒng)的調(diào)試 6． 1 調(diào)試過程 利用 KEIL 與 PROTEUS 進(jìn)行調(diào)試 ，使用步驟如下： （ 1） 打開 KEIL，建立工程，輸入程序，編譯和生成 hex 文件，如圖所示 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 24 （ 2 ）打開 PROTEUES ，設(shè)計(jì)硬件電路圖，如圖所示 （ 3）導(dǎo)入 hex 文件，見上圖將鼠標(biāo)置于電路圖中 GMS97C2051 器件上，右擊后再左擊，彈出對話框，在紅框中導(dǎo)入 文件。 調(diào)試 結(jié)果及經(jīng)驗(yàn)總結(jié) 將 程序?qū)?GMS97C2051 芯片，調(diào)試成功后可以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。 讓我更好的運(yùn)用了本 科兩年所學(xué)的知識(shí)，運(yùn)用于實(shí)踐，加深了對知識(shí)的理解。 7 總結(jié) 聲光控 開關(guān)，省事省電，應(yīng)用廣泛，本文應(yīng)用單片機(jī)微控制器，通過軟件來實(shí)現(xiàn)，采用了過零啟動(dòng)技術(shù)，并且加入了看門狗監(jiān)視器，安全可靠。 在設(shè)計(jì)中初步了解了聲光控制電路的工作原理，學(xué)會(huì)了分析電路、設(shè)計(jì)電路的方法和步驟。 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 26 8 附錄 附錄 1 延時(shí)程序設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) //延時(shí)程序 Void delay(unsigned int j) { unsigned char i 。 i。} } } 附錄 2 TLC2543 讀寫程序 設(shè)計(jì) sib tlc2543clk = P3^2。 sib tl2543dout = P3^4。 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //寫命令子程序，返回轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)字值