【正文】 鐘、通過讀取電子鐘的時間和設(shè)定時間相比較，繼電器控制家用電器定時工作。FPGA在結(jié)構(gòu)上由邏輯功能塊排列為陣列，并由可編程的內(nèi)部連線連接這些功能塊，來實現(xiàn)一定的邏輯功能。由于EDA技術(shù)擁有系統(tǒng)的模擬和仿真功能，可讀性、可重復(fù)性、可測性非常好，所以利用EDA開發(fā)FPGA是目前比較流行的方式。正因為FPGA在設(shè)計過程中方便、快捷，而且FPGA技術(shù)功能強大，能夠應(yīng)用其制作諸如基代碼發(fā)生器、數(shù)字頻率計、電子琴、電梯控制器、自動售貨機控制系統(tǒng)、多功能波形發(fā)生器、步進電機定位控制系統(tǒng)等。目前，流行的產(chǎn)品主要有4種：BJT兩個：555，556（含有兩個555）；CMOS兩個：7555，7556（含有兩個7555）。成本較低，外加電阻、電容等元件就可以構(gòu)成多諧振蕩器、單穩(wěn)電路、施密特觸發(fā)器等，常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等領(lǐng)域。輸出的脈沖信號V0的頻率F為： 式（），使輸出V0的頻率為精確的1Hz。但是受芯片引腳數(shù)量和功能限制，不容易實現(xiàn)電子保姆機的多功能性。就其組成和功能而言，一塊單片機芯片就是一臺計算機。所以單片機的應(yīng)用非常廣泛，在智能儀表、機電一體化、實時控制、分布式多機系統(tǒng)以及人們的生活中均有用武之地。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。利用單片機的智能性，可方便地實現(xiàn)具有智能的電子保姆機設(shè)計。然而系統(tǒng)時鐘誤差較大，電子鐘的積累誤差也可能較大，所以可以通過誤差修正軟件加以修正，或者在設(shè)計中加入高精度時鐘日歷芯片，以精確時間。第三章 基于單片機的電子保姆機硬件設(shè)計在比較了以上的三種實現(xiàn)方案之后，考慮單片機貨源充足、價格低廉，可軟硬件結(jié)合使用，能夠較方便的實現(xiàn)系統(tǒng)的多功能性，故采用單片機作為本設(shè)計的硬件基礎(chǔ)。另外，本設(shè)計要求該電子保姆機能夠采集環(huán)境溫度，所以還需要溫度采集電路【3】。使用比較通用的4位8段共陽LED數(shù)碼管，做4位顯示，分別顯示時間、日期、年200X，以及環(huán)境溫度值【4】。繼電器作為家用電器定時開關(guān)，控制家用電器工作。整個電路使用了兩種電源，+5V電源將為整個電路供電。當(dāng)+5V電源被切斷后，DS1302啟用+3V電源，可以保持DS1302繼續(xù)工作。具體電路圖請參見附錄A。片內(nèi)包括了CPU,程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定時器/計數(shù)器及各種I/O口。片內(nèi)程序存儲器采用Flash存儲，可反復(fù)編程修改上千次，便于新產(chǎn)品開發(fā)；程序高度保密，避免非法竊取；速度快，大多數(shù)指令只用1個晶振周期，而MCS51單片機單周期指令也需12個晶振周期；能采用C語言編程，從而高效快速的開發(fā)目標產(chǎn)品。 ATMEGA128特點（1）高性能、低功耗的 AVR 8 位微處理器；（2）I/O 和封裝– 53 個可編程的I/O腳；– 64 引腳 TQFP 與 64 引腳 MLF 封裝；（3）工作電壓：～（ATmega128）；（4）速度等級：0～16 MHz（ATmega128）；（5）32個工作寄存器；（6）16根地址線 PA PC ；（7）8根數(shù)據(jù)線PA。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。復(fù)位發(fā)生時端口A為三態(tài)，端口A也可以用做其他不同的特殊功能。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。復(fù)位發(fā)生時端口B為三態(tài)。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。復(fù)位發(fā)生時端口C為三態(tài)。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。復(fù)位發(fā)生時端口D 為三態(tài)。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。復(fù)位發(fā)生時端口E為三態(tài)。如果不作為ADC 的模擬輸入，端口F可以作為8 位雙向I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。如果使能了JTAG 接口，則復(fù)位發(fā)生時引腳PF7(TDI)、PF5(TMS) 和PF4(TCK) 的上拉電阻使能。端口G(PG4PG0)：端口G為5位雙向I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在ATmega103 兼容模式下，端口G 只能作為外部存儲器的所存信號以及32 kHz 振蕩器的輸入，并且在復(fù)位時這些引腳初始化為PG0 = 1，PG1 = 1 以及PG2 = 0。RESET：復(fù)位輸入引腳。低于此時間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。XTAL2：反向振蕩器放大器的輸出。使用ADC 時應(yīng)該通過一個低通濾波器與VCC連接。PEN：PEN是SPI串行下載的使能引腳。在正常工作過程中PEN 引腳沒有其他功能。每種芯片的主要時鐘功能基本相同，只是在引腳數(shù)量、備用電池的安裝方式、計時精度和擴展功能等方面略有不同。DS1643為帶有全功能實時時鐘的8K8非易失性SRAM，集成了非易失性SRAM、實時時鐘、晶振、電源掉電控制電路和鋰電池電源，BCD碼表示的年、月、日、星期、時、分、秒，帶閏年補償。故而從性價比和貨源上考慮，DS1302芯片讀寫靠時序控制且具有寫保護位，抗干擾效果好，故本設(shè)計采用實時時鐘日歷芯片DS1302。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小于31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補償功能。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。需要強調(diào)的是，【5】。DS1302是SPI總線驅(qū)動方式。要想與DS1302通信，首先要先了解DS1302的控制字。每次數(shù)據(jù)的傳輸都是由控制字開始。2. BIT 6：如果為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；3. BIT 5至BIT 1（A4～A0）：用A4～A0表示，定義片內(nèi)寄存器和RAM的地址。A4～A0=0～6，順序為秒、分、時、日、月、星期、年的寄存器。當(dāng)A4～A0=8，為慢速充電參數(shù)選擇寄存器。當(dāng)BIT 6=1時，定義RAM的地址，A4～A0=0～30，對應(yīng)各子地址的RAM，地址31對應(yīng)的是RAM多字節(jié)方式選擇寄存器。控制字總是從最低位開始輸出。同樣，在緊跟8位的控制字指令后的下一個SCLK脈沖的下降沿，讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)也是從最低位到最高位。每次僅寫入或讀出一個字節(jié)數(shù)據(jù)稱為單字節(jié)操作，每次對時鐘/日歷的8字節(jié)或31字節(jié)RAM進行全體寫入或讀出的操作，稱其為多字節(jié)操作方式。但是，當(dāng)以多字節(jié)方式寫RAM時，不必寫所有31字節(jié)。為了啟動數(shù)據(jù)的傳輸，RST引腳信號應(yīng)由低變高，當(dāng)把RST驅(qū)動至邏輯1的狀態(tài)時，SCLK必須為邏輯0，數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿串行輸入。在開始8個時鐘周期把命令字（具有地址和控制信息的8位數(shù)據(jù)）裝入移位寄存器之后，另外的時鐘在讀操作時輸出數(shù)據(jù)，在寫操作時輸入數(shù)據(jù)，所有的數(shù)據(jù)在時鐘的下降沿變化。對于單字節(jié)操作，包括命令字節(jié)在內(nèi)，每次為2個字節(jié)，需要16個時鐘；對于時鐘/日歷多字節(jié)模式操作，每次為7個字節(jié)，需要72個時鐘；而對于RAM多字節(jié)模式操作，每次則為32字節(jié)，需要多達256個時鐘。多字節(jié)操作方式與其類似，只是后面跟的字節(jié)數(shù)不止一個。DS1302共有12個寄存器：與日歷、時間的寄存器共有10個，時鐘/日歷包含在其中的7個寫/讀寄存器內(nèi)，這7個寄存器分別是秒、分、小時、日、月、星期和年。當(dāng)為12小時制式時，位5為“0”表示AM；為“1”表示PM。 當(dāng)該位置為1時，時鐘振蕩器停止，DS1302處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位置為0時，時鐘開始運行?？刂萍拇嫫鳎?FH、8EH）的位7是寫保護位（WP），其它7位均置為0。當(dāng)WP位為1時，寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。另外。寄存器的BIT4～BIT7（TCS）決定是否具備充電性能：僅在編碼為1010的條件下才具備充電性能，其他編碼組合不允許充電。如果編碼DS是01，選擇一個二極管；如果編碼是10，選擇兩個二極管；其他編碼將不允許充電。其中編碼RS=01為2 KΩ，RS=10為4 KΩ，RS=11為8 KΩ，而RS=00將不允許進行充電。： I充電=（V0VDVE）/R （）式中：V0——；VD——二極管壓降，；R——慢速充電控制寄存器0和1位編碼決定的電阻值；VE——VCC1腳所接入的電池電壓。寄存器和RAM的操作通過命令字節(jié)的BIT6加以區(qū)別。其操作方法與前述相同。在日常生活中和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常要用到溫度檢測及控制，傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻，而熱電偶和熱電阻測出的一般都是電壓，將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的二進制溫度碼值，需要較多的硬件支持，硬件電路復(fù)雜，軟件調(diào)試也比較麻煩，制作成本高。常用的此類溫度傳感器有AD590和DS18B20?！妫浑娫捶秶鷮挘?4～+30V。與AD590不同的是，DS18B20數(shù)字溫度傳感器能直接將被測溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號，以供單片機處理，既節(jié)省了硬件，又有效避免了模擬方式的干擾問題。通過編程，DS18B20可以實現(xiàn)9～12位溫度讀數(shù)，信息經(jīng)過單線接口送入DS18B20或從DS18B20送出，因此從單片機到DS18B20僅需要連接一條線。測量范圍為55～+125℃，℃。通過編程，用戶還以自行設(shè)定告警上下限溫度，告警尋找命令可以識別和尋址那些溫度超出預(yù)設(shè)告警界限的器件。3VDD可選擇的VDD引腳；當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。主要由4部分組成：64位ROM溫度傳感器、非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器【6】。DS18B20在工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值。出廠時R0、R1被置為“1”，默認設(shè)置是12位分辨率，用戶可根據(jù)需要給寫配置寄存器以獲得合適的分辨率。R0R1溫度計分辨率/bit最大轉(zhuǎn)換時間/ms009011010113751112750 DS18B20溫度值格式表這是12位分辨率的情況，如果配置為低分辨率，則其中無意義位為“0”。由于這些是8位寄存器，所以9～12位在比較時忽略。如果溫度測量的結(jié)果高于TH或低于TL，那么器件內(nèi)告警標志將置位，每次溫度測量都會更新此標志位。系統(tǒng)時鐘應(yīng)用了實時時鐘日歷芯片DS1302。，ATmega128單片機PB0直接接DS1302的RST端，上電后，ATmega128的PB0引腳復(fù)位低電平有效。DS1302采用雙電源供電，平時由+5V電源供電，當(dāng)+5V掉電之后，由圖中BT1（+3V備用電池）供電。本設(shè)計中使用DS18B20溫度傳感器進行環(huán)境溫度采集和轉(zhuǎn)化。在讀數(shù)據(jù)結(jié)束時，I/O引腳將通過此上拉電阻拉回至高電平。它使用了8段LED發(fā)光二極管,其中7個用于顯示字符,1個用于顯示小數(shù)點,故通常稱之為7段(也有稱作8段)發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。 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。 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)。硬件接口方法：LED數(shù)碼管與譯碼器相連，通過硬件譯碼。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。 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。在進行動態(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。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。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。由于本系統(tǒng)需要對控制信號進行實時操作，故采用靜態(tài)顯示方式以減少 CPU的負擔(dān)。由單片機PA口給出待顯示數(shù)據(jù)的筆段碼，PE0～PE3給出位選碼。 顯示面板LED分布圖 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，也稱行列式鍵盤，按鍵位于行、列的交叉點上。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。 根據(jù)按鍵按下的次數(shù)依次校對分、時、日、月、年。 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。 設(shè)定鬧鐘時間和電器開關(guān)時間、報警溫度。 設(shè)定鬧鐘時間和電器開關(guān)時間選擇。Key22：確認鍵。 Key14：加1按鍵。Key24：減1按鍵。 鬧鈴電路繼電器意思：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）帶動一個負載部件去承載大電流，在電路中起自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。當(dāng)PC7引腳輸出“0”時，三極管截止，繼電器釋放，燈泡滅。選擇1K的電阻作為限流電阻。 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）第四章 電子保姆機軟件設(shè)計ATmega128單片機可以應(yīng)用匯編語言和C語言進行編程。C語言程序可讀性高，更便于理解【10】。 主程序設(shè)計第一次上電，系統(tǒng)先進行初始化， LED顯示初始時間“21： 00”，并開始走時。 單片機端口初始化，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】。 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，對年、月、日、時、分、秒等寄存器的讀寫操作。 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。在進行寫操作時，需要先解除寫保護寄存器的“禁止”狀態(tài)。源程序見附錄A。 主機操作單線器件DS18B20必須遵循下面的順序。初始化過程如下：主機通過拉低單線480μs以上，產(chǎn)生