【正文】 e setting time only through the power. This paper introduces the research backgroud of the nanny machine and uses the SCM design scheme through paring 555 design scheme,FPGA design scheme and SCM design scheme. In this paper, the nanny machine ,which is designed through using electron technology,has many functions .It not only can control the Household appliances from time to time, but also can display time,temperature and so on .This design pletes the hardware and software of the electronic nanny Machine , debugges a part of functions on the board and realizes the basic function of the electronic nanny Machine. The design uses Atmega128 as a core,controls home appliances from time to time through the work of the relay, pletes the basic function of clock / calendar through using the DS1302 realtime clock,measures ambient temperature by using temperature sensor DS18B20, and uses four LED digital tube for displaying . The machine can be applied to the life and work, can also be modified to improve performance,and can be added new functions so that it brings more convenience to the people39。 多功能電子保姆機 研究 的 背景 和意義 20 世紀末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展 。 保姆機 對人們來說 越發(fā)的珍貴 ，工作的忙碌性和繁雜容易使人忘記當(dāng)前的時間 ，工作后的疲勞性，使人變得懶惰，回到家中什么都想要做好的如熱水洗澡、吃香噴噴的飯菜等 。然而遇到重大事情的時候，一旦忘記時間，就會給自己或他人造成很大麻煩。所以說能隨時準確的知道時間并利用時間，是我們生活和工作中必不可少的。想知道時間， 手表當(dāng)然是一個 很 好的選擇，但是， 在忙碌當(dāng)中，我們還需要一個“助理” 及時的給我們提醒時間。 最早能夠定時、報時的時鐘屬于機械式鐘表，但這種時鐘受到機械結(jié)構(gòu)、動力和體積的限制，在功能、性能以及造價上都沒辦法與電子保姆機相比 【 1】 。 廣泛 應(yīng) 用于個人家庭 ， 車站 ， 碼頭辦公室等公共場所 ， 成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?。 諸如定時自動報警 、 按時自動打鈴 、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等 ， 所有這些 ， 都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 2 另外，溫度實時顯示系統(tǒng)應(yīng)用同樣越來越廣泛，比如空調(diào)遙控器上當(dāng)前室溫的顯示、熱水器溫度的顯示等等。 如果能夠在電子保姆機上附加溫度采集、時鐘日歷的顯示、鬧鈴功能功能，將使電子保姆機的應(yīng)用更加廣泛。擁有時間精確、體積小、界面友好、可擴展性能強等特點，可廣泛應(yīng)用于生活和工作當(dāng)中。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 3 第二章 電子保姆機設(shè)計方案分析 電子保姆機是通過擴展電子鐘的功能而形成的，其核心就是數(shù)字化的電子鐘、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 。由 555 構(gòu)成的秒脈沖發(fā)生器電路見圖 。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 9 J un 2 0 0 8 S he e t o f F i l e : H : \常亮 \常亮畢業(yè)設(shè)計 \電路圖 \ 5 55 定時器 .d db D ra w n B y:RD IS7T H R6T R IG2GND1C V o l t5R4VCC8Q35 55C CRV C CV 012 圖 基于５５５的秒脈沖發(fā)生器 采用 555 定時器設(shè)計電子保姆機，成本低，容易實現(xiàn)。 單片機設(shè)計方案 單片機是微型機的一個主要分支，它在結(jié)構(gòu)上的最大特點使把 CPU、存儲器、定時器和多種輸入 /輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上。 單片機具有如下特點 ： （ 1）有優(yōu)異的性能價格比； （ 2）集成度高、體積小、有很高的可靠性； （ 3）控制功能強； （ 4）低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品； （ 5）外部總線增加了 I2C、 SPI 等串行總線方式，進一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)； （ 6）單片機的系統(tǒng)擴展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。單片機應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思路和設(shè)計方法。這種用軟件代替硬件的控制技術(shù)，是對生產(chǎn)控制技術(shù)的一次革命。單片機均具有時鐘振蕩系統(tǒng)，利用系統(tǒng)時鐘借助微處理器的定時器 /計數(shù)器可實現(xiàn)電子保姆機功能。另外很多功能不同的單片機是兼容的，這就更便于實現(xiàn)產(chǎn)品的多功能性。 電子保姆機包括時鐘日歷芯片電路、顯示電路、按鍵電路、供電電源、鬧鈴電路、繼電器控制電路等幾部分。硬件電路框圖參照圖 。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。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 9 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 8K 8 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， DS1302 需要使用 的晶振 【 5】 。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t leN u m be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 9 Jun 20 08 S he e t o f F i l e : C : \ D o c um e nt s a n d S e tt i ng s \ A d m i ni st r a t or \桌面 \常亮畢業(yè)設(shè)計 \電路圖 \多功能電子時鐘畢業(yè)設(shè)計電路圖 .ddbD r a w n B y :V C C 11X12X23G N D4V C C 2 8S C L K 7I / O 6R S T 5D S 13 02 圖 芯片引腳圖 其的引腳功能參照表 。 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)； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 11 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