基于單片機的自動窗簾系統(tǒng)畢業(yè)設計.doc

1、華科學院本科畢業(yè)設計（論文）基于單片機的自動窗簾系統(tǒng)設計摘要 目前，家庭居住環(huán)境的采光及避光問題主要采用的是手動開閉窗簾，手動開閉不僅費力而且很多方面不夠人性化，會對用戶造成一定的困擾，本文設計的自動窗簾控制系統(tǒng)可以解決這些問題。本文主要闡述了自動窗簾控制的設計過程。以AT89C51單片機為控制核心，以光敏電阻和雨滴傳感器為傳感器件，以步進電機為執(zhí)行器件。在設計的同時對單片機的理論基礎和外圍擴展知識進行了比較全面準備。硬件采用分塊的模式，對整個系統(tǒng)的電路設計進行分析，分別給出了系統(tǒng)整體框圖、顯示電路、檢測電路、系統(tǒng)總控制模塊、等相關電路；隨后說明系統(tǒng)軟件的編寫過程，同樣采用的是分塊的模式，且每

2、一個模塊都給出了相應的流程圖。本設計利用單片機實現(xiàn)了半自動控制、自動控制、定時控制的相互轉(zhuǎn)換，智能的控制窗簾的動作。通過調(diào)試，時鐘控制、手動開關窗簾、自動開關窗簾等控制方面的設計基本達到了預期效果。具有較強的實用價值。關鍵詞：單片機，自動窗簾，步進電機，自動控制。 System design based on single chip microcomputer automatic curtainAbstract Now，according to the requirements of living environments. This paper describes the process o

3、f intelligent curtain controller. This design uses AT89C51 microcontroller as the control，introduce microcontroller-based optical curtain curtain system，the main structural principle of the hardware and software programming to explain.In the design for monolithic integrated circuits，and peripheral t

4、o expand the basic the theories of knowledge was fairly comprehensive preparation. Block the model of hardware used，the circuit design of the entire system to analyze the overall block diagram of the system are given，display circuit，photoelectric switch circuit，system control module，power conversion

5、 circuits，protection circuits and other related circuit；then describes the software the preparation process，but also by the sub-block pattern，with each module to draw a corresponding flow chart.In this paper，use the AT89C51 microcontroller，according to their different modes，to achieve semi-automatic

6、 control，automatic control，timing control of the conversion and intelligent motion control curtains. Debugging by simulation，clock control，manual switch curtains，the curtains automatically switch the basic design of such control to achieve the desired effect，with a strong practical value.Key words：S

7、CM 、intelligent curtain、stepping motor、automatic control.目錄摘要IAbstractIII第1章 緒論- 1 -1.1 研究目的和意義- 1 -1.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況- 2 -1.3 課題的目的任務和要求- 2 -第2章 系統(tǒng)方案論證- 5 -2.1 方案選取- 5 -2.2 總體設計方案- 8 -2.2.1 系統(tǒng)基本功能- 8 -2.2.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設計- 9 -第3章 系統(tǒng)硬件分析設計- 11 -3.1 系統(tǒng)硬件總設計- 11 -3.2 各單元電路設計- 12 -3.2.1 控制電路設計- 12 -3.2.2 檢測電路設計- 16

8、 -3.2.3 執(zhí)行電路設計- 18 -3.2.4 鍵盤/顯示接口電路- 21 -第4章 系統(tǒng)軟件設計- 27 -4.1 系統(tǒng)軟件總設計- 27 -4.2 系統(tǒng)軟件子程序設計- 28 -4.2.1 步進電機程序設計- 28 -4.2.2 鍵盤程序設計- 29 -4.2.3 定時程序設計- 31 -第5章 測試和調(diào)試- 33 -5.1 硬件調(diào)試- 33 -5.1.1 28BYJ-48步進電機：- 33 -5.1.2 1602液晶顯示器- 35 -5.1.3 DS1302時鐘芯片- 36 -5.1.4 LM雙電壓比較器集成電路- 37 -5.2 軟件調(diào)試- 38 -5.3 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)- 38 -總結(jié)

9、- 43 -參考文獻- 45 -致謝- 47 -附錄- 49 - 79 -第1章 緒論1.1 研究目的和意義 21世紀是科技飛速發(fā)展的時代，單片機的應用也隨之越來越廣泛。在這樣高速發(fā)展的環(huán)境下，各種新型產(chǎn)品猶如雨后春筍，單片機的作用也越發(fā)重要單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領域的廣泛應用。從上世紀80年代，由當時的4位、8位單片機，發(fā)展到現(xiàn)在的32位300M的高速單片機。單片機具有高集成度、高可靠性

10、，控制功能強，低電壓、低功耗，優(yōu)異的性價比。由于這些優(yōu)良的特性，單片機廣泛的應用到工業(yè)控制，智能家電，汽車電子，樓宇自動化，醫(yī)療器械。日常生活中，驗鈔機、門禁系統(tǒng)、電子監(jiān)控、變頻空調(diào)等也使用到了單片機。 在材料科學、工業(yè)技術、計算機技術的發(fā)展與進步的帶動下，電路系統(tǒng)向著高度集成的方向發(fā)展。CPU的生產(chǎn)制造技術，也朝著綜合性、技術性、實用性發(fā)展。其告訴的發(fā)展可以用日新月異來形容。其中單片機的重要性越來越越突出，在控制系統(tǒng)中的應用越來越普遍。要進行單片機系統(tǒng)的設計首先，要有一定的基礎知識；第二，需要具有一定的軟件設計能力，能夠根據(jù)設計的要求，寫出所需程序；第三，要靈活的把知識綜合運用。另外，單片機

11、也經(jīng)常應用到一些小系統(tǒng)的設計。本系統(tǒng)就是依靠AT89C51單片機的優(yōu)點順利設計出來的。 隨著科技的發(fā)展，人們生活水平不斷提高，使得人們對于居住的空間的環(huán)境有了更高的要求，人們希望居住空間更加的舒適、便捷。這是人類發(fā)展的必然規(guī)律?？萍及讶藗兊纳钭兊母又悄芑?，使人們生活的更加舒適、便捷。人們的生活離不開窗簾，它保護了人們的隱私。對于現(xiàn)代的建筑，對于窗簾的要求也越來越高，既能解決每天手動開關的麻煩，又能顯示出生活的檔次，所以窗簾自動系統(tǒng)會越來越普及。并且可以廣泛的應用到普通住宅、賓館飯店、寫字樓等各種場所，因此自動窗簾系統(tǒng)有著廣闊的市場前景，因此研究這方面的產(chǎn)品也顯得更加的重要。由于我國的科技剛

12、剛發(fā)展起來，各種科技產(chǎn)品還明顯的落后于發(fā)達國家，人民的生活也剛剛開始富裕起來，許多智能系統(tǒng)也剛剛在我國興起。但是，發(fā)展前景卻廣闊。這種系統(tǒng)可以為我們營造出高效、舒適、便捷的居住環(huán)境。并且它可以牽動一大批產(chǎn)業(yè)。如此廣泛的應用，他的前景也必將非常廣闊。隨著科學技術的飛速發(fā)展，人們的生活觀念也在漸漸的發(fā)生轉(zhuǎn)變。各種家電也在發(fā)生著變化。由于單片機技術和計算機技術的的不斷成熟，家電越來越智能化。窗簾也不例外，在歐美等發(fā)達國家，智能窗簾系統(tǒng)已廣泛應用。智能窗簾在國內(nèi)算是高端前沿產(chǎn)業(yè)，市場廣闊，有推廣和應用的意義，在發(fā)達的歐美市場智能窗簾已經(jīng)并不新鮮，已經(jīng)廣泛運用于平常百姓家中，所以有必要在國內(nèi)推廣。1.2

13、 國內(nèi)外發(fā)展狀況 隨著科學技術的飛速發(fā)展，人們的生活觀念也在漸漸的發(fā)生轉(zhuǎn)變。各種家電也在發(fā)生著變化。由于單片機技術和計算機技術的的不斷成熟，家電越來越智能化。窗簾也不例外，在歐美等發(fā)達國家，電動智能窗簾已廣泛應用。自動窗簾在國內(nèi)算是高端前沿產(chǎn)業(yè)，市場廣闊，有推廣和應用的意義，在發(fā)達的歐美市場智能窗簾已經(jīng)并不新鮮，已經(jīng)廣泛運用于平常百姓家中。本設計通過分析自動窗簾的發(fā)展和現(xiàn)狀來規(guī)劃其智能功能，從而對窗簾進行智能控制。采用步進電機為執(zhí)行原件，以光敏電阻和雨滴傳感器作為傳感原件，AT89C51單片機作為控制芯片，輔助鍵盤和顯示，實現(xiàn)自動窗簾的多項智能項目。 自動窗簾控制系統(tǒng)設計過程主要分為以下幾個章

14、節(jié)：（1）緒論：介紹目前國內(nèi)自動窗簾的發(fā)展現(xiàn)狀和研究的目的和意義?？傮w設計方案：給出智能窗簾系統(tǒng)的總體方案設想，智能項目，和設計結(jié)構(gòu)規(guī)劃。（2）硬件設計：選用AT89C51單片機為核心的各種電路設計，包括復位電路，電源電路，時鐘電路，步進電機控制電路，傳感器電路，鍵盤/顯示電路等一系列相關電路。（3）軟件設計：主要介紹了各項功能的設計流程。（4）總結(jié)與展望：針對設計中的不足進行再思考以及提出自動窗簾控制系統(tǒng)功能的擴展，和對此設計發(fā)展前景的展望。1.3 課題的目的任務和要求自動窗簾控制系統(tǒng)總體設計方案是確定能滿足設計要求的總體方案環(huán)節(jié)。本章從系統(tǒng)功能的需求出發(fā)，規(guī)劃并確定系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，并在次基

15、礎上考慮了系統(tǒng)的可擴展性以及可實現(xiàn)性。該系統(tǒng)除了具有一般窗簾控制系統(tǒng)的最基本功能以外，還通過單片機的控制實現(xiàn)了根據(jù)光照強度，空氣濕度和設定時間自動開閉窗簾的功能，在選取設計方案和采用元器件方面，該設計本著簡單實用經(jīng)濟的思想，盡量使電路的設計簡單化，用最簡單的電路布線和選用最經(jīng)濟實用的器件來達到設計的需求。智能窗簾主要有一下功能（1）手動控制：該功能是根據(jù)用戶的需求通過按鍵進行窗簾的開關，此功能可以使窗簾的開閉處于任何一種狀態(tài)；（2）光敏控制：根據(jù)光的強弱，實現(xiàn)窗簾的自動開關。（3）雨滴傳感器控制：若傳感器上有水滴，則窗簾自動關閉，水干后，自動開啟。（4）時間自動控制：根據(jù)用戶設置的時間來控制開

16、啟或者關閉窗簾。第2章 系統(tǒng)方案論證2.1 方案選取單片機在各種電子產(chǎn)品中的應用已經(jīng)越來越廣泛，很多的電子產(chǎn)品利用單片機所取得的便利性得到了人們的好評，所以本設計采用的控制元器件選用單片機。單片機的選擇：單片機自70年代問世以來都以微處理器（MPU）技術及超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展為先導，通過廣泛的應用領域拉動得到了蓬勃發(fā)展，單片機功能也日漸完善。由于單片機的應用，使許多領域的技術水平和自動化程度都大大提高，可以不夸張的說當今世界正在經(jīng)受著一場以單片機技術為標志的新技術革命浪潮沖擊。主要的單片機類型如下：(1) MCS-51系列單片機MCS-51系列單片機主要指Intel公司生產(chǎn)的以51位內(nèi)核

17、的單片機芯片，具有8位CPU、4K字節(jié)的ROM、128字節(jié)的RAM、同時可擴展外部64K字節(jié)RAM和ROM、兩個16位的定時器、四個8位并行I/O口、一個全雙工串行I/O口、21字節(jié)專用寄存器、五個中斷源、片內(nèi)自帶振蕩器、片內(nèi)單總線等功能部件。（2）AT89C51單片機AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能的CMOS 8位微處理器，俗稱為單片機。AT89C2051單片機是一種帶2K字節(jié)閃存，可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1

18、000次。該器件采用了ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，和工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在了單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，而AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性較高且價廉的方案。外形及引腳的排列如圖2-1所示：圖2.1 AT89C單片機外形及引腳排列AT89C51單片機主要的特性如下：（1） 和MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容（2） 4K字節(jié)在線編程Flash存儲器，1000次擦寫周期（3） 工作電壓范圍4.05.5V （4） 全靜態(tài)工作模式：033M

19、Hz （5） 三級程序存儲器鎖l內(nèi)部RAM1288字節(jié)（6） 三十二個可編程I/O口線l兩個16位定時/計數(shù)器（7） 六個中斷源（8） 全雙工串行UART通道（9） 低功耗空閑和掉電模式（10） 中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng)（11） 看門狗（WDT）和雙數(shù)據(jù)指針（12） 掉電標識和快速編程的特性（13） 具有掉電狀態(tài)下中斷恢復功能（14） 靈活的在系統(tǒng)編程（ISP字節(jié)或頁寫模式）因為AT89C51單片機片內(nèi)有4K字節(jié)的在線編程Flash存儲器，而且可以擦寫1000次，具有掉電模式，而且具有掉電狀態(tài)下中斷恢復功能，對設計開發(fā)非常實用。所以選用AT89C51單片機作為自動窗簾系統(tǒng)的控制單片機。針對單片

20、機控制的自動窗簾控制系統(tǒng)的智能化要求，實現(xiàn)其自動控制的方案有兩種： 方案（一）基于溫度檢測以及聲控檢測器件的自動控制 方案（二）基于光照強度器件以及濕度檢測器件的自動控制 方案（一）的系統(tǒng)框圖如圖2.2所示：聲控檢測89C51單片機鍵盤模塊液晶模塊溫度檢測電源模塊圖2.2 方案（一）的原理框圖方案（二）的系統(tǒng)框圖如圖2.3所示：時鐘模塊89C51單片機鍵盤模塊顯示模塊光照檢測電源模塊圖2.3 方案（二）的原理框圖這兩個方案都是基于單片機控制的，采用步進電機控制以及液晶顯示器，不同的設計部分在于檢測器件的選取上。 方案（一）與方案（二）的區(qū)別主要在于檢測器件的應用，方案（一）采用溫度采集和聲音檢

21、測原件，通過設定的溫度來控制窗簾的開閉，以減少光照對室內(nèi)的溫度影響，利用聲音控制雖然方便性有所提高，但是其誤差較大。方案（二）采用的時鐘模塊實用性更強，且手動控制不容易出現(xiàn)誤差。綜合考慮以上因素，系統(tǒng)設計采用方案（二）。2.2 總體設計方案 自動窗簾控制系統(tǒng)總體方案設計是基于滿足設計要求的前提并且根據(jù)理論上的可實現(xiàn)性和硬件上的經(jīng)濟實用性，而進行設計的重要環(huán)節(jié)。本章從人們對系統(tǒng)功能需求出發(fā)，在綜合考慮各種因素的情況下，設計出自動控制系統(tǒng)的總體構(gòu)架，并且在基本功能需求的基礎上盡可能考慮系統(tǒng)的可擴展性。2.2.1 系統(tǒng)基本功能伴隨著科學技術的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，人們對生活舒適性的追求越來越

22、強烈，而窗簾在每個家庭生活是必備的，其基本功能是保護住戶的隱私以及遮蔽陽光等?；谶@些作用窗簾的便利性自然也收到家庭的關注。但傳統(tǒng)的窗簾絕大部分是用手去開關，每天開關不僅不省力，而且還可能錯過最佳的光照時間，尤其是大窗簾，比較重，而且長，在開閉時需要費很大力氣才能開關窗簾，特別不方便。針對這種現(xiàn)象，自動窗簾遍由此產(chǎn)生?，F(xiàn)有的窗簾基本上都可以利用按鍵控制，自動開關窗簾，雖然省了力氣，但是有些方面的設計還是不夠人性化。對此，本控制系統(tǒng)提出可以根據(jù)光照以及定時等開關窗簾，具體有一下幾大功能：（1）手動控制：該功能是根據(jù)用戶的需求通過按鍵進行窗簾的開關，此功能可以使窗簾的開閉處于任何一種狀態(tài)；（2）光

23、敏控制：根據(jù)光的強弱，實現(xiàn)窗簾的自動開關。（3）雨滴傳感器控制：若傳感器上有雨滴，則窗簾自動關閉，水干后，自動開啟。（4）時間自動控制：根據(jù)用戶設置的時間來控制開啟或者關閉窗簾。2.2.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設計自動窗簾控制系統(tǒng)設計的總體框圖如圖 2.4所示89C51光敏、雨滴傳感器信號校正A/D轉(zhuǎn)換顯示模塊鍵盤模塊步進電機圖2.4 智能窗簾控制結(jié)構(gòu)框圖 通過傳感器采集的信號利用信號校正電路放大，濾波后輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，傳入的信號是由AT89C51單片機來控制，并且做出響應，以實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止。顯示模塊是用來顯示時間以及自動窗簾控制器的各種狀態(tài)。鍵盤作為輸入設備，通過不同按鍵來控制顯示模

24、塊的顯示內(nèi)容和控制單片機的各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)。第3章 系統(tǒng)硬件分析設計總體硬件包括單片機外圍電路、A/D轉(zhuǎn)換電路，信號調(diào)理電路、檢測電路、鍵盤/顯示接口電路、步進電機控制電路等模塊。單片機外圍電路提供各種模塊所需的5V電源和時鐘模塊；信號檢測后是模擬信號，經(jīng)過調(diào)理放大進入A/D轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)字信號給單片機。3.1 系統(tǒng)硬件總設計自動窗簾控制系統(tǒng)設計的總體框圖如圖 3.1所示：89C51光敏、雨滴傳感器信號校正A/D轉(zhuǎn)換顯示模塊鍵盤模塊步進電機圖3.1 自動窗簾控制系統(tǒng)設計總體框圖根據(jù)光照和雨滴來開閉窗簾的主要原理是用光敏電阻采集外界的光強度，從光傳感器采集的信號利用信號校正電路放大，濾波后輸入到A/D

25、轉(zhuǎn)換器，由于A/D轉(zhuǎn)換器件的轉(zhuǎn)換需要一定時間，一旦在短時間內(nèi)信號發(fā)生變化，轉(zhuǎn)換結(jié)果將會出現(xiàn)偏差，所以在轉(zhuǎn)換期應該采用采樣保持電路。傳入的信號是由AT89C51單片機來控制，并且做出響應，以實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止。顯示模塊是用來顯示時間以及自動窗簾控制器的各種狀態(tài)。鍵盤作為輸入設備，通過不同按鍵來控制顯示模塊的顯示內(nèi)容和控制單片機的各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)。3.2 各單元電路設計3.2.1 控制電路設計51系列優(yōu)點之一是它從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器，或布爾處理器。它的處理對象不是字或字節(jié)而是位。它不光能對片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能

26、進行位的邏輯運算，其功能十分完備，使用起來得心應手。雖然其他種類的單片機也具有位處理功能，但能進行位邏輯運算的實屬少見。51系列在片內(nèi)RAM區(qū)間還特別開辟了一個雙重功能的地址區(qū)間，十六個字節(jié)，單元地址20H2FH，它既可作字節(jié)處理，也可作位處理(作位處理時，合128個位，相應位地址為OOH7FH)，使用極為靈活。這一功能無疑給使用者提供了極大的方便，因為一個較復雜的程序在運行過程中會遇到很多分支，因而需建立很多標志位，在運行過程中，需要對有關的標志位進行置位、清零或檢測，以確定程序的運行方向。而實施這一處理(包括前面所有的位功能)，只需用一條位操作指令即可。 51系列的另一個優(yōu)點是乘法和除法指

27、令，這給編程也帶來了便利。八位除以八位的除法指令，商為八位，精度嫌不夠，用得不多。而八位乘八位的乘法指令，其積為十六位，精度還是能滿足要求的，用的較多。作乘法時，只需一條指令就行了，即MuL AB(兩個乘數(shù)分別在累加器A和寄存器B中。積的低位字節(jié)在累加器A中，高位字節(jié)在寄存器B中)。很多的八位單片機都不具備乘法功能，作乘法時還得編上一段子程序調(diào)用，十分不便。在51系列中，還有一條二進制一十進制調(diào)整指令DA，能將二進制變?yōu)锽CD碼，這對于十進制的計量十分方便。而在其他的單片機中，則也需調(diào)用專用的子程序才行。AT89C51單片機的引腳排列如圖3.2所示：圖3.2 AT89C51單片機的引腳排列圖晶

28、振電路： 電路中的晶振即石英晶體震蕩器。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾能力，所以，石英晶體震蕩器的用來產(chǎn)生基準頻率的。通過基準頻率來控制電路中的頻率的準確性。同時，它還可以產(chǎn)生震蕩電流，向單片機發(fā)出時鐘信號。電路中的電容C1和C2的典型值通常選擇為30F左右，該電容的大小會影響震蕩電路頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性和奇珍的快速性。晶體震蕩頻率的范圍通常在1.212MHz。晶體的頻率越高，系統(tǒng)的時鐘頻率越快，單片機的運行速度越快。但反過來，運行速度對于存儲器的速度要求就越高，對印刷電路板的工藝要求也就越高，即要求線間的寄生電容要小。晶體和電容應該盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以

29、減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。89C51常選擇震蕩頻率12MHz的石英晶體。單片機晶振電路圖如圖3.3所示： 圖3.3 單片機晶振電路圖復位電路： 復位是單片機的初始化操作，只需要給89C51的復位引腳RST加上大于2個機器周期（即24個時鐘震蕩周期）的高電壓就可以使89C51復位。復位時，單片機初始化為0000H，從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當程序運行錯誤（如程序跑飛）或者操作錯誤使系統(tǒng)處于鎖死狀態(tài)時，也需要復位鍵使RST引腳為高電平，使89C51擺脫“跑飛”或者“死鎖”狀態(tài)而重新啟動。復位電路圖如圖3.4所示。圖3.4 復位電路圖時鐘電路：

30、 本設計需要窗簾在給定的時間自動的開和關，所以需要用到定時器，而為了保證單片機與外界時鐘一致，要用到一個實時時鐘電路。這里實用的是DS1302時鐘芯片來完成這項功能。 DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充電時鐘芯片，內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31 字節(jié)靜態(tài)RAM ，通過簡單的串行接口與單片機進行通信。實時時鐘/日歷電路提供秒、分、時、日、周、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整。時鐘操作可通過AM/PM 指示決定采用24 或12 小時格式。DS1302 與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信，僅需用到三個口線：（1）RES 復位（2）I/O 數(shù)據(jù)線（3）SCLK串行

31、時鐘。時鐘/RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31 個字節(jié)的字符組方式通信。DS1302 工作時功耗很低保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW DS1302 是由DS1202 改進而來增加了以下的特性：雙電源管腳用于主電源和備份電源供應，Vcc1 為可編程涓流充電電源，附加七個字節(jié)存儲器。它廣泛應用于電話、傳真、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領域。下面將主要的性能指標作一綜合：（1） 實時時鐘具有能計算2100 年之前的秒、分、時、日、星期、月、年的能力，還有閏年調(diào)整的能力。（2）31 8 位暫存數(shù)據(jù)存儲RAM。（3）串行 I/O 口方式使得管腳數(shù)量最少。（4）寬范圍工作電壓2.0 5.

32、5V。（5）工作電流 2.0V 時,小于300nA。（6） 讀/寫時鐘或RAM 數(shù)據(jù)時有兩種傳送方式單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送字符組方式。（7） 8 腳DIP 封裝或可選的8 腳SOIC 封裝根據(jù)表面裝配。（8）簡單 3 線接口。（9） 與 TTL 兼容Vcc=5V。（10）可選工業(yè)級溫度范圍-40 +85。（11）雙電源管用于主電源和備份電源供應。 DS1302芯片和AT89C51單片機的接口電路如圖3.5所示：圖3.5 DS1302芯片和AT89C51單片機的接口電路圖3.2.2 檢測電路設計自動窗簾要根據(jù)光照和是否有雨的情況而自動開關窗簾，因而需要用到光傳感器和雨滴傳感器。光敏傳感器：在本設

33、計中采用了光敏電阻，光敏電阻與碳膜電阻不同，它對光的變化非常敏感，再光的照射下，阻值會明顯變小，所以叫他光導器件。光敏電阻又稱光導管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏 電阻屬半導體光敏器件，除具靈敏度高，反應速度快，光譜特性及r值一致性好等特點外，在高溫，多濕的惡劣環(huán)境下，還能保持高度的穩(wěn)定性和可靠性，可廣泛應用于照相機，太陽能庭院燈，草坪燈，驗鈔機，石英鐘，音

34、樂杯，禮品盒，迷你小夜燈，光聲控開關，路燈自動開關以及各種光控玩具，光控燈飾，燈具等光自動開關控制領域。光敏電阻的結(jié)構(gòu)簡單，它是在陶瓷基片上積淀一層光敏半導體，再接上兩根引出電極組成的。該電路中的光敏器件選用的是硫化鎘光敏電阻。雨滴傳感器：雨滴傳感器又叫雨滴檢測傳感器，用于檢測是否下雨及雨量的大小，廣泛用于汽車自動刮水系統(tǒng)、智能燈光系統(tǒng)和智能天窗系統(tǒng)中。在雨滴傳感刮水系統(tǒng)中，用雨滴檢測傳感器檢測出雨量，并利用控制器將檢測出的信號進行變換，根據(jù)變換后的信號自動地按雨量設定刮水器的間歇時間，以便隨時控制刮水器電動機；在汽車智能燈光系統(tǒng)中檢測車輛行駛的環(huán)境，自動調(diào)整燈光模式，提高車輛在惡劣環(huán)境下行駛

35、的安全性；在智能天窗系統(tǒng)中傳感器一旦檢測到下雨，會自動關閉天窗。傳感器控制電路是由運算放大器組成比較電路，在運算放大器同相輸入端用兩個電阻分壓，得到的電壓值作為基準電壓，在反相輸入端則用光敏電阻對光和濕度變化采集，由于光敏電阻具有根據(jù)光照強度阻值變化的特點，雨滴傳感器根據(jù)是否有水滴阻值變化的特點，可以得到反向輸入端的電壓值。然后將得到的兩組電壓值進行比較，比較后的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送入單片機89C51的P35和P36接口，單片機處理后輸出命令控制電機正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)通過光照和雨滴控制窗簾的開關功能。集成運算放大電路：集成電路運算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻和地輸入電阻的多級直接耦合放

36、大電路，它的種類很多，電路也不一樣，但結(jié)構(gòu)具有共同之處，集成運放的內(nèi)部電路組成的原理框圖如圖3.6所示。差分輸入級電壓放大級輸出級偏置電流圖3.6 集成運放的內(nèi)部電路組成的原理框圖本設計選用的器件是LM393。LM393的主要優(yōu)勢是：（1）高精度比較器；（2）減少由于溫漂引起的失調(diào)電壓；（3）工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源： 2 36V，雙電源：118V； （4）輸入工模電壓范圍接近地電平；（5）兼容邏輯電路。LM393的功能框圖如圖3.7所示。圖3.7 LM393的功能框圖LM393是高增益,寬頻帶器件，象大多數(shù)比較器一樣，如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生耦合，則很容易

37、產(chǎn)生振蕩。這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當比較器改變狀態(tài)時，輸出電壓過渡的間隙，電源加旁路濾波并不能解決這個問題，標準PC板的設計對減小輸入輸出寄生電容耦合是有助的。減小輸入電阻至小于10K將減小反饋信號，而且增加甚至很小的正反饋量(滯回1.010mV)能導致快速轉(zhuǎn)換,使得不可能產(chǎn)生由于寄生電容引起的振蕩，除非利用滯后，否則直接插入IC(集成電路板integrated circuit，縮寫：IC) 并在引腳上加上電阻將引起輸入輸出在很短的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)振蕩，如果輸入信號是脈沖波形，并且上升和下降時間相當快，則滯回將不需要。使用LM393時必須要注意，比較器的所有沒有用的引腳必須接地。LM393偏置網(wǎng)絡確立了其

38、靜態(tài)電流與電源電壓范圍 2.030V無關。 差分輸入電壓可以大于Vcc并不損壞器件，保護部分必須能阻止輸入電壓壓向負端超過-0.3V。 LM393的輸出部分是集電極開路，發(fā)射極接地的 NPN輸出晶體管，可以用多集電極輸出提供或OR ing 。傳感器電路如圖3.8所示圖3.8 傳感器電路圖3.2.3 執(zhí)行電路設計 步進電機步進電機作為執(zhí)行原件是機電一體化的關鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領域都有應用。步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一

39、個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點，廣泛應用于各種開環(huán)控制?，F(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應式步進電機（vr）、永磁式步進電機（pm）、混合式步進電機（hb）和單相式步進電機等。永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度；反應式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應式步進電機

40、的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。本設計采用的步進電機是混合式步進電機?；旌鲜讲竭M電機混合了永磁式和反應式步進電機的優(yōu)點它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應用最為廣泛。所以，本設計采用此種步進電機。步進電機28BYJ-48型四相八拍電機，電壓為DC5VDC12V。當對步進電機施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動。每一個脈沖信號對應步進電機的某一相或者兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度（一個步距角）。當通電狀態(tài)改變完成一個循環(huán)時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距。四相步進電機可以在不

41、同的通電方式下運行，常見的通電方式有單（單相繞組通電）四拍（A-B-C-D-A。），雙（雙相繞組通電）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。）驅(qū)動方式： 表3.1 步進電機驅(qū)動方式導線顏色123456785紅+4橙3黃2粉1藍紅線接電源5V，橙色電線接P1.3口，黃色電線接P1.2口，粉色電線接P1.1口，藍色接P1.0口。由于單片機接口信號不夠大需要通過ULN2003放大再連接到相應的電機接口。ULN2003晶體管陣列：ULN2003是一個單片高電壓、高電流的達林頓晶體管陣列集成電路。它是由7對NPN達林頓管組成的，它的高電壓輸出特性和陰

42、極箝位二極管可以轉(zhuǎn)換感應負載。單個達林頓對的集電極電流是500mA。達林頓管并聯(lián)可以承受更大的電流。此電路主要應用于繼電器驅(qū)動器，字錘驅(qū)動器，燈驅(qū)動器，顯示驅(qū)動器（LED氣體放電），線路驅(qū)動器和邏輯緩沖器。ULN2003的每對達林頓管都有一個2.7k串聯(lián)電阻，可以直接和TTL或5V CMOS裝置。ULN2003的主要特點：（1）500mA 額定集電極電流（單個輸出）。（2）高電壓輸出：50V。（3）輸入和各種邏輯類型兼容。（4）繼電器驅(qū)動器。步進電機控制系統(tǒng)電路如圖3.9所示：圖3.9 步進電機控制系統(tǒng)電路圖在實用兩相混合式步進電機時需注意，該種電機在低速運轉(zhuǎn)時有振動和噪聲，是其固有的缺點、一

43、般可采用以下方案來克服： （1）如步進電機正好工作在共振區(qū)，可通過改變減速比等機械傳動避開共振區(qū)；（2）采用帶有細分功能的驅(qū)動器，這是最常用的、最簡便的方法；（3）換成步距角更小的步進電機，如三相或五相步進電機；（4）換成交流伺服電機，幾乎可以完全克服震動和噪聲，但成本較高；（5）在電機軸上加磁性阻尼器，市場上已有這種產(chǎn)品，但機械結(jié)構(gòu)改變較大。3.2.4 鍵盤/顯示接口電路 鍵盤在單片機應用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)，傳送命令等功能，是人工干預單片機的主要手段。本設計中的鍵盤采用了四個按鍵。K1鍵可以設置日期及時間，按下K1依次調(diào)整年月日時和分，調(diào)整哪個那個會顯示*，可以按K2+ K3-，來

44、調(diào)整要調(diào)整的數(shù)據(jù),按到調(diào)整分鐘之后會全部出現(xiàn)*就是設置完成了。設置開啟和關閉時間：K4鍵，第一行顯示kai：xx:xx，第二行顯示guan:xx:xx.此時按下K2+ K3-，來調(diào)整要調(diào)整的數(shù)據(jù)，第一次設置開的小時，第二次設置開的分鐘，第三次設置關的小時，第四次設置關的分鐘。第五次恢復正常顯示。按鍵接口電路如圖3.10所示：圖3.10 鍵盤接口電路圖 顯示部分則主要用于顯示時間，用于設置時間。在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通用器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機與人的人機交流界面中，

45、一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。本設計中采用的是液晶顯示器作為輸出器件的。 在單片機系統(tǒng)中應用液晶顯示器作為輸出有以下幾個優(yōu)點：（1） 顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。（2） 數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。（3） 體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多（4） 低功耗：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消

46、耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。本設計采用的液晶顯示器為1602字符型液晶顯示器。1602LCD主要技術參數(shù)：顯示容量:162個字符；芯片工作電壓:4.55.5V；工作電流:2.0mA(5.0V)；模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm。1602液晶顯示器引腳接口說明：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生

47、“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應

48、用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖3.11所示：圖3.11 1602液晶顯示器尺寸圖LCD顯示的基本原理：點陣圖形式液晶由MN個顯示單元組成，假設LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共168=128個點組成，屏上6416個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應位置的亮暗對應。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當（000H）=FFH時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點；當（3FFH）=FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當（000H）=FFH，（001H）=00H，（002

49、H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H時，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令如表3.2所示:表3.2 1602液晶模塊控制指令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01

50、BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。指令2：光標復位，光標返回到地址00H。指令3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：

51、控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6：功能設置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設置。指令8：DDRAM地址設置。指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。讀操作時序如圖3.12所示：圖3.12 讀操作時序?qū)懖僮鲿r序如圖3.13所示：圖3.13 寫操

52、作時序液晶顯示器電路如圖3.14所示：圖3.14 液晶顯示器電路圖第4章 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)軟件設計主要包括顯示子程序，鍵盤子程序，時鐘程序，步進電機控制程序設計及部分構(gòu)成。本章節(jié)系統(tǒng)的介紹了自動窗簾的主程序和各主要功能子程序的設計流程。4.1 系統(tǒng)軟件總設計 主程序構(gòu)成無限循環(huán)，主要完成單片機初始化，關中斷，菜單顯示內(nèi)容初始化，按鍵控制，電機運行，計時等功能。主程序軟件設計流程圖如圖4.1所示。開始關中斷設置推顯示短路帽？觸發(fā)控制外部觸發(fā)？設置時間到點？開始計時電機工作完成？電機停止YNYNNYYN圖4.1 主程序軟件設計流程圖 啟動主程序，先關中斷并且設置堆棧，接著初始化寄存器，初始化顯示內(nèi)容；然后根據(jù)短接帽是否連接執(zhí)行相應的操作。4.2 系統(tǒng)軟件子程序設計4.2.1 步進電機程序設計步進電機程序設計的主要任務是：（1） 判斷旋轉(zhuǎn)方向；（2） 按順序傳送控制脈沖；（3） 判斷所要求的控制步數(shù)是否傳送完畢。步進電機工作流程圖如4.2所示。開始步進電機正轉(zhuǎn)？傳送正轉(zhuǎn)的脈沖序列傳送反轉(zhuǎn)的脈沖序列傳送步數(shù)是否完畢？傳送步數(shù)是否完畢？返回圖4.2 步進電機工作流程圖表4.1 步進電機轉(zhuǎn)向表橙黃粉藍十六制（P1口）10000X0811000X0C01000X0401100X0601000X0200110X0300010X0110010X09所以可以定義旋轉(zhuǎn)相序