基于AT89S51單片機(jī)的教室燈光智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于AT89S51單片機(jī)的教室燈光智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：該系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)作為控制模塊的核心部件，采用熱釋紅外人體傳感器檢測(cè)人體的存在，采用光敏三極管構(gòu)成的電路檢測(cè)環(huán)境光的強(qiáng)度；根據(jù)教室合理開(kāi)燈的條件，通過(guò)對(duì)人體存在信號(hào)和環(huán)境光信號(hào)的識(shí)別與判斷，完成對(duì)教室燈光的智能控制，避免了教室用電的大量浪費(fèi)。系統(tǒng)還具有報(bào)警功能；同時(shí)還采用了軟/硬件的“看門(mén)狗”等抗干擾措施二、系統(tǒng)控制方案分析 該控制器以自然光強(qiáng)度和人體存在作為控制器的主要輸入?yún)?shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)與手動(dòng)控制相兼容。在自然環(huán)境光較強(qiáng)光線足夠時(shí)，無(wú)論人是否存在，都不開(kāi)燈；在自然環(huán)境光較弱時(shí)，有人存在且超過(guò)一定時(shí)間，控制器自動(dòng)

2、打開(kāi)電燈，直到人離開(kāi)后再延時(shí)一定時(shí)間后關(guān)燈。同時(shí)，還可設(shè)置作息時(shí)間來(lái)控制，夜晚超過(guò)12點(diǎn)，若還有人存在，則關(guān)閉自動(dòng)控制器的運(yùn)行，改用開(kāi)關(guān)來(lái)手動(dòng)控制，以解決因特殊情況下，自動(dòng)控制器的不人性化運(yùn)行。 所研究的教室燈光控制器主要是由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分是前提，是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺(tái)。而軟件部分，是對(duì)硬件端口所體現(xiàn)的信號(hào)，加以采集、分析、處理，最終實(shí)現(xiàn)控制器所要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。三、系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)控制模塊的硬件構(gòu)成及簡(jiǎn)介 系統(tǒng)控制單元是以AT89S51單片機(jī)主控模塊為核心，其它外圍電路主要包括：環(huán)境光采集電路、時(shí)鐘模塊、熱釋紅外傳感器

3、模塊、看門(mén)狗模塊、按鍵電路、EEPROM存儲(chǔ)模塊、超時(shí)報(bào)警模塊、數(shù)碼管顯示模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。 圖2.1系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖 環(huán)境光模塊采用光敏三極管來(lái)檢測(cè)環(huán)境光的強(qiáng)度，有光照時(shí)，電阻減小，隨著光照強(qiáng)度的減弱，電阻逐漸增大，把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光強(qiáng)度的檢測(cè)。 人體存在傳感器模塊采用HP-208是基于紅外線技術(shù)的智能產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體存在的檢測(cè)。 硬件時(shí)鐘模塊采用具有充電能力的低功耗，具有臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302。該電路的接口簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便，被廣泛的使用。 系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及故障保護(hù)部分由X5045組成，X5045是一種串行通訊的512字節(jié)EEP

4、ROM，同時(shí)兼有看門(mén)狗和電源監(jiān)控功能鍵盤(pán)模塊。1.系統(tǒng)控制的主要硬件電路 考慮到本系統(tǒng)安裝時(shí)受環(huán)境影響因素比較多，且教室控制設(shè)備中的人體存在傳感器、光敏三極管等經(jīng)常會(huì)因環(huán)境情形變化而不穩(wěn)定，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，電子元器件的選用、線路布置和設(shè)備的安放要充分考慮到抗干擾問(wèn)題。2. 系統(tǒng)主控電路 本系統(tǒng)的主控模塊采用AT89S51作為主控芯片，它是一種低功耗，8位CMOS工藝處理器，具有8K在線可編程Flash存儲(chǔ)器，片內(nèi)的Flash可多次編程，為在線編程提供了方便。片內(nèi)有128字節(jié)的RAM，4KB的EEPROM，由于合理的安排使用片內(nèi)RAM空間，所以沒(méi)有片外擴(kuò)展的RAM，使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔。該芯片的主要

5、特征見(jiàn)如表2.1：表2.1 AT89S51主要特征單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖2-2所示： 圖2-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.系統(tǒng)供電電路 系統(tǒng)供電原理如圖2-3所示，采用+5V電壓供電。本設(shè)計(jì)采用輸出電壓為9V的變壓器。系統(tǒng)接通220V交流電源后，將220V交流電變壓到9V，經(jīng)過(guò)二極管全波整流、電解電容C1，C2濾波，再經(jīng)正輸出穩(wěn)壓器LM7805，為了緩沖負(fù)載突變，改善瞬態(tài)響應(yīng)，輸出端還采用了電容C3，C4，最后得到+5V的直流電壓，用于給控制系統(tǒng)中單片機(jī)系統(tǒng)及其它外圍電路的Vcc端供電。. 圖2-3 系統(tǒng)供電電路4.數(shù)據(jù)采集電路 教室的環(huán)境光強(qiáng)度和人體存在與否是系統(tǒng)主要的輸入?yún)?shù)，因此教室中的環(huán)境光照強(qiáng)度

6、和人體存在成為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要對(duì)象。常見(jiàn)的環(huán)境光強(qiáng)度采集器件主要有光敏二極管和光敏三極管，考慮抗干擾的需要，選用靈敏度較高的光敏三極管。此外，人體存在傳感器要求靈敏度高，可靠性強(qiáng)。環(huán)境光強(qiáng)度采集電路 光電傳感器是一種能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)化為電量的傳感器。采用的光敏三極管除了具有光敏二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的功能外，還具有對(duì)電信號(hào)的放大功能。在無(wú)光照時(shí)，三極管的穿透電流很小，為暗電流，有光照時(shí)，產(chǎn)生的Ib增大，成為光電流Ie，光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。光敏三極管具有靈敏度高，體積小，工作電壓低，工作電流小，發(fā)光均勻穩(wěn)定，響應(yīng)速度快，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)

7、。環(huán)境光采集電路原理如圖為2-4所示。當(dāng)環(huán)境光照強(qiáng)度大于一定程度時(shí)，光敏三極管D6呈現(xiàn)低阻狀態(tài)1K，三極管Q12的基極電壓升高，Q12管飽和導(dǎo)通，集電極輸出低電平。當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)度小于一定程度時(shí)，光敏三極管D6呈現(xiàn)高阻狀態(tài)100，使三極管Q12截止，集電極輸出高電平。其中調(diào)節(jié)R26阻值，可使三極管Q12受環(huán)境光強(qiáng)度影響在適當(dāng)?shù)牧炼认聦?dǎo)通。圖2-4環(huán)境光電路人體存在信號(hào)采集電路人體存在傳感器采用HP-208-N-L人體感應(yīng)模塊(低電平輸出)?；诩t外線技術(shù)的自動(dòng)控制產(chǎn)品，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)自動(dòng)感應(yīng)電器中。人體傳感器的1號(hào)引腳為電源信號(hào)端VCC，2號(hào)引腳為采集信號(hào)輸出端OUT，3號(hào)引腳

8、為地信號(hào)端GND。其硬件連接如圖2-5 圖 2-5 人體存在信號(hào)采集電路5.系統(tǒng)時(shí)鐘電路 根據(jù)教室燈光使用特性，該系統(tǒng)還應(yīng)受到時(shí)間的控制，因此本研究還加入硬件時(shí)鐘電路以保證系統(tǒng)的智能化運(yùn)行。 考慮到本系統(tǒng)停電時(shí)需為時(shí)鐘電路提供電源、且不占用太多單片機(jī)資源，于是采用具有充電能力的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302，作為臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。此芯片采用的是串行通信方式，還可為掉電保護(hù)電源提供充電功能，也可以將此功能關(guān)閉。該芯片對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V。DS1302只需三根線即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，體積小，使用簡(jiǎn)單，時(shí)鐘精度較高，滿足系統(tǒng)的要求，其引

9、腳圖如圖2-6所示。 圖2-6 DS1302的引腳圖各引腳的功能為： Vcc1：主電源；Vcc2：備份電源。當(dāng)Vcc2>Vcc1+0.2V時(shí)，由Vcc2向DS1302供電，當(dāng)Vcc2< Vcc1時(shí)，由Vcc1向DS1302供電。 SCLK：串行時(shí)鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出； I/O：三線接口時(shí)的雙向數(shù)據(jù)線； CE：輸入信號(hào)，在讀、寫(xiě)數(shù)據(jù)期間，必須為高。 DS1302與單片機(jī)接口電路連接如圖2-7，其中Vcc2外接3.6V可充電的鋰電池，為DS1302的備用電源。Vcc1外接供電 模塊的穩(wěn)定輸出電壓+5V，為DS1302的主電源。DS1302由Vcc1和Vcc2兩者中較大者供電。

10、系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，Vcc1大于Vcc2，因此由Vcc1給DS1302供電，在主電源關(guān)閉的情況下，則由Vcc2給DS1302供電，保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送，與單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)相連。時(shí)鐘輸入端SCLK接單片機(jī)P1.5引腳，進(jìn)行時(shí)鐘控制。 圖 2-7 時(shí)鐘電路6.繼電器驅(qū)動(dòng)電路 繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路如圖2-8所示，這里繼電器由相應(yīng)的PNP型號(hào)的9012三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)。開(kāi)機(jī)時(shí)，單片機(jī)初始化后的P3.5、P3.6 為高電平，三極管截止，所以開(kāi)機(jī)后繼電器始終處于釋放狀態(tài)。如果P3.5、P3.6 為低

11、電平，三極管的基極就會(huì)被拉低而產(chǎn)生足夠的基極電流，使三極管導(dǎo)通，繼電器就會(huì)得電吸合，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載，點(diǎn)亮相應(yīng)電燈。繼電器的輸出端并聯(lián)100歐的電阻和6800皮法電容，目的是避免繼電器吸合與釋放期間產(chǎn)生火花。繼電器線圈兩端反相并聯(lián)的二極管是起到吸收反向電動(dòng)勢(shì)的功能，保護(hù)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)三極管，這種繼電器驅(qū)動(dòng)方式硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。 圖2-8 繼電器驅(qū)動(dòng)電路7.超時(shí)報(bào)警電路 本系統(tǒng)采用的超時(shí)報(bào)警電路如圖2-9所示。單片機(jī)的P3.4端口外加一個(gè)10K的上拉電阻，再經(jīng)過(guò)限流電阻100歐與三極管C945的基極相連。當(dāng)P3.4 端口為低電平，即基極為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音，以示教室燈工作超時(shí)。若P

12、3.4端口為高電平，即基極為高電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器不工作，教室燈工作正常。本系統(tǒng)采用超時(shí)報(bào)警電路方便了管理人員對(duì)教室燈的管理，能夠科學(xué)、有效地管理教室電燈。 圖2-9超時(shí)報(bào)警電路8.按鍵控制電路 按鍵控制電路如圖2-10所示。按鍵的輸入信號(hào)分別接到P2.0，P2.1，P2.2，P2.3，用二極管和與門(mén)電路將按鍵信號(hào)引到外中斷0的引腳P3.2。按鍵控制電路采用單片機(jī)P2口的低4個(gè)口作按鍵的輸入信號(hào)端，信號(hào)取自電阻的分壓。當(dāng)按鍵未按下時(shí)，P2.0P2.3端口的電壓接近電源電壓，為高電平，當(dāng)某一按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)端口被按紐開(kāi)關(guān)短接到地，為低電平。單片機(jī)檢測(cè)4個(gè)端口電平的變化，從而確定是哪個(gè)鍵被按

13、下。鍵盤(pán)工作方式采用中斷掃描方式，4個(gè)二極管和10K電阻組成與門(mén)電路，當(dāng)任一鍵按下時(shí)，與門(mén)輸出P3.2引腳的電平都會(huì)由高為低。P3.2第二功能是外部中斷0的輸入引腳，我們利用其電平的變化產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中讀入P2口低4位信號(hào)，確定哪個(gè)鍵按下，執(zhí)行相應(yīng)的按鍵功能，0.1pf電容和10K電阻組成濾波電路，消除按鍵的抖動(dòng)。 圖2-10按鍵控制電路9.系統(tǒng)看門(mén)狗電路 在單片機(jī)工作過(guò)程中，不可避免的會(huì)由于外界的干擾而產(chǎn)生程序跑飛、死機(jī)甚至造成整機(jī)癱瘓等情況。為了能夠及時(shí)恢復(fù)單片機(jī)的工作，只能采用重新復(fù)位的方法，因此還應(yīng)該在硬件設(shè)計(jì)中使用看門(mén)狗電路，這樣在單片機(jī)發(fā)生死機(jī)的情況下，看門(mén)狗將產(chǎn)生一個(gè)復(fù)

14、位信號(hào)給單片機(jī)，使單片機(jī)復(fù)位，重新執(zhí)行程序。由于系統(tǒng)同時(shí)需要看門(mén)狗和EEPROM，所以本設(shè)計(jì)中使用芯片X5045。X5045的引腳排列如圖2-11。 圖2-11 X5045的引腳圖看門(mén)狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過(guò)X5045的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來(lái)設(shè)定的。如表2.2狀態(tài)寄存器所示，X5045狀態(tài)寄存器共有6位。其中WD1.WD0和看門(mén)狗電路有關(guān)，其余位和EEPROM的工作設(shè)置有關(guān)。表2.2 狀態(tài)寄存器 WD1=0，WD0=0，預(yù)置時(shí)間為1.4S， WD1=0，WD0=1，預(yù)置時(shí)間為0.6S， WD1=1，WD0=0，預(yù)置時(shí)間為0.2S， WD1=1，WD0=1，禁止看門(mén)狗工作。 看門(mén)狗電路的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)

15、短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時(shí)最大循環(huán)周期的時(shí)間略長(zhǎng)即可。 X5045硬件部分連接如圖2-12。 圖2-12 系統(tǒng)看門(mén)狗電路系統(tǒng)看門(mén)狗電路由系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及故障保護(hù)部分組成，X5045是一種串行通信512字節(jié)的EEPROM，同時(shí)兼有看門(mén)狗和電源監(jiān)控功能，X5045有三種可編程看門(mén)狗周期，上電和VCC低于檢測(cè)門(mén)限時(shí)，輸出復(fù)位信號(hào)，X5045輸出復(fù)位高電平有效，為了復(fù)位更加可靠，其復(fù)位輸出端外接一個(gè)10K的上拉電阻，并與AT89S51的復(fù)位端相連?？撮T(mén)狗能在電源上電、掉電期間產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)。該芯片還帶有一個(gè)1.4秒的看門(mén)狗定時(shí)器可用來(lái)監(jiān)控單片機(jī)的工作。如果在1.4秒內(nèi)未檢測(cè)

16、到其工作，出現(xiàn)故障，內(nèi)部定時(shí)器將使看門(mén)狗WD1處于低電平狀態(tài)，為系統(tǒng)提供保護(hù)，避免死機(jī)、程序跑飛或進(jìn)入死循環(huán)等意外的發(fā)生。四、控制模塊軟件設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊 監(jiān)控程序按模塊分為監(jiān)控主程序和命令處理子程序叫。監(jiān)控主程序的基本任務(wù)是調(diào)用子程序，一個(gè)主程序可以調(diào)用多個(gè)子程序，對(duì)于51系列單片機(jī)，系統(tǒng)資源有限，主程序通常是一個(gè)無(wú)限循環(huán)的過(guò)程，即是一個(gè)反復(fù)調(diào)用子程序的過(guò)程。子程序主要分為中斷子程序和功能子程序，它們之間可以互相嵌套和調(diào)用，即中斷子程序可以調(diào)用功能子程序。在應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)中，盡可能各個(gè)功能模塊寫(xiě)成子程序的形式，并通過(guò)主程序調(diào)用。而命令處理子程序完成各種命令所規(guī)定的具體操作，它按各種

17、命令再分為不同的子程序模塊，它的編程方法與功能要求及系統(tǒng)應(yīng)用密切相關(guān)。 監(jiān)控主程序是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，其它外圍模塊一般都需經(jīng)過(guò)監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)其在控制系統(tǒng)中的作用。監(jiān)控主程序接受和分析來(lái)自鍵盤(pán)的命令，進(jìn)而把控制轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理子程序的入口，起引導(dǎo)作用。 本系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊主要包括對(duì)系統(tǒng)外圍器件輸入、輸出參數(shù)的初始化自檢，看門(mén)狗的激活，多任務(wù)操作模塊的調(diào)用(系統(tǒng)中的信號(hào)采集處理、時(shí)鐘管理、按鍵接收處理、驅(qū)動(dòng)顯示模塊)，實(shí)時(shí)中斷處理等。除初始化和自檢外，監(jiān)控主程序一般總是把其余部分連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)無(wú)限循環(huán)，系統(tǒng)所有功能都在這一循環(huán)中周而復(fù)始的有選擇的執(zhí)行。 1）系統(tǒng)自檢初始化 系統(tǒng)自檢初始化是保

18、證整個(gè)控制系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的重要條件，系統(tǒng)加電復(fù)位后，直接進(jìn)入自檢初始化程序，完成系統(tǒng)的自檢及初始化。初始化過(guò)程主要是對(duì)一些控制寄存器(如中斷控制)、數(shù)據(jù)區(qū)和外部芯片(如時(shí)鐘芯片DS1302等)進(jìn)行初始參數(shù)設(shè)置和定義。本系統(tǒng)中的自檢初始化主要指各接口芯片的檢測(cè)、芯片內(nèi)部設(shè)定參數(shù)的初始化及系統(tǒng)內(nèi)部寄存器的初始化。 各接口芯片的檢測(cè)主要檢測(cè)各芯片是否已處于準(zhǔn)備工作的就緒狀態(tài)，有無(wú)硬件故障等，如檢測(cè)各位LED是否正常顯示系統(tǒng)設(shè)置開(kāi)機(jī)時(shí)的界面，檢測(cè)硬件時(shí)鐘DS1302是處于更換芯片后初次使用為起振狀態(tài)，還是處于備用電源供電振蕩保持狀態(tài)，即檢測(cè)系統(tǒng)中控制時(shí)間表的有效性，檢測(cè)熱釋紅外傳感器輸出信號(hào)是否正常

19、體現(xiàn)人體存在的信息，檢測(cè)光采集電路輸出的信號(hào)等。若時(shí)鐘芯片處于啟動(dòng)狀態(tài)，則需要對(duì)其進(jìn)行初始化并啟動(dòng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘。 系統(tǒng)內(nèi)部寄存器初始化主要是指在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，各用戶(hù)定義的數(shù)據(jù)變量的初始化賦值及部分特殊功能寄存器SFR的復(fù)位初始化，單片機(jī)復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器PC指向程序存儲(chǔ)器的入口地址。000單元，程序狀態(tài)字寄存器PSW清零，片內(nèi)存儲(chǔ)器選擇工作寄存器，用戶(hù)標(biāo)志位F0為0狀態(tài)，堆棧指針SP指向07H,其它定時(shí)器、中斷允許寄存器IE,累加器ACC等皆為00H.。2）定時(shí)中斷處理設(shè)計(jì) 定時(shí)中斷是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器定時(shí)，時(shí)間到或計(jì)數(shù)值已滿引起的中斷，內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)器可以對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘或從外部引線T0和T1輸

20、入的外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的溢出信號(hào)作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，去置位定時(shí)器溢出標(biāo)志位，向單片機(jī)的CPU申請(qǐng)中斷。 定時(shí)中斷為周期性中斷，每隔一定的時(shí)間會(huì)中斷一次。本系統(tǒng)中設(shè)定的定時(shí)中斷主要用來(lái)構(gòu)造多任務(wù)操作系統(tǒng)，在系統(tǒng)響應(yīng)中斷后，無(wú)需對(duì)斷點(diǎn)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，可直接進(jìn)行多任務(wù)時(shí)間的劃分工作，使相應(yīng)的操作任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)，即該中斷可以啟動(dòng)有關(guān)的任務(wù)操作。該定時(shí)中斷處理程序框圖如圖3-1所示： 圖3-1 定時(shí)中斷處理程序框圖本系統(tǒng)還采用了外部中斷，此外部中斷主要用來(lái)判斷是否有外來(lái)信號(hào)輸入，若有，就采集下來(lái)并加以處理；若無(wú)，則返回到主循環(huán)。 2. 數(shù)據(jù)采集模塊 本控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集對(duì)象為環(huán)境光信號(hào)及人體存在信

21、號(hào)，在程序設(shè)計(jì)中對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)的采集放置在多任務(wù)模塊中實(shí)施定時(shí)采集。數(shù)據(jù)采集軟件的實(shí)現(xiàn) 本系統(tǒng)考慮到環(huán)境光足夠亮?xí)r，無(wú)論是否有人體存在都不開(kāi)燈；而環(huán)境光不夠亮?xí)r，有人體存在才開(kāi)燈，無(wú)人體存在則不開(kāi)燈。本系統(tǒng)邏輯定義為：環(huán)境光亮?xí)r為邏輯“0"(符合光采集電路輸出信號(hào)狀態(tài))，暗時(shí)為“1"，人體存在為“1"，人體不存在為“0"，開(kāi)燈為“1”，關(guān)燈為“0"，那么環(huán)境光與人體存在可以用以下的邏輯關(guān)系表來(lái)表示，如表所示3.1：表3.1 環(huán)境光與人體存在邏輯關(guān)系上表數(shù)據(jù)表明可將環(huán)境光參數(shù)與人體存在參數(shù)進(jìn)行與操作，又由于繼電器是低電平驅(qū)動(dòng)，所以要將采集處理后的信

22、號(hào)進(jìn)行非操作，才可以驅(qū)動(dòng)繼電器工作，即可得到教室燈的狀態(tài)。 3.時(shí)鐘模塊 在系統(tǒng)啟動(dòng)自檢初始化時(shí)，首先會(huì)對(duì)時(shí)鐘芯片DS1302的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)檢測(cè)到DS1302處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)才對(duì)其進(jìn)行初始化，啟動(dòng)時(shí)鐘。實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302的初始化及其讀寫(xiě)程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要遵循其時(shí)序要求。 1）數(shù)據(jù)輸入輸出 在對(duì)DS1302進(jìn)行各種操作之前，必須先對(duì)其初始化，即需要把復(fù)位輸入RST端置為高電平，如果RST輸入為低電平，那么所有的數(shù)據(jù)傳送中止，且I/O引腳變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。在數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)完后，RST端應(yīng)置成低電平，以防止外部干擾對(duì)DS1302內(nèi)部時(shí)鐘的影響。 同時(shí)，為了防止復(fù)位輸入端受到外部的干擾，要求上電

23、時(shí)，在主電源引腳Vcc22.5V之前，RST必須為邏輯0。無(wú)論是讀操作還是寫(xiě)操作，都必須在開(kāi)頭的8個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)把提供地址和命令信息的8位數(shù)據(jù)裝入到DS1302的移位寄存器中。地址/命令信息用于指明40個(gè)寄存器中的哪個(gè)進(jìn)行何種操作。數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿串行輸入，在開(kāi)始的8個(gè)時(shí)鐘周期把命令字裝入移位寄存器之后，若跟隨的是寫(xiě)命令字節(jié)，則在下8個(gè)SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，若跟隨在讀命令字節(jié)的8個(gè)SCLK周期之后，在下8個(gè)SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。程序流程如圖3-3所示： 圖3-3數(shù)據(jù)輸入輸出流程圖2）時(shí)鐘程序設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)程序 /寄存器宏定義 #define WRITE_SECOND 0

24、x80 #define WRITE_MINUTE 0x82 #define WRITE_HOUR 0x84 #define READ_SECOND 0x81 #define READ_MINUTE 0x83 #define READ_HOUR 0x85 #define WRITE_PROTECT 0x8E /位尋址寄存器定義 sbit ACC_7 = ACC7； /管腳定義 sbit SCLK = P35； / DS1302時(shí)鐘信號(hào) 7腳 sbit DIO= P36； / DS1302數(shù)據(jù)信號(hào) 6腳sbit CE = P37； / DS1302片選 5腳 /地址、數(shù)據(jù)發(fā)送子程序 void Wr

25、ite1302 ( unsigned char addr，dat ) unsigned char i，temp； CE=0； /CE引腳為低電平，數(shù)據(jù)傳送中止 SCLK=0； /清零時(shí)鐘總線 CE = 1； /CE引腳為高電平，邏輯控制有效 /發(fā)送地址 for ( i=8； i>0； i- ) /循環(huán)8次移位 SCLK = 0； temp = addr； DIO = (bit)(temp&0x01)； /每次傳輸?shù)妥止?jié) addr >>= 1； /右移一位 SCLK = 1； /發(fā)送數(shù)據(jù) for ( i=8； i>0； i- ) SCLK = 0； temp =

26、dat； DIO = (bit)(temp&0x01)； dat >>= 1； SCLK = 1； CE = 0； /數(shù)據(jù)讀取子程序 unsigned char Read1302 ( unsigned char addr ) unsigned char i，temp，dat1，dat2； CE=0； SCLK=0； CE = 1； /發(fā)送地址 16 for ( i=8； i>0； i- ) /循環(huán)8次移位 SCLK = 0； temp = addr； DIO = (bit)(temp&0x01)； /每次傳輸?shù)妥止?jié) addr >>= 1； /右移一

27、位 SCLK = 1； /讀取數(shù)據(jù) for ( i=8； i>0； i- ) ACC_7=DIO； SCLK = 1； ACC>>=1； SCLK = 0； CE=0； dat1=ACC； dat2=dat1/16； /數(shù)據(jù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換 dat1=dat1%16； /十六進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制 dat1=dat1+dat2*10； return (dat1)； /初始化DS1302 void Initial(void) Write1302 (WRITE_PROTECT，0X00)； /禁止寫(xiě)保護(hù) Write1302 (WRITE_SECOND，0x56)； /秒位初始化 Write1302

28、 (WRITE_MINUTE，0x34)； /分鐘初始化 Write1302 (WRITE_HOUR，0x12)； /小時(shí)初始化 Write1302 (WRITE_PROTECT，0x80)； /允許寫(xiě)保護(hù) 4.顯示驅(qū)動(dòng)模塊 系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)顯示是人機(jī)交互對(duì)話的一個(gè)重要通道。通過(guò)的顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，我們才可以更好的了解系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，從而方便對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行必要的操作。本系統(tǒng)中采用共陽(yáng)極的數(shù)碼管，其中采用ULN2803作為驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的段選的芯片，采用簡(jiǎn)單又便宜的9012三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的位選，節(jié)約成本，程序編寫(xiě)簡(jiǎn)單。 考慮到數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)信號(hào)要求的電流較大，采用功率驅(qū)動(dòng)器件ULN2803芯片。此芯

29、片是八組NPN型達(dá)林頓功放三極管集成芯片，典型的輸入電壓是5V，集電極輸出功率可達(dá)50V×0.6A。因此采用ULN2803共陽(yáng)極數(shù)碼管的段信號(hào)驅(qū)動(dòng)器。而共陽(yáng)極數(shù)碼管的位信號(hào)驅(qū)動(dòng)則采用8個(gè)晶體管9012來(lái)實(shí)現(xiàn)。又由于ULN2803為低電平驅(qū)動(dòng)，所以數(shù)據(jù)送到單片機(jī)端口前，應(yīng)在程序中先將數(shù)據(jù)取反。然后將數(shù)據(jù)送到ULN2803輸入端相連接單片機(jī)的P0端口即可。 每次先送一位要顯示的數(shù)據(jù)字節(jié)，然后再送該位數(shù)碼管的地址字節(jié)，直到8位顯示完全。 本系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中需要顯示查看的數(shù)據(jù)有時(shí)鐘及顯示數(shù)值。正常工作中8位顯示器顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘，顯示小時(shí)、分鐘、秒，其中有兩位用來(lái)顯示“”，用以分隔顯示小時(shí)、分鐘

30、和秒，這樣顯示更加清晰。五、系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問(wèn)題分析1.單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試方法及步驟 單片機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試應(yīng)包括硬件及軟件兩部分，主要是通過(guò)調(diào)試發(fā)現(xiàn)硬件及軟件中存在的問(wèn)題，查看其運(yùn)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。 在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際調(diào)試時(shí)，首先應(yīng)對(duì)硬件進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行初步調(diào)試，此后再對(duì)軟件和硬件進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，最后才能使系統(tǒng)進(jìn)入正常工作. (1)靜態(tài)調(diào)試：靜態(tài)調(diào)試主要是排除明顯的硬件故障。在將芯片、傳感器等元件連接到電路板上時(shí)，要保證各處電源極性、電壓正確，以防止因電源極性接反或電壓過(guò)高損壞芯片或傳感器。此外，插入芯片必須在斷電的情況下進(jìn)行，特別注意芯片的方向不要插反。 (2)軟件調(diào)試：在軟件調(diào)試時(shí)

31、采用在計(jì)算機(jī)上利用模擬軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的硬件模擬、指令模擬及運(yùn)行狀態(tài)模擬，從而完成應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)的全過(guò)程。調(diào)試過(guò)程中的運(yùn)行狀態(tài)、各寄存器狀態(tài)、端口狀態(tài)等都可以在指定的窗口區(qū)域顯示出來(lái)，通過(guò)這些顯示結(jié)果隨時(shí)跟蹤程序運(yùn)行狀態(tài)，以確定程序運(yùn)行無(wú)錯(cuò)誤。 (3)動(dòng)態(tài)調(diào)試：控制系統(tǒng)的軟件和硬件是密切相關(guān)的，由于軟件模擬開(kāi)發(fā)系統(tǒng)不能對(duì)硬件部分進(jìn)行診斷，同時(shí)也不能實(shí)時(shí)在線仿真，所以用戶(hù)程序還需跟硬件連接起來(lái)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，同時(shí)對(duì)軟件和硬件進(jìn)行檢查和診斷。整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試時(shí)，需借助仿真開(kāi)發(fā)工具來(lái)對(duì)用戶(hù)軟件及硬件電路進(jìn)行診斷、調(diào)試。 在應(yīng)用系統(tǒng)各模塊電路調(diào)試成功后，將程序加載到在線仿真器上，這時(shí)就能單步或連續(xù)地執(zhí)行目標(biāo)程序，同時(shí)也可以根據(jù)需要分段設(shè)置斷點(diǎn)執(zhí)行程序。而對(duì)于一些與硬件相關(guān)的用戶(hù)程序，如接口驅(qū)動(dòng)程序等，則需要配合硬件，進(jìn)行在線調(diào)試，如果有邏輯錯(cuò)誤，也要及時(shí)糾正