計(jì)算機(jī)控制----光感自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考模板

1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課 程 設(shè) 計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表設(shè)計(jì)課題 光感自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱 ： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) ： 自動(dòng)F0904 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號(hào) ： 指導(dǎo)教師 ： 設(shè)計(jì)地點(diǎn) ： 設(shè)計(jì)時(shí)間 ： 2012-06-112012-06-15 指導(dǎo)教師意見：成績(jī): 簽名： 年 月 日0 / 39計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課 程 設(shè) 計(jì)課程設(shè)計(jì)名稱： 光感自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 班 級(jí) ： 自動(dòng)F0904 學(xué) 生 姓 名 ： 學(xué) 號(hào) ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 課程設(shè)計(jì)時(shí)間： 2012-06-112012-06-15 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)題 目光感自動(dòng)窗簾控制系

2、統(tǒng)設(shè)計(jì)課題性質(zhì)工程設(shè)計(jì)課題來源自擬指導(dǎo)教師主要內(nèi)容（參數(shù)）利用89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)光感自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以下功能：1能夠手動(dòng)控制窗簾的開與關(guān)；2能夠設(shè)定時(shí)間來打開或關(guān)閉窗簾；3系統(tǒng)能根據(jù)亮度的不同來控制窗簾打開程度的大小；4用戶能通過鍵盤電路設(shè)定開關(guān)時(shí)間，并及時(shí)顯示在數(shù)碼管顯示器上；任務(wù)要求（進(jìn)度）第1天：熟悉課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求，查閱技術(shù)資料，確定設(shè)計(jì)方案。第2天：按照確定的方案設(shè)計(jì)單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計(jì)要有詳細(xì)論述。第3天：畫各部分流程圖，進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，編寫程序。第4-5天：撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、語言流暢、格式規(guī)范、

3、方案合理、設(shè)計(jì)正確。主要參考資料1 楊家成單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)北京：清華大學(xué)出版社，20072 夏路易 石宗義Protel 99se電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程北京：北京希望電子出版社，20043 朱玉璽計(jì)算機(jī)控制技術(shù)北京：電子工業(yè)出版社，20104 鄧興成單片機(jī)原理與實(shí)踐指導(dǎo)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20105 瞿貴榮.電動(dòng)窗簾紅外遙控電路.家庭電子,20056 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:高等教育出版社,2009.審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日 目 錄1 概述41.1 研究背景41.2 設(shè)計(jì)思想及基本功能42 總體方案設(shè)計(jì)52.1 方案選取52.2 系統(tǒng)框圖82.3 總

4、體方案設(shè)計(jì)83 硬件電路設(shè)計(jì)93.1 電源電路設(shè)計(jì)93.2 晶振電路103.3 復(fù)位電路113.4 時(shí)鐘電路123.5 鍵盤電路143.6 顯示電路143.7 A/D轉(zhuǎn)換電路173.8 光敏傳感器183.9 步進(jìn)電機(jī)204 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)224.1 主程序軟件設(shè)計(jì)224.2 鍵盤程序設(shè)計(jì)234.3 定時(shí)程序設(shè)計(jì)254.4 步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)265總結(jié)28參考文獻(xiàn)29附錄 系統(tǒng)原理圖291 概述1.1 研究背景伴隨著信息化時(shí)代的到來，人們的生活速度以及對(duì)生活質(zhì)量的追求也在大幅提高。智能化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)在改變?nèi)藗児ぷ鞣绞脚c生活習(xí)慣的同時(shí)，讓人們對(duì)生活質(zhì)量的提升提出了更高的要求，方便、舒適成了人們所追求的生

5、活方式，在現(xiàn)代家庭生活環(huán)境中，居家環(huán)境早已不僅僅局限在物理空間上，人們更為關(guān)注的是一個(gè)安全、方便、舒適的環(huán)境。智能化的電子產(chǎn)品以及設(shè)計(jì)將以前的被動(dòng)靜止物體轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兡軌蚍奖悴倏氐墓ぞ?，這些產(chǎn)品具有提供全方位的信息交換的功能，不僅能夠優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們合理的安排時(shí)間，增強(qiáng)居家環(huán)境的安全性，甚至還可以為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。在智能化產(chǎn)品中，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，單片機(jī)以它體積小、質(zhì)量輕、耗電省、可靠性高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，開始不斷發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)療設(shè)備、航天航空領(lǐng)域、工業(yè)專用設(shè)備的管理及過程控制等領(lǐng)域，在很多的大中型的電氣設(shè)備以及小型的電子產(chǎn)品中也用到了單片機(jī)進(jìn)

6、行控制。針對(duì)人們對(duì)智能化的需求以及對(duì)舒適生活的追求，窗簾自動(dòng)控制系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)窗簾的劣勢(shì)，它可以根據(jù)外界光照強(qiáng)度的不同而自動(dòng)開閉窗簾，也可以根據(jù)人們?cè)O(shè)定的時(shí)間來控制窗簾。該系統(tǒng)利用光敏電阻檢測(cè)光照強(qiáng)度的變化，并且將光敏檢測(cè)模塊的電阻變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，然后將電壓變化的信號(hào)送單片機(jī)，單片機(jī)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制著步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)窗簾的來回移動(dòng)。本設(shè)計(jì)正是把利用AT89C51 單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)以及簡(jiǎn)單實(shí)用性，順利的完成了對(duì)智能控制的要求，并且為智能化的家居設(shè)備提供了良好的基礎(chǔ)。此外，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，比如可以加上防火，防盜，甚至室內(nèi)煤氣濃度監(jiān)測(cè)等功能，會(huì)使該系統(tǒng)更具有實(shí)用性，而且也完善了系統(tǒng)。1.2

7、 設(shè)計(jì)思想及基本功能該系統(tǒng)具有一般的窗簾控制系統(tǒng)的最基本的功能，即通過電動(dòng)按鈕來開閉窗簾，在此基本功能的前提下，本設(shè)計(jì)根據(jù)需求還設(shè)計(jì)了可以根據(jù)光照強(qiáng)度和設(shè)定時(shí)間自動(dòng)開閉窗簾的功能，在選取設(shè)計(jì)方案和采用元器件方面，該系統(tǒng)本著簡(jiǎn)單實(shí)用經(jīng)濟(jì)的思想，盡量簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，用最簡(jiǎn)單的電路布線和選用最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的器件來達(dá)到設(shè)計(jì)要求。光感自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)具有以下幾個(gè)基本功能：（1）手動(dòng)控制：該功能是根據(jù)用戶的需求通過按鍵進(jìn)行窗簾的開關(guān)，此功能可以使窗簾處于開閉的任何一種狀態(tài)；（2）自動(dòng)控制：系統(tǒng)可以通過感光器采集室內(nèi)光照強(qiáng)度，根據(jù)亮度的不同而自動(dòng)控制窗簾的打開程度；（4）時(shí)間控制：此功能是根據(jù)用戶設(shè)定的時(shí)間在特定

8、的時(shí)間點(diǎn)一次性開關(guān)窗簾。2 總體方案設(shè)計(jì)2.1 方案選取 單片機(jī)在各種電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，很多的電子產(chǎn)品利用單片機(jī)所取得的便利得到了人們的好評(píng)，針對(duì)單片機(jī)控制的自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)的智能化要求，實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)控制的方案有兩種： 方案（一）系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使用直流電機(jī)，窗簾只有兩個(gè)簡(jiǎn)單的狀態(tài)：完全打開和完全關(guān)閉； 方案（二）系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使用更精確靈敏的步進(jìn)電機(jī)，使得窗簾從關(guān)閉到完全打開之間有6個(gè)不同的等級(jí)。這二個(gè)方案都是基于單片機(jī)控制的，光線感應(yīng)以及數(shù)碼管顯示，不同的設(shè)計(jì)部分在于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和窗簾的設(shè)計(jì)形式的選取上。方案（一）的窗簾由于只有完全開與完全關(guān)兩種狀態(tài)，所以窗簾本身設(shè)計(jì)不需要太復(fù)雜，采

9、用普通的卷簾即可。關(guān)閉時(shí)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)全部放下卷簾；打開時(shí)，電機(jī)將卷簾全部卷起。方案（二）的窗簾從完全關(guān)閉到完全打開按打開程度有05共六個(gè)等級(jí)，窗簾設(shè)計(jì)成類似百葉窗的形式，通過步進(jìn)電機(jī)可以精確控制每個(gè)葉片的旋轉(zhuǎn)角度，從而控制開關(guān)程度的大小。當(dāng)葉片與窗戶面平行時(shí)，窗簾完全關(guān)閉；當(dāng)葉片與窗戶面垂直時(shí)，窗簾完全打開。下面圖2.1所示是方案（一）的效果圖；圖2.2是方案（二）的效果圖：圖2.1 方案（一）卷簾效果圖圖2.2 方案（二）百葉窗式效果圖鑒于方案一這種卷簾現(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)發(fā)展很好，沒有太多繼續(xù)研究的價(jià)值，并且其窗簾控制過于單一，而且不如方案二的百葉窗式的窗簾美觀。圖2.3所示是百葉窗關(guān)閉打開的原理

10、圖，圖2.4是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)百葉窗各葉片的物理截面圖，其根據(jù)光照強(qiáng)度的大小有不同程度的打開，能夠更精確的滿足用戶的需求，所以本設(shè)計(jì)選擇方案二。圖2.3 百葉窗原理圖圖2.4 步進(jìn)電機(jī)與百葉窗葉片連接截面圖2.2 系統(tǒng)框圖方案（二）的系統(tǒng)框圖如圖2.5。圖2.5 系統(tǒng)框圖2.3 總體方案設(shè)計(jì)自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)是基于滿足設(shè)計(jì)要求的前提并且根據(jù)理論上的可實(shí)現(xiàn)性和硬件上的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，而進(jìn)行設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。本章從人們對(duì)系統(tǒng)功能需求出發(fā)，在綜合考慮各種因素的情況下，設(shè)計(jì)出自動(dòng)控制系統(tǒng)的總體構(gòu)架，并且在基本功能需求的基礎(chǔ)上盡可能考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，人們對(duì)

11、生活舒適性的追求越來越強(qiáng)烈，而窗簾在每個(gè)家庭生活是必備的，其基本功能是保護(hù)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受到家庭的關(guān)注。但傳統(tǒng)的窗簾絕大部分是用手去開關(guān)，每天開關(guān)不僅不省力，而且還可能錯(cuò)過最佳光照時(shí)間，尤其是大窗簾，比較重，而且長，在開閉時(shí)需要費(fèi)很大力氣才能開關(guān)窗簾，特別不方便；針對(duì)這種現(xiàn)象，電動(dòng)窗簾便由此產(chǎn)生?，F(xiàn)有的電動(dòng)窗簾基本上都可以利用按鍵控制，自動(dòng)開關(guān)閉窗簾，雖然省了力氣，但是有些方面的設(shè)計(jì)還是不夠人性化。對(duì)此，本控制系統(tǒng)提出可以根據(jù)光照以及定時(shí)等開關(guān)窗簾，具體有以下幾大功能：（1）手動(dòng)控制狀態(tài)：此功能使自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)具有手動(dòng)拉開、關(guān)閉的功能，方便用戶控制。

12、（2）亮度自動(dòng)控制：此功能是根據(jù)室內(nèi)光照強(qiáng)度的大小，來決定百葉窗每個(gè)葉片的旋轉(zhuǎn)角度從而控制窗簾打開的大小程度。（3）時(shí)間自動(dòng)控制：此功能根據(jù)用戶需要，設(shè)定需要開閉窗簾的時(shí)間，通過輸入的開啟或關(guān)閉時(shí)間，控制窗簾開關(guān)。光感自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框圖如圖2.6所示。圖2.6 電動(dòng)窗簾控制器結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)光照來開閉窗簾主要原理是用光敏電阻采集外界的光強(qiáng)度，從光傳感器采集的信號(hào)利用信號(hào)校正電路放大，濾波后輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，由于A/D轉(zhuǎn)換器件的轉(zhuǎn)換需要一定時(shí)間，一旦在這段時(shí)間內(nèi)信號(hào)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)換結(jié)果將會(huì)出現(xiàn)偏差，所以在轉(zhuǎn)換期間要應(yīng)該采用采樣保持電路。傳入的信號(hào)由89C51單片機(jī)來控制，并且做出響應(yīng)，以

13、實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止。顯示模塊是用來顯示自動(dòng)窗簾控制器的各種狀態(tài)。鍵盤作為輸入設(shè)備，通過不同按鍵來控制單片機(jī)進(jìn)行各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 電源電路設(shè)計(jì)單片機(jī)正常工作電壓為5V，因此設(shè)計(jì)的電源電路主要是提供單片機(jī)工作電壓。圖3.1是為單片機(jī)提供電壓的電源電路。在這個(gè)電路中采用了三端集成穩(wěn)壓器LM7805，可以輸出5V的直流電壓以供給單片機(jī)。圖3.1 電源電路圖3.2 晶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)定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器是用來產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率的。通過基準(zhǔn)頻率來控制電路中的頻率的準(zhǔn)確性。同時(shí)，它還可以產(chǎn)生振蕩電流，向單片

14、機(jī)發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)。圖3.2是單片機(jī)的晶振電路。片內(nèi)電路與片外器件就構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，CPU的所有操作均在時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在1.2MHz24MHz之間選取。C1、C2是反饋電容，其值在20pF100pF之間選取，典型值為30pF。本電路選用的電容為30pF，晶振頻率為12MHz。振蕩周期； 機(jī)器周期 指令周期。XTAL1接外部晶體的一個(gè)引腳，XTAL2接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)HMOS單片機(jī)，該引腳接外部振。在石英晶體的兩個(gè)管腳加交變電場(chǎng)時(shí)，它將會(huì)產(chǎn)生一定頻率的機(jī)械變形，而這種機(jī)械振動(dòng)

15、又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。一般情況下，無論是機(jī)械振動(dòng)的振幅，還是交變電場(chǎng)的振幅都非常小。但是，當(dāng)交變電場(chǎng)的頻率為某一特定值時(shí)，振幅驟然增大，產(chǎn)生共振，稱之為壓電振蕩。這一特定頻率就是石英晶體的固有頻率，也稱諧振頻率。石英晶振起振后要能在XTAL2線上輸出一個(gè)3V左右的正弦波，以便使MCS-51片內(nèi)的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常，OSC的輸出時(shí)鐘頻率fOSC為0.5MHz-16MHz，典型值為12MHz或者11.0592MHz。電容C1和C2可以幫助起振，典型值為30pF，調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)fOSC的目的。圖3.2 單片機(jī)晶振電路圖3.3 復(fù)位電路復(fù)位電路的主要

16、功能是使單片機(jī)進(jìn)行初始化，在初始化的過程中需要在復(fù)位引腳上加大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平。復(fù)位后的單片機(jī)地址初始化為0000H，然后繼續(xù)從0000H單元開始執(zhí)行程序。在復(fù)位電路中提供復(fù)位信號(hào)，等到系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，再撤銷復(fù)位信號(hào)。但是為了在復(fù)位按鍵穩(wěn)定的前提下，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防在按鍵過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。圖3.3所示的 RC 復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能。圖3.3 復(fù)位電路圖3.4 時(shí)鐘電路DS12887芯片和AT89C5l單片機(jī)的接口電路如圖3.4所示。 圖3.4 時(shí)鐘電路圖其中DS12887的模式通過選擇腳MOT接地來確定，DS12887的中斷輸出端IQR和8

17、9C51的外部中斷INT0接口相聯(lián) ，R/W 接口與單片機(jī)89C51的RD/WR接口相連；而DS12887的AS端口和單片機(jī)89C51的AIE端直接相聯(lián)。DS12887的SQW端與單片機(jī)89C51的TO端相連。DS12887的高位地址由端口P27來片選，DS12887的高8位地址設(shè)定為7FH，低8位由芯片內(nèi)部各單元的地址來定。DS12887內(nèi)部由振蕩電路，分頻電路，周期中斷/方波選擇電路，14字節(jié)時(shí)鐘和控制單元，114字節(jié)用戶非易失RAM，十進(jìn)制/二進(jìn)制累加器，總線接口電路，電源開關(guān)寫保護(hù)單元和內(nèi)部鋰電池等部分組成。DS12887引腳分配如圖所示： Vcc：直流電源+5V電壓。當(dāng)5V電壓在正常

18、范圍內(nèi)時(shí)，數(shù)據(jù)可讀寫；當(dāng)Vcc低于4.25V,讀寫被禁止，計(jì)時(shí)功能仍繼續(xù)；當(dāng)Vcc下降到3V以下時(shí)，RAM和計(jì)時(shí)器供電被切換到內(nèi)部鋰電池。 MOT（模式選擇）：MOT引腳接到Vcc時(shí)，選擇MOTOROLA時(shí)序，當(dāng)接到GND時(shí)，選擇Intel時(shí)序。 SQW（方波信號(hào)輸出）：SQW引腳能從實(shí)時(shí)鐘內(nèi)部15級(jí)分頻器的13個(gè)抽頭中選擇一個(gè)作為輸出信號(hào)，其輸出頻率可通過對(duì)寄存器A編程改變。 AD0-AD7（雙向地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線）：總線接口，可與Motorola微機(jī)系列和Intel微機(jī)系列接口。 AS（地址選通輸入）：用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)分離，在AD/ALE的下降沿把地址鎖入DS12887。 DS（數(shù)據(jù)選通或讀輸入

19、）：DS/RD引腳有兩種操作模式，取決于MOT引腳的電平，當(dāng)使用Motorola時(shí)序時(shí)，DS是一正脈沖，出現(xiàn)在總線周期的后段，稱為數(shù)據(jù)選通；在讀周期，DS指示DS12887驅(qū)動(dòng)雙向總線的時(shí)刻；在寫周期，DS的后沿使DS12887鎖存寫數(shù)據(jù)。選擇Intel時(shí)序時(shí)，DS稱作（RD），RD與典型存貯器的允許信號(hào)（OE）的定義相同。 R/W（讀/寫輸入）：R/W引腳也有兩種操作模式。選Motorola時(shí)序時(shí)，R/W是低電平信號(hào)時(shí)，指示當(dāng)前周期是讀或?qū)懼芷?，DS為高電平時(shí)，R/W高電平指示讀周期，R/W信號(hào)一低電平信號(hào)，稱為WR。在此模式下，R/W引腳與通用RAM的寫允許信號(hào)（WE）的含義相同。 CS（

20、片選輸入）：在訪問DS12887的總線周期內(nèi)，片選信號(hào)必須保持為低。 IRQ（中斷申請(qǐng)輸入）：低電平有效，可作微處理的中斷輸入。沒有中斷的條件滿足時(shí)，IRQ處于高阻態(tài)。IRQ線是漏極開路輸入，要求外接上接電阻。 RESET（復(fù)位輸出）：當(dāng)該腳保持低電平時(shí)間大于200ms，保證DS12887有效復(fù)位。3.5 鍵盤電路 鍵盤在由單片機(jī)控制的窗簾自動(dòng)控制系統(tǒng)中的主要作用是通過按鍵向單片機(jī)輸入指令，其中主要包括設(shè)定時(shí)間，控制窗簾的開關(guān)等等功能，是人工控制單片機(jī)的主要手段。在窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的鍵盤采用的是4×4矩陣鍵盤。這16個(gè)按鍵分別為：設(shè)定鍵主要是用來設(shè)定自動(dòng)窗簾打開或者關(guān)閉的時(shí)間；0-

21、9數(shù)字鍵，其作用主要是用于設(shè)定時(shí)間；復(fù)位鍵主要應(yīng)用在程序出錯(cuò)以及誤操作的時(shí)候使單片機(jī)復(fù)位，從而重新設(shè)定；反轉(zhuǎn)鍵是使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，控制窗簾關(guān)閉；正轉(zhuǎn)鍵是使步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，從而控制窗簾打開；停止鍵可以控制步進(jìn)電機(jī)停止工作，窗簾控制器停止運(yùn)行；確定鍵主要是用于在時(shí)間設(shè)定完成后的確定輸入。由于按鍵比較多，單獨(dú)設(shè)置按鍵會(huì)增加總體設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，而且為了減少所占用的端口，可以將按鍵組成一個(gè)矩陣，如圖3.5所示。圖3.5 鍵盤接口電路3.6 顯示電路顯示電路主要是用于顯示時(shí)間。采用LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示是因?yàn)長ED數(shù)碼管具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1)能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，能與CMOS、ITL電路兼容。(2)

22、發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短(<0.1s)，高頻特性好，單色性好，亮度高。(3)體積小，重量輕，抗沖擊性能好。 數(shù)碼管有共陰極和共陽極兩種類型，其公共端主要進(jìn)行位控制，筆畫端則是進(jìn)行字符控制，數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方法，說明如下：（1）靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)： 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二十進(jìn)位器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×840根I/O來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89C51單片機(jī)可用的I/O才32個(gè)。故實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬體電

23、路的復(fù)雜性。（2）動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a、b、c、d、e、f、g、dp "的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。透過分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流

24、顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。 本設(shè)計(jì)采用的是4位LED數(shù)碼管的串行驅(qū)動(dòng)電路來達(dá)到顯示的目的。驅(qū)動(dòng)器采用74LS164，由單片機(jī)89C51的P3.0和P3.1來控制LED數(shù)碼管的顯示。顯示電路圖如3.6所示。圖3.6 顯示電路74LS164是8 位串行輸入，并行輸出的移位寄存器。其引腳及各個(gè)引腳的作用如下圖3.7所示：符號(hào)引腳說明DSA1數(shù)據(jù)輸入DSB1數(shù)據(jù)輸

25、入Q0Q336輸出GND7地 (0 V)CP8時(shí)鐘輸入（低電平到高電平邊沿觸發(fā)）/MR9中央復(fù)位輸入（低電平有效）Q4Q71013輸出VCC14正電源 圖3.7 74LS164引腳及說明 3.7 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換的作用是進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出。在選擇A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，先要確定A/D轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度以及轉(zhuǎn)換位數(shù)等，A/D轉(zhuǎn)換的位數(shù)確定與整個(gè)測(cè)量控制系統(tǒng)所需測(cè)量控制的范圍和精度有關(guān)，在自定窗簾控制系統(tǒng)中采用了8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。8路模擬信號(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)有8路模擬

26、選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s左右。ADC0809的主要特性有：（1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 （2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，130s（時(shí)鐘為500kHz時(shí)） （4）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 （5）工作溫度范圍為-4085攝氏度 （6）低功耗，約15mW。ADC0809與單片機(jī)89C51的連接示意圖如圖3.8所示，其中74LS373為鎖存器，當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時(shí)，O0-O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng) OE 為高電平時(shí)，O0-O7 呈高阻態(tài)

27、，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 圖3.8 ADC0809與單片機(jī)連接示意圖3.8 光敏傳感器電動(dòng)窗簾要根據(jù)光照的情況而自動(dòng)開關(guān)窗簾，因而需要使用到光電傳感器。這里使用光敏電阻。光敏電阻是用光電導(dǎo)體制成的光電器件，又稱光導(dǎo)管，他是基于半導(dǎo)體光電效應(yīng)工作的。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)可以加直流偏壓，也可以加交流電壓。當(dāng)無光照時(shí)，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時(shí)，它的阻值急劇減少，因此電路中電流迅速增加。光敏電阻具有很高的靈敏度，很好的光譜特性，光譜響應(yīng)從紫外區(qū)一直到紅外區(qū)。而且體積小、重量輕、性能穩(wěn)定

28、。因此在自動(dòng)化技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時(shí)，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子空穴對(duì)，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)。根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：紫外光敏電阻器：對(duì)紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測(cè)紫外線。紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測(cè)、非接觸測(cè)量、人體病變探測(cè)、紅外光譜，紅外通信等國防、科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中?？梢姽夤饷綦娮杵鳎喊ㄎ?、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷

29、化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動(dòng)開關(guān)門戶，航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動(dòng)亮滅，自動(dòng)給水和自動(dòng)停水裝置，機(jī)械上的自動(dòng)保護(hù)裝置和“位置檢測(cè)器”，極薄零件的厚度檢測(cè)器，照相機(jī)自動(dòng)曝光裝置，光電計(jì)數(shù)器，煙霧報(bào)警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。這里選用3系列的GL3526。其亮電阻在1020K,暗電阻為1M.光敏電阻連接如圖3.9所示。 圖3.9 光敏傳感器在模擬信號(hào)采集過程中，難免會(huì)碰到采集信號(hào)過于微弱，難以接收到，此時(shí)必須采用一個(gè)信號(hào)放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大才能滿足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求，并且放大器還不能產(chǎn)生干擾信號(hào)，因此必須選擇一種符合要求的放大器

30、。此外，進(jìn)行信號(hào)采集時(shí)，采集到的信號(hào)不僅是有用的信號(hào)，還有很多干擾信號(hào)，應(yīng)該選用具有頻率選擇作用的濾波器，這樣可以比較有效地濾除噪聲和分離各種不同信號(hào),在本設(shè)計(jì)中采用了低通濾波器。積分運(yùn)算電路具有低通特性，而通帶放大倍數(shù)取決于電阻組成的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，故在積分運(yùn)算電路中電容上并聯(lián)一個(gè)電阻，得到反相輸入一階低通濾波電路，該電路具有放大和濾波功能。3.9 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)為一種數(shù)字伺服執(zhí)行元件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、控制方便、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、自動(dòng)化儀表等領(lǐng)域。為了實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)易運(yùn)動(dòng)控制，一般以單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的微處理器，通過步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度和

31、位置定位控制。單片機(jī)在本次試驗(yàn)中對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制從而達(dá)到對(duì)轉(zhuǎn)角和位移的控制的方法。本次設(shè)計(jì)采用兩個(gè)型號(hào)為130HZ308-450的三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)對(duì)旋轉(zhuǎn)角度和位移進(jìn)行控制，該步進(jìn)電機(jī)力矩大、耐負(fù)載沖擊、精度高。其步距角為1.2°，即=1.2°，即本次設(shè)計(jì)的測(cè)控系統(tǒng)對(duì)回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角的控制精度可以達(dá)到1.2°。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路是根據(jù)控制信號(hào)工作的。而本次測(cè)控系統(tǒng)是以單片機(jī)位控制中心的，下面將介紹步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由脈沖分配器，功率驅(qū)動(dòng)電路，步進(jìn)電機(jī)幾部分構(gòu)成的。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的方框圖如圖3.10所示： 脈沖控制器 功率驅(qū)動(dòng)電路 步進(jìn)電機(jī)負(fù)載脈沖信

32、號(hào)圖3.10 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)方框圖單片機(jī)輸出步進(jìn)脈沖后，再由脈沖分配電路按事先確定的順序控制各相的通斷。本設(shè)計(jì)由軟件完成脈沖分配工作，不僅使線路簡(jiǎn)化，成本下降，而且可根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的需要，靈活地改變步進(jìn)電機(jī)的控制方案。軟件控制脈沖將在軟件設(shè)計(jì)部分說明。如圖3.11所示，是步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的電路圖。步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路工作在較大脈沖電流狀態(tài)，采用光電耦合器將單片機(jī)與步機(jī)電機(jī)隔離可以避免單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)功率回路的共地干擾，防止強(qiáng)功率的干擾信號(hào)反串進(jìn)主控系統(tǒng)。此外，萬一驅(qū)動(dòng)電路發(fā)生故障，也不致讓功放中較高的電壓串入單片機(jī)而使其損壞。圖3.11 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)電路圖步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路有很多種，但最為

33、常見的就是用單電壓驅(qū)動(dòng)，雙電壓驅(qū)動(dòng)，斬波驅(qū)動(dòng)，細(xì)分驅(qū)動(dòng)等。但電壓驅(qū)動(dòng)是步進(jìn)電機(jī)控制中最為簡(jiǎn)單的一種驅(qū)動(dòng)電路，它在本質(zhì)上是一個(gè)單間的反相器。它最大的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作效率低。而且它的外接電阻要消耗相當(dāng)一部分能量，這樣會(huì)影響電路的穩(wěn)定性。雙電壓驅(qū)動(dòng)電路是采用兩種電源電壓，缺點(diǎn)在于在高低電壓連接處電流出現(xiàn)谷點(diǎn)，這樣必然引起力矩在谷點(diǎn)處下降，不易于電機(jī)的正常運(yùn)行。對(duì)于斬波驅(qū)動(dòng)則可以克服這種缺點(diǎn)，并且還可以提高步進(jìn)電機(jī)的效率。從提高效率的角度來看這是一個(gè)很好的驅(qū)動(dòng)電路，它可以用較高的電源電壓，同時(shí)無需外接電阻來限定額定電流和減少時(shí)間常數(shù)。但由于其波形頂部呈現(xiàn)鋸齒形波動(dòng)，所以產(chǎn)生較大的電磁噪聲。細(xì)分驅(qū)動(dòng)

34、是用脈沖電壓來供電的，對(duì)于一個(gè)電壓脈沖，轉(zhuǎn)子就可以轉(zhuǎn)動(dòng)一步。本設(shè)計(jì)采用的是恒頻脈寬調(diào)制細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括顯示子程序，鍵盤子程序，時(shí)鐘程序，步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)及部分構(gòu)成。本章節(jié)系統(tǒng)的介紹了電動(dòng)窗簾的主程序和各主要功能子程序的設(shè)計(jì)流程，具體的程序代碼見附錄。4.1 主程序軟件設(shè)計(jì)主程序構(gòu)成無限循環(huán)，主要完成單片機(jī)初始化，關(guān)中斷，菜單顯示內(nèi)容初始化，按鍵掃描，電機(jī)運(yùn)行，計(jì)時(shí)等功能。主程序的流程圖如圖4.1所示。圖4.1 主程序流程圖主程序流程說明：電路主要分為以下幾個(gè)部分，分別是電源部分、顯示部分、按鍵部分、步進(jìn)電機(jī)控制部分、AD轉(zhuǎn)換部分、單片機(jī)主控器件部分，各部分

35、具有不同的子程序。 主程序的作用主要是先初始化寄存器以及顯示內(nèi)容；然后查詢按鍵操作，并且對(duì)按鍵進(jìn)行分析以及處理，通過分析處理，對(duì)于設(shè)定鍵，則設(shè)定時(shí)間，到了設(shè)定的時(shí)間后步進(jìn)電機(jī)工作。對(duì)于控制鍵，執(zhí)行窗簾開閉的工作。如果經(jīng)過分析后都不是，采取復(fù)位的操作。4.2 鍵盤程序設(shè)計(jì)在操作按鍵時(shí)，無論是按下還是松開，觸點(diǎn)在閉合和斷開時(shí)均會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，此時(shí)邏輯電平是不穩(wěn)的，如果得不到正確處理，可能會(huì)引起單片機(jī)對(duì)按鍵命令的錯(cuò)誤執(zhí)行。解決這個(gè)問題的簡(jiǎn)單方法是利用軟件延時(shí)。在單片機(jī)處理按鍵操作后都延時(shí)5ms，如果確定是按鍵后再延時(shí)12ms，這樣基本可以避免鍵盤的抖動(dòng)。然后由單片機(jī)進(jìn)行鍵碼分析，并執(zhí)行相應(yīng)的命令，顯示并

36、且返回。圖4.2是鍵盤程序設(shè)計(jì)流程圖。圖4.2 鍵盤程序流程圖按鍵設(shè)置采用了掃描法，要判斷鍵盤中有無鍵按下時(shí)將全部行線Y0-Y3置低電平，列線置高電平，然后檢測(cè)列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。判斷閉合鍵所在的位置時(shí)，在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。例如將單片機(jī)的P

37、1口用作鍵盤I/O口，鍵盤的列線接到P1口的低4位，鍵盤的行線接到P1口的高4位。列線P1.0-P1.3分別接有4個(gè)上拉電阻到正電源+5V，并把列線P1.0-P1.3設(shè)置為輸入線，行線P1.4-P.17設(shè)置為輸出線。4根行線和4根列線形成16個(gè)相交點(diǎn)，這些交點(diǎn)即為鍵盤按鍵。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)有兩性能很大一部分取決于鍵盤處理程序。在按鍵時(shí)按得快了沒有反應(yīng)，按慢了一連響應(yīng)幾次，總給人遲鈍感，不能使人滿意。在該設(shè)計(jì)中用以下思路設(shè)計(jì)的鍵處理程序。首先要判斷有沒有鍵值，若有鍵值，再判斷是否為首次按下： （1）若首次按下：判斷是否與上次按下的鍵值相同 a.若相同再判斷：是否已經(jīng)按下了300ms

38、？ 1).若已經(jīng)按下300ms則將此鍵做為連鍵處理。 2).若不是連鍵則判斷：是否按下20ms？ 1>.若確認(rèn)按下20ms，得到有效鍵值等待彈起 2>.若不是按下20ms直接結(jié)束處理（ret）。 b.若不相同則將標(biāo)志清零結(jié)束處理（ret）。 （2）若不是首次按下：將鍵值暫存起來，標(biāo)志置位結(jié)束處理。如果無鍵值，則判斷是否有鍵值已被確認(rèn)（1）若有鍵已被確認(rèn)：判斷按鍵是否首次抬起 a.若首次抬起：判斷抬起延時(shí)時(shí)間（20ms）是否到達(dá) 1>.若延時(shí)到則將標(biāo)志處理結(jié)束處理。 2>.若延時(shí)未到直接結(jié)束處理（ret）。 b.若非首次抬起：直接結(jié)束處理（ret）。（2）若沒有鍵被確認(rèn)：直接結(jié)束處理（ret）。4.3 定時(shí)程序設(shè)計(jì)定時(shí)程序的主要作用是在用戶設(shè)定的時(shí)間后能夠使單片機(jī)收到一個(gè)中斷信號(hào)，從而發(fā)出相應(yīng)的指令，控制窗簾的開關(guān)。時(shí)鐘芯片發(fā)出50ms的信號(hào)給單片機(jī)后，計(jì)數(shù)器開始工作，計(jì)