基于單片機(jī)和CPLD試驗(yàn)開發(fā)板的設(shè)計(jì)(完整資料)

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基于單片機(jī)和CPLD試驗(yàn)開發(fā)板的設(shè)計(jì)(完整資料）(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）基于51單片機(jī)和CPＬD試驗(yàn)開發(fā)板的設(shè)計(jì)摘要闡述了設(shè)計(jì)的各部分硬件的原理和用于試驗(yàn)的軟件設(shè)計(jì)，特別給出了RTC的設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)板設(shè)計(jì)中的成功應(yīng)用。單片機(jī)CPLD實(shí)驗(yàn)板將單片機(jī)與CPLD有機(jī)結(jié)合在一起，構(gòu)建以51單片機(jī)為主，CＰLD為輔的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，既可以獨(dú)立用于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)或CＰＬD實(shí)驗(yàn)，也可以用于單片機(jī)和ＣPLD綜合應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)。尤其，集成了具有ISP功能的CPLD和ＩSP功能的單片機(jī),為初學(xué)者節(jié)約了昂貴的編程器成本。關(guān)鍵詞：51單片機(jī)CPLDＩＳＰ編程器實(shí)驗(yàn)板ABＳＴRACＴInthｉsｐａper,itｗａselabｏraｔedｔhatｔhｅvaｒｉouspartｓofthｅｄesｉgnpriｎciplesoｆｈardwaｒeaｎｄsoftwａrefｏrtestdeｓign，espｅcｉａllygivｅnthedesignofｔheRTCｂoardiｎthesｕcｃeｓsfｕlapplicａt(yī)ioｎofdesiｇn．Thｅe(cuò)xpｅｒｉmentofMCUａndCPLDwillbeｃoｍbinｅdｗiｔhtheＭCU－CPLDboard,whicｈmａinlytｏbuiｌd5１siｎgｌe—chip，CＰLＤsｅcｏnｄarｙcirｃｕｉtystｅmdｅｓｉgｎ，anｄbothindｅpenｄentｅxperiｍｅntｓorCＰLDfoｒｔhｅｓinｇle—chｉpｅxｐerimentscanalsoｂeMCUanｄＣＰＬDfｏrtｈecｏｍprehenｓｉvｅapplicaｔiｏnｏftｈeexperimeｎt．Iｎpartiｃuｌar，ｔhｅintｅgｒatedｆｕnctiｏｎoftheCPLDａnｄMCＵwｉthISPｆorｂｅgｉnｎerssａｖｅsthecｏsｔofexpeｎｓｉvｅprｏgraｍｍers.Ｋｅywｏrds:5１MCUCＰLＤISＰprｏgramｍｅrｅxperｉmentboarｄ目錄引言……………3１MiniB的目的及意義……………………32ＭiniB的硬件設(shè)計(jì)………4２.1單片機(jī)與CＰLD接口電路……………42．2ＵSB及串行接口電路……………62。3最小系統(tǒng)及外圍設(shè)備接口電路………８2。3。１電源電路………8２．3.2單片機(jī)Ｐ1口擴(kuò)展電路………82．３．3顯示接口電路…………………123ＭｉniB的軟件設(shè)計(jì)………123.１由AVR單片機(jī)AＴmeｇａ８實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和ISP（iｎ—sysｔem—pｒｏgrａｍming)的使用…………………1２3.2RTC設(shè)計(jì)實(shí)例（DS１30２＋LCD１60２+復(fù)雜按鍵輸入+多模式蜂鳴器發(fā)聲+多任務(wù)輪循架構(gòu)）…………………１33。2.1任務(wù)解析及人性化設(shè)計(jì)要求………１３3．2.2多任務(wù)程序架構(gòu)……………14３。2.3任務(wù)調(diào)度………173.2.4任務(wù)設(shè)計(jì)………1８4調(diào)試………………………26致謝…………………2７參考文獻(xiàn)……………28引言?單片機(jī)以其控制功能強(qiáng)體積小價(jià)格低耗電省可靠性高等特點(diǎn),嵌入式應(yīng)用很廣［１].而單片機(jī)學(xué)習(xí)門檻較高，涉及單片機(jī)軟硬件知識(shí)，同時(shí)還要掌握幾種軟硬件工具平臺(tái)，初學(xué)者要想快速入門單片機(jī)領(lǐng)域，往往需要一個(gè)好的硬件平臺(tái)和大量易懂的實(shí)例.隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，大規(guī)模集成電路的運(yùn)用越來越普遍，用CPLD/ＦPGA來開發(fā)新產(chǎn)品是電子技術(shù)發(fā)展必然趨勢。目前各高校逐步開設(shè)了單片機(jī)課程和可編程器件設(shè)計(jì)課程，而兩門課程往往是獨(dú)立開設(shè)，尤其是實(shí)驗(yàn)，而實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)理論正確與否的試金石，是學(xué)好兩門課程的重要手段和方法。從而,切實(shí)滿足初學(xué)者需要的實(shí)驗(yàn)板的開發(fā)成為了現(xiàn)實(shí)，而目前市場上針對(duì)初學(xué)者而開發(fā)的綜合實(shí)驗(yàn)板價(jià)格高，體積大,操作煩瑣，不易學(xué)習(xí)掌握。１MｉnｉB的目的及意義現(xiàn)在市場上關(guān)于單片機(jī)和CPＬD的試驗(yàn)開發(fā)板很多，總體上來說設(shè)計(jì)不專業(yè)，成本價(jià)格高，功能的單一,不能用于單片機(jī)和CPLＤ的綜合應(yīng)用試驗(yàn)，操作復(fù)雜利用率不高，但對(duì)于在校學(xué)生和電子愛好者這些消費(fèi)者來說需求還很大。1．１目的為單片機(jī)和CPLD初學(xué)者提供一款經(jīng)濟(jì)實(shí)用型實(shí)驗(yàn)板，解決單片機(jī)和CＰLD獨(dú)立學(xué)習(xí)的問題,設(shè)計(jì)過程中個(gè)人知識(shí)能力的提升，以消費(fèi)者的切實(shí)需要為原則，市場的需求明顯。1．2意義此款單片機(jī)加CＰLD實(shí)驗(yàn)板是總結(jié)單片機(jī)和ＣＰLＤ學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)，站在初學(xué)者的角度上而開發(fā),將單片機(jī)與CPLD有機(jī)結(jié)合在一起,構(gòu)建以單片機(jī)為主,CPLD為輔的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，既可以獨(dú)立用于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)或CPLD實(shí)驗(yàn)，也可以用于單片機(jī)和CPLＤ綜合應(yīng)用的實(shí)驗(yàn),打造出袖珍單片機(jī)CＰＬD學(xué)習(xí)板。尤其，集成了具有ＩSP功能的CPLD和ISP功能的單片機(jī)，為初學(xué)者節(jié)約了昂貴的編程器成本。2MiniB的硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，該板采用單片機(jī)+CPＬＤ結(jié)構(gòu)，單片機(jī)為主,CPLD為輔。與單片機(jī)相連的模塊有:P1口接發(fā)光二極管、蜂鳴器、繼電器、AＤ/DA,P４口(STC單片機(jī)PＬＣC－44封裝特有)接實(shí)時(shí)時(shí)鐘DＳ13０2、紅外接收器,P3口接2３2電平轉(zhuǎn)換電路和4個(gè)按鍵,單片機(jī)P0口和P2口以及P3.６、Ｐ３．7作為總線使用，CPLD直接驅(qū)動(dòng)4位數(shù)碼管,并給LCＤ提供使能信號(hào)，單片機(jī)和CPLD引腳分別有擴(kuò)展接口，板上集成5Ｖ穩(wěn)壓電源，可以外接DC9V電源,也可以從計(jì)算機(jī)UＳＢ口直接取5V電源,JTAG接口完全符合IEEＥ１149.1標(biāo)準(zhǔn),提供完全的邊界掃描功能［2］。圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2．1單片機(jī)與CＰＬD接口電路現(xiàn)在所有單片機(jī)廠家都有支持ISP的單片機(jī),由于SＴC公司推出的STＣ系列單片機(jī)具有較強(qiáng)的功能和較高的性價(jià)比，本設(shè)計(jì)采用ＳＴＣ８9Ｃ516ＲD＋單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心。單片機(jī)選STC89C5Ｘ,該系列單片機(jī)內(nèi)部集成MＡX8１0/STC8１0專用復(fù)位電路，內(nèi)置看門狗，超強(qiáng)抗干擾，輕松過2ＫV/4KV快速脈沖干擾(EFT),加密性強(qiáng),STＣ８9C５2ＲC～SＴC89C58RD+系列與Intel8051管腳兼容，寬電壓,5.5V～3.4V給復(fù)位信號(hào)后能正常工作，PQFP—4４，PLCＣ-４4封裝有P4口。STＣ89Ｃ５1RC有3個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，128０字節(jié)大容量內(nèi)部數(shù)據(jù)ＲAM,特別是該系列單片機(jī)支持IＳP編程，開發(fā)無需高價(jià)的編程器，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程升級(jí),在ISＰ下載編程時(shí)可設(shè)置6或１２時(shí)鐘/機(jī)器周期模式,在6時(shí)鐘模式,比普通5１速度快一倍.CPLD有兩種型號(hào)可選，ALTEＲA的EPM７０64和ATMEL的ATF１504。器件的參數(shù)特性可參閱相關(guān)資料。單片機(jī)和CPLD都選擇PＬCC—44腳封裝，占用ＰCB面積小,更換容易。圖2.1（a)單片機(jī)與CPLD接口電路Mｉni51板的ＣＰLD選擇Ａltera公司的EPM70６4.單片機(jī)與CPＬＤ總線接口如圖2．１(ａ)所示。數(shù)據(jù)總線既單片機(jī)P0口同CPLD一般IO口相連,完成數(shù)據(jù)和低８位地址傳送；控制總線包括單片機(jī)讀寫控制信號(hào)Rd（P3．7）和Wr(P3。６),以及地址鎖存信號(hào)ALE(AｄｄrｅssLoｃkEnable)和高位地址線A15（P２．7）通過CPＬD的全局信號(hào)引腳輸入，包括全局時(shí)鐘輸入:INPＵT/GCLＫ１，全局清零輸入INＰＵT/GCLＲn，全局使能輸入IＮPUT/ＯE1,INPUT／OE2,這幾個(gè)信號(hào)有專用連線與CPＬＤ中每個(gè)宏單元相連,保證信號(hào)到每個(gè)宏單元的延時(shí)相同并且延時(shí)最短。單片機(jī)與ＣPLD之間可以根據(jù)需要，采用多種不同的接口方式，這里提出一種總線接口方案，采用三總線(數(shù)據(jù)、控制、地址）結(jié)構(gòu)，如圖２.1(ｂ）所示，雙向數(shù)據(jù)總線完成數(shù)據(jù)傳輸，單向控制總線和地址總線通過ＣPLD對(duì)外圍對(duì)象控制.圖２．1（ｂ）單片機(jī)與CPLD接口電路框圖2。２USB及串行接口電路由AVR單片機(jī)ATｍeｇa8實(shí)現(xiàn)UＳB轉(zhuǎn)串口且實(shí)現(xiàn)ＩSP(iｎ-syｓtem—progrａmmｉng）功能的接口電路，如圖2。2。USＢ接口使用方便,逐漸成為主流，計(jì)算機(jī)經(jīng)典接口串口,并口慢慢消失,于是出現(xiàn)ＵSB轉(zhuǎn)串口，轉(zhuǎn)并口,專用IC很多，一般都很昂貴，ＵＳB方案成為最佳選擇。ATｍegａ８是AＶR高檔單片機(jī)中內(nèi)部接口豐富、功能齊全、性能價(jià)格比最好的品種[２]。通過燒寫ＵSBＡSＰ固件和AVR-CＤC固件分別實(shí)現(xiàn)兩種功能：一是實(shí)現(xiàn)ＡＶR和S５1IＳP編程,二是實(shí)現(xiàn)USＢ轉(zhuǎn)串口.這里串口輸出(圖中為ｕRxD和uTxＤ）為TTＬ電平，可以直接接單片機(jī)。圖2。2由AＶR單片機(jī)AＴmega8實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口且實(shí)現(xiàn)IＳP（in—ｓyｓtｅm-programmiｎg）功能的接口電路ＩＳP（in-yｓem-ｐrogrａing指系統(tǒng)在線可編程，是最先由Ｌattｉｃｅ公司提出的一種技術(shù),是通過同步串行方式實(shí)現(xiàn)對(duì)同步串行方式實(shí)現(xiàn)對(duì)其可編程邏輯器件的重配置ＩSP的現(xiàn)比較簡單通用做法是內(nèi)部的存儲(chǔ)器可以由上位機(jī)的軟件通過串口來進(jìn)行改寫對(duì)于單片機(jī)來講可以通過PI或其他的串行接口接收上位機(jī)傳來的數(shù)據(jù)并寫入存儲(chǔ)器中.采用Ｐ術(shù)P技的優(yōu)勢是不需要編程器就可以進(jìn)行單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)和開發(fā)，按照SC公司提供IＳＰ下載線的接口標(biāo)準(zhǔn),只要在單片機(jī)與PC機(jī)之間加一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路就可以實(shí)現(xiàn)程序的在線下載免了調(diào)試時(shí)由于頻繁地拔插對(duì)芯片和電路板帶來的損壞這對(duì)于生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言顯得尤為重要由于P技術(shù)具的上述特點(diǎn)采用了ISP技術(shù),其轉(zhuǎn)換電路如上圖。2。3最小系統(tǒng)及外圍設(shè)備接口電路２．3。1電源電路該板提供兩種供電方式如圖2．3。1，一種從接口輸入DC9V電源,板上集成7805穩(wěn)壓IC，采用貼片封裝，也可以從接口通過計(jì)算機(jī)USB接口取電。圖中按鈕為常閉開關(guān)，用來斷開電源實(shí)現(xiàn)冷啟動(dòng)用。其中D3用來防止電源極性接反,R4為4.7歐電阻，這里起保護(hù)作用,防止實(shí)驗(yàn)板短路，損壞計(jì)算機(jī)USＢ接口.圖2。3。１電源電路2．3.２單片機(jī)P1口擴(kuò)展電路STC89C5Ｘ系列單片機(jī)有P4口，因此將P4．0～P４。2分配給ＤＳ1302，P4。３端口，用于連接溫度傳感器DS１8Ｂ20電路如圖2。3．2(a)所示。ＤS1３02是DAＬLAＳ公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)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(jī)進(jìn)行通信實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒分時(shí)日日期月年的信息每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整時(shí)鐘操作可通過AM/PM指示決定采用２4或１2小時(shí)格式ＤS130２與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信僅需用到三個(gè)口線１RES復(fù)位2Ｉ／O數(shù)據(jù)線3SCLK串行時(shí)鐘時(shí)鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)３1個(gè)字節(jié)的字符組方式通信ＤS1３02工作時(shí)功耗很低保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW.DS1３０2和處理器接口一般為3線制,RSＴ（ＣE)復(fù)位腳,讀寫操作時(shí)同步時(shí)序同步用，I／O串行數(shù)據(jù)輸入輸出腳，SCＬK串行時(shí)鐘輸入腳。圖２.3．２（ａ)DS１8B2０和DＳ1３02接口電路單片機(jī)P1口帶鎖存功能,編程容易。Mｉｎi５１板上Ｐ1口被LED、蜂鳴器、繼電器、串行AD／DA復(fù)用，除LEＤ直接與P1相連外，其它都可以斷開，只在需要用時(shí)連接。LEＤ電路如圖2.3.2(b)所示,低電平點(diǎn)亮,因?yàn)椋?系列單片機(jī)P1口靠內(nèi)部上拉電阻輸出高電平，所以一般不用P1口輸出高電平驅(qū)動(dòng)LED，外部限流電阻RP不宜太小，否則會(huì)影響到P1口狀態(tài),為以后Ｐ1口擴(kuò)展留下隱患，如果用貼片發(fā)光二極管,ＲP甚至可以為4．7k。圖2.3。2（ｂ）LED接口電路該板還設(shè)計(jì)了繼電器電路通過繼電器容易實(shí)現(xiàn)弱電到強(qiáng)電的開關(guān)控制電路如圖2.3.2(c)所通過跳線P12控制，用時(shí)請(qǐng)斷開,圖中Ｎ418為電器線圈續(xù)流用二極管,特別重要。Ｒeｌay為直流5V驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)動(dòng)繼電器，用螺栓接線柱展接口。圖2.３．２（c)雙聯(lián)動(dòng)繼電器接口電路蜂鳴器電路如圖3．3．2（d示通過跳線與P10相不用時(shí)可以斷開Ｂｅll為有源蜂鳴器，接通5Ｖ電會(huì)發(fā)聲,單片機(jī)P10開關(guān)控制，低電平開啟。圖３。3。２(d）蜂鳴器接口電路此外P1口可以實(shí)現(xiàn)AD/DA電路的轉(zhuǎn)換，接口電路如圖（e。其中，TLC1549為串行接口1０位單通道A_D轉(zhuǎn)換器，TＬC56１5為串行接口１０位單通道D＿A轉(zhuǎn)換器，都只能實(shí)現(xiàn)單輸單出，而未使用AＤC080９和DAC0832是為了縮小PCB的面積,能達(dá)到試驗(yàn)效果是本設(shè)計(jì)的初衷.圖3。3．2（e）AD/DA接口電路2．３．3顯示接口電路本設(shè)計(jì)有三個(gè)顯示模塊，分別是:LCＤ16０２、LCＤ12864和４位7段LEＤ數(shù)碼管.點(diǎn)陣字符型液晶顯示器是專門用于顯示數(shù)字、字母、圖形符號(hào)及少量自定義符號(hào)的顯示器[3］。2.3.３顯示接口電路3軟件設(shè)計(jì)３.１由ＡＶR單片機(jī)ATｍega8實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和ISP（iｎ—ｓysｔem-ｐrogrａｍming)的使用在給AＴmｅgａ8燒寫固件及驅(qū)動(dòng)文件時(shí)，要注意熔絲位的設(shè)置，如果設(shè)置不對(duì)，則單片機(jī)不能正常工作。熔絲位設(shè)置如圖3。1：圖３。１熔絲位設(shè)置3.2ＲTC設(shè)計(jì)實(shí)例(DS1302+ＬCD1602+復(fù)雜按鍵輸入+多模式蜂鳴器發(fā)聲+多任務(wù)輪循架構(gòu)）“實(shí)時(shí)時(shí)鐘”是很多任務(wù)執(zhí)行的關(guān)鍵參數(shù)，例如家居智能控制，室外信息發(fā)布，路燈控制等,因此熟悉一種實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片以及精通編程控制將是一件非常有意義的事情。這里結(jié)合Ｍini５１板硬件資源，開發(fā)出一款實(shí)用的實(shí)時(shí)時(shí)鐘萬年歷，特別是程序設(shè)計(jì)采用了定時(shí)中斷多任務(wù)輪詢思想，對(duì)初學(xué)者程序設(shè)計(jì)具有重要的參考價(jià)值。這里使用C語言編程,那么Keil應(yīng)該是首選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境,強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令編程事半功倍［５].３.2。1任務(wù)解析及人性化設(shè)計(jì)要求Mｉni51板上可用硬件資源有實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302和備用電池,還有LCD１602顯示屏、按鍵和蜂鳴。整合這些硬件資源,設(shè)計(jì)一個(gè)具有調(diào)時(shí)、鬧鐘功能，還要顯示美觀，易使用的電子萬年歷。LCＤ顯示要根據(jù)ＬCＤ每行16字符的特點(diǎn)設(shè)計(jì)，如上，可以顯示年、月、日、星期、時(shí)間，還有鬧鐘設(shè)定功能。顯示效果設(shè)計(jì)如下：第一行顯示：【2008-06-１6Week1】第二行顯示:【14：５2：35ＡL07:0０】三鍵輸入:模式設(shè)定set,加一up，減一ｄｏwn。按鍵操作：長按set鍵進(jìn)入時(shí)間設(shè)定模式，在進(jìn)入設(shè)定模式以前，隨意短按任意鍵，不產(chǎn)生任何作用，保證時(shí)間不被隨便修改;同一鍵短按鍵選擇設(shè)定對(duì)象；加減鍵長按直接退出設(shè)定模式.進(jìn)入設(shè)定模式后，長時(shí)間10ｓ不按鍵,自動(dòng)退出按鍵模式;以上所有的操作時(shí)鐘正常走鐘。聲音提示：所有按鍵操作伴隨聲音提示，長短按鍵有不同的提示聲,按鍵手感好。鬧鐘設(shè)置：鬧鐘設(shè)置信息寫入DS１30２芯片的暫存RAM，保證主電源掉電數(shù)據(jù)不丟失；鬧鐘精確到分鐘；鬧鐘可禁用，并有顯示提示;鬧鐘鬧鈴時(shí)，任意按鍵結(jié)束鬧鈴。3．2。2多任務(wù)程序架構(gòu)為了程序移植性好，維護(hù)性好,易裁剪,我們有必要引入多任務(wù)編程思想，就是一個(gè)系統(tǒng)由多個(gè)任務(wù)構(gòu)成，各任務(wù)之間相對(duì)獨(dú)立。我在這里提出一種基于定時(shí)器中斷的多任務(wù)輪循程序架構(gòu),如圖3.2。2(a）所示。在主程序中，根據(jù)任務(wù)延時(shí)量判斷任務(wù)是否就緒，各任務(wù)輪循占用ＣPU，由任務(wù)延時(shí)量控制任務(wù)執(zhí)行頻度及CPU關(guān)照度，而任務(wù)延時(shí)量又由定時(shí)器中斷控制.關(guān)于任務(wù)實(shí)時(shí)性的理解:從人機(jī)交互角度考慮，很多任務(wù)實(shí)時(shí)性要求是相對(duì)的，例如LCＤ顯示刷新，就不需要很快的刷新頻度,即使被顯示的內(nèi)容更新足夠快,LCD顯示刷新也不需要很快，因?yàn)椋藽Ｄ顯示是給人看的,如果每秒刷新2０次，已經(jīng)足夠了，這里結(jié)合數(shù)字鐘顯示任務(wù),每秒3次就可以達(dá)到要求了；又如按鍵掃描，掃描執(zhí)行頻度則不能太慢，太慢容易丟失有效鍵值，至少每秒應(yīng)保持50次以上的執(zhí)行頻度才行；同樣DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘讀取頻度,每秒3次就可以了.不同任務(wù)，需要不同的執(zhí)行頻度(CPＵ關(guān)照度）,如果采用傳統(tǒng)大循環(huán)模式，各任務(wù)按一個(gè)頻度運(yùn)行，顯然不適合本設(shè)計(jì)。這里還涉及到多種延時(shí)需要,例如按鍵去抖動(dòng)、蜂鳴器發(fā)聲等，如果采用傳統(tǒng)循環(huán)延時(shí)法,不僅極大浪費(fèi)CPＵ資源，而且造成不同任務(wù)之間相互影響,很難找到一個(gè)平衡點(diǎn)，特別不利于程序維護(hù)，我們形象稱這種程序?yàn)槊鏃l程序.圖3.2。2（a）定時(shí)中斷的多任務(wù)輪循程序架構(gòu)流程圖基于定時(shí)器中斷的多任務(wù)輪循架構(gòu),各子任務(wù)必須設(shè)計(jì)成主動(dòng)放棄ＣPU運(yùn)行模式,子任務(wù)不能設(shè)計(jì)成死循環(huán)流程,子任務(wù)的執(zhí)行依靠主程序任務(wù)調(diào)度來實(shí)現(xiàn)。正因?yàn)楦魅蝿?wù)不搶占CＰU,所以程序設(shè)計(jì)不用考慮現(xiàn)場保護(hù)問題,簡化了程序設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)程序整體架構(gòu)如圖3。2。2(b）所示，定時(shí)器固定節(jié)拍中斷,該節(jié)拍需滿足最快任務(wù)執(zhí)行頻度需要,例如50Ｈz，對(duì)于按鍵掃描程序，每秒按５０次頻度執(zhí)行即可，而ＬＣD160２可以按每秒3次頻度執(zhí)行，實(shí)時(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù)讀取也只需按每秒3次頻度執(zhí)行一次.圖3。２.2（b）Mｉｎi51板實(shí)時(shí)時(shí)鐘流程圖任務(wù)執(zhí)行頻度由任務(wù)延時(shí)量tasｋ_ｄｅｌay［ID］控制，各任務(wù)延時(shí)量在定時(shí)中斷中減一,直到延時(shí)量為零,相關(guān)相關(guān)任務(wù)就緒。務(wù)調(diào)度過程就是對(duì)任務(wù)延時(shí)量檢測過程，只有任務(wù)延時(shí)量為零時(shí),CPU從其它任務(wù)中返回后立即執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù),由于不同任務(wù)延時(shí)量不同，從而實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)具有不同的執(zhí)行頻度而相互不受影響。這里還必須滿足一個(gè)條件，就是每個(gè)任務(wù)執(zhí)行一次的時(shí)間不能太長超過一次定時(shí)中斷時(shí)間，否則任務(wù)之間執(zhí)行頻度會(huì)有影響，對(duì)于50Hz的中斷頻率，每個(gè)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間最好不超過20ms，既ＣPU光顧一次任務(wù)時(shí)間要在２0ｍs以內(nèi)，這樣就可以保證任務(wù)之間相互完全不受影響。定時(shí)中斷在這里就是心臟，依靠定時(shí)中斷完成任務(wù)延時(shí)量的修改，從而實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)運(yùn)行頻度控制.定時(shí)器設(shè)置及初始化代碼如下:＃defineTＩME_ＰEＲ_SEC50／/定義定時(shí)中斷頻度，由執(zhí)行頻度要求最快的任務(wù)確定，太高會(huì)降低CＰＵ運(yùn)行效率,太低任務(wù)頻度不好分配,一般200Hz以下，這里采用50Ｈｚ。＃ｄefineCLOCＫ221１8400/／定義時(shí)鐘晶振,單位Hz，與硬件一致即可vｏidOS_Init＿Timer0(ｖoｉd)//定時(shí)器０初始化｛uｃhari；for（i=０;i＜ＭAX_TASK;i++）task＿ｄelａy[ｉ］=0；／/任務(wù)延時(shí)量初始化TMOＤ＝（TMOＤ&０xf0）｜0x01；//定時(shí)器0工作在模式1,16Ｂit定時(shí)器模式ＴＨ0＝255－CLOCK/TＩME_ＰER_SEC／12／256;TＬ0=2５5—CLOCＫ/TIME_PER_SEＣ／12％２５6；TR０=1;/／開啟定時(shí)器ＥT0=１;//開啟定時(shí)器中斷}這里通過宏定義，把易變參數(shù)在頭文件中定義，這樣使得程序容易修改，便于移植。voidOS_Ｔｉmer0(ｖoｉd)intｅrrupt１usinｇ2//定時(shí)中斷服務(wù)｛uｃhaｒi；TH0=255-CLOCＫ／ＴIME＿PER_SEＣ／１2/256;ＴＬ０=25５—ＣLOCK/TＩME_PＥR_SEC/12％256;／／每節(jié)拍對(duì)任務(wù)延時(shí)量減1，減至０后，任務(wù)就緒。foｒ（i=０；i〈MAX_ＴＡSK；i＋+）｛ｉf（ｔask_delay［ｉ]＞０）task_delaｙ［i］——;/／任務(wù)延時(shí)量減一歸零，使任務(wù)就緒}｝在定時(shí)中斷服務(wù)中，執(zhí)行的任務(wù)必須很簡短，重置定時(shí)器初值,把大于0的任務(wù)延時(shí)量減1,該定時(shí)中斷作為心臟跳動(dòng)，不斷進(jìn)出運(yùn)行，為了節(jié)省CPU時(shí)間,該中斷任務(wù)越簡單越好。3.2．3任務(wù)調(diào)度任務(wù)調(diào)度在主程序mａin（)中完成，系統(tǒng)初始化之后,在一個(gè)大循環(huán)中，對(duì)各任務(wù)的延時(shí)量是否為零判斷，當(dāng)任務(wù)延時(shí)量為零時(shí)，表示該任務(wù)就緒,當(dāng)前一個(gè)任務(wù)主動(dòng)放棄CPU之后，馬上啟動(dòng)就緒的新任務(wù)。各任務(wù)之間不具有搶占功能，因此不用考慮堆棧與保護(hù),初學(xué)者也能夠完全掌握。voｉｄmaｉｎ(void){ｓys_inｉｔ（)；/／系統(tǒng)初始化，包含各子任務(wù)初始化ＯＳ_Iｎiｔ_Tｉｍｅr0（）；//定時(shí)器初始化INT_GLOＢAL(1）；／/開總中斷ｗhｉｌｅ（１）{//根據(jù)任務(wù)延時(shí)量是否為零選擇執(zhí)就緒任務(wù)執(zhí)行，任務(wù)執(zhí)行完成后返回再恢復(fù)設(shè)定的延時(shí)量ｉｆ（taｓk_delay[0]＝=０）｛task0(）;taｓk_dｅｌay［0]=TIME_ＰER＿ＳEC/5０；｝if(tａsｋ＿delay[1］==０)｛tasｋ１（)；ｔａsｋ＿delay［1]＝ＴＩME_ＰER_SEC/２０;｝if（task_ｄelaｙ［2］==０）｛tａsk2(）；task_delaｙ[2］＝ＴIＭE＿PＥR_SＥＣ/01;}ｉf（task_delay［3]==0）{tasｋ３()；ｔaｓk_deｌay［3]＝TIME＿PＥR_SＥC/02；}ｉf(task_delay［4]==0）｛taｓk4()；task＿delay［４]=TＩME_ＰER_SEC／03；}iｆ（taｓk＿dｅlay[5］==０）{task5();tａsk_delaｙ［５］=TＩＭE＿PEＲ＿SEC/04;｝iｆ（task_ｄelay[6］＝=0）｛task6（）；ｔａsk_deｌay［６]=ＴIME＿PER_SEＣ/05；}iｆ(tａsｋ_delay［7］＝=0）｛ｔasｋ7（）；task_delaｙ［７］=TIME_PEＲ＿ＳEC／０6；}｝}紅色數(shù)字表示任務(wù)執(zhí)行的頻度，即每秒鐘執(zhí)行多少次。各個(gè)不同的任務(wù)，根據(jù)需要，設(shè)定不同的延時(shí)量，延時(shí)量在定時(shí)中斷中逐步減一歸零，每個(gè)任務(wù)必須主動(dòng)放棄ＣPＵ，正因此,各任務(wù)執(zhí)行時(shí)間最好不要超過定時(shí)中斷節(jié)拍時(shí)間單位，這里為20ms,否則將影響其它任務(wù)運(yùn)行.3.２.4任務(wù)設(shè)計(jì)３．２.4。１按鍵掃描ｔask0。C圖３。2．4．1按鍵掃描任務(wù)流程圖按鍵輸入需要要實(shí)現(xiàn)以下功能：按鍵去抖動(dòng)，快速單次觸發(fā)，長按單次觸發(fā),長按多次連續(xù)觸發(fā),同一按鍵既有長按又有短按功能.流程圖如所示。由于該任務(wù)在一定的頻度內(nèi)執(zhí)行，通過定義狀態(tài)機(jī)記錄該任務(wù)的歷史運(yùn)行狀態(tài),由于一次按鍵不能立即確定鍵值，需要去抖動(dòng)處理，我可以用狀態(tài)機(jī)把首次按鍵記住,在二次按鍵時(shí)確認(rèn)鍵值，同樣,長短按鍵也是用狀態(tài)機(jī)和計(jì)數(shù)器控制,通過任務(wù)多次調(diào)用積累時(shí)間,從而實(shí)現(xiàn)長延時(shí)而又不占用CPU資源,這就是此種定時(shí)器中斷的多任務(wù)輪循架構(gòu)程序設(shè)計(jì)的精髓所在.以50Hz的頻度掃描鍵盤,基本不會(huì)出現(xiàn)按鍵丟失現(xiàn)象。通過狀態(tài)機(jī)計(jì)數(shù)器控制,去抖動(dòng),長短按鍵，單次多次按鍵等各種復(fù)雜的控制，部分程序解讀如下：#deｆineKEY_PORTP3／／定義按鍵接口#defｉneKEＹ_ＶＡLKEY＿ＰOＲT｜0xc3／/Minｉ５１板P3．2—P3。５有效，有鍵按下則對(duì)應(yīng)位為0＃dｅfiｎeKＥY00xfb/／P3。2#deｆineKＥY10xｆ7//P3．3＃defineKＥY20xｅf／/P3。4＃ｄｅfｉｎeＫEY30xdｆ／/Ｐ3。５以上對(duì)硬件接口進(jìn)行定義，這樣做的好處是當(dāng)硬件接口改變后,程序容易修改，這種程序設(shè)計(jì)思想很重要。＃defｉneKEY0_UP0x15#definｅKEY1＿UP0x16#ｄｅfｉnｅKEY2＿UＰ0ｘ１7＃ｄefiｎeKＥY３_ＵP0ｘ1８以上定義按鍵彈起對(duì)應(yīng)按鍵的關(guān)聯(lián)狀態(tài)，數(shù)據(jù)本身沒有實(shí)際意義，只要不重復(fù)就行，由于在程序中多處使用，如果使用常數(shù)，程序可讀性差，容易出錯(cuò)。#defｉneＬONＧ_DN_TIME50＊2;／/長按鍵時(shí)間設(shè)置，２ｓ，其中50為本任務(wù)執(zhí)行頻度＃defｉneWAIT＿DN_TIME50＊1;／/長按鍵過度到連續(xù)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間間隔１ｓ#ｄeｆineCOＮU_DＯ＿TIME50＊0。2；//長按鍵連續(xù)執(zhí)行頻度，時(shí)間間隔0.2Svｏidtasｋ0＿init（vｏid）／/任務(wù)初始化，在主程序ｓys_init(）中調(diào)用{KEY＿PＯＲT=0ｘｆf;／/按鍵端口初始化}本任務(wù)開始時(shí)需要執(zhí)行一次的任務(wù)初始化函數(shù)，在主程序sys_iｎiｔ（）中調(diào)用，僅僅執(zhí)行一次。voidtask0(void){statiｃuchａrｓｔatｅ_dn＝0；//有鍵按下狀態(tài)機(jī)變量statiｃucharstａt(yī)e＿up=0；／/按鍵釋放狀態(tài)機(jī)變量stａt(yī)ｉcｕcｈarkey_ｌdn＿cｎt＝0;/／長按鍵計(jì)數(shù)器,控制長按鍵時(shí)間uｃharkey_ｎｕm；/／鍵值變量ｋey＿nuｍ=KＥY_VＡL；//一次性讀取鍵值if（key_num！=0xｆf)/／判斷是否有鍵按下{switch（stａｔe_dn）//采用狀態(tài)機(jī)記住前后按鍵變化情況｛……}}eｌｓｅ//按鍵釋放觸發(fā)任務(wù)執(zhí)行｛switｃh（sｔａt(yī)ｅ_up）｛……｝}}3．２。４.２LCD顯示ｔask1。C圖3．2.4．2LCD顯示刷新流程圖ＬCD顯示刷新流程圖如圖4所示,給LCD分配全局變量顯示緩沖區(qū)并在獨(dú)立任務(wù)中周期刷新顯示，這樣做的好處是程序設(shè)計(jì)思路清晰，各任務(wù)獨(dú)立，程序可讀性好，缺點(diǎn)是占用太多內(nèi)存，沒有更新的數(shù)據(jù)也不斷刷新,浪費(fèi)了CPU資源。LCD驅(qū)動(dòng)程序在頭文件lｃd16０2。h中，其他任務(wù)通過全局變量sｔr_buff和fｌy＿space控制該模塊運(yùn)行效果。閃爍控制原理是根據(jù)閃爍控制標(biāo)志位，周期替換顯示內(nèi)容為空白字符符。部分程序解讀如下：＃incluｄｅ＂ｍain。h＂#inclｕｄe”lcd１60２。h”ucharｓtr_bｕfｆ[32]；//定義全局顯示緩沖區(qū)ｕcｈarfly_spaｃe；//定義全局閃爍位置控制變量，其它任務(wù)要用該變量需要加前綴extern聲明voｉdtask1_init（voiｄ)/／本任務(wù)初始化，在主程序中調(diào)用一次｛ｕnsｉgnedchａｒi；lｃｄ１602＿iｎit（);for(ｉ=0;i<３2；i＋+）str_bｕff[i］＝’’；flｙ_ｓpace=0xff;//首先關(guān)閉閃爍標(biāo)志}ｖｏidtask1(void）｛staｔicucharfly_ｃｎt=0；／/閃爍頻度控制ｉf(flｙ_sｐａce！=0xff)｛fly_ｃnt++；if（fly_cnｔ<３）{str_buff[fly_ｓpace］='＇；/／將顯示內(nèi)容用空白字符替換，產(chǎn)生閃爍效果if(fly_spaｃe!＝１５）str_buff[fly＿spaｃｅ+１］=’'；}elsｅif(fｌy_cnt〉1２）fly_cｎt=０；}ｌcd_pｕt_ｘyns（1,1,1６，ｓtr_bｕff)；lcd_ｐｕt_xｙｎs（1,2，16，str_ｂuff+16);}３。2.4.3實(shí)時(shí)時(shí)鐘讀取ｔask３．C圖3。2。4。3時(shí)鐘讀取描任務(wù)流程圖實(shí)時(shí)時(shí)鐘讀取任務(wù)相對(duì)簡單，由于秒鐘每秒更新一次,為了實(shí)現(xiàn)較好的顯示效果，每秒至少讀3次以上，所以本任務(wù)的執(zhí)行頻度設(shè)定為3次，與時(shí)間相關(guān)的控制任務(wù)，如鬧鐘，整點(diǎn)報(bào)時(shí)都放在這里.3。２.４．４蜂鳴器發(fā)聲tａsｋ４．C蜂鳴器是IＯ口驅(qū)動(dòng)的簡單開關(guān)控制,Mini51板上的蜂鳴器是采用的有源蜂鳴器,接通電源就發(fā)出單音頻聲音，單片機(jī)的控制只是控制其發(fā)聲時(shí)長和開關(guān)頻度,從而產(chǎn)生不同的效果，看似“接通"“延時(shí)”“斷開"如此簡單的控制，如果考慮多任務(wù)模式，不用常規(guī)死循環(huán)延時(shí)（那樣極大的浪費(fèi)CＰＵ資源,不適合多任務(wù)模式),還要實(shí)現(xiàn)多種發(fā)聲模式可選擇，這就需要我們突破傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)思路，這里還是基于定時(shí)器中斷任務(wù)輪詢的思路,采用狀態(tài)機(jī)控制，程序流程圖如圖所示，這里實(shí)現(xiàn)了單次短發(fā)聲,單次長發(fā)聲,連續(xù)短發(fā)聲，連續(xù)長發(fā)聲，根據(jù)需要還可以添加更多種發(fā)聲模式，這樣在其它需要發(fā)聲處，只要給出發(fā)聲模式即可。蜂鳴發(fā)聲主要用在按鍵響應(yīng),鬧鐘提示,整點(diǎn)報(bào)時(shí)處。圖3。2。4．４蜂鳴器多模式發(fā)聲任務(wù)流程圖部分程序解讀如下：#inｃlude”maiｎ.ｈ＂/**＊蜂鳴器模式定義**＊/＃defineBM00ｘ0１＃ｄeｆinｅＢM１0x0２＃definｅＢM２0x１1＃ｄefｉｎｅBM３０x2２＃dｅｆinｅOＮ０＃deｆiｎｅOＦF1＃dｅfineＢUZＺR(x)BUZＺR=(x）sｂitBUZＺR=Ｐ1^0；//蜂鳴器接口定義ｕｃhａrbeep_modle；／/發(fā)聲模式選擇全局變量,其它任務(wù)中通過該變量啟動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲ｖoｉdtask３_ｉnit（ｖoid)｛beeｐ_moｄle=BM0；//初始蜂鳴器模式1,系統(tǒng)復(fù)位啟動(dòng)發(fā)聲一次｝voｉdtaｓk3（ｖoid){ｓtatiｃuｃhaｒbｅe(cuò)p＿tｉｍe=０;//蜂鳴器發(fā)聲時(shí)間長度控制變量switch（ｂeeｐ_modlｅ）{case0：bｒeａｋ;ｃaseBM0://模式0,單次短聲BUＺZR（ＯN）；//開蜂鳴器beeｐ_time=ＢM０；beep＿ｍoｄle=０；ｂrｅak;caｓｅＢＭ1：/／模式1，單次長聲BUZZＲ(ＯＮ）；bｅｅp＿time＝ＢM１；beeｐ_mｏdｌe=0；breａk；caseＢM２://模式2，連續(xù)短聲BUZＺR(ON)；bｅe(cuò)p_time＝BＭ2＆０ｘ0f；ｂｅｅｐ＿ｍodｌe=ＢＭ２＋０ｘ10；breaｋ;caseＢM2+０x10:／/模式2的２狀態(tài)iｆ（beeｐ_time==0)beep_modle=BM2；breａｋ；caseBM3:/／模式3，連續(xù)長聲BUＺＺR（ON);bｅe(cuò)ｐ_ｔｉme＝BM３&0x0f；beeｐ_modｌe=BＭ3+0x１０；breaｋ；ｃａseＢM3+0x10：//模式３的2狀態(tài)if(beep_tiｍｅ==0）ｂeep_moｄle=BM３；ｂreak；dｅfault:break;}ｉf(beep_time—-==0）ＢUZZR（OFＦ)；//時(shí)間到，關(guān)閉蜂鳴器｝4調(diào)試及總結(jié)本設(shè)計(jì)硬件電路在控制成本的情況下,盡可能的選擇了集成度高功能強(qiáng)大的芯片。不僅使整個(gè)系統(tǒng)所用的元器件減少,縮小PＣＢ面積,更重要的是減少焊接點(diǎn)和連線,在PＣB設(shè)計(jì)中盡可能的使用圓弧走線,從而大大減少故障率和受干擾的概率，使系統(tǒng)的可靠性大大提高。使用USB給系統(tǒng)供電,大大降低了電源耦合的干擾，但本實(shí)驗(yàn)板也提供電源接口,方便使用。在設(shè)計(jì)中，USB轉(zhuǎn)串口的設(shè)計(jì)有難度，調(diào)試也不容易.其實(shí)本設(shè)計(jì)包含了２個(gè)單片機(jī)系統(tǒng),其一是MCU5１系統(tǒng)，另一是ＡＶR單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的USB轉(zhuǎn)串口系統(tǒng)。USB下載采用的是AVR單片機(jī)CDC方案，方便沒有串口的計(jì)算機(jī)可以用USＢ虛擬一個(gè)串口（即使有串口，還是使用ＵＳB接口方便）,照樣使用要實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口系統(tǒng),需要給AVＲ單片機(jī)燒寫固件驅(qū)動(dòng)程序，其中容思位的設(shè)置很講究,不能有錯(cuò)誤,否則此系統(tǒng)不能正常工作。在焊接方面，通過平時(shí)練習(xí)和實(shí)際操作，焊接水平不斷提高,貼片的焊接也能很好的完成。軟件調(diào)試最能學(xué)到知識(shí)，運(yùn)用Kｅil５1編程和調(diào)試程序,運(yùn)用Proｔｕeｓ進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)仿真,確保了設(shè)計(jì)的可行性。而CPLD主要使用MaxplusII編程和調(diào)試。本設(shè)計(jì)中也有幾處“匠心”的設(shè)計(jì):(1）板子左側(cè)，下邊有兩個(gè)缺口,焊接跨線之后,方便夾示波器等儀表探頭地線.（2）板上右上角有一個(gè)開關(guān)，通常焊接不帶鎖開關(guān),并且保持常閉狀態(tài),用來斷電冷啟動(dòng)單片機(jī),使得單片機(jī)進(jìn)入IＳP下載模式,方便下載程序用。反面有跳線焊盤，這樣就不擔(dān)心開關(guān)放置反了.（3）PＬCＣ４４IC座下有一較大圓孔，通過該孔，不用芯片起子也可以取出芯片,專用芯片起子很貴的。本設(shè)計(jì)的不足之處就是手工復(fù)制性不足，關(guān)于PCB制作,我用的是熱轉(zhuǎn)印制作方法，可是走線很細(xì),又是雙面板，要多次制作或許成功.致謝首先，特別感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師李紅斌老師，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中李老師給我提出了大量寶貴意見，才使得我順利畢業(yè)設(shè)計(jì)。李老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我學(xué)習(xí)中的榜樣,他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。業(yè)特別感謝朱士虎老師，他教會(huì)我使用電路設(shè)計(jì)輔助軟件,也特別感謝實(shí)驗(yàn)室的戴新宇老師，為我提供PCＢ制作工具，才使得ＰCB制作很成功。當(dāng)然也感謝其他所有的老師教給我相關(guān)電子通信方面的知識(shí)，才有了本設(shè)計(jì)。在大學(xué)四年中，和我一起走過的兄弟姐妹們，感謝你們!近朱者赤，近墨者黑。你們在無形中感染了我，使我充分認(rèn)識(shí)自我和社會(huì)，把我的意志鍛煉的如此之強(qiáng).是你們的支持和鼓勵(lì)，觸動(dòng)我的細(xì)心和毅力,堅(jiān)持把如此復(fù)雜的設(shè)計(jì)做好。尤其，感謝父母，是你們的愛給了我無限動(dòng)力，也感謝自己的執(zhí)著給我和身邊的人帶來微笑!參考文獻(xiàn)[１]徐新民.單片機(jī)原理與應(yīng)用.浙江：浙江大學(xué)出版社，２006[2]鄒應(yīng)全．５1系列單片機(jī)原理與實(shí)踐教程．西安:西安電子科技大學(xué)出版社，２007［3]周立功,夏宇聞．單片機(jī)與ＣＰＬD綜合應(yīng)用技術(shù)。北京：北京航天航空大學(xué)出版社,200３[４]馬潮，詹衛(wèi)前，耿德根.ATmega8原理及應(yīng)用手冊.北京:清華大學(xué)出版社,２0０3［5]楊恒.零起點(diǎn)學(xué)單片機(jī)與CPLＤ/FＰＧA北京:北京航天航空大學(xué)出版，20０7本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目：基于單片機(jī)的智能風(fēng)扇設(shè)計(jì)姓名:學(xué)號(hào)：專業(yè)：電子信息工程院系:電子通信工程學(xué)院指導(dǎo)老師：職稱學(xué)歷：助教/碩士完成時(shí)間:20１4年5月教務(wù)處制安徽新華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）獨(dú)創(chuàng)承諾書本人按照畢業(yè)論文（設(shè)計(jì))進(jìn)度計(jì)劃積極開展實(shí)驗(yàn)(調(diào)查）研究活動(dòng)，實(shí)事求是地做好實(shí)驗(yàn)(調(diào)查）記錄，所呈交的畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中特別加以標(biāo)注引用參考文獻(xiàn)資料外，論文（設(shè)計(jì)）中所有數(shù)據(jù)均為自己研究成果,不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果.與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的工作已在論文中作了明確說明并表示謝意。畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)）作者簽名：日期:基于單片機(jī)的智能風(fēng)扇設(shè)計(jì)摘要電風(fēng)扇是夏天給人們降溫的非常好的家用電器，智能風(fēng)扇就是能根據(jù)溫度的改變，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨之改變，現(xiàn)在的風(fēng)扇很難做到這一點(diǎn)，只有人為的幾檔調(diào)速.夏夜溫度下降后人們?nèi)菀滓蚴焖軟?，?dāng)溫度升高時(shí),它又不能根據(jù)溫度的變化改變轉(zhuǎn)速。本設(shè)計(jì)智能風(fēng)扇采用單片機(jī)AＴ8９Ｃ5１作為控制系統(tǒng)的核心,使用溫度傳感器DS18B2０進(jìn)行當(dāng)前的溫度采集，利用PWM脈沖寬度調(diào)制技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)速，并通過LEＤ數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度。同時(shí)本次設(shè)計(jì)還有一個(gè)比較創(chuàng)新的地方，本系統(tǒng)具有驅(qū)蚊功能。關(guān)鍵詞:單片機(jī)；溫度傳感器；風(fēng)扇;超聲波驅(qū)蚊DesignｏfSmartFanBasedonSｉngｌｅCｈｉpＭicｒoｃoｍpuｔerAｂｓtｒａcｔFanisvｅrｙgoodforｐｅoplecｏolｉｎｇaｐｐliancesintｈesｕmmer。ＳmaｒtFａnｉsaｃcoｒdiｎgｔoｃhanｇesiｎtemperature,andfaｎspeｅdｃｈanges.Noｗthｅfaｎisｄiｆfiｃulttodotｈis，onlｙaｆeｗartificiａlｓtalｌspeed．ＴhedesiｇnofthefancontｒolsyｓtemusｅsAT89C51micｒocontrｏｌlｅｒ，thｅindoｏrteｍperaturesｅnsorDS１8B２０tempｅratureacquisｉｔｉon，uｓｅPWMpulsewiｄthｍｏduｌatiｏnteｃｈnolｏgyｆoｒreａl—timecｏntrol,andｄisplaｙｓthｅcｕrｒｅnttempｅraｔurｅｔhroｕｇhtheLＥDｄiｇiｔaｌtubｅ。Thｅsaｍeiｎnovatｉvedesignａswellａsａcompａrisonwｈｅrethｅｓｙｓtｅmhasaｒepeｌlｅntfunctioｎ.KeyWｏrds：Mｉcｒocoｎtrｏｌler；TemｐｅratureＳenｓors；Ｆaｎ;ＵlｔｒasｏｎiｃInsectRｅpellｅｎ目錄１緒論．..。．...．...．．。.。..．。。.。。。。。..。。。．。。.。。．..。。.。。.。．.．..．.．。.．．．.．.。。.。..．。。.。．..。...。．.。.11。1智能風(fēng)扇發(fā)展史．。..。.。。。..．。。。..。。．．。.。．．..。．。．．．.．．.．.。.。。．..．。．。。.．.．..．。．。。.．。.。.．.．。.。。。..．．1１．2智能風(fēng)扇的工作原理.。。。.。..．．。。.．.。．。。.．。。。。。..。．.．．.。.．。。．．。。。。.。.．．．。．．..。．。..．.。．21。3本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和內(nèi)容。.．．．。。．.．．。．.．．。．..。。.。。。．.．．。。...．。．..．.．．..。．.。。。。。。．。．．。.２２方案論證.。。.。...．。..．。.．。。。。．。...。。.．。．。．。。．.．。..。.。。。。.。．.。。.。。...。。.。．.。.．.。.。。...．.．．．．．.．．...．。。。。．.3２。1控制核心的選擇．．.。.．。。.．．．.．．...。。。。。．.。。．。.．.。。。。．...。。.．．。.．．。..．.．.．..。。.。.．。．.。。.．.．.。.。..．32.2顯示電路的選擇。。．．.．．.．。．。.。..。。。。．。.。.。..。.。。．.。。.。。。．。...。.。。．.。．。..。.。．。．.。。.。。．．.．．.．．.32。3調(diào)速方式的選擇．。.。..。。..。。。。．...。。..．。。.。.。.．。。..．．.。。。..。。...。．．.．。。。。.。。.。.。...。。．．．．4２.4溫度傳感器的選擇．。..．。。．．。．．.．。。。.。..．..．.．。。．。.．.。．。。.．。.．..。...．．。．.。.。．...．。。...．．..。．。。..５2。5超聲波發(fā)生器的選擇..。．.。．。。．..。。.。．。.．。。.。．.。.．..．.。．。。．.．．.。.。。..．.。．。．．．。．...。。..。.。。..．.53系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)．。..。。。。．．。。．..。。．。..。。..．。.。.．。.。．.。。．．.。.．．.．.。..．.。。。。。.。。．..。..。73.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)．.。。．．.．。．．...。．.。.．。。。。．。.．。.。．...。.。．．.。。。．.．。.．．.．。.。．。．.。．７3.2電源電路設(shè)計(jì)..。..。。．．．．．..。.。．.．。。.．.．。..。．.。。。.。．。。.．．。..。．．．..。.．。．.。。..．．。..。.。．。．。。.．。.．.。.．．7３.3單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)．。。.．．。..．．.．.．...。.。...。.。．。。．．．．。。．。。..。．。．。。。。..。。。.．.。．。.83。3.1ＡＴ89C51單片機(jī)簡介．...．．．．。。。．.。。．。。...。..．．。..。．。．...。..．.。.．.。.。。．。。。．．．.．..。..．．。.。..3。3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路.。.．。．.．。..。．。．．．．。。．。．..。.．。.。．。。。。。．。。。．。。.．..。．..．．。。．．．．13．4溫度采集電路設(shè)計(jì).。．．．。。．。。。..。.。。.。。.。.．..．.．.。。.。。。。.。...。。。。．。．。。.。．。。。。。。。..。..。...。..．.11３.４。1DS18Ｂ２0溫度傳感器簡介.．.。．。。.。。．．.。。．..．．.。.。..。。。。.。.。。。．.。．．．．。.．.。．。．..。。。．。..１3。４．2溫度采集電路。。.。．。.。。.。．．.。。．。.。。。．．.．．.．．...．。。。..。。．。．。..．。.。.。．.．.．.。．...．。。。．.。１3。５溫度顯示電路設(shè)計(jì)。.．。。.。。。..。.。．。。..．。。。.。。。．．。.．.。。。。..。。。．..。．。。．．.。．.．。．．..。.。．.。.．。。。。。.143。5.1LＥD數(shù)碼管簡介。...。。．..．.．。．。。.．.。。。。．．．。。．.。.．．...．.．．．．。。．。..．。。..．...。.。..。.．。。.。．.．１3．5。２溫度顯示電路．..．.。..．．．.．．.。．.．．。。．.。．．...．.．。．．．。。．。...．．。。...．。．。...。.。。.。。。..．．.。.。..．.．。1３．6驅(qū)蚊電路設(shè)計(jì)。。.。。.．.。.．.．..。．。..。.．。.．。。。。。．。.。．.。。.．．。.．...。。.。.．.。．．..．．。。。。..。。。。.．.。..．。。。.15３.6。1ＴCＴ４0－1６T超聲波發(fā)射器簡介．。..。．。。．。.。．.。。..。.。3。6。2驅(qū)蚊電路。。。。.。．。．。．。.。..．．.。．。.．.。．．．.．.。．３.7驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電路設(shè)計(jì)。．．..．。．。。。．。。。．。.。。.。．。。。.．。.。．。。．。..。．．..．.。..。..。．.．...。。。.．...。...。１73。7.1達(dá)林頓反相器ＵLＮ28０3簡介………………．．...。１７３。7.2驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電路……………．．．1８3.８獨(dú)立按鍵電路設(shè)計(jì)………..。。．。..．.．１84軟件設(shè)計(jì)．。.．.．。．．．。..。.。．。．。.。．。..。．.。...。．.．。。.。。．。。.。．..。.。..．.。..。。．。。。．..。..．.。.。。.．。．．..．．.．．。。．。204．1系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)流程圖。..．．.．..。。..．.。．．.。..。。。.。．．.。...．。．．.。．．..。..。..。..204．2用ＫeilC５1進(jìn)行程序編輯..。.。．.．.。。..．..。．.。。．.。.。.．．.。.．。。．．。.．.．．.．。。。．．。。。．。。.。．215系統(tǒng)調(diào)試與仿真..。.。。..。.。。。．。．.．.．．。.．...．.。.。。．．．...．。。..。.。。..。..．。...。。.。..。．．。。。．。。．。．.．.．．。22５．1系統(tǒng)軟件調(diào)試.。．．.。。.．．。．..。...。。。.。.．。。..．。。。。。.。.。。.。。.。。...．。．。．.．．。．。．．．。.．.．．.．。.。.22５．2程序下載..。.。。．．.。。。。．．．...．.。。.。.．...。.。..。．.。...．.。。．...。。．..．．.．．...。．．。。..．．．．.。.。。。.．。。。.２２5．3系統(tǒng)仿真.。．.。。.。．。.。．.。。．。。。。．．。..。。.．..。。。．．.。.．。。。。.。.。．．．。．.．..。。。。..．。。．．。．．..．.。.．。。。.226結(jié)論。..。..。．.。．。.．。．．。．。．..。.。。..。...。.．。。．..。．．.．..。。．.．。．。。。。．．。。。...。．。。．.。.．．。。。．.．。。。26致謝．．．。.．．。．.。。．.。。..。...．。.．．．。．.。.．。．．..．．。。。．。.。.．.。.．．。.。。。。..。。。..．。..。.．。。.。.。。。。。.。。。.。．。．．.．．。．27參考文獻(xiàn)．。。．..．.。．。.。。．。..。．.。。.。．．.。．．。。．．.。.．．.。．。.。．。。.．..．．．。.．。。．。．.。。。..。..．．。．．．。。..．..。.。。．.．．.。..28附錄。。.．..．．。。。．。。。。.．.。.．。.．..．..．.．。。。．。．.．。...。．.。．。。。。。。。。。。。.．．。.。。.．。.。。.。。．.。．．.。。．.。。.。..．．．291緒論在現(xiàn)實(shí)生活中,我們要經(jīng)常使用一些降溫設(shè)備。雖然現(xiàn)在不少城市家庭都用空調(diào)設(shè)備作為降溫工具，但在大部分農(nóng)村家庭風(fēng)扇仍然是作為夏季降溫的主要工具。春夏或者夏秋交替季節(jié)，早晚溫差比較大，白天溫度很高，風(fēng)扇應(yīng)該轉(zhuǎn)動(dòng)的比較快,這樣才能給人帶來涼爽.到了晚上，氣溫下降的很多,當(dāng)人們?nèi)胨?，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)速度應(yīng)慢慢減下來，防止感冒。雖然現(xiàn)在的風(fēng)扇有不同的檔位可以調(diào)節(jié),但都必須人工來換擋,當(dāng)人們熟睡時(shí)就無能為力了。盡管現(xiàn)在普遍采用定時(shí)的方式解決這個(gè)問題，但定時(shí)時(shí)間有限，一般最多只有兩個(gè)小時(shí)，在這兩個(gè)小時(shí)內(nèi)溫度并不一定就會(huì)下降的很多,風(fēng)扇關(guān)閉后,人們可能就會(huì)因?yàn)檠谉嵩俅涡褋黹_啟電扇，這樣會(huì)使人的睡眠質(zhì)量大大降低。從以上的分析可知，需要設(shè)計(jì)出一種很智能化的電風(fēng)扇來解決.本設(shè)計(jì)用單片機(jī)作為控制核心，用溫度傳感器采集當(dāng)前溫度,LED數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)溫度，并根據(jù)當(dāng)前檢測到的溫度，輸出不同占空比的ＰWＭ脈沖信號(hào),從而風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)了不同的轉(zhuǎn)速。1。1電風(fēng)扇的發(fā)展史電風(fēng)扇簡稱電扇，香港稱為風(fēng)扇，日本及韓國稱為扇風(fēng)機(jī),從發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)過了一百多年,是炎熱夏季的寵物。電風(fēng)扇起源于1830年，是叫詹姆斯的一個(gè)美國人發(fā)明了一種用發(fā)條來驅(qū)動(dòng)的，可以固定在天花板上的電風(fēng)扇。１880年,一個(gè)叫舒樂的美國人第一次將葉片直接裝到電動(dòng)機(jī)上,再接上電源,葉片便很快速旋轉(zhuǎn)起來。１88２年，一個(gè)叫休伊?斯卡茨?霍伊拉的紐約人最早發(fā)明了商品化的電風(fēng)扇。中國生產(chǎn)的第一臺(tái)風(fēng)扇起于191６年，直到１9２5年華生電器制造廠才正式生產(chǎn)電風(fēng)扇,并很快贏得市場好評(píng)。一開始電風(fēng)扇不能很好的控制時(shí)間，過了一段時(shí)間,便出現(xiàn)了一種可以設(shè)置風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，及可以根據(jù)設(shè)定的時(shí)間來開啟或者關(guān)閉的電風(fēng)扇，這種風(fēng)扇在當(dāng)時(shí)相當(dāng)受好評(píng)，也受到廣大人民的喜愛。電風(fēng)扇的操作方式從一原先的旋鈕,到按鍵，再到現(xiàn)在的觸摸式操作［1]。1.2電風(fēng)扇的工作原理電風(fēng)扇的主要功能器件是交流電機(jī)，通電后線圈在磁場中因受力而轉(zhuǎn)動(dòng)，能量的轉(zhuǎn)化形式是這樣的：電能主要是轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)由于電阻問題,電能還有一部分轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。電風(fēng)扇工作時(shí)，因?yàn)橛须娏髁鬟^電風(fēng)扇的線圈,而線圈是有電阻的，所以會(huì)產(chǎn)生部分熱量向外擴(kuò)散，因此電風(fēng)扇的溫度會(huì)增高。但人們?yōu)槭裁磿?huì)感覺到?jīng)鏊?因?yàn)槿梭w的表面在夏天有大量的汗液，當(dāng)電風(fēng)扇工作后,室內(nèi)的空氣會(huì)隨著電風(fēng)扇流動(dòng)，所以就能夠蒸發(fā)人體表面的汗液，由物理學(xué)原理蒸發(fā)需要吸熱，故人們會(huì)感覺到非常涼爽［2]。１.3本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和內(nèi)容本設(shè)計(jì)是以ＡＴ8951單片機(jī)為主要控制核心，利用５1單片機(jī)對(duì)溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并且通過各種電子元器件對(duì)電風(fēng)扇各種工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,從而可以達(dá)到用戶的要求。本次設(shè)計(jì)主要完成以下內(nèi)容：(1）能夠檢測當(dāng)前溫度并顯示，可根據(jù)預(yù)設(shè)溫度自動(dòng)開啟關(guān)閉，當(dāng)當(dāng)前溫度大于預(yù)設(shè)溫度，自動(dòng)開啟，小于預(yù)設(shè)溫度自動(dòng)關(guān)閉。（２)預(yù)設(shè)溫度可通過按鍵增加或減少。(3）可隨著外界溫度的增加風(fēng)扇可自行調(diào)速,主要分為五個(gè)檔位，溫度每升高五度風(fēng)扇自動(dòng)增加一檔.(4）具有驅(qū)蚊功能。2方案論證2．1控制核心的選擇方案一:采用單片機(jī)作為主要控制芯片。在本設(shè)計(jì)中采用AT89Ｃ５1單片機(jī)，通過軟件編程的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)采集和控制，在其I/O口輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。單片機(jī)ＡT89C5１工作電壓相對(duì)比較低，單片內(nèi)含有4k字節(jié)的ROＭ和256字節(jié)的RAM,并且價(jià)格也相對(duì)較便宜。方案二:采用電壓比較電路作為控制執(zhí)行部件。將采集到的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并經(jīng)放大電路放大,集成運(yùn)算放大器組成的比較電路來判斷決定電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)速度.對(duì)于方案一，用單片機(jī)作為控制器件,通過簡單的程序編寫可以將溫度傳感器DS18B20檢測的溫度通過LED數(shù)碼管顯示出來,而且可以通過按鍵掃描程序通過單片機(jī)的外部按鍵對(duì)預(yù)設(shè)的初值進(jìn)行增加或者減少，同時(shí)對(duì)于驅(qū)蚊功能采用單片機(jī)的軟件編程更易實(shí)現(xiàn),成本低，故以單片機(jī)AＴ8９C51為控制核心，適合本次設(shè)計(jì)。對(duì)于AT8９C５1的具體參數(shù)參見下面“硬件設(shè)計(jì)”中的各器件介紹。對(duì)于方案二，采用電壓比較電路作為控制的核心，雖然電路比較簡單、容易實(shí)現(xiàn),但不能對(duì)預(yù)設(shè)溫度的值進(jìn)行更改，無法滿足不同用戶的需求，故本次設(shè)計(jì)不采用。2．2顯示電路的選擇方案一：采用LCＤ液晶顯示器顯示。方案二：采用數(shù)碼管做顯示器件,共陰極接法,動(dòng)態(tài)方式顯示[３］。對(duì)于方案一,液晶顯示屏顯示的字符非常優(yōu)美，這一優(yōu)點(diǎn)LED數(shù)碼管是無法做到的,但是液晶顯示屏價(jià)格太過昂貴，驅(qū)動(dòng)程序編寫起來也是相當(dāng)復(fù)雜的，本次設(shè)計(jì)不采用。對(duì)于方案二，用LED顯示,成本非常低，溫度顯示清晰可見，即使夜間也能看見，顯示程序的編寫也比較容易，因此這種顯示方式得到了廣泛的應(yīng)用。不足的地方是采用該方案可能會(huì)產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象，因?yàn)檫@種動(dòng)態(tài)掃描方式五個(gè)ＬED數(shù)碼管是逐個(gè)點(diǎn)亮的,但由于人眼有個(gè)視覺暫留效應(yīng)，為20MＳ,我們只要設(shè)定合適的掃面周期就可以避免閃爍現(xiàn)象，故這一方案可行。關(guān)于LED的詳細(xì)參數(shù)參看下面“硬件設(shè)計(jì)”中的各器件介紹。２.3調(diào)速方式的選擇方案一：采用變壓器調(diào)節(jié)方式,運(yùn)用變壓器原理將市電220V交流電壓通過線圈降壓到不同的值，電風(fēng)扇電機(jī)接到不同電壓值的線圈上就可以來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速.方案二:采用單片機(jī)的PWM軟件編程方式。PＷM中文意思是脈沖寬度調(diào)制，英文意思是PｕlseWidthModulatｉｏｎ的簡寫形式，它是一種按某種規(guī)律變化的脈沖方波,在PWＭ驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)當(dāng)中，最常用的是矩形PＷM脈沖波信號(hào)，也是編寫程序最簡單的。在對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制時(shí),需要根據(jù)當(dāng)前溫度來輸出不同占空比的PWM脈沖.PWＭ脈沖的占空比是指高電平的時(shí)間在一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)的百分比，若全為低電平,占空比為零,風(fēng)扇不轉(zhuǎn);若全為高電平,占空比為1０0％時(shí)，轉(zhuǎn)速達(dá)到最大［4］。用單片機(jī)輸出ＰWM脈沖信號(hào)時(shí)，有如下兩種方法：（1）利用軟件延時(shí).可以利用單片機(jī)自帶的定時(shí)器編程實(shí)現(xiàn)不同占空比的PWＭ脈沖的輸出，利用中斷程序?qū)纹瑱C(jī)輸出的電平進(jìn)行高低轉(zhuǎn)換,從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的調(diào)速，本設(shè)計(jì)采用該方法。設(shè)計(jì)不同占空比的ＰWM脈沖的思路是：假設(shè)采用1S的周期方波，以５0MS為基準(zhǔn),則20個(gè)基準(zhǔn)便就是一個(gè)1S，那么當(dāng)其中4個(gè)連續(xù)的50ＭS的高電平脈沖，然后16連續(xù)的５0MS低電平脈沖，便得到了占空比為20%的PＷM方波信號(hào).（2）利用單片機(jī)自帶的ＰWM功能。但本次設(shè)計(jì)所用得AＴ８9C51單片機(jī)沒有這種功能,只有SＴC系列的才有,故不可行.對(duì)于方案一，該方案可以對(duì)直流風(fēng)扇進(jìn)行調(diào)速,但調(diào)節(jié)不是很方便，而且采用變壓器來改變電壓,不能適應(yīng)人性化要求。對(duì)于方案二，采用PWM脈沖調(diào)制的純軟件的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)速,具有很大的靈活性，而且可以更充分地發(fā)揮單片機(jī)的功能，綜合考慮選用方案二。２.4溫度傳感器的選擇方案一:用熱電偶來作為檢測溫度的元器件,配合適當(dāng)?shù)耐鈬娐?將檢測到的溫度信號(hào)送入單片機(jī)ＡＴ８9C51處理。方案二：用熱敏電阻作為檢測溫度的元器件，經(jīng)過運(yùn)算放大器放大,由于溫度變化會(huì)引起熱敏電阻的電阻值發(fā)生相應(yīng)的變化、便可以得到輸出電壓變化的信號(hào).方案三：用高精度集成溫度傳感器ＤＳ18B20作為檢測溫度的元器件，直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)給單片機(jī)處理［5］。對(duì)于方案一，采用熱電偶作為檢測元器件，其檢測的溫度范圍非常寬，可檢測—50攝氏度到1６0０對(duì)于方案二，采用熱敏電阻價(jià)格相對(duì)便宜、元器件也很容易買到，但熱敏電阻對(duì)溫度的變化不是很敏感，在檢測溫度信號(hào)的時(shí)候，還有可能產(chǎn)生失真和誤差，故本設(shè)計(jì)不采用該方案。對(duì)于方案三,由于溫度傳感器DＳ18Ｂ20的集成度很高,大大減少了外接電路，從而檢測誤差也會(huì)變小很多，DS18B20檢測溫度的原理與前面兩種方案的原理有著很大的不同。其檢測到的溫度值可以直接送入單片機(jī)處理,不用編寫更多的轉(zhuǎn)換程序，簡化了程序的編寫,且只用一根線便可與單片機(jī)相連，接口相當(dāng)簡單，本次設(shè)計(jì)采用該方案。關(guān)于ＤS１８B20的詳細(xì)參數(shù)參看下面“硬件設(shè)計(jì)”中的器件介紹。2.5超聲波發(fā)射器的選擇本設(shè)計(jì)的原理是根據(jù)蚊子的生理特性來的，主要靈感來源是現(xiàn)在的智能手機(jī)上帶有驅(qū)蚊的軟件。在夏天咬人的一般都是雌蚊,雄蚊幾乎是不咬人的,雌蚊在夏天大部分都是懷卵的且在懷卵期間又不喜歡與雄蚊接近,因此當(dāng)它們感覺到雄蚊發(fā)出頻率在2２ＫHＺ的超聲波信號(hào)時(shí)，就會(huì)自動(dòng)離開，因此只需控制超聲波發(fā)射器發(fā)射出模擬雄蚊的超聲波就可達(dá)到驅(qū)蚊的目的。產(chǎn)生該頻率的超聲波有一下兩種方案：方案一:可以通過軟件編寫,定時(shí)器T1產(chǎn)生頻率在22ＫHＺ的方波信號(hào)，并通過并聯(lián)的反相器用來增大驅(qū)動(dòng)能力,然后接入超聲波發(fā)射器，使超聲波發(fā)射器發(fā)出模擬雄蚊的超聲波，從而驅(qū)逐雌蚊,進(jìn)而可以避免蚊子的叮咬.方案二：用ＮE555構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生可調(diào)頻率的方波，從而驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射器，使其發(fā)射我們需要的超聲波信號(hào)，達(dá)到驅(qū)蚊目的[６］。對(duì)于方案一：AT89Ｃ5１單片機(jī)定時(shí)器T１工作在方式1,可通過初值的設(shè)置，輸出22ＫHz的時(shí)鐘信號(hào)輸出,不用反復(fù)中斷，提高了系統(tǒng)的執(zhí)行效率。超聲波發(fā)射器選擇的是TCT４0—１6T，為了增大驅(qū)動(dòng)能力,單片機(jī)P３。5口產(chǎn)生的方波信號(hào)經(jīng)過并聯(lián)反相器后加在超聲波發(fā)射器的兩端,這樣超聲波發(fā)射器就可以發(fā)射22KHz的超聲波,本設(shè)計(jì)采用該方案。關(guān)于TCＴ4０—1６T的詳細(xì)參數(shù)參看下面“硬件設(shè)計(jì)”中的器件介紹。對(duì)于方案二:由于NE５５5產(chǎn)生的超聲波頻率調(diào)節(jié)是依靠調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器實(shí)現(xiàn)的，不好可視化的調(diào)節(jié)頻率，不方便用戶使用。3系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)3。１系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的思路：本次設(shè)計(jì)主要利用AT89C51單片機(jī)為控制核心,利用溫度傳感器ＤS18B20采集當(dāng)前溫度送入單片機(jī)處理,單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前溫度與預(yù)設(shè)溫度的比較決定是否開啟風(fēng)扇，并通過五段ＬED數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度和預(yù)設(shè)溫度。當(dāng)當(dāng)前溫度高于預(yù)設(shè)溫度，風(fēng)扇開啟,低預(yù)設(shè)溫度時(shí)風(fēng)扇關(guān)閉.單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前的溫度輸出相應(yīng)占空比的PWM脈沖，并通過ＵLN2803增大驅(qū)動(dòng)后,送入12V的直流電機(jī)，從而產(chǎn)生不同轉(zhuǎn)速。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總框圖如圖3。１所示:ATAT89C51DS18B20獨(dú)立按鍵溫度顯示時(shí)鐘及復(fù)位TCT4016ULN2803直流電機(jī)圖3．１系統(tǒng)總體框圖3.2電源電路設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源作為直流能源的提供者，在電路中起到很關(guān)鍵的作用，因此對(duì)電源的要求比較高,尤其是對(duì)電源紋波系數(shù)和輸出電流能力的要求上,如果電源沒有達(dá)到設(shè)計(jì)所需電源的要求,將直接影響系統(tǒng)的正常工作。常用的轉(zhuǎn)5V電源有線性型穩(wěn)壓芯片和開關(guān)型穩(wěn)壓芯片兩大類。線性型穩(wěn)壓芯片線性度高，紋波小，外圍電路簡單。開關(guān)型穩(wěn)壓電路功耗小，轉(zhuǎn)換率高,但紋波大，受尖峰脈沖干擾嚴(yán)重。綜合考慮選用線性型三端穩(wěn)壓芯片LM78０5。本次設(shè)計(jì)需要兩個(gè)幅度不同的直流電壓５V和１２Ｖ。其中5V電壓的產(chǎn)生是將市電～220Ｖ交流電經(jīng)過降壓器降壓,橋式整流濾波后送入穩(wěn)壓器件LM７8０5,輸出的電壓可能還含有紋波，在通過4７0uf帶極性的電容濾除低頻信號(hào),0.1uf不帶極性的電容濾除高頻信號(hào)，進(jìn)而可以得到穩(wěn)定的5V電壓[7]。１2V電壓只需將５V電壓經(jīng)過運(yùn)算放大器放大即可得到，5V和１2V電壓產(chǎn)生電路如圖3.2（a）和３．2（b）所示：圖3.2(ａ）5V電壓產(chǎn)生電路圖3。2(ｂ）１2V電壓產(chǎn)生電路3。3單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)3。３。1AT８9CAＴ8９C51是美國ATMＥL公司生產(chǎn)的低電壓單片機(jī)，其含有4K字節(jié)的ROM和256字節(jié)的ＲAM，兼容ＭCＳ-5１指令。其中央處理器是8位的，且含有Fｌash存儲(chǔ)單元，功能非常強(qiáng)大。AT８９Ｃ5１單片機(jī)具有以下標(biāo)準(zhǔn)的功能：一個(gè)8位ＣPU頻率范圍１．2—１2MHZ，4Ｋ字節(jié)Fｌａsh閃存，２5６字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM,4個(gè)８位并行I/O口，一個(gè)全雙工串行口,2個(gè)1６位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,５個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)，片內(nèi)自帶振蕩器和時(shí)鐘電路。AＴ8９Ｃ51單片機(jī)管腳圖如3。3所示：圖3。3ＡT８9C5１單片機(jī)各管腳功能如下[8］:ＶCC：4０引腳接5V供電電壓。GNＤ：20引腳接地。XTAL1：19引腳為單片機(jī)提供外部時(shí)鐘信號(hào)，外接石英晶體和微調(diào)電容。ＸTＡL2:１8引腳為單片機(jī)提供外部時(shí)鐘信號(hào),外接石英晶體和微調(diào)電容。P0口：Ｐ0．７~P０。０,這組引腳共8條，其中P0．７為最高位,P0．0為最低位。是漏極開路的8位準(zhǔn)雙向Ｉ/O口，有兩種功能。第一：做通用I/O口,無片外內(nèi)存時(shí)，P0口可做通用I/O接口使用。第二:做地址/數(shù)據(jù)口，在訪問外部內(nèi)存時(shí)，用作地址總線的低８位和數(shù)據(jù)總線。P１口：P1．7~Ｐ1.0，其中P1.7為最高位，P１。0為最低位，僅用作I/O口.P2口：Ｐ2.7~P2．0，其中P2.7為最高位，Ｐ２。0為最低位。P2口是帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O接口,具有兩種功能。第一：做通用I/O口，無片外內(nèi)存時(shí)，Ｐ２口可用作通用I／O口。第二：做地址口,在訪問外部內(nèi)存時(shí)，用作地址總線的高8位。Ｐ3口：P3.7～P3。0,其中P3．7為最高位，P3.０為最低位。P３口是雙功能口。具有兩種功能。第一:用作通用I/Ｏ口。第二功能:Ｐ3．0RＸD串行口輸入；Ｐ3.1TXD串行口輸出；P3.2ＩNTＯ外部中斷0輸入;P３。3INＴ1外部中斷1輸入；P3。4T0定時(shí)計(jì)數(shù)器的脈沖輸入;P3．5T1定時(shí)計(jì)數(shù)器的脈沖輸入;P3．6ＷR(shí)片外ＲAM寫信號(hào)；Ｐ3。４RＤ片外RAM讀信號(hào)。RST:9引腳復(fù)位輸入，高電平有效。:29引腳外部程序內(nèi)存讀信號(hào)。當(dāng)訪問外部程序內(nèi)存時(shí),此腳定時(shí)輸出脈沖作為讀片外程序內(nèi)存的選通信號(hào)，通常接EＰＲOM的OE端。端在每個(gè)機(jī)器周期中兩次有效,但當(dāng)訪問外部RＡM時(shí)，兩次負(fù)脈沖不出現(xiàn).可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LＳ型ＴTＬ。ALE/：3０引腳地址鎖存允許/編程線，當(dāng)訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，在P0.7~P0。０引腳線上輸出片外存儲(chǔ)器低8位地址的同時(shí)還在ALE/線上輸出一個(gè)高電位脈沖，其下降沿用于把這個(gè)片外存儲(chǔ)器低8位地址鎖存到外部專用地址鎖存器。／ＶＰP：３1引腳內(nèi)外部程序內(nèi)存選擇輸入端.=１,CPU訪問片外RＯM,并執(zhí)行其指令。當(dāng)PC＞0FFFＨ時(shí),自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外ＲOM。=0，不論片內(nèi)是否含有內(nèi)存,只執(zhí)行片外ROM的指令.３．３。２單片機(jī)單片機(jī)工作時(shí)需要時(shí)鐘信號(hào),時(shí)鐘信號(hào)通?？捎赏獠糠绞交蛘邌纹瑱C(jī)的內(nèi)部方式提供。本次設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用單片機(jī)內(nèi)部自帶的反相放大器，XTAＬ2為放大器的輸出端，ＸＴAL1為放大器的輸入端,這兩個(gè)引腳外接石英晶體振蕩器和微電容,構(gòu)成可以自激的振蕩器。本設(shè)計(jì)在XTAL1和ＸTAL2外接了一個(gè)１２ＭHZ的晶振，3０pf的電容［9］。復(fù)位是使單片機(jī)回復(fù)到初使的狀態(tài)，就跟計(jì)算機(jī)的重啟差不多,并從初始狀態(tài)從新工作。單片機(jī)是高電平復(fù)位,一般有兩種方式:按鍵復(fù)位和上電復(fù)位，兩種復(fù)位方式均可。本次設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位,當(dāng)按下按鍵開關(guān)Ｓ1時(shí),系統(tǒng)復(fù)位一次，電阻R２、R3為１０k。其時(shí)鐘電路與復(fù)位電路如圖３。４所示:圖3．4最小系統(tǒng)電路3。4溫度采集電路設(shè)計(jì)３.4.1DS18B２０簡介DS18B２0內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有四個(gè)部分:64位的只讀程序存儲(chǔ)器ＲOM、溫度傳感器、非揮發(fā)的報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。總共有三個(gè)管腳，包含DＱ,GND,VDD.其中DQ為數(shù)字信號(hào)端，ＧＮD為電源地，VＤD為電源輸入端。DＳ１８B20的主要性能特點(diǎn)如下：(1)僅可用一個(gè)端口便可以通信；(２）無須外部器件；（3)ＤS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能；（4)適應(yīng)電壓范圍廣,電壓范圍為3。0~5．５V；(5）待機(jī)功耗為零;(6）溫度以9位或12位數(shù)字;（7)具有報(bào)警命令識(shí)別功能;(８)具有負(fù)電壓特性，電源接反時(shí)，芯片不會(huì)燒壞；ＤS18B20的管腳圖及部分溫度值與DS１８B20輸出的數(shù)字量對(duì)照表見圖３。5和表3—１所示:圖３.5DS18B2０溫度傳感器表3-1部分溫度值與DS18Ｂ２0輸出的數(shù)字量對(duì)照溫度值／℃數(shù)字輸出（二進(jìn)制）數(shù)字輸出(十六進(jìn)制）＋1250０0０011１1１01000007D0H +85０000０10１01010０0０0550Ｈ＋２5。６250０00０0011001０001019１H＋10．１２500000000101０0010０0Ａ２H+0．５00０0０0000０00100０00０８Ｈ00００00０0０000000000000H—０。５1111１11111111000FＦＦ８H－１0．1２511１1111１0１1０１11０FF5EＨ－2５.６251１１1111101１01111FF6FＨ-5５11１１１１001001000０FＣ90H3.4．３ＤS18Ｂ20數(shù)字溫度傳感器檢測現(xiàn)場溫度，將檢測到的溫度值送入AＴ89C５1單片機(jī)的P1.0口，經(jīng)過單片機(jī)處理后顯示此時(shí)溫度值，并與設(shè)定溫度值做比較，輸出相應(yīng)占空比的PWＭ脈沖信號(hào)。電路如圖3。6所示：圖3.６溫度采集電路3．５溫度顯示電路設(shè)計(jì)3.5.１LED數(shù)碼管簡介本設(shè)計(jì)選用五個(gè)ＬEＤ數(shù)碼管來進(jìn)行溫度顯示。LED又稱為數(shù)碼管,主要是由8個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)的。ＬED數(shù)碼管按結(jié)構(gòu)可以分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu),如圖３。7所示:共陰極把8個(gè)發(fā)光二極管陰極連接在一起，共陽極把８個(gè)發(fā)光二極管陽極連接在一起.通過編程的方式使單片機(jī)的引腳輸出