智能窗簾控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究報(bào)告

1、.基于單片機(jī)的智能窗簾控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要目前，家庭居住環(huán)境的采光及避光問(wèn)題主要采用的是手動(dòng)開(kāi)閉窗簾，手動(dòng)開(kāi)閉不僅費(fèi)力而且很多方面不夠人性化，會(huì)對(duì)用戶造成一定的困擾，本文設(shè)計(jì)的智能窗簾控制系統(tǒng)可以解決這些問(wèn)題。本文主要闡述了智能窗簾控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程。本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)為控制核心，介紹了基于單片機(jī)的智能窗簾控制系統(tǒng)，主要從硬件結(jié)構(gòu)原理及軟件編程方面進(jìn)行講解。硬件采用分塊的模式，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，分別給出了系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖、光照傳感電路、溫度檢測(cè)電路、系統(tǒng)主控模塊電路、電源轉(zhuǎn)換電路、步進(jìn)電機(jī)控制電路、鍵盤(pán)顯示電路以及時(shí)鐘模塊電路等相關(guān)電路；隨后講述了軟件的編寫(xiě)過(guò)程，也是采

2、用了分塊的模式，主要包括軟件主程序設(shè)計(jì)，步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)，顯示程序設(shè)計(jì)，鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì)以及定時(shí)程序設(shè)計(jì)，每一模塊都畫(huà)出了相應(yīng)的流程圖。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)討論了窗簾自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程、硬件選用和軟件調(diào)試等問(wèn)題。通過(guò)本系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)了利用光照強(qiáng)度以及設(shè)置時(shí)間來(lái)控制窗簾自動(dòng)開(kāi)閉的仿真。此外本設(shè)計(jì)還實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)溫度檢測(cè)的功能。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，智能窗簾，定時(shí)控制. v.DESIGN OF INTELLIGENT CURTAIN CONTROL SYSTEM BASED ON MCUABSTRACTAt present, the family living environment of lighting and l

3、ight avoidance problem mainly adopts is manually open and close the curtains, manual opening and closing is not only laborious and many not human, will cause some trouble for users. In this paper, the design of the intelligent curtain control system can solve these problems.This paper mainly expound

4、s the design process of the intelligent curtain controller.This design uses STC89C52 microcontroller as the core, introduces the intelligent curtain control system based on MCU, mainly from the hardware structure and software programming aspects of the explanation.Hardware using block model, carries

5、 on the analysis to the circuit design of the whole system are given, the system overall structure diagram, light sensing circuit, temperature detection circuit, system main control module circuit, power conversion circuit, stepper motor control circuit, keyboard and display circuit and clock circui

6、t module circuit.Subsequently introduces the software of the writing process, but also uses a block mode, including software, the main program design, program design of stepping motor, showing design program, keyboard program design and program timing design, each module draw flow chart.This design

7、focuses on the design process, hardware selection and software debugging of the curtain automatic control system.Through the system, the simulation of the automatic blind opening and closing of the curtain is realized by the illumination intensity and the setting time.In addition, the design of indo

8、or temperature detection function.Keywords:MCU, intelligent curtain, timing control. v.目 錄摘要IABSTRACTII第一章緒論11.1 研究的目的及意義11.2 智能窗簾的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀21.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀21.3 主要研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排21.3.1 主要研究?jī)?nèi)容21.3.2 章節(jié)安排3第二章總體設(shè)計(jì)方案42.1 方案選取42.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與工作原理5第三章硬件設(shè)計(jì)63.1 STC89C52單片機(jī)及相關(guān)電路63.1.1 STC89C52單片機(jī)概述63.1.2 晶振電路73.

9、1.3 復(fù)位電路93.1.4 電源電路設(shè)計(jì)93.2 時(shí)鐘模塊電路113.2.1 DS1302性能簡(jiǎn)介113.2.2 DS1302接口電路設(shè)計(jì)123.3 鍵盤(pán)顯示電路133.3.1 鍵盤(pán)電路133.3.2 顯示電路143.4 光敏傳感器電路163.5 步進(jìn)電機(jī)控制電路183.6 溫度檢測(cè)電路20第四章軟件設(shè)計(jì)224.1 軟件主程序設(shè)計(jì)224.2 軟件子程序設(shè)計(jì)234.2.1 步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)234.2.2 顯示程序設(shè)計(jì)244.2.3 鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì)254.2.4 定時(shí)程序設(shè)計(jì)25第五章系統(tǒng)仿真與總結(jié)275.1 Proteus軟件簡(jiǎn)介275.2 仿真過(guò)程與結(jié)果27第六章總結(jié)34參考文獻(xiàn)36致謝38附

10、錄A：系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖49附錄B：系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真圖50附錄C：程序清單52. v.第一章 緒論1.1 研究的目的及意義21世紀(jì)是科技飛速發(fā)展的時(shí)代，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，生活現(xiàn)代化得以實(shí)現(xiàn)，居住環(huán)境向舒適化，安全化發(fā)展，智能家居也隨之應(yīng)運(yùn)而生。由于我國(guó)的科技剛剛發(fā)展起來(lái)，各種科技產(chǎn)品還明顯的落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，人民的生活也剛剛開(kāi)始富裕起來(lái)，許多智能系統(tǒng)也剛剛在我國(guó)興起。但是，發(fā)展前景卻廣闊。這種系統(tǒng)可以為我們營(yíng)造出高效、舒適、便捷的居住環(huán)境。并且它可以牽動(dòng)一大批產(chǎn)業(yè)1。如此廣泛的應(yīng)用，他的前景也必將非常廣闊。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速

11、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(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的的不斷成熟，家電越來(lái)越智能化。窗簾也不例外，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，智能窗簾系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用。智能窗簾在國(guó)內(nèi)算是高端前沿產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)廣闊，有推廣和應(yīng)用的意義，在發(fā)達(dá)的歐美市場(chǎng)智能窗簾已經(jīng)并不新鮮，已經(jīng)廣泛運(yùn)用于平常百姓家中，所以有必要在國(guó)內(nèi)推廣。隨著現(xiàn)代社會(huì)的高速發(fā)展，人們對(duì)室內(nèi)設(shè)計(jì)智能化的要求也越來(lái)越高，相對(duì)于傳統(tǒng)的窗簾，智能窗簾更能滿足人們對(duì)于生活品質(zhì)的追求2。在一年四季中，隨著不同的季節(jié)、氣候，人們對(duì)于窗簾打開(kāi)與閉合的需求是不同的；在每一天中，隨著天氣的變化及時(shí)間段的不同，人們對(duì)于窗簾打開(kāi)與閉合的需求也是不

12、一致的。這也就為智能窗簾系統(tǒng)的研發(fā)提供了市場(chǎng)價(jià)值3。隨著信息、自動(dòng)化和通信等技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能窗簾控制系統(tǒng)在家居、大型會(huì)議室等領(lǐng)域得到了廣泛的使用，最大限度地滿足人們對(duì)窗簾開(kāi)度的各種需求。尤其在智能家居領(lǐng)域克服傳統(tǒng)的窗簾的許多缺點(diǎn)，為人們提供了更方便、快捷、舒適安全的生活環(huán)境，提供了人類(lèi)的生活質(zhì)量4。智能窗簾控制系統(tǒng)的控制方式大體上有三種：光控，時(shí)控，遙控。遙控屬于半自動(dòng)類(lèi)；而光控屬于全自動(dòng)式，但因光敏器件的靈敏度，以及不同季節(jié)的光照度的不同，以及人們對(duì)于窗簾開(kāi)閉在時(shí)間上的要求不同，而難以實(shí)施和普及。因此，設(shè)計(jì)一款價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)5，實(shí)現(xiàn)時(shí)間控制、手動(dòng)控制功能為一體

13、的智能窗簾，具有十分重要的意義。1.2 智能窗簾的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，電動(dòng)窗簾已廣泛應(yīng)用。在十多年前，電動(dòng)窗簾就已經(jīng)進(jìn)入我國(guó)，可一直沒(méi)有大的推廣，這兩年，隨著電控技術(shù)的不斷提高及價(jià)格的不斷下降，電動(dòng)窗簾熱才又卷土重來(lái)。在此后短短幾年時(shí)間里，生產(chǎn)商由最初的幾家增加到如今的百余家，發(fā)展十分迅速。據(jù)查我國(guó)目前共有170多種電動(dòng)窗簾獲得國(guó)家專(zhuān)利，其技術(shù)大同小異，但售價(jià)在五百到數(shù)千元居多，共同缺點(diǎn)是價(jià)格高、靈活性不強(qiáng)，而且自動(dòng)化程度不高。盡管遙控自動(dòng)窗簾系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)是一個(gè)新興的行業(yè)，但是，它正以不可抵擋之勢(shì)迅速崛起。遙控自動(dòng)窗簾系統(tǒng)走進(jìn)中國(guó)以來(lái)，在短短四年時(shí)間里，自動(dòng)窗簾

14、系統(tǒng)生產(chǎn)商由最初的幾家公司增加到如今的百余家，其行業(yè)發(fā)展迅速是目前國(guó)內(nèi)任何其他行業(yè)所無(wú)法比擬的。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀目前，我國(guó)遙控自動(dòng)窗簾系統(tǒng)生產(chǎn)廠商、分銷(xiāo)商、集成商已形成相當(dāng)規(guī)模，不少國(guó)內(nèi)知名企業(yè)紛紛涉足遙控自動(dòng)窗簾系統(tǒng)行業(yè)，如青島海爾、清華同方、TCL等，并涌現(xiàn)出一些較具影響力的智能家居專(zhuān)業(yè)廠商，如上海索博智能電子有限公司、北京九州易居科技有限公司、天津瑞朗智能家居電子科技有限公司、深圳市正星特科技有限公司等。在應(yīng)用范圍拓展方面，除了寫(xiě)字樓、酒店、演播廳、教學(xué)樓等大型公共場(chǎng)所外，自動(dòng)窗簾產(chǎn)品還走進(jìn)了普通家庭，展示了巨大的應(yīng)用潛力。隨著自動(dòng)窗簾熱潮在世界范圍內(nèi)興起、電子技術(shù)的飛速發(fā)展以及人

15、們生活水平的不斷提高，電動(dòng)窗簾的自動(dòng)化程度不斷提高，從目前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，在未來(lái)的20年時(shí)間里，自動(dòng)窗簾行業(yè)將成為中國(guó)的主流行業(yè)之一，其市場(chǎng)的發(fā)展前景是非常廣闊的。1.3 主要研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容根據(jù)自動(dòng)窗簾的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)規(guī)劃其智能功能，從而對(duì)窗簾進(jìn)行智能控制，設(shè)計(jì)的電動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下幾大功能：1）手動(dòng)控制：該功能使電動(dòng)窗簾具有手動(dòng)正轉(zhuǎn)、手動(dòng)反轉(zhuǎn)和手動(dòng)停止的功能，該功能是根據(jù)用戶的需求通過(guò)按鍵進(jìn)行窗簾的開(kāi)關(guān)，此功能可以使窗簾的開(kāi)閉處于任何一種狀態(tài)。2）半自動(dòng)手動(dòng)控制：半自動(dòng)手動(dòng)控制是在需要關(guān)閉和打開(kāi)窗簾的時(shí)候，只需要人工按一下“正轉(zhuǎn)”或“反轉(zhuǎn)”按鍵后，窗簾到位自動(dòng)

16、停止。窗簾的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止功能可由單片機(jī)輸出電平來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)。此功能可以使窗簾通過(guò)按鍵一次性開(kāi)閉窗簾。3）光照控制：系統(tǒng)可以根據(jù)用戶設(shè)定的光照強(qiáng)度值通過(guò)感光器采集光照自動(dòng)開(kāi)光窗簾。4）時(shí)間控制：此功能是根據(jù)用戶設(shè)定的時(shí)間一次性開(kāi)關(guān)窗簾，并顯示當(dāng)前溫度。其中采用步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行原件，通過(guò)單片機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片輸出不同的高、低電平來(lái)控制電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，完成窗簾的開(kāi)、關(guān)動(dòng)作6；以光敏電阻，溫度傳感器作為傳感原件，光敏電阻是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器，入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。窗簾在光照控制模式下，當(dāng)光強(qiáng)高于所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，窗簾會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，

17、反之，當(dāng)光強(qiáng)低于該標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，窗簾將自動(dòng)打開(kāi)7。溫度傳感器用來(lái)檢測(cè)當(dāng)前溫度，并顯示當(dāng)前溫度值。89C52單片機(jī)作為控制芯片，輔助鍵盤(pán)和顯示，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)窗簾的多項(xiàng)智能功能8。1.3.2 章節(jié)安排智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程主要分為以下幾個(gè)章節(jié)：（1）緒論：介紹選題意義，目前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，主要研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排。（2）總體設(shè)計(jì)方案：介紹智能窗簾控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案的選取以及硬件設(shè)計(jì)的總體概況。（3）硬件設(shè)計(jì)：智能窗簾控制系統(tǒng)以89C51單片機(jī)為核心，系統(tǒng)的硬件部分包括:89C52，晶振電路，復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，鍵盤(pán)電路，顯示電路，AD轉(zhuǎn)換電路，光敏傳感器，步進(jìn)電機(jī)，溫度模塊等。（4）軟件設(shè)計(jì)：介紹各個(gè)

18、功能模塊的設(shè)計(jì)流程以及設(shè)計(jì)思路。智能窗簾控制系統(tǒng)的程序分析與設(shè)計(jì):包括主程序設(shè)計(jì)，鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì)，定時(shí)程序設(shè)計(jì)，步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)，顯示程序設(shè)計(jì)等。（5）系統(tǒng)仿真與總結(jié)：對(duì)智能窗簾控制系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)果仿真，分析總結(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程。第二章 總體設(shè)計(jì)方案智能窗簾控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案是確定能夠滿足設(shè)計(jì)要求的總體方案的環(huán)節(jié)。本章從系統(tǒng)功能需求出發(fā)，規(guī)劃并確定了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上考慮了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性及可實(shí)現(xiàn)性。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(lái)越廣泛，很多的電子產(chǎn)品利用單片機(jī)所取得的便利性得到了人們的好評(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）

19、基于溫度檢測(cè)以及聲控檢測(cè)器件的自動(dòng)控制。方案（二）基于光照強(qiáng)度器件以及時(shí)鐘模塊的自動(dòng)控制。這二個(gè)方案都是基于單片機(jī)控制的，采用步進(jìn)電機(jī)控制以及液晶顯示，不同的設(shè)計(jì)部分在于檢測(cè)器件的選取上。方案（一）的系統(tǒng)框圖如圖2.1：89C52鍵盤(pán)模塊顯示模塊聲控模塊電源模塊溫度模塊圖2.1 方案（一）系統(tǒng)框圖方案（一）與方案（二）的區(qū)別主要在于檢測(cè)器件的應(yīng)用，方案（一）采用溫度采集和聲音檢測(cè)元件，通過(guò)設(shè)定的溫度來(lái)控制窗簾的開(kāi)閉，以減少光照對(duì)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(shí)鐘模塊以及光照采集元件，通過(guò)設(shè)定光照值來(lái)控制窗簾的開(kāi)閉，以實(shí)現(xiàn)白天開(kāi)窗簾，晚上關(guān)窗簾的

20、功能，利用設(shè)定的時(shí)間來(lái)控制窗簾的開(kāi)閉，實(shí)用性更強(qiáng)。綜合考慮以上因素，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用方案（二）。時(shí)鐘模塊89C52顯示模塊鍵盤(pán)模塊光照檢測(cè)電源模塊方案（二）的系統(tǒng)框圖如圖2.2：圖2.2 方案（二）系統(tǒng)框圖2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與工作原理智能窗簾控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2.3所示光敏電阻A/D轉(zhuǎn)換電路溫度模塊鍵盤(pán)模塊單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)窗 簾顯示模塊圖2.3 智能窗簾控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖由光敏傳感器來(lái)探測(cè)外界的光強(qiáng)，從傳感器出來(lái)的信號(hào)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換后的信號(hào)由單片機(jī)控制電機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)行與停止。溫度模塊用來(lái)采集溫度，并且將采集到的溫度通過(guò)顯示模塊顯示。顯示部件用來(lái)顯示電動(dòng)窗簾控制器的各種狀

21、態(tài)信息。鍵盤(pán)是主要的輸入設(shè)備，控制單片機(jī)的各種參量。9電源模塊用來(lái)提供單片機(jī)所需電壓。第三章 硬件設(shè)計(jì)3.1 STC89C52單片機(jī)及相關(guān)電路在總體硬件包括單片機(jī)外圍電路，電源模塊、按鍵模塊、LCD1602液晶顯示模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、DS1302時(shí)鐘模塊、AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、光照檢測(cè)模塊和溫度檢測(cè)模塊組成。單片機(jī)外圍電路提供各模塊所需的5V電源。信號(hào)檢測(cè)后的是模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)字信號(hào)給單片機(jī)。單片機(jī)的P2口控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行從而控制窗簾的升降。顯示和鍵盤(pán)讓人機(jī)交換變得更容易。3.1.1 STC89C52單片機(jī)概述單片機(jī)是將中央處理器（CPU）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（

22、ROM或EPROM）、定時(shí)器芯片和一些輸入/輸出接口電路集成在一個(gè)芯片上的微控制器。89C52是INTEL公司MCS-51系列單片機(jī)中基本的產(chǎn)品，它采用ATMEL公司CMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。10它結(jié)合了CMOS的高速和高密度技術(shù)及CMOS的低功耗特征，它基于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。STC89C52主要參數(shù)有： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2

23、級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。89C52是INTEL公司MCS-51系列單片機(jī)中基本的產(chǎn)品，它采用ATMEL公司CMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。51系列優(yōu)點(diǎn)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(duì)象不是字或

24、字節(jié)而是位。它不光能對(duì)片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進(jìn)行處理，如傳送、置位、清零、測(cè)試等，還能進(jìn)行位的邏輯運(yùn)算，其功能十分完備，使用起來(lái)得心應(yīng)手。雖然其他種類(lèi)的單片機(jī)也具有位處理功能，但能進(jìn)行位邏輯運(yùn)算的實(shí)屬少見(jiàn)。51系列在片內(nèi)RAM區(qū)間還特別開(kāi)辟了一個(gè)雙重功能的地址區(qū)間，十六個(gè)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(shí)，合128個(gè)位，相應(yīng)位地址為OOH7FH)，使用極為靈活。這一功能無(wú)疑給使用者提供了極大的方便，因?yàn)橐粋€(gè)較復(fù)雜的程序在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)遇到很多分支，因而需建立很多標(biāo)志位，在運(yùn)行過(guò)程中，需要對(duì)有關(guān)的標(biāo)志位進(jìn)行置位、清零或檢測(cè)，以確定程序的運(yùn)行方向。而實(shí)施這一

25、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(gè)優(yōu)點(diǎn)是乘法和除法指令，這給編程也帶來(lái)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(shí)，只需一條指令就行了，即MUL AB(兩個(gè)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(jī)都不具備乘法功能，作乘法時(shí)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(jìn)制一十進(jìn)制調(diào)整指令DA，能將二進(jìn)制變?yōu)锽CD碼，這對(duì)于十進(jìn)制的計(jì)量十分方便。而在其他的單片機(jī)中，則也需調(diào)用專(zhuān)用的子程序才行。

26、STC89C52單片機(jī)的引腳排列如圖3.1所示。3.1.2 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(lái)產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率的。通過(guò)基準(zhǔn)頻率來(lái)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，向單片機(jī)發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)。晶振電路中的電容C1和C2的典型值通常選擇為30F左右，該電容的大小會(huì)影響振蕩電路頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。10晶體振蕩頻率的范圍通常在1.212MHz。晶體的頻率越高，系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率越快，單片機(jī)的運(yùn)行速度越快。但反過(guò)來(lái)，運(yùn)行速度對(duì)于存儲(chǔ)器的速度要求就越高，對(duì)印刷電路板的工藝要求也就越高，即要

27、求線間的寄生電容要小。晶體和電容應(yīng)該盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。89C52常選擇振蕩頻率12MHz的石英晶體。圖3.1 STC89C52單片機(jī)引腳排列圖圖3.2是單片機(jī)的晶振電路。其中，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)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(wú)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)

28、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，調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)fOSC的目的。圖3.2 晶振電路3.1.3 復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只需要給89C52的復(fù)位引腳RST加上大于2個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)時(shí)鐘震蕩周期）的高電壓就可以使89C52復(fù)位。復(fù)位時(shí)，單片機(jī)初始化為

29、0000H，從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)程序運(yùn)行錯(cuò)誤（如程序跑飛）或者操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于鎖死狀態(tài)時(shí)，也需要復(fù)位鍵使RST引腳為高電平，使89C52擺脫“跑飛”或者“死鎖”狀態(tài)而重新啟動(dòng)。復(fù)位電路圖如圖3.3所示。3.1.4 電源電路設(shè)計(jì)單片機(jī)工作需要使用5V電壓，因此需要給單片機(jī)設(shè)計(jì)電源電路。圖3.4是單片機(jī)的電源電路。它采用LM7805三端集成穩(wěn)壓器，可輸出+5V的直流電壓供電。三端集成穩(wěn)壓器LM7805，總共有三條引腳，分別是輸入端、接地端和輸出端。用LM78LM79系列三端穩(wěn)壓器來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，

30、使用起來(lái)可靠、方便。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3.5所示。圖3.3 復(fù)位電路圖3.4 單片機(jī)電源電路圖3.5 LM7805內(nèi)部示意圖3.2 時(shí)鐘模塊電路本設(shè)計(jì)需要窗簾在給定的時(shí)間自動(dòng)開(kāi)和關(guān)，所以需要用到定時(shí)器，而為了保證單片機(jī)與外界時(shí)鐘一致，要用到一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路。這里使用DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片來(lái)完成這項(xiàng)功能。3.2.1 DS1302性能簡(jiǎn)介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(guò)簡(jiǎn)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、周、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(guò)AM/PM 指示

31、決定采用24 或12 小時(shí)格式。DS1302 與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)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：（1）RES 復(fù)位（2）I/O 數(shù)據(jù)線（3）SCLK串行時(shí)鐘。時(shí)鐘/RAM 的讀/寫(xiě)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 是由DS1202 改進(jìn)而來(lái)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(yīng)，Vcc1 為可編程涓流充電電源，附加七個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器。它廣泛應(yīng)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(lǐng)域。下面將主要的性能指標(biāo)作一綜合：（1） 實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有能計(jì)算2100 年之前的秒

32、、分、時(shí)、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(chǔ)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 5.5V。（5）工作電流 2.0V 時(shí),小于300nA。（6）讀/寫(xiě)時(shí)鐘或RAM 數(shù)據(jù)時(shí)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(jiǎn)單 3 線接口。（9）與 TTL 兼容Vcc=5V。（10）可選工業(yè)級(jí)溫度范圍-40 +85。（11）雙電源管用于主電源和備份電源供應(yīng)。DS1302的外部引腳功能說(shuō)明如圖3.6所示。各引腳的功能為：.VCC1:主電源。.VCC

33、2：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。該引腳有兩個(gè)功能：第一，CE開(kāi)始控制字訪問(wèn)移位寄存器的控制邏輯；其次，CE提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒āD3.6 DS1302外部引腳分配圖3.2.2 DS1302接口電路設(shè)計(jì)DS1302時(shí)鐘芯片和STC89C52單片機(jī)的接口電路如圖3.7所示。DS1302與單片機(jī)的連接僅需要3條線：CE引腳、SCLK串行時(shí)鐘引腳、

34、I/O串行數(shù)據(jù)引腳，VCC2為備用電源，X1與X2外接一個(gè)32.768kHZ晶振，為芯片提供計(jì)時(shí)脈沖。圖3.7 DS1302與單片機(jī)的接口電路3.3 鍵盤(pán)顯示電路3.3.1 鍵盤(pán)電路鍵盤(pán)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(guò)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(kāi)關(guān)等等功能，是人工控制單片機(jī)的主要手段。本設(shè)計(jì)中的鍵盤(pán)采用了五個(gè)按鍵。S2鍵為自動(dòng)手動(dòng)切換鍵。S3鍵為退出鍵，S4鍵為參數(shù)減/手動(dòng)關(guān)，S5鍵為參數(shù)加/手動(dòng)開(kāi)，S6為設(shè)置鍵。S2鍵可以在手動(dòng)、自動(dòng)狀態(tài)切換。S6鍵為設(shè)置鍵，按下S6鍵有三種選項(xiàng)，可分別按S4-,S5+來(lái)設(shè)定窗簾的開(kāi)啟時(shí)間，關(guān)閉時(shí)間，定時(shí)開(kāi)關(guān)窗簾

35、時(shí)間以及光線值。按鍵接口電路如圖3.8所示：圖3.8 鍵盤(pán)電路3.3.2 顯示電路顯示部分則主要用于顯示、設(shè)置時(shí)間，以及顯示溫度。在日常生活中，我們對(duì)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(jì)算器、萬(wàn)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(zhuān)用符號(hào)和圖形。在單片機(jī)與人的人機(jī)交流界面中，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(shè)計(jì)中采用的是液晶顯示器作為輸出器件的。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用液晶顯示器作為輸出有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)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（

36、CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高且不會(huì)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(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。（3）體積小、重量輕：液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)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(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)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(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。本設(shè)計(jì)采用的液晶顯示器為1602字符型液晶顯示器。1602LCD主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量

37、:16×2個(gè)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:2.95×4.35(W×H)mm。1602液晶顯示器引腳接口說(shuō)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(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳：R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平

38、時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，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(fù)極。1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令如表3.1所示:表3.1 1602液晶模塊控制指令表序號(hào)指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開(kāi)/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L*6置

39、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(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫(xiě)數(shù)到CGRAM或DDRAM10要寫(xiě)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(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（說(shuō)明：1為高電平、0為低電平）指令1:清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2:光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。指令3:光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)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(wú)效。指令4:顯示開(kāi)

40、關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不

41、忙。指令10：寫(xiě)數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。液晶顯示器電路如圖3.9所示：圖3.9 1602液晶顯示電路3.4 光敏傳感器電路窗簾自動(dòng)控制系統(tǒng)的光控功能是可以根據(jù)用戶設(shè)定的光照強(qiáng)度值通過(guò)感光器采集光照自動(dòng)開(kāi)關(guān)窗簾，因此需要用到光照傳感元器件，在本設(shè)計(jì)中采用了光敏電阻。光敏電阻又稱光導(dǎo)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(zhǎng)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(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻屬半導(dǎo)體光敏器件，除具靈敏度高，反應(yīng)速度快，

42、光譜特性及r值一致性好等特點(diǎn)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(yīng)用于照相機(jī)，太陽(yáng)能庭院燈，草坪燈，驗(yàn)鈔機(jī)，石英鐘，音樂(lè)杯，禮品盒，迷你小夜燈，光聲控開(kāi)關(guān)，路燈自動(dòng)開(kāi)關(guān)以及各種光控玩具，光控?zé)麸棧瑹艟叩裙庾詣?dòng)開(kāi)關(guān)控制領(lǐng)域。光敏控制電路是由運(yùn)算放大器組成比較電路，在運(yùn)算放大器同相輸入端用兩個(gè)電阻分壓，得到的電壓值作為基準(zhǔn)電壓，在反相輸入端則用光敏電阻對(duì)光進(jìn)行采集，由于光敏電阻具有根據(jù)光照強(qiáng)度阻值變化的特點(diǎn)，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(jìn)行比較，比較后的信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)89C52的P1接口，單片機(jī)處理后輸出命令控制電機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，以

43、實(shí)現(xiàn)通過(guò)光照控制窗簾的開(kāi)關(guān)功能。應(yīng)用光控原理工作，天亮窗簾自動(dòng)打開(kāi)，天黑窗簾自動(dòng)關(guān)閉。由于光敏電阻信號(hào)檢測(cè)后得到的是模擬信號(hào)，所以光控電路采集到的模擬信號(hào)需要經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)字信號(hào)給單片機(jī)。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ADC0832。ADC0832是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。圖3.10 光敏電阻電路圖圖3.11 光控電路原理圖由運(yùn)放組成

44、比較電路，同向輸入端有兩個(gè)電阻分壓得到一個(gè)電壓值，作為基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，而反相輸入端用一個(gè)光敏二極管對(duì)外部環(huán)境的光線進(jìn)行采集，利用光敏二極管暗時(shí)電阻大，亮?xí)r電阻小的特點(diǎn)，來(lái)確定反向輸入端的電壓值。再兩者進(jìn)行比較，比較后的信號(hào)再送入單片機(jī)的P0口，從而通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。來(lái)實(shí)現(xiàn)天亮窗簾自動(dòng)打開(kāi)，天黑窗簾自動(dòng)關(guān)閉這一自動(dòng)控制功能。本設(shè)計(jì)采用了型號(hào)為GL3526的光敏電阻。光敏電阻電路圖如圖3.10所示。光控電路原理圖如圖3.11所示。3.5 步進(jìn)電機(jī)控制電路步進(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

45、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(guò)步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度和位置定位控制。現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（vr）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（pm）、混合式步進(jìn)電機(jī)（hb）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。本設(shè)計(jì)采用的步進(jìn)電機(jī)是混合式步進(jìn)電機(jī)?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)混合了永磁式和反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)

46、角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。所以，本設(shè)計(jì)采用28BYJ-48型四相八拍步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)28BYJ-48型四相八拍電機(jī)，電壓為DC5VDC12V。當(dāng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時(shí)，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。每一個(gè)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的某一相或者兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度（一個(gè)步距角）。當(dāng)通電狀態(tài)改變完成一個(gè)循環(huán)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式如表3.2： 表3.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式導(dǎo)線顏色123456785紅+4橙-3黃-2粉-1藍(lán)-28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)技術(shù)指標(biāo)：1.額定電壓：5VDC。2.減速比：1/

47、16。3.步距角：5.625/16。4.驅(qū)動(dòng)方式：四相八拍。5.牽入轉(zhuǎn)距：200gf.cm（工作頻率：100Hz）。6.打滑扭力：5001600gf.cm。7.溫升：55K（5VDC 工作頻率：100Hz）。8.噪音：35dB（空載，100Hz，水平距馬達(dá)10cm）。由于單片機(jī)接口信號(hào)不夠大需要通過(guò)ULN2003放大再連接到相應(yīng)的電機(jī)接口。ULN2003晶體管陣列：ULN2003是一個(gè)單片高電壓、高電流的達(dá)林頓晶體管陣列集成電路。它是由7對(duì)NPN達(dá)林頓管組成的，它的高電壓輸出特性和陰極箝位二極管可以轉(zhuǎn)換感應(yīng)負(fù)載。單個(gè)達(dá)林頓對(duì)的集電極電流是500mA。達(dá)林頓管并聯(lián)可以承受更大的電流。此電路主要應(yīng)

48、用于繼電器驅(qū)動(dòng)器，字錘驅(qū)動(dòng)器，燈驅(qū)動(dòng)器，顯示驅(qū)動(dòng)器（LED氣體放電），線路驅(qū)動(dòng)器和邏輯緩沖器。ULN2003的每對(duì)達(dá)林頓管都有一個(gè)2.7k串聯(lián)電阻，可以直接和TTL或5V CMOS裝置。ULN2003的主要特點(diǎn)：（1）500mA 額定集電極電流（單個(gè)輸出）。（2）高電壓輸出：50V。（3）輸入和各種邏輯類(lèi)型兼容。（4）繼電器驅(qū)動(dòng)器。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的方框圖以及其控制系統(tǒng)的電路圖如圖3.12與3.13所示。脈沖控制器功率驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)負(fù)載脈沖信號(hào)圖3.12 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)方框圖圖3.13 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)電路圖在使用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)時(shí)需注意，該種電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有振動(dòng)和噪聲，是其固有的缺點(diǎn)

49、、一般可采用以下方案來(lái)克服：（1）如步進(jìn)電機(jī)正好工作在共振區(qū)，可通過(guò)改變減速比等機(jī)械傳動(dòng)避開(kāi)共振區(qū)；（2）采用帶有細(xì)分功能的驅(qū)動(dòng)器，這是最常用的、最簡(jiǎn)便的方法；（3）換成步距角更小的步進(jìn)電機(jī)，如三相或五相步進(jìn)電機(jī)；（4）在電機(jī)軸上加磁性阻尼器，市場(chǎng)上已有這種產(chǎn)品，但機(jī)械結(jié)構(gòu)改變較大。3.6 溫度檢測(cè)電路本設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)使用的溫度傳感器的型號(hào)為DS18B20。DS18B20采用單總線通信協(xié)議。它有獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。本系統(tǒng)只用到單片機(jī)的一條口線，即P1.0，如圖3.14所示。由于采用單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，DS1

50、8B20的數(shù)據(jù)I/O均由同一條線完成，因此，對(duì)讀寫(xiě)的操作時(shí)序要求嚴(yán)格。為了保證DS18B20的嚴(yán)格I/O時(shí)序，需要做較精確的延時(shí)。DS18B20采用+5V電源供電。這些在程序中有體現(xiàn)。圖3.14 溫度模塊第四章 軟件設(shè)計(jì)智能窗簾控制系統(tǒng)的程序分析與設(shè)計(jì)包括主程序設(shè)計(jì)，步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)，顯示程序設(shè)計(jì)，鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì)，定時(shí)程序設(shè)計(jì)幾部分。本章節(jié)系統(tǒng)的介紹了智能窗簾控制系統(tǒng)的主程序和各主要功能子程序的設(shè)計(jì)流程。4.1 軟件主程序設(shè)計(jì)主程序主要完成單片機(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(shuō)明：電路主要分為以下

51、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，各部分具有不同的子程序。啟動(dòng)主程序，先關(guān)中斷并且設(shè)置堆棧，接著初始化寄存器，初始化顯示內(nèi)容；然后執(zhí)行按鍵查詢，執(zhí)行相應(yīng)的操作。如果是設(shè)定鍵，則設(shè)定時(shí)間，開(kāi)始計(jì)時(shí)；到時(shí)間后步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始相應(yīng)的工作，工作完成后停機(jī)。如果是電機(jī)控制鍵，則也執(zhí)行相應(yīng)的工作。如果都不是，則是復(fù)位鍵，采取復(fù)位操作。4.2 軟件子程序設(shè)計(jì)4.2.1 步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)是操控窗簾開(kāi)閉的主要執(zhí)行器件，其設(shè)計(jì)主要是按照單片機(jī)指令以及按鍵指令進(jìn)行正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)。圖4.2是步進(jìn)電機(jī)工作流程圖。圖4.2 步進(jìn)電機(jī)工作流程圖步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)

52、計(jì)的主要任務(wù)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。總之，只要按一定的順序改變 P2.0-P2.3 四位通電的狀況，即可控制步進(jìn)電機(jī)依選定的方向步進(jìn)。而對(duì)于節(jié)拍比較多的控制程序，通常采用循環(huán)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖4.3 顯示部分子程序流程圖4.2.2 顯示程序設(shè)計(jì)顯示程序開(kāi)始后，起始地址60H發(fā)送到R0，01H發(fā)送至顯示位代碼R2，再將位代碼發(fā)送到單片機(jī)A口，單片機(jī)取顯示數(shù)據(jù)查表轉(zhuǎn)換成顯示代碼發(fā)送至單片機(jī)B口，延時(shí)2ms，指針R0加1，然后判斷6位顯示是否完成。如果完成則返回，沒(méi)完成則位代碼R2左移一位，繼續(xù)顯示查表，一直到6位顯示完成后返回。顯示

53、部分子程序流程圖如圖4.3所示。4.2.3 鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì)在操作按鍵時(shí)，無(wú)論是按下還是松開(kāi)，觸點(diǎn)在閉合和斷開(kāi)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(wèn)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)6ms，如果確定是按鍵后再延時(shí)12ms，這樣基本可以避免鍵盤(pán)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，顯示并且返回。圖4.4是鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì)流程圖。4.2.4 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(kāi)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(kāi)始

54、工作，計(jì)數(shù)器記到20，時(shí)間即為1秒，秒單元加1，當(dāng)秒單元計(jì)數(shù)到60，分單元加1，此時(shí)秒單元清零。當(dāng)時(shí)單元計(jì)數(shù)到24時(shí)單元清零。圖4.5是定時(shí)程序流程圖。圖4.4 鍵盤(pán)程序流程圖圖4.5 定時(shí)程序流程圖第五章 系統(tǒng)仿真與總結(jié)5.1 Proteus軟件簡(jiǎn)介Proteus軟件是英國(guó)Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，是目前世界上唯一將電

55、路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)。5.2 仿真過(guò)程與結(jié)果首先，將在Keil軟件中調(diào)試好的程序生成*.HEX文件，然后將本文所設(shè)計(jì)的智能窗簾控制系統(tǒng)的原理圖在PROTEUS繪制好，最后調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX。本設(shè)計(jì)在接通電源時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，默認(rèn)處于手動(dòng)光控狀態(tài)。系統(tǒng)仿真前部分電路圖如圖5.1所示，圖中STEPPER-MOTOR為步進(jìn)電機(jī)，LCD1為1602液晶顯示屏，DS18B20為溫度檢測(cè)，圖中還有五個(gè)按鍵，S1，S2，S3，S4，S5。S1鍵為自動(dòng)手動(dòng)切換鍵。S2鍵為退出鍵，S3鍵為參數(shù)減/手動(dòng)關(guān)，S4鍵為參數(shù)加/手動(dòng)開(kāi)，S5為設(shè)置鍵。圖5.1

56、系統(tǒng)仿真前部分電路圖點(diǎn)擊開(kāi)始仿真時(shí)系統(tǒng)部分電路圖如5.2，本設(shè)計(jì)在接通電源時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，處于手動(dòng)狀態(tài)。LCD1602液晶顯示屏從左到右第一排依次為當(dāng)前控制狀態(tài)，時(shí)分秒，以及星期。第二排從左到右依次為當(dāng)前光線值，年月日，以及當(dāng)前溫度。在手動(dòng)模式下，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一次性開(kāi)光窗簾。此時(shí)按下S4電機(jī)正傳，如圖5.3所示，S2為停止鍵，S3為電機(jī)反轉(zhuǎn)。圖5.2系統(tǒng)開(kāi)始仿真時(shí)部分電路圖圖5.3 電機(jī)正傳若此時(shí)按下S1手動(dòng)/自動(dòng)模式切換鍵則系統(tǒng)變?yōu)樽詣?dòng)模式，如圖5.4所示。圖5.4 自動(dòng)模式電路圖在自動(dòng)模式下，此時(shí)若按下S5鍵，系統(tǒng)則進(jìn)入設(shè)置菜單，如圖5.5，設(shè)置菜單由上到下分別為設(shè)置時(shí)間，設(shè)置窗簾開(kāi)閉時(shí)間，以及設(shè)置光線值?？煞謩e按S3-，S4+，來(lái)切換菜單，切換到設(shè)置光線值的菜單如圖5.6所示。圖5