毕业设计----全自动吸尘器核心控制电路设计.doc

毕业论文（设计） 题 目全自动吸尘器核心控制电路设计 学生姓名 指导老师 学 院 信息科学与工程学院 专业班级 自动化0711 完成时间 2011.6 目 录摘 要1abstract2第一章 绪论31.1 全自动吸尘器简述31.2 全自动吸尘器的研究现状31.3全自动吸尘器研究意义51.4 本论文的研究内容6第二章 系统的总体设计72.1 系统各个模块的主要功能72.2 全自动吸尘器的总体设计8第三章 系统的电路设计123.1 显示按键模块电路设计123.1.1 ampire128x64液晶芯片资料123.1.2 ds1302芯片介绍133.13 模块的仿真电路图及介绍143.2 电池电压检测及充电模块电路设计153.2.1 adc0808芯片介绍163.2.2 电池电压检测电路图介绍173.2.3 镍氢电池充电电路173.3 步进电机驱动模块193.3.1 l297芯片介绍203.3.2 l298芯片介绍223.3.3 电路图说明23第四章 系统的程序设计254.1 副控制器程序设计（程序见附录一副控制器程序）254.1.1adc0808控制程序254.1.2 串行通讯程序264.2 主控制器程序设计（程序见附录一主控制器程序）274.2.1 液晶显示控制程序274.2.2 键盘扫描控制程序284.2.3 主控制程序30第五章 系统的仿真调试32i5.1 仿真工具proteus介绍325.1.1 软件简介325.1.2 功能特点325.1.3 资源丰富325.1.4 电路仿真335.2 系统的菜单显示仿真345.2.1 键盘说明345.2.2 菜单说明34第六章 结论与展望406.1 本文的总结406.2 展望40参考文献42附录一 单片机控制器程序43附录二 系统电路图59ii摘 要全自动吸尘器具有广阔的市场前景，吸尘器自主地在房间内吸尘而不需主人太多的干预是一件非常有挑战性的工作，它涉及了当前多项人工智能技术，从理论和技术上讲，全自动智能吸尘器比较具体地体现了移动机器人的多项关键技术，具有较强的代表性从市场前景角度讲，全自动吸尘器将大大降低劳动强度、提高劳动效率，适用于宾馆、酒店、图书馆、办公场所和家庭。因此开发全自动吸尘器既具有科研上的挑战性又具有广阔的市场前景。本文首先对全自动吸尘器的技术背景、应用现状和研究前景做了简要的介绍。重点介绍了全自动吸尘器核心控制电路，设计了吸尘器的单片机控制电路，对电路图模块化，分为显示按键设置及工作定时模块，吸尘器行走控制模块，电池电压检测及充电模块。进行了系统的仿真。介绍了系统的各个模块的功能，以及实现方法。编写了单片机控制程序。本文实现的内容有：1 实现了显示按键设置的内容，显示多级菜单。2 实现了系统的时间的实时显示。3 实现了电池电压的实时采集，并检测电压值，当电压值低于某个值时，提示充电。4 实现了步进电机的控制。本文最后在对系统的总结的基础上，对系统的未来的改进工作作了进一步探讨和展望。关键字：全自动吸尘器、ampire128x64液晶、步进电机、串行通讯abstract autonomous vacuum cleaner has very good future in commerce.to clean in a room without help of the hosts，it is a challenging task for autonomous cleaner because it involves many current ai technologiesin v jew of theory and technology，full autonomous eleaner was appied many key technology for mobile robotthey can reduce burden of housework and improve efficiency and are very suitable for using in hotel，hospital，library，office and hometherefore it is a challenge in scientific research and commerce the technology background、current application status and research prospect of the intelligent cleaner are brielly introduced at the first place of this articlemainly introduces automatic cleaner core control circuit, designed the scm control circuit, vacuum cleaner to diagram modular, divided into show button and working time module, vacuum cleaner walk control module, the battery voltage detection and charging module.made the simulation of the system.introduces the system functionality of each module, and implementation.write a single-chip microcomputer control procedures. this paper realized the contents:1 finish the button setting and display , display multistage menu button.2 realized system of time of real-time display.3 realized real-time collection of battery voltage, and testing voltage value, when voltage value below a certain value tip to charge.4 realized the stepping motor control.in the end the paper on the basis of systematic conclusion of system of the future, improvement of work makes further discussion and prospected.key word: automatic cleaner, ampire128x64 lcd, step motor, serial communication.57全自动吸尘器核心控制电路设计 第一章 绪论第一章 绪论1.1 全自动吸尘器简述随着现代化生活的快节奏发展，人们越来越期望能把自己从繁杂的家务劳动 中解脱出来，以便有更多的时间和精力节省出来做其他工作。全自动吸尘器便在这种背景下应运而生。全自动吸尘器能将移动机器人技术和吸尘器技术有机地融合起来，实现家庭、宾馆及写字楼等室内环境的半自动或全自动清洁，因此具有广泛的市场前景，近年来已受到国内外的普遍重视，成为服务机器人的一个新的研究方向。由于全自动吸尘器融合了移动机器人技术和吸尘器技术1两大领域，这种技术背景和应用特点决定了其基本结构为：控制部分、驱动部分、传感部分、吸尘部分和电源部分等。1.2 全自动吸尘器的研究现状基于全自动吸尘器的研究意义和应用前景，国内外很多家电产家和研究单位近些年来对此进行了大量的研究设计工作。目前已有许多产品问世，其功能不一，可谓各有千秋。下面对其中比较突出的几个产品做简要介绍。1lg电子“roboking”虽然现代家庭中的大部分家务劳动己由机械完成，但清扫房间的家务活中仍然存在着许多需要花费时间和人力的部分。lg电子从若干年前开始研制并已推出了机器人吸尘器。roboking是“robot”和“king”的合成词，体现了lg电子欲成为机器人家用电器领域最强者的意志。roboking的电源可通过遥控器控制，最大限度地提高了使用的方便性，并配置了外出后可定时进行清扫的预约清扫功能、防止坠落的冲撞和坠落预防功能和无噪声进行清扫的静噪清扫功能，与以往吸尘器相比拥有高一个档次的多种先进功能。这个小小的机器人吸尘器内含有100多项lg电子的专利技术。另外，lg电子计划推出第二代机器人吸尘器。该产品可与家庭网络连接，可利用手机、pda等移动设备和电脑进行远程控制，用户外出时还可以把吸尘器作为监视器监视房内的情况，发挥保安作用。roboking的主要功能：roboking的正面和侧面共安装了14个(上端 5个、下端9个)超声波传感器，利用这些传感器，可以识别障碍物，避免冲撞。如果传感器未能检测到突然出现的障碍物而存在发生冲撞的可能时，安装在吸尘器正面的缓冲传感器就会启动，避开障碍物。2伊莱克斯的“trilobite一三叶虫9”著名的家电厂商伊莱克斯在英国推出了他们的机器人吸尘器trilobite-三叶虫11。伊莱克斯公司是目前第一个把机器人吸尘器投入批量生产的厂商。这款“三叶虫”吸尘器使用超声波探测障碍物，并且可以自行设计出在房间中行走的最佳路线。它通过超声波躲避桌椅腿和宠物等障碍，超声波系统同时帮助它测量房间的尺寸，而最佳行进路线就是根据这些测量数据通过机器内部的计算机算出的。使用者必须在房间门口和楼梯尽头贴上磁条，做为无形的墙壁阻止机器人的前进。“三叶虫”是由可充电电池驱动的，每次充电后可以运行60分钟。“三叶虫” 分三个挡位运作：正常、快速和点清理，吸尘器充满垃圾时还会发出灯光警告。“三叶虫”的高度只有13厘米，可以钻到桌子和床底下清理地毯。3三星电子“vcrp30w”机器人吸尘器这款吸尘机器人主要是针对家庭设计的。vcrp30w主要依靠3d地图技术来进行定位，并能灵巧的躲避障碍物。其强大的智能判断系统使得vcrp30w能轻易的分辨出垃圾与其他日常生活用品，当然机器人也允许用户定义它的王作时间及清扫区域等其他高级功能，从而实现主人不在家时机器人能进行自动清扫。这个三星的产品比较有特色：l 在天花板上有一个定位装置，帮助这个吸尘器认识房间的结构，并了解自己在哪儿l 也能自动回到充电器的位置，充电完毕后回到上次停止的地方，继续扫地l 能够通过网络遥控它l 能够通过网络，及其吸尘器上面的摄像头来观察房间4美国irobot“roomba”吸尘机器人2“roomba”是虫美国麻省理工学院(mit)的媒体实验室研发育成，再经同在麻省理工irobot公司制造，并由宏基集团参与投资。roomba的体积轻巧能像吸尘器一样自动清理地板，并钻到沙发及床底下清扫，碰到墙壁、障碍物或悬空的楼梯口，都能轻巧弹开不伤害家具。irobot也在不断推出拥有新功能的roomba。所以irobot roomba是一个智能且高效的吸尘机器入系列。所有的roomba机器人都其备aware机器人智能系统。aware用了许多传惑器来感知roomba的周边环境，并显以每秒67次的速度来调整roomba的运行状态，来保证roomba智能地，高效地，且安全地进行清扫工作。其功能特色简介如下：1)高效清洁irobot roomba具有专利保护的3段式清洁系统。这个清洁系统包括一个用来清扫墙边的旋转边刷，两个相对旋转的用来捕获大的碎片垃圾刷子，还有一个超级高效的真空吸附装置来收拾那些灰尘和小碎垃圾。2)清扫所有地板roomba智能地引导自己，调节清扫次数来保证足够好的清扫覆盖率。roomba的紧凑身材使得它可以钻入各种家具的底部空间，所以，相对于传统的吸尘器来说，roomba可以把家里打扫的更彻底。3)自动回家充电roomba在干完活儿后，或者电快用完的时候，它会通过它的红外接收探头来定位，以寻找充电基座所在的地方，回家充电，以备下次的清扫任务。4)防止掉到楼梯下面irobot的aware机器人智能系统赋予了roornba四个防止跌落的探头。在roomba运行的时候，这四个探头不断发出红外信号来检测是否有会使得roomba跌落的边缘，当roomba发现了边缘后，它就会立即转向。5) 墙边清扫irobot roomba能够清扫墙边和物体的边缘。aware机器人智能系统有一对用来检测墙或家具边缘的探头，当roomba检测到墙边或家具边缘后，roomba就会调整自己的运行方式，使得自己能顺着墙边行走，来更为高效地清扫墙的边 缘地板。6)虚拟墙虚拟墙发出的红外线能够限制roomba的清扫范围，随机附带的虚拟墙能够使得roomha在指定的地方执行清扫任务。 1.3全自动吸尘器研究意义从全自动吸尘器目前的国内外研究现状来看，虽然取得了相当不错的成绩，但仍然有很多工作需要继续钻研。从全自动吸尘器的技术背景和应用方向可以看出全自动吸尘器的研究意义和价值。全自动吸尘器是一个综合应用系统，揉和了计算机技术、自动控制、传感技术和机电技术等多学科知识，是目前家电领域最具挑战性的热门研究课题，但难度极大1。作为一种令人满意的全自动吸尘机器人它应当具有能自动并彻底清洁家庭或办公室中它能走得到的地面的功能不需要人弯着腰操作；不需要人拖着电线移来移去：不需要人把它拆开把累积在内部的垃圾倾倒出来：不需要人在旁边忍受它的噪音，需要的只是人们一次性设定它的工作方式：一次性工作还是每天工作一次、还是隔天工作、还是三天或隔几天工作一次，每次工作在什么时刻，其余人们便不用管它(当然人们也可把它当作普通吸尘器使用插上导管清洁如床或茶几底下等它走不进的地方)。它能自动充电、自动把内部垃圾传送到一个大容量垃圾箱中去。同时它还很安全：不会有触电危险、不会撞坏东西、不会被撞坏、不会跌落至楼梯下、也不会走得太远而消失得无影踪，更重要的：作为一种家用电器而非奢侈品，它的价格不会太贵，普通家庭完全买得起。而从目前国内外研究现状来看，现在的全自动吸尘器产品虽然有些已相当不错，但离令人“完全满意”还有些距离，还有很多工作可以做。将全自动吸尘器作为研究课题，一方面可以巩固加深所学相关知识，化所学为所用，另一方面，可以在不断完善的基础上将全自动吸尘器产业化，给千家万户带来方便12。这需要持续的钻研探索和坚持不懈的努力。1.4 本论文的研究内容全自动吸尘器的研究内容很广泛，包括控制部分，传感器部分，行为控制部分等等。而本文的研究内容主要是设计一种全自动吸尘器的核心控制电路，具体工作包括如下：l 了解家用全自动吸尘器设计的总体结构及设计要求；l 要求用单片机控制，与“全自动吸尘器核心控制电路监控程序设计”合作，完成全自动吸尘器核心控制电路的设计；l 整个核心控制电路的功能主要可包括吸尘器行走控制部分，电池电压检测及充电部分，工作定时、显示和按键设置等部分。全自动吸尘器核心控制电路设计第二章 系统的总体设计第2章 系统的总体设计2.1 系统各个模块的主要功能全自动吸尘器系统主要包括步进电机行走驱动部分，电池及充电电路部分，显示及按键设置部分，及主控制器。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（vr）、永磁式步进电机（pm）、混合式步进电机（hb）和单相式步进电机等。全自动吸尘器的电源要同时满足吸尘器多种能源的需求，如为吸尘器提供驱动力、为控制电路提供稳定的电压。吸尘器分为有缆和无缆吸尘器两种。移动电源的地位在无缆吸尘器中历来十分重要，可以说是他的生命源电 源。日本本田公司的honda p3步行机器人虽然代表着当今世界这类机器人的最高水平，但仍存在供能时间短、行走缓慢和语音功能不完善等方面的问题。p3机器人目前采用的镍锌电池只能供给25分钟的电量，电池的体积、重量与其蓄电容量相比，庞大而笨重，远不能满足未来全自动吸尘器的工作时间要求。需研制适用于吸尘器携带的蓄电容量大且体积小、重量轻的蓄电池，以解决可携带能源问题。理想的电池应该具有十分高的能量密度，能够在放电过程中保持恒定的电压，小内阻以便具有快速放电能力，能够耐高温，可充电以及成本低等。但实际上没有一种电池可同时具备上述优点，这就要求设计人员根据实际任务的需要，选择一种合适的电池。现在的电池可选范围一般为ni-cd或者nimh，就吸尘器本身来说，使用铅酸电池的吸尘器，已经逐步淘汰出市场。nicd的特点是可以采用很高倍率(“高倍率”即电池容量的倍数电流，如1300mah电池，2倍率为26a电流放电)的电流放电，而且对温度适应性很强，稳定而且略便宜。缺点是不环保，含cd元素污染很大。而nimh突出优点就是绿色环保，而且容量高即使用时间长，缺点为价格稍贵。在如今环保呼声越来越高的大环境中，nimh电池将成为今后的焦点，本吸尘器采用nimh电池组作为供电系统。步进电机行走驱动部分主要负责吸尘器的行走，转向。电池及充电电路是吸尘器的能源，为其它电路提供电能，使系统能够正常运行。显示及按键设置部分提供了人机界面，把吸尘器的工作状态，工作方式，系统状态直观显示出来，是吸尘器更加智能化。按键设置部分可以设定系统的工作时间，工作方式。主控制器负责处理系统各个模块的分工，协调运行。主控制器处理一些复杂的程序，例如路径规划等。处理副控制器接受的信息，并发出动作指令。2.2 全自动吸尘器的总体设计系统可分为三个模块，分别是行走控制部分，电池电压检测及充电部分，工作定时、显示及按键设置部分10，这三个部分可以用两片单片机来实现控制。主控制器负责按键设置和菜单显示、工作定时、接受副控制器信息并处理信息、发送控制信号给副控制器等，副控制器负责定时检测电池电压并发送到主控制器、接受主控制器的电机控制信号来控制步进电机的动作及速度。主控制器和副控制器之间的通讯是通过串行通讯来完成的。总体设计的框图如图2.1所示：图2.1 总体设计2.2.1主（副）控芯片介绍主控制器和副控制器都采用at89c51单片机，at89c51是美国atmel公司生产的低电压，高性能coms 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（perom）和128bytes的随机存取数据存储器（ram），期间采用atmel公司的高密度，非易遗失性存储技术生产，兼容标准mcs-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（cpu）和flash存储单元，功能强大at89c51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域3。主要性能参数4：l 与mcs-51产品指令系统完全兼容l 4k字节可重擦写flash闪速存储器l 1000次擦写周期l 全静态操作：0hz-24hzl 三级加密程序存储器l 128x8字节内部raml 32个可编程i/o口线l 2个16位定时/计数器l 5个中断源l 可编程串行uart通道l 低功耗空闲掉电模式管脚说明：vcc：供电电压。gnd：接地。p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：p3口管脚 备选功能 p3.0 rxd（串行输入口）p3.1 txd（串行输出口）p3.2 /int0（外部中断0）p3.3 /int1（外部中断1）p3.4 t0（记时器0外部输入）p3.5 t1（记时器1外部输入）p3.6 /wr（外部数据存储器写选通）p3.7 /rd（外部数据存储器读选通）p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。/psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。/ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性:xtal1和xtal2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，xtal2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。全自动吸尘器核心控制电路设计第三章 系统的电路设计第3章 系统的电路设计3.1 显示按键模块电路设计显示按键设置模块的控制器是主控制器，显示采用ampire128x646的lcd液晶显示器。键盘部分是采用矩阵键盘，由于是采用proteus仿真，所以采用元件库中的计算器矩阵键盘来代替。还用了一片ds1302时钟芯片来为系统提供时间信息。3.1.1 ampire128x64液晶芯片资料1概述带中文字库的128x64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ascii字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。2基本特性:l 低电源电压（vdd:+3.0-+5.5v）l 显示分辨率:12864点l 内置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字(简繁体可选)l 内置 128个168点阵字符l 2mhz时钟频率l 显示方式：stn、半透、正显l 驱动方式：1/32duty，1/5biasl 视角方向：6点l 背光方式：侧部高亮白色led，功耗仅为普通led的1/51/10l 通讯方式：串行、并口可选l 内置dc-dc转换电路，无需外加负压l 无需片选信号，简化软件设计l 工作温度: 0+55 ,存储温度: -20+603模块接口说明ampire128x64的管脚说明如表3.1表3.1 12864管脚管脚号管脚名称电平管脚功能描述1vss0v电源地2vcc3.0+5v电源正3v0-对比度（亮度）调整4rs(cs）h/lrs=“h”,表示db7db0为显示数据rs=“l”,表示db7db0为显示指令数据5r/w(sid)h/lr/w=“h”,e=“h”,数据被读到db7db0r/w=“l”,e=“hl”, db7db0的数据被写到ir或dr6e(sclk)h/l使能信号7db0h/l三态数据线8db1h/l三态数据线9db2h/l三态数据线10db3h/l三态数据线11db4h/l三态数据线12db5h/l三态数据线13db6h/l三态数据线14db7h/l三态数据线15psbh/lh：8位或4位并口方式，l：串口方式16nc-空脚17/reseth/l复位端，低电平有效18vout-lcd驱动电压输出端19avdd背光源正端（+5v）20kvss背光源负端3.1.2 ds1302芯片介绍ds13026 是美国dallas公司推出的一种高性能、低功耗、带ram的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5v5.5v。采用三线接口与cpu进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或ram数据。ds1302内部有一个318的用于临时性存放数据的ram寄存器。ds1302是ds1202的升级产品，与ds1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。 1引脚功能及结构ds1302的引脚排列,其中vcc1为后备电源，vcc2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。ds1302由vcc1或vcc2两者中的较大者供电。当vcc2大于vcc1+0.2v时，vcc2给ds1302供电。当vcc2小于vcc1时，ds1302由vcc1供电。x1和x2是振荡源，外接32.768khz晶振。rst是复位/片选线，通过把rst输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。rst输入有两种功能：首先，rst接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，rst提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当rst为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对ds1302进行操作。如果在传送过程中rst置为低电平，则会终止此次数据传送，i/o引脚变为高阻态。上电运行时，在vcc2.0v之前，rst必须保持低电平。只有在sclk为低电平时，才能将rst置为高电平。i/o为串行数据输入输出端(双向)。sclk为时钟输入端。2数据输入输出(i/o)在控制指令字输入后的下一个sclk时钟的上升沿时，数据被写入ds1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个sclk脉冲的下降沿读出ds1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。3 ds1302的寄存器ds1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为bcd码形式,其日历、时间寄存器及其控制字见表1。此外，ds1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与ram相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。ds1302与ram相关的寄存器分为两类：一类是单个ram单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为c0hfdh，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的ram寄存器，此方式下可一次性读写所有的ram的31个字节，命令控制字为feh(写)、ffh(读)。3.13 模块的仿真电路图及介绍显示按键的仿真电路图如图3.1。图3.1 显示按键的仿真电路图控制器为主控制器at89c51，p0口接上拉电阻和液晶显示器的数据口，p2.0接/cs1，p2.1接/cs2，这两个管脚是控制液晶显示器的左右屏幕的控制端，当/cs1和/cs2都为0时，选中全屏幕，前者为1，后者为0时选中左屏幕，前者为0后者为1时选中右屏幕。p2.2接rs脚，rs脚为数据指令控制管脚，当rs为高电平时为数据，为低电平时为指令。p2.3接rw脚，rw为读写信号线。p2.4接e脚，e为使能信号线。右下角为ds1302，x1和x2接一个频率为32768hz的晶振。p2.7接/rst脚，为复位信号线，p3.6接sclk脚，为时钟信号。p3.7接i/o脚，为数据/指令口。键盘的4行分别接p1口低四位，列接p1口高四位。在4列分别接到一个4输入与门，4输入与门输出端接到int1，目的是当有按键的时候会产生中断。使按下键后能够置标志位，方便程序的编写。3.2 电池电压检测及充电模块电路设计电池电压检测及模块的控制器是副控制器，用到的芯片有：adc0808 1片；at89c51 1片。3.2.1 adc0808芯片介绍adc08084是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行a/d转换。adc0808是adc0809的简化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真时采用adc0808进行a/d转换，实际使用时采用adc0809进行a/d转换。adc0808是cmos单片型逐次逼近式ad转换器，它有8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型a/d转换器。引脚功能（外部特性）adc0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如右图所示。各引脚功能如下：15和2628（in0in7）：8路模拟量输入端。8、14、15和1721：8位数字量输出端。22（ale）：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。6（start）： ad转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动a/d转换）。7（eoc）： ad转换结束信号，输出，当ad转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。9（oe）：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当ad转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。10（clk）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640khz。12（vref（+）和16（vref（-）：参考电压输入端11（vcc）：主电源输入端。13（gnd）：地。2325（adda、addb、addc）：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。极限参数：电源电压（vcc）：6.5v控制端输入电压：-0.3v15v其它输入和输出端电压：-0.3vvcc+0.3v贮存温度：-65+150功耗（t=+25）：875mw引线焊接温度：气相焊接（60s）：215；红外焊接(15s)：220抗静电强度：400v 输出端注意：out8为最低位-out1为最高位，out8-out1分别接单片机的p0.0到p0.7端。电池电压检测电路图如图3.2。3.2.2 电池电压检测电路图介绍电路图的adc0808接线图中out8-out1分别接单片机的p0.0到p0.7端。p3.6接0808的start和ale脚，0808的eoc接单片机的int0；adc0808的a、b、c脚都接地，选中第一个通道。in0接滑动变阻器。图3.2电池电压检测电路图3.2.3 镍氢电池充电电路单只镍氢电池14电压为1.25v，充电时最高为有1.55v，它不宜使用高于3v的直流电源为其充电。将电源变压器输出为交流3.5v的双绕组作全桥整流可得到正负3.5v直流电，以负端输出作为零电平，中点即成为+3.5v可作给镍氢电池充电的直流电源，正端输出则成为+7v可作控制电路的工作电源。非满载输出状况时，中点电平约为4.9v，正输出端约为9.8v。满载输出状况时，中点电平为3v，正输出端约为7.9v。控制电路所使用的coms门电路cc4093和通用四运放lm324均可在6v12v之间正常工作。参见原理图3.3，u1是内置电压比较器的稳压集成电路tl431，可提供2.5v精密基准电压。经r7r10四只电阻串联分压，分别为u2a、u2b、u2c三只电压比较器提供1.54v、1.25v、1.15v比较电压。u2a的负输入端与u2b、u2c的正输入端共同接在镍氢电池正端上，对电池两端电压进行检测。电池电压高于1.54v时u2a输出低电平，电池电压低于1.54v时u2a输出高电平；电池电压高于1.25v时u2b输出高电平，电池电压低于1.25v时u2b输出低电平；电池电压高于1.15v时u2c输出高电平，电池电压低于1.15v时u2c输出低电平。u2d的负输入端接在2.5v基准电压上，正输入端通过r14电阻接中点电源上。与此同时，u2d正输入端通过c3电容接在镍氢电池正端上，在没有放入电池或通电数秒种后，u2d输出高电平。 在电池已经放入电路中的状况下接通电源，u2d正输入端被c3电容暂时短路接在镍氢电池正端上，电平不大于1.5v, u2d输出低电平；经过约1秒钟后, c3电容被充电，u2d正输入端电平高于2.5v, u2d输出高电平。如果放入的是没有放完电可以继续使用的电池，u2c将检测出电池的两端电压高于1.15v，输出高电平。在u2d尚输出低电平的时候，由与非门u3c、u3d组成的rs触发器将被置成u3c输出低电平，u3d输出高电平。1秒钟后u2d输出高电平，u3c、u3d的输出状态被保持不变。发光管led4发红光显示电池不需要充电。而u3c输出低电平使bg1截止，与非门u3a输入端同时被封锁输出高电平，与非门u3b输出低电平，功率场效应管bg2截止。只有经过r1的约30ma电流给电池作涓流维持性充电。如果放入的是放完电的电池，u2c将检测出电池两端电压低于1.15v，输出低电平。在u2d尚输出低电平的时候，由与非门u3c、u3d组成的rs触发器将被置成u3c与u3d都输出高电平。但在1秒钟后，u3d改为输出低电平，u3c继续保持输出高电平。发光管led3发绿光指示电池需要充电。此时，u2b输出低电平使u3a输出高电平，u3b输出低电平，功率场效应管bg2截止。但u3c输出高电平使bg1导通，经r2提供约100ma电流和经过r1的30ma电流一起给电池作小电流充电。电池开始充电后，在电池电压高于1.15v、低于1.25v期间，u2c的输出状态翻转为高电平。但u3c、u3d的输出状态保持不变，u3c继续输出高电平，bg1导通。因u2b的输出状态还是低电平使u3a输出高电平，u3b输出低电平，功率场效应管bg2截止。仍然只经r2提供约100ma电流和经过r1的30ma电流一起给电池作小电流充电。经过一段时间小电流充电后，电池电压高于1.25v、低于1.54v，电压比较器u2a、u2b都输出高电平，此时u3c也继续输出高电平，从而使u3a输出低电平，u3b输出高电平，功率场效应管bg2导通，经r3提供不小于500ma电流和经过r2提供的100ma电流以及经过r1提供的30ma电流一起给电池作大电流充电。此时led1发绿光显示正处于大电流充电状态，led3绿发光管熄灭。发光管led2也熄灭。在经过一段时间大电流充电，电池已经充足电，电池电压高于1.54v时，u2a输出低电平使u3a输出高电平，u3b输出低电平，功率场效应管bg2截止。led1熄灭，led2发光。与此同时，u3b从高电平翻转为低电平，将通过c2电容和r13构成的微分电路将u3d输入端短暂置为低电平，从而使u3b输出端从低电平翻转为高电平。led4发光显示电池已经充足电。u3a的输出端随之从高电平翻转为低电平，led3熄灭，bg1也截止，只有经过r1的30ma电流继续给电池充电。若继续进行涓流充电，电池电压将从1.55v降低至1.5v，u2a与u2b的输出端都将输出高电平，但此时u3a输入端已经被u3c封锁只能输出高电平，u3b输出低电平，功率场效应管bg2继续保持截止，只有经过r1的30ma电流继续给电池作涓流充电。取出电池后或在没有放入电池的状况下接通电源，连接电池正端的e点电平为中点电位高于1.55v，u2a输出低电平，bg3截止，led3和led4都不发光。此时u3a输出高电平，u3b输出低电平，led2发红光指示电路处于通电工作状态，led1不发光。再放入电池，即刻重复上述自动检测充电过程。其中，led1与led2、led3与led4可分别合用一只双色发光管。接通电源后，led1与led2总有一只发光。led3与led4必须放有电池才发光，因此可以判断电池是否放入并且没发生接触不良现象。cc4093是带斯密特触发器的四2与非门，因其不易买到，可用普通四2与非门cd4011替代图3.3 镍氢电池充电电路3.3 步进电机驱动模块步进电机驱动模块的控制器为副控制器，图中没画出。该模块所用到的芯片有：两片l297；两片l298；两个三相步进电机。3.3.1 l297芯片介绍1 介绍l2976是意大利sgs半导体公司生产的步进电机专用控制器，它能产生4相控制信号，可用于计算机控制的两相双极和四相单相步进电机，能够用单四拍、双四拍、四相八拍方式控制步进电机。芯片内的pwm斩波器电路可开关模式下调节步进电机绕组中的电机绕组中的电流。该集成电路采用了sgs公司的模拟/数字兼容的i2l技术，使用5v的电源电压，全部信号的连接都与tfl/cmos或集电极开路的晶体管兼容。l297的芯片引脚特别紧凑，采用双列直插20脚塑封封装。变换器是一个重要组成部分。变换器由一个三倍计算器加某些组合逻辑电路组成，产生一个基本的八格雷码。由变换器产生4个输出信号送给后面的输出逻辑部分，输出逻辑提供禁止和斩波器功能所需的相序。为了获得电动机良好的速度和转矩特性，相序信号是通过2个pwm斩波器控制电动波器包含有一个比较器、一个触发器和一个外部检测电阻，晶片内部的通用振荡器提供斩波频率脉冲。每个斩波器的触发器由振荡器的脉冲调节，当负载电流提高时检测电阻上的电压相对提高，当电压达到uref时(uref是根据峰值负载电流而定的)，将触发器重置，切断输出，直至第二个振荡脉冲到来、此线路的输出(即触发器q输出)是一恒定速率的pwm信号，l297的control端的输入决定斩波器对相位线a，b，c，d或抑制线inh1和inh2起作用。control为高电平时，对a，b，c，d有抑制作用；为低电平时，则对抑制线inh1和inh2有抑制作用，从而可对电动机和转矩进行控制。2 l297各引脚功能说明1脚(syng)斩波器输出端。如多个297同步控制，所有的sync端都要连在一起，共用一套振荡元件。如果使用外部时钟源，则时钟信号接到此引脚上2脚(gnd)接地端。3脚(home)集电极开路输出端。当