毕业设计（论文）-智能时钟控制装置的设计及实现.doc

毕 业 论 文 设 计题 目 智能时钟控制装置的设计及实现 学生姓名 学号 1 所在学院 物理与电信工程学院 专业班级 通信工程1204班 指导教师 完成地点 陕西理工学院 2016年6月5日毕业论文设计任务书院(系) 物理与电信工程学院 专业班级 通信1204 学生姓名 一、毕业论文设计题目 智能时钟控制装置的设计及实现 二、毕业论文设计工作自_2015 _年_12 _月_ 20 日 起至_ 2016 _年 6 月 20 日止三、毕业论文设计进行地点: 物电学院实验室 四、毕业论文设计的内容要求： 1、本次毕业设计要求如下： 设计一个智能时钟控制装置，要求： 能够进行时钟显示，要求能够显示年、月、日、时、分、秒以及星期，并能够快速校准； 数字钟能够进行实时温度显示； 数字钟可实现整点报时及闹钟功能； 该智能时钟控制装置可实现对室内灯光及家用电器的定时开关机功能。 2、毕业设计成果要求： 程序代码、硬件实物和论文，论文要求计算机打印（A4纸），论文有不少于3000词的相关英文中文翻译。 3、毕业设计时间安排： 14周：查阅相关资料，熟悉题目内容，掌握设计原理，提交开题报告； 510周：根据设计原理，进行相应软、硬件设计； 1112周：完善设计功能，整理资料并进行结果测试及分析； 1314周：毕业设计验收； 1516周：撰写、修改、提交毕业论文，毕业答辩。 指 导 教 师 系(教 研 室) 通信系 系(教研室)主任签名 批准日期 接受论文 (设计)任务开始执行日期 学生签名 I智能时钟控制装置的设计及实现（陕西理工学院物理与电信工程学院通信工程专业1204班，陕西 汉中 723001）指导教师： 摘要 智能时钟控制装置具有显示时间及温度、闹钟定时等功能，同时可实现对家用电器的智能控制。本设计以Exynos4412开发板为整个装置的核心，以触摸屏点击坐标及DS18B20数字温度传感器采集的室内温度为输入信息，经控制器处理在LCD屏中实时显示时间及温度，并控制灯光模块和步进电机工作，同时，该装置还具有对家用电器的远程控制功能。该装置体积小、成本低、应用广泛，具有较强的应用价值。 关键词 智能控制;Exynos4412;DS18B20IIDesign and Implementation of Intelligent Clock Control DeviceSu Fawei(Grade12,Class 4,Major of Communication Engineering，School of Physics and TelecommunicationEngineering , Shanxi University of Technology, Hanzhong 723001,Shanxi)Tutor:zhang Wenli Abstract: The control device of intelligent clock has the functions of displaying the time and temperature,timing by the clock,which can also realize the intelligent control of household appliances. The core of this device is the Exynos4412 development board.After processing the coordinates of the touching screen and the obtaining indoor temperature through DS18B20 by processor,the screen of LCD can display the time and the temperature. At the same time,it can control the lighting module and stepper. In addition,this device also has the function of remotely control the household appliances.In short,this device has the advantage of small volume,low cost,wide application,which has the strong practical value in application.Key words: Intelligent clock control; Exynos 4412; DS18B20目录引言11.课题研究背景21.1研究现状21.2发展前景21.3应用领域31.4本文研究内容32.方案论证42.1设计要求42.2方案设计42.2.1 单片机方案42.2.3 ARM方案42.3 方案选择53.硬件设计63.1系统组成63.2单元电路的设计63.2.1 Exynos4412处理器63.2.2电源电路63.2.3集成电路73.2.4蜂鸣器驱动电路93.2.5灯光控制电路103.2.6步进电机电路103.2.7 温度采集电路113.2.8 显示电路124.软件设计134.1主程序设计134.2 子程序的设计154.2.1主控模块154.2.3温度采集184.2.3 显示模块184.2.4 触摸功能模块205.系统调试及分析215.1 程序调试215.1.1开发环境介绍215.1.2程序的bug调试215.2 硬件调试215.3 结果分析23结束语24致谢25参考文献26附录A：外文文献原文27附录B：外文文献译文35附录C：部分程序清单41附录D：元器件清单45附录E：实物图46VI陕西理工学院毕业论文引言从现代科技发展来说，随着世界经济和科技爆炸式的发展，嵌入式行业抓住了发展机遇，获得了前所未有的发展，成为了推动国家发展的重要动力。而且随着人们生活水平的不断提高，对生活质量的要求也越来越高。今天，电脑、电话、电视、视听产品已经成为平常百姓家中的必需品。对于人们的生活中来说，时钟是比不可少的一部分，没有时钟，整个人类社会就会无序，人们的生活效率就会很低，人们在安排事情的处理时就会忘记，没有一个准确的时钟，各种各样的事情就会在错误的时间点出现。当人们在工作劳累之后，在安排家中的电器工作时，没有一个很强大功能的控制装置，此时，这就导致了生活中许多的电器无法合理的工作，也就会浪费人们的时间，这就会白白消耗时间，这是很不利的。因此，对电器工作的定时控制装置产生了。在这样的背景下，基于ARM的智能时钟控制装置的研究产生了，利用ARM可移植操作系统的这一特殊属性，可以同通用计算机一样实现时间的准确性，可以使得人们在对时间的把握更准确。对本次设计来说，主要是使得我们能够将自身所学的知识通过自己的思考后实践检测出处理事件的经验，同时也培养了我们个人的团队意识，一起解决问题，团结合作处理问题。在选题后，经过查阅大量的资料，阅读许多的外文文献，对于这个课题进行详细的研究，结合前人的研究，对于单片机的处理和嵌入式的开发流程对比，结合当前社会所需的智能装置，有了这次的课题研究。本文的目的是准备以嵌入式技术为基础方案，设计一个智能的时钟控制系统装置。该装置将要实现以下功能：(1) 实时获取开发板的时钟时间，并经过ARM处理器的数据处理在通过LCD屏幕的显存而显示出时间。在显示时间时要求将年、月、日、时、分、秒、星期并在整点提醒；(2) 整个装置能实现对时间的快速调整；(3) 实时显示温度数值；能够设置闹钟；(4) 定时设置家中电器的开关。在利用ARM移植系统后能够处理多项任务，当整个应用程序运行时，在程序中调用其他应用程序时就会很方便，这样对于家中具有大量的电器之间的协调工作更能体现智能化。选择功能时也能处理速度更快，在处理每个任务时将很快的处理，这样就有很方便的控制系统。并且在外接大英寸的LCD屏幕是ARM都可以很好的兼容，这样会使得人机交流时更方便。LCD屏集成了触摸屏的功能，并且具有单独的显示处理芯片FT5X06，这个芯片会直接受到处理的数据，并能直接处理RGB为888的图像信息，更能使得人机交互界面美观，非常适合大众们的接受。此次设计中，电路的设计简单，元器件容易购买并且便宜，在使用简单，功能实现多，便于集成化，这种装置广而受到大众的喜欢，可以得到广泛的使用。为此设计通过查阅许多的数据库，有：万方数字化期刊，超星数字图书馆，中国学术期刊数据库，独秀知识库文献、中国标准服务网等。1.课题研究背景在目前人们的生活中，生活节奏速度越来越快，要求对时间越来越重要，在对时钟的要求越高，为了人们家中电器的控制装置，让人们知道时间，并能够通过时间的设置控制家中的电器，此时，控制装置应用而生。在二十一世纪一十年代的今天，时钟的变革已经经过了三次，第一次是钟摆的机械钟表，精确到了分钟级别；第二次是石英晶体振荡器的产生，精确到了秒级别；第三次也就是目前应用很广泛的电子产品中数字计数，精确度已经达到了毫米级别。时钟的应用已经在人们的生活、生产产品等各行各业中，各种行业中都有时钟的存在。目前，人们应用于电子时钟已经有很多年了，对于时钟的功能需要跟更多的电子产品结合生产，目前嵌入式的发展越来快，由于电子技术的迅速发展使得大规模的集成电路出现，给人们的生活带来了根本性的改变，尤其是智能产品的出现使得人人手中都有一部，使得对时钟控制的产品要求越来越高。嵌入式软件与嵌入式系统是密不可分的，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”，就是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。这种产品很适合本次的课题设计，对于同时的任务处理，嵌入式的技术非常适合本次课题。随着电子行业的不断变革，各种各样的互联产品产生，未来互联时代正在来临，嵌入式技术的发展使得越来越多的电子产品会集成电子时钟，使得各种的产品会能够显示时间，这样以时间的控制功能就需要更为强大的功能，例如定时自动报警、定时开关工作、按时打开灯光照射，按时关闭、对于工厂中就需要各类的机器定时开关，例如，操作机械手臂、机床的动作及许多的自动化生产工具必须具有完善的协调能力及控制能力，必须利用定时功能才能使得所有的机器统一工作，这样就能够节约了许多的人力资源2。科技的发展就是在解放人类的生产力，解放了人力劳作就可以使得人们的生活质量更美好，将智能时钟控制装置与嵌入式技术相结合的研究是很有意义的，这也是对人们生活的解放。1.1研究现状目前智能时钟大多是以嵌入式微控制器51单片机4为核心加外部时钟芯片制作的单程序电路，而电子集成技术的迅速发展使得大规模的集成电路出现，给人们的生活带来了根本性的改变，尤其是智能产品的出现使得人人手中都有一部，使得对时钟控制的产品要求越来越高。目前以嵌入式软件与嵌入式系统是密不可分的，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”，就是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。本次设计采用嵌入式技术开发研究智能时钟控制装置5，利用嵌入式技术通过移植嵌入式Linux系统6，根文件系统，编写应用程序及硬件电路的模块设计完成本次课题的任务。目前嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持，应用项目多种多样。还采用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制功能复杂性，简化应用程序设计，由于家用电器相互关联要求嵌入式产品设计者相应降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片。提供美观大方的人机界面，嵌入式设备之所以为广大人们的接受，重要因素就是它们与使用者之间的亲和力，美观、自然的人机交互界面。1.2发展前景目前嵌入式系统产品正不断渗透各个行业，智能时钟控制装置会常常内置在这些产品中，以时间为主的控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置将在各行各业出现。智能时钟的发展将会给人们的生活带来更大的改变，成为生活中的必须品，它能够实时显示时间、温度、具有定时闹钟，对家中电器控制的装置将在我们的日常生活中得以广泛的利用，极大的方便人们的生活。比如实时时间，温度显示都会让人们对自己所在的环境更加关心，对于工作安排将有更高的效率，闹钟功能使得对。目前时钟已经发展到了第三代电子时钟，现代化的时钟将会走时更加准确，走时的误差也越来越小。时钟控制装置的智能化控制，将会给人们的生活带来极大的方便，对人们的日常生活中电器的应用控制更加快速，安排更加合理，对人们的时间利用也会更加有效。1.3应用领域由于数字电路的发展迅速，使得时间的走时更准确，极大的方便了人们的生活。智能时钟装置广泛应用于个人家庭和公共场所，给人们在生活中的时间将得到更大的利用效率。对于小型的定时实验到大型的科学领域都有应用，在到高尖端的国防武器研究都有对时钟控制的应用。无论在哪个领域，时钟控制都比不可少，对时间的利用都在不同的形式下存在。由此时钟控制装置对于人们的各个方面都得以广泛发展。现在电子产品大都集成着时钟电路，因此现在社会中各个阶层都在应用着时钟，对于时间来说，时间一去不复返，在现代科技技术的桎梏，对时间的控制是无法的，因此只能在以时间线情况下，进行对事物的控制，这是在空间上的研究拓展。无论在哪个领域，时间都是很重要的一部分。目前集成电路爆炸发展及第三代电子时钟的产生，在时钟应用中更精确，时间的误差更稳定，因此在用于自动控制及定时等各个领域具有广泛的应用。1.4 本文研究内容本次设计实现了在Exynos4412开发板上移植嵌入式Linux系统，并添加步进电机、灯光、温度传感器等设备的驱动。本次设计的第一个任务为实现在LCD屏幕上实时打印时间，并能够在时间是整点的时候调用蜂鸣器进行提示功能。第二个任务是实现对室内温度的实时监测，并能够实时获取时间及能够快速的调整，保存到硬件设备中，保证在设备的断电后能够读取到硬件内部寄存器的时间，同步到Linux系统中，在系统开机后实时显示到LCD屏幕中，使得时间不会在无电源的情况下出现了时间的错误显示。第三个任务是能够设置闹钟，完成在闹钟到点后提醒，这个功能在程序中已经很好的实现了，在设置闹钟时，这些操作都是同时间设置一样，不会造成操作困难的情况，在选择设置的时间后，点击确认设置键后，并再次点击退出，这个闹钟就设置成功了，本次设置的闹钟最大上限是9个，在屏幕的左边显示当前的闹钟设置个数，当用户在点击闹钟，就会在一个480*600的窗口中显示目前所有的闹钟，当点击屏幕的其他区域，这个显示窗口就会退出，其中点击左下角时就会删除所有的闹钟设置，并退出这个状态。第四个任务是对家中电器的定时开关，这个功能在系统中的实现是在选择功能后进入同时间设置相类似的界面，不同的是在于这个功能多了几个选项，其中有选择灯光、两个步进电机模拟的窗户与帘、蜂鸣器，还有选择开、关两个选择项，这样在设置时间就完成了其中的功能设置，同闹钟查询一样，主页面显示中也有个定时的选项，当点击的时候就会同闹钟一样出现一个窗口，在其中出现当前所有的家电开关定时情况。当所有的任务完全完成，进行功能的扩展，这也是对智能装置的全面性的提高。2.方案论证方案论证是对智能时钟控制装置设计与实现的构思，分析用何种方法可以实现，该方法有哪些好处及局限性，并根据功能要求，性价比，实现难易程度等作以综合比较，选择一个最优的解决方案。2.1设计要求从任务书角度出发，本设计拟通过试验智能时钟控制装置的各种控制方案解，设计一个定时控制家用电器装置，实现家电控制的智能化，主要解决如下关键问题:方案要求： 能够进行时钟显示，要求能够显示年、月、日、时、分、秒以及星期，并能够进行快速校准； 数字钟能够进行实时温度显示； 数字钟可实现整点报时及闹钟功能； 该智能时钟控制装置可实现对室内灯光及家用电器的定时开关机功能。2.2方案设计2.2.1 单片机方案单片机控制装置。总体框图如图 2.1 所示。图 2.1 单片机控制装置上图为单片机控制装置的方案设计，本方案以51芯片为主控制系统1，采用时钟芯片DS12887A为设计电路中的时钟模块，利用多个按键按钮实现控制功能的选择，采用DS18B20数字式温度传感器进行对室内温度的检测，采用LED显示模块为整个装置的输出端口。由于时钟芯片DS12887A内部采用的是石英晶体振荡器，因此芯片的精度误差不大于10ms/年，同时也可以设置闹钟功能，在其内部包含着锂离子电池，防止在装置的掉电后造成系统停止运行，以备随时提供准确的时间。因此本方案对于本次设计适用性较强。2.2.3 ARM方案ARM处理器控制装置，如图 2.2 为ARM处理器控制装置的总体结构。图2.2 ARM处理器控制装置上图为为ARM处理器控制装置的方案设计，本方案以Exynos4412处理器为主控制系统，ARM处理器是一个低功耗的32位RISC的处理器，适用于低价位和功耗较低的应用产品。采用的时钟电路、复位电路、蜂鸣器及电源等其他简单的电路都已经集成到一体，在开发应用时是非常方便，并不需要再次设计其他的电路，这也解决了在硬件的设计时的各种问题，假如需要在集成功能不足的情况下，也会有外接的接口可以实现对自己设计的电路与系统之间的测试。图中温度传感器采用DS-18B20型号，这个温度传感器具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。在软件功能的设计，通过嵌入式技术可以在ARM处理器集成的开发板中实现本次设计的功能是非常快速的。因此本方案对于本次的设计适用性很强。2.3 方案选择单片机控制装置方案是选择STC89C51作为主控制芯片，ARM方案是选择Exynos4412处理器为主控芯片，二者的区别是前者的存储容量是4KROM，后者的标配的1GB的内存，这些就不能直接相比，而且后者集成了大量的基本电路，具有了非常强的功能性。单片机方案的时钟芯片是石英振荡器，而在ARM方案中的时钟是集成的电子时钟电路，相比而言，石英振荡器是第二代时钟，电子时钟是第三代时钟，因此在这两个方面ARM方案更丰富，功能性更强。 单片机的电路设计首先进行电路的仿真，对各个模块的芯片进行测试，最后也要进行总体电路的连接测试，在硬件的测试成功后也要对软件程序调试，而ARM方案在对硬件的设计时需要的仅仅是数量极少的设计，并不需要对核心电路的设计，一些的模块也是能够集成的，只需与核心板相连就可实现整体的硬件电路，这样就大大减少了在硬件的设计时间。而只需要完成的设计集中到软件功能的实现，在软件的设计时利用的是嵌入式开发技术11，通过移植嵌入式Linux系统12，编写应用软件实现方案的功能，因此对于这个方案来说，还可以有许多的功能扩展和完善，所以说ARM方案的设计更好。综上所述，对于本次设计选择了ARM控制装置10方案：采用Exynos4412集成开发板，外接其他模拟的简单电路，其中开发板集成的功能有复位电路、时钟电路、电源、报警电路、LCD屏和触摸功电路等。采用Exynos4412开发板为控制装置核心模块，只需设计温度采集模块与模拟的家电的两个步进电机电路和灯光控制电路。温度采集模块采用DS18B20单线数字温度传感器采集温度传入开发板进行数据处理然后实时显示LCD，在通过其中集成在LCD屏中的触摸功能实现对整个装置的控制，在设计灯光控制模块时，采用一个继电器SRD-05VDC-SL-C及多个七彩小灯组合的简单电路进行模拟室内灯光的开关功能。利用两个28BYJ-48型号的步进电机模拟家中的电动窗户与电动窗帘，实现任务中的家用电器。这些模块都是与开发板直线相连，实现容易，对设计而言简洁快速且功能强大。利用软件编程实现对Exynos4412开发板内部集成的时钟和报警电路驱动实现在LCD屏幕上进行实时显示年、月、日、时、分、秒和星期，并可以实现闹钟和整点报时驱动蜂鸣器进行提醒功能，在LCD屏幕集成的触摸功能是非常强大的，可以良好的实现整个装置的控制。同时扩展功能设计为在Exynos4412 开发板中可以实现移植WEB服务器进行远程的控制功能，这更能够实现装置的功能完整性。3.硬件设计 一个完整系统的运作，首先必须建立在硬件基础之上，硬件设计要充分考虑到系统所应用的环境状况，影响系统稳定运行的温湿度，电磁干扰等，再据其功能选择性能可靠，性价比高，抗干扰强且精度较高的元器件。3.1系统组成基于设计方案的选定，该装置以Exynos4412开发板为控制装置的智能组件核心，其它外围电路主要包括：LCD液晶显示电路、灯光驱动电路模块、温度传感器电路、步进电机驱动电路，其硬件电路组成框图如图3.1所示。图3.1 系统硬件电路组成通过产品的性价比分析以及对功能需求、稳定性等多方面综合考虑：LCD显示屏采用适合开发板大小的7英寸高清屏，像素是800*480，支持多窗口的功能，并且集成了触摸屏功能，在人机交互时是非常方便的，对于整个装置的控制来说同现在许多的智能产品相同，都是在显示屏中运用触摸技术及显示技术的集合，实现功能的强大性；温度传感器采用的是DS18B20单线数字温度传感器；其他电路都是最常见的器件。根据家中电器开关的必要因素，系统可以设计简单的灯光控制电路，简单模拟控制家电开关，驱动步进电机模拟家中的电动窗户和窗帘以完善功能。同时移植WEB网页服务器，连接一个路由器实现现代化智能家电的网络互连，能够完成在远程的家电控制。3.2单元电路的设计3.2.1 Exynos4412处理器Exynos4412芯片16是Samsun公司开发的一款高性能处理器，在采用ARMCortex-A9为核心的基础上，集合ARMv7指令集设计而成，Exynos4412芯片是四核的处理器，主频最高可提升至1.5GHz，因此在对程序的执行是非常快速的；由于其具有128/64位内部总线结构，32/32KB的数据/指令一级缓存，1024KB的二级缓存，可以实现2000DMIPS（每秒2亿指令集）的高性能运算能力，内建高性能ARMMali-400MP3D图形引擎和2D图形引擎，内置了最大可达2048x2048x24bitcolor 的LCDController，支援HDMI1.4a，480p，576p，720p，1080i，1080p高清输出等等。包括5个32位定时器、4路ADC转换通路、47个GPIO及8路I2C总线。SamsungExynos4412-SCP芯片方案，ARMCORTEX-A9核心，1.2GHz主频。系统内存为DDR31G标配、DDR32G（选配）；iNAND可以支持464GB，标配为16GB，整合度高，体积（68mm68mm9mm），界面丰富：HDMI、LCD、CAMERA、UART、SPI、IIS、IIC、以太网、USB、ADC、MMC卡；Exynos4412 主要集成了局部总线，外围总线，USB接口调试，串口调试等各类外接设备调试接口。非常适用于各种嵌入式产品设计的应用，尤其是在多样化要求的手携式设备及工控合各种HMI的产品设计应用。外围电路简单，可根据自己的需要，灵活修改设计，完成功能并降低成本。硬件上可以透过SD卡、USB升级OS及所有软件。3.2.2电源电路 Exynos4412 芯片17需要稳定的5V直流电源，因此，在220V的交流电接入后需要转换成可供系统工作的直流电压。如图3.3 所示。图 3.3 控制系统的电源电源220V的交流电压经过整流、滤波、和稳压等电路，在输出电路接一个1000uF(C453)的电容来改善电流的稳定性，转换为5V的直流电压。3.2.3集成电路(1) 时钟体系对于PC来说， CPU 、内存、主板、声卡、显卡等，这些功能部件由不同的芯片组成， 在实体上是相互独立的 。在嵌入式系统里，一块芯片内往往集成了多种功能比如Exynos 4412 上面既有CPU，还有音频 /视频接口、 LCD 接口、 GPS 等模块 这类芯片被称为 SoC，即 System on Chip，译为芯片级系统或片上系统。不同的模块往往工作在不同的频率下，一个芯片上采用单时钟设计基本是不可能实现的 ，在 SoC设计中采取多时钟域设计 。Exynos4412的时钟域18有5个， 如下图 3.4所示。图 3.4 Exynos4412 的时钟域图中将时钟划分为5个时钟域，为上中下左右，这5个时钟域名如下：最下面的CPU处理器时钟域CPU_BLK内含 Cortex-A9 MPCore处理器、L2 cache 控制器、CoreSight (调试用)。CMU_CPU用于给这些部件产生时钟。中间的DMC_BLK时钟域内含 DRAM 内存控制器 (DMC)、安装子系统 (Security sub system )、通用中断控制器 (Generic Interrupt Controller，GIC)等。CMU_DMC 用于给这些部件产生时钟。左边的是左总线时钟域LEFTBUS_BLK 和右边的右总线时钟域RIGHTBUS_BLK它们是全局的数据总线，用于在 DRAM 和和其他子模块之间传输数据。中间上方的是MAUDUI_BLK是时钟产生域。Exynos4412有3个初始时钟源，XRTCXTI引脚 ：接 32KHz的晶振，用于实时钟 (RTC) 。XXTI引脚 ：接12M 50 MHz的晶振， 用于向系统提供时钟，也可以不接。XUSBXTI引脚 ：接24MHz的晶振 ，用于向系统提供时钟。在开发板中， XRTCXTI 上没有外接晶振，系统时钟来源是XUSBXTI引脚上接的24MH 晶振，如下图3.5所示图 3.5 系统时钟电路从电路图中可知， 4412开发板的基础晶振是24MHz的晶振；但是4412的CPU频率可达1.4GHz。 可以想象，一定有硬件部件把24MHZ的频率提升为1.4GHZ，这个部件被称为PLL（锁相环）。4412内部其他部件也要工作于一定频率，比UART、DDR等，也应该有PLL把24MHZ的频率提高后供给它们。4412有4个PLL：APLL、MPLL 、EPLL 和 VPLL ；2个PHY：USB PHY 和 HDMI PHY (PHY：物理层，一般指与外部信号接口的芯片)：(1) APLL：用于 CPU_BLK ；作为 MPLL 的补充，它也可以给DMC_BLK、LEFTBUS_BLK 、RIGHTBUS_BLK 和 CMU_TOP 提供时钟。(2) MPLL：用于DMC_BLK 、LEFTBUS_BLK 、RIGHTBUS_BLK 和 CMU_TOP(3) EPLL ：主要给音频模块提供时钟(4) VPLL ：主要给视频系统提供54MHz时钟， 给 G3D(3D图形加速器 )提供时钟。(5) USB PHY ：给 USB 子系统提供 30MHz 和 48MHz 时钟 。(6) HDMI PHY ：产生 54MHz 时钟 。3.2.4蜂鸣器驱动电路如下图3.6所示位蜂鸣器的电路，使用SH69P43 为控制芯片18，使用4MHz 晶振作为主振荡器。图3.6 PWM驱动蜂鸣器通过配置PORTC.3/T0 作为I/O 口通过三极管Q2 来驱动蜂鸣器LS1，而PORTC.2/PWM0 则作为PWM 输出口通过三极管Q1 来驱动蜂鸣器LS2。另外在PORTA.3 和PORTA.2 分别接了两个按键，一个是PWM 按键，是用来控制PWM 输出口驱动蜂鸣器使用的；另一个是PORT 按键，是用来控制I/O 口驱动蜂鸣器使用的。连接按键的I/O 口开内部上拉电阻。软件设计方法，先分析一下蜂鸣器。所使用的蜂鸣器的工作频率是2000Hz，也就是说蜂鸣器的驱动信号波形周期是500s，由于是1/2duty 的信号，所以一个周期内的高电平和低电平的时间宽度都为250s。软件设计上，我们将根据两种驱动方式来进行说明。第一种是采用PWM 输出口直接驱动蜂鸣器方式由于PWM 只控制固定频率的蜂鸣器，所以可以在程序的系统初始化时就对PWM 的输出波形进行设置。首先根据SH69P43 的PWM 输出的周期宽度是10 位数据来选择PWM 时钟。系统使用4MHz 的晶振作为主振荡器，一个tosc 的时间就是0.25s，若是将PWM 的时钟设置为tosc 的话， 则蜂鸣器要求的波形周期500s 的计数值为500s/0.25s=（2000）10=（7D0）16，7D0H 为11 位的数据，而SH69P43 的PWM输出周期宽度只是10 位数据，所以选择PWM 的时钟为tosc 是不能实现蜂鸣器所要的驱动波形的。这里我们将PWM 的时钟设置为4tosc，这样一个PWM 的时钟周期就是1s 了，由此可以算出500s 对应的计数值为500s/1s=（500）10=（1F4）16，即分别在周期寄存器的高2 位、中4 位和低4 位三个寄存器中填入1、F 和4，就完成了对输出周期的设置。再来设置占空比寄存器，在PWM 输出中占空比的实现是通过设定一个周期内电平的宽度来实现的。当输出模式选择为普通模式时，占空比寄存器是用来设置高电平的宽度。250s 的宽度计数值为250s/1s=（250）10=（0FA）16。只需要在占空比寄存器的高2 位、中4 位和低4 位中分别填入0、F 和A 就可以完成对占空比的设置了，设置占空比为1/2duty。以后只需要打开PWM 输出，PWM 输出口自然就能输出频率为2000Hz、占空比为1/2duty 的方波。第二种是采用I/O 口定时翻转电平驱动蜂鸣器方式使用I/O 口定时翻转电平驱动蜂鸣器方式的设置比较简单，只需要对波形分析一下。由于驱动的信号刚好为周期500s，占空比为1/2duty 的方波，只需要每250s 进行一次电平翻转，就可以得到驱动蜂鸣器的方波信号。在程序上，可以使用TIMER0 来定时，将TIMER0 的预分频设置为/1，选择TIMER0 的始终为系统时钟(主振荡器时钟/4)，在TIMER0 的载入/计数寄存器的高4 位和低4 位分别写入00H 和06H，就能将TIMER0 的中断设置为250s。当需要I/O 口驱动的蜂鸣器鸣叫时，只需要在进入TIMER0 中断的时候对该I/O 口的电平进行翻转一次，直到蜂鸣器不需要鸣叫的时候，将I/O 口的电平设置为低电平即可。不鸣叫时将I/O 口的输出电平设置为低电平是为了防止漏电。3.2.5灯光控制电路如下图3.7 所示的是继电器的原理图.图 3.7 继电器原理图图中继电器的左边的 I/O引脚是数据控制端，当其中输入的电平值达到所需的3V-5V时就会驱动电磁线圈吸引开关K偏向常开引脚，就会使得继电器的高电压端闭合电路，使得家中的电器开始工作，output端就是电器的工作点。在本次的设计中，灯光设计就是在利用继电器的低电压控制高电压的电路，当在控制端驱动GPIO口输出信号控制信号，实现控制继电器的工作。3.2.6步进电机电路步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：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（及步进角）。可以通过控制脉冲个来控制角位移量，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28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC5VDC12V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。下图是步进电机的原理图。图 3.8 步进电机原理图图3.8中步进电机28BYJ48是四相八拍电机，电压为DC5VDC12V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。）。下表是步进电机(4-1-2相)的驱动方式。表 3.1 步进电机(4-1-2相)的驱动方式导线颜色123456786 红4 橙3 黄2 粉1 蓝由表3.1中的数据可知，逆序与顺序刚好相反，所以可以定义旋转相序Unsigned charcodeCCW8=0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01,0x09;/逆时钟旋转相序表Unsigned charcodeCW8=0x09,0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08;/正时钟旋转相序表表3.2 步进电机的主要参数电机型号电压V相数相电阻10%步距角度减速比起动转矩100 P.P.S g.m起动频率 P.P.S定位转矩g.cm摩擦转矩g.cm嘈声dB绝缘电强度28BYJ-48543005.625/641:6430055030035600VAC1S由表3.2中的主要参数可知，步进电机的电压是5V，在开发板向外供电端口的电压中包括1.8V、3.3V和5V，正好满足了驱动步进电机的条，因此步进电机电源可直接连接开发板的向外供电端口，数据引脚直接连接4个通用的GPIO数据端，这样处理器可以直接控制步进电机的转动。3.2.7 温度采集电路DS-18B20数字温度传感器具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。应用范围广泛，适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域，轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制和汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。下图是DS-18B20的封装图 3.9。图 3.9 温度传感器DS-18B20的封装图图中DS18B20引脚定义：I/O为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地） DS18B20的主要特性：(1) 电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；(2) DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；(3) 多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温1.4、DS18B20在使用中不需要任何外围元件；(4) 温范围55125，在-10+85时精度为0.5；(5) 可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温；(6) 在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快；(7) 测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；(8) 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。本次的电路设计中只是驱动一个IO引脚进行数据的读取，在防止数据的稳定时应该在数据的输入端连接一个电阻防止数据的变换。3.2.8 显示电路本次设计所用的开发板是Tiny4412 SDK18带有三个LCD接口其中一个是45pin(LCD1)，可连接电容触摸屏。LCD接口座中包含了常见的LCD大部分所用的控制信号(行场扫描、时钟和使能)，和完整的RGB数据信号(RGB输出8:8:8,即最高可支持1600万色的LCD)，其中LCD_PWR是背光控制信号。下图是LCD屏的部分引脚图3.10。图 3.10 LCD屏的部分引脚图本次的设计中LCD屏幕的驱动在内核中已经实现，我们只需在程序中调用LCD的设备，LCD在系统中注册了