毕业设计（论文）-多功能家用电子保姆的设计.doc

安徽理工大学毕业设计（论文）本科毕业设计说明书多功能家用电子保姆的设计学院（部）： 电气与信息工程学院专业班级： 自动化09-5班 学生姓名： 指导教师： 年 月 日 摘要随着节奏加快的现代化生活，电子保姆机对于越来越多的家庭的需求越来越大，假若能有一个智能性很高的家用电子保姆机被设计出来，这将对人类的生活产生极大的便利。目前市场上销售的家用电子保姆机大多为机械式，不但功能单一，只能进行定时控制家用电器的通断电。 本文利用单片机设计的家用电子保姆机具有多功能性。不仅能控制家用电器定时工作，还附加时间、闹铃、环境温度显示等功能。本论文介绍了保姆机的研究背景，确定了单片机设计方案。本设计以AT89C51单片机为核心，通过继电器控制家用电器定时工作，利用DS1302实时时钟日历芯片完成时钟/日历的基本功能，同时利用AD590温度传感器测量环境温度，并通过数码管进行时间和温度的显示。实现了电子保姆机的基本功能。该电子保姆机可以应用于生活和工作中，也可通过改装，提高性能，增加新功能，从而给人们的生活和工作带来更多的方便。关键词：保姆机；单片机；温度传感器；继电器AbstractWith the rhythm of accelerate the the modernization of life, the electronic nanny machine For an increasing and more families the demand for more and more big, if able to have a intelligent Xing very high household electronic nanny machine been designed come out, which would have human life generate extremely big is convenient. Currently on the market sales ofs household electronic nanny machine are mostly for the mechanical-style, not only single function, can only carry on timing control household appliancess-pass powered down.This paper, using microcontroller the design of household electronic nanny machine has the multifunction Xing. Not only able to control the household appliances timed work, but also append time, alarm, ambient temperature display and other functions.In this thesis, introduces the nanny machine the research background, determine the of the microcontroller design scheme. The design AT89C51 microcontroller as the core, through the relay control appliances work irregular use DS1302 real time clock calendar chip complete clock / calendar of the basic functions, while taking advantage of AD590 temperature sensor measures the ambient temperature, and through digital tube time and temperature display. Realization of the electronic nanny machines basic functions.The electronic nanny machine can be applied life and work, but also through modifications to improve performance, add new features, giving the peoples life and work more convenient.Keywords: Nanny machine; SCM; temperature sensor; relayAbstract目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 家用电子保姆的概述11.2 多功能电子保姆机研究的背景和意义11.3 电子保姆机的功能21.4本课题主要完成的任务包括：32 多功能家用电子保姆的总体方案设计42.1系统的功能和要求：42.2 系统的技术要求：42.3 系统组成及总体方案设计：52.4系统硬件的整体架构：52.5 系统软件整体架构：63 系统的硬件设计83.1 单片机的选择：83.1.1 AT89C51单片机93.1.2 AT89C51单片机的基本结构93.1.3 单片机管脚说明103.1.4 单片机的特性简介123.2时钟日历芯片DS1302123.2.1 DS1302简介133.2.2 DS1302引脚说明133.2.3 DS1302控制字和读写时序说明143.2.4 DS1302片内寄存器153.3 环境温度传感器的选择：173.4 A/D转换芯片ADC0809193.5显示电路223.6按键电路设计243.6 单片机外围接口电路253.6.1晶振电路253.6.2 复位电路263.7 信号处理电路273.8蜂鸣报警系统283.10温度报警电路设计304 多功能家用电子保姆的软件设计314.1 主程序设计314.2 子程序设计334.2.1 实时时钟日历子程序设计334.2.2 显示子程序设计334.2.3 闹铃控制子程序设计344.2.5 继电器子程序设计355 结论366 致谢37参考文献38附录41- IV -1 绪论1.1 家用电子保姆的概述家用电子保姆机是一个现代化程度很高的产物，电子保姆机最核心的东西就是一个智能芯片，这个类似于计算机中央处理器的芯片藏有电子保姆机一切能力的程序。家用电子保姆机根据研发者为其开发的程序来指挥电子保姆机，执行各种动作。与此同时，设计人员还在系统的很多地方设置了例如传感芯片、信息接受发送部件等用来发送和接受的东西，使用户和家用电子保姆机之间的沟通更加的便利。1.2 多功能电子保姆机研究的背景和意义20世纪末，信息科学开始了高速前进。与此同时，现代科技进入了社会的各行各业，极大的推动和提高了社会现代化的发展与信息的现代化，同时也让当代科技实物的性能更好的发展，科技实体的变化的也日益加快。 人类对家用电子保姆机的依赖越来越突出，烦累的工作让人显得烦躁和懒惰，烦忙的生活以及巨大的压力使得人类变得压抑从而经常忘记什么时候该干什么事，使人类总喜欢享受一下既有的舒适生活，希望下班后什么不做就可以吃到可口的食物洗个热水澡等等。此时家用电子保姆机就发挥了很大的作用，举个例子比如不在家时，想回到家就能有热水洗澡，如果一直开着热水器这样浪费不安全假如有了多功能家用电子保姆机，所有的家用电器就可以按照主人的要求定时控制。家用电子保姆机的最重要核心就时钟芯片。要知道当前时间，时钟当然是一个很好的选择，不过，在繁忙的生活当中，我们还需要一个能及时提醒我们时间伙伴。所以说这个计时器一定要有一个定时装置，能时刻提醒容易忘记时间的我们。 早期可以定时报时的时钟是机械式钟表，但这种钟表受到各种限制，在功能、性能以及造价上都没办法与家用电子保姆机相比。这些年，各种系列的单片机已很快的加入到人类工作生活的各个方面。根据社会的不同需求各种系列的单片机随之被开发出来。单片机是一个微型的计算机系统。由于它功能齐全，体积小，成本低，因此它可以应用到各种系统中去，同样，为了满足社会发展的需要它也可以更大程度的应用于预警技术领域，使各类预警装置的功能更加完善，性能增强。另外，实时收集处理显示温度的智能系统使用也日益广泛，比如冰箱显示器上当前箱内的温度的显示、太阳能的水温的显示等等。各行各业得到生产上也有很多场合需要收集处理和显示环境温度。1.3 电子保姆机的功能利用电子时钟精确计时定时是家用电子保姆机的显著特色之一，控制电器定时开关是继电器的工作。拥有时间精确、体积小、界面友好、可扩展性能强等特点，可广泛应用于生活和工作当中。本设计的家用电子保姆机要实现的目的有：(1)随时控制家用电器的工作；(2)能显示实时时间；(3)有日历月历功能；(4)要有定时的闹铃功能；(5)要有环境温度收集处理显示功能；(6)要有高温低温的报警功能。1.4本课题主要完成的任务包括：(l)对控制器进行整体规划和结构设计。(2)硬件部分：以AT89C51单片机为核心部件，包括各种传感器的选择，采集信号和处理电路设计，时钟电路以及报警电路设计。(3)软件部分：包括单片机控制程序以及各个控制子程序。2 多功能家用电子保姆的总体方案设计通过扩展电子时钟的功能来形成家用电子保姆机，其重要的核心芯片就是单片机及数字化的电子钟。继电器控制家用电器何时工作何时关闭是通过读取电子钟的时间和设定时间相比较而得出的动作方案。家用电子保姆机不当可以通过纯硬件实现，还可以通过软硬件结合实现，其实现方案有多种，通常有：FPGA设计方案、NE555时基电路设计方案、单片机设计方案。本课题采用基于单片机为核心的设计方案，下面分别对系统功能要求、系统技术要求及系统实现方案总体阐述。2.1系统的功能和要求：本系统主要研究以下几个功能：（1）定时启动功能：由主人自行设定在某个时刻定时器控制家用电器开始工作。同时控制各个家用电器的工作时间和强度，为主人服务。（2）时间显示功能：具有时间显示功能。（3）环境温度采集显示功能和温度报警功能：能时刻采集周围环境温度，分析处理，控制家用电器随温度改变而工作，同时在温度过高或过低时预警发出报警声。（4）具有闹铃功能：在定时器控制电器工作一段时间后可以根据需要进行闹铃从而提醒主人时间。2.2 系统的技术要求：在了解本系统的工作原理和功能目的之后，我们就可以知道系统的技术要求。本设计使用了单片机处理器成本均比较低，适合批量生产和各类工程的需要。对于整个系统而言，为了提高市场竞争力，要求该系统应符合体小质轻能耗低性能可靠和价格便宜等技术要求。具体参数和指标如下：(1)小体积：本设计的体积要求尽量最小，这样可以节省空间，对于以后的安装和更换更加便利。(2)低功耗：本设计使用干电池供电，电池电量有限。(3)高可靠性:不确定本设计的工做环境，所以可能有各种各样的干扰，为了保证系统长时间可靠地工作选择的部件应该具有抗干扰能力。2.3 系统组成及总体方案设计：本多功能家用电子保姆主要由传感器、单片机、数据采集电路，控制电路、蜂鸣报警电路、编码解码电路和显示电路等组成。设计的关键在于传感器电路的设计以及控制部分的程序设计。系统组成结构如下图2.1所示：图2.1 系统组成结构图2.4系统硬件的整体架构：图2.2 硬件结构图单片机是整个系统的核心，系统的工作原理是：先通过AD590传感器将现场温度等非电信号转化为电信号输入放大器，同时时钟电路工作，调理电路将传感器输出的电信号进行调理(放大、滤波等)，使之满足A /D转换的要求 ,最后由ADC0809的转换电路 ,将其转换成数字量，然后通过单片机判断现场是否需要调整。2.5 系统软件整体架构：本设计使用了智能模块化的程序设计结构是为了更好的便于系统维护和功能扩充，本系统每个结构的具体功能都是通过子程序调用来实现的。本系统主要包括数据采集子程序、单片机动作判断与报警子程序、电路处理子程序以及几点控制电器子程序等，系统程序流程图如图2.3所示。每次数据采集后根据得到的数据对现场情况进行判断，然后主程序是一个无限循环体，其流程是：首先在上电之后系统的各部分包括单片机各个端口输入输出的设置、外围驱动电路和数据存储电路等完成初始化，其次是对芯片内的程序进行初始化，接下来执行系统中的数据采集任务，数据通信任务和查询判断任务。图2.3 系统软件结构图3 系统的硬件设计本设计核心芯片使用AT89C51单片机，采集处理DS1302和AD590的数据，单片机控制继电电路的工作从而控制家用电器的工作， 图3.1系统硬件结构图扫描按键用于显示时间温度。继电电路控制着所有电器的使用，本设计的家用电子保姆机还要有响铃的效果。3.1 单片机的选择：只有一个芯片构成的计算机系统叫做单片机。单片机含了中央处理器、rom、ram、定时计数七和一些输入输出接口。本设计选择AT89C51单片机。3.1.1 AT89C51单片机80C51系列单片机品种较多，目前已呗广泛使用，根据各行各业的使用情况汇总表明其构造合理技术先进，适合使用，很多厂商都致力于研发新的功能使得单片机的意义更加的重大，使用更加的广泛。由于80C51的基础性好，所以，本次设计选择80C51单片机。3.1.2 AT89C51单片机的基本结构80C51型号的单片机是一款拥有4k bty的EProm的低压高能的CMOS八位微型处理器。单片机的EProm可以重覆使用一千多次。这个单片机器件使用了atmel的高新技术设计而成。这些都与通用的指令系统以及各个引脚相兼容。因为将功能强大的八位处理器及EProm整合在一起，此单片机成为一款高能低耗的微控制器。 1该款单片机的主要的特性有以下几点： （1）本款单片机能和MCS-51系列的单片机 兼容 （2）拥有最大4K字节EProm （3）其最大的使用次数为一千次 （4）数据信息储存时间为十年 3.1.3 单片机管脚说明图3.2 AT89C51单片机封装和引脚VCC：供电电压。 GND：接地。 各接口说明表：P3口也可作为AT80C51的一些特殊功能口，如下表所示：表3-1 AT89C51的初始态3.1.4 单片机的特性简介单片机的特性比较完美，各种系列型号的单片机结构基本相同，主要差别在存储器的配置上有一定的不同。51内部有4k的rom。3.2时钟日历芯片DS1302DS1303是我们在日常生活中经常使用的时钟芯片之一，同时还有其他各种时钟芯片可供选择，各芯片的功能结构都差不多，只是配置不同所使用的场合也不太相同。 DS12887与DS1216内部都含有自带的电池以供特殊时候使用； 总体来说DS1302比较符合本设计的需求，故选择DS1302。3.2.1 DS1302简介美国达拉斯科技公司设计研发的时钟芯片DS1302是一种现代意义上的高能低耗的产品。拥有三十一bit的静态数据存储器，使用串行数据接口技术与中央处理器之间完成实时信息交流，同时可以使用突发方式同时传输数个字节的时钟信号和数据存储器的数据。3.2.2 DS1302引脚说明图3.3 DS1302引脚其的引脚功能参照表3.2。表3.2 DS1302引脚功能说明3.2.3 DS1302控制字和读写时序说明时钟芯片的读写时序直接影响编程的好坏，串行外设接口总线的驱动方式是DS1302时钟芯片电路。时钟芯片不仅要向一些寄存器送入规定的控制字，还需要读取相应寄存器的数据。表3.3 DS1302控制字（即地址及命令字节）DS1302的工作方式和传送规则是由控制字来控制的。每次数据的传输都是由控制字开始。控制字各位的含义和作用如下：1.BIT7：控制字的最高有效位，必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。2.BIT 6：如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；3.BIT 5至BIT 1（A4A0）：用A4A0表示片内各个寄存器和数据存储器的地址。其定义如下：当BIT 6位=0时，规定时钟和别的寄存器的地址。A4-A0=06，顺序为s、min、h、day、month、week、year的寄存器。当a4-A0=7，为芯片写保护寄存器地址。当a4-A0=8，定义何时的寄存器来存放慢速充电的参数。当a4-A0=31，定义合适的寄存器来存放时钟多字节方式格式。当BIT 6=1时，定义数据存储器的地址，a4-A0=030，对应各子地址的数据存储器，地址31对应的是数据存储器的多字节方式选择寄存器。4.BIT 0（最低有效位）：=0，则芯片执行写操作，=1则芯片开始执行读操作。DS1302时钟芯片的控制字一定是从最后一位往外传送。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从最低位（0位）开始。同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。图3.4 DS1302数据读写时序在DS1302的数据读写过程中有2中方法，一种是每次只输出或输入一个字节的动作方法叫做单字节动作方法。一种是每次的动作都伴随着多个字节的输入输出的这种动作方法叫做多字节动作方法。任何时候在对时钟寄存器进行输入动作时基本都会执行多字节动作，同时一定要依据数据发送接收的顺序输入八个寄存器中。不过在用多字节的方法编写数据存储器的时候，不需要写出全部字节。但是无论写了多少都会全部发送到数据存储器。为了启动数据的传输，rst管脚所发出的信号必须由低电平变成高电平，当将RST的驱动至逻辑1的状态时，SCLK必须为逻辑0，数据在SCLK的上升沿串行输入。无论是读周期还是写周期，也无论送方式是单个字节的输出还是多个字节的输出，都要通过控制字指定40字节中的某个被执行动作。动作执行前期的八个时钟周期内把命令字（具有地址和控制信息的八位数据）加载到移位寄存器过后，别的时钟电路于读操作时输出数据，于写操作时输入数据，所有的数据在时钟的下降沿变化。所有写入或读出操作都是先向芯片发送一个命令字节。对于单字节操作，包括命令字节在内，每次为二个字节，需要十六个时钟；对于时钟多字节模式操作，每次为七个字节，需要七十二个时钟；而对于数据存储器多字节模式操作，每次则为三十二字节，需要多达二百五十六个时钟。这里仅给出单字节读写时序，如图3.3。多字节操作方式与其类似，只是后面跟的字节数不止一个。3.2.4 DS1302片内寄存器表3.4 DS1302有关日历、时间的寄存器根据控制字对时钟芯片内各个寄存器进行寻址过后，即可就所选中寄存器的各位进行操作。片内各寄存器及各位的功能定义如表3.4。时钟总芯片共有十二个寄存器：与日/月历、时间的寄存器共有十个，其中的七个写/读寄存器包含时钟/日历在内，这七个寄存器分别是s、min、h、day、week、month、years。小时寄存器（85H、84H）的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还是24小时模式。当为12小时制式时，位5为“0”表示AM；为“1”表示PM。在24小时制式下，位5是第二个10小时位（2023时）。 秒寄存器（81H、80H）的第七位规定是这个时钟的暂停位（CH）检测到这个位置=1的时候，时钟振荡器就会停止工作，时钟芯片就处在低能耗的状态；当检测到此位=0的时候，这时候时钟电路开始执行动作。大部分时候在设定时钟时，是应该关闭它的工作，在设置完成以后，再启动它的动作。控制寄存器（8FH、8EH）的第七位的作用是写保护位（WP），另外的七位均设定成0。在任何片内时钟/日历寄存器和数据存储器，在进行写操作之前，WP位一定要设定为0，否则是不允许被写入。当WP位检测到是1时，写保护位会屏蔽系统对其中任何一个寄存器的写操作动作的执行。所以使用设定写保护位，就可以很有效的提高数据的安全性。另外，还有慢速充电控制寄存器和RAM寄存器如表3.5。表3.5充电控制寄存器和RAM寄存器各位定义慢速充电的寄存器执行对DS1302的慢速充电特性的控制。其寄存器的BIT4-BIT7（TCS）定义了该系统是否拥有充电的可能和依据。只有在编码为1010的条件下才可以进行充电动作，而别的编码组合是不可以进行充电动作的。BIT3与BIT2是可以选择在VCC2和VCC1之间是一个还是两个二极管串入其中。如果它的控制编码DS=01，则选择1个二极管；如果它的控制编码=10，则会选择2个二极管；而其他的编码是不被同意执行充电的动作。该寄存器的BIT0和BIT1是使用于确定与二极管之间相串联的电阻的值R。其中编码RS=01为2 K，RS=10为4 K，RS=11为8 K，而RS=00是不被同意执行充电动作的。因此，根据慢速充电寄存器的不同编码可得到不同的充电电流。其具体计算如公式3.1： I充电=（V0-VD-VE）/R （3.1）式中：V0所接入的正的5.0V工作电压；VD二极管压降，一个按正的0.7V计算；R慢速充电控制寄存器0和1位编码决定的电阻值；VEVCC1脚所接入的电池电压。数据存储器寄存器进行动作的寻址空间在任何一次排列的三十一字节静态RAM都能背用户使用，备用电源位RAM提供了掉电保护功能。寄存器和数据存储器的操作通过命令字节的BIT6加以区别。当BIT6为“0”时对RAM区进行寻址；否则将对时钟/日历寄存器寻址。其操作方法与前述相同。3.3 环境温度传感器的选择：在日常生活生产中很多时候都会要使用到温度检测采集及处理控制电路，以前使用的测量温度的元件有热电偶和热电阻两种，但是热电偶和热电阻所测出的数据一般都是显示电压值，必须将其转换成对应的二进制温度码值，这样就需要很多的硬件和软件设备，这样的硬件电路图比较复杂，软件的设计和测试同样比较复杂，研发的成本高。另外，采集环境的温度也可应用IC化的温度传感器。常用的此类温度传感器有AD590。AD590测量到不同温度之后，将对应温度转化为线性电流输出，为1A/K，正比于热力学温度；宽量程，为-55+150；精度高，激光校准精度到0.5；电源范围宽：+4+30V。AD590优点很多，但是由于它只能将采集来的温度转化为电流输出，所以在实际应用中，需要先将AD590输出的电流转化为电压，再利用A/D转换器件进行模/数转换，将模拟量转化为数字量，最后送入单片机中。AD590是美国模拟器件公司研发的一款温度传感器。电路如图3-1所示。因为AD590是电 流型温 度传 感器，所以它的输出值同绝对值温度是成正比的，而ADC0809 需要的是作为电压值的模拟量的输入，因此需要在AD590 的-极连入1个1k的电阻R和一个100的可调电阻W ，这时就可以将原来测的的电流值转换为电压值输入ADC0809。AD590有以下特点：(1)、AD590的测温范围负的五十度到正的一百五十度。(2)、AD590的所使用的电源电压范围是四伏到三十伏。(3)、芯片的可输 出的电阻为710M；(4)、精度高。使用AD590在测量各种不同规则的温度时所具体使用的电路，广泛被使用到了各种现场。因为AD590的精确度较高、价格便宜、无需辅助使用的电源、同时线性度好。为了防止由于室内外的温差过大而导致通风时设备物品的表面产生结露的现象，此时就一定要严格的控制本设计温度差异的数值的精确度。过去的的测量温度差值的方式是对两个点的温度数值分别进行一系列的数据处理（调理电路、A/D、运算处理）然后求出准确的差值，此方法所得温差精度低。室内外的温度差值的测量可采用图3所示电路，利用温差值直接与设定值相比较，既能保证较高的精度，又简化了系统的软件设计，提高了系统的可靠性。图3.5 AD590温度传感器3.4 A/D转换芯片ADC0809由AD590温度传感器所检测到的温度是以电压为信号源的模拟信号，而单片机只能接收数质量的信号，所以其输出的信号是不能被单片机直接接收的，中间必须要有一个能进行数模转换的装置，此时我们就得用到ADC0809这个芯片了。通常我们使用的此类数模转换器都是有八位八通道的结构的，此转换器的in1接口连接AD590的信号输出端，而它的连接信道的宣统地址则是由单片机通过译码器来完成提供的。在p2.7等于0的时候，其和写信号WR一起连接转换器。其中地址锁存信号与st信号相互连在一起，其地址信号是在WR信号的前沿加载进入的，而在它的后沿时刻开始执行启动转换动作。图中模数转换动作结束的状态信号EOC接到AT89C51的INT1引脚，当A/D转换动作执行结束完成后，EOC变为1，定义为此次转换动作的结束，产生中断。在中断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。由于转换器片内无时钟，故利用8051提供的地址锁存使能信号ALE经D触发器二分频后获得时钟。因为ALE信号的频率是单片机时钟频率的1/6，如果时钟频率为6MHZ，则ALE信号的频率为1MHZ，经二分频后为五百千赫兹，与转换器的典型值吻合。通常所用的ad数模转换电路一般都使用了常见的的八位八通道数模转换使用的专用芯片ADC0809，其由八路的模拟器件开头、地址锁存与译码器、八位的A/D转换器组成，在日常的单片机执行处理的控制系统中，大部分的检测收集到的信息都是模拟量无法被单片机所接收，此时就需要数模转换器来执行数据转换处理任务，将最终的数字量输入到单片机中供其使用。当前市场上品种繁多的ad转换器中各有各的特色，无论是速度精度还是时间及准确度它们都有自己的优势，本作者经过各个方面的研究决定使用美国国家半导体公司研发的A/D转换器。通常所用的ad数模转换电路一般都使用了常见的的八位八通道数模转换使用的专用芯片ADC0809，其由八路的模拟器件开头、地址锁存与译码器、八位的A/D转换器组成，在日常的单片机执行处理的控制系统中，大部分的检测收集到的信息都是模拟量无法被单片机所接收，此时就需要数模转换器来执行数据转换处理任务，将最终的数字量输入到单片机中供其使用。芯片引脚图如图所示, 内部的结构如图所示。图3.6 芯片的引脚图3.7 芯片的内部结构图表3.7 通道选择表2信号引脚ADC0809芯片28脚双列直插式封装，其引脚排列如图9.8所示。信号引脚ADC0809的主要特征描述如下（1）IN7IN0信 号的模 拟数 值接 入口；（2）ALE地址的锁 存通行状态，当ALE为上升边沿时，A、B、C三个地 址状态输入地址锁 存器中；（3）START转换动作执行信号，当他为上 升沿时，复位转换器；当时下降沿时就执行动作芯片，开始执行数模转换；在数模执行转换动作的期间，其必须维持低电平；（4）A、B、C地址总线，接入信道的端口，A为低地址，C为高地址； （5）CLK时钟周期信号，由于数模转换器的内部并不存在时钟电路，所以其要使用的时钟信号必须从外界来提供；（6） EOC转换动作执行的结束信号，当某时刻EOC等于0时,转换的动作开始执行，当某时刻EOC等于1时,转换的动作执行结束状态；（7）D7D0系统数据执行的输出总线线，此为为三态数据的缓冲发送形式，可以和单片机的数据总线直接连接； 单片机与ADC0809的连接图3.8 单片机与ADC0809的连接（1）定时传送方式 ，对于任何一种数模转换器来说，其执行转换所需的时间被视为一项技术指标是通用的和被认可的。 （2）查询方式 ，AD数据转换装置由定义已经转换结束的显示信号，（3）中断方式 ，把定义转换结束的信号（EOC）视为中 断的请 求信号， 无论设计以上热河一中方案，当判定执行转换的动作结束后，就可以使用指令形式来发送数据。3.5显示电路若干个LED发光二极管组合而成的用来显示字符的显示装置叫做数码管。1、LED数码显示器有两种连接方法：（1）共 阳极接法：若干个阳极连接在一起的二极 管的从而形成的公共阳极，公共端可以接+6V在执行的时候。（2）共 阴极接法：若干个阴极连接在一起的二极 管的从而形成的公共阴极，公共端可以接地在执行的时候， 为了字符的更好的显示,同时显示器的输出要显示出代码，总共八段包括组成一个七段的八字形字 符和一个小数位, ,所以可以提供给数码管用来显示段码的长度为1个byte。各段码位的对应关系如下：表3.8 数字、字母与7段代码关系表2、51单片机与LED数码馆有以硬件为主和以软件连接的2种接口方式。硬件接口方试：数码管与译码器相连，通过硬件来译码。软件接口方试:它是以软件查表方式来代替硬件译码,不但省去了译码器,而且还能显示更多的字符。但是驱动器是必不可少的,因为仅靠接口提供不了大的电流供显示器使用。 对于以软件为主的接口电路来说,其显示方法有静态显示和动态显示两种。 动态显示：为了同时显示不同数字, 原理图上这是不可能的。因此只能用人眼的视觉残留效果来实现,具体方式是应用动态的扫描方式,为此,一般采用查表的方法,由待显示的字符通过查表得到其对应的显示段码。这种方式耗电少、硬件成本低，但需占用较多的 CPU 时间，故在工业控制中应用较少。静态显示：所谓静态显示,就是在同一时刻只显示1种字符,或者说被显示的字符在同一时刻是稳定不变的。其显示方法比较简单,就是利用锁存器将各显示单元锁定，直到更新显示内容为止。它的优点是软件不必动态扫描，送出段码后可锁存，直到需更改显示字符，软件简单，占用 CPU 时间较少，工作可靠，同时由于始终保持显示而亮度较好。由于本系统需要对控制信号进行实时操作，故采用静态显示方式以减少 CPU的负担。图3.9 数码管显示电路图3.6按键电路设计在需要很多的键盘的时候我们一般使用矩阵式的按键键盘，它的构造是有两列线组成：行线、列线。也称行列式键盘，在行列重合处安置按键即可，其结构如图所示。图3.10 AT89C51时钟及按键电路3.6 单片机外围接口电路3.6.1晶振电路电子时钟晶振电路为单片机工作提供时钟信号，芯片中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振荡器一起构成自激振荡器。电路中的外接石英晶体及电容C2、C3接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路，系统的晶振电路如图3.3所示。由于外接电容C2、C3的容量大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器的稳定性。3.6.2 复位电路图3.11 80C51晶振和复位电路原理图因为有安全和可靠性要求，在电源稳定后还要经一定的延时才能撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位。单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。8051单片机的复位电路有上电复位和手动按钮复位两种形式，RST/VPD端的高电平直接由上电瞬间产生高电平则为上电复位；若通过按钮产生高电平复位信号称为手动按钮复位。上图为兼有上电复位与按钮复位的电路。图中，上电瞬间RST端的电位与Vcc相同，随着电容充电电流的减小，+5V立即加到了RST/VPD端，该高电平使8051复位。若运行过程中，需要程序从头开始执行，这只需按图2-4中的按钮即可。按下按钮则直接把+5V加到了RST/VPD端从而复位，这称为手动复位。3.7 信号处理电路在系统中对于任何传感器采集处理后输出的模拟信号，基本上是需要使用运算放大器来让它的信号执行处理和规则性缩放的动作，原因是AD转换器对于采集到的模拟量的幅值和其极性有严格的要求所以必须用此满足。在本设计系统电路中，同样要对温度传感器的输出电信号执行放大转换调理原因是AD590输出的是模拟量为不是数字量。电路图如下图所示，把运算放大器接成电压放大电路。从传感器采集过来的微弱电压信号，经过电压放大器的放大，得到较强的模拟电压信号。采样时，把相应的模拟电压信号从Vi端送进LM324A进行放大处理后，从Vo端输出送入A/D转换电路。图3.12 -信号处理电路3.8蜂鸣报警系统图3.13P0口接收从数模转换器输出的数字信号，系统在选择读取P0口的内容后处理带你路开始执行动做，然后系统将处理的数值跟之前初始化时设定的数值之间进行比较并且判定，如果测定的数值大于预定的数值，则P2.1口的输出电平为低电平，此时单片机发出信号控制语音芯片ISD1420的发出例如高温的语音报警蜂鸣声。 如果测定的数值小于预定的数值，则P2.1口输出的电平是高电平，此时显示一切工作正常，没有任何险情发生。3.9数据采集电路在本设计中的AD数模转换器使用的是较为流行的的八段数模转换器ADC0809，该芯片的若干个主要的引脚功能如下：地址的锁存被定义为允许的地址数据输入线是ALE，有效电平是高电平。某一时刻在ALE的输出电平是高电平时，此时地址锁存和地址译码器会将该3条线的地址状态信号执行地址锁存动作。在通过译码后的被系统选定的借口信道的模拟数值加载进入转换器执行转换动作。a、b、c是作为地址信号的输入总线，执行选择各路中某一路的模拟输入的数值，通道选择如表所示。Start作为执行转换动作的执行信号，在其处于上升沿状态时全部的寄存器都会初始化写入0，在其处于下降沿时就开始执行数据的模拟转换。在本设计中AD转换芯片使用的是ADC0809，该芯片的工作时钟信号频率为五百千赫兹，由于其内部没有时钟电路，时钟信号由外部AT89C51的ALE端口提供。系统AT89C51与ADC0809接口电路如图3-12所示。图3.14在单片机的地址锁存端口不进行外部存储器的访问时，AT89C51的地址锁存端口输出固定的整的脉冲信号波其频率是时钟震动的六分之一频率，所以芯片的晶体震荡频率预制为十二兆赫兹，然后由2分频电路的处理，该单片机就可以向ADC0809送入固定为五百千赫兹的时钟震荡信号。2分频电路执行的动作是由D触发器的输入信号来实现，R端和S端都接地，D接非q，q端用作输出的端口， AT89C51的ALED端口用来接clk。其中D触发器的特性方程为 （3-5）因为在CP等于1的时候，其会接收有效的执行动作信号；而当CP等于0的时候，其会维持原有的状态不变。所以其能执行对ALE端口输入过来的信号的2分频处理。由于本系统会进行温度的采集、信号的处理，经过处理调试的温度等模拟量信号会分别进入数模转换器的IN-0和IN-1两个端口，剩下的各个输入管脚进行接地处理，单片机的p0口用来连接八个数字量输出管脚脚。同时单片机的P0口接受ADC0809转换后写入的八位数字量，在向AD进行输出使用的八位地址总线信号在经地址锁存器锁存过后，会执行选择最低三位地址线路来用作为A/D的通道允许接通的信道地址。ADC0809通道选通如表3-1。表3-1 ADC0809通道选通本作者的设计使用了74LS373来作为系统的地址锁存器，在三个态状态执行同意控制端OE输出电平为低电平时，其输出端O0-O7显示为默认的逻辑状态信号，这时其可以用来作为驱动负载的电路设计。在控制端输出电平为高电平时，O0-O7显示为高阻态，同时不能驱动总线或者负载中的任意一个，不过此时锁存器的内部的逻辑动作的执行却不受此影响。图中OE接地使用，这显示该三态门是没有关闭过的。此时锁存地址的允许端输出电平为高电平时，线路的输出端O0-O7的状态与输 入端d0-d7的状态是一样的；当允许端由一变为零时，数据信号执行动作从而输入到锁存器中。LE端接至AT89C51单片机的地址锁存允许ale端。在P2.0等于0时，其和写信号WR0一起使用ADC0809的通道。图中ALE信号与start接线连在一起，在写信号的触发前沿时开始执行动作写入该地址的信号，然后在其之后后信号沿开始执行转换动作。当地址锁存端口跳变为高电平时，将地址锁存器的输出端口的最低的三位地址想、输入AD的ALE中，此时该地址是通过译码来选定的八路的模拟输入量之一写入到比较器中进行比较处理。Start将会在上升沿的时候对数模转换器进行初始化动作从而将内部的寄存器进行清零动作，而此时在下降沿时开始执行 A/D转换的动作，最后EOC端条百年为低电平，说明数模转换正在执行当中。ADC0809所执行的转换动作完成后其状态信号EOC会连到单片机的INT1管脚，当AD转换器的转换指令结束后，状态信号会条变成高电平，此时说明转换动作结束，执行完结后的数据已经输送到锁存器中,同时开始发生终端行为。当AT89C51确定转换器的转换动作结束后，P2.0与rd会在一起被ad的oe端口控制条变成高电平，此时其输出三态门结束关闭开始打开，转换动作结束后的结果的数字量写入到ATC89C51单片机上。3.10温度报警电路设计 本作者的设计中高低温度的报警电路采用发光二极管进行发光以及蜂鸣器产生铃声来报警的，当检测到当前的温度超过获低于预定程序设定的数值时，端口会激发输出高电平信号，从而使发光二极管导通开始闪烁从而报警同时蜂鸣器导通发出刺耳铃声提醒用户。图3.154 多功能家用电子保姆的软件设计熟悉单片机的人都知道AT89C51单片机是可以使用汇编语言或者C语言进行编程的。，汇编语言是与机器指令呈现一一对应的所以假如使用汇编语言来编写的程序写入到单片机里面运行起来效率较高速度快。但是C语言编写的程序可读性高，通俗易懂便于理解，同时为了以后更好的扩展家用电子保姆的功能所一我们选择C语言进行编程。本设计使用C语言编程。4.1 主程序设计在系统首次上电运行时，先对系统进行初始化运作不然对之后的结果会产生很大的影响，此时数码管显示的初始时间“00 ： 00”，同时开始运行。初始年份为“2013”，初始月、日为“0101”。 结束了单片机端口的初始化以后，这时进行调用DS1302子程序、AD590子程序、显示子程序、按键子程序、闹铃子程序、温度预警子程序，返回程序开头循环运行。主程序流程图如图4.1。图4.1 多功能电子钟主程序流程图4.2 子程序设计4.2.1 实时时钟日历子程序设计本程序的编写侧重于对DS1302的写保护功能，同时对时间寄存器的读写操作。由于在串行通信时对时钟循序的要求比较高，所以在收发信息的接通中信息的传送必须有较高的连续性不能有断裂。其流程图如图4.2。图4.2 实时时钟日历子程序流程图4.2.2 显示子程序设计本设计使用八个共阳极的LED数码管来显示时间和温度，低端码由PA口输出，PE口中的低四位进行位选码的输出。显示子程序流程图见图4.4，图4.4 显示子程序流程图在使用数码管进行动态扫描的时候，处于任何时刻的是够，PE0-PE3中只允许有一个输入输出接口输出的是高电平，就是只能有一个LED是亮的剩下的都灭的。同时AT89C51单片机必须要循环往返的控制PE0到PE3中的某一位输出为“1”，同时a口要求输出的是该位相对应的段码值。不关显示的内容有没有反应单片机必须进行不停的循环扫描。4.2.3 闹铃控制子程序设计如何编码闹铃子程序，其根据是当当前时间达到系统预先设定的时间时闹铃开始工作，此时蜂鸣器发出声音，一段时间后程序结束运行，铃声停止。图4.5 闹铃子程序流程图4.2.5 继电器子程序设计在设计继电子程序时要考虑到家用电器的时间设定，当两者的时间相同时继电器开始运作控制家用电器的开关。 图4.6 继电器子程序流程图5 结论由本人设计的多功能电子保姆机系统，基本上完成了无人职守却可以自动运行的作用。这将会在未来的各个领域有着重大的影响。 基于单片机而实现多功能家用电子保姆机，只是是众多方法中的一种。并且市场上的实时时钟芯片品类繁多，磁卡化的传感器各种各样，显示方式也越来越科技化。所以多功能电子保姆机有很多种实现方案，能够实现的功能也很多，本文采用51单片机C语言进行编程，当然也可以应用汇编语言编程。由于本人能力有限，提供的程序还可以进一步优化，并且还可以根据需求为电子保姆机增设新功能。书到用时方恨少，两个月的毕业设计让我明白自己学的多么不扎实，它的结束，让我，作为一个学生，既有松口气的感觉，又有一种怅然的失落感。大学生涯的结束，也预示着我人生的一个转折点，但在这一个学期的时间里我学到了很多很多，除了找工作时的艰辛，还有一些工作必须具备的技能。家用电器定时控制保姆机的设计致力于对多路家用电器进行定时开关控制，实现一个控制器可以控制多路用电设备，同时还具有时钟校准、时间显示、报警等功能。该系统的硬件设计包含以下几个模块：按键输入电路、时钟与复位电路、蜂鸣器电路、LED显示器及驱动电路、继电器电路、时钟/日历电路。此设计通过按键调整当前时间并设定定时时间，并通过DS1307显示当前时间，设定定时时间后，LED显示倒计时，当定时时间到时，断开继电器并发出报警。设计克服了操作复杂，只能控制一个电器，定时时间误差大和定时时间短的缺点。具备了操作简单，可同时控制多个电器，定时时间精确，定时时间长等优点。但同时还存在的问题是，对继电器同时进行既开又关的动作存在一定的困难，可通过进一步的编程进行控制。学习就应该采取理论与实践结合的方式，理论的问题，也