详细资料和方案

1、目 录摘 要2ABSTRACT3第1章 绪 论41.1 课题来源41.2 课题背景41.3 国内外在该方向的研究现状及分析51.4 设计思路及实现方法6第2章 各模块工作原理设计及说明62.1 主控制模块62.1.1 STC89C52简介62.2.2 最小系统工作简介72.2 A/D转换模块82.2.1 A/D转换原理介绍82.2.2 PCF8591芯片工作概述112.3 时钟显示模块132.3.1 实时时间生成142.3.2 DS1302芯片工作概述142.4 闹铃的生成与控制162.5 温度检测模块172.5.1 实时温度检测原理172.5.2 DS18B20工作概述182.6 信息显示模

2、块原理概述212.7 电机驱动模块232.7.1 步进电机工作原理232.7.2 ULN2003ADR驱动芯片工作概述242.8 红外遥控模块25第3章 硬件控制电273.1 电路原理图的设计273.2 PCB板的制作28第4章 软件程序编写详解294.1 软件功能说明294.2 程序流程图：304.2.1 主程序展示：30结 论37参考文献38河南大学本科毕业生学士学位论文摘 要 随着科技的飞速发展，智能家居理念逐步融入到人们的生活之中，智能窗帘作为家居智能化的重要体现之一愈来愈受人们亲睐。在本作品中描述了智能窗帘系统的设计和工作原理，给出了智能窗帘系统的硬件原理图、各模块工作原理图、软件流

3、程图。用单片机实现窗帘控制，为传统的手拉式或滑轮式窗帘应用模式转轨到新的红外模式和光敏电阻模式以及按键模式提供了具体解决方案，也为窗帘的智能化发展提供了新的思路。本文首先介绍了智能家居的发展以及背景，引出了智能窗帘的设计，在作品的设计中在，用价格相对便宜的语音识别芯片、红外线遥控发射芯片、光敏电阻模块和按键开关来实现对智能窗帘的半自动和全自动的控制；使用技术成熟的单片机最小系统作为主要控制系统，因为它是一个软硬件相结合的系统，软件是控制单片机控制的程序源代码；硬件是实现系统控制功能的电子元件、单元电路的组成。从功能的设计和实现，到程序的编写，思路清晰易懂，设计充分体现了人性化。 由于时间和技术

4、上的限制，未来还需要针对智能窗帘各个模块的参数进行调优，通过与实际问题相结合的设计得到更好的结果。关键词 智能家居；单片机；控制；信号；光敏电阻；调节；自动；最小系统第页ABSTRACTWith the rapid development of science and technology, intelligent household concept gradually into the life of people, intelligence as one of the important of household intelligent curtain looks more and mor

5、e people.In this work describes the design and working principle of intelligent curtain system, intelligent curtain system is presented.the hardware schematic diagram, module working principle diagram and software flow chart.Curtain with microcomputer control, as a traditional hand pull or applicati

6、on mode transition to the new pulley curtain infrared model and photosensitive resistance model and key model provides the concrete solution, also offers a new way for the intelligent development of the curtain.This paper first introduces the background, the development of the intelligent household

7、and raises the intelligent design of the curtain, in the design of work in, with the price is relatively cheap voice recognition, infrared remote control launch chip, photosensitive resistance module and key switch to implement the intelligent curtain of semi-automatic and fully automatic control;Us

8、ing the mature technology of single chip microcomputer minimum system as the main control system, because it is a combination of hardware and software system, software program source code is to control the single chip microcomputer control;Hardware is to realize the control functions of the system o

9、f electronic components, unit circuit.From the design and implementation of function, the application of writing, clear and easy to understand, fully embodies the humanized design.As a result of the limitation of time and technology, the future still need different models of the intelligent curtain

10、parameter tuning, by combining with the actual problem of design to get better results.Keywords: Smart home ; Single chip microcomputer ; Control ; Signal ; Photosensitive resistance ; Regulation ; Automatically ; The minimum system第页第1章 绪 论随着国民经济和科学技术水平的提高，特别是计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使家庭实现了生活现

11、代化，居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量，家居智能化也正是在这种趋势之下营运而生的，本课题介绍基于单片机控制的智能窗帘系统，它采用了语音控制技术，无线遥控控制技术，实现室内任何地方，只要轻按遥控器，窗帘就会随心所欲的打开或者关闭。为了使智能窗帘系统更加完善，在设计中加入了时间显示，定时闹钟，温度显示等功能，满足用户的多种需求，使设计更加人性化。本章阐述了单片机控制的红外线遥控自动窗帘系统的市场价值、研究背景、国内外的现状、以及发展方向，明确指出了单片机控制的智能窗帘系统所面临的问题及一些解决方案。1.1 课题来源如果说建筑是凝

12、固的音乐，那么完美的家庭智能化自动控制系统则是这首乐曲上绝妙的音符。在科技发达、物质富庶的今天，自控系统已不单纯是实现室内基本安防、照明、采暖的工具，而且是建筑装饰的一种实用艺术品，是自动化技术与建筑艺术的统一体。完善的自控系统集装饰、照明、安防及节能于一身，尽力达到完美与和谐的统一，充分利用科学与艺术的搭配，光与影的组合以及安防与空调的自动控制来创造各种舒适、优雅的环境，以加强室内空间效果的气氛。而智能窗帘作为智能家居的一部分，更显得尤为重要。试想，当你在看电视前还要去理会那窗帘的开关实在是一件烦人的事情，当你躺在床上的时候，发现窗帘没有关上的时候,当你早上醒来发现房间里乌黑一片你是不是很恼

13、火啊。为了解决这些生活中碰到的实际问题，智能窗帘设计便应运而生。1.2 课题背景20世纪80年代初，随着大量采用电子技术的家用电器面市，住宅电子化出现。80年代中期，将家用电器、通信设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为一体后，形成了住宅自动化概念。80年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了对住宅中各种通信、家电、安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统，这在美国称为Smart Home，也就是现在智能家居的原型。近几年以来，伴随着房地产业的火爆，给国内智能领域带来了发展的机遇。众所周知，中国人口众多，城市住宅建设也多选择密集型的住宅小区方式，因此很多房地产商会站在整个小区的角度来

14、看智能化，也就出现了目前一统天下、无所不包的“智能家居”的模式。智能家具中，智能窗帘是这个大家庭中耀眼的明星，也正在一步步茁壮成长起来。现在智能的窗帘还处于成长阶段，理想中成熟的智能窗帘，能够通过识别人们的话语来确定计算机程序中应该执行的命令，达到“说道既做到”的效果，能有效地为人们带来生活上的享受。智能家居的发展，不仅仅是人们对后现代生活的一种向往，同时也是人们对健康、环保、安全的生活理念的一种体现。1.3 国内外在该方向的研究现状及分析自从1984世界第一个智能家居系统的问世，智能家居就在我们的未来生活中一直更新，在进入21世纪以来，智能家居在系统和功能上有了质的飞跃，在我们传统的智能模式

15、上，我们更进了最新的RF无线射频技术，把传统的有线模式的繁琐线路变得轻松自如。智慧家居是今后家居领域发展的必然趋势，虽然市场推广才刚刚开始，但行业的竞争已经很激烈，光是宁波就有不下5家企业专门从事这方面开发。制造企业在产业调整和转型中，都需要运用到大数据。今后，数据将成为推进社会进步的第四生产力。市场潜力巨大，同时，智慧家居所依托的大数据分析，也是传统制造企业转型升级的重要途径。比尔盖茨是国外第一个使用智能家居的家庭，至今快有三十年的历史了，智能家居控制系统也逐渐走进大家的视野。这两年随着wifi的普及，无线智能家居逐渐取代了有线产品，在无线领域国内并不落后于国外，同样使用最新zigbee智能

16、家居，但目前国内智能家居虽有潜力但发展缓慢，人们的消费观和消费能力并不充分。根据中国智能家居设备行业发展环境与市场需求预测分析报告前瞻分析，目前我国智能家居产品与技术的百花齐放，市场开始明显出现低、中、高不同产品档次的分水岭，行业进入快速成长期。面对中国庞大的需求市场，预计该行业将以年均19.8%的速率增长，在2015年产值达1240亿元。智能家居最初的发展主要以灯光遥控控制、电器远程控制和电动窗帘控制为主，随着行业的发展，智能控制的功能越来越多，控制的对象不断扩展，控制的联动场景要求更高，其不断延伸到家庭安防报警、背景音乐、可视对讲、门禁指纹控制等领域，可以说智能家居几乎可以涵盖所有传统的弱

17、电行业，市场发展前景诱人，因此和其产业相关的各路品牌不约而同加大力度争夺智能家居业务，市场渐成春秋争霸之势。1.4 设计思路及实现方法本系统由单片机、语音控制、红外接收、光敏测光、电机驱动、时间显示、温度显示以及鸣响提示模块组成。主要应用模块的选择包括电动机驱动模块的、PWM调速方式、PWM调脉宽方式、PWM软件实现方式的选择。其中，电机驱动模块的选择采用由达林顿管组成ULN2003芯片电路构成；PWM调速工作方式采用单极性工作制；PWM调脉宽方式选择采用定频调宽方式；PWM软件实现方式采用软件延时方式。该窗帘控制系统采用AT89S52单片机的最小系统设计，可以实现语音控制窗帘开合，或使用红外

18、遥控器进行远程手动开、手动关和手动停控制，数码管显示窗帘的开、关，可以通过自行设定相应的数字表示；也可以按事先输入的开启时间和关闭时间进行时间控制，数码管显示当时的小时和分钟时间，也可切换显示实时温度，还可以根据室外环境亮度实现光控，即窗帘的自动控制，由驱动数码管显示出当时的状态。第2章 各模块工作原理设计及说明在本设计中，对系统采用了模块化设计，所谓的模块化设计，简单地说就是将产品的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子模块化设计系统，将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能、不同性能的系列产品。2.1 主控制模块该模块是整个控制

19、系统的的核心模块,各个子模块的动作的主要控制功能就是通过该模块来实现的。它相当于人的大脑，不停的指挥和运算，发送各种指令。同样，主控制模块必须有很好的稳定性、快速性、准确性，以便整个系统的性能发挥到最佳。2.1.1 STC89C52简介X STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下

20、标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。2.2.2 最小系统工作简介单片机最小系统主要由电

21、源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。51单片机虽然使用时间最早、应用范围最广，但是在实际使用过程中，一个和典型的问题就是相比其他系列的单片机，51单片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象，克服这种现象出现的一个重要手段就是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。此最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的USB口供给，也可使用外部稳定的5V电源供电模块供给，电源电路中接入了电源指示LED。单片机的置位和复位，都是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，单片机复位电

22、路作用是把一个例如状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。(1)上电复位：STC89系列单片及为高电平复位，通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这

23、个电阻和电容的典型值为10K和10uF。(2)按键复位：按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器(VCO)。晶振用一种能把电能和机械能

24、相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。STC89C51使用11.0592MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间。2.2 A/D转换模块将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器

25、（简称a/d转换器或adc,analog to digital converter），A/D转换的作用是将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数字信号，因此，A/D转换一般要经过取样、保持、量化及编码4个过程。在实际电路中，这些过程有的是合并进行的，例如，取样和保持，量化和编码往往都是在转换过程中同时实现的。2.2.1 A/D转换原理介绍主要介绍以下三种方法：逐次逼近法、双积分法、电压频率转换法1、逐次逼近法逐次逼近式A/D是比较常见的一种A/D转换电路，转换的时间为微秒级。采用逐次逼近法的A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成，如图4.21

26、所示。基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。逐次逼近法  逐次逼近法  转换过程是：初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A转换器，经D/A转换后生成的模拟量送入比较器，称为    o，与送入比较器的待转换的模拟量i进行比较，若o<i，该位1被保留，否则被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送D/A转换器，输出的    o再与i比较，若o<i，该位1被保留，否则被清除。重复此过程

27、，直至逼近寄存器最低位。转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出。逐次次逼近的操作过程是在一个控制电路的控制下进行的。2、双积分法采用双积分法的A/D转换器由电子开关、积分器、比较器和控制逻辑等部件组成。如图所示。基本原理是将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔，再把此时间间隔转换成数字量，属于间接转换。双积分法 双积分式A/D转换的原理框图双积分法A/D转换的过程是：先将开关接通待转换的模拟量i，i采样输入到积分器，积分器从零开始进行固定时间的正向积分，时间到后，开关再接通与i极性相反的基准电压F，将F输入到积分器，进行反向积分，直到输出为0V时停止积分。i

28、越大，积分器输出电压越大，反向积分时间也越长。计数器在反向积分时间内所计的数值，就是输入模拟电压i所对应的数字量，实现了A/D转换。3、电压频率转换法采用电压频率转换法的A/D转换器，由计数器、控制门及一个具有恒定时间的时钟门控制信号组成，如图所示。它的工作原理是/F转换电路把输入的模拟电压转换成与模拟电压成正比的脉冲信号。电压频率转换法图 电压频率式A/D转换原理框图电压频率转换法的工作过程是：当模拟电压i加到V/F的输入端，便产生频率F与Vi成正比的脉冲，在一定的时间内对该脉冲信号计数，时间到，统计到计数器的计数值正比于输入电压Vi，从而完成A/D转换。2.2.2 PCF8591芯片工作概

29、述PCF8591 是单片、单电源低功耗8 位CMOS 数据采集器件，具有4 个模拟输入、一个输出和一个串行I2C 总线接口。3 个地址引脚A0、A1 和A2 用于编程硬件地址，允许将最多8 个器件连接至I2C总线而不需要额外硬件。器件的地址、控制和数据通过两线双向I2C 总线传输。器件功能包括多路复用模拟输入、片上跟踪和保持功能、8 位模数转换和8 位数模拟转换。最大转换速率取决于I2C 总线的最高速率。I2C 总线系统中的每一片PCF8591 通过发送有效地址到该器件来激活。该地址包括固定部分和可编程部分。可编程部分必须根据地址引脚A0、A1 和A2 来设置。在I2C 总线协议中地址必须是起

30、始条件后作为第一个字节发送。地址字节的最后一位是用于设置以后数据传输方向的读/写位。控制字：发送到 PCF8591 的第二个字节将被存储在控制寄存器，用于控制器件功能。控制寄存器的高半字节用于允许模拟输出，和将模拟输入编程为单端或差分输入。低半字节选择一个由高半字节定义的模拟输入通道。如果自动增标志置1，每次A/D 转换后通道号将自动增加。如果自动增量模式是使用内部振荡器的应用中所需要的，那么控制字中模拟输出允许标志应置1。这要求内部振荡器持续运行，因此要防止振荡器启动延时的转换错误结果模拟输出允许标志可以在其他时候复位以减少静态功耗。选择一个不存在的输入通道将导致分配最高可用的通号。所以，如

31、果自动增量被置1，下一个被选择的通道将总是通道0。两个半字节的最高有效位（即bit 7 和bit 3）是留给未来的功能，必须设置为逻辑0。控制寄存器的所有位在上电复位后被复位为逻辑0。D/A 转换器和振荡器在节能时被禁止。模拟输出被切换到高阻态。控制字：D/A 转换：发送给 PCF8591 的第三个字节被存储到DAC 数据寄存器，并使用片上D/A 转换器转换成对应的模拟电压。这个D/A 转换器由连接至外部参考电压的具有256 个接头的电阻分压电路和选择开关组成。接头译码器切换一个接头至DAC 输出线。模拟输出电压由自动清零单位增益放大器缓冲。这个缓冲放大器可通过设置控制寄存器的模拟输出允许标志

32、来开户或关闭。在激活状态，输出电压将保持到新的数据字节被发送。片上 D/A 转换器也可用于逐次逼近A / D 转换。为释放用于A/D 转换周期的DAC，单位增益放大器还配备了一个跟踪和保持电路。在执行A/D 转换时该电路保持输出电压。A/D 转换A/D 转换器采用逐次逼近转换技术。在A/D 转换周期将临时使用片上D/A转换器和高增益比较器。一个 A/D 转换周期总是开始于发送一个有效读模式地址给PCF8591 之后。A/D 转换周期在应答时钟脉冲的后沿被触发，并在传输前一次转换结果时执行。一旦一个转换周期被触发，所选通道的输入电压采样将保存到芯片并被转换为对应的8 位二进制码。取自差分输入的采

33、样将被转换为8 位二进制补码。转换结果被保存在ADC 数据寄存器等待传输。如果自动增量标志被置1，将选择下一个通道。在读周期传输的第一个字节包含前一次读周期的转换结果代码。以上电复位之后读取的第一个字节是0x80。I2C 总线特性：I2C 总线是不同的IC 或模块之间的双向两线通信。这两条线是串行数据（SDA）和串行时钟线（SCL）。这两条线必须通过上拉电路连接至正电源。数据传输只能在总线不忙时启动。I2C 总线协议：在开始条件后一个有效的硬件地址必须发送至PCF8591。读/写位定义了以后单个或多个字节数据传输的方向。开始条件、停止条件和应答位的格式和定时参考I2C 总线特性。在写模式，数据

34、传输通过发送下一个数据传输的停止条件或开始条件来结束。位传输一个数据位在每一个时钟脉冲期间传输。SDA 线上的数据必须在时钟脉冲的高电压期间保持稳定，这个期间数据线上的改变将被当作控制信号。开始或停止条件数据和时钟线在总不忙时保持高电平。在时钟为高电平时，数据线上的一个由高到低的变化被定义为开始条件。时钟为高电平时，数据线上的一个由低到高的变化被定义为停止条件。应答：在开始和停止条件之间从发送机传输到接收机的数据字节数是没有限制的。每个8 位数据字节之后紧跟着一个应答位。应答位是由发送机放在总线的一个高电平，而主机也产生一个额外的与应答有关的时钟脉冲。地址匹配的从接收机必须在接收每个字节后产生

35、一个应答。然而主机在接收到每个已经被从发送机终止的字节后必须产生一个应答。在应答时钟脉冲期间，应答的器件必须将SDA 线拉低，因此在应答相应的时钟脉冲的高电平期间，SDA 线必须保持稳定的低电平。在由从机终止的最后一个字节，主接收机必须通过产生一个低电平应答向发送机发出一个数据结束信号，这样发送机必须将数据线拉高以允许主机产生停止条件。2.3 时钟显示模块时间如流水，稍稍即逝，生命像激光一晃而过，一寸光阴，一寸金，寸金难买寸光阴。时间对于没一个人来说都是平等的，那么时钟就要从当人生命的里程碑。对于当下快节奏的生活，我们无时无刻不再与时间赛跑，实时时间的显示对一个使用性系统来讲必不可少。2.3.

36、1 实时时间生成本模块是基于51系列的单片机进行的实时日历和时钟显示设计，可以显示年月日时分秒及周信息，具有可调整日期和时间功能。在设计的同时对单片机的理论基础和外围扩展知识进行了比较全面准备。实时日历和时钟显示的设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件部分主要由AT89S52单片机、LCD显示电路、以及调时按键电路等组成、系统通过LCD显示数据，所以具有人性化的操作和直观的显示效果。高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时时译码代替机械式传动，用LED显示器代替显示

37、器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时、分、秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对片选的灵活性好。时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间。它通常有两种实现方法。一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合，二是用专门的时钟芯片实现在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法典型的时钟芯片有DS130

38、2、DS128、X1203等都可以满足高精度的要求。本模块采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计算，而且精度高。工作电压2.5V到5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA. 2.2.4电路设计最终方案确定， 时间数据是通过时钟芯片DS1302来读取并通过LED数码管显示出来并用键盘来完成对当前时间的调整。2.3.2 DS1302芯片工作概述DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM，可通过简单的串行接口与单片机进行通信，可提供如下信息:-秒

39、分时日日期月年的信息。-每月的天数和闰年的天数可自动调整。-可通过AM/PM 指示决定采用24 或12 小时格式。-保持数据和时钟信息时功率小于1mW。 DS1302控制字：控制字的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。位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；位5至位1（A4A0）：指示操作单元的地址；位0（最低有效位）：如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。控制字总是从最低位开始输出。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

40、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。DS1302驱动程序分析2.4 闹铃的生成与控制闹铃的声响即蜂鸣器的鸣响，蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，本文介绍如何用单片机驱动蜂鸣器，他广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电话机等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共

41、鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后（1.515V直流工作电压），多谐振荡器起振,输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。蜂鸣器是否发声主要由单片机给出控制信号控制其动作，当用户要求提供叫醒服务时，若时间达到用户的设定蜂鸣器即发出声响提醒用户，在本设计中，蜂鸣器模块如图所示，用户可通过程序软件调用功能，控制单片机的输出口输出的高低电平完成动作实现这一功能。 2.5 温度检测模块在日常生活及工业生产过程中，经常要用到温度的检测及控制，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温

42、度、压力、流量等进行有效的控制。温度控制在生产过程中占有相当大的比例。温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。2.5.1 实时温度检测原理该设计利用单片机AT89S51作为控制器，利用DS18B20作为温度采集装置。DS18B20 具有体积更小、适用电压更宽、更经济、可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围，适合于构建自己的经济的测温系统，因此也就被设计者们所青睐。DS18B20可以直接将采集到的模拟温度信号转换成数字信号，采用单总线的接口方式，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。通过AT89S51单片机对送来的温度进行计算和转换，并将此结果送入液晶显示

43、模块。最后，由1602液晶显示器将温度显示出来。2.5.2 DS18B20工作概述DS18B20测量温度范围宽，测量精度高,测量范围为-55到+125;在-10到85°C范围内，精度为±0.5。供电方式灵活。DS18B20可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。DS18B20管脚排列：1. GND为电源地；2. DQ为数字信号输入/输出端；3. VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。 DS18B20内部构成：高速暂存存储器由

44、9个字节组成，当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，对应的温度计算：当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制;当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。 温度的低八位数据0温度的高八位数据 1高温阀值2低温阀值 3保留 4保留5计数剩余值 6每度计数值 7CRC 校验 8DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位二进制形式提供，形式表达，其中S为符号位。例如：+125的数字输出07

45、D0H(正温度直接把16进制数转成10进制即得到温度值 )-55的数字输出为FC90H。(负温度把得到的16进制数取反后加1，再转成10进制数) DS18B20的工作时序：初始化时序主机首先发出一个480-960微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的480微秒时间内对总线进行检测，如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。做为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有480-960微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待15-60微秒后将总线电平拉低60-240微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件

46、已做好准备。若没有检测到就一直在检测等待。写操作写周期最少为60微秒，最长不超过120微秒。写周期一开始做为主机先把总线拉低1微秒表示写周期开始。随后若主机想写0，则继续拉低电平最少60微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平。若主机想写1，在一开始拉低总线电平1微秒后就释放总线为高电平，一直到写周期结束。而做为从机的DS18B20则在检测到总线被拉底后等待15微秒然后从15us到45us开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为1，若采样期内总线为低电平则为0。读操作对于读数据操作时序也分为读0时序和读1时序两个过程。读时隙是从主机把单总线拉低之后，在1微秒之后就得释放单总线为高电平，以让D

47、S18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在检测到总线被拉低1微秒后，便开始送出数据，若是要送出0就把总线拉为低电平直到读周期结束。若要送出1则释放总线为高电平。主机在一开始拉低总线1微秒后释放总线，然后在包括前面的拉低总线电平1微秒在内的15微秒时间内完成对总线进行采样检测，采样期内总线为低电平则确认为0。采样期内总线为高电平则确认为1。完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成DS18B20 单线通信：DS18B20 单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，如果出现序列混乱， 1-WIRE 器件将不响应主机，因此读写时序很重要。系统对&

48、#160;DS18B20 的各种操作必须按协议进行。根据 DS18B20 的协议规定，微控制器控制 DS18B20 完成温度的转换必须经过以下 3个步骤 ：(1)每次读写前对 DS18B20 进行复位初始化。复位要求主 CPU 将数据线下拉 500us ，然后释放， DS18B20 收到信号后等待 16us60us 左右，然后发出60us240us 的存在低脉冲，主 CPU 收到此信号后表示复位成

49、功。(2)发送一条 ROM 指令。(3)发送存储器指令。  具体操作举例：现在我们要做的是让DS18B20进行一次温度的转换，那具体的操作就是：1、主机先作个复位操作，2、主机再写跳过ROM的操作(CCH)命令，3、然后主机接着写个转换温度的操作命令，后面释放总线至少一秒，让DS18B20完成转换的操作。在这里要注意的是每个命令字节在写的时候都是低字节先写，例如CCH的二进制为11001100，在写到总线上时要从低位开始写，写的顺序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”。整个操作的总线状态如下图。 读取RAM内的温度数据。同样，这个操作也要接照三个步骤。1

50、、主机发出复位操作并接收DS18B20的应答(存在)脉冲。2、主机发出跳过对ROM操作的命令(CCH)。3、主机发出读取RAM的命令(BEH)，随后主机依次读取DS18B20发出的从第0一第8，共九个字节的数据。如果只想读取温度数据，那在读完第0和第1个数据后就不再理会后面DS18B20发出的数据即可。同样读取数据也是低位在前的。整个操作的总线状态如下图：2.6 信息显示模块原理概述信息显示模块避开传统的数码管小信息量显示器件，采用LCD1602液晶信息显示屏幕。液晶是一种高分子材料，因其特殊的物理、化学、光学特性，广 泛应用轻薄显示器上。 液晶显示器的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、

51、面并配合背部灯管构成画面。 各种型号的液晶通常是按照显示字符的行数或液晶点阵的行、列数来命名。例如，1602 表示每行显示 16 个字符，一共可以显示两行。这类液晶通常称为字符型液晶，只能显示ASCII 码字符。12232 表示液晶显示画面由 122 列、32 行组成，共有 122*32 个 点来显示各种图形。用户可以通过程序控制这些点中任何一个点显示或不显示，从而构 成各种图形画面。因此，12232 称为图形型液晶。 液晶体积小，功耗低，显示操作简单。但其有致命的弱点，即使用温度范围很窄。 通用型液晶工作温度为 0 到+55 摄氏度，存储温度为-20到+60 摄氏度。 管脚功能：第1脚：VS

52、S为电源地第2脚：VCC接5V电源正极第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端。第714脚：D0D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。字符集1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字

53、符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如'A。以下是1602的16进制ASCII码表地址：读的时候，先读左边那列，再读上面那行，如：感叹号！的ASCII为0x21，字母B的ASCII为0x42（前面加0x表示十六进制）。指令集1602通过D0D7的8位数据端传输数据和指令。显示模式设置： (初

54、始化)0011 0000 0x38 设置16×2显示，5×7点阵，8位数据接口；显示开关及光标设置： (初始化)0000 1DCB D显示(1有效)、C光标显示(1有效)、B光标闪烁(1有效)0000 01NS N=1(读或写一个字符后地址指针加1 &光标加1)，N=0(读或写一个字符后地址指针减1 &光标减1)，S=1 且 N=1 (当写一个字符后，整屏显示左移)s=0 当写一个字符后，整屏显示不移动。数据指针设置：数据首地址为80H，所以数据地址为80H+地址码(0-27H，40-67H)其他设置：01H(显示清屏，数据指针=0，所有显示=0)；02H(

55、显示回车，数据指针=0)。2.7 电机驱动模块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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。步进电机在控制系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。2.7.1 步进电机工作原理通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个

56、电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口。对于步进电机的驱动，有两点主要要求：（1） 能够提供较快的电流上升和下降速度，使电流波形尽量接近矩形，具有供截止期间释放电流流通的回路，以降低绕组两端的反电动势，加快电流衰减。（2） 具有较高

57、韵功率及效率。步进电机驱动器，它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说：控制系统每发一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一个步距角。也就是说步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。所以控制步进脉冲信号的频率，就可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，就可以对电机精确定位。步进电机驱动器有很多，我们应以实际的功率要求合理的选择驱动器。功率电子电路大多要求具有大电流输出能力，以便于驱动各种类型的负载。功率驱动电路是功率电子设备输出电路的一个重要组成部分。本驱动模块采用ULN2003ADR芯片，利用达林顿管对电机电流放大，提高输出的带载能力，达到设计中步进电机对电路性能的要求。2

58、.7.2 ULN2003ADR驱动芯片工作概述ULN2003是一个单片高电压、高电流的达林顿晶体管阵列集成电路。它是由7对NPN达林顿管组成的，它的高电压输出特性和阴极箝位二极管可以转换感应负载。单个达林顿对的集电极电流是500mA。达林顿管并联可以承受更大的电流。此电路主要应用于继电器驱动器，字锤驱动器，灯驱动器，显示驱动器（LED气体放电），线路驱动器和逻辑缓冲器。ULN2003的每对达林顿管都有一个2.7kÙ串联电阻，可以直接和TTL或5V CMOS装置。 示意图（ULN2003）ULN2003是反向的芯片，管脚1-7作为输入，接单片机引脚，8脚接地，16-10作为输出，9脚接12V电源，基本工作原理：如果1脚输入高电平1，则16脚输出低电平0，反之相同。逻辑框图 示意图（每对达林顿管）2.8 红外遥控模块红外遥控模块由接受红外信号的红外收发对管部分的红外接收头和发射红外信号的遥控器两部分组成。红外收发对管是一种利用红外线的开关管，接受管在接受和不接受红外线时电阻发生明显