智能插座控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案_第1頁
智能插座控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案_第2頁
智能插座控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案_第3頁
智能插座控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案_第4頁
智能插座控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案_第5頁
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文檔簡介

1 智能插座控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案 課題研究背景 能插座的現(xiàn)狀 智能插座控制系統(tǒng)的設(shè)計:目前市場上的排插功能太簡單,有時滿足不了人們需要!比如我們經(jīng)常遇到的就是電動車充電問題,電動車充電時間通常是 8個小時左右,太長則容易損耗電池,太短則充不滿,如果在晚上充電,又經(jīng)常不想從家里出來到車庫去給車充電,或者白天充電了,晚上不想下車庫或者忘了拔電等等,造成很大的不方便。本著這一思想于是提出了本課題,第一利用單片機,直流控制交流繼電器等部件實現(xiàn)排插的定時開關(guān)功能(比如,什么時候接通,接通多久時間后斷開),第二提供語音服務(wù)功能,比如播放音樂,如使用這一排插控制電飯煲,則在作飯時還可以享受音樂的服務(wù)。智能插座控制系統(tǒng)的實現(xiàn)全部是基于單片機的設(shè)計。智能插座可以用于所有家庭電器,比如電動車,手機,電腦,等等。因此研究智能插座有很大的實用意義。 智能插座已成為人們?nèi)粘I钪斜夭豢缮俚谋匦杵?,廣泛用于個人家庭以及一些公共場所,給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。由于單片機控制電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進的石英技術(shù),使智能插座具有定時準確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點。 能插座發(fā)展趨勢 隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展 ,由于單片機具有優(yōu)異的性能價格比,集成度高、體積小、可靠性高,控制功能強,低電壓、低功耗等特點, 成品價格的下降,越來越被廣大群眾所接受,這種新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,勢必在 日常 生活中產(chǎn)生深遠的影響。 由單片機為核心的控制器控制現(xiàn)在排插 其主要 特點 : 1、 具有定時 。當前有的產(chǎn)品 使用也相對方便,多個電器設(shè)備可以同時使用。但是在使用的過程中具有一定的局限性?,F(xiàn)在生活水平的提高,城市人口的聚集,多數(shù)居住在高樓大廈,這給像電瓶車一樣的較大需充電設(shè)備帶來一定的麻煩。在車庫充電完成 2 需要下樓拔掉電源或因時間長久忘記切斷電源等等,帶來一些不 便。智能插座則具有定時功能,根據(jù)充電需要自行設(shè)置充電時間。 2、 具有語音功能 。 可根據(jù)需要選擇語音播放。 3、 采用數(shù)碼管顯示技術(shù),準確顯示定時時間,使用更加方便 。 4、 制作簡單 , 成本低。采用單片機就可以實現(xiàn)功能, 節(jié)約了大量線材和人工費用,也不用技術(shù)專家指導(dǎo),普通用戶可自行安裝, 一步到位。 當我們只有充分了解了 單片機 的發(fā)展趨勢,并掌握 插座 的知識,才能在這一行業(yè)更好更有力的發(fā)展。 設(shè)計的市場前景 使用單片機技術(shù)完善現(xiàn)有插座功能,滿足人們的需求,目前市場還沒有出現(xiàn)這個產(chǎn)品,很有競爭力。據(jù)了解,目前市 場上排插的功能單一,我們只要在現(xiàn)有的排插上安裝一個由單片機控制的控制器就可以了。也就是說, 第一利用單片機,直流控制交流繼電器等部件實現(xiàn)排插的定時開關(guān)功能(比如,什么時候接通,接通多久時間后斷開),另一個提供語音服務(wù)功能,比如播放音樂,如使用這一排插控制電飯煲,則在作飯時還可以享受音樂的服務(wù)。 在設(shè)計時要注意的是電路控制模塊要足夠小,選擇好相應(yīng)的器件,以方便地進行安裝。 3 系統(tǒng)方案設(shè)計及分析 機控制系統(tǒng)介紹 微機控制系統(tǒng)或微機測控系統(tǒng),即由微型機與其它器件和裝置適當連接起來的所謂硬件,在軟件的操 作下協(xié)調(diào)運行執(zhí)行預(yù)定的測量或控制任務(wù)。 當今社會,由于電子技術(shù)和微型計算機的迅速發(fā)展,它促進了微型計算機測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用??梢哉f,微機測控技術(shù)的應(yīng)用已滲透到國民經(jīng)濟的各個部門。國防技術(shù)、航空、航天、鐵路、冶金、化工等產(chǎn)業(yè)自不必說,就連日常生活中也用上了微機控制的電梯、微波爐、電冰箱、電視機、電扇、智能照相機、玩具、模糊控制洗衣機、模糊控制空調(diào)機、攜帶式心臟監(jiān)護器等,所有這些智能機電一體化產(chǎn)品的出現(xiàn),無不是微機測控技術(shù)的成功應(yīng)用。而由單片機實現(xiàn)控制系統(tǒng)正是其中相當重要的一項。 機控 制系統(tǒng)的組成 3 微機控制系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。 硬件是微機控制系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。它在軟件的協(xié)調(diào)配合下運行,實現(xiàn)系統(tǒng)功能控制,完成控制任務(wù)。硬件包括 :主機、外部設(shè)備、編碼器和譯碼器、鍵盤按鈕和執(zhí)行機構(gòu)、開關(guān)量輸入和輸出通道、接口電路和電源??刂葡到y(tǒng)的軟件,指的是它的全部程序,包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。 統(tǒng)設(shè)計方案 根據(jù)設(shè)計的要求及性能以及考慮到使用的可能性,智能插座的主要功能是定時作用,使日常使用的需充電的電器設(shè)備在充電中更加方便。插座的功能即是在電器完成定時充電以后插座能自行切斷電源。因此對于 智能插座的設(shè)計可以理解為設(shè)計一個由單片機構(gòu)成的定時器。 硬件電路主要包括主控制器,定時與顯示電路,鍵盤電路等。主控制器采用單片機 示電路采用共陽極 設(shè)計采用 其能精確定時。利用中斷系統(tǒng)使其能實現(xiàn)開始暫停得功能。 個按鈕開關(guān),分別實現(xiàn)計時,時調(diào)節(jié),分調(diào)節(jié),語音,暫停功能。電路的基本要求是正確性,其次是布局 =合 理,最后在這兩點下要求美觀。 在設(shè)計時要注意的是電路控制模塊要足夠小,選擇好相應(yīng)的器件,以方便地進行安裝。 圖 能說明圖 4 基于單片機的智能插座的硬件設(shè)計部分 片機的選擇 單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支,也是頗具生命力的機種。單片控制開關(guān) 單片機 數(shù) 碼 管 位 驅(qū) 動 4 機微型計算機簡 稱單片機,特別適用于控制領(lǐng)域,故又稱為微控制器。 通常,單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成,內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件:中央處理器、存儲器 和 I/此,單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合,便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。 單片機經(jīng)過 1、 2、 3、 3代的發(fā)展, 正朝著多功能、高性能、低電壓、低功耗、低價格、大存儲容量、強 I/發(fā)展趨勢不外乎以下幾個方面: 1、多功能 單片機中盡可能地把所需要的存儲器和 I/得單片機可以實現(xiàn)更多的功能。比如 A/D、 編程計數(shù)器陣列)、 視定時器高速 I/比較邏輯等。 有的單片 機針對某一個應(yīng)用領(lǐng)域,集成了相關(guān)的控制設(shè)備,以減少應(yīng)用系統(tǒng)的芯片數(shù)量。例如,有的芯片以 51內(nèi)核為核心,集成了 口、*I*位單片機中。 2、高效率和高性能 為了提高執(zhí)行速度和執(zhí)行效率,單片機開始使用 水線和 設(shè)計技術(shù),使單片機的性能有了明顯的提高,表現(xiàn)為:單片機的時鐘頻率得到提高;同樣頻率的單片機運行效率也有了很大的提升;由于集成度的提高,單片機的尋址能力、片內(nèi) 由于系統(tǒng)資源和系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加,開始使用高級語言(如 開發(fā)單片機的程序。使用高級語言可以降低開發(fā) 難度,縮短開發(fā)周期,增強軟件的可讀性和可移植性,便于改進和擴充功能。 3、低電壓和低功耗 單片機的嵌入式應(yīng)用決定了低電壓和低功耗的特性十分重要。由于 多單片機可以在更低的電壓下工作( 功耗已經(jīng)降低到些特性使得單片機系統(tǒng)可以在更小電源的支持下工作更長的時間。 4、低價格 單片機應(yīng)用面 廣,使用數(shù)量大,帶來的直接好處就是成本的降低。目前世界各大公司為了提高競爭力,在提高單片機性能的同時,十分注意降低其產(chǎn)品的價格。 下面大致介紹一下單片機的主要應(yīng)用領(lǐng)域和特點。 5 ( 1)家用電器領(lǐng)域 用單片機控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字控制電路,使家用電器(如洗衣機、空調(diào)、冰箱、微波爐、和電視機等)功能更完善,更加智能化和易于使用。 ( 2)辦公自動化領(lǐng)域 單片機作為嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代辦公設(shè)備,如計算機的鍵盤、磁盤驅(qū)動、打印機、復(fù)印機、電話機和傳真機等。 ( 3)商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域 商業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)部分 與家用和辦公應(yīng)用系統(tǒng)相似,但更加注重設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。商用系統(tǒng)中廣泛使用的電子計量儀器、收款機、條形碼閱讀器、安全監(jiān)測系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和冷凍保鮮系統(tǒng)等,都采用了單片機構(gòu)成的專用系統(tǒng)。與通用計算機相比,這些系統(tǒng)由于比較封閉,可以更有效地防止病毒和電磁干擾等,可靠性更高。 ( 4)工業(yè)自動化 在工業(yè)控制和機電一體化控制系統(tǒng)中,除了采用工控計算機外,很多都是以單片機為核心的單片機和多機系統(tǒng)。 ( 5)智能儀表與集成智能傳感器 目前在各種電氣測量儀表中普遍采用了單片機應(yīng)用系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量系統(tǒng),使得測量系統(tǒng)具有存儲、數(shù)據(jù)處理、查詢及聯(lián)網(wǎng)等智能功能。將單片機和傳感器相結(jié)合,可以構(gòu)成新一代的智能傳感器。它將傳感器變換后的物理量作進一步的變化和處理,使其成為數(shù)字信號,可以遠距離傳輸并與計算機接口。 ( 6)現(xiàn)代交通與航空航天領(lǐng)域 通常應(yīng)用于電子綜合顯示系統(tǒng)、動力監(jiān)控系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及運行監(jiān)視系統(tǒng)等。這些領(lǐng)域?qū)w積、功耗、穩(wěn)定性和實時性的要求往往比商用系統(tǒng)還要高,因此采用單片機系統(tǒng)更加重要。 目前,我國生產(chǎn)很多型號的單片機,在此,我們采用型號為 單片機。 第一, 片機采用 低了制造成本,其軟件、硬件與 第二, 序存儲器, 128字節(jié)的片內(nèi) 第三, 允許工作的時鐘為 0 24 第四, 數(shù)據(jù)存儲器,所以它不需要 類的引腳。 6 第五, 有 20個引腳,它只繼承了 8031最重要的引腳,體積小巧。 片機的基本性能及結(jié)構(gòu) 要性能 8位單片機 ,它具有如下主要特性: 和 2K 字節(jié)可重編程閃速存儲器 耐久性: 1,000寫擦除周期 6 全靜態(tài)操作: 024 兩級加密程序存儲器 1288 位內(nèi)部 15 根可編程 I/O 引線 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 六個中斷源 可編程串行 道 直接 片內(nèi)模擬比較器 低功耗空載和掉電方式 片的 20 個引腳及功能 圖 引腳圖 ( &T/ ( ( ( ( ( 0 9 8 7 6 5 11 2 13 7 1. 源電壓。 2. 。 3. 位雙向 I/引腳 反相輸入( 0 1” 時 ,其可用作輸入端。當 引腳 它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流 ( 4. 。I/3口緩沖器可吸收 20 1” 時 ,它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時 ,被外部拉低的 引腳將用上拉電阻而流出電流 ( 各種功能 ,如下表 1所示。 5. 位輸入。 所有的 I/1” 。當振蕩器正在運行時 ,持續(xù)給出 一個機器周期需 12個振蕩器或時鐘周期。 6. 為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。 7. 為振蕩器反相放大器的輸出。 表 3口引腳 功能 行輸入端口 ) 行輸出端口 ) 中斷 0) 中斷 1) 時器 0外部輸入 ) 時器 1外部輸入 ) 部結(jié)構(gòu) 低電壓 ,高性能 8位 圖 1所示, 它采用 51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的 一強勁的微型計算機 ,它對許多嵌入式控制應(yīng)用提供一高度靈活和成本低的解決辦法。 8 128 8 址寄存器 P 中斷控制定時 /計數(shù)器串行 I/.,。 存器 鎖存器 寄存器 B 累加器 A 指令寄存器 存器 1 暫存器 2 指令譯碼器 時與控制 程序狀態(tài)字 據(jù) 指 針沖器 程序計數(shù)器 C 增 1 程序地址寄存器 9 圖 此外 ,從 構(gòu)圖也可看出 ,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與 8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致(除模擬比較器外) ,引腳 1系列單片機相應(yīng)引腳一致 ,但 0個引腳的芯片 ,引腳如圖 1所示 ,與 8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行對比可發(fā)現(xiàn) , ,使它最大可能地減少了對外引腳 ,因而芯片尺寸有所減少。 軟硬件約束 限制,沒有設(shè)置外部存儲器的接口,所以,對于外部存儲器的讀 /寫指令如 由于 以,對于跳轉(zhuǎn)指令要注意轉(zhuǎn)移的目的地址范圍( 000H7,超出地址范圍時,將產(chǎn)生不可遇見的錯誤結(jié)果。數(shù)據(jù)存儲的范圍是( 00H 7堆棧操作時亦應(yīng)加以注意。 模擬比較器的輸入信號經(jīng)原來的 以原來的 無法再外部使用。模擬比較器可以方便的比較兩個模擬電壓的大小,若外接一個 D/由模擬比較器的另一個輸入端引 入被測電壓,通過軟件的方法也可以實現(xiàn) A/ 存儲器編程 允許在線修改或使用專用編程器編程。 a 個加密位,可以編程( P)或不編程( U)以獲得不同的加密功能。加密功能表如表 表 a) 加密位內(nèi)容的擦除只能通過片擦除操作來完成。 P U U P P 密功能 無加密功能 禁止對 禁止對 禁止程序校驗 U 10 b 儲 器的編程和程序校驗 ( 1) ( b)所示。 表 b) 注:內(nèi)部 00H,并由 腳正脈沖執(zhí)行計數(shù); 片擦除需要 10 編程期間 拉低來指示 c. 片機的片內(nèi) 上電次序是在 浮其它引腳,等待大于 10 在 腳加高電平; 在 經(jīng) 000 升高 2 使 程一個字節(jié)或加密位; 校驗已被編程數(shù)據(jù),使 2H”并設(shè) 置 以在 進行下一地址單元的字節(jié)編程,在 一脈沖,使地址計數(shù)器加 1,在 重復(fù)步驟 ,完成整個 2 下電次序為:設(shè)置 L” ,浮空其它 I/閉 (3)編程及校驗電路如圖 c) d)所示。 模式 寫入代碼數(shù)據(jù) 讀出代碼數(shù)據(jù) 寫加密位 加密位 片擦除 讀信號字節(jié) 2V 12V 12V 12V H H H H H H H H H H H H H H H L L L L L L L L L L L L 1 +5V 5V 11 說明幾點: ( 1) 編程期間 拉低來指示 ( 2)單片擦除需要 10 ( 3)內(nèi)部 址計數(shù)器在 00H,并由 腳正脈沖執(zhí)行計數(shù)。 能插座的硬件系統(tǒng)設(shè)計 能插座的硬件系統(tǒng)具體電路設(shè)計 本課題要運用 時選用 74盤模塊、繼電器模塊、復(fù)位電路模塊、晶振電路模塊等構(gòu)成外圍電路 來完成 智能插座控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計, 并協(xié)作軟件設(shè)計實現(xiàn)課題所要求的功能。 系統(tǒng)的復(fù)位電路設(shè)計 位電路模塊 數(shù)碼管顯示模 塊 時 時 鐘 模 塊 圖 統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 晶 振 電 路 按 鍵 控 制 掃 描 模 塊 991 圖 c) 編程電路 圖 d) 校驗電路 12 單片機與其它微處理器一樣,在啟動時都需要復(fù)位,使 從初態(tài)開始工作。 89系列單片機的復(fù)位信號是從 腳輸入到芯片內(nèi)部的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時,且振蕩器穩(wěn)定后,如 于一個機器周期包含 6個狀態(tài),每個狀態(tài)是 2個振蕩周期,所以也就是 24個振蕩周期),則 如采用 12 么復(fù)位時間大約是 12 S。復(fù)位電路的基本功能是:系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號,直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后,撤銷復(fù)位信號。為可靠起見,電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號,以防電源開關(guān)或電源插頭分 片機復(fù)位信號高電平有效 圖 單片機復(fù)位電路 系統(tǒng)的晶振電路設(shè)計 13 圖 晶振電路 有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反響放大器,引腳 別是該放大器的輸入端 和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。外接石英晶體或者陶瓷諧振器及電容 2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容 2雖然沒有嚴格要求,但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低,振蕩器工作的穩(wěn)定性,起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性! 因此,此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容,電容值約為 30 F。在焊接刷電路板時,晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機芯片靠近,以減少寄生電容,更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。 系統(tǒng)的繼電器電路設(shè)計 繼電器 (是一種電門,但與一般開關(guān)不同,繼電器并非以機械方式控制,而是一種以電磁力來控制切換方向的電門。當線圈通電后,會使中心的軟鐵核心產(chǎn)生磁性,將橫向的擺臂吸下,而臂的右側(cè)則迫使電門接點相接,使兩接點形成通路。繼電器是一種電子控制器件,它具有控制系統(tǒng)(又稱輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱輸出回路),通常應(yīng)用于自動控制電路中,它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。 單片機是一個弱電器件 ,一般情況下它們大都工作 在 5V 甚至更低 以下 ,顯然是不行的 就要有一個環(huán)節(jié)來銜接 ,這個環(huán)節(jié)就是所謂的 功率驅(qū)動 單的功率驅(qū)動環(huán)節(jié) 繼電器驅(qū)動含有兩個意思 :一是對繼電器進行驅(qū)動 ,因為繼電器本身對于單片機來說就是一個功率器件 ;還有就是繼電器去驅(qū)動其他負載 ,比如繼電器可以驅(qū)動中間繼電 14 器 ,可以直接驅(qū)動接觸器 ,所以 ,繼電器驅(qū)動就是單片機與其他大功率負載接口 三極管是電子電路里很重要的一個元件 用 ,一個是開關(guān)作用 .(嚴格來講開關(guān)作用是放大作用的極限情況 ,不過沒關(guān)系 ,把兩者分開 ,更便于理解它的工作原理 )我們只了解它跟本電路有關(guān)的開關(guān)作用 . 圖 繼電器電路 要理解這個電路 ,其實也比較容易 。 首先的 ,里面的三極管很重要 。 三極管是電子電路里很重要的一個元件 , 簡單的來說三極管有兩個作用 : 一個是放大作用 ,一個是開關(guān)作用 (嚴格來講開關(guān)作用是放大作用的極限情況 ,不過沒關(guān)系 ,把兩者分開 ,更便于理解它的工作原理 )。 在這里 ,我們只了解它跟本電路有關(guān)的開關(guān)作用 。 首先把三極管想成一個水龍頭 。 上面 的 是水池 ,繼電器是一個水輪機 ,下面的 剛才說過 ,三極管就是水龍頭 ,它的把手就是那個帶有電阻的引腳 。 現(xiàn)在 ,單片機的某一個需要控制這個繼電器電路的輸出引腳就是一只 手 ,當單片機的這個引腳輸出低電平的時候 ,就像 手 在打開三極管 水龍頭 ,水就從上往下流 ,繼電器 水輪機 就開始轉(zhuǎn)起來了 。 反之 ,如果是輸出高電平 ,手 就開始關(guān) 水龍頭 ,繼電器 水輪機 因為沒有水流下來 ,就會停止 。 這就是三極管的開關(guān)作用 。 簡單的理解和記憶就是 :三極管是一個開關(guān)器件 ,其實你真的可以將它看成是一個開關(guān) , 15 只不過它不是用手來控制 ,而是用電壓 (電流 )來控制的 ,因此 ,三極管有些時候也被稱做電子開關(guān) (與機械開關(guān)相區(qū)別 )。 圖上還有一個東西 就是 繼電器線圈兩端反相并聯(lián)的二極管 ,起到吸收反向電動勢的功能,保護相應(yīng)的驅(qū)動三極管 ,只要是用三極管驅(qū)動繼電器的場合 ,一般都有它的存在 。 需要特別注意的是它的接法 :并聯(lián)在繼電器兩端 , 陰極一定是接 這里繼電器由相應(yīng)的 極管來驅(qū)動,開機時,單片機初始化后的 高電平, 5 伏電源通過電阻使三極管導(dǎo)通,所以開機后繼電器始終處于吸合狀態(tài),如果我們在程序中給單片機一條: 應(yīng)三極管的基極就會被拉低到零伏左右,使相應(yīng)的三極管截至,繼電器就會斷電釋放,每個繼電器都有一個常開轉(zhuǎn)常閉的接點,便于在其他電路中使用 。 如圖 , , +5極管、二極管以及電阻構(gòu)成了繼電器線 圈兩端的控制電路,當 為低電平時,通過三極管的發(fā)射極接地,使得二極管截止,繼電器的電磁鐵的線圈不會通電,其觸點不會接觸在一起; 極管被導(dǎo)通 ,繼電器的電線圈會通電,其觸點會接觸在一起,于是就會形成通路。 繼電器部分電路的作用就是通過單片機的控制其通斷, 當光頻轉(zhuǎn)換器工作,即當外部有光照時,使單片機開始工作。當外部沒有光照時,使得單片機停止對光信號的檢測。提高了單片機的工作效率。同時,也降低了功耗。 根據(jù)電路的需要和實際情況選擇 列 , 型 號 為 : 繼電器,其具體的參數(shù)如下: 外形尺寸( LWH ) 重 量 : 2g 觸點參數(shù):觸點形式: 2C( 觸點負載: 2 抗: 50額定電流: 2A 電氣壽命: 10 萬回 機械壽命: 1 億回 線圈參數(shù): 阻值 (士 10%): 45 線圈功耗: 20016 額定電壓: V 吸合電壓: 放電壓: 作溫度: +85 絕緣電阻: 1000線圈與觸點間耐壓: 1000分鐘 觸點與觸點間耐壓: 1000分鐘 系統(tǒng)的鍵盤電路設(shè)計 ( 1)方案選擇: 方案一:矩陣鍵盤,其按鍵觸點接于由行、列母線構(gòu)成的矩陣電路交叉處,每當按下一個鍵時,通過該鍵將行、 列母線相通。若在行、列母線中把行母線逐行置 0,那么列母線就用來做信號輸入線。 方案二:獨立鍵盤,如圖 示。每個鍵都有一根信號線與單片機電路相連,所有按鍵都有一個公共地或公共正端,每個鍵相互獨立互不影響。當按下一個鍵時,無論其它鍵是否被按下,信號線由 1 變?yōu)?0;當松開此鍵時,無論其它鍵是否被按下,信號線由 0 變?yōu)?1。根據(jù)本次設(shè)計十幾情況按鍵使用較少,所以采取方案二獨立按鍵。 圖 鍵盤電路 ( 2) 獨立式按鍵工作原理 用 I 個獨立式按鍵單獨占有一根 I ,每根 I 一個按鍵對應(yīng)著個端口輸入,每一個按鍵都有一個按鍵電路來判斷其是否按下。 時鐘電路設(shè)計 17 ( 1) 時鐘芯片 實時時鐘電路 要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸,可為掉電保護電源提供可編程的充電功能,并且可以關(guān)閉充電功能。采用普通 ( 2) 時鐘芯片 1) 美國 功耗 、帶 可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時,具有閏年補償功能,工作電壓為 用三線接口與 可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 1 8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的 增加了主電源 /后背電源雙電源引腳,同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。圖 a)所示出其中 主電源 關(guān)閉的情況下,也能保持時鐘的連續(xù)運行。 2是振蕩源,外接 片選線,通過把 先, 許地址 /命令序列送入移位寄存器;其次, 有的數(shù)據(jù)傳送被初始化,允許對 果在傳送過程中會終止此次數(shù)據(jù)傳送, I/電運行時,在 有在 能將 (雙向 ),后面有詳細說明。 ( a) 腳圖 18 圖 (b) 2) 各引腳的功能為: 電源; 份電源。當 ,由 行時鐘,輸入; I/O:三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線; 入信號,在讀、寫數(shù)據(jù)期間,必須為高。該引腳有兩個功能:第一, 訪問移位寄存器的控制邏輯;其次, 3) 下列幾組寄存器: 間的寄存器共有 12個,其中有 7個寄存器(讀時 81h 8時 80h 8存放的數(shù)據(jù)格式為 形式,如 表 1) 所示。 讀寄存器 寫寄存器 圍 81h 80h 0秒 秒 00 59 83h 82h 10秒 分 00 59 85h 84h 12/24 0 10 時 時 1 12/0 2 M 87h 86h 0 0 10日 日 1 31 89h 88h 0 0 0 10月 月 1 12 8 0 0 0 0 周日 1 7 80年 年 00 99 8P 0 0 0 0 0 0 0 表 1) 19 間的寄存器 : 小時寄存器( 85h、 84h)的位 7用于定義 2小時模式還是 24小時模式。當為高時,選擇 12小時模式。在 12小 時模式時,位 5是,當為 1時,表示 24小時模式時,位 5是第二個 10 小時位。 秒寄存器( 81h、 80h)的位 7定義為時鐘暫停標志( 當該位置為 1時,時鐘振蕩器停止, 于低功耗狀態(tài);當該位置為 0時,時鐘開始運行。 控制寄存器( 88位 7是寫保護位( 其它 7位均置為 0。在任何的對時鐘和 。當 時,寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。 1字節(jié)靜態(tài) 2) 所示。 讀地址 寫地址 數(shù)據(jù)范圍 2h 003h 005h 00 00 2) 所謂突發(fā)模式是指一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和 發(fā)模式寄存器如 )所示。 工作模式寄存器 讀寄存器 寫寄存器 時鐘突發(fā)模式寄存器 ) 此外, 有充電寄存器等。 4) 讀寫時序說明 線驅(qū)動方式。它不僅要向寄存器寫入控制字,還需要讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)。 要想與 信,首先要先了解 控制字。 20 表 4) 。 7 6 5 4 3 2 1 0 1 4 2 0 k 4) 。 ( 1)控制字的最高有效位(位 7)必須是邏輯 1,如果它為 0,則不能把數(shù)據(jù)寫入到 ( 2) 位 6:如果為 0,則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù),為 1表示存取 ( 3) 位 5至位 1( 指示操作單元的地址; ( 4) 位 0(最低有效位):如為 0,表示要進行寫操作,為 1表示進行讀操作。 控制字總是從最低位開始輸出。在控制字指令輸入后的下一個 鐘的上升沿時,數(shù)據(jù)被寫入 據(jù)輸入從最低位( 0位)開始。同樣,在緊跟 8位的控制字指令后的下一個 出 出的數(shù)據(jù)也是從最低位到最高位。數(shù)據(jù)讀寫時序如圖 )。 圖 ) 數(shù)據(jù)讀寫時序 圖 ( 3) 時鐘芯片 21 圖 c) 在調(diào)試程序時可以不加電容器,只加一個 晶振即可。只是選擇晶振時,不同的晶振,誤差也較大。 可以使用北京衛(wèi)信杰科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的 10位多功能 8段液晶顯示模塊 含看門狗 (時鐘發(fā)生器及兩種頻率的蜂鳴器驅(qū)動電路,并有內(nèi)置顯示 顯示任意字段筆劃,具有 3 4線串行接口,可與任何單片機、 耗低,顯示狀態(tài)時電流為 2 A (典型值 ),省電模式時小于 1 A,工作電壓為 示清晰。 顯示電路設(shè)計 ( 1) 態(tài)顯示選擇 方案一 : 顯示電路通常采用液晶顯示和數(shù)碼管顯示,對于一般的段式液晶屏需要專門的驅(qū)動電路,而且液晶作為一種被動顯示,可視性差,不適合遠距離觀看,對于具有驅(qū)動電路和單片機借口的液晶顯示模塊一般采用并行接口。對單片機的接口要求較高,占用資源多。另外單片機沒有專門的液晶驅(qū)動接口。 方案二: 數(shù)碼管作為一種主動的顯示器件,具有亮度高,相應(yīng)速度快,防潮防濕性能好,溫度特性極好價格便宜,易于購買等優(yōu)點而且具有遠距離顯示效果,很適合夜間或遠距離操作。因此本設(shè)計采用 8段數(shù)碼管作為顯示介質(zhì)。 數(shù)碼管顯示可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。由于本設(shè)計采用五位數(shù)碼管顯示時間,如果采用靜態(tài)顯示則站用的接口線多,硬件電路復(fù)雜,所以采用動態(tài)顯示。 ( 2) 態(tài)顯示 該模塊主要由 接口電路是把所有的 個筆畫段A G, 每一個數(shù)碼管的公共端 。 有顯示器接受到相同的字型碼,但究竟是哪個顯示器亮取決于 這一端是由 I/2 一位。而所謂動態(tài)掃描就是指我們采用分時的方法,輪流控制各個顯示器的 各個顯示器輪流點亮。1 2 3 4 5 6i t u m b e r R e v i s i o nS i z a t e : 2 4 - M a y - 2 0 0 9 S h e e t o f F i l e : C : D o c u m e n t s a n d S e tt i n g s A d m i n i s t r a t o r 桌面 x f . d d bD r a w n B y :5 8 8 D( a )共陰極 ( b )共陽極 ( c )管腳配置圖 a) 示模塊 在輪流點亮掃描的過程中,每位顯示管的點亮時間是極為短暫的,約 1由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng),盡管實際上各位顯示器并非同時點亮,但只要掃描的速度足夠快,給 人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù),不會有閃爍感。 本設(shè)計顯示部分采用共陽極 碼管的引腳圖以及接線圖見圖 a)所示。 ( 3) 動 74有在清除端保持高電平時,才具有鎖存功能,鎖存控制端為 11腳 用上升沿鎖存。 1D 81Q 8脈沖觸發(fā),低電平清除,常用作 8位地址鎖存器。由于 15個 I/ 即 3口, 單 15個 I/8位 是不夠的, 我們通過一片面 74 用于驅(qū)動 位段碼, 8位 a g段連在一起 。 23 圖 a) 示驅(qū)動 ( 4 )顯示電路 圖 b) 顯示電路 24 動態(tài)顯示電路由顯示???,字形碼驅(qū)動模塊。自位 驅(qū)動模塊三部分組成。圖所示為本系統(tǒng)的 6 為 態(tài)顯示器接口電路。 6 個數(shù)碼管 8 段選線的分別與驅(qū)動芯片接單片機 控制也和另一驅(qū)動芯片接單片機 語音電路設(shè)計 在很多的單片機系統(tǒng)中除了顯示器件外經(jīng)常還有發(fā)聲器件。蜂鳴器一般用于一些要求不高的聲音報警及按鍵操作提示音場合。蜂鳴器外形如圖 a)所示。 圖 a) 蜂鳴器實物圖 蜂鳴器和普通揚聲器相比,最重要的一個特點是只要按照極性要求加上合適的直流電壓,就可以發(fā)出固有頻率的聲音,因此使用起來比揚聲 器簡單。由此可知,蜂鳴器的控制和 雖然蜂鳴器的控制和 在外圍硬件電路上卻有所不同,因為蜂鳴器是一個感性負載,一般不建議用單片機 I/以最好加個驅(qū)動三極管,在要求較高的場合還會加上 3保護二極管。b)所示。 圖 b) 蜂鳴器電路圖 25 5. 軟件部分設(shè)計 本系統(tǒng)由單片機 用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計。主要實現(xiàn)的功能是: 把單片機控制技術(shù)、鍵盤掃描與顯示有機的結(jié)合起來, 運用繼電器、鍵 盤按鈕等完成基于單片機 能插座系統(tǒng) 的設(shè)計 , 實現(xiàn)的功能包括通過單片機控制電路實現(xiàn)定時功能并在顯示電路中顯示定時時間。其軟件流程圖如 5 圖 6件流程圖 秒脈沖發(fā)生器是由定時器 6位計數(shù)器模式,當 變?yōu)槿?0時產(chǎn)生中斷,本程序中 約 斷一次。這里使用的晶振頻率為 統(tǒng)產(chǎn)生 中斷后, 首先保存 值,然后為 裝初值,判斷中斷次數(shù)是否小于 100,是則轉(zhuǎn)出中斷服務(wù),反之則為秒計數(shù)器加 1,秒計數(shù)器如果大于 59,則為分計數(shù)器加 1, 同時秒計數(shù)器清 0。 同樣分計數(shù)器如大于 59則為時計數(shù)器加 1,同時分計數(shù)器清 0,時計數(shù)器如大于 23則清 0并轉(zhuǎn)出中斷服務(wù)。 00次的時間剛好為 1秒鐘。 主 程 序 上 電 復(fù) 位 輪 流 顯 示 預(yù) 設(shè) 時 間到否 有鍵按下 判 斷 鍵 值 相 應(yīng) 處 理 相 應(yīng) 處 理 26 上電復(fù)位過程:首先 , 位置 1,低 3位置 0。設(shè)置定時器 作于 16 位計數(shù)器模式,并賦初值 000H,關(guān)閉外部中斷和串行口中斷,時間計數(shù)器 ,所有預(yù)置時間存儲區(qū)全部賦值 此所有初始化工作完成。主程序工作過程:首先循環(huán)進行六個數(shù)碼管掃描顯示( 然后比較所有預(yù)置時間( )是否與當前時間相等,如相等則轉(zhuǎn)向相應(yīng)處理程序。在比較完成(或處理完成)后判斷有無按鍵( 沒有則返回繼續(xù)顯示、比較、判斷;有按鍵則轉(zhuǎn)向相應(yīng)處理程序。按鍵轉(zhuǎn)移采用偏移量加表格跳轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移法( 簡單、明了。預(yù)置時間比較則采用逐一比較法, 即對每一個預(yù)置值進行比較, 如相等則做相應(yīng)處理。具體比較時( 比較 如不相等則直接轉(zhuǎn)出并置“時間到”標志 ,如 置該標志為 1。本程序在顯示及按鍵處理 (設(shè)置過程) 中巧妙使用 存器作為公用地址寄存工具,對實時時間和預(yù)置時間的顯示和修改調(diào)用同一程序完成,使源代碼長度大大縮短,提高了程序的可讀性和運行效率。 6. 單片機硬軟件調(diào)試 件、軟件調(diào)試 ( 1)硬件調(diào)試 根據(jù)設(shè)計的原理

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