基于單片機控制的智能窗簾設計

1、摘 要本文首先介紹了智能家居的基本知識及其應用前景，進而闡明了開發(fā)作為智能家居中一個很重要部分紅外線遙控自動窗簾的意義。隨后著重介紹了開發(fā)單片機控制的紅外線遙控窗簾系統(tǒng)所用到的集成芯片stc89c52、ds1302芯片、紅外線發(fā)射接收器等硬件的結構原理。本文采用分塊的模式，對整個系統(tǒng)的硬件電路設計進行分析，分別給出了系統(tǒng)總體框圖、電源電路、時鐘ds1302電路、鳴響電路、紅外線接收電路、電機控制電路、顯示電路，并對相應電路設計進行了相關的闡述。隨后講述了軟件的編寫思路，也是采用分塊的模式，分別寫出了紅外線解碼程序、時鐘芯片ds1302控制程序、lcd液晶顯示程序、遙控控制程序的編寫思路，每一模

2、塊都畫出了其方框圖，看起來一目了然。最后通過仿真調試，時鐘，手動開關窗簾，自動開關窗簾等控制方面的設計上基本達到了預期目的。當然，該系統(tǒng)在一些細節(jié)的設計上還需要不斷的完善和改進。關鍵詞: 時鐘芯片，單片機，紅外線，窗簾。目 錄第1章.緒言11.1課題背景11.2國內外概況11.3課題的研究工作2第2章.單片機簡介42.1單片機的發(fā)展42.2單片機的特點52.3單片機的應用5第3 章.系統(tǒng)設計63.1系統(tǒng)方案確定63.2核心芯片結構原理介紹73.2.1 中央控制器stc89c52rc73.2.2時鐘芯片ds1302103.2.3 儲存器件at24c02123.2.3紅外接收hs0038143.2

3、.4液晶顯示器lcd1602143.3硬件電路原理設計183.3.1電源部分183.3.2顯示電路183.3.3紅外接收電路193.3.4時鐘電路203.3.5數據存儲電路203.3.6光控測光電路213.3.7電機執(zhí)行電路213.3.8窗簾框架構造設計223.4軟件設計233.4.1紅外解碼233.4.2 lcd1602顯示程序243.4.3 ds1302的控制程序253.4.4數據存儲程序28第4章.調試30第5章.總 結32第6章.致 謝33參考文獻34附錄：35原理圖：35源程序：36第1章.緒言本章闡述了單片機控制的紅外線遙控自動窗簾系統(tǒng)的市場價值、研究背景、國內外的現(xiàn)狀、以及發(fā)展方

4、向，明確指出了單片機控制的紅外線遙控自動窗簾系統(tǒng)所面臨的問題及一些解決方案。1.1課題背景生活在提高，時代在進步，人類在向文明邁進，不同的時代對居住空間、環(huán)境有不同的要求，這是社會的必然潮流1。單片機控制的自動窗簾遙控系統(tǒng)，既能解決每天手拉開和關上窗簾的不便，又顯示出了生活的檔次，同時還可以根據光線的明暗來自動控制窗簾的開關，以調節(jié)室內的光線，更進一步地滿足了人們的享受要求。所以該產品能形成大規(guī)模生產，很快會普及全國市場，產生巨大的經濟效益；另外，除了廣大市民住宅使用外，該遙控窗簾器還可以廣泛應用于別墅、公寓、賓館、飯店、寫字樓、歌舞廳、影劇院、會議廳、銀行、學校、醫(yī)院等各種公共場所，因此該產

5、品具有廣闊的市場前景。遙控自動窗簾系統(tǒng)在我國還剛剛興起，但其發(fā)展前景廣闊，推廣和應用自動窗簾系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。其一，改變人們的生活方式。單片機控制的遙控自動窗簾系統(tǒng)具有豐富的智能化功能，為家庭用戶營造一個高效、舒適、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。單片機控制的遙控自動窗簾只用一個多功能遙控器就能控制和監(jiān)測住房的窗簾開關問題，給人們日上生活帶來極大的方便。這些都將改變人們傳統(tǒng)的生活方式，并提高了人們的生活質量。其二、牽動一大批產業(yè)。單片機控制的遙控自動窗簾產品面向家庭用戶，其應用市場是龐大的，發(fā)展前景也是廣闊的，必將吸引大批有遠見的各類企業(yè)介入，從而牽動一大批產業(yè)的發(fā)展。這里最先受益的應該是房地產業(yè)

6、，單片機控制的遙控自動窗簾不僅是一個很好的概念與“賣點”，同時也是直接提升住宅檔次的一個條件，這將會給房地產商帶來新的利潤空間。在家居集成化、網絡化的趨勢下，家居集成也成為一種潮流，許多更專業(yè)的、美觀的、智能化的家居集成產品相繼出現(xiàn)。其三，開拓一個嶄新的市場。遙控自動窗簾系統(tǒng)牽動了許多的行業(yè)，它將不僅僅是目前的it系統(tǒng)集成商或建筑弱電工程總包商的市場，而且是專業(yè)公司和智能化裝飾公司的市場。1.2國內外概況在歐美等發(fā)達國家，電動窗簾已廣泛應用。在10年前，電動窗簾就已經進入我國，可一直沒有大的推廣，這兩年，隨著電控技術的不斷提高及價格的不斷下降，電動窗簾熱才又卷土重來。據了解，全國共有170多種

7、電動窗簾器獲得了國家專利，但就其技術本身而言，還是大同小異，但售價卻有很大差別，貴的要數千元，便宜的只要500塊。盡管遙控自動窗簾系統(tǒng)在國內是一個新興的行業(yè)，但是，它也正以不可抵擋之勢迅速崛起。遙控自動窗簾系統(tǒng)走進中國以來，在短短四年的時間里，遙控自動窗簾系統(tǒng)生產商由最初的幾家公司增加到如今的百余家企業(yè)，其行業(yè)發(fā)展之迅速是目前國內任何其它行業(yè)所無法比擬的。目前，我國遙控自動窗簾系統(tǒng)生產廠商、分銷商、集成商與裝飾公司都形成了相當規(guī)模，不少國內知名企業(yè)紛紛涉足遙控自動窗簾系統(tǒng)行業(yè)，如青島海爾、清華同方、tcl等，并涌現(xiàn)出一些較具影響力的智能家居專業(yè)廠商，如上海索博智能電子有限公司、北京九州易居科技

8、有限公司、天津瑞朗智能家居電子科技有限公司、深圳市正星特科技有限公司等。自動窗簾產品已開始走進中國的家庭。具報道，我國2004年售出商品房1.9億m,如果每20 m需要一套窗簾架產品，僅此一項就可以年新增窗簾架產品近千萬套加上。年新增窗簾架產品市場需求將不低于2000萬套。如果單片機控制的遙控自動窗簾，銷售占市場的5%左右，就可實現(xiàn)年產值上億元。隨著自動窗簾熱潮在世界范圍內的日漸興起，隨著中國電子技術的飛速發(fā)展、人們生活水平的不斷提高以及智能電子技術在生活中的廣泛應用，自動窗簾已經成為未來家居裝飾潮流發(fā)展的最新方向，在不久的將來，沒有自動窗簾系統(tǒng)的住宅肯定不合潮流。從目前的發(fā)展趨勢來看，在未來

9、的20年時間里，自動窗簾行業(yè)將成為中國的主流行業(yè)之一，其市場的發(fā)展前景是非常廣闊的。1.3課題的研究工作智能家居系統(tǒng)是一個大的社會系統(tǒng)工程，我們應當加快我國智能家居標準化進程。自動窗簾系統(tǒng)作為智能家居中一個很重要的部分，需要在我國智能家居這一領域，建立起一個具有中國特色的新興、健康的產業(yè)鏈。讓自動窗簾系統(tǒng)在我國并不是遠在天邊，而是近在眼前?，F(xiàn)有的電動窗簾機的控制方式有固定式開關控制、遙控、光控、聲控等，其中以前兩種形式居多。就實用程度和經濟角度來說，用固定式開關控制方式較好，這是因為窗簾的開閉不像電視機等家電產品開閉得那樣頻繁，每天開閉的次數不多，因此安裝在固定的地方使用也相當方便，如把開關裝

10、在床頭柜等電器綜合控制系統(tǒng)中，睡在床上就能控制窗簾的開閉。利用觸摸開關，實現(xiàn)全自動斷電，既安全又節(jié)能，但最重要的一點就是沒有實現(xiàn)完全的自動化，沒的擺脫對人的依賴作用。而采用遙控控制時，需要候機電源，不可能完全斷電而且增加遙控功能，也增加了成本，售價也相應提高。窗簾機的控制方式大體上有三種：聲控、光控、時控，聲控和遙控屬于半自動類；而光控雖屬全自動式，但因光敏器件的靈敏度，冬夏等不同季節(jié)的光照度的不同，以及人們對起閉窗簾在時間上的要求不同，而難以實施和普及。因此，時控式的全自動窗簾機便成了專業(yè)以及業(yè)余電子設計人員的熱門課題。根據以上自動窗簾有些不能實現(xiàn)完全的自動化；有些雖然實現(xiàn)了完全的自動化，但

11、結構復雜，性能不夠穩(wěn)定；有些雖然實現(xiàn)了完全的自動化，且性能還可以，但價格昂貴不適合普通消費者使用。所以我想利用價格相對便宜的紅外線遙控發(fā)射芯片、單片機作為主要控制器件，來完成該系統(tǒng)的設計。該系統(tǒng)主要有如下幾方面的特點：（1）發(fā)射紅外線的發(fā)射裝置采用一般彩色電視機的遙控器，這樣既方便又實惠，可謂一物兩用。（2）時間控制開關窗簾。通過對ds1302芯片的設定，讓用戶可以隨自己的生活習慣方便的自動開關窗簾，無需手動。（3）采用紅外遙控方式，不會干擾其它電器的正常工作，也不會影響鄰近的無線設備。超距離遙控，可達89m。（4）另一種控制方式為手動控制方式，防止停電后采用手動控制。（5）美觀。以往的遙控電

12、動窗簾都是向一邊拉或向上拉，而本設計為向兩邊打開，隨個人的愛好可以控制其大小。（6）體積小、結構簡單、靈敏度高、抗干擾性強、經濟實用、工作可靠。第2章.單片機簡介單片微型計算機簡稱單片機，又稱為嵌入式微控制器(embedded microcontroller)。常用英文字母的縮寫mcu表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領域。單片機由芯片內僅有cpu的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和cpu集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。intel的z80是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣以大

13、規(guī)模集成電路為主組成的微型計算機，它的誕生是計算機發(fā)展史上一個新的里程碑。單片機比專用處理器更適合應用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應用。事實上單片機是世界上數量最多的計算機。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數百臺單片機在同時工作！單片機的數量不僅遠超過pc機和其他計算的總和，甚至比人類的數量還要多。 單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機

14、系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了i/o設備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。 單片機內部也用和電腦功能類似的模塊，比如cpu，內存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可.用它來做一些控制電器一類不是很復雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、vcd等等的家電里面都可以看到它的身影！.它主要是作為控制部分的核心部件。2.1單片機

15、的發(fā)展單片機從誕生至今已經經歷了4個發(fā)展階段，分別是：第一階段（19741976年）：單片機初級階段。因工藝限制，此階段的單片機采用雙片的形式而且功能比較簡單。例如仙童公司生產的f8單片機，只包括了 8位cpu,64個字節(jié)的ram，和兩個并行口，需要加一塊具有1kb rom、定時器/計數器和兩個并行口的3851芯片才能組成一臺完整的計算機。第二階段（19761978年）：低性能單片機階段。此階段的單片機已成為一臺完整的計算機，但內部資源不夠豐富，以intel公司生產的mcs-48系列為代表，片內集成了8位cpu、8位定時器/計數器、ram和rom等，但無串行口，中斷系統(tǒng)也比較簡單，片內ram和

16、rom容量較小且尋址范圍不大于4kb。第三階段（19781982）：高性能單片機階段。此階段的單片機內部資源豐富，以intel公司生產的mcs-51系列為代表，片內集成了8位cpu、16位定時器/計數器、串行i/o口、多級中斷系統(tǒng)、ram和rom等，片內ram和rom容量加大，尋址范圍可達64kb。有的型號內部還帶有a/d轉換器。第四階段（1982）：8位單片機得鞏固發(fā)展及16位、32位單片機推出階段。16位單片機以intel公司生產得mcs-96系列為代表，在片內帶有多通道a/d轉換器和高速輸入/輸出（hsi/hso）部件，中斷處理和實時處理能力很強。目前單片機的品種眾多，其中性能優(yōu)良的8位

17、單片機在今后若干年內仍然將是工業(yè)檢測、控制應用領域中的主角。2.2單片機的特點（1）小巧靈活、成本低、易于產品化。能利用它方便地組裝成各種智能式測控設備及各種智能儀器儀表，很容易滿足儀器設備既智能又微型化的要求。（2）可靠性高、適用的溫度范圍寬。單片機芯片一般是按工業(yè)測控要求設計的，能適應各種惡劣的環(huán)境。這一點是其他機種無法比擬的。（3） 易擴展、控制能力強。通過單片機本身或擴展可以方便地構成各種規(guī)模地應用系統(tǒng)及多機和分布式計算機控制系統(tǒng)。（4） 指令系統(tǒng)相對簡單，較易掌握，且指令中又較豐富地邏輯控制功能指令，能較方便地直接操作外部輸入輸出設備。由于單片機具有功能強、體積小、可靠性好和價格便宜

18、等獨特優(yōu)點，已成為傳統(tǒng)工業(yè)技術改造和新產品更新?lián)Q代的理想機種，具有廣泛的發(fā)展前景。單片機技術的應用，使得許多領域的技術水平和自動化程度大大提高，可以說，當今世界正面臨著一場以單片機（微電腦）技術為標志的新技術革命。2.3單片機的應用可以說，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱pc機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚

19、子”里?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統(tǒng)、家用電器等。各種產品一旦用上了單片機，就能起到使產品升級換代的功效，常在產品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機等。現(xiàn)在有些工廠的技術人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能ic卡，民用豪華轎車的安全保障系

20、統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。 單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，第3 章.系統(tǒng)設計3.1系統(tǒng)方案確定這次設計題目為單片機在電子產品中的應用已經越來越廣泛，在很多的電子產品中也用到了紅外控制。隨著窗簾紅外控制器應用范圍的日益廣泛和多樣，各種適用于不同場合的窗簾控制器應運而生。實現(xiàn)這種控制目的的方案有3個。方案（一）自動控制系統(tǒng)。（采用a/d轉換器）

21、方案（二）模擬集成控制器自動控制系統(tǒng)。（采用v/f轉換電路）這二個方案都是采用單片機控制，液晶顯示模塊lcd顯示。方案（一）的系統(tǒng)框圖如圖3-1：紅外發(fā)送模塊電源模塊鍵盤模塊液晶模塊紅外接收模塊stc89c52圖3-1 方案一的原理框圖stc89c52是一款采用atmel高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容的單片機，其主要性能特點有：（1）高性能、低功耗的8byte微控制器，risc精簡指令集機構，指令功能強大，且多數為單周期指令，具有低功耗的閑置和掉電控制模式、5個中斷源、兩個16位定時器/計數器等功能。（2）片內集成4kb可編程閃爍存儲器，可進行1

22、000次以上寫/擦循環(huán)操作，數據保留時間可達10年，支持三級程序存儲器鎖定。（3）豐富強大的外部接口性能：32可編程i/o線，可編程串行通道，片內振蕩器和時鐘電路。 采用lg28顯示模塊41bh數碼管，動態(tài)掃描，8550三極管位選驅動 ， at89c51微處理器p0口直接段選實現(xiàn)小時、分鐘顯示，具有顯示亮度強、穩(wěn)定性能好、顯示誤差少等優(yōu)點。方案（二）的框圖如圖3-2：遙控器stc89c52單片機步進電機紅外接收模塊圖3-2 方案二的原理框圖該窗簾控制器采用stc89c52單片機的最小系統(tǒng)設計，控制一個220v的可逆、變速電動機控制窗簾的拉開和關閉。窗簾控制器可以使用紅外遙控器進行遠程手動開、手

23、動關和手動?？刂?；還可以根據室外環(huán)境亮度實現(xiàn)環(huán)境亮度光控。以及光控狀態(tài)下環(huán)境亮度的控制參數的調整等等都可以通過遙控器進行設置。 該紅外遙控窗簾可謂是一款多功能的窗簾控制器窗簾控制器原理圖。經過論證選擇方案二。3.2核心芯片結構原理介紹為使基于單片機控制的紅外線遙控系統(tǒng)在實際使用過程中方便快捷，并且具有較高的性能/價格比，所以對該系統(tǒng)的原器件作了精心挑選。按在實際工作中的作用，可分為以下幾個部分：stc89c52rc單片機是整個電路的核心，它控制其它模塊來完成各種復雜的操作；紅外線一體化接受頭負責接受命令；芯片ds1302負責時鐘的運行及設置參數。at24c02用來存儲數據。3.2.1 中央控制

24、器stc89c52rcstc89c52rc是由宏晶公司推出的一種小型單片機，其主要特點為采用flash存貯器技術，降低了制造成本，其軟件、硬件與mcs-51完全兼容，且采用高密度非易失存儲器制造技術制造，將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，可以很快被中國廣大用戶接受。其程序的電可擦寫特性，使得開發(fā)與試驗比較容易，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。3.2.1.1 stc89c52rc的特點stc89c52rc有很寬的工作電源電壓，可為2.76v,當工作在3v時，電流相當于6v工作時的1/4。stc89c52rc工作于12hz時，動態(tài)電流為5.5ma，空閑態(tài)為1ma,

25、掉電狀態(tài)僅為20na。這樣小的功耗很適合于電池供電的小型控制系統(tǒng)。stc89c52rc具有以下幾個特點：stc89c52rc與mcs-51系列的單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容；片內有4k字節(jié)在線可重復編程快擦寫程序存儲器；全靜態(tài)工作,工作范圍:0hz24mhz；三級程序存儲器加密；1288位內部ram；32位雙向輸入輸出線；兩個十六位定時器/計數器五個中斷源,兩級中斷優(yōu)先級；一個全雙工的異步串行口；間歇和掉電兩種工作方式超強抗干擾:高抗靜電(esd保護),輕松過2kv/4kv快速脈沖干擾；寬電壓,不怕電源抖動；寬溫度范圍,-4085；禁止ale輸出;；超低功耗: 1、掉電模式:典型功耗0.1

26、a； 2、空閑模式:典型功耗2ma； 3、正常工作模式:典型功耗4ma-7ma； 4、掉電模式可由外部中斷喚醒,適用于電池供電系統(tǒng),如水表、氣表、便攜設備等.；3.2.1.2 stc89c52rc引腳功能1電源:vcc - 芯片電源，接+5v； vss - 接地端； 2.時鐘:xtal1、xtal2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 3.控制線:控制線共有4根： ale/prog:地址鎖存允許/片內eprom編程脈沖 ale功能：用來鎖存p0口送出的低8位地址 prog功能：片內有eprom的芯片，在eprom編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 psen:外rom讀選通信號。 rst/vpd:

27、復位/備用電源。 rst（reset）功能：復位信號輸入端。 vpd功能：在vcc掉電情況下，接備用電源。 ea/vpp:內外rom選擇/片內eprom編程電源。 ea功能：內外rom選擇端。 vpp功能：片內有eprom的芯片，在eprom編程期間，施加編程電源vpp。 4.i/o口線：p0、p1、p2、p3共四個八位口。 p0口是三態(tài)雙向口，通稱數據總線口，因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀/寫操作。p0口也用以輸出外部存儲器的低8位地圖1址。由于是分時輸出,故應在外部加鎖存器將此地址數據鎖存，地址鎖存,信號用ale。 p1口是專門供用戶使用的i/o口,是準雙向口。 p2口是從系統(tǒng)擴展

28、時作高8位地址線用。不擴展外部存儲器時,p2口也可以作為用戶i/o口線使用,p2口也是準雙向口。 p3口是雙功能口,該口的每一位均可獨立地定義為第一i/o功能或第二i/o功能。作為第一功能使用時操作同p1口。p3口的第二功能如表2.1所示。表1 p3口第二功能端口引腳各個功能p3.0rxd（串行口輸入端）p3.1txd（串行口輸出端）p3.2(外部中斷0請求輸入端，低電平有效)p3.3(外部中斷1請求輸入端，低電平有效)p3.4t0（定時器/計數器0計數脈沖輸入端）p3.5t1（定時器/計數器1計數脈沖輸入端）p3.6(外部數據存儲器寫選通信號輸入端,低電平有效)p3.7（外部數據存儲器讀選通

29、信號輸入端，低電平有效）3.2.1.3時鐘電路和復位電路1）時鐘產生電路片內電路與片外器件就構成一個時鐘產生電路，cpu的所有操作均在時鐘脈沖同步下進行。片內振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在1.2mhz24mhz之間選取。c1、c2是反饋電容，其值在20pf100pf之間選取，典型值為30pf。本電路選用的電容為30pf，晶振頻率為12mhz。振蕩周期；機器周期指令周期。xtal1和xtal2：片內振蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調電容。在石英晶體的兩個管腳加交變電場時，它將會產生一定頻率的機械變形，而這種機械振動又會產生交變電場，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應。一般情況下，

30、無論是機械振動的振幅，還是交變電場的振幅都非常小。但是，當交變電場的頻率為某一特定值時，振幅驟然增大，產生共振，稱之為壓電振蕩。這一特定頻率就是石英晶體的固有頻率，也稱諧振頻率。即用來連接8051片內osc的定時反饋回路，如圖3.5所示。石英晶振起振后要能在xtal2線上輸出一個3v左右的正弦波，以便使mcs-51片內的osc電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常，osc的輸出時鐘頻率fosc為0.5mhz-16mhz，典型值為12mhz或者11.0592mhz。電容c1和c2可以幫助起振，典型值為30pf，調節(jié)它們可以達到微調fosc的目的。如圖3-3.圖3-3 時鐘電路2）單片機復位電路圖3

31、-4為單片機復位電路。單片機在開機時都需要復位，以便中央處理cpu以及其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機的復位后是靠外部電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的rst引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖（2個機器周期）以上的高電平，單片機便可實現(xiàn)初始化狀態(tài)復位。mcs-51單片機的rst引腳是復位信號的輸入端。例如：若mcs-51單片機時鐘頻率為12mhz，則復位脈沖寬度至少應該為2s。 圖3-4 復位電路3.2.2時鐘芯片ds1302dsl302是美國dallas公司生產的一種串行實時時鐘/日歷芯片，以串行方式與單片機進行數據傳送，它能夠向單片機提供：秒、分、時、

32、日、月、年、及星期等實時時間信息，并能夠對閏年天數自動調整，日歷有效至2100年。dsl302由雙電源中較大者供電，使系統(tǒng)在沒有主電源的情況下也能保持時鐘的連續(xù)運行。片內具有31個字節(jié)靜態(tài)ram，可用來保存重要數據。dsl302具有引腳少、體積小、價格低等優(yōu)點，得到了廣泛應用。但由于其時序要求比較嚴格，應用程序不易編寫，給開發(fā)者帶來不便。為此，本文對其進行詳細分析和闡述并在分析其時序的基礎上給出了dsl302與單片機連接的接口電路和通訊子程序。 3.2.2.1 ds1302的引腳排列及其內部結構ds1302的引腳排列如圖3-5所示，其引腳描述如表2.2所示。 圖3-5 ds1302的引腳排表2

33、 ds1302引腳描述引腳號符 號描 述引腳號符 號描 述1vcc2備用電源引腳5復位引腳2x1晶振引腳6i/o數據輸入/輸出引腳3x2晶振引腳7sclk串行時鐘輸入引腳4gnd電源地引腳8vcc1主電源引腳ds1302串行實時時鐘芯片主要由移位寄存器、控制邏輯、振蕩器、實時時鐘及31個字節(jié)ram組成,其內部結構如圖2.7所示。數據傳送前，必須把置為高電平且把提供地址和命令信息的8位字節(jié)裝入到移位寄存器。在進行單字節(jié)傳送或多字節(jié)傳送時，開始的8位命令字節(jié)用于指定40個字節(jié)(31個字節(jié)ram和9個字節(jié)時鐘寄存器)中哪個將被訪問。 表3 ds1302寄存器 寄存器名命令字 取值范圍各位內容寫讀76

34、543210秒寄存器80h81h00-59ch10secsec分鐘寄存器82h83h00-59010minmin小時寄存器84h85h01-12或00-2312/240a/mhrhr日期寄存器86h87h01-28,29,30,310010datedate月份寄存器88h89h01-1200010mmonth周日寄存器8ah8bh01-1200000day年份寄存器8ch8dh00-9910 yearyear3.2.2.2 ds1302數據傳輸方式對ds1302 進行任何數據傳送時, 第一個數據字節(jié)必須是命令字節(jié), 格式如圖3-6所示, 其最高有效位msb (位7) 必須為邏輯1。如果它是零,

35、 禁止寫ds1302。位6為邏輯0 時指定傳送時鐘/日歷數據; 邏輯1指定傳送ram數據。位1至5 指定進行輸入或輸出的特定寄存器的地址。最低有效位lsb (位0)為邏輯0 時指定時進行寫操作(輸入) ; 邏輯1指定進行讀操作(輸出)。命令字節(jié)總是從最低有效lsb (位0) 開始輸入12。圖3-6 地址/命令字節(jié)時鐘芯片ds1302是采用i2c總線來傳輸數據的。i2c(interintegrated circuit)總線是一種由philips公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備。i2c總線產生于在80年代，最初為音頻和視頻設備開發(fā)，如今主要在服務器管理中使用，其中包括單個組件

36、狀態(tài)的通信。i2c總線最主要的優(yōu)點是其簡單性和有效性。由于接口直接在組件之上，因此i2c總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數量，降低了互聯(lián)成本。總線的長度可高達25英尺，并且能夠以10kbps的最大傳輸速率支持40個組件。i2c總線的另一個優(yōu)點是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能夠進行發(fā)送和接收的設備都可以成為主總線。一個主控能夠控制信號的傳輸和時鐘頻率。當然，在任何時間點上只能有一個主控。3.2.3 儲存器件at24c021 概述 at24c02是一個2k位串行cmos e2prom， 內部含有256個8位字節(jié)，catalyst公司的先進cmos技

37、術實質上減少了器件的功耗。at24c02有一個16字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過ic總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能。圖3-7 at24c02管腳配置2功能描述at24c02支持ic，總線數據傳送協(xié)議ic，總線協(xié)議規(guī)定任何將數據傳送到總線的器件作為發(fā)送器。任何從總線接收數據的器件為接收器。數據傳送是由產生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數據（發(fā)送或接收）的模式，通過器件地址輸入端a0、a1和a2可以實現(xiàn)將最多8個at24c02器件連接到總線上。表4管腳描述管腳名稱功能a0、 a1、 a2器件地址選擇sda串行數據/地址sc

38、l串行時鐘wp寫保護vdd+1.8v6 v工作電壓vss地scl 串行時鐘：at24c02串行時鐘輸入管腳用于產生器件所有數據發(fā)送或接收的時鐘，這是一個輸入管腳。sda 串行數據/地址：at24c02 雙向串行數據/地址管腳用于器件所有數據的發(fā)送或接收，sda 是一個開漏輸出管腳，可與其它開漏輸出或集電極開路輸出進行線或（wire-or）。a0、a1、a2 器件地址輸入端：這些輸入腳用于多個器件級聯(lián)時設置器件地址，當這些腳懸空時默認值為0。當使用at24c02 時最大可級聯(lián)8個器件。如果只有一個at24c02被總線尋址，這三個地址輸入腳（a0、a1、a2 ）可懸空或連接到vss，如果只有一個a

39、t24c02 被總線尋址這三個地址輸入腳（a0、a1、a2 ）必須連接到vss。wp 寫保護：如果wp管腳連接到vcc，所有的內容都被寫保護只能讀。當wp管腳連接到vss 或懸空允許器件進行正常的讀/寫操作。3.i2c總線的基本結構：采用i2c總線標準的單片機或ic器件，其內部不僅有i2c接口電路，而且將內部各單元電路按功能劃分為若干相對獨立的模塊，通過軟件尋址實現(xiàn)片選，減少了器件片選線的連接。cpu不僅能通過指令將某個功能單元電路掛靠或摘離總線，還可對該單元的工作狀況進行檢測，從而實現(xiàn)對硬件系統(tǒng)的既簡單又靈活的擴展與控制。在數據傳送過程中，必須確認數據傳送的開始和結束。 在i2c總線技術規(guī)范

40、中，開始和結束信號（也稱啟動和停止信號）的定義如圖2所示。當時鐘線scl為高電平時，數據線sda由高電平跳變?yōu)榈碗娖蕉x為“開始”信號，起始狀態(tài)應處于任何其他命令之前；當scl線處于高電平時，sda線發(fā)生低電平到高電平的跳變?yōu)椤敖Y束”信號。器件將處于備用方式（standby mode).開始和結束信號都是由主器件產生。在開始信號以后，總線即被認為處于忙狀態(tài)；在結束信號以后的一段時間內，總線被認為是空閑的。i2c總線的數據傳送格式是：在i2c總線開始信號后，送出的第一個字節(jié)數據是用來選擇從器件地址的，其中前7位為地址碼，第8位為方向位(r/w)讀寫控制。方向位為“0”表示發(fā)送，即主器件把信息寫到

41、所選擇的從器件；方向位為“1”表示主器件將從從器件讀信息。開始信號后，系統(tǒng)中的各個器件將自己的地址和主器件送到總線上的地址進行比較，如果與主器件發(fā)送到總線上的地址一致，則該器件即為被主器件尋址的器件，其接收信息還是發(fā)送信息則由第8位(r/w)確定。3.2.3紅外接收hs0038紅外接收探頭，接收紅外信號頻率為38khz，周期約26s。如圖3-8。. 圖3-8 hs0038紅外接收器件紅外接收頭電路一體化的紅外接收裝置將遙控信號的接受、放大、檢波、整形集一體，并且輸出可以讓單片機識別的ttl信號，這樣大大簡化了接收電路的復雜程度和電路的設計工作，方便使用。在本系統(tǒng)中我們采用紅外一體化接收頭hs0

42、038，外觀圖如圖3 所示。hs0038 黑色環(huán)氧樹脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，內附磁屏蔽，功耗低，靈敏度高。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號情況下，其接收距離可達35m。它能與ttl、coms 電路兼容。hs0038 為直立側面收光型。它接收紅外信號頻率為38 khz,周期約26 s，同時能對信號進行放大、檢波、整形，得到ttl 電平的編碼信號。三個管腳分別是地、5 v 電源、解調信號輸出端。紅外接收部分主要是對紅外載波信號進行解調放大整形等由于市場上已經有集成解調放大整形輸出的紅外接收頭所以我們只用考慮怎樣能準確計算出紅外編碼脈沖時間就可以了通常我們在計算紅外編碼脈沖時間時一般把接收程序放

43、在中斷程序中一旦有紅外信號則馬上進入中斷程序中并啟動定時器對紅外信號延時時間進行定時一旦計算判斷出是起始位則準備進行指令碼的定時計算如果沒有檢測到起始位就不能檢測指令碼而是繼續(xù)檢測起始位的出現(xiàn)當指令碼全部接收完畢后可根據指令碼的命令執(zhí)行相應的動作 在紅外接收時要注意抗干擾因為遙控窗簾接收陽光照射的時間和強度都很大因此主機接收到的紅外線干擾信號也很強所以一方面要加強主機接收頭的避光措施另一方面要在紅外接收軟件中設置接收紅外編碼信號延時時間的上限和下限依次來達到最佳的抗干擾效果3.2.4液晶顯示器lcd1602 液晶是一種高分子材料，因為其特殊的物理、化學、光學特性，20世紀中葉開始廣泛應用在輕薄

44、型顯示器上。液晶顯示器（lcd）的主要原理是以電流刺激液晶分子產生點、線、面并配合背部燈管構成畫面。1602液晶每行可顯示16個字符，一共可以顯示兩行。液晶顯示器采用目前使用的比較廣泛的字符型液晶顯示器1602。1602液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器（cgrom)已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“a”的代碼是01000001b（41h），顯示時模塊把地址41h中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“a”。1.引腳功能說明1602lcd采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶

45、背光）接口，各引腳接口說明如表10-13所示: 表5引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1vss電源地9d2數據2vdd電源正極10d3數據3vl液晶顯示偏壓11d4數據4rs數據/命令選擇12d5數據5r/w讀/寫選擇13d6數據6e使能信號14d7數據7d0數據15bla背光源正極8d1數據16blk背光源負極第1腳：vss為地電源。第2腳：vdd接5v正電源。第3腳：液晶顯示偏壓；vl為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調整對比度。第4腳：數據/命令選擇；rs為寄存器選擇，高電平時選擇數據

46、寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：讀/寫選擇；r/w為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當rs和r/w共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當rs為低電平r/w為高電平時可以讀忙信號，當rs為高電平r/w為低電平時可以寫入數據。第6腳：使能信號；e端為使能端，當e端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：d0d7為8位雙向數據線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。2.1602lcd的ram地址映射 控制器內部帶有80b的ram緩沖區(qū)，對應關系如圖3-9所示圖3-9 1602lcd內部ram顯示地址當我們向000f、404f地址中的任一處寫顯示數

47、據是，液晶都可以立即顯示出來，當寫到1027、5067地址是，必須通過移屏指令將它們移入可顯示區(qū)域方可正常顯示。3.控制指令 表6控制命令表序號指令d7d6d5d4d3d2d1d01清顯示000000002光標返回000001*3輸入模式000001i/ds4顯示開/關控制00001dcb5光標或字符移位0001s/cr/l*6置功能001dlnf* 1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平） 指令1：清顯示，指令碼01h,光標復位到地址00h位置。指令2：光標復位，光標返回到地址00h。指令3： 光標和顯示模式設置 i/d：光標移動

48、方向，高電平右移，低電平移 s:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。 指令4：顯示開關控制。 d：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 c：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 b：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令5：光標或顯示移位 s/c：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。 指令6：功能設置命令 dl：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 n：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 f: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。3.3硬件電路原理設計電源部分、顯示部分、紅外線接收部分

49、、數據儲存部分、光控電路測光部分、電機控制執(zhí)行部分3.3.1電源部分通過一帶有整流電路的12v變壓器外接市電（220v）后，輸入直流12v電壓。左邊兩個是12伏的電源濾波電容，一般大電容旁邊并聯(lián)一個小電容的目的是降低高頻內阻，因為大的電解電容一般采用卷繞工藝制造，所以等效電感較大，小電容可以提供一個小內阻的高頻通道，降低電源全頻帶內阻。同時經過3端集成穩(wěn)壓器lm7805穩(wěn)壓后輸出+5v電壓vcc,為訊響電路、紅外接收電路、顯示電路提供電源，5v電源經過二極管d5、限流電阻r1=5k后，為單片機及ds1302提供vdd電壓，battery是直流供電電源，電壓為3v3.6v,在本電路中為了節(jié)省成本

50、，使用兩節(jié)5號可充電電池，c6和c7是單片機電源濾波電容。平時交流電正常的情況下，vdd電源為單片機及ds1302供電的同時，也為電池浮充電，大大延長了電池的使用壽命，當交流電停電的時候，電池為單片機及ds1302供電，單片機及ds1302在掉電狀態(tài)下維持時鐘的正常。在控制器設置成手動控制時，單片機除執(zhí)行任務外，均處于睡眠狀態(tài)，遙控器信號的到來，單片機從睡眠中喚醒，恢復正常工作，所以手動狀態(tài)下當交流停電時，電池的耗電電流更小。圖3-10 電源電路3.3.2顯示電路顯示電路設計采用的是液晶lcd1602來顯示實時時間、調開窗簾時間、關窗簾時間等內容。p0口作為數據口連接lcd1602的714口，

51、來傳輸數據及指令，由于p0口帶負載能力差，故需接上拉電阻。p2.5接lcd1602的4腳rs（數據/命令選擇端），p2.6接lcd1602的5腳r/w（讀寫選擇端），p2.7接lcd1602的6腳e（使能信號）。電位器w1用來調節(jié)lcd1602的亮度。圖3-11 顯示電路3.3.3紅外接收電路紅外線接收電路使用一個集成紅外接收器，型號是hs0038，靜態(tài)時輸出端輸出高電平，當接收到紅外信號后，按紅外信號的數據波形輸出負脈沖數據信號。紅外信號輸出到單片機的p3.3 ，該口對應的第二功能是外部中斷1(int1)，利用該口的第二功能，一旦紅外線信號到來，p3.3被拉低，單片機中止當前的工作轉移到接收

52、、處理紅外信號。開啟中斷功能的目的，既減輕了單片機的工作負擔，又保證接收到的紅外信號的完整性，同時在手動工作狀態(tài)下，單片機進入睡眠后，利用外部中斷功能完成對單片機的喚醒。紅外接收部分主要是對紅外載波信號進行解調放大整形等由于市場上已經有集成解調放大整形輸出的紅外接收頭所以我們只用考慮怎樣能準確計算出紅外編碼脈沖時間就可以了通常我們在計算紅外編碼脈沖時間時一般把接收程序放在中斷程序中一旦有紅外信號則馬上進入中斷程序中并啟動定時器對紅外信號延時時間進行定時一旦計算判斷出是起始位則準備進行指令碼的定時計算如果沒有檢測到起始位就不能檢測指令碼而是繼續(xù)檢測起始位的出現(xiàn)當指令碼全部接收完畢后可根據指令碼的

53、命令執(zhí)行相應的動作 。在紅外接收時要注意抗干擾因為遙控窗簾接收陽光照射的時間和強度都很大因此主機接收到的紅外線干擾信號也很強所以一方面要加強主機接收頭的避光措施另一方面要在紅外接收軟件中設置接收紅外編碼信號延時時間的上限和下限依次來達到最佳的抗干擾效果。圖3-12 紅外接收電路3.3.4時鐘電路本電路采用ds1302時鐘芯片，ds1302主要特點是采用串行數據傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關閉充電功能。采用普通的32768hz晶振，兩個電源vcc1及vcc2接電源vdd，這樣如果沒有交流電的供電也可以由可充電電池供電，起了掉電保護，防止數據丟失。2腳x1（晶振引腳）及3腳

54、x2（晶振引腳）接32786hz的晶振，ds1302的7腳clk（串行時鐘輸入引腳）與單片機的p1.5相連，6腳i/o(數據輸入輸出引腳)與單片機的p1.6相連，5腳ret（復位引腳）與單片機的p1.7相連。 圖3-13 時鐘電路3.3.5數據存儲電路本電路采用at24c02芯片，at24c02支持ic，總線數據傳送協(xié)議ic，總線協(xié)議規(guī)定任何將數據傳送到總線的器件作為發(fā)送器。任何從總線接收數據的器件為接收器。數據傳送是由產生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。a0、a1、a2接地表示該器件的地址為00h，scl接單片機的p1.0腳，sda接單片機的p1.1腳。圖3-14 數據存儲電路3.3.6光控測光電路光控電路由d6(光敏二極管)、c10、q5組成，利用單片機的p2.2及p2.3完成對環(huán)境亮度的測試工作。d6和c10組成充放電回路，p2.2輸出為低電平，有光照時光敏二極