基于單片機(jī)立式冷凍箱時(shí)間控制器設(shè)計(jì)

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 基于單片機(jī)立式冷凍箱時(shí)間控制器設(shè)計(jì)學(xué) 院 電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院 年 級(jí) 專 業(yè) 班 級(jí) 1 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 職 稱 論文提交日期 23基于單片機(jī)立式冷凍箱的時(shí)間控制器設(shè)計(jì)摘 要隨著電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)調(diào)整，生產(chǎn)工藝的飛速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，家用電器逐漸普及，市場(chǎng)對(duì)于智能時(shí)鐘控制系統(tǒng)的需求也越來(lái)越大。本論文研究的智能時(shí)鐘控制系統(tǒng)主要是指家用電器的時(shí)鐘顯示、時(shí)間設(shè)置、定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)的控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)是以PIC16F72單片機(jī)為核心，4位LED數(shù)碼管顯示時(shí)間，使用DS1302時(shí)鐘芯片完成實(shí)時(shí)時(shí)鐘的基本功能，同時(shí)利用24C02存儲(chǔ)定時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)立式冷凍箱的定時(shí)控

2、制。本文對(duì)立式冷凍箱時(shí)間控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入的分析和研究，討論了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方案，介紹了該裝置的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工作原理，詳細(xì)分析了以PIC16F72單片機(jī)為控制單元的硬件電路設(shè)計(jì)以及實(shí)物設(shè)計(jì)。對(duì)時(shí)鐘顯示及定時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了系統(tǒng)方案的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，立式冷凍箱時(shí)間控制器設(shè)計(jì)可靠，而其顯示的新穎性往往更能吸引人們的眼球，因此該設(shè)計(jì)有著十分廣闊的實(shí)用價(jià)值和商業(yè)前景。關(guān)鍵詞：PIC16F72單片機(jī) 時(shí)鐘控制器 DS1302 24C02 Design of Time Control for Vertical Freezers Based on PIC MCUAbstractW

3、ith the electronic structure of industrial restructuring, the rapid development of the production process, the continuous improvement of people's living standard and the household appliances gradually popular, market is also growing demand for intelligent clock control system. The intelligent cl

4、ock control system of this thesis mainly refers to the household appliances of the clock display, timing setting and timer switch. This system is based on PIC16F72 microcontroller core, 4 LED digital display time, and used the DS1302 clock chip to complete the basic functions of the real-time clock.

5、 Also used the 24C02 to store timing data,to achieve the timing control of vertical freezers. This paper does in-depth analysis and research on time control for vertical freezers, discusses structure and design project of the control system, introduces system design and working principle of the devi

6、ce, and gives detailed analysis of the hardware circuit and physical design based on PIC16F72 MCU used as control unit. The software design is used to experiment with the clock display and timer control, and the result proves feasibility of the schemes.Experimental results show that design of time c

7、ontrol for vertical freezers is reliable. Novelty of the show is easier to attract people's attention, so this design has a very broad practical value and commercial prospects.Keywords: PIC16F72 MCU; Time control; DS1302; 24C02目 錄1. 緒論11.1課題研究的背景11.2課題研究意義11.3論文章節(jié)安排21.4本章小結(jié)22 .系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)概述及開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立32

8、.1 新型綠色電冰箱技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向32.1.1 我國(guó)電冰箱的現(xiàn)狀32.2.2 綠色電冰箱的發(fā)展趨勢(shì)32.2 PIC單片機(jī)的概述42.2.1 PIC單片機(jī)介紹42.2.2 PIC系列單片機(jī)特點(diǎn)42.2.3 PIC16F72單片機(jī)的引腳及介紹52.3 PIC16F72系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立72.3.1 MPLAB IDE軟件簡(jiǎn)介72.3.2 燒錄器軟件介紹82.4 編程語(yǔ)言概述102.5 HITECH-PICC 編譯器102.6 本章小結(jié)113. 時(shí)鐘控制器的硬件設(shè)計(jì)123.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖123.2 控制核心的設(shè)計(jì)123.3 主系統(tǒng)的供電電路設(shè)計(jì)133.3.1 7805的概述133.3.2

9、固定輸出的雙電源電路143.4 時(shí)鐘系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)143.4.1 常用時(shí)鐘日歷芯片比較143.4.2 DS1302簡(jiǎn)介143.4.3 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)153.5 定時(shí)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)163.5.1 I2C總線163.5.2 24C02簡(jiǎn)介173.5.3 24C02的硬件電路設(shè)計(jì)183.6 LED顯示電路設(shè)計(jì)183.6.1 LED動(dòng)態(tài)顯示方式183.6.2 LED靜態(tài)顯示方式193.7鍵盤掃描電路設(shè)計(jì)193.8 繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)203.8.1 繼電器原理203.8.2 繼電器的驅(qū)動(dòng)電路213.9 本章小結(jié)214. 時(shí)鐘控制器的軟件設(shè)計(jì)224.1系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)及流程圖224.2 DS1302時(shí)鐘讀寫的

10、軟件設(shè)計(jì)224.2.1 DS1302的控制字和讀寫時(shí)序說(shuō)明224.2.2 DS1302的片內(nèi)寄存器244.2.3 DS1302的讀寫流程圖254.3 24C02存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的軟件設(shè)計(jì)264.4 LED顯示電路的軟件設(shè)計(jì)294.5 鍵盤掃描的軟件設(shè)計(jì)294.6 繼電器驅(qū)動(dòng)的軟件設(shè)計(jì)314.7 本章小結(jié)315. 系統(tǒng)的調(diào)試325.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)物圖325.2 硬件調(diào)試335.2.1 單片機(jī)基礎(chǔ)的硬件電路調(diào)試335.2.2 LED顯示電路的調(diào)試335.2.3 DS1302電路調(diào)試345.3 軟件調(diào)試345.4 本章小結(jié)346. 總結(jié)35參考文獻(xiàn)36附 錄37附錄一 總體硬件電路圖37附錄二 系統(tǒng)PCB板

11、圖38附錄三 系統(tǒng)程序39致謝46常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1. 緒論時(shí)間是人類生活必不可少的重要元素，如果沒(méi)有時(shí)間的概念，社會(huì)將不會(huì)有所發(fā)展和進(jìn)步。從古代的水漏、十二天干地支，到后來(lái)的機(jī)械鐘表以及當(dāng)今的石英鐘，都充分顯現(xiàn)出了時(shí)間的重要，同時(shí)也代表著科技的進(jìn)步。致力于時(shí)鐘控制的研究和充分發(fā)揮時(shí)鐘的作用，將有著重要的意義。1.1課題研究的背景一寸光陰一寸金，寸金難買寸光陰。從古至今，時(shí)間是人們生活中不可缺少的重要伴侶。如果沒(méi)有時(shí)間的概念，社會(huì)將停滯不前。從古代的奎表、沙漏，到后來(lái)的機(jī)械鐘表以及當(dāng)今的電子鐘，都充分體現(xiàn)了時(shí)間的重要性。現(xiàn)代社會(huì)人們對(duì)時(shí)間計(jì)量的精度要求也越來(lái)越高，應(yīng)用越來(lái)越廣。因此

12、，利用當(dāng)今先進(jìn)的科技致力于時(shí)鐘控制的研究將更能更好的服務(wù)于人們的生活。電子時(shí)鐘控制主要是利用現(xiàn)代電子技術(shù)將時(shí)鐘電子化、數(shù)字化。與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，具有時(shí)鐘精確、顯示直觀、無(wú)機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的運(yùn)用。時(shí)鐘控制廣泛用于個(gè)人家庭，車站，碼頭，辦公場(chǎng)所，成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢缮俚谋匦杵?，帶?lái)了極大的方便。另外，在生活和工業(yè)生產(chǎn)中，人們對(duì)電子時(shí)鐘控制的功能又提出了諸多要求:報(bào)時(shí)功能、定時(shí)功能、日歷、溫度顯示，這就需要電子時(shí)鐘控制的多功能性。同時(shí)隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，單片機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的個(gè)人領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用。單片機(jī)以其體積小、功能全、性價(jià)比高等諸多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制、家用電器、通信設(shè)備、信

13、息處理、尖端武器等各種測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用中獨(dú)占鰲頭，單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)已成為電子信息、電氣、通信、自動(dòng)化、機(jī)電一體化等專業(yè)技術(shù)人員必須掌握的技術(shù)。目前世界上單片機(jī)年產(chǎn)量已達(dá)十多億片，通常是當(dāng)年微處理器產(chǎn)量的45倍以上。用最少的芯片就能實(shí)現(xiàn)最強(qiáng)大的功能，這是將來(lái)電子產(chǎn)品的主流方向，它將無(wú)可置疑地一步步取代其它同類產(chǎn)品，其數(shù)量之大和應(yīng)用面之廣，是其它任何類型的計(jì)算機(jī)所無(wú)法比擬的。1.2課題研究意義單片機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量越來(lái)越好，而成本越來(lái)越低，現(xiàn)階段許多復(fù)雜、多用的電子器件普遍采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，隨著人們生活節(jié)奏的加快，時(shí)鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵?，許多家用電器都帶有時(shí)鐘模塊，而人們也不再滿

14、足于僅僅具有時(shí)鐘顯示功能的時(shí)鐘對(duì)時(shí)鐘功能的要求也越來(lái)越全面。單片機(jī)以其強(qiáng)大的功能成為多功能時(shí)鐘的首選，為電子時(shí)鐘的功能擴(kuò)展提供了強(qiáng)大的支持，實(shí)現(xiàn)一物多用，提高電子時(shí)鐘的使用價(jià)值。利用單片機(jī)的智能性，可方便地實(shí)現(xiàn)具有智能的電子鐘設(shè)計(jì)。單片機(jī)均具有時(shí)鐘振蕩系統(tǒng)，利用系統(tǒng)時(shí)鐘借助微處理器的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可實(shí)現(xiàn)電子鐘功能。然而系統(tǒng)時(shí)鐘誤差較大，電子鐘的積累誤差也可能較大，所以可以通過(guò)誤差修正軟件加以修正，或者在設(shè)計(jì)中加入高精度時(shí)鐘日歷芯片，以精確時(shí)間。另外很多功能不同的單片機(jī)是兼容的，這就更便于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多功能性。 本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)組成和基本工作原理，重點(diǎn)介紹了硬件設(shè)計(jì)思想和軟件的設(shè)計(jì)思路，在保

15、證功能齊全，性能良好的前提下，最大限度簡(jiǎn)化電路，降低系統(tǒng)的整體成本，提高系統(tǒng)的可靠性。1.3論文章節(jié)安排第一章：主要介紹課題研究的背景、意義及主要研究?jī)?nèi)容等。 第二章：主要介紹時(shí)鐘顯示及控制的方法，PIC16F72單片機(jī)的基本原理、開(kāi)發(fā)環(huán)境、編程語(yǔ)言。 第三章：主要闡述時(shí)鐘顯示及控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)硬件的整體實(shí)現(xiàn)方案，并結(jié)合各個(gè)元器件和主要模塊工作的特性進(jìn)行原理分析。 第四章：主要介紹系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，闡述各功能軟件設(shè)計(jì)的流程圖及部分核心程序。第五章：主要闡述時(shí)鐘顯示及控制系統(tǒng)各個(gè)模塊的過(guò)程，以及調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題及相應(yīng)解決方法，并最終完成所有的設(shè)計(jì)目標(biāo)。第六章：主要是對(duì)本次設(shè)計(jì)研

16、究的總結(jié)，并提出本次設(shè)計(jì)的不足之處以及今后改進(jìn)的方向。1.4本章小結(jié)本章是論文的緒論部分，首先介紹了時(shí)鐘顯示及控制研究的意義以及發(fā)展前景，然后對(duì)論文的章節(jié)分布作了簡(jiǎn)要的敘述。2. 系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)概述及開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立2.1 新型綠色電冰箱技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向電冰箱已成為我國(guó)城鎮(zhèn)居民家庭不可缺少的必備生活用品。冰箱的普及給人們的生活帶來(lái)了加大的方便，但同時(shí)冰箱制冷工質(zhì)散逸對(duì)臭氧層的破壞和溫室效應(yīng)的加劇，以及電冰箱廣泛普及導(dǎo)致電力消耗過(guò)大，資源浪費(fèi)等問(wèn)題不能忽視。因此，人們對(duì)電冰箱在人性化、智能化、舒適化方面要求不斷提高，這些都要求在冰箱的生產(chǎn)中要使用一些新技術(shù)和新工藝加以改進(jìn)。2.1.1 我國(guó)電冰箱的

17、現(xiàn)狀1.采用高效節(jié)能技術(shù)電冰箱耗電量是廣大消費(fèi)者購(gòu)買電冰箱是最關(guān)心的主要參數(shù)之一。我國(guó)頒布相關(guān)規(guī)定：電冰箱電耗要低于國(guó)際規(guī)定值。因此，節(jié)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)已成為電冰箱行業(yè)的重要日程。2.采用電子控制技術(shù)將光電技術(shù)引入電冰箱設(shè)計(jì)中，通過(guò)設(shè)置工作狀態(tài)選擇（如最大制冷、快速制冷、省電等）、自診斷系統(tǒng)、自動(dòng)處理與報(bào)警（聲、光、電）功能，是電冰箱始終處于最佳工作狀態(tài)，以達(dá)到節(jié)能目的。3.采用超靜音技術(shù)最大限度降低電冰箱運(yùn)行噪音，一直是各電冰箱廠家追求質(zhì)量的目標(biāo)之一。4.具有抗菌功能最近，市場(chǎng)上推出一種具有抗菌功能的電冰箱，這種電冰箱在內(nèi)箱、門內(nèi)膽、門內(nèi)擱架等零件成型時(shí)，加入一種具有抗菌功能的材料，使上述零件具

18、有抗菌功能。2.2.2 綠色電冰箱的發(fā)展趨勢(shì)我國(guó)冰箱進(jìn)一步發(fā)展的基本點(diǎn)一是節(jié)能，以真空絕熱、變能量和變頻技術(shù)為主導(dǎo)方向；二是環(huán)保，利于回收的綠色設(shè)計(jì)，同時(shí)智能化、人性化的理念也會(huì)體現(xiàn)到產(chǎn)品中去。各宗適合專門場(chǎng)合和用途的冰箱將有廣闊的前景。在技術(shù)研究開(kāi)發(fā)上，應(yīng)具有一定的預(yù)見(jiàn)性，能做到“應(yīng)用一代，儲(chǔ)備一代”。1.向大容量、多門、多溫方向發(fā)展隨著人們生活節(jié)奏的加快，人們已逐漸形成一次購(gòu)買幾天甚至一個(gè)星期的肉類、蔬菜的習(xí)慣，市場(chǎng)需要大容量、多門、多溫的電冰箱。2.向智能化方向發(fā)展新型冰箱中已應(yīng)用了變頻與模糊邏輯控制、箱外顯溫控溫、電腦控溫與自動(dòng)除霜系統(tǒng)、自動(dòng)解凍、自動(dòng)制冰、自我診斷、功能切換以及深冷速

19、度的智能化技術(shù)。3.向多元化發(fā)展我國(guó)地域遼闊，南北氣候差異較大，各地區(qū)發(fā)展不平衡，生活習(xí)慣有差異等等，因此電冰箱將向多元化發(fā)展。4.開(kāi)發(fā)新制冷原理的電冰箱各國(guó)的科學(xué)家正競(jìng)相尋找從根本上解決CFC制冷劑問(wèn)題的途徑，研究開(kāi)發(fā)新制冷原理和比較有前途的電冰箱的技術(shù)，如吸收擴(kuò)散式電冰箱、半導(dǎo)體制冷電冰箱、太陽(yáng)能制冷電冰箱、磁制冷電冰箱等。2.2 PIC單片機(jī)的概述2.2.1 PIC單片機(jī)介紹PIC（Periphery Interface Chip）單片機(jī)是美國(guó)Microchip公司生產(chǎn)的PIC系列單片機(jī)。PIC系列單片機(jī)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)精煉。在所有的單片機(jī)品種中，PIC具有性能完善、功能

20、強(qiáng)大、學(xué)習(xí)容易、開(kāi)發(fā)應(yīng)用方便、人機(jī)界面友好等突出優(yōu)點(diǎn)。8位PIC單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以強(qiáng)大的RISC內(nèi)核為基礎(chǔ)，通過(guò)不同產(chǎn)品系列為通用戶提供6個(gè)引腳到100個(gè)引腳的靈活選擇空間。2.2.2 PIC系列單片機(jī)特點(diǎn)（1）采用了指令總線和數(shù)據(jù)總線分離的哈佛結(jié)構(gòu) PIC系列單片機(jī)的哈佛總線結(jié)構(gòu)徹底將芯片內(nèi)部的指令總線和數(shù)據(jù)總線分離，為采用不同的字節(jié)寬度及有效擴(kuò)展指令的字長(zhǎng)度奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。該結(jié)構(gòu)為實(shí)現(xiàn)指令提取和執(zhí)行的“流水作業(yè)”提供結(jié)構(gòu)保證，即在執(zhí)行一條指令的同時(shí)又協(xié)同處理下一條指令的取指令操作。兩總線的分離，也為PIC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)全部指令單字節(jié)化和單周期化創(chuàng)造條件，從而大大提高了CPU執(zhí)行指令的速度和工作

21、效率。通常人們，常說(shuō)PIC單片機(jī)一個(gè)指令周期就能執(zhí)行一條指令，如果深究指令微觀的執(zhí)行過(guò)程，則應(yīng)清晰地認(rèn)識(shí)到一條指令分為取指令過(guò)程和執(zhí)行過(guò)程兩個(gè)步驟，實(shí)際上執(zhí)行一條指令需要兩個(gè)指令周期。（2）RISC技術(shù)PIC系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)采用精減指令RISC技術(shù)，以控制邏輯為主的設(shè)計(jì)理念。此外，PIC系列單片機(jī)全部采用單字節(jié)指令，執(zhí)行速度較高。（3）PIC系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)具有尋址方式簡(jiǎn)單和代碼壓縮率高等優(yōu)點(diǎn)。PIC系列單片機(jī)的尋址方式有4種，即寄存器間接尋址、立即數(shù)尋址、直接尋址和位尋址。PIC系列單片機(jī)能有效利用存儲(chǔ)器空間，1KB程序存儲(chǔ)器空間可存放多達(dá)1024條指令，而MCS-51系列僅能存放5

22、00多條指令。（4）驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)PIC系列單片機(jī)的每個(gè)輸出引腳可以驅(qū)動(dòng)20-25mA的負(fù)載，既能高電平直接驅(qū)動(dòng)LED，光電耦合器，小型繼電器，也可以低電平驅(qū)動(dòng)，這樣大大簡(jiǎn)化了控制電路。（5）同步串行數(shù)據(jù)傳送方式在PIC系列單片機(jī)中，有些型號(hào)具有同步串行數(shù)據(jù)傳輸功能，如PIC16F72，可以滿足IIC(主動(dòng)/從動(dòng))和SPI（主控）總線要求。2.2.3 PIC16F72單片機(jī)的引腳及介紹PIC16F722單片機(jī)的引腳如圖2-1所示：圖2-1 PIC16F72引腳分配圖PIC16F72該單片機(jī)有28個(gè)引腳，去掉電源、復(fù)位、振蕩器等，共有22個(gè)可復(fù)用的IO口，其中第13腳是CCP1輸出口，可輸出最大分辨

23、率達(dá)10BIT的可調(diào)PWM信號(hào)，另有AN0-AN4共5路AD模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入口，可提供檢測(cè)外部電路的電壓，一個(gè)外部中斷輸入腳，可處理突發(fā)事件。各引腳應(yīng)用如下：（1）MCLR復(fù)位/燒寫高壓輸入兩用口。（2）模擬/數(shù)字量輸入口：放大后的電流信號(hào)輸入口，單片機(jī)將此信號(hào)進(jìn)行A-D轉(zhuǎn)換后經(jīng)過(guò)運(yùn)算來(lái)控制PWM的輸出，使電流不致過(guò)大而燒毀功率管。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電壓應(yīng)在0-1.5V左右。（3）模擬/數(shù)字量輸入口：電源電壓經(jīng)分壓后的輸入口，單片機(jī)將此信號(hào)進(jìn)行A-D轉(zhuǎn)換后判斷電池電壓是否過(guò)低，如果低則切斷輸出以保護(hù)電池，避免電池因過(guò)放電而損壞。正常時(shí)電壓應(yīng)在3V以上。（4）模擬/數(shù)字量輸入口：線性霍爾組成的手柄調(diào)速電壓輸

24、入口，單片機(jī)根據(jù)此電壓高低來(lái)控制輸出給電機(jī)的總功率，從而達(dá)到調(diào)整速度的目的。（5）模擬/數(shù)字量輸入口：剎車信號(hào)電壓輸入口?？梢允褂肁D轉(zhuǎn)換器判斷，或根據(jù)電平高低判斷，平時(shí)該腳為高電平，當(dāng)有剎車信號(hào)輸入時(shí)，該腳變成低電平，單片機(jī)收到該信號(hào)后切斷給電機(jī)的供電，以減少不必要的損耗。（6）數(shù)字量輸入口：1+1助力脈沖信號(hào)輸入口，當(dāng)騎行者踏動(dòng)踏板使車前行時(shí)，該口會(huì)收到齒輪傳感器發(fā)出的脈沖信號(hào)，該信號(hào)被單片機(jī)接收到后會(huì)給電機(jī)輸出一定功率以幫助騎行者更輕松地往前走。（7）模擬/數(shù)字量輸入口：由于電機(jī)的位置傳感器排列方法不同，該口的電平高低決定適合于哪種電機(jī)。 （8）單片機(jī)電源地。（9）單片機(jī)外接振蕩器輸入腳

25、。（10）單片機(jī)外接振蕩器反饋輸出腳。（11）數(shù)字輸入口：功能開(kāi)關(guān)1。（12）數(shù)字輸入口：功能開(kāi)關(guān)2。（13）數(shù)字輸出口：PWM調(diào)制信號(hào)輸出腳，速度或電流由其輸出的脈沖占空比寬度控制。（14）數(shù)字輸入口：功能開(kāi)關(guān)3。（15）、（16）、（17）數(shù)字輸入口：電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器信號(hào)輸入口，單片機(jī)根據(jù)其信號(hào)變化決定讓電機(jī)的相應(yīng)繞組通電，從而使電機(jī)始終向需要的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。（18）數(shù)字輸出口：該口控制一個(gè)LED指示燈，大部分廠商都將該指示燈用作故障情況顯示，當(dāng)控制器有重大故障時(shí)該指示燈閃爍不同的次數(shù)表示不同的故障類型以方便生產(chǎn)、維修。（19）單片機(jī)電源地。（20）單片機(jī)電源正。上限是5.5V。（21）數(shù)字

26、輸入口：外部中斷輸入，當(dāng)電流由于意外原因突然增大而不在控制范圍時(shí)，該口有低電平脈沖輸入。單片機(jī)收到此信號(hào)時(shí)產(chǎn)生中斷，關(guān)閉電機(jī)的輸出，從而保護(hù)重要器件不致?lián)p壞或故障不再擴(kuò)大。（22）數(shù)字輸出口：同步續(xù)流控制端，當(dāng)電流比較大時(shí)，該口輸出低電平，控制其后邏輯電路，使同步續(xù)流功能開(kāi)啟。（23）（28）數(shù)字輸出口：是功率管的邏輯開(kāi)關(guān)，單片機(jī)根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器的信號(hào)，由這里輸出三相交流信號(hào)控制功率MOSFET開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)閉，使電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2.3 PIC16F72系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立2.3.1 MPLAB IDE軟件簡(jiǎn)介Microchip公司為PIC系列單片機(jī)配備了功能強(qiáng)大、基于Windows、易學(xué)易

27、用的軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境MPLAB IDE。其操作界面如圖2-2所示，開(kāi)發(fā)環(huán)境可以使人們?cè)谧约旱奈C(jī)系統(tǒng)上，對(duì)PIC系列單片機(jī)進(jìn)行程序的創(chuàng)建、錄入、編輯以及匯編，還能方便而靈活地實(shí)現(xiàn)程序的模擬運(yùn)行和動(dòng)態(tài)調(diào)試，可以對(duì)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行在線仿真和功能模塊開(kāi)發(fā)。 應(yīng)用MPLAB IDE進(jìn)行軟件仿真開(kāi)發(fā)的主要步驟為：1.編寫源程序并保存；2.創(chuàng)建項(xiàng)目；3.編譯項(xiàng)目；4.調(diào)試應(yīng)用程序。圖2-2 MPLAB IDE操作界面2.3.2 燒錄器軟件介紹1.PStar V6編程器介紹PStar V6編程器（如圖2-3），是生產(chǎn)公司依靠多年來(lái)制造Microchip PIC單片機(jī)專用編程器的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間醞釀和試驗(yàn)開(kāi)發(fā)出

28、來(lái)的新一代高性能PIC單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具，從94年國(guó)內(nèi)第一臺(tái)全系列PIC編程器 PStar V3.1，到后來(lái)行銷多年深受用戶稱贊的PStar V4.0和 PStar V4.5，比高一直把為用戶提供高性能和高可靠性的產(chǎn)品作為他們的目標(biāo)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的精心設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，PStar V6終于面世了，比其上一代產(chǎn)品PStar V4.5，V6無(wú)論是從性能上，還是從使用方便性上，以及外觀上，都有了質(zhì)的飛躍！圖2-3 PStar V6燒錄器2.PStar V6編程器的特點(diǎn)（1）支持器件多，包括PIC12CXX、PIC16C4XX、PIC16C5XX、PIC16C6XX、PIC16C7XX、PIC16C9XX、PIC

29、18CXXX、MCP25XXX以及FLASH系列16FXXX、18FXXX超過(guò)100種，是目前市場(chǎng)上支持器件種類最全最多的PIC單片機(jī)編程器，其中，16C4XX、18FXXX、MCP25XXX系列是其它編程器目前還不支持的。（2）支持全系列的串行EEPROM。（3）通過(guò)內(nèi)置的ICSP接口，可以直接支持ICSP（在線路板編程）而無(wú)需任何附加裝置，用戶可以等電路板焊好后，最后再寫入程序，對(duì)于FLASH單片機(jī)，更是可以完成在線升級(jí)功能。（4）讀寫速度比PStar V4.5提高5倍以上，仍保持了高可靠性，寫大容量芯片的時(shí)候可以節(jié)省大量時(shí)間。（5）易換式適配器設(shè)計(jì)，鎖緊座和各種表貼適配器可以隨意更換。（

30、6）全中文操作，使用更加得心應(yīng)手。3. PStar V6編程器操作界面PStar V6燒寫軟件界面操作簡(jiǎn)單友好，如圖2-4所示。圖2-4 燒寫軟件界面PIC的工程師特別是初學(xué)PIC的朋友們，最麻煩的可能是編程器的配置位設(shè)置，寫好一個(gè)程序，軟件調(diào)試全部都正常，可是燒進(jìn)片子怎么樣也運(yùn)行不正常！幾天找不到問(wèn)題，最后發(fā)現(xiàn)是配置位選錯(cuò)了，或編程器的配置位選擇難于理解。PStar V6編程器就解決了上面的問(wèn)題出現(xiàn)了，其配置位具有友好的選擇界面和中文的標(biāo)識(shí)，配置位選項(xiàng)如下圖2-5所示：圖2-5 配置位選項(xiàng)2.4 編程語(yǔ)言概述匯編語(yǔ)言是一種用文字助記符來(lái)表示機(jī)器指令的符號(hào)語(yǔ)言，是最接近機(jī)器碼的一種語(yǔ)言。其主要

31、優(yōu)點(diǎn)是占用資源少、程序執(zhí)行效率高。但是不同CPU，其匯編語(yǔ)言可能有所差異，所以不易移植。但匯編語(yǔ)言，一條指令就對(duì)應(yīng)一個(gè)機(jī)器碼，每一步執(zhí)行什么動(dòng)作都很清楚，并且程序大小和堆棧調(diào)用情況都容易控制，調(diào)試起來(lái)也比較方便。在眾多的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中，C語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，語(yǔ)言表達(dá)能力強(qiáng)，其結(jié)構(gòu)化的流程控制有助于編制結(jié)構(gòu)良好的程序。C語(yǔ)言程序經(jīng)編譯后生成的目標(biāo)程序代碼效率高，幾乎可以與匯編語(yǔ)言媲美。C語(yǔ)言既具備高級(jí)語(yǔ)言使用方便、接近自然語(yǔ)言和數(shù)學(xué)語(yǔ)言的特性，同時(shí)也具備對(duì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的良好操縱和控制能力。而且C語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的功能。C語(yǔ)言有功能豐富的庫(kù)函數(shù)、

32、運(yùn)算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)硬件的控制。C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。此外，C語(yǔ)言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開(kāi)發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力的保障。用C語(yǔ)言來(lái)編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開(kāi)發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。對(duì)于時(shí)鐘控制系統(tǒng)中的單片機(jī)，均使用C語(yǔ)言來(lái)編寫程序，從而簡(jiǎn)化了程序。程序模塊化也使得整個(gè)程序變得容易理解，并且結(jié)構(gòu)十分清晰。而且用C語(yǔ)言編寫的程序有很好的可移植性，功能化的代碼能夠很方便地從一個(gè)工程移植到另一個(gè)工

33、程。C語(yǔ)言編寫程序比用匯編語(yǔ)言也更符合思考習(xí)慣，可以更專心地考慮算法而不是考慮一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，這樣就減少了開(kāi)發(fā)和調(diào)試的時(shí)間。綜上所述，本設(shè)計(jì)選用C語(yǔ)言作為單片機(jī)的設(shè)計(jì)語(yǔ)言。2.5 HITECH-PICC 編譯器用C語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)軟件最大的好處是編寫代碼效率高、軟件調(diào)試直觀、維護(hù)升級(jí)方便、代碼的重復(fù)利用率高、便于跨平臺(tái)的代碼移植等等，因此C 語(yǔ)言編程在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中已得到越來(lái)越廣泛的運(yùn)用。針對(duì)PIC單片機(jī)的軟件開(kāi)發(fā)，同樣可以用C 語(yǔ)言實(shí) 現(xiàn)。但在單片機(jī)上用C語(yǔ)言寫程序和在PC機(jī)上寫程序絕對(duì)不能簡(jiǎn)單等同?，F(xiàn)在的PC 機(jī)資源十分豐富，運(yùn)算能力強(qiáng)大，因此程序員在寫PC機(jī)的應(yīng)用程序時(shí)幾乎不用關(guān)心編

34、譯后的可執(zhí)行代碼在運(yùn)行過(guò)程中需要占用多少系統(tǒng)資源，也基本不用擔(dān)心運(yùn)行效率有多高。寫單片機(jī)的C 程序最關(guān)鍵的一點(diǎn)是單片機(jī)內(nèi)的資源非常有限，控制的實(shí)時(shí)性要求又很高，因此，如果沒(méi)有對(duì)單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)和硬件資源作詳盡的了解，是無(wú)法寫出高質(zhì)量實(shí)用的C語(yǔ)言程序。Microchip 公司自己沒(méi)有針對(duì)中低檔系列PIC單片機(jī)的C語(yǔ)言編譯器，但很多專業(yè)的第三方公司有眾多支持PIC單片機(jī)的C語(yǔ)言編譯器提供，常見(jiàn)的有HITECH、CCS、IAR、ByteCraft 等公司。其中筆者最常用的是HITECH 公司的PICC編譯器，它穩(wěn)定可靠，編譯生成的代碼效率高，在用PIC單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的工程師群體中得到廣泛認(rèn)可

35、。PICC 編譯器可以直接掛接在MPLAB-IDE 集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)下，實(shí)現(xiàn)一體化的編譯連接和原代碼調(diào)試。使用MPLAB-IDE內(nèi)的調(diào)試工具ICE2000、ICD2和軟件模擬器都可以實(shí)現(xiàn)原代碼級(jí)的程序調(diào)試，非常方便。首先必須在你的計(jì)算機(jī)中安裝PICC編譯器，無(wú)論是完全版還是學(xué)習(xí)版都可和MPLAB-IDE 掛接。在建立項(xiàng)目時(shí)可以選擇語(yǔ)言工具為“HI-TECH PICC” （如圖2-6所示），項(xiàng)目建立完成后可以加入C或匯編源程序，也可以加入已有的庫(kù)文件或已經(jīng)編譯的目標(biāo)文件。最常見(jiàn)的是只加入C源程序。用C語(yǔ)言編程的好處是可以實(shí)現(xiàn)模塊化編程。程序編寫者應(yīng)盡量把相互獨(dú)立的控制任務(wù)用多個(gè)獨(dú)立的C源程序文件實(shí)現(xiàn)

36、，如果程序量較大，一般不要把所有的代碼寫在一個(gè)文件內(nèi)。圖2-6 HI-TECH PICC編譯器2.6 本章小結(jié)本章首先介紹了時(shí)鐘顯示及控制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)，之后著重對(duì)單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行概述，包括單片機(jī)的定義、特點(diǎn)、分類、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，接著對(duì)開(kāi)發(fā)環(huán)境的軟件特點(diǎn)和使用方法進(jìn)行了介紹，最后介紹了本設(shè)計(jì)使用的編程語(yǔ)言及編譯器的用法。3. 時(shí)鐘控制器的硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖根據(jù)功能要求，本時(shí)鐘控制器設(shè)計(jì)的主要思路是：時(shí)鐘顯示是一個(gè)循環(huán)過(guò)程，系統(tǒng)以單片機(jī)PIC16F72為主控器，不斷讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302提供的時(shí)間發(fā)送LED顯示時(shí)間采取24小時(shí)模式；PIC16F72在單片機(jī)不斷讀取DS1302

37、提供的當(dāng)前時(shí)間的同時(shí)，也要讀取存儲(chǔ)芯片24C02的設(shè)定的定時(shí)時(shí)間數(shù)據(jù)，當(dāng)達(dá)到所設(shè)定的定時(shí)時(shí)間時(shí)，控制壓縮機(jī)的繼電器開(kāi)始工作一小時(shí)，達(dá)到制冷的效果；當(dāng)需要調(diào)整當(dāng)前時(shí)間或定時(shí)時(shí)間時(shí)，按下相應(yīng)鍵進(jìn)入設(shè)置系統(tǒng)設(shè)置。總體設(shè)計(jì)框圖如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖3.2 控制核心的設(shè)計(jì)該控制系統(tǒng)主控制器采用PIC系列單片機(jī)PIC16F72。一個(gè)典型的單片機(jī)最小系統(tǒng)一般由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等部分組成，PIC16F72單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路如圖3-2所示。圖3-2 PIC單片機(jī)的最小系統(tǒng)（1）時(shí)鐘電路 單片機(jī)內(nèi)部具有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。通常在引腳OSC1和OSC2跨接石英晶體和兩個(gè)補(bǔ)償

38、電容構(gòu)成自激振蕩器，結(jié)構(gòu)如圖3-2中Y1、C6、C8。晶振電路中典型值取4MHz。在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度，頻率越大，處理速度越快。（2）復(fù)位電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)采用上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位兩種方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。手動(dòng)復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，用按鈕開(kāi)關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位，其結(jié)構(gòu)如圖3-2中所示。上電自動(dòng)復(fù)位通過(guò)電容C7充電來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位，所以適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位。一般電容采用1030uF，電容值越大，需要的復(fù)位時(shí)間

39、越短，電阻采用10k。當(dāng)然也有其他取法，原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產(chǎn)生不少于2個(gè)機(jī)器周期的高電平。3.3 主系統(tǒng)的供電電路設(shè)計(jì)在任何單片機(jī)系統(tǒng)中，都離不開(kāi)電源。電源設(shè)計(jì)的好壞關(guān)系到系統(tǒng)的安全運(yùn)行與否、抗干擾能力強(qiáng)弱等。本設(shè)計(jì)的主系統(tǒng)需要提供兩類電源，包括DC12V和DC5V。12V為繼電器提供電壓，5V為單片機(jī)提供電源。在單片機(jī)系統(tǒng)的電源中，常用三端穩(wěn)壓IC作為穩(wěn)壓芯片，它具有價(jià)格低，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在電子產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛。3.3.1 7805的概述常用的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78××系列和負(fù)電壓輸出的79××系列。三端IC是指這種芯

40、片只有3根引腳，分別是輸入端、接地端和輸出端。用78/79系列芯片組成的穩(wěn)壓電源所需的外圍元件很少，芯片內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱、及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便。該系列集成穩(wěn)壓IC型號(hào)中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7805表示輸出電壓為+5V，7909表示輸出電壓為-9V。一般三端集成穩(wěn)壓電路的最小輸入/輸出電壓差約為2V，如果輸入電壓小于輸出電壓加上此值則不能輸出穩(wěn)定的電壓，一般應(yīng)是電壓差保持在35V，即經(jīng)變壓器，二極管整流橋電容器濾波后偶的電壓應(yīng)比穩(wěn)壓值高35V。本設(shè)計(jì)經(jīng)變壓器降壓后的電壓為12V，符合應(yīng)用條件。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)所用的功率大小，在三端集成

41、穩(wěn)壓芯片上安裝足夠大的散熱片。如果使用的功率小，可以不裝散熱器。3.3.2 固定輸出的雙電源電路圖3-3是一個(gè)典型的用變壓器降壓，以7805為芯片的+12V,+5V電源。圖中的電容C1、C2為電解電容，根據(jù)負(fù)載的大小來(lái)確定，從理論上將電容越大，輸出的電壓越穩(wěn)定。C1、C2的耐壓值至少在25V以上，而C3、C4的耐壓值在9V以上即可。注意該電路要有接地。圖3-3 主系統(tǒng)的供電電路圖3.4 時(shí)鐘系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)3.4.1 常用時(shí)鐘日歷芯片比較在電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)中，常用的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片有DS12887、DS1216、DS1643、DS1302。每種芯片的主要時(shí)鐘功能基本相同，只是在引腳數(shù)量、備用電池的安裝方式

42、、計(jì)時(shí)精度和擴(kuò)展功能等方面略有不同。DS12887與DS1216芯片都有內(nèi)嵌式鋰電池作為備用電池；X1203引腳少，沒(méi)有嵌入式鋰電池，跟DS1302芯片功能相似，只是相比較之下，X1203與PIC16F72搭配使用時(shí)占用I/O口較多。DS1643為帶有全功能實(shí)時(shí)時(shí)鐘的8K×8非易失性SRAM，集成了非易失性SRAM、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、晶振、電源掉電控制電路和鋰電池電源，BCD碼表示的年、月、日、星期、時(shí)、分、秒，帶閏年補(bǔ)償。同樣，DS1643擁有28只管腳，硬件連接起來(lái)占用微處理器I/O口較多，不方便系統(tǒng)功能拓展和維護(hù)。故而從性價(jià)比和貨源上考慮，本設(shè)計(jì)采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片DS1302。3.4

43、.2 DS1302簡(jiǎn)介DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和RAM數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小與31天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá)2.55.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。DS1302的外部引腳分配如圖3-4所示。DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對(duì)某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄上，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄，因此廣泛應(yīng)用

44、于測(cè)量系統(tǒng)中。圖3-4 DS1302的外部引腳分配 各引腳的功能為： Vcc1：主電源；Vcc2：備份電源。當(dāng)Vcc2>Vcc1+0.2V時(shí)，由Vcc2向DS1302供電，當(dāng)Vcc2< Vcc1時(shí)，由Vcc1向DS1302供電。 SCLK：串行時(shí)鐘輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出； I/O：三線接口時(shí)的雙向數(shù)據(jù)線； CE：輸入信號(hào)，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。該引腳有兩個(gè)功能：第一，CE開(kāi)始控制字訪問(wèn)移位寄存器的控制邏輯；其次，CE提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?.4.3 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)鐘應(yīng)用了實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片DS1302，其連接如圖3-5。該硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)。

45、如圖3-5，PIC16F72單片機(jī)RA0直接接DS1302的RST端，上電后，PIC16F72的RA0腳自動(dòng)輸出高電平。RA1作為串行時(shí)鐘接口，RB7作為時(shí)鐘數(shù)據(jù)的I/O。DS1302采用雙電源供電，平時(shí)由+5V電源供電，當(dāng)+5V掉電之后，由圖中BT1（+3V備用電池）供電。特別需要注意X1和X2兩端連接的晶振Y2，該晶振頻率為32.768KHz。圖3-5 系統(tǒng)時(shí)鐘電路3.5 定時(shí)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)3.5.1 I2C總線在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，有為數(shù)眾多的IC需要進(jìn)行相互之間以及與外界的通信。為了提供硬件 的效率和簡(jiǎn)化電路的設(shè)計(jì)，PHILIPS開(kāi)發(fā)了一種用于內(nèi)部IC控制的簡(jiǎn)單的雙向兩線串行總線I2C。I2

46、C總線支持任何一種IC制造工藝，并且PHILIPS和其他廠商提供了種類非常豐富的I2C兼容芯片。作為一個(gè)專利的控制總線，I2C已經(jīng)成為世界性的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。1. I2C總線特點(diǎn)及工作原理I2C總線（Inter Integrated Circuit Bus）：是Philips公司推出的串行總線標(biāo)準(zhǔn)（為二線制）?？偩€上擴(kuò)展的外圍器件及外設(shè)接口通過(guò)總線尋址，是具備總線仲裁和高低速設(shè)備同步等功能的高性能多主機(jī)總線。I2C總線特點(diǎn)：組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間小，芯片管腳的數(shù)量少，無(wú)需片選信號(hào)，價(jià)格低。允許若干兼容器件共享總線，應(yīng)用比較廣泛?？偩€的長(zhǎng)度可達(dá)7.6m，傳送速度可達(dá)400kbps，標(biāo)準(zhǔn)速率為100

47、kbps。支持多個(gè)組件。支持多主控器件（某時(shí)刻只能有一個(gè)主控器件）。I2C總線上所有設(shè)備的SDA, SCL引腳必須外接上拉電阻。所有掛接在I2C總線上的器件和接口電路都應(yīng)具有I2C總線接口，且所有的SDA/SCL同名端相連。總線上所有器件要依靠SDA發(fā)送的地址信號(hào)尋址，不需要片選線。2. I2C總線工作原理典型的I2C總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖3-6所示。I2C總線上可掛接多個(gè)器件，其中每個(gè)器件都支持I2C總線通信協(xié)議。I2C協(xié)議規(guī)定了SCL和SDA信號(hào)有占用或釋放兩種狀態(tài)。如果一個(gè)期間占用總線，就通過(guò)SCL輸?shù)碗娖綄⑵淅停蝗绻陂g釋放總線，則將自己的SCL和SDA信號(hào)線變成輸入高阻狀態(tài)，使總線上出

48、現(xiàn)高電平。為了此狀態(tài)下總線上電平確定，必須在總線上外接上拉電阻。當(dāng)其他主機(jī)檢測(cè)到總線為高電平時(shí)，則總線處于空閑狀態(tài)，方可占用總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。因此，設(shè)計(jì)I2C總線時(shí)，SCL和SDA的上拉電阻必須存在。圖3-6 典型的I2C總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.5.2 24C02簡(jiǎn)介124C02特性l 與400KHz I2C總線兼容。l 1.8到6.0伏工作電壓范圍。l 低功耗CMOS技術(shù)。l 1,000,000編程/擦除周期。l 可保存數(shù)據(jù)100年。l 8 腳DIP SOIC或TSSOP封裝。l 溫度范圍：商業(yè)級(jí)工業(yè)級(jí)和汽車級(jí)。2. 24C02的引腳分配及功能24C02是一個(gè)2K位串行CMOS EEPROM，內(nèi)部含

49、有256個(gè)8位字節(jié)，CATALYST公司的先進(jìn)CMOS技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗，24C02有一個(gè)16字節(jié)頁(yè)寫緩沖器，該器件通過(guò)I2C總線接口進(jìn)行操作，有一個(gè)專門的寫保護(hù)功能。24C02的外部引腳封裝如圖3-7所示。圖3-7 24C02引腳分配圖24C02的各個(gè)引腳功能如表3-1所示。表3-1 24C02各引腳功能引腳序號(hào)引腳名稱功能1A0從機(jī)地址配置信號(hào)12A1從機(jī)地址配置信號(hào)23A2從機(jī)地址配置信號(hào)34GND接地5SDAI2C數(shù)據(jù)線6SCLI2C時(shí)鐘線7WP寫保護(hù)引腳，高電平有效8VCC電源輸入3.5.3 24C02的硬件電路設(shè)計(jì)本時(shí)鐘控制的設(shè)計(jì)中，定時(shí)功能用到了存儲(chǔ)芯片24C02，根據(jù)其

50、各引腳功能，就可以很容易繪制出24C02芯片與PIC16F72的連接電路，如圖3-8所示。圖3-8 PIC16F72與24C02芯片的硬件電路圖3-8中PIC16F72與24C02通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的I2C接口相連，R10和R12為I2C總線的上拉電阻。WP接地是寫保護(hù)失效便于寫入數(shù)據(jù)。E0、E1、E2也接地是24C02的從機(jī)地址為0b1010000。3.6 LED顯示電路設(shè)計(jì)就時(shí)鐘而言，通?？刹捎肔CD顯示或LED顯示。對(duì)于一般的段式LCD，需要專門的驅(qū)動(dòng)電路，而且LCD顯示的可視性較差；對(duì)于具有驅(qū)動(dòng)電路和微處理器接口的液晶顯示模塊（字符或點(diǎn)陣），一般采用并行接口，對(duì)微處理器的接口要求較高，占用資源多

51、。另外，PIC16F72本身沒(méi)有專門的液晶驅(qū)動(dòng)接口。LED結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，功耗低，響應(yīng)速度快，易于匹配，壽命長(zhǎng)，可靠性高，而且顯示亮度高，價(jià)格便宜，市場(chǎng)上也有專門的時(shí)鐘顯示組合LED。故本設(shè)計(jì)中應(yīng)用4位8段共陰LED實(shí)現(xiàn)顯示部分。LED顯示分動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。3.6.1 LED動(dòng)態(tài)顯示方式動(dòng)態(tài)顯示方式的硬件電路簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)上如果處理不當(dāng)，易造成亮度低，閃爍問(wèn)題。因此合理的設(shè)計(jì)既應(yīng)保證驅(qū)動(dòng)電路易實(shí)現(xiàn)，又要保證圖像穩(wěn)定，無(wú)閃爍。動(dòng)態(tài)顯示采用多路復(fù)用技術(shù)的動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，利用動(dòng)態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實(shí)質(zhì)是利用了人眼的暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)間的長(zhǎng)短，發(fā)光的亮度。3.6.2 LED靜

52、態(tài)顯示方式靜態(tài)顯示，是由微型計(jì)算機(jī)一次輸出顯示模型后，就能保持該顯示結(jié)果，直到下次發(fā)送新的顯示模型為止。正因?yàn)槿绱?，靜態(tài)顯示的數(shù)碼管的亮度度較高。靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)程序簡(jiǎn)單，且CPU占用率低，但每個(gè)LED數(shù)碼管需要一個(gè)鎖存器來(lái)鎖存每一個(gè)顯示位的筆段代碼，硬件開(kāi)銷大，僅適合顯示位數(shù)較少的場(chǎng)合。為了在顯示部分節(jié)省單片機(jī)I/O口，故采用動(dòng)態(tài)顯示方式。由于本單片機(jī)的引腳有限，故采用74HC4094芯片驅(qū)動(dòng)LED做顯示部分。74HC4094是帶輸出鎖存和三態(tài)控制的串入/并出高速轉(zhuǎn)換器，具有使用簡(jiǎn)單、功耗低、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)和控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。電路圖參見(jiàn)圖3-9。圖3-9 LED顯示電路圖3.7鍵盤掃描電路設(shè)計(jì)根據(jù)功能

53、需要，本時(shí)鐘需要設(shè)置以下功能鍵：調(diào)節(jié)時(shí)鐘顯示，調(diào)節(jié)定時(shí)時(shí)間，加1操作鍵，減1操作鍵。按照鍵盤與CPU的連接方式可分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤是各個(gè)按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵占用一個(gè)I/O口線，每根I/O口線上的按鍵不會(huì)影響其他I/O口上按鍵工作狀態(tài)。獨(dú)立式鍵盤電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大，且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。矩陣式鍵盤適合按鍵較多時(shí)使用。由于本設(shè)計(jì)的電子鐘最多需要4個(gè)按鍵，若采用矩陣式鍵盤時(shí)會(huì)有按鍵浪費(fèi)，故采用的是獨(dú)立式鍵盤。鍵盤電路如圖3-10所示。圖3-10 鍵盤掃描電路S1、S2、S3、S4鍵為自動(dòng)復(fù)位按鍵。每次按下后

54、，會(huì)自動(dòng)彈出。單片機(jī)引腳只有在按鍵按下時(shí)為低電平，按鍵彈出后重新恢復(fù)高電平。按鍵功能參見(jiàn)表3-2。表3-2 按鍵功能表按鍵功能屬性S1調(diào)節(jié)顯示時(shí)間自動(dòng)復(fù)位S2調(diào)節(jié)定時(shí)時(shí)間自動(dòng)復(fù)位S3數(shù)值加一操作自動(dòng)復(fù)位S4數(shù)值減一操作自動(dòng)復(fù)位3.8 繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小電流控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。3.8.1 繼電器原理電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引

55、的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。3.8.2 繼電器的驅(qū)動(dòng)電路在家用電器電控中，一般有兩種電路驅(qū)動(dòng)繼電器，分為:晶體管驅(qū)動(dòng)電路和集成電路2003驅(qū)動(dòng)。集成電路驅(qū)動(dòng)一般用于驅(qū)動(dòng)多個(gè)繼電器，

56、在本設(shè)計(jì)中沒(méi)必要，故選擇晶體管驅(qū)動(dòng)。本設(shè)計(jì)中選擇的是直流（DC）電壓的繼電器。晶體管驅(qū)動(dòng)的電路原理圖，如圖3-11所示。當(dāng)晶體管驅(qū)動(dòng)繼電器時(shí)，必須將晶體管的發(fā)射極接地。當(dāng)輸入高電平時(shí)，晶體管Q1飽和導(dǎo)通，繼電器線圈通電，觸點(diǎn)吸合。當(dāng)輸入低電平時(shí)，晶體管Q1截止，繼電器線圈斷電，觸點(diǎn)斷開(kāi)。電路中各元器件的作用：晶體管Q1為控制開(kāi)關(guān)；電阻Q1主要起限流作用，降低晶體管Q1功耗；二極管Q1反向續(xù)流，抑制浪涌。圖3-11 繼電器晶體管驅(qū)動(dòng)電路3.9 本章小結(jié)本章主要介紹了基于PIC16F72單片機(jī)的時(shí)鐘顯示及控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)的最小系統(tǒng) 、主系統(tǒng)的供電電路設(shè)計(jì)、時(shí)鐘芯片DS1302電路設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)芯片24C02電路設(shè)計(jì)、LED顯示電路設(shè)計(jì)、鍵盤掃描電路設(shè)計(jì)、繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)等，確定了系統(tǒng)硬件整體實(shí)現(xiàn)方案。4. 時(shí)鐘控制器的軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)及流程圖在進(jìn)行時(shí)鐘顯示及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)對(duì)象模塊的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計(jì)在時(shí)鐘顯示及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占非常重要地位。圖4-1是時(shí)鐘顯示及控制系統(tǒng)的總體軟件設(shè)計(jì)流程圖，根據(jù)此流程圖設(shè)計(jì)所有模塊，編譯相應(yīng)的軟件。圖4-1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體流程圖4.2 DS1302時(shí)鐘讀寫的軟件設(shè)計(jì)4.2