計算機控制----光感自動窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計參考模板

1、計算機控制技術(shù)課 程 設(shè) 計成績評定表設(shè)計課題 光感自動窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)院名稱 ： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級 ： 自動F0904 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號 ： 指導(dǎo)教師 ： 設(shè)計地點 ： 設(shè)計時間 ： 2012-06-112012-06-15 指導(dǎo)教師意見：成績: 簽名： 年 月 日0 / 39計算機控制技術(shù)課 程 設(shè) 計課程設(shè)計名稱： 光感自動窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè) 班 級 ： 自動F0904 學(xué) 生 姓 名 ： 學(xué) 號 ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 課程設(shè)計地點： 課程設(shè)計時間： 2012-06-112012-06-15 計算機控制技術(shù) 課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)班級學(xué)號題 目光感自動窗簾控制系

2、統(tǒng)設(shè)計課題性質(zhì)工程設(shè)計課題來源自擬指導(dǎo)教師主要內(nèi)容（參數(shù)）利用89C51單片機設(shè)計光感自動窗簾控制系統(tǒng)，實現(xiàn)以下功能：1能夠手動控制窗簾的開與關(guān)；2能夠設(shè)定時間來打開或關(guān)閉窗簾；3系統(tǒng)能根據(jù)亮度的不同來控制窗簾打開程度的大??；4用戶能通過鍵盤電路設(shè)定開關(guān)時間，并及時顯示在數(shù)碼管顯示器上；任務(wù)要求（進度）第1天：熟悉課程設(shè)計任務(wù)及要求，查閱技術(shù)資料，確定設(shè)計方案。第2天：按照確定的方案設(shè)計單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計要有詳細論述。第3天：畫各部分流程圖，進行軟件設(shè)計，編寫程序。第4-5天：撰寫課程設(shè)計報告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、語言流暢、格式規(guī)范、

3、方案合理、設(shè)計正確。主要參考資料1 楊家成單片機原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計北京：清華大學(xué)出版社，20072 夏路易 石宗義Protel 99se電路原理圖與電路板設(shè)計教程北京：北京希望電子出版社，20043 朱玉璽計算機控制技術(shù)北京：電子工業(yè)出版社，20104 鄧興成單片機原理與實踐指導(dǎo)北京：機械工業(yè)出版社，20105 瞿貴榮.電動窗簾紅外遙控電路.家庭電子,20056 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:高等教育出版社,2009.審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日 目 錄1 概述41.1 研究背景41.2 設(shè)計思想及基本功能42 總體方案設(shè)計52.1 方案選取52.2 系統(tǒng)框圖82.3 總

4、體方案設(shè)計83 硬件電路設(shè)計93.1 電源電路設(shè)計93.2 晶振電路103.3 復(fù)位電路113.4 時鐘電路123.5 鍵盤電路143.6 顯示電路143.7 A/D轉(zhuǎn)換電路173.8 光敏傳感器183.9 步進電機204 系統(tǒng)軟件設(shè)計224.1 主程序軟件設(shè)計224.2 鍵盤程序設(shè)計234.3 定時程序設(shè)計254.4 步進電機程序設(shè)計265總結(jié)28參考文獻29附錄 系統(tǒng)原理圖291 概述1.1 研究背景伴隨著信息化時代的到來，人們的生活速度以及對生活質(zhì)量的追求也在大幅提高。智能化的產(chǎn)品設(shè)計在改變?nèi)藗児ぷ鞣绞脚c生活習(xí)慣的同時，讓人們對生活質(zhì)量的提升提出了更高的要求，方便、舒適成了人們所追求的生

5、活方式，在現(xiàn)代家庭生活環(huán)境中，居家環(huán)境早已不僅僅局限在物理空間上，人們更為關(guān)注的是一個安全、方便、舒適的環(huán)境。智能化的電子產(chǎn)品以及設(shè)計將以前的被動靜止物體轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兡軌蚍奖悴倏氐墓ぞ?，這些產(chǎn)品具有提供全方位的信息交換的功能，不僅能夠優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們合理的安排時間，增強居家環(huán)境的安全性，甚至還可以為各種能源費用節(jié)約資金。在智能化產(chǎn)品中，單片機的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，單片機以它體積小、質(zhì)量輕、耗電省、可靠性高、價格低等優(yōu)點，開始不斷發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)療設(shè)備、航天航空領(lǐng)域、工業(yè)專用設(shè)備的管理及過程控制等領(lǐng)域，在很多的大中型的電氣設(shè)備以及小型的電子產(chǎn)品中也用到了單片機進

6、行控制。針對人們對智能化的需求以及對舒適生活的追求，窗簾自動控制系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)窗簾的劣勢，它可以根據(jù)外界光照強度的不同而自動開閉窗簾，也可以根據(jù)人們設(shè)定的時間來控制窗簾。該系統(tǒng)利用光敏電阻檢測光照強度的變化，并且將光敏檢測模塊的電阻變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，然后將電壓變化的信號送單片機，單片機通過電機驅(qū)動模塊控制著步進電機的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)窗簾的來回移動。本設(shè)計正是把利用AT89C51 單片機的優(yōu)點以及簡單實用性，順利的完成了對智能控制的要求，并且為智能化的家居設(shè)備提供了良好的基礎(chǔ)。此外，對該系統(tǒng)進行擴展，比如可以加上防火，防盜，甚至室內(nèi)煤氣濃度監(jiān)測等功能，會使該系統(tǒng)更具有實用性，而且也完善了系統(tǒng)。1.2

7、 設(shè)計思想及基本功能該系統(tǒng)具有一般的窗簾控制系統(tǒng)的最基本的功能，即通過電動按鈕來開閉窗簾，在此基本功能的前提下，本設(shè)計根據(jù)需求還設(shè)計了可以根據(jù)光照強度和設(shè)定時間自動開閉窗簾的功能，在選取設(shè)計方案和采用元器件方面，該系統(tǒng)本著簡單實用經(jīng)濟的思想，盡量簡化電路設(shè)計，用最簡單的電路布線和選用最經(jīng)濟實用的器件來達到設(shè)計要求。光感自動窗簾控制系統(tǒng)具有以下幾個基本功能：（1）手動控制：該功能是根據(jù)用戶的需求通過按鍵進行窗簾的開關(guān)，此功能可以使窗簾處于開閉的任何一種狀態(tài)；（2）自動控制：系統(tǒng)可以通過感光器采集室內(nèi)光照強度，根據(jù)亮度的不同而自動控制窗簾的打開程度；（4）時間控制：此功能是根據(jù)用戶設(shè)定的時間在特定

8、的時間點一次性開關(guān)窗簾。2 總體方案設(shè)計2.1 方案選取 單片機在各種電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，很多的電子產(chǎn)品利用單片機所取得的便利得到了人們的好評，針對單片機控制的自動窗簾控制系統(tǒng)的智能化要求，實現(xiàn)其自動控制的方案有兩種： 方案（一）系統(tǒng)的傳動機構(gòu)使用直流電機，窗簾只有兩個簡單的狀態(tài)：完全打開和完全關(guān)閉； 方案（二）系統(tǒng)的傳動機構(gòu)使用更精確靈敏的步進電機，使得窗簾從關(guān)閉到完全打開之間有6個不同的等級。這二個方案都是基于單片機控制的，光線感應(yīng)以及數(shù)碼管顯示，不同的設(shè)計部分在于傳動機構(gòu)和窗簾的設(shè)計形式的選取上。方案（一）的窗簾由于只有完全開與完全關(guān)兩種狀態(tài)，所以窗簾本身設(shè)計不需要太復(fù)雜，采

9、用普通的卷簾即可。關(guān)閉時，電機旋轉(zhuǎn)全部放下卷簾；打開時，電機將卷簾全部卷起。方案（二）的窗簾從完全關(guān)閉到完全打開按打開程度有05共六個等級，窗簾設(shè)計成類似百葉窗的形式，通過步進電機可以精確控制每個葉片的旋轉(zhuǎn)角度，從而控制開關(guān)程度的大小。當(dāng)葉片與窗戶面平行時，窗簾完全關(guān)閉；當(dāng)葉片與窗戶面垂直時，窗簾完全打開。下面圖2.1所示是方案（一）的效果圖；圖2.2是方案（二）的效果圖：圖2.1 方案（一）卷簾效果圖圖2.2 方案（二）百葉窗式效果圖鑒于方案一這種卷簾現(xiàn)在市場上已經(jīng)發(fā)展很好，沒有太多繼續(xù)研究的價值，并且其窗簾控制過于單一，而且不如方案二的百葉窗式的窗簾美觀。圖2.3所示是百葉窗關(guān)閉打開的原理

10、圖，圖2.4是步進電機驅(qū)動百葉窗各葉片的物理截面圖，其根據(jù)光照強度的大小有不同程度的打開，能夠更精確的滿足用戶的需求，所以本設(shè)計選擇方案二。圖2.3 百葉窗原理圖圖2.4 步進電機與百葉窗葉片連接截面圖2.2 系統(tǒng)框圖方案（二）的系統(tǒng)框圖如圖2.5。圖2.5 系統(tǒng)框圖2.3 總體方案設(shè)計自動窗簾控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計是基于滿足設(shè)計要求的前提并且根據(jù)理論上的可實現(xiàn)性和硬件上的經(jīng)濟實用性，而進行設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。本章從人們對系統(tǒng)功能需求出發(fā)，在綜合考慮各種因素的情況下，設(shè)計出自動控制系統(tǒng)的總體構(gòu)架，并且在基本功能需求的基礎(chǔ)上盡可能考慮系統(tǒng)的可擴展性。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，人們對

11、生活舒適性的追求越來越強烈，而窗簾在每個家庭生活是必備的，其基本功能是保護住戶的隱私以及遮蔽陽光等?；谶@些作用窗簾的便利性自然也受到家庭的關(guān)注。但傳統(tǒng)的窗簾絕大部分是用手去開關(guān)，每天開關(guān)不僅不省力，而且還可能錯過最佳光照時間，尤其是大窗簾，比較重，而且長，在開閉時需要費很大力氣才能開關(guān)窗簾，特別不方便；針對這種現(xiàn)象，電動窗簾便由此產(chǎn)生?，F(xiàn)有的電動窗簾基本上都可以利用按鍵控制，自動開關(guān)閉窗簾，雖然省了力氣，但是有些方面的設(shè)計還是不夠人性化。對此，本控制系統(tǒng)提出可以根據(jù)光照以及定時等開關(guān)窗簾，具體有以下幾大功能：（1）手動控制狀態(tài)：此功能使自動窗簾控制系統(tǒng)具有手動拉開、關(guān)閉的功能，方便用戶控制。

12、（2）亮度自動控制：此功能是根據(jù)室內(nèi)光照強度的大小，來決定百葉窗每個葉片的旋轉(zhuǎn)角度從而控制窗簾打開的大小程度。（3）時間自動控制：此功能根據(jù)用戶需要，設(shè)定需要開閉窗簾的時間，通過輸入的開啟或關(guān)閉時間，控制窗簾開關(guān)。光感自動窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計的總體框圖如圖2.6所示。圖2.6 電動窗簾控制器結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)光照來開閉窗簾主要原理是用光敏電阻采集外界的光強度，從光傳感器采集的信號利用信號校正電路放大，濾波后輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，由于A/D轉(zhuǎn)換器件的轉(zhuǎn)換需要一定時間，一旦在這段時間內(nèi)信號發(fā)生變化，轉(zhuǎn)換結(jié)果將會出現(xiàn)偏差，所以在轉(zhuǎn)換期間要應(yīng)該采用采樣保持電路。傳入的信號由89C51單片機來控制，并且做出響應(yīng)，以

13、實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止。顯示模塊是用來顯示自動窗簾控制器的各種狀態(tài)。鍵盤作為輸入設(shè)備，通過不同按鍵來控制單片機進行各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)。3 硬件電路設(shè)計3.1 電源電路設(shè)計單片機正常工作電壓為5V，因此設(shè)計的電源電路主要是提供單片機工作電壓。圖3.1是為單片機提供電壓的電源電路。在這個電路中采用了三端集成穩(wěn)壓器LM7805，可以輸出5V的直流電壓以供給單片機。圖3.1 電源電路圖3.2 晶振電路電路中的晶振即石英晶體震蕩器。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器是用來產(chǎn)生基準頻率的。通過基準頻率來控制電路中的頻率的準確性。同時，它還可以產(chǎn)生振蕩電流，向單片

14、機發(fā)出時鐘信號。圖3.2是單片機的晶振電路。片內(nèi)電路與片外器件就構(gòu)成一個時鐘產(chǎn)生電路，CPU的所有操作均在時鐘脈沖同步下進行。片內(nèi)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接外部晶體的一個引腳，XTAL2接外晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，對HMOS單片機，該引腳接外部振。在石英晶體的兩個管腳加交變電場時，它將會產(chǎn)生一定頻率的機械變形，而這種機械振動

15、又會產(chǎn)生交變電場，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。一般情況下，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(dāng)交變電場的頻率為某一特定值時，振幅驟然增大，產(chǎn)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。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(nèi)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(diào)節(jié)它們可以達到微調(diào)fOSC的目的。圖3.2 單片機晶振電路圖3.3 復(fù)位電路復(fù)位電路的主要

16、功能是使單片機進行初始化，在初始化的過程中需要在復(fù)位引腳上加大于2個機器周期的高電平。復(fù)位后的單片機地址初始化為0000H，然后繼續(xù)從0000H單元開始執(zhí)行程序。在復(fù)位電路中提供復(fù)位信號，等到系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，再撤銷復(fù)位信號。但是為了在復(fù)位按鍵穩(wěn)定的前提下，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防在按鍵過程中引起的抖動而影響復(fù)位。圖3.3所示的 RC 復(fù)位電路可以實現(xiàn)上述基本功能。圖3.3 復(fù)位電路圖3.4 時鐘電路DS12887芯片和AT89C5l單片機的接口電路如圖3.4所示。 圖3.4 時鐘電路圖其中DS12887的模式通過選擇腳MOT接地來確定，DS12887的中斷輸出端IQR和8

17、9C51的外部中斷INT0接口相聯(lián) ，R/W 接口與單片機89C51的RD/WR接口相連；而DS12887的AS端口和單片機89C51的AIE端直接相聯(lián)。DS12887的SQW端與單片機89C51的TO端相連。DS12887的高位地址由端口P27來片選，DS12887的高8位地址設(shè)定為7FH，低8位由芯片內(nèi)部各單元的地址來定。DS12887內(nèi)部由振蕩電路，分頻電路，周期中斷/方波選擇電路，14字節(jié)時鐘和控制單元，114字節(jié)用戶非易失RAM，十進制/二進制累加器，總線接口電路，電源開關(guān)寫保護單元和內(nèi)部鋰電池等部分組成。DS12887引腳分配如圖所示： Vcc：直流電源+5V電壓。當(dāng)5V電壓在正常

18、范圍內(nèi)時，數(shù)據(jù)可讀寫；當(dāng)Vcc低于4.25V,讀寫被禁止，計時功能仍繼續(xù)；當(dāng)Vcc下降到3V以下時，RAM和計時器供電被切換到內(nèi)部鋰電池。 MOT（模式選擇）：MOT引腳接到Vcc時，選擇MOTOROLA時序，當(dāng)接到GND時，選擇Intel時序。 SQW（方波信號輸出）：SQW引腳能從實時鐘內(nèi)部15級分頻器的13個抽頭中選擇一個作為輸出信號，其輸出頻率可通過對寄存器A編程改變。 AD0-AD7（雙向地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線）：總線接口，可與Motorola微機系列和Intel微機系列接口。 AS（地址選通輸入）：用于實現(xiàn)信號分離，在AD/ALE的下降沿把地址鎖入DS12887。 DS（數(shù)據(jù)選通或讀輸入

19、）：DS/RD引腳有兩種操作模式，取決于MOT引腳的電平，當(dāng)使用Motorola時序時，DS是一正脈沖，出現(xiàn)在總線周期的后段，稱為數(shù)據(jù)選通；在讀周期，DS指示DS12887驅(qū)動雙向總線的時刻；在寫周期，DS的后沿使DS12887鎖存寫數(shù)據(jù)。選擇Intel時序時，DS稱作（RD），RD與典型存貯器的允許信號（OE）的定義相同。 R/W（讀/寫輸入）：R/W引腳也有兩種操作模式。選Motorola時序時，R/W是低電平信號時，指示當(dāng)前周期是讀或?qū)懼芷?，DS為高電平時，R/W高電平指示讀周期，R/W信號一低電平信號，稱為WR。在此模式下，R/W引腳與通用RAM的寫允許信號（WE）的含義相同。 CS（

20、片選輸入）：在訪問DS12887的總線周期內(nèi)，片選信號必須保持為低。 IRQ（中斷申請輸入）：低電平有效，可作微處理的中斷輸入。沒有中斷的條件滿足時，IRQ處于高阻態(tài)。IRQ線是漏極開路輸入，要求外接上接電阻。 RESET（復(fù)位輸出）：當(dāng)該腳保持低電平時間大于200ms，保證DS12887有效復(fù)位。3.5 鍵盤電路 鍵盤在由單片機控制的窗簾自動控制系統(tǒng)中的主要作用是通過按鍵向單片機輸入指令，其中主要包括設(shè)定時間，控制窗簾的開關(guān)等等功能，是人工控制單片機的主要手段。在窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計中的鍵盤采用的是4×4矩陣鍵盤。這16個按鍵分別為：設(shè)定鍵主要是用來設(shè)定自動窗簾打開或者關(guān)閉的時間；0-

21、9數(shù)字鍵，其作用主要是用于設(shè)定時間；復(fù)位鍵主要應(yīng)用在程序出錯以及誤操作的時候使單片機復(fù)位，從而重新設(shè)定；反轉(zhuǎn)鍵是使步進電機反轉(zhuǎn)，控制窗簾關(guān)閉；正轉(zhuǎn)鍵是使步進電機正轉(zhuǎn)，從而控制窗簾打開；停止鍵可以控制步進電機停止工作，窗簾控制器停止運行；確定鍵主要是用于在時間設(shè)定完成后的確定輸入。由于按鍵比較多，單獨設(shè)置按鍵會增加總體設(shè)計的復(fù)雜性，而且為了減少所占用的端口，可以將按鍵組成一個矩陣，如圖3.5所示。圖3.5 鍵盤接口電路3.6 顯示電路顯示電路主要是用于顯示時間。采用LED數(shù)碼管進行顯示是因為LED數(shù)碼管具有以下幾個優(yōu)點：(1)能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動發(fā)光，能與CMOS、ITL電路兼容。(2)

22、發(fā)光響應(yīng)時間極短(<0.1s)，高頻特性好，單色性好，亮度高。(3)體積小，重量輕，抗沖擊性能好。 數(shù)碼管有共陰極和共陽極兩種類型，其公共端主要進行位控制，筆畫端則是進行字符控制，數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方法，說明如下：（1）靜態(tài)顯示驅(qū)動： 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二十進位器進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×840根I/O來驅(qū)動，要知道一個89C51單片機可用的I/O才32個。故實際應(yīng)用時必須增加驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬體電

23、路的復(fù)雜性。（2）動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a、b、c、d、e、f、g、dp "的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。透過分時輪流控制各個LED數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流

24、顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。 本設(shè)計采用的是4位LED數(shù)碼管的串行驅(qū)動電路來達到顯示的目的。驅(qū)動器采用74LS164，由單片機89C51的P3.0和P3.1來控制LED數(shù)碼管的顯示。顯示電路圖如3.6所示。圖3.6 顯示電路74LS164是8 位串行輸入，并行輸出的移位寄存器。其引腳及各個引腳的作用如下圖3.7所示：符號引腳說明DSA1數(shù)據(jù)輸入DSB1數(shù)據(jù)輸

25、入Q0Q336輸出GND7地 (0 V)CP8時鐘輸入（低電平到高電平邊沿觸發(fā)）/MR9中央復(fù)位輸入（低電平有效）Q4Q71013輸出VCC14正電源 圖3.7 74LS164引腳及說明 3.7 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換的作用是進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，把接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。在選擇A/D轉(zhuǎn)換時，先要確定A/D轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度以及轉(zhuǎn)換位數(shù)等，A/D轉(zhuǎn)換的位數(shù)確定與整個測量控制系統(tǒng)所需測量控制的范圍和精度有關(guān)，在自定窗簾控制系統(tǒng)中采用了8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。8路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬

26、選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為100s左右。ADC0809的主要特性有：（1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 （2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?（3）轉(zhuǎn)換時間為100s(時鐘為640kHz時)，130s（時鐘為500kHz時） （4）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點和滿刻度校準。 （5）工作溫度范圍為-4085攝氏度 （6）低功耗，約15mW。ADC0809與單片機89C51的連接示意圖如圖3.8所示，其中74LS373為鎖存器，當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時，O0-O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總線。當(dāng) OE 為高電平時，O0-O7 呈高阻態(tài)

27、，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 圖3.8 ADC0809與單片機連接示意圖3.8 光敏傳感器電動窗簾要根據(jù)光照的情況而自動開關(guān)窗簾，因而需要使用到光電傳感器。這里使用光敏電阻。光敏電阻是用光電導(dǎo)體制成的光電器件，又稱光導(dǎo)管，他是基于半導(dǎo)體光電效應(yīng)工作的。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時可以加直流偏壓，也可以加交流電壓。當(dāng)無光照時，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值急劇減少，因此電路中電流迅速增加。光敏電阻具有很高的靈敏度，很好的光譜特性，光譜響應(yīng)從紫外區(qū)一直到紅外區(qū)。而且體積小、重量輕、性能穩(wěn)定

28、。因此在自動化技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子空穴對，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強。根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：紫外光敏電阻器：對紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測紫外線。紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測、非接觸測量、人體病變探測、紅外光譜，紅外通信等國防、科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中?？梢姽夤饷綦娮杵鳎喊ㄎ⒘蚧k、硒化鎘、碲化鎘、砷

29、化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動開關(guān)門戶，航標燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動亮滅，自動給水和自動停水裝置，機械上的自動保護裝置和“位置檢測器”，極薄零件的厚度檢測器，照相機自動曝光裝置，光電計數(shù)器，煙霧報警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。這里選用3系列的GL3526。其亮電阻在1020K,暗電阻為1M.光敏電阻連接如圖3.9所示。 圖3.9 光敏傳感器在模擬信號采集過程中，難免會碰到采集信號過于微弱，難以接收到，此時必須采用一個信號放大電路對信號進行一定倍數(shù)的放大才能滿足A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求，并且放大器還不能產(chǎn)生干擾信號，因此必須選擇一種符合要求的放大器

30、。此外，進行信號采集時，采集到的信號不僅是有用的信號，還有很多干擾信號，應(yīng)該選用具有頻率選擇作用的濾波器，這樣可以比較有效地濾除噪聲和分離各種不同信號,在本設(shè)計中采用了低通濾波器。積分運算電路具有低通特性，而通帶放大倍數(shù)取決于電阻組成的負反饋網(wǎng)絡(luò)，故在積分運算電路中電容上并聯(lián)一個電阻，得到反相輸入一階低通濾波電路，該電路具有放大和濾波功能。3.9 步進電機步進電機為一種數(shù)字伺服執(zhí)行元件，具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、控制方便、控制性能好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在數(shù)控機床、機器人、自動化儀表等領(lǐng)域。為了實現(xiàn)步進電機的簡易運動控制，一般以單片機作為控制系統(tǒng)的微處理器，通過步進電機專用驅(qū)動芯片實現(xiàn)步進電機的速度和

31、位置定位控制。單片機在本次試驗中對步進電機的控制從而達到對轉(zhuǎn)角和位移的控制的方法。本次設(shè)計采用兩個型號為130HZ308-450的三相反應(yīng)式步進電機對旋轉(zhuǎn)角度和位移進行控制，該步進電機力矩大、耐負載沖擊、精度高。其步距角為1.2°，即=1.2°，即本次設(shè)計的測控系統(tǒng)對回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角的控制精度可以達到1.2°。步進電機的驅(qū)動電路是根據(jù)控制信號工作的。而本次測控系統(tǒng)是以單片機位控制中心的，下面將介紹步進電機控制系統(tǒng)。步進電機控制系統(tǒng)主要由脈沖分配器，功率驅(qū)動電路，步進電機幾部分構(gòu)成的。步進電機控制系統(tǒng)的方框圖如圖3.10所示： 脈沖控制器 功率驅(qū)動電路 步進電機負載脈沖信

32、號圖3.10 步進電機控制系統(tǒng)方框圖單片機輸出步進脈沖后，再由脈沖分配電路按事先確定的順序控制各相的通斷。本設(shè)計由軟件完成脈沖分配工作，不僅使線路簡化，成本下降，而且可根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的需要，靈活地改變步進電機的控制方案。軟件控制脈沖將在軟件設(shè)計部分說明。如圖3.11所示，是步進電機控制系統(tǒng)的電路圖。步進電機功率驅(qū)動電路工作在較大脈沖電流狀態(tài)，采用光電耦合器將單片機與步機電機隔離可以避免單片機與步進電機功率回路的共地干擾，防止強功率的干擾信號反串進主控系統(tǒng)。此外，萬一驅(qū)動電路發(fā)生故障，也不致讓功放中較高的電壓串入單片機而使其損壞。圖3.11 步進電機控制系統(tǒng)電路圖步進電機的驅(qū)動電路有很多種，但最為

33、常見的就是用單電壓驅(qū)動，雙電壓驅(qū)動，斬波驅(qū)動，細分驅(qū)動等。但電壓驅(qū)動是步進電機控制中最為簡單的一種驅(qū)動電路，它在本質(zhì)上是一個單間的反相器。它最大的特點是結(jié)構(gòu)簡單，工作效率低。而且它的外接電阻要消耗相當(dāng)一部分能量，這樣會影響電路的穩(wěn)定性。雙電壓驅(qū)動電路是采用兩種電源電壓，缺點在于在高低電壓連接處電流出現(xiàn)谷點，這樣必然引起力矩在谷點處下降，不易于電機的正常運行。對于斬波驅(qū)動則可以克服這種缺點，并且還可以提高步進電機的效率。從提高效率的角度來看這是一個很好的驅(qū)動電路，它可以用較高的電源電壓，同時無需外接電阻來限定額定電流和減少時間常數(shù)。但由于其波形頂部呈現(xiàn)鋸齒形波動，所以產(chǎn)生較大的電磁噪聲。細分驅(qū)動

34、是用脈沖電壓來供電的，對于一個電壓脈沖，轉(zhuǎn)子就可以轉(zhuǎn)動一步。本設(shè)計采用的是恒頻脈寬調(diào)制細分驅(qū)動電路。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括顯示子程序，鍵盤子程序，時鐘程序，步進電機控制程序設(shè)計及部分構(gòu)成。本章節(jié)系統(tǒng)的介紹了電動窗簾的主程序和各主要功能子程序的設(shè)計流程，具體的程序代碼見附錄。4.1 主程序軟件設(shè)計主程序構(gòu)成無限循環(huán)，主要完成單片機初始化，關(guān)中斷，菜單顯示內(nèi)容初始化，按鍵掃描，電機運行，計時等功能。主程序的流程圖如圖4.1所示。圖4.1 主程序流程圖主程序流程說明：電路主要分為以下幾個部分，分別是電源部分、顯示部分、按鍵部分、步進電機控制部分、AD轉(zhuǎn)換部分、單片機主控器件部分，各部分

35、具有不同的子程序。 主程序的作用主要是先初始化寄存器以及顯示內(nèi)容；然后查詢按鍵操作，并且對按鍵進行分析以及處理，通過分析處理，對于設(shè)定鍵，則設(shè)定時間，到了設(shè)定的時間后步進電機工作。對于控制鍵，執(zhí)行窗簾開閉的工作。如果經(jīng)過分析后都不是，采取復(fù)位的操作。4.2 鍵盤程序設(shè)計在操作按鍵時，無論是按下還是松開，觸點在閉合和斷開時均會產(chǎn)生抖動，此時邏輯電平是不穩(wěn)的，如果得不到正確處理，可能會引起單片機對按鍵命令的錯誤執(zhí)行。解決這個問題的簡單方法是利用軟件延時。在單片機處理按鍵操作后都延時5ms，如果確定是按鍵后再延時12ms，這樣基本可以避免鍵盤的抖動。然后由單片機進行鍵碼分析，并執(zhí)行相應(yīng)的命令，顯示并

36、且返回。圖4.2是鍵盤程序設(shè)計流程圖。圖4.2 鍵盤程序流程圖按鍵設(shè)置采用了掃描法，要判斷鍵盤中有無鍵按下時將全部行線Y0-Y3置低電平，列線置高電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。判斷閉合鍵所在的位置時，在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。例如將單片機的P

37、1口用作鍵盤I/O口，鍵盤的列線接到P1口的低4位，鍵盤的行線接到P1口的高4位。列線P1.0-P1.3分別接有4個上拉電阻到正電源+5V，并把列線P1.0-P1.3設(shè)置為輸入線，行線P1.4-P.17設(shè)置為輸出線。4根行線和4根列線形成16個相交點，這些交點即為鍵盤按鍵。 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中，系統(tǒng)有兩性能很大一部分取決于鍵盤處理程序。在按鍵時按得快了沒有反應(yīng)，按慢了一連響應(yīng)幾次，總給人遲鈍感，不能使人滿意。在該設(shè)計中用以下思路設(shè)計的鍵處理程序。首先要判斷有沒有鍵值，若有鍵值，再判斷是否為首次按下： （1）若首次按下：判斷是否與上次按下的鍵值相同 a.若相同再判斷：是否已經(jīng)按下了300ms

38、？ 1).若已經(jīng)按下300ms則將此鍵做為連鍵處理。 2).若不是連鍵則判斷：是否按下20ms？ 1>.若確認按下20ms，得到有效鍵值等待彈起 2>.若不是按下20ms直接結(jié)束處理（ret）。 b.若不相同則將標志清零結(jié)束處理（ret）。 （2）若不是首次按下：將鍵值暫存起來，標志置位結(jié)束處理。如果無鍵值，則判斷是否有鍵值已被確認（1）若有鍵已被確認：判斷按鍵是否首次抬起 a.若首次抬起：判斷抬起延時時間（20ms）是否到達 1>.若延時到則將標志處理結(jié)束處理。 2>.若延時未到直接結(jié)束處理（ret）。 b.若非首次抬起：直接結(jié)束處理（ret）。（2）若沒有鍵被確認：直接結(jié)束處理（ret）。4.3 定時程序設(shè)計定時程序的主要作用是在用戶設(shè)定的時間后能夠使單片機收到一個中斷信號，從而發(fā)出相應(yīng)的指令，控制窗簾的開關(guān)。時鐘芯片發(fā)出50ms的信號給單片機后，計數(shù)器開始工作，計