家庭燈控系統的研制畢業論文-資料下載頁

【導讀】當今高效率的時代要求。方便、快捷、簡單，已經成為如今各種燈控系統的研發目標。燈的亮滅，各個開關和房間之間彼此獨立。假如房間較大，樓層較高，則必須步行到每。隨著科學技術的不斷發展，人類社會迎來了電子信息時代。本文根據設計任務的要求進行方案設計，并確定出最優的設計方案。一種具有結構簡單、價格低廉、工作性能可靠等特點的家庭燈控系統。在一個家庭中采用多個控制板連接在總線上。各個控制板間可以互相通信，彼此之間關。系對等，沒有主從機之分。根據該設計方案，本設計制作了兩部可供演示的樣機，進一。步證明該設計的實際應用性。結構、相關電路模塊設計、系統的程序設計及系統擴展。

　　

【正文】 103s=82ms,此時間常數足以使 RST 在保持為高電平的時間內完成復位操作。 串口接口電路 MAX485 是用于 RS422/485 通信的差分平衡收發器， 由 MAXIM 公司生產。芯片包含一個驅動器和一個接收器，適用于半雙工通信。其主要特性如下： （ 1） 傳輸線上可連接 32 個收發器； （ 2） 具有驅動過載保護； （ 3） 最大傳輸速率為 。 （ 4） 共模輸入電壓范圍為 7V~+12V； （ 5） 工作電流范圍為： 120uA~500uA。 （ 6） 供電電源： +5V。 電路如下圖 所示 ： 圖 串口電路 其中 REDE為使能端，接單片機的 引腳。 第 19 頁 共 46 頁 輸出控制和狀態顯示電路 電路的輸出控制是將控制量輸出到照明燈以控制其亮滅，在本設計中用 LED 燈作為模擬 ， P2 為輸出端口 ；而狀態顯示是用 LED 燈顯示當前所控制的燈的亮滅狀況 ，端口為P0。如圖 所示： 圖 輸出和顯示電路 第 20 頁 共 46 頁 4 軟件部分 單片機通信的軟件設計 通信協議 要想保證通信成功，通信雙方必須有一定的約定。比如，作為發送方，必須知道什么時候發送信息，發什么；對方是否收到，收到的內容有沒有錯，要不要重發；怎樣通知對方結束等等。在發送與接收方之間的這些約定，就叫通信協議，必須在編程前確定下來。只有雙方遵守了這些規定，才能正確交換信息和數據。單片機與 單片 機之間的通信協議為： 波特率： 9600bit/s； 信息格式： 1 位起始位（低電平）， 8 位數 據位， 1 位 可編 程的第 9位 ， 1位停止位（高電平）。 傳送方式：采用中斷接收，查詢發送； （ 1）首先使所在單片機的 SM2 位置 1，處于只接收地址幀的狀態。 （ 2） 主機先 發送一幀地址信息。其中前 8位為地址，第 9位為地址 /數據信息的標志位。該位置 1 表示該幀為地址信息。 （ 3）從機接收到地址幀后，各自將接收的地址與本機的地址比較。對于地址相符的那個那從機，使 SM2 位清 0，以接收主機隨后發來的所有信息；對于地址不符的從機，仍保持 SM2=1，對主機隨后發來的數據不理睬，直到發送新的地址幀。 （ 4）當從機發送數據結束后，置第 9位（ TB8）為 1，作為從機數據傳送結束標志。 （ 5）主機接收數據時先判斷數據結束標志（ RB8），若 RB8=1，則表示數據傳送結束?？辔督邮諑?RB8=0，則原數據到緩沖區，并準備接收下幀信息。 （ 6）苦味主機向從機發送數據，則從機在第 3步中比較地址相符后，從機令 SM2=0；同時把本站地址發回主機，作為應答之后才能收到主機發送來的數據。其它 從 機繼續監聽地址（ SM2=1） ，無法收到數據。 （ 7）主機收到從機的應答地址后，確認地址是否相符。如果地址不符，則發復位信號（數據幀中 TB8=1）；如果地址相符，則清 TB8，開始發 送數據。 波特率的設置 在串行通信中，一個重要的指標是波特率，它反映了串口通信的數率，也反映了對傳輸通道的要求。波特率越高，要求傳輸通道的頻帶越寬。一般異步通信的波特率為 第 21 頁 共 46 頁 213 2 1 2 2S M O D O S CKf ???? ?????波特率 初值509600 b/s。在上面的通信協議里，已規定波特率為 9600b/s，是合符要求的。下面來計算定時器的初值。 89S51 串行通信的波特率由定時器 T1 的益出率獲得（僅指串行口方 式 方式 3）。其波特率公式為： （ ） T1 在設置波特率時，一般都采用模式 2，因為當 T1 益出后，參數自動裝入，可避免不必要的中斷請求。 當晶振 OSCf =12MHz，設置波特率為 9600 b/s，定時器工作模式 2， SMOD=0，則 定時器的初值可以由公式 求出，為 0FDH 。 單片機的軟件 流程 軟件部分是用來配合硬件電路，控制后面電路的響應，以實現設計預定功能。軟件主要由三部分組成： 按鍵 的檢測、 地址的判別、命令的判別、 傳送數據。 按鍵 的檢測 和數據的傳送 是采用查詢方式， 地址和命令的判別 采用 中斷處理。 平時所有的控制板都處于接收信息的狀態， 并對接鍵和狀態標志不斷地進行循環的查詢， 一旦有按鍵按下就進行相應的處理：如，有房間選擇鍵按下則將相應房間的燈狀態讀入，有燈控鍵按下則改變相應的燈的狀態并同時將燈的狀態送回相應的房間； 如查詢到標志位為 1 則調用相應的函數進行數據的收發；如有信息收到也進行串行的中斷，在中斷服務程序中進行是不是本機地址的判斷然后根據判斷的結果對標志位進行置位。 按照以上的軟件程序設計思想，畫出單片機程序的流程圖并根據流程圖寫出相應的程序 ，具體程序見附錄 B。 整個系統的軟件的主要流 程圖如下 所示 。 第 22 頁 共 46 頁 開始 波特率設置 端口初始化 是否有房間選擇鍵按下 是否有燈控鍵按下 選擇本機的 標志是否為 1 N N N Y Y Y 將相應 燈 的狀態置反 第 23 頁 共 46 頁 （ 1）有房間選擇鍵按下時的處理程序： （ 2）選擇本機的標志為 1時的處理程序： 發送房 間地址 發送 讀命令 接收信息 接收 完成？ 將收到的燈狀態送到本機顯示 N Y 第 24 頁 共 46 頁 （ 3）中斷處理程序： 接收信息 接收 完成？ N Y 是發送命令？ 發送本房間 燈的狀態 接收信息 Y 接收完成？ 根據收到的信息改 變本房間的燈狀態 N Y 標志位置 0 N 第 25 頁 共 46 頁 是本機地址？ 將標志位置 1 退出中斷 N Y 第 26 頁 共 46 頁 5 硬件 系統制作及調試 硬件 系統的制作的過程分為以下五個步驟 ： (1)硬件系統設計， 如電路原理圖設計、 PCB 印制板繪制等。 (2)應用程序的設計， 根據系統實現的功能編程。 (3)應用程序的仿真調試， 指用仿真器對硬件進行在線調試或軟件仿真調試，在調試中不斷修改、完善硬件及軟件。 (4)單片機應用程序的燒寫， 用專用的單片機燒寫器可將編譯過的二進制源程序文件寫入單片機 (F1ashROM)芯片內。 (5)硬件調試， 把硬件接上電源工作，看是否能實現系統設計時的功能。不能滿足要求，或硬件不能工作時，要進行全面檢查，針對出現的問題修正硬件、軟件或總體設計方案。 下面分別介紹系統制作的過程。 硬件系統的設計 電路原理圖 的設計主要是 protel 99 se 的原理圖設計系統（ Advanced Schematic）來繪制一張電路原理圖。在這一過程中，要充分利用 protel 99 se 所提供的各種原理圖繪圖工具、各種編輯功能，來實現我們的目的，即得到一張正確、精美的電路原理圖。步驟如下： （ 1） 建立原理圖 首先必須新建原理圖，禁屠原理圖編輯器，才能進行電路圖設計。 （ 2） 設置圖紙信息 設計原理圖之前，必須根據電路的復雜程度設置圖紙的大小，以及設置圖紙的方向、網格大小和標題欄等信息。 （ 3） 載入元件 在設計過程中，根據詩句電路的需 要，需從元件庫中調入所需的元件。這時可以通過加載元件庫的方法來實現元件的載入 （ 4） 置元件 在加載的元件庫中取出所需的元件，并將元件放入工作面板中。根據元件之間的走線，在工作面板上需對元件進行位置的調整、屬性的設置等。 （ 5） 進行原理圖布線 利用 PROTEL 99 提供的各種工具和指令進行布線，使用具有電氣意義的導線、網絡標號、端口標號和電器連接點將工作面板上的元件連接起來，構成一個完整的電路原理圖。 （ 6） 調整布線 經過原理圖布線后，通過進一步的布線調整，對原理圖進行修改，使原理圖更加美觀和正確。該過程包裹 元件的位置的重新調整，導線位置的刪除、移動，更改元件屬性和排列等。 第 27 頁 共 46 頁 （ 7） 注解、修飾 在原理圖上增加一定的注解，使原理圖更易懂、更具有可讀性。 （ 8） 檢查修改 利用 PROTEL 99 提供的各種校驗工具，對原理圖進行檢查，并對原理圖進行進一步的調整和修改，確保原理圖的準確無誤。 系統 PCB 板的設計 電路原理圖設計好以后， PCB 板的設計也是一個十分重要的環節。原理圖設計的合理，制成電路板后系統卻工作不正常的事情屢見不鮮，究其原因，多半是 PCB 板的設計存在問題，特別是頻率較高的電路和數字模擬混合電路的印刷 線路板的設計。 PCB 板的設計過程是一個復雜而又簡單的過程 。在這次制作印刷板的過程中，在老師和同學們的指導下，完成了比較滿意的 PCB 板。由于自己親手制作了板子，我得到了很多的經驗。以后我 要想很好地掌握它，還需 自己好好去體會。 確定 PCB 的大小 首先，要考慮 PCB 尺寸大小。 PCB 尺寸過大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確定 PCB 尺寸后．再確定特殊元件的位置。最后，根據電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局。 PCB 布局 第 一次布局時，為了美觀，把電容、電阻排放在一起，沒有圍繞核心元件布局，沒有考慮實際的元件連接，因此連線復雜而且本來可以短線連接的變成長線連接。經過調試之后和在同學的指導下，重新布局如下： ⑴ 按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并且使信號盡可能保持一致的方向。 ⑵ 以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件均勻、整齊、緊湊地排列在 PCB 上。 盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。 ⑶ 盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀，而且裝焊容易。 布線 在 PCB 設計中，布線是完成 硬件 設計的重要步驟，可以說前面的準備工作都是為它而做的，在整個 PCB 中，以布線的設計過程限定最高，技巧最細、工作量最大。 PCB 布線有單面布線、雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動布線及交互式布線，在 第 28 頁 共 46 頁 自動布線之前，可以用交互式預先對要求比較嚴格的線進行布線，輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行，以免產生反射干擾。必要時應加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產生寄生耦合。自動布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規則可以預先設定，包括走線的彎曲次數、導通孔的數目、步進的數目等。一 般先進行探索式布經線，快速地把短線連通，然后進行迷宮式布線，先把要布的連線進行全局的布線路徑優化，它可以根據需要斷開已布的線。并試著重新再布線，以改進總體效果。對目前高密度的 PCB 設計已感覺到貫通孔不太適應了，它浪費了許多寶貴的布線通道，為解決這一矛盾，出現了盲孔和埋孔技術，它不僅完成了導通孔的作用，還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便，更加流暢，更為完善 。 一般 PCB 布線有以下規定： ⑴ 輸入輸出端用的導線盡量避免相鄰平， 以免產生反射干擾。 ⑵ 印制導線拐彎處取圓弧形，因直角或夾角在高頻電路中會影響 電氣性能。 ⑶ 電 源和地線的處理 。 既使在整個 PCB 板中的布線完成得都很好，但由于電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產品的性能下降，有時甚至影響到產品的成功率。所以對電、地線的布線要認真對待，把電、地線所產生的噪音干擾降到最低限度，以保證產品的質量。 采取的措施 是在電源、地線之間加上去耦電容。 由于線寬有以下關系： 地線＞電源線＞信號線，通常信號線寬為： ～ ,最 細寬度可達 ～ ,電源線為 ～ mm，所以，要使地線寬度比電源線寬。 ⑷ 數字電路與模擬電路的共地處理 。 現在有許多 PCB 不再是單一功能電路（數字或模擬電路），而是由數字電路和模擬電路混合構成的。因此在布線時就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾。數字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強，對信號線來說，高頻的信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件，對地線來說，整 個 PCB 對外界只有一個結點，所以必須在 PCB內部進行處理數、模共地的問題，而在板內部數字地和模擬地實際上是分開的它們之間互不相連，只是在 PCB 與外界連接的接口處（如插頭等）。數字地與模擬地有一點短接，只有一個連接點。也有在 PCB 上不共地的，這 由系統設計來決定。 在本設計的 PCB 布線中，本人按照以上的規定進行布線，前幾次布線，結果不盡人意，后來查閱了相關指導性的資料和在同學的幫助下，讓我終于完成較好的布線。通過這次布線，我提高了本人的動手能力，獲得不少的經驗。 本設計 PCB 圖見附錄 A。 硬件調試 在印制電路板工作完成之后，在電路板實現設計的要求的功能前，我對的硬件電路板進行了反復調試，這里將調試的過程及在調試的過程中所遇到的問題提出來進行討論， 第 29 頁 共 46 頁 以便能夠進一步的掌握設計工作的要領。 檢測元器件 采用萬用表檢測所有元器件的是否正常工作 、導線是否導通等。執行的步驟是先檢測電容、電阻及導線是否短接。 檢測各個引腳信號 給電路接通電源，大概用手摸一下元器件是否發熱，有的話，關掉電源，進行再次檢測；沒有的話，則測試所有芯片的 VCC 端電壓是否達到要求，接地端是否都接地，無誤后，則開始 對電路中所用到的引腳進行信號波形測試，所使用的工具最好是示波器。當以上檢測都沒有什么問題的時候，就可以燒寫單片機程序，進行整體調試了，調試的結果 如 能達到設計的要求數據，就算硬件設計工作完成。 遇到的問題及其解決 在本設計中做了兩個控制板作為模擬， 所以兩個板的電路是完全一樣的。但在初次燒程序進去進行簡單測試的時候發現兩個板的工作狀態不一樣，接著我對整個電路板進行了檢查，發現有的元器件的引腳虛焊了，導致信號沒有正常地輸出。在將所有的虛焊點進行了重焊之后整個硬件電路最終能正常工作了。 軟件調試 程序的初始化調試 本設計系統的控制程序是采用 C51 語言編程，編程所采用的軟件是 Keil uVision2 MCS51 編程軟件。關于單片機 C 語言軟件