毕业设计与论文-基于AT89C51单片机的自动窗帘系统设计.pdf

基于单片机的自动窗帘系统设计摘要目前，家庭居住环境的采光及避光问题主要采用的是手动开闭窗帘，手动开闭不仅费力而 且很多方面不够人性化，会对用户造成一定的困扰，本文设计的自动窗帘控制系统可以解决这 些问题。本文主要阐述了自动窗帘控制的设计过程。以AT89c51单升机为控制核心，以光敏电 阻和雨滴传感器为传感器件，以步进电机为执行器件。在设计的同时对单片机的理论基础和 外围扩展知识进行了比较全面准备。硬件采用分块的模式，对整个系统的电路设计进行分析,分别给出了系统整体框图、显示电路、检测电路、系统总控制模块、等相关电路；随后说明系 统软件的编写过程，同样采用的是分块的模式，且每一个模块都给出了相取的流程图。本设计利用单片机实现了半自动控制、自动控制、定时控制的相互转换，智能的控制窗帘 的动作。通过调试，时钟控制、手动开关窗帘、自动开关窗帘等控制方面的设计基本达到了预 期效果。具有较强的实用价值。关键词：单片机，自动窗帘，步进电机，自动控制。路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计IISystem design based on single chip microcomputer automatic curtainAbstractNow,according to the requirements of living environments.This paper describes the process of intelligent curtain controller.This design uses AT89C51 microcontroller as the control,introduce microcontroller-based optical curtain curtain system,the main structural principle of the hardware and software programming to explain.In the design for monolithic integrated circuits,and peripheral to expand the basic the theories of knowledge was fairly comprehensive preparation.Block the model of hardware used,the circuit design of the entire system to analyze the overall block diagram of the system are given,display circuit,photoelectric switch circuit,system control module,power conversion circuits,protection circuits and other related circuit；then describes the software the preparation process,but also by the sub-block pattern,with each module to draw a corresponding flow chart.In this paper,use the AT89C51 microcontroller,according to their different modes,to achieve semi-automatic control,automatic control,timing control of the conversion and intelligent motion control curtains.Debugging by simulation,clock control,manual switch curtains,the curtains automatically switch the basic design of such control to achieve the desired effect,with a strong practical value.Key words：SCM、intelligent curtain stepping motor automatic control.路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计IV目录摘要.IAbstract.Ill第1章绪论.-1-1.1研究目的和意义.-1-1.2国内外发展状况.-2-1.3课题的目的任务和要求.-2-第2章系统方案论证.-5-2.1方案选取.-5-2.2总体设计方案.-8-2.2.1 系统基本功能.-8-2.2.3 系统总体结构设计.-9-第3章系统硬件分析设计.-11-3.1 系统硬件总设计.-11-3.2 各单元电路设计.-12-3.2.1 控制电路设计.-12-3.2.2 检测电路设计.-16-3.2.3 执行电路设计.-18-3.2.4键盘/显示接口电路.-21-第4章 系统软件设计.-27-4.1系统软件总设计.-27-4.2系统软件子程序设计.-28-4.2.1步进电机程序设计.-28-4.2.2键盘程序设计.-29-4.2.3定时程序设计.-31-第5章 测试和调试.-33-5.1硬件调试.-33-5.1.1 28BYJ-48 步进电机：.-33-5.1.2 1602液晶显示器.-35-路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计5.1.3 DS1302 时钟芯片.-36-5.1.4 LM双电压比较器集成电路.-37-5.2软件调试.-38-5.3系统联调.-38 总结.一 43-参考文献.-45-致谢.一 47-W寸录.一 49-VI第1章绪论1.1 研究目的和意义21世纪是科技飞速发展的时代，单升机的应用也随之越来越广泛。在这样高速发展的环 境下，各种新型产品犹如雨后春笋，单片机的作用也越发重要单片机是一种集成电路芯片，是 采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储 器ROM、多种I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小面完 善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛成用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位 单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。单片机具有高集成度、高可靠性，控制功能 强，低电压、低功耗，优异的性价比。由于这些优良的特性，单片机广泛的反用到工业控制,智能家电，汽车电子，楼宇自动化，医疗器械。日常生活中，验钞机、门禁系统、电子监控、变频空调等也使用到了单片机。在材料科学、工业技术、计算机技术的发展与进步的带动下，电路系统向着高度集成的方 向发展。CPU的生产制造技术，也朝着综合性、技术性、实用性发展。其告诉的发展可以用日 新月异来形容。其中单片机的重要性越来越越突出，在控制系统中的反用越来越普遍。要进行 单片机系统的设计首先，要有一定的基础知识；第二，需要具有一定的软件设计能力，能够根 据设计的要求，写出所需程序；第三，要灵活的把知识综合运用。另外，单升机也经常反用到 一些小系统的设计。本系统就是依靠AT89c51单升机的优点顺利设计出来的。随着科技的发展，人们生活水平不断提高，使得人们对于居住的空间的环境有了更高的要 求，人们希望居住空间更加的舒适、便捷。这是人类发展的必然规律。科技把人们的生活变的 更加智能化，使人们生活的更加舒适、便捷。人们的生活离不开窗帘，它保护了人们的隐私。对于现代的建筑，对于窗帘的要求也越来越高，既能解决每天手动开关的麻烦，又能显示出生 活的档次，所以窗帘自动系统会越来越普及。并且可以广泛的取用到普通住宅、宾馆饭店、写 字楼等各种场所，因此自动窗帘系统有着广阔的市场前景，因此研究这方面的产品也显得更加 的重要。由于我国的科技刚刚发展起来，各种科技产品还明显的落后于发达国家，人民的生活也刚 刚开始富裕起来，许多智能系统也刚刚在我国兴起。但是，发展前景却广阔。这种系统可以为 我们营造出高效、舒适、便捷的居住环境。并且它可以牵动一大批产业。如此广泛的反用，他 的前景也必将非常广阔。随着科学技术的飞速发展，人们的生活观念也在渐渐的发生转变。各路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计种家电也在发生着变化。由于单升机技术和计算机技术的的不断成熟，家电越来越智能化。窗 帘也不例外，在欧美等发达国家，智能窗帘系统已广泛反用。智能窗帘在国内算是高端前沿产 业，市场广阔，有推广和反用的意义，在发达的欧美市场智能窗帘已经并不新鲜，已经广泛运 用于平常百姓家中，所以有必要在国内推广。1.2 国内外发展状况随着科学技术的飞速发展，人们的生活观念也在渐渐的发生转变。各种家电也在发生着变 化。由于单片机技术和计算机技术的的不断成熟，家电越来越智能化。窗帘也不例外，在欧美 等发达国家，电动智能窗帘已广泛以用。自动窗帘在国内算是高端前沿产业，市场广阔，有推 广和取用的意义，在发达的欧美市场智能窗帘已经并不新鲜，已经广泛运用于平常百姓家中。本设计通过分析自动窗帘的发展和现状来规划其智能功能，从而对窗帘进行智能控制。采 用步进电机为执行原件，以光敏电阻和雨滴传感器作为传感原件，AT89c51单片机作为控制芯 升，辅助键盘和显示，实现自动窗帘的多项智能项目。自动窗帘控制系统设计过程主要分为以下几个章节：(1)绪论：介绍目前国内自动窗帘的发展现状和研究的目的和意义。总体设计方案：给出智能窗帘系统的总体方案设想，智能项目，和设计结构规划。(2)硬件设计：选用AT89c51单升机为核心的各种电路设计，包括复位电路，电源电路，时 钟电路，步进电机控制电路，传感器电路，键盘/显示电路等一系列相关电路。(3)软件设计：主要介绍了各项功能的设计流程。(4)总结与展望：针对设计中的不足进行再思考以及提出自动窗帘控制系统功能的扩展，和 对此设计发展前景的展望。1.3 课题的目的任务和要求自动窗帘控制系统总体设计方案是确定能满足设计要求的总体方案环节。本章从系统功能 的需求出发,规划并确定系统的总体结构，并在次基础上考虑了系统的可扩展性以及可实现性。该系统除了具有一般窗帘控制系统的最基本功能以外,还通过单片机的控制实现了根据光 照强度，空气湿度和设定时间自动开闭窗帘的功能，在选取设计方案和采用元器件方面，该设 计本着简单实用经济的思想，尽量使电路的设计简单化，用最简单的电路布线和选用最经济实 用的器件来达到设计的需求。-2-智能窗帘主要有一下功能(1)手动控制：该功能是根据用户的需求通过按键进行窗帘的开关，此功能可以使窗帘的开 闭处于任何一种状态；(2)光敏控制：根据光的强弱，实现窗帘的自动开关。(3)雨滴传感器控制：若传感器上有水滴，则窗帘自动关闭，水干后，自动开启。(4)时间自动控制：根据用户设置的时间来控制开启或者关闭窗帘。路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计-4-第2章系统方案论证2.1方案选取单升机在各种电子产品中的应用已经越来越广泛，很多的电子产品利用单片机所取得的 便利性得到了人们的好评，所以本设计采用的控制元器件选用单片机。单升机的选择：单片机自70年代问世以来都以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为 先导，通过广泛的反用领域拉动得到了蓬勃发展，单片机功能也日渐完善。由于单升机的应 用，使许多领域的技术水平和自动化程度都大大提高，可以不夸张的说当今世界正在经受着 一场以单片机技术为标志的新技术革命浪潮冲击。主要的单片机类型如下：(DMCS-51系列单片机MCS-51系列单片机主要指Intel公司生产的以51位内核的单片机芯片，具有8位CPU、4K字节的ROM、128字节的RAM、同时可扩展外部64K字节RAM和ROM、两个16位的定时器、四个8位并行I/O 口、一个全双工串行I/O 口、21字节专用寄存器、五个中断源、片内自带 振荡器、片内单总线等功能部件。(2)AT89C51 单片机AT89c51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能的CMOS 8位微处理器，俗称为单片机。AT89c2051单 升机是一种带2K字节闪存，可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器 可以反复擦除1000次。该器件采用了 ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，和工业标准 的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在了单个芯片 中，ATMEL的AT89c51是一种高效微控制器，而AT89c2051是它的一种精简版本。AT89c单片 机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性较高且价廉的方案。外形及引脚的排列如图2-1 所示：路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计AT89C52 AT89S51AT89C51P1.0 PL IPI.2 PI.3 PI.4 PL5 PI.6 PI.7HST(RXD)P3.0(TX0IP3.1(EC)P3.2(TmTT)P3.3(T0)P3.4(TOPS.5(WPJ.6(rxd)pioH|Ea/vpp、里 g 1 西 AT89C51|ALE/PROC(U)P3.2 回|PSEN(而I)P3.3同P2.7/(A15)(T0)P3.4 回P2.6/(A14)(TDP3.5 屈P2.5/(A13)丽P3.6国P2.4(A12)面5)P3.7画P2.3/(A11)HAL2P2.2/(A1O)XTAL 画P2.1/(A9)P2.0/(A8)晶振电路：电路中的晶振即石英晶体震荡器。由于石英晶体震荡器具有非常好的频率稳定性和抗外界 干扰能力，所以，石英晶体震荡器的用来产生基准频率的。通过基准频率来控制电路中的频率 的准确性。同时，它还可以产生震荡电流，向单片机发出时钟信号。电路中的电容C1和C2的典型值通常选择为30 口 F左右，该电容的大小会影响震荡电路频 率的高低、震荡器的稳定性和奇珍的快速性。晶体震荡频率的范围通常在l.212MHz。晶体的 频率越高，系统的时钟频率越快，单升机的运行速度越快。但反过来，运行速度对于存储器的 速度要求就越高，对印刷电路板的工艺要求也就越高，即要求线间的寄生电容要小。晶体和电 容成该尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定、可靠地工 作。89C51常选择震荡频率12MHz的石英晶体。单片机晶振电路图如图3.3所示：路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计复位电路：复位是单升机的初始化操作，只需要给89c51的复位引脚RST加上大于2个机器周期（即 24个时钟震荡周期）的高电压就可以使89C51复位。复位时，单片机初始化为0000H,从0000H 单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行错误（如程序跑飞）或者操 作错误使系统处于锁死状态时，也需要复位键使RST引脚为高电平，使89c51摆脱“跑飞”或 者“死锁”状态而重新启动。复位电路图如图3.4所示。图3.4 复位电路图时钟电路：本设计需要窗帘在给定的时间自动的开和关，所以需要用到定时器，而为了保证单片机与 外界时钟一致，要用到一个实时时钟电路。这里实用的是DS1302时钟芯片来完成这项功能。DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节 静态RAM,通过简单的串行接口与单升机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、周、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整。时钟操作可通过AM/PM指示决定-14-采用24或12小时格式。DS1302与单升机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需 用到三个口线：(1)RES复位(2)I/O数据线(3)SCLK串行时钟。时钟/RAM的读/写数据 以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。DS1302工作时功耗很低保持数据和时钟信 息时功率小于ImWDS1302是由DS1202改进而来增加了以下的特性：双电源管脚用于主电源和备份电源供 应,Vccl为可编程涓流充电电源，附加七个字节存储器。它广泛成用于电话、传真、便携式 仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域。下面将主要的性能指标作一综合：(1)实时时钟具有能计算2100年之前的秒、分、时、日、星期、月、年的能力，还有闰年 调整的能力。(2)31 8位暂存数据存储RAM。(3)串行I/O 口方式使得管脚数量最少。(4)宽范围工作电压2.0 5.5Vo(5)工作电流2.0V也小于300nA。(6)读/写时钟或RAM数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组方式。(7)8脚DIP封装或可选的8脚SOIC封装根据表面装配。(8)简单3线接口。(9)与 TTL 兼容 Vcc=5V。(10)可选工业级温度范围-40+85o(11)双电源管用于主电源和备份电源供成。DS1302芯片和AT89C51单升机的接口电路如图3.5所示：图3.5 DS1302芯片和AT89C51单片机的接口电路图路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计3.2.2 检测电路设计自动窗帘要根据光照和是否有雨的情况而自动开关窗帘，因而需要用到光传感器和雨滴传 感器。光敏传感器：在本设计中采用了光敏电阻，光敏电阻与碳膜电阻不同，它对光的变化非常敏感，再光的 照射下，阻值会明显变小，所以叫他光导器件。光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化 镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铀等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下,其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移 运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。光敏 电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反反速度快，光谱特性及r值一致性好等特点外，在 高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性，可广泛反用于照相机，太阳能庭 院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关 以及各种光控玩具，光控灯饰，灯具等光自动开关控制领域。光敏电阻的结构简单，它是在陶瓷基片上积淀一层光敏半导体，再接上两根引出电极组成 的。该电路中的光敏器件选用的是硫化镉光敏电阻。雨滴传感器：雨滴传感器又叫雨滴检测传感器，用于检测是否下雨及雨量的大小，广泛用于汽车自动刮 水系统、智能灯光系统和智能天窗系统中。在雨滴传感刮水系统中，用雨滴检测传感器检测出 雨量，并利用控制器将检测出的信号进行变换，根据变换后的信号自动地按雨量设定刮水器的 间歇时间，以便随时控制刮水器电动机；在汽车智能灯光系统中检测车辆行驶的环境，自动调 整灯光模式，提高车辆在恶劣环境下行驶的安全性;在智能天窗系统中传感器一旦检测到下雨,会自动关闭天窗。传感器控制电路是由运算放大器组成比较电路，在运算放大器同相输入端用两个电阻分 压，得到的电压值作为基准电压，在反相输入端则用光敏电阻对光和湿度变化采集，由于光敏 电阻具有根据光照强度阻值变化的特点，雨滴传感器根据是否有水滴阻值变化的特点，可以得 到反向输入端的电压值。然后将得到的两组电压值进行比较，比较后的信号经过A/D转换送入 单片机89c51的P35和P36接口，单升机处理后输出命令控制电机正转或者反转，以实现通过光 照和雨滴控制窗帘的开关功能。集成运算放大电路：-16-集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和地输入电阻的多级直接耦合放大电 路，它的种类很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，集成运放的内部电路组成的原理框 图如图3.6所示。图3.6 集成运放的内部电路组成的原理框图本设计选用的器件是LM393。LM393的主要优势是：（1）高精度比较器；（2）减少由于温 漂引起的失调电压；（3）工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：2 36V,双电源：118V；（4）输入工模电压范围接近地电平；（5）兼容逻辑电路。LM393的功 能框图如图3.7所示。图3.7 LM393的功能框图路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计LM393是高增益,宽频带器件，象大多数比较器一样，如果输出端到输入端有寄生电容而 产生耦合，则很容易产生振荡。这种现象仅仅出现在当比较器改变状态时，输出电压过渡的间 隙，电源加旁路滤波并不能解决这个问题，标准PC板的设计对减小输入一输出寄生电容耦合 是有助的。减小输入电阻至小于10K将减小反馈信号，而且增加甚至很小的正反馈量（滞回 l.CnOmV）能导致快速转换，使得不可能产生由于寄生电容引起的振荡，除非利用滞后，否则直 接插入IC（集成电路板integrated circuit,缩写：IC）并在引脚上加上电阻将引起输入一输 出在很短的转换周期内振荡，如果输入信号是脉冲波形，并且上升和下降时间相当快，则滞回 将不需要。使用LM393时必须要注意，比较器的所有没有用的引脚必须接地。LM393偏置网络确立了其静态电流与电源电压范围2.030V无关。差分输入电压可以大于 Vcc并不损坏器件，保护部分必须能阻止输入电压压向负端超过-0.3VoLM393的输出部分是集电极开路，发射极接地的NPN输出晶体管，可以用多集电极输出提 供或OR ing o传感器电路如图3.8所示图3.8 传感器电路图3.2.3 执行电路设计 步进电机-18-步进电机作为执行原件是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统 中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有 应用。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的 角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同 时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可 以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛成用于各种 开环控制。现在比较常用的步进电机包括反反式步进电机（vr）、永磁式步进电机（pm）、混合式步 进电机（hb）和单相式步进电机等。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一 般为7.5度 或15度；反反式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为L5度,但噪声和振动都很大。反反式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。本设计采用的步进电机是混合式步进电机。混合式步进电机混合了永磁式和反反式步进电 机的优点它又分为两相和五相：两相步进角一般为L8度而五相步进角一般为0.72度。这种 步进电机的取用最为广泛。所以，本设计采用此种步进电机。步进电机28BYJ-48型四相八拍电机，电压为DC5VDC12V。当对步进电机施加一系列 连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对质步进电机的某一相或者 两相绕组的通电状态改变一次，也就对反转子转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态改 变完成一个循环时，转子转过一个齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的 通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-o。）,/拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-AO。）驱动方式：表3.1步进电机驱动方式导线颜色123456785红+4橙3黄2粉1蓝路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计红线接电源5V,橙色电线接PL 3 口，黄色电线接PL 2 口，粉色电线接P1.1 口，蓝色接P1.0 口。由于单升机接口信号不够大需要通过ULN2003放大再连接到相反的电机接口。ULN2003晶体管阵列：ULN2003是一个单片高电压、高电流的达林顿晶体管阵列集成电路。它是由7对NPN达林顿 管组成的，它的高电压输出特性和阴极箝位二极管可以转换感以负载。单个达林顿对的集电极 电流是500mA。达林顿管并联可以承受更大的电流。此电路主要成用于继电器驱动器，字锤驱 动器，灯驱动器，显示驱动器(LED气体放电)，线路驱动器和逻辑缓冲器。ULN2003的每对达 林顿管都有一个2.7k Q串联电阻，可以直接和TTL或5V CMOS装置。ULN2003的主要特点：(1)500mA额定集电极电流(单个输出)。(2)高电压输出：50Vo(3)输入和各种逻辑类型兼容。(4)继电器驱动器。步进电机控制系统电路如图3.9所示：在实用两相混合式步进电机时需注意，该种电机在低速运转时有振动和噪声，是其固有的 缺点、一般可采用以下方案来克服：(1)如步进电机正好工作在共振区，可通过改变减速比等机械传动避开共振区；(2)采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的、最简便的方法；(3)换成步距角更小的步进电机，如三相或五相步进电机；(4)换成交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本较高；(5)在电机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但机械结构改变较大。-20-3.2.4键盘/显示接口电路键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据，传送命令等功能，是人工干预单片机 的主要手段。本设计中的键盘采用了四个按键。K1键可以设置日期及时间，按下K1依次调整 年月日时和分，调整哪个那个会显示*,可以按K2+K3-,来调整要调整的数据，按到调整分钟之后会全部出现*就是设置完成了。设置开启和关闭时间：K4键，第一行显示kai：xx:xx,第二行显示guan:xx:xx.此时按下K2+K3-,来调整要调整的数据，第一次设置开的小时，第 二次设置开的分钟，第三次设置关的小时，第四次设置关的分钟。第五次恢复正常显示。按键接口电路如图3.10所示:；_按键1-_按键3图3.10 键盘接口电路图显示部分则主要用于显示时间，用于设置时间。在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌 生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通用器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用 电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。在单片机与人的人机交流界面 中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED数码管、液晶显示器。木设计中采用的是液晶 显示器作为输出器件的。路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计在单升机系统中应用液晶显示器作为输出有以下几个优点：(1)显示质量高：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器(CRT)那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶 显示器画质高且不会闪烁。(2)数字式接口液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更 加方便。(3)体积小、重量轻：液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的 目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多(4)低功耗：相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而 耗电量比其它显示器要少得多。字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD,目前常用16*1,16*2,20*2和40*2行等的模块。木设计采用的液晶显示器为1602字符型液晶显示器。1602LCD主要技术参数：显示容量：16X2个字符；芯片工作电压:4.5一5.5V；工作电流：2.0mA(5.0V)；模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.95X4.35(WXH)mmo1602液晶显示器引脚接口说明：第1脚:VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度 过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低 电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电 平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。-22-1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780,带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图3.11所示：图3.11 1602液晶显示器尺寸图LCD显示的基本原理：点阵图形式液晶由MXN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128歹(J,每8 列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16X8二128个点组成，屏上64X16个显示单元与 显示RAM区1024字节相对成，每一字节的内容和显示屏上相反位置的亮暗对成。例如屏的第 一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当(000H)=FFH时，则屏幕的 左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当(3FFH)二FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮 线；当(000H)=FFH,(001H)=OOH,(002H)=00H,(OOEH)=00H,(OOFH)二00H 时,则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令如表3.2所示:路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计表3.2 1602液晶模块控制指令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数至U CGRAM或DDRAM10要写的数据内容11从 CGRAM 或 DDRAM读数11读出的数据内容1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为 高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移S:屏幕上所有 文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：控制光标是否闪烁，高电 平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：低电平时为单行 显示，高电平时双行显示F:低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者 数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令H：读数据。-24-读操作时序如图3.12所示:写操作时序如图3.13所示:图3.13写操作时序液晶显示器电路如图3.14所示:路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计8m01以期侬如侬更EA常叨8VLRSRWEND0DlD2D3D4D5D6mBLABLK图3.14 液晶显示器电路图-26-第4章系统软件设计系统软件设计主要包括显示子程序，键盘子程序，时钟程序，步进电机控制程序设计及部 分构成。本章节系统的介绍了自动窗帘的主程序和各主要功能子程序的设计流程。4.1 系统软件总设计主程序构成无限循环，主要完成单片机初始化，关中断，菜单显示内容初始化，按键控 制，电机运行，计时等功能。主程序软件设计流程图如图4.1所示。图4.1主程序软件设计流程图路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计启动主程序，先关中断并且设置堆栈，接着初始化寄存器，初始化显示内容；然后根据短 接帽是否连接执行相反的操作。4.2系统软件子程序设计4.2.1步进电机程序设计步进电机程序设计的主要任务是：（1）判断旋转方向；（2）按顺序传送控制脉冲；（3）判断所要求的控制步数是否传送完毕。步进电机工作流程图如4.2所示。图4.2步进电机工作流程图-28-表4.1步进电机转向表橙黄粉蓝十六制（P1 口）10000X081100OXOC01000X0401100X0601000X0200110X0300010X0110010X09所以可以定义旋转相序uchar code CCW8=0 x08,0 x0c,0 x04,0 x06,0 x02,0 x03,0 x01,0 x09;/逆时钟旋转相序表 uchar code CW8=0 x09,0 x01,0 x03,0 x02,0 x06,0 x04,0 x0c,0 x08;/正时钟旋转相序表4.2.2键盘程序设计在操作按键时，无论是按下还是松开，触电在闭合和断开时均会产生抖动，此时逻辑电平 是不稳的，如果得不到正确的处理，可能会引起单升机对按键命令的错误执行。解决这个问题 的简单方法是利用软件延时。在单片机处理按键操作后都延时5ms,如果确定是按键后再延时 12ms,这样基本可以避免键盘的抖动。然后由单升机运行键码分析，并执行相反的命令，显示 并且返回。图4.3是键盘设计流程图。路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计图4.3键盘设计流程图在单片机取用系统设计中，系统有两性能很大一部分取决于键盘处理程序。在按键时按得 快了没有反反，按慢了一连响成几次，总给人迟钝感，不能使人满意。在该设计中用以下思路 设计的键处理程序。首先要判断有没有键值，若有键值，再判断是否为首次按下：（1）若首次按下：判断是否与上次按下的键值相同a.若相同再判断：是否已经按下了 300ms?1）.若已经按下300ms则将此键做为连键处理。2）.若不是连键则判断：是否按下20ms?1.若确认按下20ms,得到有效键值等待弹起2.若不是按下20ms直接结束处理（ret）ob.若不相同则将标志清零结束处理（ret）。（2）若不是首次按下：将键值暂存起来，标志置位结束处理。如果无键值，则判断是否有键值已被确认（1）若有键已被确认：判断按键是否首次抬起a.若首次抬起：判断抬起延时时间（20ms）是否到达1.若延时到则将标志处理结束处理。2.若延时未到直接结束处理（ret）ob.若非首次抬起：直接结束处理（ret）。（2）若没有键被确认：直接结束处理（ret）o-30-4.2.3定时程序设计定时程序的主要作用是在用户设定的时间后能够使单片机收到一个中断信号，从而发出相 成的指令，控制窗帘的开关。时钟芯片发出501ns的信号给单升机后，计数器开始工作，计数 器记到20,则时间即为1秒，秒单元加1,当秒单元计数到60,分单元加1,此时秒单元清零。当时单元计数到24.时单元清零。图4.4是定时程序流程图。图4.4定时程序流程图路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计-32-第5章测试和调试5.1硬件调试硬件调试是利用开发系统、基本检测仪器（万用表、示波器）等，检查系统硬件中存在的 故障。硬件调试可以分为静态调试与动态调试两步进行：（1）静态调试静态调试是在用户系统未工作时的一种调试。步骤如下：第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断电。第二步：用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与接 地线之间是否有短路现象。第三步：加电检测。给电路板加电，家呢所有的硬件的电源是够符合要求的值。第四步：联机检查。在整个系统连接好以后对系统进行检查。（2）动态调试动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器 件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远，由分到合。5.1.1 28BYJ-48 步进电机：步进电机28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC5VDC12V。当对步进电机施加一系列连续 不断的控制脉冲时，它可