基于单片机的智能家居控制设计(编辑修改稿)

基于单片机的智能家居控制设计(编辑修改稿)内容摘要：

)，除了可作为数位 I/O 外，还和一些特殊功能的周边电路共享接脚，例如 CCP（直流马达控制）、 I2C、 SPI（同步串行通讯电路）、 UART（异步串行传输电路）等等。 杭州电子科技大学本科毕业论文 10 4)PORTD :PORTD 总共有 8 个位 (RD0~RD7)，可作一般数字 I/O，并与PSP(Parallel Slave Port)并列传输接口共享。 当整体系统需要多单片机时，彼此可以经由并列传输接口来快速传输资料。 5)PORTE :PORTE 总共有 3 个位 (RE0~RE2)， PORTE 的 Pin 10 有三种功能，除了基本 I/O 功能，也有模拟输入功能 ，而上述 PORTD 的并列传输接口设定所需的控制接脚，如 /RD、 /WR、 /CS 等，也是属于 PORTE 接脚。 PIC 单片机的一个特点就是所有操作都是对寄存器（或者说寄存器文件）的操作： 对端口工作方式设置寄存器的操作、对端口数据方向设置寄存器的操作等。 在 PIC 系列单片机中，每个端口都至少对应着两个特殊功能寄存器，分别是数据寄存器 和 方向寄存器 ，也就是说 PIC单片机把 I/O端口当作寄存器 来访问（即读出或写入）。 I/O 端口的方向寄存器是定义其端口引脚的输入 /输出状态； I/O端口的数据寄存器是用于其端口输入 /输出数据的桥梁，或称为数据缓冲器。 根据 I/O 端口引脚的输入 /输出状态，对该端口的数据方向控制寄存器 TRIS 进行初始化定义：若把 TRIS 某位设置为“ 1” ，则相应的 PORT 端口引脚定义为输入端，输出呈高阻状态；若把 TRIS 某位设置为“ 0” ，则相应的 PORT 端口引脚定义为输出端，输入呈高阻状态。 2. 4 PIC16F877 基本电路 PIC 振荡频率电路 单片机振荡电路与整体系统工作速度有直接的关系，例如同步 ∕ 异步串行传输、定时器等，都与振荡频率有关，不同系列单片机有不同振荡频率，根据产品资料手册， PIC16F877 振荡频率 最高可到 20MHz；在图 1 中，振荡电路接于Pin13(OSC1/CLKIN)与 Pin14(OSC2/CLKOUT)，而振荡电路有以下四种形式： 1)LP：使用低功率振荡晶体 (Low Power Crystal) 2)XT：使用振荡器 ∕ 谐振器 (Crystal/Resonator) 3)HS：使用高速振荡器 (High Speed Crystal/Resonator) 4)RC：使用电阻 ∕ 电容 (Resister/Capacitor) 一般常用振荡晶体或是谐振器作为单片机振荡源，外接电路及 PIC 内部电路说明如图 6 所示。 图中电容 C1 与 C2 规格大小是根据 Crystal 或 Resonator 而有所不同，表 1 列出电容建议值，使用其它振荡源的电路说明请参考产品资料手册。 杭州电子科技大学本科毕业论文 11 图 外加电源与重置电路 PIC16F877 的工作电压为 5V，连接 Pin11 与 Pin32， Pin12 与 Pin31 为地线接脚；重置电路连接 Pin1，按下 Reset 后，内部指令重头开始执行，系统重新运作。 杭州电子科技大学本科毕业论文 12 图 电源与重置电路 杭州电子科技大学本科毕业论文 13 第三章 软件 硬件仿真软件 proteus[7,8] proteus 软件是 英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件。 它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。 它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具，是目前世界上将电路仿真软件、 PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的较好设计平台，其处理器模型支持 805HC1 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等， 2020年即将增加 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。 在编译方面，它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多种编译器。 Proteus(海神 )的 ISIS 是一款专业的 单片机 软件 仿真系统。 该软件的特点： 1)全部满足我们提出的 单片机软件仿真系统的 标准 ，并在同类产品中具有明显的优势。 2)具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、 RS 一 232 动态仿真、 1 C 调试器 、 SPI 调试器、键盘和 LCD 系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如 示波器 、逻辑分析仪、 信号发生器 等。 3)目前支持的单片机类型有： 68000 系列、 8051 系列、 AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16 系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各种外围芯片。 4)支持大量的存储器和外围芯片。 总之该软件是一款集单片机和 SPICE 分析于一身的仿真软件 ，功能极其强大。 proteus 功能 Proteus 强大的功能已经在全球得到公认，特别是 版本以后的元件库由 1 年之前的 6000 暴增为 35000 元件库，而且其 版本 Labcenter 公司收购了一个基于形状的布线器用于其 proteus PCB design 之中，使之 PCB 功能超过了目前流行的 PROTEL 和 powerPCB。 这无疑在企业界掀起了悍然大波，国内外企杭州电子科技大学本科毕业论文 14 业鉴于 proteus尤其是其微处理器模型的独一无二仿真功能和新版本 PCB的超然强大功能、而价格远远低于同类产品的 市场优势条件下，纷纷采用，并将其广泛应用在生产和研发之中， proteus 在中国电子科研类企业的依赖环境日益成熟化，学生掌握了 proteus、拥有 PAEE 证书对其就业来讲如虎添翼，不少企业优先录用具有该技能的人才。 1)智能原理图设计 .丰富的器件库：超过 10000 种元器件，可方便地创建新元件。 智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的连线功能：连接导线简单快捷，具备快速自动连线功能。 支持总线结构：使用总线器件和总线布线，做到电路设计简明清晰。 可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以 生成印刷质量的 BMP 图纸，可以供 WORD、 Powerpoint 等多种文档使用。 2)完善的仿真功能 .ProSPICE 混合仿真：基于工业标准 SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真。 超过 35000 个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的 SPICE 文件自行设计仿真器件，可导入第三方发布的仿真器件。 多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频 (使用 wav 文件 )、指数信号、单频 FM、数字时钟和码流，并支持文件形式的信号输入。 丰富的虚拟仪器： 13种虚拟仪器，要求面板操作逼真，如 示波器 、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压 /电流表 、交流电压 /电流表、数字图案发生器、频率计 /计数 器 、逻辑探头、虚拟终端、 SPI 调试器、 I2C 调试器等。 生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件 (如电机、显示器件、按钮 )的使用可以使仿真更加直观、生动。 高级图形仿真功能：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析、一致性分析。 单片机协同仿真功能： 支持主流的 CPU 类型，如 805 808 MSP4 AVR、 PIC、 ARM。 支持通用外设模型，如字符 LCD 模块、图形 LCD 模块、 LED 点阵、 LED 七段显示模块、键盘 /按键、直流 /步进 /伺服电机、 RS232 虚拟终端、电子温度计等等，其 COMPIM(COM 口物理接口模型 )还可以使仿真电路通过 PC 机串口和外部电路实现双向异步串行通信。 实时仿真支持 UART/USART/EUSARTs 仿真、中断仿真、 SPI/I2C 仿真、 MSSP仿真、 PSP 仿真、 RTC 仿真、 ADC 仿真、 CCP/ECCP 仿真。 支持单片机汇编语言的编辑 /编译 /源码级仿真，内带 805 AVR、 PIC 的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境 (如 IAR、 Keil 和 Hitech)结合，进行高级语言的源码级仿真和调试； PIC 单片机编程工具 MPLAB MPLAB IDE 简介： 杭州电子科技大学本科毕业论文 15 MPLAB 集成开发环境（ IDE）是综合的编辑器、项目管理器和设计平台，适用于使用 Microchip 的 PICmicroamp。 reg。 系列单片机进行嵌入式设计的应用开发。 MPLAB IDE 是适用于 PICmicroamp。 reg。 系列单片机和 dsPICTM 数字信号控制器 ， 基 于 Windowsamp。 reg。 操 作 系 统 的 集 成 开 发 环 境。 MPLAB IDE 提 供 以 下 功 能 ： 1) 使 用 内 置 编 辑 器 创 建 和 编 辑 源 代 码。 2) 汇 编 、 编 译 和 链 接 源 代 码。 3) 通过使用内置模拟器观察程序流程调试可执行逻辑；或者使用 MPLAB ICE 2020 和 MPLAB ICE 4000 仿真器或 MPLAB ICD 2 在线调试器实时调试可执行逻辑。 4.) 用 模 拟 器 或 仿 真 器 测 量 时 间。 5) 在观察窗口中查看变量。 6.) 使用 MPLAB ICD PICSTARTamp。 reg。 Plus 或 PRO MATEamp。 reg。 II 器件编程器烧写固件。 7) 使用 MPLAB IDE 丰富的在线帮助快速找出问题的答案。 杭州电子科技大学本科毕业论文 16 第四章 仿真软件使用 PROTEUS 仿真图 图 ISIS 软件仿真图 杭州电子科技大学本科毕业论文 17 共阳 (6)数码管 LED 显示器的显示方式，所谓显示方式，就是以什么样的形式来显示多个字符。 常用的显示方式有两种： 所谓静态显示方式，就是在任意时刻，所有显示器都按照各自接收的字形码同时显示对应的字符。 静态显示方式要求每位 LED 显示器的公共端必须接地（共阴极 LED ），或接高电平（共阳极 LED ），而每位 LED 显示器都由一个具有锁存功能的 8 位端口控制。 该电路每一位可独立显示，只要在该位的段选线上保持段选码电平，该位就能保持相 应的显示字符。 由于每一位由一个 8 位输出口控制段选码，故在同一时间里每一位显示的字符可以不同。 这里所指的 8 位端口可以直接采用并行 I/O 口（ PIC16F877 的 PORTB、 PORTC 和 PORTD），也可以采用扩展的串行输入 /并行输出移位寄存器，如 74HC595。 如果直接用并行 I/O 接口连接LED 显示器，一般多采用硬件译码方式，采用 BCD 码译码器 /驱动器（ 4511，74LS48），可减少端口占用。 静态显示方式的优点是显示程序简单，显示亮度高，由于单片机不需要经常扫描显示器，所以可节省 CPU 时间。 其缺点是占用 I/O口资源较多，硬件成本高，功耗大。 所以静态显示方式常用在显示器位数较少的单片机系统中 图 静态数码管图 由于使用的 PIC16F877端口资源少，采用静态显示是 6位数码管只能显示相同的数字。 杭州电子科技大学本科毕业论文 18 图 静态显示仿真图 动态扫描显示是单片机应用系统中最常用的显示方式之一。 它是把所有显示器的同名字段互相并联在一起，并把它们接到字形口上。 为 了防止各个显示器同时显示出相同的字符，每个显示器的公共端（ ）还要受另一组信号控制，即把它们接到字位口上。 动态扫描显示是单片机应用系统中最常用的显示方式之一 ,它是把所有显示器的同名字段互相并联在一起，并把它们接到字形口上。 为了防止各个显示器同时显示出相同的字符，每个显示器的公共端（ ）还要受另一组信号控制，即把它们接到字位口上。 图 动态数码管图 杭州电子科技大学本科毕业论文 19 这样，对于一组 LED 数码显示器需要由两组信号控制：一组是字形口输出的字形码，用来控制显示 什么样的字符；另一组是字位口输出的字位码，用来控制将字符显示在第几位显示器上。 在这两组信号的控制下，使各位显示器依次从左至右轮流点亮一遍，过一段时间再轮流点亮一遍，如此不断重复。 虽然在任一时刻只有一位显示器被点亮，但由于显示器具有余辉效应，而人眼又具有视觉惰性，所以看起来与全部显示器持续点亮效果完全一样。 动态显示方式中显示器的亮度与点亮时的导通电流有关，也跟点亮时间和间隔时间有关。 调整电流和时间参数，可实现亮度适中且较稳定的显示效果。