基于at89c2051单片机控制的教室灯光自动控制器的研究

基于at89c2051单片机控制的教室灯光自动控制器的研究内容摘要：

人体传感器的工作更加可靠，介于人体传感器的信号引脚 2 与地信号引脚 3 之间加一个 6800PF 的电容，另外人体存在传感器的信号引脚 2 与单片机的 引脚相连， 引脚再接一个 100ＫＱ的上拉电阻，增加人体存 在传感器输出信号的可靠性。 其电路原理图如图 36. 图 36 人体传感器电路图 系统时钟电路 根据教室灯光使用特性，该系统还应受到时间的控制，控制系统的时间应符合学校的作息时闯。 比如晚间休息、假期等时闻段应该关掉教室灯光控制系统，以节约 能源，因此本研究还加入硬件时钟电路以保证系统的智能化运行。 .1 硬件时钟芯片的选取极其接口电路 传统的时钟芯片，如 MCL4681 MC68H68T、 LM8365 等，这些芯片的引脚太多，体积大，占用的口线多。 而现在流行的串行时钟芯片很多，如 DSL30 DSL30DSL30 PCF8485 等，这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛的使用。 考虑到 本系统停电时只需对时钟电路提供电源、且不需要占用太多单片杌资源，本系统采用美国 DALLAS 有充电能力的低功耗 1 8 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器的实时时钟芯片 OS1302 的是串行通信方式，还可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。 它可以对年、月、日、周日、时、 分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 ,DL302 的升级产品，与 DS1202 兼容，但增加了主电源／后背电源双电 源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。 而且本系统采用的 DS1202 只需三根线即可与单片机进行通信，体积小，使用简单，时钟精度较高，满足系统的要求， 可为掉电保护电源提供可编程的充电功能的时钟芯片 DS1202 的引脚图如图37 所示 图 37 时钟芯片 DS1202 的引脚图 DS1302 与单片机接口电路连接原理图如图 38，其中 Vcc2：外接 可充电的锂电池，为 DS1032的备用电源。 Vcc1外接系统供电模块的输出稳定电压 +5V，为 DS1302 的主电源。 DS1302 由 Vcc1 和 Vcc2 两者中 较大者供电。 系统正常运行时， Vcc1 大于 Vcc2， 因此由 Vcc1 给 DS1302 供电，在主电源关闭的情况下，则由 Vcc2给 DS1302供电，保持 时钟的连续运行。 X和 X2是振荡源，外接 晶振。 RST 是复位 /片选线，通 过把 RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送，与单片机的复位信号相连。 时钟 输入端ＳＣＬＫ接单片机 引脚，进行时钟控制。 数据输入 /输出端 I/O 接单片机 引脚，进行数据传输。 图 38 DS1302 与单片机接口电路连接原理图 .2 硬件时钟芯片的引脚功能极其工作 原理 RST 是复位 /片选线，通过把 RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。 RST 输入有两种功能：首先， RST 接通控制逻辑，允许地址 /命令序列送入移位寄存器；其次 RST 提供终止单字节或多字节数据的传送手段。 当 RST 为高电平时，所有的数 据传送被初始化，允许对 DS1302 迸行操作．如果在传送过程中RST 置为低电平，就会终止此次数据传送， I/O 引脚变为高阻态。 上电运行时，在 Vcc≥ 205V 之前， RST 必须保持低电平。 只有在 SCLK 为低电平时，才能将 RST置为高电平。 I/O 为串行数 据输入输出端（双向） ，后面有详细说明。 SCLK 始终是输入端。 ? 硬件时钟芯片 DS1032 与微处理器进行数据交换时，首先由微处理器向电路发送命令字节，命令字节最高位 MSB D7 必须为逻辑 1，如果 D7 0，则禁止写DS1032，即写保护； D6 0，指定时钟数据， D6 1,指定 RAM 数据； D5D1 指定输入或输出的特 定寄存器；最低位 LSB D0 为逻辑 0，指定写操作（输入）， D0 1，指定读操作 输出。 在 DS1032 的时钟日历或 RAM 进行数据传送时， DS1032 必须首先发送命令字节。 若进行单字节传送， 8 位命令字节传送结 束之后，在下 2个 SCLK 周期的上升沿输入 数据字节，或在下 8 个 SCLK 周期的下降沿输出数据字节。 DS1032 与 RAM 相关的寄存器分为两类：一类是单个 RAM 单元，共 31 个，每个单元组态为一个 8 位的字节，其命令控制字为 COH～ FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；再一类为突发方式下的 RAM 寄存器，在此方式下可一次性读、写所有的 RAM 的 31 个字节。 要特别说明的是备用电源，可以用电池或者超级电容器 以上。 虽然 DS1032 在主电源掉电后的耗电很小，但是，如果要长时间保证时钟正常，最好选用小型充电 电 池，以用老式电脑主板上的 充电电池。 如果断电时间较短（几小时或几天），就可以用漏电较小的普通电解电容器代替。 100μ F 就可以保证 1 小时的正常走 时。 DS1032 在第一次加电后，必须进行初始化操作。 初始化后就可以按正常方法调整时间。 门狗电路 在单片机工作过程中，不可避免的回由于外界的干扰而产生程序跑飞，死机甚至照成整机瘫痪等情况，为了能够恢复单片机的工作，只能采用复位的方法。 虽然在程序设计中，可以使用软件陷阱的方法来减少这种情况的发生，但是不能完全解决这个问题，因此还应该在硬件设计中使用看门电路，这样的单片机发生死机的情况下，看门狗将产生一个复位信号给单片机，使单片机复位，重新执行程序。 现在的 MCU被集成了越来越多的功能，有的集成了看门狗，如 IMP813L。 由于系统需要看门狗和 EEPROM 所以本硬件设计中使用美国 XICOR 公司生产的芯片 X5045。 X5045 具有三种功能：看门狗定时器，复位控制和 EEPROM 集成在单个 8 引脚封装的 CMOS 器件内，将电源监控和看门狗功能与高速三线非易失性存储组合在一起，从而在很大程度上降低了系统成本减少了系统并减少了对电路板空间的要求， X5045 的引脚排列如图 39。 图 39 X5045 的引脚排列 看门狗定时器的预置时间是通过 X5045 的状态寄存器的相应位来设定的。 如表格 32 状态寄存器所示， X5045 状态寄存器共有 6 位有含义。 其中 WDI、 WDO和看门狗电路有关，其余位和 EEPROM 得工作设置有关。 表 32 状态寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP WD1 0,WD0 0,预置时间为 秒。 WD1 0,WD0 1，预置时间为 秒。 WD1 0， WD0 0,预置时间为 秒。 WD1 1,WD0 1,禁止看门工作。 看门狗电路的定时时间的长短可由具体应用程序的循环周期决定，通常比系统正常工作时最大循环周期的时间略长即可。 本系统中 X5045 的硬件连接图如图 310 所示 图 310 本系统中 X5045 的硬件连接图 系统数 据存储及故障保护部分由 X5045 组成， X5045 是一种串行通讯的 512字节 EEPROM，同时兼有看门狗和电源监控功能， X5045 有三种可编程看门狗周期，上电和 VCC 低于检测门限时，输出复位信号， X5045 输出复位电平有效，为了复位更加可靠，其复位输出端外接一个 10K 的上拉电阻，并与 AT89C52 的复位端相连，看门狗能在电源上电、掉电期间产生一个复位信号。 该芯片还带有一个 104秒的看门狗定时器可监控单片机的工作。 如果在 秒内未检测到其工作，出现故障，内部定时器将使看门狗 WDI 处于低电平状态，为系统提供保护 ，避免死机程序跑飞货进入死循环等意外的发生。 X5045 代表了新一代串行 EEPROM 的发展趋势，它的运用极大的节省了系统空间和资源，同时简化了电路设计，缩短产品开发周期。 遥控键盘管理模块电路 红外遥控键盘是目前使用最广泛的一种遥控手段。 由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其他小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。 工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅可靠而且能有效地隔离电气干扰。 我们采用市场 上很容易就能买到，且信号较稳定的 JVC： RMC457 型号遥控器作为灯光控制的键盘。 .1 红外遥控数据流的编码结构 为了使系统具有较强的抗干扰能力，信号的码流绝大多数采用“重复”发送方式，但其重复规则有所不同，可概括为以下几种： 简单重复方式，即将数码进行简单重复发送； 有引导码的数据重复方式，引导码主要是为了保证接收同步； 重复码方式，为了降低功耗，第一组数据发送出去后，每隔一定时间仅发出一个窄脉冲，称为重复码； .2 红外遥控数据流的识别 选用遥控器键盘的时候，原本我们并不知道其具体的编码规则及数据码 流。 本人采用顾伟电子实业有限公司生产的 GDS815/820/840 系列的数字储存示波器，来采集遥控器发出的键码信号并总结码流方式，以备遥控器的软件设计使用。 每个键的信号测量数据如表 33， X1 表示引导码的宽度， X2 表示识别码和数据码的总宽度，其宽度单位为 ms。 由表中数据可以计算出 X1 的平均值为。 表 33 每个键的信号测量数据单位： ms X1 值 X2 值 由此可知当一个键被按下延迟 40ms 时，这 40ms 发射代码由一个起始码（ ）和一个 16 位数据码（ ）组成。 如果按键下超过 40ms 仍不松开，接下来发射重复代码，仍为一个起始码（ ）和一个 16 位数据码（ ）组成。 采用。