嵌入式设计]基于单片机的智能家居控制-毕业设计论文

嵌入式设计]基于单片机的智能家居控制-毕业设计论文内容摘要：

3)间接寻址寄存器 INDF 和 FSR: 间接寻址寄存器 INDF 和 FSR 位于 PIC 数据存贮器的最顶端，地址 00 的单元。 它只有地址码，在物理上不是一个真正的寄存器。 它常常与寄存器 FSR 配合工作，实现间接寻址目的。 4)堆栈 :保存程序断点的地址。 在程序执行过程中，有时需要调用子程序，在进入子程序之前，必须保存程序断点的地址，以便子程序执行完成后，在恢复断点地址，使主程序继续执行。 具有 8X13 的独立堆栈空间，不占用程序存贮器和数据存贮器的区域，也 不需要进栈出栈的命令，在调用和返回时自动实现入口地址的进出栈操作，遵循后进先出的规则。 5)指令寄存器 : 暂存从程序寄存器取出的指令，并将指令按不同的字段分解为操作码和操作数，分别送到各自的目的地。 6)算术逻辑单元 ALU:实现算术运算和逻辑运算操作。 7)工作寄存器 W:一个重要的的工作寄存器，许多指令都把它作为操作过程的中转，比如暂存参加运算的一个操作数，或者暂存运算产生的结果。 在运算之前W 是源操作数的出发地，在运算之后 W 是目标操作数的目的地。 8)地址复用器 :访问数据存贮器所需要的地址由地址复用器选择和 传递，该地址既可以源于间接寻址寄存器 FSR，也可以指令码。 来源与 FSR 的地址叫做间接地址，来源与指令码的地址叫做直接地址。 9)看门狗定时器 WDT:它是一个自带 RC 式振荡器时钟源的定时器，用来监视程序运行状态。 由于意外原因，一旦 CPU 跑到正常程序之外而出现死机， WDT 将强行把 CPU 复位，使其返回正常运行状态。 10)状态寄存器 STATUS:及时反映运算结果的一些算术状态。 除了以上基本部件外，还有程序计数器，指令译码和控制器，数据复用器，时基发生器，上电延时，起振延时，上电复位，在线调试，低压编程，欠压复 位，数据总线和程序总线。 PIC16F877 的模块 PIC16F877 的内部集成了丰富的外围设备模块，开发过程充分节省了外围电路。 1)输入 /输出端口 : 输入 /输出端口是单片机内部与外部交换信息的通道。 PIC16F877 有五个基本输入 /输出端口分别是 RA,RB,RC,RD 和 RE，其中 RB,RC,RD为 8 位宽， RA 为 6 位宽， RE 为 3 位宽，共 33 个引脚。 输入输出方式可编程，部分引脚与其他功能复用。 本科毕 业论文 5 2)定时器 /计数器 :有 TIMER0,TIMER1,TIMER2 三个可编程定时器。 TIMER0,TIMER2 是 8 位宽的可编程定时器， TIMER1 是 16 位宽的可编程定时。 其中 TIMER0,TIMER1 也可以作为计数器。 3)A/D 转换器 :也叫 ADC，是一个有 8 通道和 10 位分辨率的模数转换器，用来将外部的各种模拟物理量转换为便于单片机内部处理的数字量。 4)EEPROM 数据存贮器 :是一个 256X8 的可擦写存贮器，存贮的内容掉电也不会丢失。 PIC16F877 内部的外围模块还包括捕捉 /比较脉冲调制 CCP1 和 CCP2,通用同步 /异步收发器 USART，主同步串行端口 MSSP，并行从动端口 PSP。 PIC16F877 的引脚功能 图 PIC16F877 引脚图 单片机的信号引脚是单片机外特性的体现，在硬件上用户只能使用引脚，通过引脚的连接组建单片机系统。 PIC 8 位单片机系列和 MCS－ 51 系列单片机一样，其引脚除电源 VDD、 VSS 为单一功能外，其余的信号引脚常是多个功能，即引脚的复用功能。 常见的引脚符号和主要功能如下： 1)MCLR/Vpp：清除 (复位 )输入 /编程电压输入。 其中 MCLR 为低电平时，对芯片复位。 该脚上的电压不能超过 VDD，否则会进入测试方法。 Vpp 代表编程电压。 2)OSC1/CLKIN：振荡器晶体 /外部时钟输入端。 本科毕 业论文 6 3) OSC2/CLKOUT：振荡器晶体输出端，在晶体振荡方式接晶体，在 RC 方式输出 OSC1 频率的 1/4 信号 CLKOUT。 4)T0CK1： TMR0 计数器输入端，如不用，为了减少功能应接地或接 VDD。 5) T1CK1： TMR1 时钟输入端。 6) T1OSI： TMR1 的 振荡输入端。 7) T1OSO： TMR1 的振荡输出端。 8) RD、 WR、 CS：分别代表并行口读信号、写信号和片选控制线。 9) AN0～ AN7： A/D 转换的模拟量输入端。 AN0、 AN1„„分别表示通道的个数。 10) CCP：捕捉 /比较 /脉宽调制等功能端。 CCP 是 Capture/Compare/PWM 的缩写。 有的 PIC 芯片内有两个 CCP 部件，其引脚用符号 CCP1 和 CCP2 表示。 11)SCK/SCL：同步串行通信时钟输入端。 12) TX/CK：异步通信发送 端 /SCI 同步传输的时钟端。 13) SDI/SDA： SPI 通信数据输入端。 14)SD0： SPI 通信数据输出端。 15) RD0/PSP0～ RD7/PSP7： D 口，双向可编程，亦可作为并行口。 作并行口对 TTL 输入，作 I/O 口时为斯密特输入。 PIC16F977 的输入输出端口 PIC16F877 33 支接脚都可当成输出、输入接脚，输入输出端口是单片机基本 界面，可以与周边电路进行电路控制和信号传输与检测。 PIC 是 8 位的单片机，以接脚特性分组，每组尽量凑满 8 支接脚，并将 I/O 命名为 PORTA(RA0~RA5)、PORTB(RB0~RB7)、 PORTC(RC0~RC7)、 PORTD(RD0~RD7)和 PORTE(RE0~RE2)等，各分组接口特性 说明如下： 1)PORTA: PIC16F877 的 PORTA 总共有 6 个位 (RA0~RA5)， PORTA 的接脚可作为数字输出输入端口，而系统重置后， PORTA 自动成为模拟输入状态，可读取模拟输入讯号。 2)PORTB : PORTB 总共有 8 个位 (RB0~RB7)，可以撰写程序规划输入输出方向、状态，其中，要进行烧录时，使用到三支接脚，分别是 Pin36(RB3/PGM)、Pin39(RB6/PGC)与 Pin40(RB7/PGD)。 3)PORTC :PORTC 总共有 8 个位 (RC0~RC7)，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。 4)PORTD :PORTD 总共有 8 个位 (RD0~RD7)，可作一般数字 I/O，并与本科毕 业论文 7 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。 本科毕 业论文 8 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。 本科毕 业论文 9 图 电源与重置电路 本科毕 业论文 10 3 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 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本科毕 业论文 11 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： 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 数字信号控制本科毕 业论文 12 器。