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路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计

的显示内容和控制单片机的各种运转状态。

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华科学院本科毕业设计（论文）

第3章 系统硬件分析设计

总体硬件包括单片机外围电路、A/D转换电路，信号调理电路、检测电路、键盘/显示接口电路、步进电机控制电路等模块。单片机外围电路提供各种模块所需的5V电源和时钟模块；信号检测后是模拟信号，经过调理放大进入A/D转换后输出数字信号给单片机。

3.1 系统硬件总设计

自动窗帘控制系统设计的总体框图如图 3.1所示：

光敏、雨滴传感器 信号校正 A/D转换 89C51 显示模块 键盘模块 步进电机

图3.1 自动窗帘控制系统设计总体框图

根据光照和雨滴来开闭窗帘的主要原理是用光敏电阻采集外界的光强度，从光传感器采集的信号利用信号校正电路放大，滤波后输入到A/D转换器，由于A/D转换器件的转换需要一定时间，一旦在短时间内信号发生变化，转换结果将会出现偏差，所以在转换期应该采用采样保持电路。传入的信号是由AT89C51单片机来控制，并且做出响应，以实现电机的正转、反转与停止。显示模块是用来显示时间以及自动窗帘控制器的各种状态。键盘作为输入设备，通过不同按键来控制显示模块的显示内容和控制单片机的各种运转状态。

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路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计

3.2 各单元电路设计

3.2.1 控制电路设计

51系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器。它的处理对象不是字或字节而是位。它不光能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。虽然其他种类的单片机也具有位处理功能，但能进行位逻辑运算的实属少见。51系列在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，十六个字节，单元地址20H～2FH，它既可作字节处理，也可作位处理(作位处理时，合128个位，相应位地址为OOH ～7FH)，使用极为灵活。这一功能无疑给使用者提供了极大的方便，因为一个较复杂的程序在运行过程中会遇到很多分支，因而需建立很多标志位，在运行过程中，需要对有关的标志位进行置位、清零或检测，以确定程序的运行方向。而实施这一处理(包括前面所有的位功能)，只需用一条位操作指令即可。

51系列的另一个优点是乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。八位除以八位的除法指令，商为八位，精度嫌不够，用得不多。而八位乘八位的乘法指令，其积为十六位，精度还是能满足要求的，用的较多。作乘法时，只需一条指令就行了，即MuL AB(两个乘数分别在累加器A和寄存器B中。积的低位字节在累加器A中，高位字节在寄存器B中)。很多的八位单片机都不具备乘法功能，作乘法时还得编上一段子程序调用，十分不便。

在51系列中，还有一条二进制一十进制调整指令DA，能将二进制变为BCD码，这对于十进制的计量十分方便。而在其他的单片机中，则也需调用专用的子程序才行。 AT89C51单片机的引脚排列如图3.2所示：

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图3.2 AT89C51单片机的引脚排列图

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30μF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1.2~12MHz。晶体的频率越高，系统的时钟频率越快，单片机的运行速度越快。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。晶体和电容应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：

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图3.3 单片机晶振电路图

复位电路：

复位是单片机的初始化操作，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片机进行通信。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

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