基于單片機的智能百葉窗硬件設(shè)計

吳昌隆，陳美玲，趙興雷，穆樂賢

（南京工業(yè)大學(xué)浦江學(xué)院 機電學(xué)院，江蘇 南京 210000）

0 引 言

隨著科技的發(fā)展和計算機的普及，單芯片微型計算機的作用愈發(fā)凸顯。它的集成度與可靠性高，控制性好，功耗低，性能價格優(yōu)異[1]。現(xiàn)代建筑對智能窗簾的要求越來越苛刻，需要處理日常開關(guān)，從而給人們的生活帶來便利。智能百葉窗可廣泛應(yīng)用于普通住宅、酒店、寫字樓等場合[2]，因而具有極大的發(fā)展空間。下面通過總體設(shè)計、硬件設(shè)計以及硬件調(diào)試對其進行詳細介紹。

1 總體設(shè)計

如圖1所示，由傳感器獲取的信號由信號校正電路放大、濾波，并輸入到A/D轉(zhuǎn)換器。輸入信號由AT89C51微控制器控制，并響應(yīng)以完成電機的正向和反向旋轉(zhuǎn)以及停止[3]。顯示模塊用于顯示控制器的時間和各種狀態(tài)。鍵盤用作輸入設(shè)備，控制顯示模塊的顯示內(nèi)容，并通過不同的按鈕控制單個芯片的各種操作狀態(tài)。

圖1 總設(shè)計圖

2 硬件設(shè)計

硬件設(shè)計整體包括微控制器核心電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、信號調(diào)節(jié)電路、檢測電路、鍵盤/顯示接口電路、步進電動機控制電路和其他模塊[4]，如圖2所示。單個芯片的外圍電路提供由各種模塊所需要的5 V電源和時鐘模塊；信號檢測結(jié)束后是模擬信號，調(diào)節(jié)和增加后進入A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號輸出到微控制器。

圖2 設(shè)計總體框圖

2.1 控制電路設(shè)計

51系列的優(yōu)勢之一是它有一個完整的位操作系統(tǒng)，稱為位處理器。內(nèi)部硬件到軟件處理的是位，而不是字或字節(jié)。它不僅可以處理芯片中某些特殊功能的某些位，還可以執(zhí)行位邏輯運算。它的功能非常完整，易于使用。盡管其他類型的微控制器也具備位處理功能，但很少可以執(zhí)行位邏輯操作。片上RAM區(qū)域中的51系統(tǒng)還打開了一個雙功能地址范圍，16個字節(jié)，單元地址20H到2FH，可用于字節(jié)處理和位處理[5]。使用128位和相應(yīng)的位地址00H至7FH，使用非常敏感。這個功能無疑為用戶提供了極大的方便，因為煩瑣的程序在運行過程中會碰到很多支系，因此必須建立許多標志位。運行期間需要設(shè)置相關(guān)的標志位，清除或檢測以確定程序運行的方向。要實現(xiàn)此過程，只需使用一位操作指令。

2.2 檢測電路設(shè)計

設(shè)計中使用光敏電阻。光敏電阻不同于碳膜電阻器，對光的變化非常敏感。在照明的情況下，電阻值變得非常小，因此被稱為光導(dǎo)。光敏電阻也稱為光管，常用材料是硫化鎘、硒、硫化鋁和硫化鉛等材料。這些材料具有在特定波長的光照射下快速降低電阻的性質(zhì)，因為由光產(chǎn)生的載流子參與傳導(dǎo)，并且漂移運動是由施加的電場引起的。電子被沖洗到電源的正極，空穴被沖洗到電源的負極，從而迅速降低光敏電阻的電阻值。設(shè)計中使用的器件是LM393，主要優(yōu)點[6]：（1）高精度比較器；（2）輸入電壓范圍接近地電平；（3）兼容邏輯電路。

2.3 執(zhí)行電路設(shè)計

執(zhí)行電路設(shè)計中的步進電機是將電脈沖轉(zhuǎn)換成角位移的機構(gòu)。在該設(shè)計中使用的步進電機是一種混合步進電機，分為兩相和五相[7]。當步進電機加上一系列連續(xù)的控制脈沖時，它可以持續(xù)旋轉(zhuǎn)。

3 硬件調(diào)試

硬件調(diào)試是使用開發(fā)系統(tǒng)、基本檢測儀器（萬用表、示波器）等，檢查系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可以分為靜態(tài)調(diào)試和動態(tài)調(diào)試。

3.1 靜態(tài)調(diào)試

靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢查，具體如表1所示[8]。

表1 靜態(tài)調(diào)試步驟表

3.2 動態(tài)測試

動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接錯誤等的一種硬件檢查[9]。

4 結(jié) 論

設(shè)計系統(tǒng)地介紹了智能單片機控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計和調(diào)試。AT89C51單片機是主控制組件，經(jīng)濟實用，降低了硬件的復(fù)雜性。光敏電阻良好的靈敏度和步進電機的簡易構(gòu)造、便利控制，使控制開關(guān)愈加穩(wěn)定。該系統(tǒng)的硬件部分主要是硬件電路的設(shè)計，包括檢測電路模塊和控制電路模塊等的設(shè)計。具體地，分析了各模塊的組成、性能、特點和用法，介紹了所用主要芯片的用法，簡明描述了模塊設(shè)計的注意事項和用法。