家用窗帘自动开关控制器设计 - 图文(2)

本科生课程设计（论文）

第3章 硬件设计

3.1 电源电路设计

单片机正常工作电压为5V，因此设计的电源电路主要是提供单片机工作电压。图3.1（a）是为单片机提供电压的电源电路。在这个电路中采用了三端集成稳压器LM7805，可以输出5V的直流电压以供给单片机。

图3.1（a）电源电路

三端集成稳压器LM7805，总共有三条引脚，分别是输入端、接地端和输出端。用LM78\\LM79系列三端稳压器来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便。其内部结构图如图3.1（b）所示。

图3.1（b） LM7805内部示意图

3.2 系统控制器单片机的选择

自单片机诞生以来的40年中，单片机已有70多个系列，500多个机种，如今单片机厂商众多，生产的单片机产品性能各异，种类繁多。以Inter(美国英特尔)公司的MCS-51系列产品为例，其一般可以分为普通型和增强型。他们的结构基本相同，其主要的差别在于存储器的不同，如89C51是以FlashROM为存储器。

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为了符合系统的要求，本课程设计选用89C51作为微机控制核心。其特点如下：面向控制的8位CPU；一个片内震荡器和时钟产生电路，振荡频率为0~24MHz；片内4kbFlashROM程序存储器；128B的片内数据存储器；可寻址64KB的片外程序存储器和片外数据存储器控制电路；2个16位定时/计数器；4个并行I/O口，共32条可单独编程的I/O线；5个中断源和2个中断优先级；一个全双工的异步串行口等。

AT89C51单片机是低功耗、高性能的CMOS 8位单片机，片上带有8K Flash 存储器，且允许在器改写或用编程器编程。89C51单片机上有40个引脚如图所示，其主要参数有：（1）4K字节可编程闪烁存储器；（2）全静态工作：0Hz-24MHz； (3) 128*8位内部RAM ；(4) 32可编程I/O线；（5）两个16位定时器/计数器； (6) 5个中断源；（7）低功耗的闲置和掉电模式；（8）片内振荡器和时钟电路；

图3.2 89C51单片机引脚图

3.3 光敏电阻的选择与设计

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窗帘自动控制器的光控功能是可以根据光照的强弱来自动控制窗帘的开闭的，因此需要用到光照传感元器件，本设计采用了型号为GL3526的光敏电阻。其参数为最大电压100（VDC）；最大功率50（mW）；环境温度-30℃到+70℃；光谱峰值540（nm）到10（nm）；高电阻 20KΩ；低电阻 1MΩ。

图3.3 光敏电阻与单片机的连接图

3.4 驱动电路设计

本次课设中我们所选用的驱动电机为JL-48E500 / 520步进电机，下图为步进电机运行原理图。JL-48E500 / 520是供电源为12V的4相5线的步进电机，而且是减速步进电机，减速比为30:1，步进角为5.625*30度。如果需要旋转一圈，那么需360*30/5.625的脉冲信号，该步进电机的耗电流为200mA左右。

控制指令脉冲控制单元功率驱动电路单元步进电机反馈与保护

图3.4 步进电机原理图

用ULN2003驱动，驱动端口为 P1.0（A）,P1.1(B),P1.2(C),P1.3(C)。正转次序: AB 组–BC组--CD 组--DA 组 (即一个脉冲,正转 5.625度)；反转次序：AB 组 --AD 组--CD 组--CB 组(即一个脉冲,正转 5.625 度)。

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图3.4 步进电机电路与单片机的连接

3.5 A\\D转换电路

A/D转换的作用是进行模数转换，把接收到的模拟信号转换成数字信号输出。ADC0809的主要特性有：(1)8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。(2)具有转换起停控制端。(3)转换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs（时钟为500kHz时)。(4)模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。(5)工作温度范围为-40～＋85摄氏度。(6)低功耗，约15mW。

ADC0809芯片为28引脚的双列直插式封装：

图3.5 A\\D转换器引脚图

3.6 键盘的设计

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在窗帘控制器设计中的键盘采用的是4×4矩阵键盘。这16个按键分别为：设定键主要是用来设定自动窗帘打开或者关闭的时间；0-9数字键，其作用主要是用于设定时间；复位键主要应用在程序出错以及误操作的时候使单片机复位，从而重新设定；反转键是使步进电机反转，控制窗帘关闭；正转键是使步进电机正转，从而控制窗帘打开；停止键可以控制步进电机停止工作，窗帘控制器停止运行；确定键主要是用于在时间设定完成后的确定输入。

图3.6 键盘接口电路

3.7 显示电路的设计

显示电路主要是用于显示时间。采用LED数码管进行显示是因为LED数码管具有以下几个优点：(1)能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、ITL电路兼容。(2)发光响应时间极短(<0.1μs)，高频特性好，单色性好，亮度高。(3)体积小，重量轻，抗冲击性能好。

本设计采用的是4位LED数码管的串行驱动电路来达到显示的目的。驱动器采用74LS164，由单片机89C51的P3.0和P3.1来控制LED数码管的显示。显示电路图如3.7（a）所示。

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