單片機寵物喂食器系統(tǒng)的硬件和軟件設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u1525第一章課題來源 27673第二章硬件設計 27682.1硬件設計總體結構 2166782.2STC89C52單片機的簡介 386332.2.1STC系列簡介 3181452.2.2主要性能指標 3314802.2.3STC89C52引腳圖 4193172.3步進電機驅動芯片 4198132.3.1步進電機驅動電路ULN2003簡介 4772.3.228BYJ-48步進電機 6175642.4LCD1602液晶顯示芯片 628252.5DS1302時鐘電路圖 836572.6WT588D語音播報模塊電路 109951第三章軟件設計 11127603.1編程語言、開發(fā)環(huán)境及燒寫軟件 1126703.1.1編程語言 11279273.1.2開發(fā)環(huán)境 11135783.1.3燒寫軟件 11117393.2程序流程圖設計 12123203.2.1總體流程圖 121815 13156273.2.2LCD1602液晶顯示 13117933.2.3按鍵子程序 1461563.2.4WT588D語音播報 154913.2.5步進電機驅動 1628688第四章系統(tǒng)調試 18309184.1LCD1602初始化 18263274.2按鍵功能 19310614.3電機轉動和語音播報 20第一章課題來源任務書硬件設計2.1硬件設計總體結構根據(jù)給定的任務及要求，確定了寵物自動喂食器設計的總體設計原理框圖如圖2-1所示：功能按鍵功能按鍵單片機步進電動機WT588D語音芯片LCD1602顯示DS1302時鐘芯片圖2-SEQ圖_2-\*ARABIC1寵物自動喂食器原理框圖（1）功能按鍵：通過按鍵可以修改當前的實時時間和已定義的喂食時間、開啟和關閉語音播報。（2）DS1302時鐘芯片：此時鐘芯片是用來一款實時時鐘芯片，用來記錄當前時間，可以顯示年、月、日、時、分、秒、星期等，并且具有掉電保存功能。（3）步進電動機：步進電機是一種執(zhí)行機構。電機正轉模擬寵物進食，電機反轉模擬寵物停止進食。（4）WT588D語音芯片：WT588D語音芯片是一款語音單片機芯片，通過揚聲器即喇叭用來實現(xiàn)寵物自動喂食時的語音播報。（5）LCD1602顯示：通過LCD1602液晶顯示模塊顯示當前的實時時間和初始時的三次自動喂食時間。2.2STC89C52單片機的簡介2.2.1STC系列簡介STC單片機是高速、低消耗、超強抗滋擾的新一代8051單片機，與傳統(tǒng)的8051所用指令代碼完全兼容。其中子系列STC89C52是一種帶FLASH可編程可檫除只讀存儲器的低電壓，高性能的微型處理器，簡稱單片機。STC89C52芯片內部具有傳統(tǒng)51單片機所不具備的功能。在單芯片上，擁有靈活的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制系統(tǒng)提供靈活度更高、有效更強的解決途經(jīng)。2.2.2主要性能指標1.指令代碼完全兼容以往的8051單片機2.工作電壓：5.5V～3.3V3.\t"/item/STC89C52/_blank"工作頻率范圍：0～40MHz，實際工作頻率可達48MHz4.

\t"/item/STC89C52/_blank"用戶應用程序空間為8K字節(jié)5.片上集成512字節(jié)RAM6.通用I/O口（32個）：P0-P3，每口各8位雙向數(shù)據(jù)接口7.可以下載用戶需要的hex后綴程序文件8.具有EEPROM功能9.內含3個\t"/item/STC89C52/_blank"定時器/計數(shù)器，均為16位，即定時器T0、定時器T1、定時器T210.\t"/item/STC89C52/_blank"外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路11.異步通用\t"/item/STC89C52/_blank"串行口12.工作溫度范圍：-40～+85℃13.PDIP封裝2.2.3STC89C52引腳圖圖2-SEQ圖_2-\*ARABIC2STC89C52雙列直插式引腳圖2.3步進電機驅動芯片2.3.1步進電機驅動電路ULN2003簡介步進電機在工作的時候是需要驅動的，因為第一電路中電流也比較小，第二單片機發(fā)出的指令步進電機那邊必須要有控制單元。所以我們需要采用驅動芯片，來進行控制和處理。ULN2003是高壓耐、電流較大的復合晶體管，由七個復合的硅晶體管組成。其特性如下:ULN2003的每一組達林頓都串聯(lián)著一個2.7K的基極電阻組成ULN2003電壓工作很高，電流工作較大。（3）ULN2003采用DIP—16或SOP—16塑料封裝。ULN2003為16腳封裝，引腳圖如圖2-3所示：圖2-SEQ圖_2-\*ARABIC3ULN2003引腳圖ULN2003是一個包含7個單元的典型非門電路，其中的每個單元都有單獨的驅動電流，電流最大可至350mA，1腳輸入，9腳置為懸空，16腳輸出。ULN2003芯片引腳介紹如表2-1：表2-SEQ表_2-\*ARABIC1ULN2003引腳介紹引腳1CPU脈沖輸入端，對應另一個脈沖信號輸出端引腳2CPU脈沖輸入端引腳3CPU脈沖輸入端引腳4CPU脈沖輸入端引腳5CPU脈沖輸入端引腳6CPU脈沖輸入端引腳7CPU脈沖輸入端引腳8接地引腳9內部7個續(xù)流二極管負極的公共端，各二極管的正極與各達林頓管的集電極與分別連接。引腳10CPU脈沖輸出端，對接7腳輸入端引腳11CPU脈沖輸出端，對接6腳輸入端引腳12CPU脈沖輸出端，對接5腳輸入端引腳13CPU脈沖輸出端，對接4腳輸入端引腳14CPU脈沖輸出端，對接3腳輸入端引腳15CPU脈沖輸出端，對接2腳輸入端引腳16CPU脈沖輸出端，對接1腳輸入端2.3.228BYJ-48步進電機步進電機是將電脈沖信號變換為角位移或線位移的執(zhí)行組織，應用極為廣泛。簡單來講：當步進驅動收到一個脈沖信號，可以驅動步進電機轉動一個角度另外要想改變電機轉動時的速度，可以通過控制電脈沖頻率，從而實現(xiàn)調速的作用。28BYJ-48是4相永磁試電機，電機的里面有6個齒（0-5），每一個齒上都有永久的磁性，它是電機的轉子；電機的外殼有八個齒（A-D），每個齒上都有纏有一個線圈繞組，正對這的線圈繞組又是鏈接在一起的如圖2-4：圖2-SEQ圖_2-\*ARABIC4步進電機內部結構示意圖步進電機一共有5根線，紅色的現(xiàn)是公共端，接5v電源，橙，黃，粉，藍，四根線就對應A,B,C,D;按照電路的設計，電機每轉動一個小的角度所對應值可以計算出來，分別是：0xe,0xc,xd,0x9,0xb,0x3,0x7,0x6;在開發(fā)過程中，可以直接按照順序，依次給控制電機的IO口給這幾個值就可以了。2.4LCD1602液晶顯示芯片LCD1602采用16引腳的標準接口，編程用到的比較主要的引腳為16個其中的3個，分別為：RS，R/W和E，下表2-2介紹了它們的功能：表2-SEQ表_2-\*ARABIC2LCD1602主要引腳介紹引腳功能詳述第4腳：RS寄存器選擇高電平(1)時選擇數(shù)據(jù)、低電時(0)時選擇指令第5腳：R/W讀寫信號線高電平(1)時執(zhí)行讀，低電平(0)時執(zhí)行寫第6腳：E使能端高電平(1)時才執(zhí)行讀取數(shù)據(jù)，低電平(0)失效第7-14腳：D0-D78位雙向數(shù)據(jù)端執(zhí)行數(shù)據(jù)的傳輸此部分具體電路圖如圖2-5所示。圖2-SEQ圖_2-\*ARABIC5LCD1602電路圖LCD1602內置的控制器包含如下的11條控制指令，如圖2-6所示：圖2-SEQ圖_2-\*ARABIC6LCD內部指令圖16*2說明了LCD1602可以顯示2行數(shù)據(jù)，每行可以顯示16個字符模塊或者數(shù)字模塊，共2行。而要想在屏幕上顯示字符，就要先輸入顯示字符的那個內部地址，這樣才能在屏幕上的某一位置顯示特定想要的字符或者數(shù)字，圖2-7是1602的內部顯示地址。內部顯示地址是00H，對應著第一行第一個字符的位置，但要注意寫入顯示地址時要將數(shù)據(jù)位最高位D7位始終置為高電平1，實際寫入的地址數(shù)據(jù)應為00000000B+10000000B=10000000B，即00H+80H=80H，此時寫入80H才可以將光標位置定位在在第一行第一個字符。此外，LCD1602液晶模塊的內置字符發(fā)生存儲器（CGROM)中包含了數(shù)字，字母等字符，每一個字符都有一個固定的代碼，在LCD1602中這個固定代碼即為16進制的ASCII碼表，例如字母A的ASCII為0x41，字母B的ASCII為0x42。圖2-SEQ圖_2-\*ARABIC7LCD1602內部顯示地址2.5DS1302時鐘電路圖DS1302是一種低功耗的實時時鐘芯片?？梢詫δ辍⒃?、日等進行計時存儲，并且誤差比較小，此外DS1302還具有閏年自動補償。DS1302芯片包含一個靜態(tài)RAM存儲器，可用于存儲實時時鐘/日歷。它通過簡單的串行接口和單片機通訊，將當前的時鐘信息存于靜態(tài)的RAM中。DS1302芯片對于少于31天的月份所包含的天數(shù)可以進行自動調整,還可以自動對閏年進行修正。AM/PM的指示器置于內部，使得時鐘可以選擇工作在12/24兩種方式，時鐘芯片的引腳如圖2-8所示。圖2-SEQ圖_2-\*ARABIC8DS1302引腳圖各引腳的功能：表2-SEQ表_2-\*ARABIC3DS1302引腳功能引腳1：Vcc25V電源。當Vcc2>Vcc1+0.2V時，由Vcc2向DS1302供電，當Vcc2<Vcc1時，由Vcc1向DS1302供電引腳2、3晶振管腳引腳4接地引腳5：CE/RST復位腳引腳6：I/O數(shù)據(jù)輸入輸出腳引腳7：SCLK串行時鐘輸入端引腳8：Vcc1備用電源時鐘/日歷寄存器如圖2-9，數(shù)據(jù)信息是以BCD碼（二進制編碼的十進制格式）存儲時鐘/日歷寄存器中。圖2-SEQ圖_2-\*ARABIC9DS1302時鐘/日歷寄存器讀寫地址寄存器說明：第一行：秒：因為秒為60秒，十位最大是5，所以bit6，5，4位這3位足以表示秒的十位，個位最大是9，所以第3，2，1，0這4位足以表示個位。第二行：分：范圍同樣為0-59，所以與秒相同；第三行：bit7位：0表示24小時制，1表示12小時制；bit5位：12小時制時：0表示上午，1表示下午，24小時制時：和bit4位聯(lián)合表示小時的十位；其余的時間一樣的表示。倒數(shù)第二行：只看bit7位：為1時禁止寫入，所以初始寫數(shù)據(jù)時必須置0才允許寫入數(shù)據(jù)；2.6WT588D語音播報模塊電路WT588D為可編輯語音芯片，WT588D的優(yōu)點在于：

FLASH可以重復進行擦寫，價格也比較便宜；

開發(fā)工具比較簡便，只要具備這樣的一個語音芯片，一個普通的USB下載器，基本了解后均可進行單片機與語音模塊的聯(lián)合研究，做出自己需要的語音模塊。3、

另外可以ISP在線下載，更換程序和語音升級都比較方便簡單，不需要將芯片與當前環(huán)境相隔離。圖2-SEQ圖_2-\*ARABIC10WT588D語音播報上圖為WT588D語言播報電路引腳圖，WT588D語音芯片，是通過外部的下載軟件下載需要的語音文件，例如想要播報“寵物開飯了”，只需要通過USBminu下載器編輯這段語音“寵物開飯了”，之后生成一個相應的地址，當STC89C52單片機檢測到喂食時間到達后，WT588D接收單片機發(fā)來指令，被控制執(zhí)行語音播報。軟件設計3.1編程語言、開發(fā)環(huán)境及燒寫軟件3.1.1編程語言由于整個程序比較復雜，且計算量較大，用到了較多的邏輯運算，所以程序的編寫采用了C語言。使用C語言相對使用匯編語言而言，有如下優(yōu)點:(1)不需要學習單片機的指令集，也不用了解單片機的存儲器結構。(2)其中的關鍵字和操作函數(shù)與人的思維更接近，有利于實現(xiàn)程序編程。(3)程序的開發(fā)、調試時間與匯編語言相比大大減短。(4)C語言比起匯編語言在功能、結構性、可讀性、可移植性、可維護性上優(yōu)勢上更加明顯。3.1.2開發(fā)環(huán)境本設計中單片機程序的編譯鏈接軟件是Keil，Keil是51系列單片機C語言開發(fā)編程必不可少的一款軟件。它的使用步驟主要為以下幾點：(1)在桌面編程軟件keil，新建一個工程文件；(2)創(chuàng)建并添加新的C文件到上面的工程文件下；(3)在C文件下設計與實現(xiàn)進行程序的主函數(shù)、子函數(shù)等。(4)對Keil配置相關重要參數(shù)；(5)編譯整個工程文件，生成可執(zhí)行的hex后綴文件。3.1.3燒寫軟件STC-ISP是一款簡單的單片機程序燒寫軟件，由宏晶公司出品，具備hex文件下載，在線仿真調試和串口預覽等一系列功能，是目前51系列單片機應用不可或缺的軟件。單片機可以通過下載模塊(如：CH340等串口燒寫模塊)與計算機通信，從而下載可執(zhí)行文件到單片機，同時需要在STC-ISP軟件中選擇使用的單片機型號以及下載模塊插入計算機的串口號，一般串口號會自動識別。然后在文件地址中找到hex為后綴的可執(zhí)行文件，點擊下載就可以將程序下載到STC89C52單片機里了。3.2程序流程圖設計3.2.1總體流程圖當你按下電源開關后，先后進行LCD1602，WT588D語音模塊，步進電機的初始化，接下來會在LCD屏幕上的第一行顯示實時時間，第二行顯示第一次自動喂食時間。通過按鍵掃描若檢測到有第一個按鍵即K1按下后，會直接進入按鍵設置，在這里可以更改實時時間和喂食時間；若按下K4，K5則為手動喂食開和關。按鍵設置退出后系統(tǒng)會自動比較實時時間和喂食時間，當前者等于后者時，電機旋轉，同時語音播報吸引寵物進食。系統(tǒng)總體流程圖如下圖3-1所示：圖3-SEQ圖_3-\*ARABIC1系統(tǒng)總體程序流程圖3.2.2LCD1602液晶顯示 按下電源開關，LCD1602液晶顯示屏通電，LCD1602首先進行初始化操作，屏幕清零，并清空內部存儲。之后LCD1602和STC89C52單片機進行通信，將想要顯示的內容通過單片機顯示LCD屏幕上，延時一定時間后，將實時時間和喂食時間等內容顯示在LCD1602液晶顯示屏上。在設置好時間后，根據(jù)按鍵按下后響應的實際操作，及時響應并變換數(shù)值。單片機控制寫入引腳，然后又執(zhí)行寫入數(shù)據(jù)的命令。最后才是LCD1602顯示屏執(zhí)行指令，將修改后的內容實時顯示出來。LCD1602的顯示流程圖如圖3-2所示：圖3-SEQ圖_3-\*ARABIC2LCD1602初始化流程圖3.2.3按鍵子程序按鍵共有5個，其中k1進入設置開關，可以直接進入設置模式，循環(huán)按下12次后退出當前模式。k2，k3實現(xiàn)按鍵的加減，按鍵k4，k5為手動喂食開關。按鍵流程圖如3-3所示：圖3-SEQ圖_3-\*ARABIC3按鍵流程圖3.2.4WT588D語音播報WT588D語音芯片為本次設計中用到的語音模塊，當前需要播報當前的內容是由STC89C52單片機控制WT588D語音模塊來實現(xiàn)的，這就是而進行寵物自動喂食時需要語音播報的時候。WT588D語音芯片，是通過外部的USBminu下載器下載需要的語音文件，如想要播報語音“寵物開飯了”，只需要通過USBminu下載器編輯下載這段語音“寵物開飯了”，之后生成一個相應的地址并等待單片機調用，當STC89C52單片機檢測到喂食時間到達后，即會判斷是否播報，播報時單片機就會發(fā)送指令給WT588D，WT588D接受來自單片機的指令后，被控制執(zhí)行語音播報。語音播報流程如圖3-4所示:圖3-SEQ圖_3-\*ARA