基于PT4115的智能台灯控制系统设计和实现通信工程专业.docx

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1、3软件设计KeilUViSiOn开发平台:KeilUViSiOnIDE开发平台简称KeiLKeil支持ARM、C51、Cl66、C251等类型微控制器，能够提供灵活编程的环境进行开发。该开发平台集合项目管理，运行环境，编译代码链接，源代码编辑，程序调试等功能，为开发提供强有力的帮助，一个开发平台集成上述功能，简化开发环境部署，无需多个程序即可完成开发。Keil十分利于新手进行开发，他的易用性能够加快你的嵌入式系统软件开发，能够支持多窗口进行编辑,创建新的源代码以及项目文件管理。Keil内集成的程序调试器，提供了一个独立环境，支持你进行测试，功能验证，定制应用代码。调试器不仅包含了传统的功能，还

2、包括比如说断点，窗口预览，程序执行控制，以及硬件内部操作全可视化等操作。Keil支持C语言、C+语言、汇编语言进行开发，也是各地公司、高校使用频率较高的开发平台。本毕业设计中，用的最多的是C语言，C语言通过Keil内部的编译器，将C语言转换为机器语言，使得我们的微控制器能够识别并执行。相对来说，C语言开发效率较高，比较通用，因此采用C语言进行设计。在程序开头做好相关的准备，不能着急直接开始进行代码的编写。回顾本作品的相关外设，有PWM无极调光模块，OLEDO.96寸SPl型显示屏，TTP223触摸开关模块，DHTll温湿度模块，DS1302RTC模块。根据上述的外设类型，可以进行分类：使用到P

3、WM功能的有PWM无极调光模块，使用到外部中断的有TTP223,PWM无极调光模块，使用到定时器的有DS1302RTC模块，DHTll模块，使用到IIC通信协议的有DHTlI模块，DS1302RTC模块，使用到SPl通信协议的有OLEDO.96寸SPl显示屏，普通IO引脚使用的有LED光源灯珠。如图3-11 1include2 1include3 1include4 1include5 1include6 include7 include8 1include9 1include10 1include delay.h OLED.h uartl.h uart.h nDHTll.H npcf8563

4、.h 15W4KxxS4.H图3-1头文件定义图此处需要包含所有库文件，不可缺漏，否则会导致相关硬件的代码无法通过编译，从而使得硬件无法正常工作。为了更加方便的编写代码，还需要将数据类型提前定义好，以便后面进行使用，直接使用数据类型更加快捷，也加快了整体程序开发的进展。如图3-2。247.248if(IedpwsBval300)/PKM值达3。0,熄灭灯249(3(250PWMCR40X00；禁止PMM转化251-)252else199 200，201202203 20420520620720820921021121221321421S21621721821922022122222322422

5、5226227228229230 A231232233234235236237 -238239 240241242 口2432A245 246 WriteRTC();化新的町髀国马迸PCF8 56 3快决DHTllValueeTHIEF-O;While(I) (Bbemset (tenp Or 3);Mmser (humdcyr 0, 3);tenp(l - DHTllValue.tenpH;tesp(2 DKTXlVAlue.cenpL; uAldlcyl DHTllValue.umyH;Hunidity(2 DHT1 1Value.humyL ;获取退受值将温度债转换为字符串delayJn

6、S ：ReadRTCO ;DisplAyRTCO;LCD_P8xl6Str(0/0,-DATAINGw)；LCD二P8xl6S5：);LCD二 P8x16S= (88,2rH-);LCDP8xl6Str(9-8r2rC)；LEJP8x16Str (Gr 4r wHunudity:);LcDP8X16S(11B-)；OLEDeShowChar (88, 0r , + LE0+16);遑堂高位数值暹度低位数境湿支高位数值湿受低位数值读PCF8563时怦值.即读出时、分、秒读出的PCF8S632时间遢度摄氏度cOLtDeShowChAr(9S/OrLCD8(1)16);OLED-SowCar(108

7、r0, ,OLED2ShowChar(118rOrOLCD二ShOWCh(128,0, OLED二ShOWCha1(138,OJOLD_ShowChr(148rOrOLEDSOwCar(158r0rif(teap(2!-0)湿度湿度单位，时间数据显示LED8(216);LED8(3+16);LED8(416);LED3(516);UD()16);LED8(716);/M TUifi湿度读取为间断读，当读取到温堂值为。不进行显示.OLED_ShOWC68,2, +tep 1+1)；温度高位数值OLED2ShowCher (78,2, , ,+cen(2)+l) ;/国度低位数陋OLED2Show

8、Char (98r 4, , *huuRAM空间不足的老顽疾。再加上本款IAP15W4K61S4微控制器可以利用内部可调晶振来提供系统所需要的足够的时钟频率，内部内置好看门狗电路，能实现芯片上电的内部复位的功能。综上，本芯片编程设置好相关参数，甚至只需外加电源即能工作，极大的简化了以前传统型51系列微控制器的繁杂操作。此处所述的微控制器的最小系统指的是微控制器正常工作的最小电路。此电路由微控制器芯片、微控制器手动复位电路组成。下面为IAP15W4K61S4微控制器最小系统图。VCC Ciol主控HHCI04图2-2IAP15W4K61S4微控制器最小系统图本处重点讲述该微控制器最小系统的复位电

9、路组成，为了让系统在程序运行中途能够重新执行相关部分，于是需要IAP15W4K61S4微控制器最小系统的复位电路进行微控制器系统重启，此处重启为程序能够重头进行执行，但是内部部分数据，例如RAM区域的数据是不会进行清零的。切记，RAM清零需要通过断电清零的过程，而不能通过复位电路进行清除。复位引脚正常电路逻辑为低电平作为起始电平，因此此处需要接地，但是为了过滤电源不稳定的干扰因素，比如电源波纹扰动导致的电平不稳，因此我们常用做法为对地接入电容过滤。由于复位信号需要高电平，还得加入高电平进行复位，因此此处需要VCC=5V进行逻辑高电平进行供给复位信号，还得加入上拉电阻（强上拉比较好，效果好），常

10、用上拉电阻范围为IK至IoK。上电时刻，复位信号逻辑为高电平起始，按键按下，控制复位后，等待电容充电，于是出现低电平的时刻，由此处低电平信号作为复位，时间不得低于IOUS,于是需要充分低电平时间维持进行复位。图2-3复位波形图本处重点讲述IAP15W4K61S4微控制器外部硬件电路设计，设计IAP15W4K61S4微控制器的最小系统后，还需要继续预留外部硬件电路接口。在设计外部硬件电路接口前，需要提前知道相关硬件特性，接下来下面内容主要讲述外部硬件电路正常工作条件。图2-4PT4115工作电路图关于，30V/1.2A高调光比LED恒流驱动器，部分内容：连续电流电感导通模式降压恒流源，可调输入I

11、NPUT电压8V30V,可调OUTPUT电流，典型电流输出95UA（关断状态电流）到1.5A（实际IC稳定恒流输出1.2A）。可灵活调整不同的光源LED以及供电条件，均可满足光源LED调节条件。能够驱动几十瓦的LED光源，内置功率调节，内置高端电流采样电路，能够调节LED光源平均的电流，可通过DIM接受模拟调光，拥有非常宽PWM调节范围。IFVdim0.3V,功率开关关闭，此时工作电流仅仅只有95uA,超低功耗待机性能。如表2-1。表2-1PT4115管脚描述表管脚号管脚名称描述1SW功率开关漏端2GND信号和功率地3DIM开关使能、模拟和PWM调光4CSN电流采样端，采样电阻接在CSN和Vl

12、N端之间5VIN电源输入端，必须就近接旁路电容-ExposedPad散热端，内部接地，贴在PCB板上减少热阻ES0P84,5NC无连接，接地或悬空本作采用的封装为SOT89-5,优点体积小、引脚数少，外围电路简单易制作。实际引脚数为5个，制作PCB时需要考虑散热，温度升高会伴随着最大功耗会下降，因此该封装SOT89-5配备了散热端供给散热需求，正常工作温度范围支持范围为零下40摄氏度到+85摄氏度，ESD(EIeCtriCityShoCkDefenSe抗静电能力)最大支持2kV,适合广大地区使用本PWM高调光比恒流LED光源驱动器。该IC正常工作电压范围为8V至30V,本作品使用12V给IC进

13、行供电，符合技术手册内的输入电压范围，能够满足正常工作条件，和PWM高调光比恒流LED光源驱动器相接的LED光源为3W灯珠带的铝基板，实际功率3W,具体相关参数见下部分LED光源介绍。在室温的工作环境下(约25摄氏度下)，12V的外部供电电压，按照技术手册的外部供电电压电流以及整体功率的控制，使得LED光源正常工作。图2-5整体PCB板图光源LED部分论述1.ED光源部分采用的是3W灯珠带铝基板，厂家提供的参数如下：实际额定功率3W；灯珠带铝基板整体尺寸：直径20mm*20mm;工作电压范围：3.2V至3.5V；工作电流范围为60OmA到700mA；,最好不要超出厂家提供的正常工作电压、电流范

14、围，以免导致LED光源工作不正常，切忌不得超过额定功率工作，否则会烧毁该LED灯珠！正常工作亮度范围在220流明(LM)到240流明(LM);正常工作色温范围如下：正白色色温6000K至6500K,中性白色温400OK至4300K,暖白色温300OK至3500K。该灯珠不防水，加了铝基板后工作温度不得高于60摄氏度，否则会烧毁LED灯珠。2.1.4 如何选择OLED显示屏OLED采用的是中景园生产的0.96寸单色显示屏，裸屏拥有30PlN排线，左侧1依次到右侧30,切忌不能搞反，否则会烧毁裸屏。整体模块为SPl通信接口。此款OLED采用的显示驱动芯片型号为SSD1306,属于市面上常见芯片之一

15、，内部集成升压模块，提供升压功能，无需外挂升压电路，大大简化外部电路设计，降低上手难度。SSD1306芯片内每页支持128字节，共有8页，恰好点阵大小也是128*64,满足正常取字模以及图片操作。特别注意一点，本款0.96寸OLED显示屏支持SPl与IlC通信协议，能够微调内部电路完成通信协议更改，根据中景园提供的技术手册内参数调整，默认SPl通信接口是RI、R2、R8的三个电阻不进行焊接，如想切换成IlC通信接口工作，则需要将R3电阻换到Rl处，R8电阻可选是否焊接，七针款0.96寸OLED还需要将RES接口接入高电平，也可以将VCC对接，无需复位，DC和CS接口接地即可，即可轻易完成接口协

16、议交换，大大简化了模式切换，适合IO少的微控制器以及代码内容削减。SPl接口与IIC接口包含以下引脚定义：表2-2SPl接口与IlC接口引脚定义表格SPI接口与IIC接口引脚定义1 GND接电源地2 VCC（接入范围3V至5.5V）3 DO是OLED内DO脚，SPI与IIC为时钟管脚4 Dl是OLED内Dl脚，SPI与IIC为数据管脚5 RES是OLED内RES#脚，用于复位（切记低电平有效）6 DC是OLED内D/C#E脚，用于数据命令控制管脚7 CS是OLED内CS#脚，片选信号管脚2.1.6为什么要选择TTP223作为触摸开关TTP223触摸开关模块，是由触摸按键和TP223N-BA6触

17、摸检测芯片组成，因为TP223NBA6芯片性能优异，能够利用可变的触摸按键面积，更加高效的识别到触摸从而进行开关以及调节，从而取代传统按键单一功能（此处单一功能指的是传统按键只能开关）。工作电压范围为2V至5.5V,低功耗工作电流在VDD为3V时，从1.5UA至3.0uA,低功耗功率很低，满足节能需求。特别要注意一下两点：第一点是上电时需要50OmS的电路稳定时间，此时按键操作一律无效，所有功能全部禁止，因此注意上电后触摸无效不是按键坏了，而是电路复位需时间。第二点是TOG引脚与AHLB引脚内部集成下拉,不接默认的低电平。如果出现低电平,不是芯片损坏，而是注意检查PCB设计查找问题。在外部电路

18、设计的时候注意以下引脚：TOG引脚决定触发模式，通过ToG引脚选择直接触摸，或者是其他模式，Q引脚提供CMOS电平输出，AHLB脚可以选择高电平有效还是低电平有效，触摸端尽可能离TTP223N-BA6芯片引脚越近越好，最好不要与其他线平行或者交叉。图2-5TTP223N-BA6引脚图在设计PCB时，调节TTP223N-BA6芯片触发灵敏度时，注意PCB板子上电极面积以及连线电容会对灵敏度造成较大影响，因此根据PCB设计的实际情况，可以外部调节灵敏度的：使用大面积电极面积可提高灵敏度，尽可能减少板厚，可提高灵敏度，可调节CS电容（不焊接时灵敏度最高，增加CS电容会降低灵敏度）CS范围为IPf至5

19、0pF.在TTP223N-BA6芯片的输出模式上，有高低电平输出有效以供选择，即通过ToG引脚进行选择，Q引脚输出CMOS电平。引脚号引脚名称I/O简单描述1Q0CMOS输出2VSSP电源脚3INI/O触摸输入4AHLBI-PL输出有效选择，0高有效（默认）1一低有效5VDDP电源脚OO直接模式，高电平有效O1直接模式，低电平有效1O触发模式，上电状态为。11触发模式，上电状态为1TOGAHLB引脚功能6TOGI-PL输出模式选择，。直接模式（模式）If触发模式表2-4TOG引脚表格注释0：CMoS输出I/O：CMoS输入或输出P:电源地l-PL：CMOS输入，内置下拉电阻表2-5TOG与AH

20、LB对应的引脚功能在TTP223N-BA6芯片提供低功耗模式可供选择，低功耗模式能够极大的降低该模块所需的功耗，节约电源。触发条件为按键被释放维持12S后，自动进入低功耗模式。RTC模块电路简介：本作品采用DS1302实时时钟芯片，功能包含时、分、秒、日、月、年的计数，最大年份累计可以去到2100年，闰年芯片能够识别到并且可以自行调整，同时可选择12小时制或者是24小时制，AM与PM也可自行调整。工作电压范围在2.0V至5.5V,能够支持绝大部分的微控制器供电，同时也支持纽扣电池作为备用供电，工作电流在工作电压为2.0V时,电流小于320nA,功耗相对较低。DS1302内部集成31*8位的暂存

21、寄存器、读写时钟寄存器和内部RAM,暂存寄存器能够暂存计数中间数据，后可将数据传送给微控制器，而读写时钟寄存器和内部RAM可以采用单子节或者突发模式进行使用。DS1302拥有多种封装，DIP、SoIC等均可选择，外部电路设计简单，元件数量少，入手难度低。设计时只需要高度关注三根线,此三根线进行数据传递以及控制，/RST(RESET),I/O(Dataline),SCLK(Serialclock)0通过备用电源(纽扣电池)可让芯片在超低功率下运行(超低功率低于ImW)。如图2-6o图2-6DS1302引脚图2.1.7DHTll模块电路介绍DHTll温湿度传感器内部集成数字电信号输出、温湿度混合型

22、传感器。特别是温湿度混合型传感器，作为种新型双用的传感器，内部集成了电阻式湿感元件、NTC温感电阻,使得两用传感器集成在一起，给设计者带来诸多便利，尤其是两者都需要兼顾的电路，能够得到更好处理。内部配备的专用数字信号采集提供了较高的采集精度，确保能够有较高的可靠性以及稳定性提供给对应的设计产品。该传感器价格便宜，采集速率高，抗外部干扰能力强，能够支持超长传输距离进行传输等等一系列的优点。具体参数见下表2-6：表2-6DHTll温湿度传感器参数表Pin名称注释1VDD供电3-5.5VDC2DATA串行数据，单总线3NC空脚，请悬空4GND接地，电源负极外部电路设计简单，外部元件少，能够快速进行设

23、计，上手使用难度小，入门快。具体需要注意的为：DATA引脚作为单总线输出串行数据，需要做到抗干扰等处理，最好不要有线路与其平行，交叉等等的走线行为，单总线还需要接出5.1KQ左右的上拉电阻，每次空闲状态可维持高电平状态，微控制器作为呼叫方时，DHTll作为被呼叫方，一旦出现时序问题，则不能进行对应操作的响应以及数据传输，因此均严格按照单总线的方式进行通信。单总线通信每次传送40位数据，高位优先。如果使用3.3V供电，尽可能走线短，避免PCB内寄生参数导致内部压降造成的供电不足，出现测量误差较大。工作电压范围为3.5V到5.5V,能够支持绝大部分微控制器供电,测量时工作电流为0.3mA,在待机模

24、式下能够达到60uA的低功耗性能。采集信号周期时间较长，为了保证精度，时间最好大于2S,能够达到精确的效果，每次发送到微控制器的数据，均为上次的数据。如需实时获取数据，则需两次请求读取数据，最好不要连续多次读取数据，否则会出现问题，最好是每次读取间隔最好大于5S,这样能够获取较高精确度的数据。数据格式为：八位温度整形数据十八位湿度单精度/双精度浮点型数据十八位温度浮点型数据十八位校检位数据。如图2-7。DHTllGND图2-7DHTll接线图3软件设计KeilUViSion开发平台：KeilUViSiOnlDE开发平台简称Keil,Keil支持ARM、C51、CI66、C251等类型微控制器，

25、能够提供灵活编程的环境进行开发。该开发平台集合项目管理，运行环境，编译代码链接，源代码编辑，程序调试等功能，为开发提供强有力的帮助，一个开发平台集成上述功能，简化开发环境部署，无需多个程序即可完成开发。Keil十分利于新手进行开发，他的易用性能够加快你的嵌入式系统软件开发，能够支持多窗口进行编辑,创建新的源代码以及项目文件管理。Keil内集成的程序调试器，提供了一个独立环境，支持你进行测试，功能验证，定制应用代码。调试器不仅包含了传统的功能，还包括比如说断点，窗口预览，程序执行控制，以及硬件内部操作全可视化等操作。Keil支持C语言、C+语言、汇编语言进行开发，也是各地公司、高校使用频率较高的

26、开发平台。本毕业设计中，用的最多的是C语言，C语言通过Keil内部的编译器，将C语言转换为机器语言，使得我们的微控制器能够识别并执行。相对来说，C语言开发效率较高，比较通用，因此采用C语言进行设计。在程序开头做好相关的准备，不能着急直接开始进行代码的编写。回顾本作品的相关外设，有PWM无极调光模块，OLEDO.96寸SPl型显示屏，TTP223触摸开关模块，DHTll温湿度模块，DS1302RTC模块。根据上述的外设类型，可以进行分类：使用到PWM功能的有PWM无极调光模块，使用到外部中断的有TTP223,PWM无极调光模块，使用到定时器的有DS1302RTC模块，DHTll模块，使用到IIC通信协议的有DHTll模块，DS1302RTC模块，使用到SPl通信协议的有OLEDo.96寸SPl显示屏，普通IO引脚使用的有LED光源灯珠。如图3-1123