本科畢業(yè)論文〔設(shè)計(jì)〕論文姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)院：專業(yè)：班級(jí)：指導(dǎo)師：開題期：摘要隨著電子技術(shù)的高速開展，電子技術(shù)領(lǐng)域里的新概念、新器件和新方法不斷涌現(xiàn)，群眾對(duì)電子產(chǎn)品的需求量和要求的質(zhì)量和品牌的不斷更新，促使了電子技術(shù)的快速開展。為了方便快捷廣闊居民，本次設(shè)計(jì)選擇了觸摸開關(guān)為研究課題。觸摸開關(guān)，是科技開展進(jìn)步的一種新興產(chǎn)品。一般是指應(yīng)用觸摸感應(yīng)芯片原理設(shè)計(jì)的一種墻壁開關(guān)，是傳統(tǒng)機(jī)械按鍵式墻壁開關(guān)的換代產(chǎn)品。能實(shí)現(xiàn)更智能化、操作更方便的觸摸開關(guān)有傳統(tǒng)開關(guān)不可比較的優(yōu)勢(shì)，是目前家居產(chǎn)品的非常流行的一種裝飾性開關(guān)。觸摸開關(guān)是一種智能控制的墻壁開關(guān)，本身需要消耗一定的電能，在待機(jī)時(shí)，智能開關(guān)待機(jī)取電是通過流過電子鎮(zhèn)流器的電流給智能墻壁開關(guān)控制電路供電；在工作時(shí)，智能開關(guān)工作時(shí)取電是通過開關(guān)斷開時(shí)的兩端壓差來取電。觸摸開關(guān)沒有金屬觸點(diǎn)，不放電不打火，大量的節(jié)約銅合金材料，同時(shí)對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求大大減少。它直接取代傳統(tǒng)開關(guān)，操作舒適、手感極佳、控制精準(zhǔn)且沒有機(jī)械磨損。通過AT89C51單片機(jī)采集觸摸開關(guān)模塊的輸出上下電平，和串口無線模塊，完成主機(jī)與從機(jī)的通信工作，實(shí)現(xiàn)觸控、遠(yuǎn)距離傳輸控制繼電器的功能。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)；觸摸開關(guān)；無線傳輸模塊；繼電器；目錄TOC\o"1-3"\f\h\z第一章緒論11.1研究背景11.2本設(shè)計(jì)現(xiàn)狀1第二章方案論證22.1控制芯片選擇22.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖22.3本章小結(jié)3第三章硬件電路設(shè)計(jì)43.1智能觸摸開關(guān)控制系統(tǒng)硬件組成43.2單片機(jī)系統(tǒng)介紹4復(fù)位方式4時(shí)鐘電路5最小系統(tǒng)電路53.3觸摸開關(guān)電路63.4CC1101無線傳輸模塊73.5繼電器執(zhí)行模塊9第四章軟件設(shè)計(jì)104.1主程序流程圖10第五章設(shè)計(jì)總結(jié)11參考文獻(xiàn)12附錄113系統(tǒng)主電路圖13附錄214局部程序源代碼14第一章緒論1.1研究背景傳統(tǒng)的開關(guān)元件開關(guān)屬于有觸點(diǎn)開關(guān)元件,但由于它有接觸不良、故障率高、使用不便等缺點(diǎn),在某些要求較高的輸入電路中不能很好使用,促使設(shè)計(jì)師尋求更為理想的開關(guān)替代元件，隨著信息技術(shù)的開展日新月異，一個(gè)以信息資源的采集、開發(fā)、利用為特征的信息技術(shù)革命正席卷全球，信息技術(shù)已廣泛的滲透到社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，在世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)開展中發(fā)揮著越來越重要的作用。日前各個(gè)興旺國家都在致力于信息化建設(shè)，以此來加速本國經(jīng)濟(jì)的開展。開展信息產(chǎn)業(yè)有許多關(guān)鍵的要素，如計(jì)算機(jī)、通信、集成電路、軟件和信息效勞業(yè)的建設(shè)等。但是如何將人類的社會(huì)活動(dòng)和生產(chǎn)活動(dòng)與現(xiàn)代化的信息傳輸和處理手段聯(lián)系在一起也是一個(gè)重要的課題，只有解決了這個(gè)實(shí)際要求，才能使人類享受到信息技術(shù)帶來的高度的物質(zhì)文明和精神文明。觸摸開關(guān)正是解決這一課題的重要研究方向之一。例如，很多汽車?yán)锏亩嗝襟w系統(tǒng)已經(jīng)取消了機(jī)械按鍵，取而代之的是電容式觸摸按鍵系統(tǒng)，方便了司機(jī)的使用，提高了汽車駕乘感受等，可見，觸摸按鍵技術(shù)是解決機(jī)械按鍵缺陷的新趨勢(shì)。1.2本設(shè)計(jì)現(xiàn)狀單片機(jī)是把中央處理器〔CPU〕、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器〔RAM〕、只讀存儲(chǔ)器〔ROM〕、輸入/輸出端口〔I/0〕等主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生加快了人類改造世界的步伐，但是它畢竟體積大。微計(jì)算機(jī)〔單片機(jī)〕在這種情況下誕生了?？v觀我們現(xiàn)在生活的各個(gè)領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機(jī)上各種儀表的控制，從計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等，這些都離不開單片機(jī)。以前沒有單片機(jī)時(shí)，這些東西也能做，但是只能使用復(fù)雜的模擬電路，然而這樣做出來的產(chǎn)品不僅體積大，而且本錢高，并且由于長(zhǎng)期使用，元器件不斷老化，控制的精度自然也會(huì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。在單片機(jī)產(chǎn)生后，我們就將控制這些東西變?yōu)橹悄芑?，我們只需要在單片機(jī)外圍接一點(diǎn)簡(jiǎn)單的接口電路，核心局部只是由人為的寫入程序來完成。這樣產(chǎn)品的體積變小了，本錢也降低了，長(zhǎng)期使用也不會(huì)擔(dān)憂精度達(dá)不到了，且容易升級(jí)改善。觸摸開關(guān)按開關(guān)原理分類有電阻式觸摸開關(guān)和電容式觸摸開關(guān)，在多種技術(shù)中，電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)已經(jīng)成為觸摸感應(yīng)技術(shù)的主流，在按鍵方案上，能為產(chǎn)品帶來整體的外觀檔次提升第二章方案論證2.1控制芯片選擇方案一：采用Atmel公司生產(chǎn)的AT89C518位單片機(jī)。該單片機(jī)與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容，內(nèi)部具有32個(gè)可編程I/O口線、3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、八個(gè)中斷源、全雙工UART串行通道。但是其內(nèi)部模塊較少、功能局限性大，并且內(nèi)部沒有集成模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、脈沖寬度調(diào)制模塊，使用時(shí)需要在外圍電路中額外設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換模塊和D/A轉(zhuǎn)換模塊，增加硬件本錢的同時(shí)增加了硬件故障點(diǎn)，并且增加了飛機(jī)的質(zhì)量。方案二：采用公司生產(chǎn)的MSP430系列十六位單片機(jī)。該單片機(jī)內(nèi)部具有16K的RAM和16K的ROM、8K可編程Flash存儲(chǔ)器、16路精度為8bit/10bit/12bit的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、8路脈沖寬度調(diào)制〔PWM〕通道、假設(shè)干定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、1個(gè)全雙工UART串行通道、看門狗定時(shí)器、51個(gè)可編程I/O口、10個(gè)外部事件觸發(fā)中斷引腳、超過一百個(gè)中斷源。是一款功能十分強(qiáng)大的單片機(jī)，并且內(nèi)部自帶PLL模塊，總線頻率最高可以設(shè)置成128MHz，運(yùn)算速度快并穩(wěn)定。在本次設(shè)計(jì)中，因?yàn)椴⒉恍枰M量的采集，且不涉及PWM等功能，且從本錢角度出發(fā)，本次設(shè)計(jì)使用性能適中的AT89C51單片機(jī)。2.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖本次設(shè)計(jì)的觸摸開關(guān)系統(tǒng)以模塊化方式分塊設(shè)計(jì)，通過將設(shè)計(jì)分成主控制模塊，被控制模塊和無線傳輸模塊，分步完成相應(yīng)模塊，最終將各個(gè)模塊整合到一起，完成設(shè)計(jì)，最終進(jìn)行總體調(diào)試。從控制芯片和硬件電路的綜合角度確立了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，其中主控模塊包括觸摸開關(guān)模塊，單片機(jī)控制模塊，繼電器控制燈光的執(zhí)行模塊，電源模塊以及無線發(fā)射模塊等局部，如圖2.1所示：電源模塊電源模塊AT89C518AT89C518位單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊觸摸開關(guān)模塊觸摸開關(guān)模塊繼電器控制燈光模塊繼電器控制燈光模塊圖2.1主控模塊系統(tǒng)總設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖被控制模塊主要是對(duì)無線接收裝置收到主控模塊的指令進(jìn)行處理解析，從而控制繼電器燈光模塊，因此被控制模塊不必使用觸摸開關(guān)模塊，所以被控模塊主要包括觸無線接收模塊，單片機(jī)控制模塊，繼電器控制燈光的執(zhí)行模塊以及電源模塊等局部，如圖2.2所示：電源模塊電源模塊AT89C518位單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊AT89C518位單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊繼電器控制燈光模塊無線接收模塊繼電器控制燈光模塊無線接收模塊圖2.2被控模塊系統(tǒng)總設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖2.3本章小結(jié)本章在對(duì)觸摸開關(guān)系統(tǒng)的控制方案選擇進(jìn)行了分析、比照，確定了單片機(jī)的類型、控制核心方案。本章所確定的各個(gè)模塊為后續(xù)章節(jié)的硬件設(shè)計(jì)提供了研究的對(duì)象和模型。第三章硬件電路設(shè)計(jì)3.1智能觸摸開關(guān)控制系統(tǒng)硬件組成系統(tǒng)主要由AT89C51單片機(jī)控制芯片，12M 晶振和30p電容電路、阻容復(fù)位電路，觸摸開關(guān)模塊電路、三極管和繼電器組成的執(zhí)行電路以及無線收發(fā)模塊電路。3.2單片機(jī)系統(tǒng)介紹AT89C51為ATMEL所生產(chǎn)的可電氣燒錄清洗的8051相容單芯片，其內(nèi)部程序代碼容量為4KB。AT89C51主要功能列舉如下：1、為一般控制應(yīng)用的8位單芯片2、晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器〔傳統(tǒng)最高工作頻率可至12MHz〕3、內(nèi)部程式存儲(chǔ)器〔ROM〕為4KB4、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〔RAM〕為128B5、外部程序存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至64KB6、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至64KB7、32條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨(dú)做I/O的控制8、5個(gè)中斷向量源9、2組獨(dú)立的16位定時(shí)器10、1個(gè)全多工串行通信端口11、8751及8752單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能12、單芯片提供位邏輯運(yùn)算指令實(shí)物如圖3.1所示:圖3.1單片機(jī)實(shí)物圖復(fù)位方式單片機(jī)復(fù)位方式有兩種手動(dòng)按鍵復(fù)位：?jiǎn)纹瑱C(jī)RESET引腳得到兩個(gè)時(shí)鐘周期的高電平后進(jìn)行復(fù)位，及手動(dòng)操作復(fù)位，2.上電復(fù)位：?jiǎn)纹瑱C(jī)上電壓從無到有在RESET處會(huì)先處于高電平一段時(shí)間，然后由于該點(diǎn)通過電阻接地那么RESET該點(diǎn)的電平會(huì)逐漸的改變?yōu)榈碗娖?，從而使得單片機(jī)復(fù)位口電平從1到0，到達(dá)給單片機(jī)復(fù)位的功能。這樣一種復(fù)位方式就是所謂上電復(fù)位。復(fù)位電路如圖3.2示：圖3.2位電路圖3.2.2時(shí)鐘電路單片機(jī)的運(yùn)行離不開時(shí)鐘電路，通過始終電路給單片機(jī)提供脈沖信號(hào)，俗稱“拍〞來保證單片機(jī)按照時(shí)序工作，時(shí)鐘電路由晶振，電阻，和電容組成，為了保證單片機(jī)抗干擾功能更好，使用22PF的電容對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行過濾，同時(shí)采用16M晶振保證晶振的可靠起振，保證單片機(jī)上電后起振順利。本次設(shè)計(jì)始終電路如圖3.3示：圖3.3鐘電路圖3.2.3最小系統(tǒng)電路單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)芯片，時(shí)鐘電路以及復(fù)位電路所組成，本次設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)電路圖如圖3.4示：圖3.4小系統(tǒng)電路圖3.3觸摸開關(guān)電路本次采用的觸摸開關(guān)為基于TTP224觸控芯片的觸摸模塊，如圖3.5示圖3.5TP224觸控開關(guān)模塊實(shí)物圖TTP224觸控開關(guān)模塊提供4個(gè)觸摸輸入端口及4個(gè)直接輸出端口，提供直接輸出模式,觸發(fā)模式,開漏輸出,CMOS高電平有效或低電平有效輸出，便于單片機(jī)的IO口進(jìn)行采集，處理。模塊電路圖如圖3.6示：圖3.6TP224觸控開關(guān)模塊原理圖3.4CC1101無線傳輸模塊本次設(shè)計(jì)裝置使用的無線傳輸模塊為CC1101無線傳輸模塊，如圖3.7示：圖3.7CC1101無線傳輸模塊實(shí)物圖該模塊通信頻率為434MHz，采用半雙工工作方式，并且不限制單詞發(fā)送的字節(jié)數(shù)，具有待機(jī)空閑工作方式，工作電流僅3.5mA，且傳輸速度快，該模塊具有4種串口透?jìng)鞣绞?，各個(gè)模式都是只管收發(fā)串口數(shù)據(jù)即可，且工作距離遠(yuǎn)，空曠地帶可達(dá)200米以上，便于系統(tǒng)后期整體調(diào)制，CC1101無線模塊原理圖如圖3.7所示：圖3.8C1101無線傳輸模塊電路圖3.5繼電器執(zhí)行模塊本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最終表現(xiàn)方式為通過單片機(jī)控制繼電器，從而控制燈光的開閉，單片機(jī)的IO口輸出功率為電壓型信號(hào)，驅(qū)動(dòng)能力及其微弱，因此需要使用一個(gè)S8050三極管來作為繼電器的驅(qū)動(dòng)電路，從而控制LED燈光電路。繼電器執(zhí)行模塊電路如圖3.9示：圖3.9電器執(zhí)行模塊電路圖第四章軟件設(shè)計(jì)4.1主機(jī)程序流程圖系統(tǒng)初始化后等待按鍵按鍵按下，單片機(jī)自動(dòng)讀取按鍵的信息識(shí)別是哪個(gè)按鍵給的操作，然后根據(jù)設(shè)定程序?qū)?shù)據(jù)送給發(fā)送函數(shù)，將數(shù)據(jù)從無限模塊發(fā)送出去，系統(tǒng)的軟件整體流程圖如圖4.1所示：開始開始程序初始化無線模塊初始化等待按鍵發(fā)送按鍵指令讀取按鍵值結(jié)束圖4.1主程序流程圖4.2從機(jī)程序流程圖從機(jī)系統(tǒng)接收來自主機(jī)的數(shù)據(jù)好解碼對(duì)應(yīng)按鍵繼電器動(dòng)作根本流程圖如圖4.1所示：開始開始程序初始化無線模塊初始化等待數(shù)據(jù)包繼電器控制讀取數(shù)據(jù)包結(jié)束第五章設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)基于89C51單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)了觸摸開關(guān)的設(shè)計(jì)。功能實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然也是檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果的標(biāo)準(zhǔn)。在經(jīng)過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)之后，我們需要了解自己的所學(xué)應(yīng)該如何應(yīng)用在實(shí)踐中，因?yàn)槿魏沃R(shí)都源于實(shí)踐，歸于實(shí)踐，所以要將所學(xué)的知識(shí)在實(shí)踐中來檢驗(yàn)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，在老師的指導(dǎo)下，通過自身的不斷努力，無論是思想上，學(xué)習(xí)上，都取得了長(zhǎng)足的開展和巨大的收獲，學(xué)會(huì)用科學(xué)的精神去解決問題。很多事情看起來是很簡(jiǎn)單的問題，但實(shí)際做起來就不簡(jiǎn)單了。運(yùn)用科學(xué)的方法去解決問題，這是我這次實(shí)訓(xùn)給我?guī)淼乃枷肷系母淖儭W(xué)習(xí)上，使自已在大學(xué)所以的知識(shí)在這次得到實(shí)踐，學(xué)到一些書本上無法學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)單片機(jī)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。觸摸開關(guān)是信息化時(shí)代開展的產(chǎn)物，應(yīng)時(shí)而生，我相信隨著科技的不斷開展，將來的觸摸開關(guān)一定更加完美，更加人性化，更加廉價(jià)，更加平安。參考文獻(xiàn)李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)(簡(jiǎn)明修訂版)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1998李全利.單片機(jī)原理及接口技術(shù)［M］.高等教育出版社，2003]PROTEL99SE電路設(shè)計(jì)與制板［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2007楊將新，李華軍，劉到駿等.單片機(jī)程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用〔從根底到實(shí)踐〕［J］．電子工業(yè)出版社，2006StevenF.Barrett.DaneilJ.Pack.EmbeddedSystem[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006周立功.LPC900系列Flash單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)［J］.北京航空航天大學(xué)出版社,2004黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社,2005楊欣.電子設(shè)計(jì)從零開始〔第二版〕.北京:清華大學(xué)出版社，2023梅麗鳳.單片機(jī)原理及接口技術(shù)(第三版)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2023李鴻.用單片機(jī)控制收發(fā)短信息[J].電子技術(shù)應(yīng)用.2003:(8):24-27.張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2007:64-67.鄒伯敏.自動(dòng)控制理論[M].2.版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002:100-105.劉守義.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2002:68-69.譚浩強(qiáng).C語言程序設(shè)計(jì)[M].3.版.北京:清華大學(xué)出版社,2005:54-80.附錄1主機(jī)電路圖附錄2從機(jī)電路圖附錄3主機(jī)程序代碼內(nèi)容：連接好串口或者usb轉(zhuǎn)串口至電腦，下載該程序，翻開電源翻開串口調(diào)試程序，將波特率設(shè)置為9600，無奇偶校驗(yàn)晶振11.0592MHz，發(fā)送和接收使用的格式相同，如都使用字符型格式，設(shè)置正確后接受框可以看到UARTtest，#include<reg52.h>//包含頭文件，一般情況不需要改動(dòng)，頭文件包含特殊功能存放器的定義#include"delay.h"sbitS1=P2^0;sbitS2=P2^1;sbitS3=P2^2;sbitS4=P2^3;sbitJ=P2^7;/*函數(shù)聲明*/voidSendStr(unsignedchar*s);voidSendByte(unsignedchardat);/*串口初始化*/voidInitUART(void){SCON=0x50; //SCON:模式1,8-bitUART,使能接收TMOD|=0x20;//TMOD:timer1,mode2,8-bit重裝TH1=0xFD;//TH1:重裝值9600波特率晶振11.0592MHzTR1=1;//TR1:timer1翻開EA=1;//翻開總中斷//ES=1;//翻開串口中斷}/*主函數(shù)*/voidmain(void){InitUART();J=1;while(1){ if(S1==1) { DelayMs(50); if(S1==1) { while(S1==1); J=~J; SendByte(1); } } if(S2==1) { DelayMs(50); if(S2==1) { while(S2==1); SendByte(2); } } if(S3==1) { DelayMs(50); if(S3==1) { while(S3==1); SendByte(3); } } if(S4==1) { DelayMs(50); if(S4==1) { while(S4==1); SendByte(4); J=~J; } }}}/*發(fā)送一個(gè)字節(jié)*/voidSendByte(unsignedchardat){SBUF=dat;while(!TI);TI=0;}/*發(fā)送一個(gè)字符串*/voidSendStr(unsignedchar*s){while(*s!='\0')//\0表示字符串結(jié)束標(biāo)志，//通過檢測(cè)是否字符串末尾{SendByte(*s);s++;}}從機(jī)程序代碼#include<reg52.h>//包含頭文件，一般情況不需要改動(dòng)，頭文件包含特殊功能存放器的定義sbitJ1=P2^7