單片機(jī)寵物喂食器系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u1525第一章課題來(lái)源 27673第二章硬件設(shè)計(jì) 27682.1硬件設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu) 2166782.2STC89C52單片機(jī)的簡(jiǎn)介 386332.2.1STC系列簡(jiǎn)介 3181452.2.2主要性能指標(biāo) 3314802.2.3STC89C52引腳圖 4193172.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 4198132.3.1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路ULN2003簡(jiǎn)介 4772.3.228BYJ-48步進(jìn)電機(jī) 6175642.4LCD1602液晶顯示芯片 628252.5DS1302時(shí)鐘電路圖 836572.6WT588D語(yǔ)音播報(bào)模塊電路 109951第三章軟件設(shè)計(jì) 11127603.1編程語(yǔ)言、開(kāi)發(fā)環(huán)境及燒寫(xiě)軟件 1126703.1.1編程語(yǔ)言 11279273.1.2開(kāi)發(fā)環(huán)境 11135783.1.3燒寫(xiě)軟件 11117393.2程序流程圖設(shè)計(jì) 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(yǔ)音播報(bào) 154913.2.5步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 1628688第四章系統(tǒng)調(diào)試 18309184.1LCD1602初始化 18263274.2按鍵功能 19310614.3電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和語(yǔ)音播報(bào) 20第一章課題來(lái)源任務(wù)書(shū)硬件設(shè)計(jì)2.1硬件設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)根據(jù)給定的任務(wù)及要求，確定了寵物自動(dòng)喂食器設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)原理框圖如圖2-1所示：功能按鍵功能按鍵單片機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)WT588D語(yǔ)音芯片LCD1602顯示DS1302時(shí)鐘芯片圖2-SEQ圖_2-\*ARABIC1寵物自動(dòng)喂食器原理框圖（1）功能按鍵：通過(guò)按鍵可以修改當(dāng)前的實(shí)時(shí)時(shí)間和已定義的喂食時(shí)間、開(kāi)啟和關(guān)閉語(yǔ)音播報(bào)。（2）DS1302時(shí)鐘芯片：此時(shí)鐘芯片是用來(lái)一款實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，用來(lái)記錄當(dāng)前時(shí)間，可以顯示年、月、日、時(shí)、分、秒、星期等，并且具有掉電保存功能。（3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：步進(jìn)電機(jī)是一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電機(jī)正轉(zhuǎn)模擬寵物進(jìn)食，電機(jī)反轉(zhuǎn)模擬寵物停止進(jìn)食。（4）WT588D語(yǔ)音芯片：WT588D語(yǔ)音芯片是一款語(yǔ)音單片機(jī)芯片，通過(guò)揚(yáng)聲器即喇叭用來(lái)實(shí)現(xiàn)寵物自動(dòng)喂食時(shí)的語(yǔ)音播報(bào)。（5）LCD1602顯示：通過(guò)LCD1602液晶顯示模塊顯示當(dāng)前的實(shí)時(shí)時(shí)間和初始時(shí)的三次自動(dòng)喂食時(shí)間。2.2STC89C52單片機(jī)的簡(jiǎn)介2.2.1STC系列簡(jiǎn)介STC單片機(jī)是高速、低消耗、超強(qiáng)抗滋擾的新一代8051單片機(jī)，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(chǔ)器的低電壓，高性能的微型處理器，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。STC89C52芯片內(nèi)部具有傳統(tǒng)51單片機(jī)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(qiáng)的解決途經(jīng)。2.2.2主要性能指標(biāo)1.指令代碼完全兼容以往的8051單片機(jī)2.工作電壓：5.5V～3.3V3.\t"/item/STC89C52/_blank"工作頻率范圍：0～40MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz4.

\t"/item/STC89C52/_blank"用戶應(yīng)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(gè)）：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(nèi)含3個(gè)\t"/item/STC89C52/_blank"定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，均為16位，即定時(shí)器T0、定時(shí)器T1、定時(shí)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片2.3.1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路ULN2003簡(jiǎn)介步進(jìn)電機(jī)在工作的時(shí)候是需要驅(qū)動(dòng)的，因?yàn)榈谝浑娐分须娏饕脖容^小，第二單片機(jī)發(fā)出的指令步進(jìn)電機(jī)那邊必須要有控制單元。所以我們需要采用驅(qū)動(dòng)芯片，來(lái)進(jìn)行控制和處理。ULN2003是高壓耐、電流較大的復(fù)合晶體管，由七個(gè)復(fù)合的硅晶體管組成。其特性如下:ULN2003的每一組達(dá)林頓都串聯(lián)著一個(gè)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(gè)包含7個(gè)單元的典型非門(mén)電路，其中的每個(gè)單元都有單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)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(duì)應(yīng)另一個(gè)脈沖信號(hào)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(nèi)部7個(gè)續(xù)流二極管負(fù)極的公共端，各二極管的正極與各達(dá)林頓管的集電極與分別連接。引腳10CPU脈沖輸出端，對(duì)接7腳輸入端引腳11CPU脈沖輸出端，對(duì)接6腳輸入端引腳12CPU脈沖輸出端，對(duì)接5腳輸入端引腳13CPU脈沖輸出端，對(duì)接4腳輸入端引腳14CPU脈沖輸出端，對(duì)接3腳輸入端引腳15CPU脈沖輸出端，對(duì)接2腳輸入端引腳16CPU脈沖輸出端，對(duì)接1腳輸入端2.3.228BYJ-48步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)變換為角位移或線位移的執(zhí)行組織，應(yīng)用極為廣泛。簡(jiǎn)單來(lái)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)收到一個(gè)脈沖信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度另外要想改變電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的速度，可以通過(guò)控制電脈沖頻率，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的作用。28BYJ-48是4相永磁試電機(jī)，電機(jī)的里面有6個(gè)齒（0-5），每一個(gè)齒上都有永久的磁性，它是電機(jī)的轉(zhuǎn)子；電機(jī)的外殼有八個(gè)齒（A-D），每個(gè)齒上都有纏有一個(gè)線圈繞組，正對(duì)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(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖步進(jìn)電機(jī)一共有5根線，紅色的現(xiàn)是公共端，接5v電源，橙，黃，粉，藍(lán)，四根線就對(duì)應(yīng)A,B,C,D;按照電路的設(shè)計(jì)，電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)小的角度所對(duì)應(yīng)值可以計(jì)算出來(lái)，分別是：0xe,0xc,xd,0x9,0xb,0x3,0x7,0x6;在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可以直接按照順序，依次給控制電機(jī)的IO口給這幾個(gè)值就可以了。2.4LCD1602液晶顯示芯片LCD1602采用16引腳的標(biāo)準(zhǔn)接口，編程用到的比較主要的引腳為16個(gè)其中的3個(gè)，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(shí)選擇數(shù)據(jù)、低電時(shí)(0)時(shí)選擇指令第5腳：R/W讀寫(xiě)信號(hào)線高電平(1)時(shí)執(zhí)行讀，低電平(0)時(shí)執(zhí)行寫(xiě)第6腳：E使能端高電平(1)時(shí)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(nèi)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(nèi)部指令圖16*2說(shuō)明了LCD1602可以顯示2行數(shù)據(jù)，每行可以顯示16個(gè)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(gè)內(nèi)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(nèi)部顯示地址。內(nèi)部顯示地址是00H，對(duì)應(yīng)著第一行第一個(gè)字符的位置，但要注意寫(xiě)入顯示地址時(shí)要將數(shù)據(jù)位最高位D7位始終置為高電平1，實(shí)際寫(xiě)入的地址數(shù)據(jù)應(yīng)為00000000B+10000000B=10000000B，即00H+80H=80H，此時(shí)寫(xiě)入80H才可以將光標(biāo)位置定位在在第一行第一個(gè)字符。此外，LCD1602液晶模塊的內(nèi)置字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)中包含了數(shù)字，字母等字符，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，在LCD1602中這個(gè)固定代碼即為16進(jìn)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(nèi)部顯示地址2.5DS1302時(shí)鐘電路圖DS1302是一種低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片?？梢詫?duì)年、月、日等進(jìn)行計(jì)時(shí)存儲(chǔ)，并且誤差比較小，此外DS1302還具有閏年自動(dòng)補(bǔ)償。DS1302芯片包含一個(gè)靜態(tài)RAM存儲(chǔ)器，可用于存儲(chǔ)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷。它通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口和單片機(jī)通訊，將當(dāng)前的時(shí)鐘信息存于靜態(tài)的RAM中。DS1302芯片對(duì)于少于31天的月份所包含的天數(shù)可以進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整,還可以自動(dòng)對(duì)閏年進(jìn)行修正。AM/PM的指示器置于內(nèi)部，使得時(shí)鐘可以選擇工作在12/24兩種方式，時(shí)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(dāng)Vcc2>Vcc1+0.2V時(shí)，由Vcc2向DS1302供電，當(dāng)Vcc2<Vcc1時(shí)，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(fù)位腳引腳6：I/O數(shù)據(jù)輸入輸出腳引腳7：SCLK串行時(shí)鐘輸入端引腳8：Vcc1備用電源時(shí)鐘/日歷寄存器如圖2-9，數(shù)據(jù)信息是以BCD碼（二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制格式）存儲(chǔ)時(shí)鐘/日歷寄存器中。圖2-SEQ圖_2-\*ARABIC9DS1302時(shí)鐘/日歷寄存器讀寫(xiě)地址寄存器說(shuō)明：第一行：秒：因?yàn)槊霝?0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(gè)位最大是9，所以第3，2，1，0這4位足以表示個(gè)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(shí)制，1表示12小時(shí)制；bit5位：12小時(shí)制時(shí)：0表示上午，1表示下午，24小時(shí)制時(shí)：和bit4位聯(lián)合表示小時(shí)的十位；其余的時(shí)間一樣的表示。倒數(shù)第二行：只看bit7位：為1時(shí)禁止寫(xiě)入，所以初始寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)必須置0才允許寫(xiě)入數(shù)據(jù)；2.6WT588D語(yǔ)音播報(bào)模塊電路WT588D為可編輯語(yǔ)音芯片，WT588D的優(yōu)點(diǎn)在于：

FLASH可以重復(fù)進(jìn)行擦寫(xiě)，價(jià)格也比較便宜；

開(kāi)發(fā)工具比較簡(jiǎn)便，只要具備這樣的一個(gè)語(yǔ)音芯片，一個(gè)普通的USB下載器，基本了解后均可進(jìn)行單片機(jī)與語(yǔ)音模塊的聯(lián)合研究，做出自己需要的語(yǔ)音模塊。3、

另外可以ISP在線下載，更換程序和語(yǔ)音升級(jí)都比較方便簡(jiǎn)單，不需要將芯片與當(dāng)前環(huán)境相隔離。圖2-SEQ圖_2-\*ARABIC10WT588D語(yǔ)音播報(bào)上圖為WT588D語(yǔ)言播報(bào)電路引腳圖，WT588D語(yǔ)音芯片，是通過(guò)外部的下載軟件下載需要的語(yǔ)音文件，例如想要播報(bào)“寵物開(kāi)飯了”，只需要通過(guò)USBminu下載器編輯這段語(yǔ)音“寵物開(kāi)飯了”，之后生成一個(gè)相應(yīng)的地址，當(dāng)STC89C52單片機(jī)檢測(cè)到喂食時(shí)間到達(dá)后，WT588D接收單片機(jī)發(fā)來(lái)指令，被控制執(zhí)行語(yǔ)音播報(bào)。軟件設(shè)計(jì)3.1編程語(yǔ)言、開(kāi)發(fā)環(huán)境及燒寫(xiě)軟件3.1.1編程語(yǔ)言由于整個(gè)程序比較復(fù)雜，且計(jì)算量較大，用到了較多的邏輯運(yùn)算，所以程序的編寫(xiě)采用了C語(yǔ)言。使用C語(yǔ)言相對(duì)使用匯編語(yǔ)言而言，有如下優(yōu)點(diǎn):(1)不需要學(xué)習(xí)單片機(jī)的指令集，也不用了解單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。(2)其中的關(guān)鍵字和操作函數(shù)與人的思維更接近，有利于實(shí)現(xiàn)程序編程。(3)程序的開(kāi)發(fā)、調(diào)試時(shí)間與匯編語(yǔ)言相比大大減短。(4)C語(yǔ)言比起匯編語(yǔ)言在功能、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可移植性、可維護(hù)性上優(yōu)勢(shì)上更加明顯。3.1.2開(kāi)發(fā)環(huán)境本設(shè)計(jì)中單片機(jī)程序的編譯鏈接軟件是Keil，Keil是51系列單片機(jī)C語(yǔ)言開(kāi)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(diǎn)：(1)在桌面編程軟件keil，新建一個(gè)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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行程序的主函數(shù)、子函數(shù)等。(4)對(duì)Keil配置相關(guān)重要參數(shù)；(5)編譯整個(gè)工程文件，生成可執(zhí)行的hex后綴文件。3.1.3燒寫(xiě)軟件STC-ISP是一款簡(jiǎn)單的單片機(jī)程序燒寫(xiě)軟件，由宏晶公司出品，具備hex文件下載，在線仿真調(diào)試和串口預(yù)覽等一系列功能，是目前51系列單片機(jī)應(yīng)用不可或缺的軟件。單片機(jī)可以通過(guò)下載模塊(如：CH340等串口燒寫(xiě)模塊)與計(jì)算機(jī)通信，從而下載可執(zhí)行文件到單片機(jī)，同時(shí)需要在STC-ISP軟件中選擇使用的單片機(jī)型號(hào)以及下載模塊插入計(jì)算機(jī)的串口號(hào)，一般串口號(hào)會(huì)自動(dòng)識(shí)別。然后在文件地址中找到hex為后綴的可執(zhí)行文件，點(diǎn)擊下載就可以將程序下載到STC89C52單片機(jī)里了。3.2程序流程圖設(shè)計(jì)3.2.1總體流程圖當(dāng)你按下電源開(kāi)關(guān)后，先后進(jìn)行LCD1602，WT588D語(yǔ)音模塊，步進(jìn)電機(jī)的初始化，接下來(lái)會(huì)在LCD屏幕上的第一行顯示實(shí)時(shí)時(shí)間，第二行顯示第一次自動(dòng)喂食時(shí)間。通過(guò)按鍵掃描若檢測(cè)到有第一個(gè)按鍵即K1按下后，會(huì)直接進(jìn)入按鍵設(shè)置，在這里可以更改實(shí)時(shí)時(shí)間和喂食時(shí)間；若按下K4，K5則為手動(dòng)喂食開(kāi)和關(guān)。按鍵設(shè)置退出后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)比較實(shí)時(shí)時(shí)間和喂食時(shí)間，當(dāng)前者等于后者時(shí)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)語(yǔ)音播報(bào)吸引寵物進(jìn)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(kāi)關(guān)，LCD1602液晶顯示屏通電，LCD1602首先進(jìn)行初始化操作，屏幕清零，并清空內(nèi)部存儲(chǔ)。之后LCD1602和STC89C52單片機(jī)進(jìn)行通信，將想要顯示的內(nèi)容通過(guò)單片機(jī)顯示LCD屏幕上，延時(shí)一定時(shí)間后，將實(shí)時(shí)時(shí)間和喂食時(shí)間等內(nèi)容顯示在LCD1602液晶顯示屏上。在設(shè)置好時(shí)間后，根據(jù)按鍵按下后響應(yīng)的實(shí)際操作，及時(shí)響應(yīng)并變換數(shù)值。單片機(jī)控制寫(xiě)入引腳，然后又執(zhí)行寫(xiě)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(nèi)容實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。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(gè)，其中k1進(jìn)入設(shè)置開(kāi)關(guān)，可以直接進(jìn)入設(shè)置模式，循環(huán)按下12次后退出當(dāng)前模式。k2，k3實(shí)現(xiàn)按鍵的加減，按鍵k4，k5為手動(dòng)喂食開(kāi)關(guān)。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(yǔ)音播報(bào)WT588D語(yǔ)音芯片為本次設(shè)計(jì)中用到的語(yǔ)音模塊，當(dāng)前需要播報(bào)當(dāng)前的內(nèi)容是由STC89C52單片機(jī)控制WT588D語(yǔ)音模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這就是而進(jìn)行寵物自動(dòng)喂食時(shí)需要語(yǔ)音播報(bào)的時(shí)候。WT588D語(yǔ)音芯片，是通過(guò)外部的USBminu下載器下載需要的語(yǔ)音文件，如想要播報(bào)語(yǔ)音“寵物開(kāi)飯了”，只需要通過(guò)USBminu下載器編輯下載這段語(yǔ)音“寵物開(kāi)飯了”，之后生成一個(gè)相應(yīng)的地址并等待單片機(jī)調(diào)用，當(dāng)STC89C52單片機(jī)檢測(cè)到喂食時(shí)間到達(dá)后，即會(huì)判斷是否播報(bào)，播報(bào)時(shí)單片機(jī)就會(huì)發(fā)送指令給WT588D，WT588D接受來(lái)自單片機(jī)的指令后，被控制執(zhí)行語(yǔ)音播報(bào)。語(yǔ)音播報(bào)流程如圖3-4所示:圖3-SEQ圖_3-\*ARA