1、 目錄 TOC o 1-6 h z u HYPERLINK l _Toc376957021 第一章緒論 PAGEREF _Toc376957021 h 4 HYPERLINK l _Toc376957022 1.1課題的意義，目的和要求 PAGEREF _Toc376957022 h 4 HYPERLINK l _Toc376957023 1.1.1課題的意義和目的 PAGEREF _Toc376957023 h 4 HYPERLINK l _Toc376957024 1.1.2課題的要求 PAGEREF _Toc376957024 h 4 HYPERLINK l _Toc376957025

2、1.2照明控制系統的研究背景 PAGEREF _Toc376957025 h 4 HYPERLINK l _Toc376957026 1.3照明控制系統的優點 PAGEREF _Toc376957026 h 5 HYPERLINK l _Toc376957027 第二章 進度安排 PAGEREF _Toc376957027 h 5 HYPERLINK l _Toc376957028 第三章 系統設計的概述 PAGEREF _Toc376957028 h 6 HYPERLINK l _Toc376957029 第四章.系統硬件的設計 PAGEREF _Toc376957029 h 7 HYPER

3、LINK l _Toc376957030 4.1單片機最小系統 PAGEREF _Toc376957030 h 7 HYPERLINK l _Toc376957031 4.2光敏電阻采集電路和A/D模數轉換電路的設計 PAGEREF _Toc376957031 h 9 HYPERLINK l _Toc376957032 4.2.1光敏電阻采集電路 PAGEREF _Toc376957032 h 9 HYPERLINK l _Toc376957033 4.2.2 A/D模數轉換電路的設計 PAGEREF _Toc376957033 h 10 HYPERLINK l _Toc376957034 4

4、.3數碼管顯示電路與電源通斷電路的設計 PAGEREF _Toc376957034 h 11 HYPERLINK l _Toc376957035 4.3.1電源通斷電路的設計 PAGEREF _Toc376957035 h 11 HYPERLINK l _Toc376957036 4.3.2數碼管顯示電路的設計 PAGEREF _Toc376957036 h 11 HYPERLINK l _Toc376957037 4.4系統總的硬件流程圖，電路原理圖和線路圖 PAGEREF _Toc376957037 h 12 HYPERLINK l _Toc376957038 4.4.1 系統總的硬件流程

5、圖 PAGEREF _Toc376957038 h 12 HYPERLINK l _Toc376957039 4.4.2電路原理圖 PAGEREF _Toc376957039 h 13 HYPERLINK l _Toc376957040 4.4.3線路圖 PAGEREF _Toc376957040 h 14 HYPERLINK l _Toc376957041 第五章 系統軟件的設計 PAGEREF _Toc376957041 h 14 HYPERLINK l _Toc376957042 5.1 關于I2C總線的介紹 PAGEREF _Toc376957042 h 14 HYPERLINK l

6、_Toc376957043 5.2 程序框圖及程序清單 PAGEREF _Toc376957043 h 16摘要該光照強度檢測儀以單片機和模數轉換為技術核心，具體由單片機最小系統，A/D模數轉換模塊，電源通斷控制電路和數碼管顯示模塊組成。在本系統的設計中，利用光敏電阻阻值隨光照強度的變化特性來檢測光強，采用單片機控制輸出，通過編程實現A/D和單片機的之間的通訊，最后通過數碼管顯示檢測結果。 總之，通過對電路設計和實際裝調，最終實現了基于單片機的光照強度檢測系統的整體功能，并通過軟件實現了白天關閉電源，夜間開通電源的功能，光照強度通過數碼管來顯示關鍵詞：單片機；光敏電阻；PCF8591;數碼管第

7、一章緒論1.1課題的意義，目的和要求1.1.1課題的意義和目的 本系統是一個基于單片機的光照控制系統，通過數碼管顯示光度。以STC89C51單片機為核心，控制A/D芯片采集數據，輔以譯碼器，數碼等器件，實現功能。 本系統采用光敏電阻采集光照信息。光照強度直接反映在光敏電阻阻值上，進而反映在光敏電阻兩端的電壓值上。然后通過單片機控制A/D模數轉換對電壓信號進行采集，經換算后通過數碼管顯示光照強度。 本系統充分利用了現有的資源，結構合理，性能穩定，成本低，滿足題目要求。通過本課設能加強對單片機的學習和認識，正確運用所學單片機的理論知識，將理論與實際相結合，單片機在我們的生活中得到越來越廣泛的應用，

8、單片機注定影響一個時代，只要存在計算機的地方就會有它的存在，學好單片機對今后的學習與工作有很多的益處。1.1.2課題的要求 基于電源的照明控制系統1）白天關閉電源，夜間開通電源。2）選擇好傳感器，實現光照度。3）將光照度顯示出來1.2照明控制系統的研究背景隨著國民經濟的快速發展和社會進步，教育在全社會愈加被關注和重視，校園規模也隨著受教育者的數量增加而不斷擴大。但由于學校開放型的管理模式，高校的教室在白天室內照度很高的情況下，仍然普遍存在開燈作業；即使室內無人或人數很少的情況下，也是全部開啟室內照明，絕不會有師生因為只有少數人而僅開幾盞燈。長明燈比比皆是，人走不熄燈的現象到處存在。這種有形和無

9、形的浪費，給校方的水電支出帶來了沉重的負擔。學校的水電支出約占全校經費支出的1415，電費支出占據較重比例。能源短缺是21世紀國際面臨的新課題。在尋找新的能源之外，節約能源，提高效益也就成為了我們研究的課題。所以學校如何來節省電力能源也成為了一個迫切需要解決的問題。從節約資源、對社會貢獻、節省高校經費支出和學生的健康等多方面考慮，高校教室照明的節電問題不得不提到重要的議事日程上來。目前常用的節電方式為手工控制，聲控型，太陽能燈等。手工方式操作起來不靈活，費時費力。聲控型往往判斷不準確，不需要的時候也也會經常亮。太陽能設備投資比較大，且容易受光照強度的影響。因此市場上迫切需要一種操作方便、價格低

10、廉、便于大面積推廣的新型節能方案。本次課程設計中，主要是使用ST89C51單片機實現主控制，完成相關電路的設計，最終實現了幾個簡單功能。能夠對輸出電路的控制，實驗小燈泡的點亮與否表明電源的斷開與接通。1.3照明控制系統的優點智能照明控制系統是指用計算機技術并輔助以其它手段，對電力照明實行智能控制，提供合適照明光環境的同時降低照明系統電能消耗和其它使用費用。智能照明控制系統與手動照明控制系統相比有很多優點，包括創造環境氣氛，改善工作環境、提高工作效率，良好的節能效果，延長光源壽命，管理維護方便等。因此。此研究課題對實際生活具有很深的意義。第二章 進度安排 題目： 基于單片機的照明控制系統要求：白

11、天關閉電源，夜晚開通電源，選擇好傳感器， 顯示光照強度。時間：2013.12.30-2014.1.10日程安排： 2013.12.30-2013.1.1設計原理圖，形成仿真圖 2014.1.2 -2014.1.3 編寫程序，編譯生成.HEX文件 2014.1.4 -2014.1.5 連接電路，調試程序 2014.1.6 -2014.1.10 寫課程設計報告第三章 系統設計的概述 系統設計可分為硬件設計和軟件設計兩部分。根據我們需要實現的功能，合理選擇元器件進行設計。為了制作出想要的電路板，硬件設計主要涉及到構造原理圖，并對原理圖用keil軟件進行仿真，這一步最為重要，它關系到實驗成功與否的關鍵

12、。然后一旦仿真測試出我們想要的結果后，就可以按照原理圖進行實物圖的連接與程序的下載。 軟件設計部分，應該結合硬件電路所要實現的功能進行設計。主要針對光電檢測電路和熱釋電傳感器輸出信號進行處理。當光強的時候，系統對光照進行檢測，產生信號并處理控制燈的開關狀態，科學管理燈光的亮與滅，達到節約用電的目的。首先在總體設計中完成系統總框圖和各模塊的功能設計，擬定詳細的工作計劃；然后進行具體設計，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語言和工具，進行代碼設計等；最后是對軟件進行調試、測試，達到所需功能要求。本系統軟件設計采用模塊化系統設計方法，先編寫各個功能模塊子程序，然后進行組合與調整，經過調試后，達到設計

13、功能要求。第四章.系統硬件的設計4.1單片機最小系統STC89C51性能簡述采用8051核的ISP（In System Programming）在系統可編程芯片，最高工作時鐘頻率為80MHz，片內含8K Bytes的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，具有在系統可編程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進單片機內部，省去了購買通用編程器，而且速度更快。STC89C52RC系列單品機是單時鐘/機器周期(1T)的兼容8051 內核單片機，是高速/ 低

14、功耗的新一代8051 單片機，全新的流水線/精簡指令集結構,內部集成MAX810 專用復位電路芯片引腳圖P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址(低8位)和數據總線復位，在訪問期間激活內部上拉電阻。P2口:P2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為

15、內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(ILL)。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數據存儲器(例如執行MOVXDPTR指令)時，P2口送出高8位地址數據。在訪問8位地址的外部數據存儲器(如執行MOVXRI指令)時，P2口輸出P2鎖存器的內容。 XTAL1/XTAL2： XTAL1是片內振蕩器的反向放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內部方式時，時鐘發生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHZ，時鐘頻率就為6MHZ。晶振的頻率最高可達33MHZ。電容取30pf。RST:復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持

16、RST腳兩個機器周期的高電平時間。單片機最小系統指應用最少的原件組成的單片機可以工作的系統，對51系列單片機來說，最小系統一般包括：單片機，晶振電路，復位電路。此系統的最小電路圖如下：單片機最小系統電路圖4.2光敏電阻采集電路和A/D模數轉換電路的設計4.2.1光敏電阻采集電路光敏電阻在黑暗的環境下，它的阻值很高；當受到光照并且光輻射能量足夠大時，光導材料禁帶中的電子受到能量大于其禁帶寬度Eg的光子激發，由價帶越過禁帶而躍遷到導帶，使其導帶的電子和價帶的空穴增加，電阻率變小。光敏電阻的工作原理：當光照射到光電導體上時，若光電導體為本征半導體材料，而且光輻射能量又足夠強，光導材料價帶上的電子將激

17、發到導帶上去，從而使導帶的電子和價帶的空穴增加，致使光導體的電導率變大。為實現能級的躍遷，入射光的能量必須大于光導體材料的禁帶寬度Eg，一種光電導體，存在一個照射光的波長限C，只有波長小于C的光照射在光電導體上，才能產生電子在能級間的躍遷，從而使光電導體電導率增加。但是，光敏電阻的靈敏度易受濕度的影響，因此要將導光電導體嚴密封裝在玻璃殼體中。如果把光敏電阻連接到外電路中，在外加電壓的作用下，用光照射就能改變電路中電流的大小，光敏電阻具有很高的靈敏度，很好的光譜特性，光譜響應可從紫外區到紅外區范圍內。而且體積小、重量輕、性能穩定、價格便宜，因此應用比較廣泛。光照采集電路圖如圖-2所示，光敏電阻兩

18、端電壓會隨著光照強度的改變而該改變，將該模擬電壓引入模數轉換PCF8591的輸入端既完成模擬信號的采集。4.2.2 A/D模數轉換電路的設計PCF8591PCF8591是一個單片集成、單獨供電、低功耗、8-bit CMOS數據獲取器件。PCF8591具有4個模擬輸入、1個模擬輸出和1個串行IC HYPERLINK /view/653587.htm t _blank 總線接口。PCF8591的3個地址 HYPERLINK /view/641241.htm t _blank 引腳A0, A1和A2可用于硬件地址 HYPERLINK /view/3281.htm t _blank 編程，允許在同個I

19、2C總線上接入8個PCF8591器件，而無需額外的硬件。在PCF8591器件上輸入輸出的地址、控制和數據信號都是通過雙線雙向I2C總線以串行的方式進行傳輸。PCF8591的功能包括多路模擬輸入、內置跟蹤保持、8-bit模數轉換和8-bit數模轉換。PCF8591的最大轉化速率由I2C總線的最大速率決定。AIN0-AIN3：模擬信號輸入端。A0-A2：引腳地址端VDD，VSS：電源端（2.5V-6V）SDA,SCL:I2C總線的數據線，時鐘線OSC：外部時鐘輸入端，內部時鐘輸出端EXT:內部，外部時鐘選擇線，使用內部時鐘時EXT接地AGND：模擬信號地 AOUT：D/A轉換輸出端 VREF：基準

20、電源端PCF8591工作特性【1】單獨供電【2】PCF8591的操作電壓范圍2.5V-6V【3】低待機電流【4】通過I2C總線串行輸入/輸出【5】PCF8591通過3個硬件地址 HYPERLINK /view/641241.htm t _blank 引腳尋址【6】PCF8591的采樣率由I2C總線速率決定【7】4個模擬輸入可編程為單端型或差分輸入【8】自動增量頻道選擇【9】PCF8591的模擬電壓范圍從VSS到VDD【10】PCF8591內置跟蹤保持電路【11】8-bit逐次逼近 HYPERLINK /view/990260.htm t _blank A/D轉換器【12】通過1路模擬輸出實現D

21、AC增益將光敏電阻采集輸出的模擬信號引至PCF8591的模擬輸入通道，將轉換后得到的數字量通過I2C總線串行輸出。至此完成電路模擬量到數字量的轉換。將光敏電阻采集輸出的模擬信號引至PCF8591的模擬輸入通道2，將轉換后得到的數字量通過I2C總線串行輸出。至此完成電路模擬量到數字量的轉換。A/D模數轉換電路4.3數碼管顯示電路與電源通斷電路的設計4.3.1電源通斷電路的設計題目要求中指出，白天關閉電源，夜晚接通電源，即通過人為設定一輸出數值作為白天與夜晚的光照強度分界值。通過軟件編程來實現，當輸出數值小于該值時，LED燈點亮（表示電源打開），同理，當輸出數值大于該人為設定值時，LED燈熄滅（表

22、示電源斷開）。具體軟件編程在軟件部分進一步詳述。4.3.2數碼管顯示電路的設計數碼管動態顯示電路LED數碼管動態顯示就是一位一位地輪流點亮各位數碼管，對于每一位LED數碼管來說，每隔一段時間點亮一次，利用人眼的“視覺暫留效應，采用循環掃描的方式，分時輪流選通各數碼管的公共端，使數碼管輪流導通顯示。當掃描速度達到一定程度時，人眼就分辨不出來了。盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示數據，認為各數碼管是同時發光的，在這種顯示中需要一個接口完成字形碼的輸出（字形選擇），另一接口完成各數碼管的輪流點亮（數位選擇），在本次課程設計中，數位選擇部分的電路由7

23、4HC138譯碼器實現。當一個選通端（E1）為高電平，另兩個選通端（(/E2)和/(E3)）為低電平時，可將地址端（A0、A1、A2）的 HYPERLINK /view/802204.htm t _blank 二進制編碼在Y0至Y7對應的輸出端以低電平譯出。 HYPERLINK /view/6814120.htm t _blank 比如：A2A1A0=110時，則Y6輸出端輸出低 HYPERLINK /view/1573140.htm t _blank 電平信號。以此方式來實現數碼管的輪流點亮。STC89C51的P0輸出端口為數碼管的字形選擇，通過74573芯片加強驅動能力，控制數碼管的顯示量

24、。數碼管顯示電路4.4系統總的硬件流程圖，電路原理圖和線路圖4.4.1 系統總的硬件流程圖系統以單片機STC89C51為核心外加多種接口電路組成，共有三個主要部分：模擬信號（光照信號）采集電路，A/D轉換電路，數碼管輸出顯示電路。模數轉換部分的電路輸出的數字量通過I2C總線結構完成與單片機之間的數據交換。圖-1為系統硬件部分的結構框圖。 4.4.2電路原理圖總的電路圖4.4.3線路圖 第五章 系統軟件的設計5.1 關于I2C總線的介紹 I2C總線最主要的優點占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數量，降低了互聯成本，總線的長度可高達25英尺。支持多主控，其中任何能夠進行發送和接收的設

25、備都可以成為主控線，一個主控線能夠控制信號的傳輸和時鐘頻率，當然在任何時間點上只能有一個主控。分析I2C總線的時序和幾種信號狀態總線空閑狀態：I2C總線的SDA和SCL兩條信號線同時處于高電平時，規定為總線的空閑狀態。此時各個器件的輸出級場效應管均處于截止狀態，即釋放總線，由兩條信號線各自的上拉電阻把電平拉高。啟動信號：在時鐘線SCL保持高電平期間，數據線SDA上的電平被拉低（即負跳變），稱為I2C總線的停止信號，它標志著一次數據傳輸的開始。停止信號：在時鐘線SCL保持高電平期間，數據線SDA被釋放，使得SDA返回高電平（即正跳變），稱為I2C總線的停止信號，它標志著一次數據傳輸的終止，也是一

26、種電平跳變時序信號，而不是一個電平信號，停止信號也是由主控器主動建立的，建立該信號之后，I2C總線將返回空閑狀態。總線封鎖狀態：在特殊情況下，如果需要禁止所有發生在I2C總線上的通信活動，封鎖或關閉總線是一種可行途徑，只要掛接于該總線上的任意一個器件將時鐘線SCL鎖定在低電平上即可。數據傳送為：在I2C總線上傳送的每一位數據都有一個時鐘脈沖相對應，即在SCL串行時鐘的配合下，在SDA數據線上逐位的串行傳送每一位數據。進行數據傳送時，在SCL呈現高電平期間，SDA上的電平必須保持穩定。只有在SCL為低電平期間，才允許SDA 上的電平改變。應答信號：I2C總線上的所有數據都是以8位字節傳送的，發送

27、器每發送一個字節后，就在時鐘脈沖9期間釋放數據線，由接收器反饋一個應答信號，應答信號為低電平時，規定為有效應答位表示接受其已經成功接收了該字節。5.2 程序框圖及程序清單程序流程圖程序清單#include#include #define PCF8591 0 x90 /PCF8591 地址/else IOsbit LS138A=P22; sbit LS138B=P23;sbit LS138C=P24; sbit D1=P27;/此表為 LED 的字模, 共陰數碼管 0-9 - unsignedcharcodeDisp_Tab= 0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6

28、d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f; unsigned char AD_CHANNEL;unsigned long xdataLedOut4;unsignedint D32;/*ADC發送字節命令數據函數*/bitISendByte(unsigned char sla,unsigned char c) Start_I2c(); /啟動總線SendByte(sla); /發送器件地址if(ack=0)return(0);SendByte(c); /發送數據if(ack=0)return(0); Stop_I2c(); /結束總線return(1);/*ADC讀字節數據函數*/un

29、signed char IRcvByte(unsigned char sla) unsigned char c; Start_I2c(); /啟動總線SendByte(sla+1); /發送器件地址if(ack=0)return(0); c=RcvByte(); /讀取數據0 Ack_I2c(1); /發送非就答位 Stop_I2c(); /結束總線return(c);/*/main() chari,j;double a;while(1) /*以下AD-DA處理*/ switch(AD_CHANNEL) case 0: ISendByte(PCF8591,0 x41); D0=IRcvByte

30、(PCF8591)*2; /ADC0 模數轉換1 放大2倍顯示break; case 1: ISendByte(PCF8591,0 x42); D1=IRcvByte(PCF8591)*2; /ADC1 模數轉換2break; case 2: ISendByte(PCF8591,0 x43); D2=IRcvByte(PCF8591) ; /ADC2模數轉換3 /D2=a;break; case 3: ISendByte(PCF8591,0 x40); D3=IRcvByte(PCF8591); /ADC3 模數轉換4break; if(+AD_CHANNEL3) AD_CHANNEL=0;L

31、edOut0=Disp_TabD2%10000/1000;LedOut1=Disp_TabD2%1000/100;LedOut2=Disp_TabD2%100/10;LedOut3=Disp_TabD2%10; a=D2;if(a150) D1=1;else D1=0;for(i=0; i4; i+) P0 = LedOuti; switch(i) /使用switch 語句控制138譯碼器 case 0:LS138A=0; LS138B=0; LS138C=0; break; case 1:LS138A=1; LS138B=0; LS138C=0; break; case 2:LS138A=0

32、; LS138B=1; LS138C=0; break; case 3:LS138A=1; LS138B=1; LS138C=0; break; for (j = 0 ; j90;j+) ; /掃描間隔時間 P0 = 0; I2C總線數據傳輸程序清單#include#include #include #define NOP() _nop_() /* 定義空指令 */#define _Nop() _nop_() /*定義空指令*/sbit SCL=P21; /I2C 時鐘sbit SDA=P20; /I2C 數據bit ack; /*應答標志位*/*起動總線函數函數原型: void Start_

33、I2c(); 功能: 啟動I2C總線,即發送I2C起始條件. */void Start_I2c()SDA=1; /*發送起始條件的數據信號*/ _Nop(); SCL=1; _Nop(); /*起始條件建立時間大于4.7us,延時*/ _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SDA=0; /*發送起始信號*/ _Nop(); /* 起始條件鎖定時間大于4s*/ _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=0; /*鉗住I2C總線，準備發送或接收數據 */ _Nop(); _Nop();/*結束總線函數函數原型: void Stop_I2c()

34、; 功能: 結束I2C總線,即發送I2C結束條件. */void Stop_I2c() SDA=0; /*發送結束條件的數據信號*/ _Nop(); /*發送結束條件的時鐘信號*/ SCL=1; /*結束條件建立時間大于4s*/ _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SDA=1; /*發送I2C總線結束信號*/ _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop();/*字節數據發送函數函數原型: void SendByte(UCHAR c);功能: 將數據c發送出去,可以是地址,也可以是數據,發完后等待應答,并對此狀態位進行操作.(不應答或非應

35、答都使ack=0) 發送數據正常，ack=1; ack=0表示被控器無應答或損壞。*/void SendByte(unsigned char c)unsigned char BitCnt;for(BitCnt=0;BitCnt8;BitCnt+) /*要傳送的數據長度為8位*/ if(cBitCnt)&0 x80)SDA=1; /*判斷發送位*/else SDA=0; _Nop(); SCL=1; /*置時鐘線為高，通知被控器開始接收數據位*/ _Nop(); _Nop(); /*保證時鐘高電平周期大于4s*/ _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=0; _Nop(); _N

36、op(); SDA=1; /*8位發送完后釋放數據線，準備接收應答位*/ _Nop(); _Nop(); SCL=1; _Nop(); _Nop(); _Nop();if(SDA=1)ack=0; else ack=1; /*判斷是否接收到應答信號*/ SCL=0; _Nop(); _Nop();/*字節數據接收函數函數原型: UCHAR RcvByte();功能: 用來接收從器件傳來的數據,并判斷總線錯誤(不發應答信號)，發完后請用應答函數應答從機。*/ unsigned char RcvByte()unsigned char retc;unsigned char BitCnt;retc=0; SDA=1; /*置數據線為輸入方式*/for(BitCnt=0;BitCnt8;BitCnt+) _Nop(); SCL=0; /*置時鐘線為低，準備