紅外感光智能LED臺燈設計畢業(yè)論文

1、本科畢業(yè)論文（設計） 題 目: 紅外感光智能led臺燈 學 校: 山東科技大學 院 系: 機械電子工程學院 專 業(yè): 機械設計制造及其自動化 姓 名: 胡登極 學 號: 201101041406 指導教師: 于濤 摘要 隨著社會的進步，人們生活水平日益提高，追逐高質量生活已經成了當下的主題。智能化產品更是當下的發(fā)展趨勢。為了滿足人們高質量生活的訴求，現(xiàn)設計一種紅外感光智能led臺燈，該產品可以克服普通臺燈不能根據環(huán)境光強自動調節(jié)光的亮度的問題，使得使用者有更舒適的體驗，并且能在一定程度上保護人眼，且比較節(jié)能。 本次設計的內容基于單片機控制，使得該臺燈具有人體感應，自動根據環(huán)境光強度自動調節(jié)臺燈

2、亮度，同時為了滿足使用者的某些特殊要求，該臺燈還設有手動調節(jié)功能，臺燈的控制分為臺燈按鍵控制和紅外遙控控制兩種，這使得臺燈的控制更加方便，靈活。 本次設計包括硬件部分和軟件部分，硬件電路的核心是由單片機的控制模塊，pcf8591+光敏電阻的自動調光模塊，hc-sr501人體感應模塊，hs0038遙控紅外接收模塊，紅外遙控器，led發(fā)光電路共同組成，軟件采用比較靈活的c語言進行編程，進而對硬件電路進行有效控制。關鍵字：單片機；hc-sr501；自動調光模塊；hs0038；紅外遙控器abstract with the social progress and theimprovement of li

3、ving standards,pursuinghigh quality of lifehas becomethe theme of the moment.intelligent products become the current development trend.in order to meet thedemands ofpeopleof high quality of life,i attend todesign an infraredphotosensitiveintelligent led lamp in this design.the product can overcome t

4、he question of the common desk lamp can not automatically adjust the brightness according to the environmental light intensity,which allows the users to get more comfortable experience and can protect the human in a certain extent and more energy-efficient. the content of this design is based on the

5、 control of mcu .it makes the lampwith the function of body induction, automatically adjust the lamp brightness according to the ambient light intensity,.and in order to meet some special requirements of the users, the lamp is also provided with a manual adjustment function.the control of lamp inclu

6、des the key control and the infrared remote control.which makes the lamp control more convenient and flexible. the design includes hardware part and software part, the core of the hardware circuit is by the mcu control module, automatic adjusting light module of pcf8591+ photosensitive resistance, h

7、c-sr501 human body induction module, hs0038 infrared remote control receiving module, infrared remote controller, the led luminous circuit composed. the software uses flexible c language programming to get the effective control of the hardware circuit. keywords:mcu;hc-sr501;automatic;dimmingmodule;h

8、s0038;infrared remote control目錄第1章 緒論.11.1 現(xiàn)有臺燈市場的調研分析.11.2 臺燈行業(yè)的國內外現(xiàn)狀.11.3 臺燈行業(yè)的國外現(xiàn)狀.31.4 臺燈發(fā)展總趨勢及本次設計任務.4第2章 設計基礎知識介紹.52.1 單片機stc89c52rc的介紹.52.2 hc-sr501介紹.72.3 pcf8591的介紹.9 2.4 總線收發(fā)器74hc245紹.11 2.5 紅外接收探頭hs0038的紹.12第3章 設計思想及硬件電路計.13 3.1 設計想.13 3.2 單片機最小系統(tǒng)的計.13 3.3 hc-sr501模塊電路.15 3.4 調光模塊路.17 3.5

9、 紅外遙控模塊路.19 3.6 發(fā)光電路的計.21第4章 軟件部分.24 4.1 軟件思路述.24 4.2 pcf8591的a/d轉化的現(xiàn).24 4.3 紅外遙控的現(xiàn).28 4.4 按鍵掃描序.33 4.5 總程序.35參考文獻.54致謝.55附錄：元件清單.56第1章：緒論 隨著經濟的發(fā)展，人們對物質生活的水平不斷提出更高的要求。 現(xiàn)在市場上大批量的生產產品已經滿足不了人們個性化的需求。 人們希望所購買的商品能滿足物質功能外還能體現(xiàn)購買者的興趣愛好，個人品味等。傳統(tǒng)的臺燈產品已無人問津，臺燈行業(yè)要想改變現(xiàn)狀，就得結合個性化需求，對臺燈的結構和功能進行優(yōu)化。1.1：現(xiàn)有臺燈市場的調研分析 臺燈

10、的分類： 目前市場上的臺燈按功能分為：閱讀、裝飾。按風格分為：現(xiàn)代、 中式、 歐式等。按材質的類別：分為鋁合金臺燈、 玻璃臺燈、 水晶臺燈、 實木臺燈、 陶瓷臺燈等。 臺燈的光學要求：臺燈最主要的功能就是照明，因此在使用過程中對于人的眼睛的影響至關重要。 臺燈的光源分為三大類：白熾燈、 鹵鎢燈和熒光燈。無論哪種光源，在光學性能上均要求：遮光性；照度要求；照度的均勻度要求。只有確保這三點基本的光學性能要求，才能減緩眼睛的疲勞，才能稱得上臺燈。1.2：臺燈行業(yè)的國內外現(xiàn)狀 國內現(xiàn)狀。 我國臺燈的普及率很高，但由于存在體積大，依賴固定電源而無法斷電使用等缺陷，為我國的臺燈行業(yè)提供了很大的發(fā)展空間。

11、目前，國內市場上的臺燈種類樣式繁多，按燈泡的類別分為：白熾燈、節(jié)能燈、 led燈 。隨著當前全球經濟的發(fā)展，越來越突顯出資源短缺和環(huán)境污染問題，全球能源與環(huán)保壓力已越來越大。在此背景下，世界各國的節(jié)能環(huán)保意識正逐步增強，節(jié)能減排、環(huán)境保護已經成為當前市場和產業(yè)發(fā)展環(huán)境的主流趨勢。led燈逐漸成為新世紀的寵兒。1991年1月美國環(huán)保局首先提出實施“綠色照明”和推進“綠色照明工程”的概念，很快得到聯(lián)合國的支持和許多發(fā)達國家和發(fā)展中國家的重視，積極采取相應的政策和技術措施，推進綠色照明工程的實施和發(fā)展。在此過程中，led作為革命性的技術創(chuàng)新被引入照明應用領域。led(lighting emittin

12、g diode)即發(fā)光二極管，亦稱固態(tài)照明，是指用固態(tài)發(fā)光器件作為光源的照明。它是利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料，在半導體中通過載流子發(fā)生復合放出過剩的能量而引起光子發(fā)射，直接發(fā)出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色的光。led光源具有高節(jié)能、環(huán)保、壽命長、色彩豐富、耐震動、可控性強等特點，led照明產品就是利用led光源制造出來的照明器具?；诟呖萍夹酒夹g的研發(fā)和應用，led照明主要包含如下技術特性：(1)環(huán)保：a、由于led不含汞等有害氣體，所以沒有污染； b、其廢棄物可回收。(2)節(jié)能：led電能消耗僅相當于傳統(tǒng)白熾燈具的20%左右，熒光燈的50%。(3)壽命長：led理論使用壽命長達10

13、萬小時，實際使用中的產品的壽命也可達到5萬小時左右，是傳統(tǒng)燈具的十倍。(4)使用電壓低：工作電壓在安全電壓以下，便于在可靠性和安全性要求較高的各種照明場合使用。 由于led燈具有體積小 、 耗電低、 使用壽命長、 無毒環(huán)保、 安全可靠等諸多優(yōu)點，使得led燈具從室外裝飾，景觀照明，逐漸發(fā)展到家用照明，led臺燈也來越來多，但是盡管led臺燈發(fā)展迅速，臺燈市場發(fā)展空間大，但是目我國臺燈產業(yè)發(fā)展仍存在諸多問題。通過大量的市場分析，價格較高的臺燈大多來自國外，而國內的臺燈價格普遍偏低，而個別高價格的國內臺燈不是因為設計獨特而是因為材料的昂貴或工藝的特點，也就是說國內目前臺燈技術還停留在一個較低的水平

14、，目前市場上的臺燈大多數還是只有簡單的照明功能，這與日益發(fā)展的社會及與時俱進的需要不相符，既然溫飽已經解決，追求高質量生活已經是勢在必行。而智能化則是當下的發(fā)展主題。隨著智能化研究的深入，各種智能化產品已經走入了人們的世界，但是臺燈的智能化程度還遠遠不夠。作為一種與人們接觸較多的家電，以人為本的設計理念還應該更加深入的滲透進去，目前大多數的臺燈都是普通分級亮度控制，該類臺燈不能根據環(huán)境光強自動調節(jié)亮度，對于使用者來說有時候會顯得過亮，有時候又顯得不夠亮，顯然不夠方便，對于眼睛傷害比較大。而且臺燈的控制還停留在臺燈的按鈕控制上，顯然缺少靈活性。1.3：臺燈行業(yè)的國外現(xiàn)狀 歐洲各國的燈具設計一直引

15、領世界潮流。如意大利的臺燈設計除著重體現(xiàn)產品的內在質量外，還注重人和產品之間產生情感上的共鳴。 荷蘭的飛利浦很早就重視 “以人為本” 的原則。 亞洲的松下和東芝等企業(yè)在照明產品的研發(fā)上也都位居世界前列。相比較于中國，國外的一些臺燈更加注重用戶體驗，這是值得我們去學習借鑒的。1.4：臺燈發(fā)展總趨勢及本次設計任務 在科技高速發(fā)展的浪潮下，人文理念已經成為不可逆轉的主流，世界多元化，產品多樣化，作為家電之一的臺燈也會隨大流發(fā)展。首先是臺燈的材料問題，由于led節(jié)能，環(huán)保的突出優(yōu)點，led將會很快占據市場，成為燈具產業(yè)的頂梁柱。在極為有利的政策帶動下，國內led照明產業(yè)發(fā)展環(huán)境樂觀，市場潛力巨大。再基

16、于led發(fā)光效率不斷突破傳統(tǒng)光源的限制，為led進軍照明產業(yè)提供了技術保證。而從市場需求角度，led對傳統(tǒng)照明市場的替代效應也會極大激發(fā)led照明市場的需求，led照明產業(yè)極具誘惑力的市場“大蛋糕”已逐步呈現(xiàn)。另外，多元化臺燈也是臺燈發(fā)展的大趨勢，臺燈已經不單單是像過去那樣僅僅是低端的照明，不管從外觀上還是功能上，臺燈都將有長足的發(fā)展。從控制上，臺燈走向智能化也不可避免，這些都是為了滿足人類日益增加的高質量生活需求。因此，為了順應時代的潮流及改善國內臺燈發(fā)展緩慢的情況，智能化臺燈的道路勢在必行，現(xiàn)設計一款紅外感光智能化led臺燈，該臺燈能根據環(huán)境光強自動調節(jié)亮度，并且能在人不在的時候自動關閉，

17、這些都符合當下節(jié)能和以人為本的主題。另外該臺燈還配備了紅外遙控功能，使得臺燈的控制更加方便。第2章：設計基礎知識介紹2.1：單片機stc89c52rc的介紹2.1.1：stc89c52rc簡介 stc89c52是stc公司生產的一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程flash存儲器。stc89c52使用經典的mcs-51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單晶片上，擁有靈巧的8 位cpu 和在系統(tǒng)可編程flash，使得stc89c52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。2.1.2：stc89c52rc引腳介紹： vcc：供

18、電電壓。 gnd：接地。 p0口：p0口第一功能為一個8位漏極開路性的雙向i/o口，第二功能是在訪問外部存儲器時，分時提供低8位地址和8位雙向數據總線。 p1口：p1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向i/o口。 p2口：p2口第一功能為一個內部上拉電阻的8位雙向i/o口，第二功能是在訪問外部存儲器時，輸出高8位地址。 p3口：p3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。 rst：復位輸入。當rst端保持rst腳兩個機器周期的高電平時間時完成復位操作。 ale/：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。 psen：外部程序存儲器的選通信號

19、端。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次psen有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的psen信號將不出現(xiàn)。 /vp：當保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 xtal2：反向振蕩器的輸出,如采用外部時鐘源驅動器件，應不接。2.1.3：單片機引腳圖stc89c52rc引腳圖見圖：產品特點 hc-sr501是基于紅外線技術的自動控制模塊，采用德國原裝進口lh1778探頭設計，靈敏度高，可靠性強。2.2

20、.2：主要功能特點 （1）全自動感應：人進入感應范圍則輸出高電平，人離開感應范圍則輸出低電平。 （2）兩種觸發(fā)方式： a:不可重復觸發(fā)方式：感應輸出高電平后延時一段時間，延時結束后輸出低電平。 b：可重復觸發(fā)方式：感應出高電平后，在延時的這一段時間內，若是有人體在感應范圍內，則輸出一直保持高電平，直到人離開后變成低電平，本次設計采用的就是這種觸發(fā)方式。 圖2.1： stc89c52rc引腳圖2.2:hc-sr501介紹 （3）具有封鎖時間：模塊感應人體后一段時間內不接受任何信號（默認2.5s），此功能可以實現(xiàn)感應輸出時間和封鎖時間兩者的間隔工作，有利于抑制各種干擾信號。 （4）工作電壓范圍4.

21、5v-20v，靜態(tài)電流50ua，可與各種電路實現(xiàn)對接。2.2.3：工作原理 hc-sr501由lh1778熱釋電紅外傳感器和biss0001組成，lh1778通過目標與背景的溫差來探測目標，其工作原理是利用熱釋電效應，即在鈦酸鋇一類晶體的上、下表面設置電極，在上表面覆以黑色膜，若有紅外線間歇地照射，其表面溫度上升t，其晶體內部的原子排列將產生變化，引起自發(fā)極化電荷，在上下電極之間產生電壓u。常用的熱釋電紅外線光敏元件的材料有陶瓷氧化物和壓晶體管，如鈦酸鋇、鉭酸鋰、硫酸三甘肽及鈦鉛酸鉛等。熱釋電紅外傳感器內部由光學濾鏡、場效應管、紅外感應源(熱釋電元件)、偏置電阻、emi電容等元器件組成。而bi

22、ss0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路。它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構成被動式的熱釋電紅外開關。熱釋電紅外傳感器和biss0001組合電路如圖2.2，hc-sr501的實物圖如2.3所示。圖2.2: 組合電路圖2.3： hc-sr501實物圖2.3.：pcf8591的介紹2.3.1：pcf8591簡介 pcf8591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i2c總線界面。pcf8591的3個地址引腳a0, a1和a2可用于硬件地址編程，允許在同個i2c總線上接入8個pcf8591器件，而無

23、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。2.3.2：功能 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。本設計利用pcf8591的模數轉化功能，將采集的模擬電壓信號轉化為數字信號以便進行光強的自動調節(jié)。2.3.3：引腳注釋 pcf8591各個引腳作用如下： ain0ain3：模擬信號輸入端。 a0a2：引腳地址端。 vdd、vss：電源端。（2.56v） sda、scl：i2c 總線的數據線、時鐘線。 osc：外部時鐘輸

24、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：基準電源端。 該芯片的引腳圖如圖2.4圖2.4： pcf8591 2.4：總線收發(fā)器74hc245介紹2.4.1：74hc245簡介 74hc245是方向可控的八路緩沖器，主要用于實現(xiàn)數據總線的雙向異步通信。為了保護脆弱的主控芯片，通常在主控芯片的并行界面與外部受控設備的并行界面間添加緩沖器。當主控芯片與受控設備之間需要實現(xiàn)雙向異步通信時，自然就得選用雙向的八路緩沖器了，245就是面向這種需求的。常見于同并口液晶屏、并口打印機、并口傳感器或通訊

25、模塊等設備的界面上。本次設計中運用這個芯片做驅動電路。2.4.2“74hc245引腳 74hc245各個引腳作用如下： 第1腳dir，為輸入輸出端口轉換用，dir=“1”高電平時信號由“a”端輸入“b”端輸出，dir=“0”低電平時信號由“b”端輸入“a”端輸出。 第29腳“a”信號輸入輸出端，a0=b0，a7=b7，a0與b0是一組，如果dir=“1”oe=“0”則a1輸入b1輸出，其他類同。如果dir=“0”oe=“0”則b1輸入a1輸出，其他類同。 第1118腳“b”信號輸入輸出端，功能與“a”端一樣，不再描述。 第19腳oe，使能端，若該腳為“1”a/b端的信號將不導通，只有為“0”時

26、a/b端才被啟用，該腳也就是起到開關的作用。 第10腳gnd，電源地。 第20腳vcc，電源正極。 引腳圖如圖2.52.5：紅外接收探頭hs0038的介紹 紅外接收探頭，接收紅外信號頻率為38khz，周期約26s，在本次設計中作為紅外遙控的接收裝置，實物圖見圖2.6圖2.5： 74hc245圖2.6： hs0038第3章：設計思想及硬件電路設計3.1：設計思想 本設計是基于單片機stc89c52rc的紅外感光智能led臺燈，人體感應部分的核心模塊是hc-sr501，當人體靠近時該模塊輸出高電平，沒人時則輸出低電平，當單片機檢測到人體信號時啟動自動調光功能，無人時則關閉自動調光環(huán)節(jié)。進入調光模塊

27、后，由光敏電阻和pcf8591組成的調光模塊檢測環(huán)境亮度，并且將檢測到的光強轉化為模擬電信號，通過pcf8591的ad轉化功能轉化為數字信號，將數字信號與設定值比較，進而根據比較結果調節(jié)燈的亮度，其中燈的亮度由12個led燈決定，即用12個led代替燈的連續(xù)亮度變化。從而實現(xiàn)臺燈的自動調節(jié)功能。 除此之外，本設計還兼顧了廣大用戶的某些場合下的特殊需求而設置了手動調節(jié)環(huán)節(jié)，手動調節(jié)分為按鍵調節(jié)和遙控調節(jié)，這極大增強了臺燈控制的靈活性，其中遙控調節(jié)由紅外遙控器和紅外接收管hs0038組成，紅外接收管接收遙控器發(fā)出的鍵值信號，單片機通過識別不同鍵值信號進行相應的回應，進而控制臺燈的動作。3.2：單片

28、機最小系統(tǒng)的設計3.2.1：單片機最小系統(tǒng)組成 單片機最小系統(tǒng)由單片機，電源電路，晶振電路，復位電路四部分組成。其中單片機起控制作用，電源電路負責提供5v穩(wěn)定直流電壓，晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號，復位電路則是復位系統(tǒng)的作用。3.2.2：電源電路 電源信號為5v，取自usb界面，usb插座為a型，設計電路圖如圖3.1。 圖3.1：電源電路3.2.3：晶振電路 晶振選用的是11.0592mhz晶振，兩端分別連到單片機的xtal1和xtal2，電路圖如圖3.2。3.2.4：復位電路 復位電路有上電復位和按鍵手動復位兩種。 （1）上電復位：上電復位利用電容器的充電實現(xiàn)。在時鐘電路工作后，在r

29、st端連續(xù)給出兩個機器周期的高電平就可完成復位操作。 （2）手動復位：當按下復位鍵后，復位端通過電阻和+5v電源接通，電容迅速放電，是rst引腳為高電平；當復位按鍵彈起后，+5v電源通過電阻對電容重新充電，rst引腳端出現(xiàn)復位正脈沖。其持續(xù)時間取決于rc電路的時間常數，從而實現(xiàn)手動復位。復位電路如圖3.3所示。 圖3.2：晶振電路 圖3.3：復位電路3.3：hc-sr501模塊電路 人體輻射的紅外線中心波長為910um，而熱釋電紅外線傳感器的波長靈敏度在0.220um范圍內幾乎穩(wěn)定不變，所以實際系統(tǒng)中常采用的是熱釋電紅外線傳感器。熱釋電紅外線傳感器主要是以非接觸的形式對人體輻射的紅外線進行檢測

30、，將檢測到的紅外光譜轉變成微弱的電信號，然后通過放大電路將微弱的電信號放大，最后經單片機處理以達到驅動電路從而達到使感應燈泡發(fā)光的效果。由于hc-sr501輸出端直接接單片機i/o口會有干擾，因此在此搭建一個三極管電路，從而消除干擾。電路圖如圖3.4所示。圖3.4：hc-sr501電路 該電路具體分析如下：當檢測到有人靠近時，out輸出高電平1，未檢測到時輸出低電平0，當out為1時，三極管導通，hw為0，當out為0時，三極管沒有導通，hw為1，即檢測到有人時單片機口接收到低電平，反之接收到高電平。 檢測電路程序思想是當檢測到人體靠近時，進入自動調光環(huán)節(jié)，由于hc-sr501只有在人體動作時

31、才會輸出高電平信號，為了排除人體短時間內一直保持靜止狀態(tài)而產生的誤判斷，一旦檢測到人體動作后延時一段時間，在這段延時時間內若一直檢測不到人體動作則視為人離開，臺燈關閉并在此進入檢測環(huán)節(jié)。若在延時時間內檢測到人體動作，則重新進入延時。程序框圖如圖3.5所示。 檢測開始 人體動作？ 進入調光模塊，延時一段時間，并在 這段時間內不斷檢測 圖3.5：檢測流程圖3.4：調光模塊電路 調光電路由一個光敏電阻和pcf8591芯片組成，光敏電阻的型號選用5516，該模塊的基礎是光敏電阻具有光照越強，電阻越小的特性，采集光敏電阻一端的電壓值，將此電壓值送入pcf8591，通過ad轉化轉化為數字信號，數字信號范圍

32、為 00xff 。 該電路具體分析如下：將光敏電阻一端的電信號送入ain1，通過ad轉換轉化為數字信號，將數字信號與設定的數值相比較，從而讓燈顯示不同的亮度。數據寫入和數據讀取過程都是通過scl（時鐘總線）和sda(數據總線）實現(xiàn)的。sda與scl構成iic總串行總線，可發(fā)送和接收數據，iic總線是philips公司推出的芯片間串行傳輸總線，以兩根連線即可實現(xiàn)完善的全雙工同步數據傳送，具有規(guī)范完整、結構獨立和使用簡單的特點。圖3.6：調光模塊電路圖 iic總線協(xié)議最重要的是起始信號，終止信號和應答信號。起始信號和終止信號由主機產生，應答信號是每次傳輸完成一個字節(jié)數據后必須有的，用于確認傳輸是否

33、完成，主機向設備發(fā)一個字節(jié)數據后需要設備作應答，確認設備是否收到數據，主機收一個字節(jié)數據后需要向設備發(fā)一個應答信號，告訴設備數據是否收到。 （1）起始信號:在時鐘線保持高電平期間，數據線出現(xiàn)由高電平向低電平變化時啟動iic總線。 (2) 終止信號:在時鐘線保持高電平期間，數據線出現(xiàn)由低電平向高電平變化時停止i2c總線。 (3) 應答信號:應答信號在第9個時鐘位上出現(xiàn)，接收器輸出低電平為應答信號(a)，輸出高電平則為非應答信號(/a)。 iic數據傳輸:scl為高電平時將sda上數據發(fā)走，所以sda上數據必須在scl為高電平期間保持穩(wěn)定，iic總線首先傳輸的是數據最高位，最后是最低位。起始信號，

34、終止信號時序圖如圖3.7所示，數據傳輸時序圖如圖3.8所示。 3.5：紅外遙控模塊電路 紅外遙控電路由紅外發(fā)射與紅外接收兩部分組成，紅外發(fā)射即遙控器，紅外接收即紅外接收頭hs0038，hs0038接收到遙控器的鍵值，然后將鍵值與設定的值比較，從而控制臺燈工作。紅外發(fā)射電路如圖3.9所示，很顯然，當txd1=0時，數據將被發(fā)射出去。紅外遙控電路圖如圖3.10所示。圖3.7：起始信號，終止信號時序圖圖3.8：數據傳輸時序圖 圖3.9： 紅外發(fā)射電路圖3.10： 紅外遙控電路3.6：發(fā)光電路的設計 發(fā)光電路圖如圖3.11（a),3.11(b),3.11(c)所示。由于單片機的驅動能力很弱，因此單片機

35、在此電路中只做控制。為了保護脆弱的主控芯片，通常在主控芯片的并行界面與外部受控設備的并行界面間添加緩沖器。當主控芯片與受控設備之間需要實現(xiàn)雙向異步通信時，自然就得選用雙向的八路緩沖器了，74hc245就是面向這種需求的。常見于同并口液晶屏、并口打印機、并口傳感器或通訊模塊等設備的界面上。因此，本次驅動元件選用74hc245。由電路圖可知，當單片機上a0a3或者d0d3上任意一個i/o口為低電平時，對應的led就會導通。圖3.11（a）： 發(fā)光電路圖圖3.11（b）： 發(fā)光電路圖圖3.11（c）： 發(fā)光電路圖第4章：軟件部分4.1：軟件思路總述 在完成硬件電路后軟件的設計成了整個設計的核心問題，

36、本次設計默認模式是自動調控模式，也就是說開啟臺燈馬上進入人體檢測，若檢測到有人靠近即進入自動調光，在這不斷的檢測之中插入按鍵及遙控的掃描，如果檢測到遙控或者按鍵動作則優(yōu)先進入相應的處理程序，按鍵和遙控鍵各有三個，相對應的功能分別是開關、模式調節(jié)、臺燈亮度調節(jié)，開關即臺燈的總開關，開關關閉則臺燈滅，無法對臺燈進行任何調節(jié)，模式調節(jié)負責在自動和手動兩種方式之間調節(jié)，臺燈亮度調節(jié)只有在手動模式下才能生效，用以手動調節(jié)臺燈亮度，亮度分為四檔。4.2：pcf8591的a/d轉化的實現(xiàn)4.2.1：pcf8591程序介紹 pcf8591程序是基于iic協(xié)議的通信程序，它分為讀與寫兩個部分。寫程序包括了開始信

37、號（iicstart），寫字節(jié)（iicsendbyte），結束信號（iicstop）及應答信號（ack=0），讀程序包括了開始信號（iicstart），寫字節(jié)（iicsendbyte），結束信號（iicstop），應答信號（ack=0）和非應答信號（ack=1）。4.2.2:iicstart程序 iicstart的時序圖如圖4.1所示，由時序圖可知，當scl為高點平時，sda由高電平到低電平的跳變?yōu)槠鹗夹盘?，且對高低電平持續(xù)時間有要求，具體過程如下：sda=1，scl=1，延時5us，sda=0，scl=0，延時5us。圖4.1：iicstart時序圖4.2.3:iicstop程序 iicst

38、op的時序圖如圖4.2所示，由時序圖可知，當scl為高點平時，sda由低電平到高電平的跳變?yōu)榻K止信號，且對高低電平持續(xù)時間有要求，具體過程如下：sda=0，scl=1，延時5us，sda=1，延時5us。圖4.2：iicstop時序圖4.2.4：iicsendbyte程序 sda上傳輸的數據必須在scl為高電平期間保持穩(wěn)定，只有當scl=0時sda允許變化，由iic協(xié)議知，寫數據總是先寫入高位，最后寫入低位。4.2.5：應答信號ack應答信號（ack）：處理器把數據發(fā)給外接iic設備，如何知道iic設備數據已經收到呢？就需要外接iic設備回應一個信號給處理器。處理器發(fā)完8bit數據后就不再驅動

39、總線了（sda引腳變輸入），而sda和sdl硬件設計時都有上拉電阻，所以這時候sda變成高電平。那么在第8個數據位，如果外接iic設備能收到信號的話接著在第9個周期把sda拉低，那么處理器檢測到sda拉低就能知道外接iic設備數據已經收到。其時序圖如圖4.3所示。其具體過程如下：sda=1,scl=0，延時2us，scl=1，延時5us，if（sda=0),則產生應答信號，sda=1,scl=0。4.2.6：非應答信號ack 在讀程序結束時設備發(fā)出非應答信號（ack=1)，表明讀取結束。其時序圖如圖4.4所示。 圖4.3：應答信號時序圖 圖4.4：非應答信號時序圖4.2.7：iicreadby

40、te程序 iicresadbyte和iicwritebyte一樣，也是從高位先讀取數據，最后讀低位。4.2.8：寫數據writeiic iic總線系統(tǒng)中的每一片 pcf8591通過發(fā)送有效地址到該器件來啟動。該地址包括固定部分和可編 程部分?？删幊滩糠直仨毟鶕刂芬_ a0、a1 和 a2 來設置。iic總線協(xié)議中地址必須是起始條件后作為第一個位元組發(fā)送。地址字節(jié)的最后一位是用于設置以后數據傳輸方向的讀/寫位。如圖4.5所示，由于a0，a1，a2都接地，即都為0，寫的時候最后一位為0，即寫數據時寫的第一個位元組為0x90。發(fā)送到 pcf8591 的第二個位元組將被存儲在控制寄存器，用于控制器件

41、功能。 控制寄存器的高半字 節(jié)用于允許模擬輸出，和將模擬輸入編程為單端或差分輸入。低半字節(jié)選擇一個由高半字節(jié)定義的 模擬輸入通道 。如果自動增量（auto-increment）標志置 1，每次 a/d 轉換后通道號將自動 增加。 如果自動增量（auto-increment）模式是使用內部振蕩器的應用中所需要的，那么控制字中模擬輸出 允許標志應置 1。 這要求內部振蕩器持續(xù)運行， 因此要防止振蕩器啟動延時的轉換錯誤結果。 模擬輸 出允許標志可以在其他時候復位以減少靜態(tài)功耗。 選擇一個不存在的輸入通道將導致分配最高可用的通道號。所以，如果自動增量（auto-increment） 被置 1，下一個被

42、選擇的通道將總是通道 0。兩個半字節(jié)的最高有效位（即 bit 7 和 bit 3）是留給未來 的功能，必須設置為邏輯 0。控制寄存器的所有位在上電復位后被復位為邏輯 0。d/a 轉換器和振蕩 器在節(jié)能時被禁止。模擬輸出被切換到高阻態(tài)。其控制字的各個位如圖4.6所示，其中d0，d1是通道選擇位，本設計選擇01，d2為增量允許位，為1時，每對一個通道轉換后自動切換到下一個通道進行轉換，為0是不進行自動轉換。本設計選擇0，d3是固定位為0，d4，d5為模擬量輸入方式選擇位，00：輸入方式0，四路單端輸入；01：輸入方式1，三路差分輸入；10：輸入方式2，二路單端輸入，一路差分輸入；11：輸入方式3，

43、二路差分輸入，本設計選擇輸入方式0，d6為模擬輸出允許位，本設計置1，d7為固定位0，因此第二個位元組應發(fā)送0x41。圖4.5：地址圖4.6：控制字4.2.9：讀數據readiic 由上可知地址的讀寫方式和控制字的讀寫方式，讀數據的第一個位元組寫入0x91，然后是讀取數據。4.3：紅外遙控的實現(xiàn)4.3.1：nec協(xié)議 nec協(xié)議是眾多紅外遙控協(xié)議的其中一種，通過該協(xié)議實現(xiàn)了遙控器的紅外通信功能。nec編碼的一幀由引導碼，地址碼，地址反碼，數據碼，數據反碼組成，如圖4.7所示，把地址碼和數據碼取反的作用是加強數據的正確性。圖4.7：nec協(xié)議4.3.2：引導碼與連發(fā)碼 引導碼顧名思義就是起始碼，

44、引導碼一來，數據輸送就開始了，在nec協(xié)議中，引導碼是由9ms高電平+4.5ms低電平組成，如圖4.8所示。當一個鍵按下超過36ms，振蕩器使芯片啟動，將發(fā)射一組108ms的編碼脈沖,這108ms發(fā)射代碼由一個引導碼,低8位地址碼（9ms18ms）,高8位地址碼（9ms18ms）,8位數據碼（9ms18ms）和這8位數據的反碼（9ms18ms）組成。如果鍵按下超過108ms仍未松開，接下來發(fā)射的代碼將僅由起始碼（9ms）和結束碼（2.25ms）組成，這就是連發(fā)碼，連發(fā)碼波形如圖4.9所示。實際上人手的動作是很慢的，即使你快速的按下按鍵，可能對于芯片來說還是超過108ms，所以如何處理連發(fā)碼是很

45、關鍵的。圖4.8：引導碼 圖4.9：連發(fā)碼4.3.3：nec協(xié)議中的高低電平 當發(fā)射器按鍵按下后，即有遙控碼發(fā)出，所按的鍵不同遙控編碼也不同。這種遙控碼具有以下特征：采用脈寬調制的串行碼，以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進制的“1”，其波形如圖4.10所示。圖4.10：數據“1”和數據“0” 如圖可見，0與1前端的低電平持續(xù)都是0.56ms，那么就是后面的高電平持續(xù)時間不同，0為0.56ms，1為1.685ms，上述“0”和“1”組成的32位二進制碼經38khz的載

46、頻進行二次調制以提高發(fā)射效率，達到降低電源功耗的目的，然后再通過紅外發(fā)射二極管產生紅外線向空間發(fā)射。4.3.4：地址碼和數據碼 地址碼的作用是識別不同的遙控器，而數據碼則是指按鍵的鍵碼，值得注意的是，在hs0038接收端所有的碼都是以反碼形式接收到，例如引導碼在hs0038接收端為9ms低電平+4.5ms高電平，如圖4.11所示。圖4.11：引導反碼4.3.5：定時器的應用： 由于在nec協(xié)議中時間要求比較高，因此我選用定時器t0來采集時間。應用定時器的時候我們必須設定有關的寄存器，其中定時器/計數器模式控制寄存器tmod是一個逐位定義的8位寄存器，各個數據位如圖4.12所示。其中低四位（即d

47、0 d3）定義定時器/計數器t0，高四位（即d4 d7）定義定時器/計數器t1。各個位的定義與置位如下： gate=1時，與門的輸出信號k由intx輸入電平和trx位的狀態(tài)一起決定(即此時k=trx.intx)，當且僅當trx=1,intx=1(高電平)時，計數啟動；否則，計數停止。 當int0引腳為高電平時且tr0置位，tr0=1；啟動定時器t0； 當int1引腳為高電平時且tr1置位，tr1=1；啟動定時器t1。 gate=0時，或門輸出恒為1，與門的輸出信號k由trx決定(即此時k=trx)，定時器不受intx輸入電平的影響，由trx直接控制定時器的啟動和停止，本設計選gate=0。 當

48、tr0=1,啟動定時器t0。 當tr1=1,啟動定時器t1。 c/t=0時為定時功能: 加1計數器對脈沖f進行計數，每來一個脈沖，計數器加1，直到計時器tfx滿溢出。 c/t=1時為計數功能: 加1計數器對來自輸入引腳t0(p3.4)和t1(p3.5)的外信號脈沖進行計數，每來一個脈沖，計數器加1，直到計時器tfx滿溢出。本設計選擇c/t=0。 m1，m0：方式選擇，當m1=m0=0時為13位定時器/計數器，此時為方式0。 當m1=0，m0=1時為16位定時器/計數器，此時為方式1。當m1=1，m0=0時為自動重裝8位定時器/計數器，此時為方式2。當m1=m0=1時t0為2個8位計數器，此時為方式3，且t1無此方式。在這里選擇方式1。由此，tmod=0x01。 圖4.12：tmod寄存器 tcon是定時器控制寄存器，如圖4.13所示。 其各個位的定義與置位如下： tf0(tf1)計數溢出標志位，當計數器計數溢出時，該位置1 tr0（tr1）定時器運行控制位 當tr0（tr1）0 停止定時器/計數器工作 當tr0（tr1）1 啟動定時器/計數器工作ie0（ie1）外中斷請求標志位當cpu采樣到p3.2（p3.3）出現(xiàn)有效中斷請求時，此位由硬件置1。在中斷回應完成后轉向中斷服務時，再由