智能led照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書

1、. . . . 目錄1.引言22.方案論證3 2.1方案一42.2方案二52.3各方案的比較63.各電路設(shè)計(jì)和論證63.1 電源電路的方案設(shè)計(jì)與論證63.2信號(hào)采集部分電路的設(shè)計(jì)和論證73.3單片機(jī)部分電路的設(shè)計(jì)和論證113.4輸出部分電路的設(shè)計(jì)和論證144. 軟件設(shè)計(jì)154.1程序流程154.1.1系統(tǒng)主程序流程圖154.1.2傳感器子程序流程圖164.2程序174.2.1主程序174.2.2定時(shí)器中斷子程序184.2.3數(shù)據(jù)處理程序194.2.4 ADC0809連續(xù)對(duì)2個(gè)通道采樣程序195軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試195.1硬件調(diào)試195.2軟件調(diào)試206 附錄217參考文獻(xiàn)22高亮度LED樓道照明

2、燈電路的設(shè)計(jì)摘要：本系統(tǒng)以單片機(jī)80C51為核心部件，利用光線度檢測(cè)技術(shù)、光電傳感器接收技術(shù)并配合一套獨(dú)特的軟件算法實(shí)現(xiàn)了路燈自動(dòng)開關(guān)、聲光控制電路等功能。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，聯(lián)系實(shí)際路燈狀況，力求硬件線路簡(jiǎn)單，元件價(jià)格經(jīng)濟(jì)，充分發(fā)揮軟件編程方便靈活的特點(diǎn)，來滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、光明二極管、話筒、A/D轉(zhuǎn)換器、傳感器。1引言 隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已滲透到航天、國(guó)防、工業(yè)。農(nóng)業(yè)、日常生活等各個(gè)領(lǐng)域，成為當(dāng)今世界科技現(xiàn)代化不可缺少的重要工具和強(qiáng)有力武器。用單片機(jī)研制的各個(gè)智能化測(cè)量控制儀表周期短、成本低，在一起、儀表與機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。這次用單片機(jī)設(shè)計(jì)

3、制作一個(gè)走廊路燈控制系統(tǒng)。光控電路有著廣泛的應(yīng)用。比如城市中的路燈或樓道照明等一般都是由人工操作的,如果采用光控電路,根據(jù)光線的強(qiáng)弱來自動(dòng)開啟和關(guān)閉照明燈,做到無人自動(dòng)控制,可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,有效的節(jié)約能源。但光控電路有其缺陷,就是夜晚無光線的時(shí)候,照明燈將一直工作著,這樣會(huì)造成資源的浪費(fèi),也會(huì)縮短照明燈的壽命。 這時(shí)若在光控電路的基礎(chǔ)上添加一個(gè)聲控電路,使得照明電路在無光線的時(shí)候,只受聲音的控制,當(dāng)有腳步聲或其它較強(qiáng)聲響的時(shí)候,照明電路自動(dòng)工作。當(dāng)聲音消失的時(shí)候,照明燈自動(dòng)熄滅,這就需要在光控電路和聲控電路聯(lián)合工作的條件下添加一個(gè)延時(shí)電路,使照明燈點(diǎn)亮后,延時(shí)一定時(shí)間后自動(dòng)熄滅。 以上

4、電路的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，是通過RC震蕩來完成電路的延時(shí)作用，它沒有經(jīng)過單片機(jī)的控制，所以電路完成的功能有限而且也不是非常穩(wěn)定，所以我們把單片機(jī)加入走廊路燈控制電路能使得電路更加的完美和穩(wěn)定。如果在此電路基礎(chǔ)上加入ADC0809轉(zhuǎn)換器就可以拓展單片機(jī)的作用，使得電路的功能得到進(jìn)一步的提升，達(dá)到本課題的設(shè)計(jì)要求。使用這種照明電路,人們就不必在黑暗中摸索開關(guān),也不必再擔(dān)心點(diǎn)長(zhǎng)明燈費(fèi)電和損壞燈泡了。夜間只要有腳步聲或其它較強(qiáng)的聲響時(shí),燈便自動(dòng)點(diǎn)亮,延時(shí)一定時(shí)間后自動(dòng)熄滅。特別適用自動(dòng)控制路燈照明以與走廊和樓道等處的短時(shí)照明。 聲光控?zé)粼谑袌?chǎng)上是很常見的，我們生活中也有很多單位用著這種燈，在樓道上，在門廳口

5、，以與在各種人員流動(dòng)不太頻繁也不太稀少的地方，其原理是：利用聲音與光來共同控制燈的明滅，當(dāng)白天時(shí)(光線比較強(qiáng)烈時(shí))即便有再?gòu)?qiáng)的聲音，燈也不會(huì)亮，而當(dāng)夜晚時(shí)(光線達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí))聲控裝置才會(huì)真正的被啟動(dòng)年，而這時(shí)，就是這種“聲光控?zé)簟贝箫@身手的時(shí)候。即，當(dāng)有聲音響動(dòng)的時(shí)候，燈才會(huì)亮起來，如果是人們活動(dòng)，則有很強(qiáng)的適應(yīng)性與活動(dòng)性，當(dāng)沒人活動(dòng)的時(shí)候，也不會(huì)造成無端的能源浪費(fèi)。如果與普通的手動(dòng)燈比較，當(dāng)人在黑暗中的時(shí)候，很難找到開關(guān)的位置，亂找不一定能找到，甚至有時(shí)候會(huì)傷害到自己的人身安全(在黑暗中找不到方向，亂撞很可能會(huì)撞上對(duì)人體有害的東西，比如被硬物絆倒被摔傷，碰到尖銳的東西被割傷等)，而對(duì)于聲光

6、控?zé)魜碚f，人們只需要造出某種聲音，比如拍手，大喊一聲等，就可以啟動(dòng)聲光控控制燈，從而辦完自己想辦的事情(要延長(zhǎng)燈的亮著的時(shí)間得要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻發(fā)出聲音即延續(xù))。2 方案論證本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題為智能led照明控制系統(tǒng)，本人提供兩種設(shè)計(jì)方案如下：2.1 方案一運(yùn)用單片機(jī)，定時(shí)通過單片機(jī)的部定時(shí)器來完成。2.1.方案一電路的工作原理 聲光控照明電路還需要加上一個(gè)延時(shí)電路，才能使照明燈在夜晚工作了一定時(shí)間后自動(dòng)熄滅，否則，照明燈將會(huì)是長(zhǎng)明燈，這樣將造成資源的浪費(fèi)，也大大縮短了照明燈的壽命。聲光控延時(shí)開關(guān)的電路原理圖見圖1所示。電路中的主要元器件是使用了數(shù)字集成電路cd4011，其部含有4個(gè)獨(dú)立的與非門vd

7、 1vd4，使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠性高。圖1 聲光控延時(shí)開關(guān)的電路原理圖為了使聲光控開關(guān)在白天開關(guān)斷開，即燈不亮，由光敏電阻rg等元件組成光控電路，r5和rg組成串聯(lián)分壓電路，夜晚環(huán)境無光時(shí)，光敏電阻的阻值很大，rg兩端的電壓高，即為高電平間t=2r8c3，改變r(jià)8或c3的值，可改變延時(shí)時(shí)間，滿足不同目的。vd3和vd4構(gòu)成兩級(jí)整形電路，將方波信號(hào)進(jìn)行整形。當(dāng)c3充電到一定電平時(shí)，信號(hào)經(jīng)與非門vd3、vd4后輸出為高電平，使單向可控硅導(dǎo)通，電子開關(guān)閉合；c3充滿電后只向r8放電，當(dāng)放電到一定電平時(shí)，經(jīng)與非門vd3、vd4輸出為低電平，使單向可控硅截止，電子開關(guān)斷開，完成一次完整的電子開關(guān)由開

8、到關(guān)的過程。二極管vd1vd4將交流220v進(jìn)行橋式整流，變成脈動(dòng)直流電，又經(jīng)r1降壓，c2濾波后即為電路的直流電源，為bm、vt、ic等供電。用聲光控延時(shí)開關(guān)代替住宅小區(qū)的樓道上的開關(guān)，只有在天黑以后，當(dāng)有人走過樓梯通道，發(fā)出腳步聲或其它聲音時(shí)，樓道燈會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮，提供照明，當(dāng)人們進(jìn)入家門或走出公寓，樓道燈延時(shí)幾分鐘后會(huì)自動(dòng)熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會(huì)亮，可以達(dá)到節(jié)能的目的。聲光控延時(shí)開關(guān)不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓、教學(xué)樓等公共場(chǎng)所，它具有體積小、外形美觀、應(yīng)用廣泛、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。2.1.1.單片機(jī)控制部分電路單片機(jī)控制模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)選用我們常用的AT89C51

9、。無論是信號(hào)采集還是信號(hào)輸出都要經(jīng)過單片機(jī)的出來。另外定時(shí)也是通過單片機(jī)的定時(shí)來做，這樣可以減少外部元器件的數(shù)量。2.1.2.信號(hào)采集部分電路的設(shè)計(jì)判斷外界光線采用光敏電阻，利用集成運(yùn)放LM324將電阻輸出的電壓轉(zhuǎn)換成TTL電平以供單片機(jī)處理。檢測(cè)外界聲音的使用微型話筒，信號(hào)處理方法和光敏電阻出來的信號(hào)處理方法類似，并且下文有詳細(xì)的介紹，在這里就不多作介紹。系統(tǒng)組成框圖如圖2所示：路燈單片機(jī)光敏電阻與處理電路繼電器蜂鳴器話筒與其信號(hào)處理電路圖2 信號(hào)采集部分電路系統(tǒng)組成框圖光敏電阻接在P1.0上，話筒接在P1.1上，繼電器接在P1.2上，蜂鳴器接在P1.3上。房單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，單片機(jī)會(huì)不停的掃描

10、P1.0和P1.1口上的邏輯狀態(tài)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)IO口發(fā)生改變時(shí)，立即使判斷是光敏電阻發(fā)生的信號(hào)，還是話筒的信號(hào)。發(fā)送在P1.2或者P1.3IO口上輸出控制信號(hào)區(qū)控制繼電器動(dòng)作或者控制蜂鳴器蜂鳴。如果是要打開路燈，那么單片機(jī)的部定時(shí)器就開始工作每當(dāng)定時(shí)時(shí)間到了以后就會(huì)立即關(guān)閉路燈。這就是方案二的工作過程。2.2 方案二用A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809，由單片機(jī)去判斷外界的環(huán)境。2.2.1方案二 方案二的組成框圖如圖3所示繼電器ADC0809AT89C51光敏電阻與其處理電路蜂鳴器話筒與其信號(hào)處理電路圖3 方案二的組成框圖方案二的主體電路和方案一類似，但是方案二中比方案一多了一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器ADC080

11、9，光敏二極管或者話筒輸出的信號(hào)不是直接輸入到單片機(jī)，而是經(jīng)過ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后再輸入到單片機(jī)。方案二中單片機(jī)收到的是經(jīng)過簡(jiǎn)單判斷的光線或者聲音信號(hào)了，這種工作狀態(tài)單片機(jī)永遠(yuǎn)只知道兩種狀態(tài)。而方案二單片機(jī)可以具體的知道外界光線的強(qiáng)弱或者外界的聲音大小。這樣方案二在處理輸入信號(hào)上更具有優(yōu)勢(shì)。同時(shí)由于加入ADC0809轉(zhuǎn)換器，可以對(duì)輸入的光線信號(hào)和聲音信號(hào)從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，這樣可以具體的判斷出外界的環(huán)境情況，可以知道外界光線的具體強(qiáng)度大小和外界具體聲音的強(qiáng)弱，這樣使得走廊路燈具有功能更加強(qiáng)大的只能控制，開燈外界光線的強(qiáng)度和關(guān)燈外界光線的強(qiáng)度有一個(gè)差值，同樣開燈外界聲音的大小和

12、關(guān)燈外界聲音的大小也具有一個(gè)差值，具有降低誤差的功能。2.3兩個(gè)方案比較在這兩個(gè)方案中方案一運(yùn)用了單片機(jī)，定時(shí)通過單片機(jī)的部定時(shí)器來完成，電路有了邏輯分析的能力，由于該方案前面的輸入只有0和1兩種狀態(tài)所以該電路在處理光線或者聲音在臨界狀態(tài)不斷變化的情況會(huì)遇到比較大的麻煩，所以設(shè)計(jì)出方案二，方案二是用ADC0809可以由單片機(jī)去判斷外界的環(huán)境是什么樣子的，方案一處理不了的情況。所以放棄了方案一而選擇了方案二。3各電路設(shè)計(jì)和論證下面詳細(xì)對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所考慮的方案進(jìn)行初步的論證和簡(jiǎn)要的分析。3.1 電源電路的方案設(shè)計(jì)與論證由于但路中需要12V和5V兩種電壓，所以分別采用三端穩(wěn)壓器7812和7805輸

13、出者兩種電壓，7812 的輸入端電壓有市電220VAC變換而來。電路圖如下：圖4 電源電路原理圖電源部分使用220V到15V的交流電壓然后經(jīng)過全橋?yàn)V波。為了防止電路因?yàn)橐馔馇闆r導(dǎo)致電路電流過大，我們使用額定電流為500mA的保險(xiǎn)絲來防止電路出現(xiàn)短路的情況。做到更加安全。電源變壓器選用額定電壓15v，功率容量2W變壓器，輸出電壓經(jīng)橋式整流電路整流后電壓是：U = 1.2 * UO該處電壓雖然已經(jīng)是直流但仍有較大波動(dòng)，加裝兩只10000UF電容后將會(huì)獲得平滑穩(wěn)定的直流電壓，此時(shí)電壓為： U=1.4UO值得一提的是，為了進(jìn)一步濾除電路中可能存在的高頻干擾分量，還要在主濾波電容上并聯(lián)兩只104p磁片電

14、容，將干擾盡可能旁路到地。之后將21V電壓送給三端穩(wěn)壓器7812輸出一個(gè)12V的電壓，供給繼電器使用。12V的電壓經(jīng)過濾波在經(jīng)過7805輸出一個(gè)5V的電壓給單片機(jī)部分電路供電。5V的電壓時(shí)12V經(jīng)過7805線性穩(wěn)壓器得到的，為單片機(jī)部分電路供電。3.2信號(hào)采集部分電路的設(shè)計(jì)和論證信號(hào)采集部分電路包括光信號(hào)采集和聲音信號(hào)采集兩個(gè)部分光信號(hào)采集部分電路：光信號(hào)采集部分電路由光敏電阻和信號(hào)處理電路組成，有圖5可以知道光敏電阻的信號(hào)從光敏電阻和電阻R3之間輸出，然后輸入集成運(yùn)放的2腳。集成運(yùn)放LM324組成的是一個(gè)加法電路，光敏電阻的輸出信號(hào)和由可調(diào)電阻R4，R3輸出信號(hào)相加。經(jīng)過該部分的電路處理光線

15、亮度信號(hào)將被處理成0-5V的電壓，輸入到ADC0809，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最后送入單片機(jī)進(jìn)行處理。圖5 光信號(hào)采集部分電路聲音信號(hào)部分電路： 由于話筒必須和一個(gè)10K的電阻串聯(lián)接到5V的電壓才能有信號(hào)的輸出，所以話筒的信號(hào)輸出電路的形式如圖6所示。由于輸入信號(hào)有很大的直流部分，所以必須使用一個(gè)隔離電容C6將直流成分隔離掉，然后送入到三極管Q3,Q4進(jìn)行信號(hào)的初步放大。下面的處理電路和光線信號(hào)的處理電路一樣，最終也是輸出一個(gè)0-5V的電壓，最后送入到單片機(jī)進(jìn)行處理。圖6 聲音信號(hào)部分電路A/D轉(zhuǎn)換工作原理：A/D轉(zhuǎn)換器是用來通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。模擬量可以是電壓、電流等電信號(hào)，也可以

16、是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號(hào)。但在A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號(hào)可以有8位、10位、12位和16位等。A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理主要介紹以下三種方法：逐次逼近法、雙積分法、電壓頻率轉(zhuǎn)換法。在集成電路器件中普遍采用逐次逼近型，現(xiàn)簡(jiǎn)要介紹下逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換的基本工作原理。逐次逼近法逐次逼近式A/D是比較常見的一種A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時(shí)間為微秒級(jí)。采用逐次逼近法的A/D轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、緩沖寄存器與控制邏輯電路組成，如圖3.2.3.1所示。基本原理是從高位到低位逐位試探比較，好像用天平

17、稱物體，從重到輕逐級(jí)增減砝碼進(jìn)行試探。逐次逼近法轉(zhuǎn)換過程是：初始化時(shí)將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時(shí)，先將逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比較器，稱為o，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量i進(jìn)行比較，若oi，該位1被保留，否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位為1，將寄存器中新的數(shù)字量送D/A轉(zhuǎn)換器，輸出的 o再與i比較，若oi，該位1被保留，否則被清除。重復(fù)此過程，直至逼近寄存器最低位。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。逐次逼近的操作過程是在一個(gè)控制電路的控制下進(jìn)行的。ADC0809簡(jiǎn)介: 1主要特性：8路8位A

18、D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位；具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?；轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s；單個(gè)5V電源供電；模擬輸入電壓圍05V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)；工作溫度圍為-4085攝氏度 ；低功耗，約15mW。 圖7 ADC0809部結(jié)構(gòu) 2模擬信號(hào)輸入IN0IN7： IN0-IN7 為八路模擬電壓輸入線，加在模擬開關(guān)上，工作時(shí)采用時(shí)分割的方式，輪流進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。3地址輸入和控制線 ：地址輸入和控制線共4 條，其中ADDA、ADDB 和ADDC 為地址輸入線，用于選擇IN0-IN7 上哪一路模擬電壓送給比較器進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE 線為高電平時(shí)，ADDA、ADDB和ADDC

19、三條地址線上地址信號(hào)得以鎖存，經(jīng)譯碼器控制八路模擬開關(guān)通路工作。4數(shù)字量輸出與控制線（11 條）：START 為“啟動(dòng)脈沖”輸入線，上升沿清零，下降沿啟動(dòng)ADC0809 工作。EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出線，該線高電平表示AD 轉(zhuǎn)換已結(jié)束，數(shù)字量已鎖入“三態(tài)輸出鎖存器”。D0-D7 為數(shù)字量輸出線，D7 為最高位。ENABLE 為“輸出允許”線，高電平時(shí)能使D0-D7 引腳上輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。5電源線與其他（5 條）：CLOCK 為時(shí)鐘輸入線，用于為ADC0809 提供逐次比較所需，一般為640kHz 時(shí)鐘脈沖。Vcc 為+5V 電源輸入線，GND 為地線。+VREF 和-VREF 為參考電壓輸入

20、線，用于給電阻網(wǎng)絡(luò)供給標(biāo)準(zhǔn)電壓。+VREF 常和VDD 相連，-VREF 常接地。ADC0809 芯片性能特點(diǎn): 是一個(gè)逐次逼近型的A/D 轉(zhuǎn)換器,外部供給基準(zhǔn)電壓;單通道轉(zhuǎn)換時(shí)間116us；分辨率為8 位,帶有三態(tài)輸出鎖存器,轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),可由CPU 打開三態(tài)門,讀出8 位的轉(zhuǎn)換結(jié)果;有8 個(gè)模擬量的輸入端,可引入8 路待轉(zhuǎn)換的模擬量。ADC0809 的數(shù)據(jù)輸出結(jié)構(gòu)是部有可控的三態(tài)緩沖器,所以它的數(shù)字量輸出信號(hào)線可以與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線直接相連。部的三態(tài)緩沖器由OE 控制,當(dāng)OE 為高電平時(shí),三態(tài)緩沖器打開,將轉(zhuǎn)換結(jié)果送出;當(dāng)OE 為低電平時(shí),三態(tài)緩沖器處于阻斷狀態(tài),部數(shù)據(jù)對(duì)外部的數(shù)據(jù)總線沒有影響

21、。因此,在實(shí)際應(yīng)用中,如果轉(zhuǎn)換結(jié)束,要讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果,則只要在OE 引腳上加一個(gè)正脈沖,ADC0809 就會(huì)將轉(zhuǎn)換結(jié)果送到數(shù)據(jù)總線上。在本系統(tǒng)中ADC0809 在電路中的連接如下圖所示，在模擬量之前加入濾波電路是為了使采集數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，對(duì)于模擬輸入通道，還需要采用一些消除干擾的措施，這點(diǎn)將在下一小節(jié)提到ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以與微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。6ADC0809的部邏輯結(jié)構(gòu) 由下圖可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8

22、個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。圖8 ADC0809的部邏輯結(jié)構(gòu)7ADC0809引腳結(jié)構(gòu)ADC0809各腳功能如下：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。GND：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負(fù)端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。（以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。OE：輸出允許

23、控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。8外部特性（引腳功能） ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖1323所示。下面說明各引腳功能。 IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 START： AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。 EOC： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)

24、AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一5V。 GND：地。 9ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)

25、據(jù)總線上。ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓圍是05V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。在本課題設(shè)計(jì)中ADC0809的通道選擇是通過A7、A8、A9來選擇的，A7、A8、A9與通道選擇關(guān)系為：A7A8A9IN0000IN1001IN2010IN3011IN4100IN5101IN6110IN7111光信號(hào)從IN0輸入，聲音信號(hào)從IN1輸入，所以光信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換地址70FFH，聲音信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換地址71FFH。ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束引腳EOC引腳接在單片機(jī)的IN0引腳上。所以這也就意味著既可以采用

26、中斷方式也可以使用查詢方式對(duì)ADC0809轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取操作。采用中斷方式可以節(jié)約大量的時(shí)間，這樣大大減輕了單片機(jī)的工作負(fù)擔(dān)。3.3單片機(jī)部分電路的設(shè)計(jì)和論證單片機(jī)部分使用的是AT89C51，我們對(duì)此款單片機(jī)非常熟悉，所以使用起來也相對(duì)熟練一些。下面是AT89C51的簡(jiǎn)介：AT89C51單片機(jī)部包含部件概括如下：一個(gè)8位CPU，一個(gè)片振蕩器與時(shí)鐘電路，ROM程序儲(chǔ)存器，RAM數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和64K外部程序存儲(chǔ)的控制電路，32條可編程的I/O總線（四個(gè)8為并行I/O端口），一個(gè)可編程全雙工串行口，具有5個(gè)中斷、2個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)。AT8

27、9C51用CHMOS工藝制造的單片機(jī)都采用雙列直插式（DIP）40腳封裝，端子信號(hào)完全一樣。這40根端子大致可分為：電源（Vcc、Vss、Vpp、Vpd）、時(shí)鐘（XTAL1、XTAL2）、I/O口（P0-P3）、地址總線（P0口、P2口）和控制總線（ALE、RST、/PROG、/PSEN、/EA）等幾部分。它們的功能簡(jiǎn)述如下：1電源：Vcc（端子號(hào)40），芯片電源，接+5V；Vss（端子號(hào)20），電源接地端。2時(shí)鐘：XTAL1（端子號(hào)18）、XTAL2（端子）分別是部振蕩電路反相放大器的輸入端、輸出端，是外接晶振的端子。3控制總線：ALE（端子號(hào)30）用來把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器；/ps

28、en（端子號(hào)29）外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)；RST（端子號(hào)9）復(fù)位信號(hào)輸入端；/EA為部程序存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器的選擇端；4I/O線：P0口（端子號(hào)32-39）單片機(jī)的雙向數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線；P1口（端子號(hào)1-8）雙向輸入/輸出口，用來驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載;P2口（端子號(hào)21-28）雙向輸入/輸出口，在訪問存儲(chǔ)器時(shí)，用作高8位地址總線；P3口（端子號(hào)10-17）雙向輸入輸出口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。P3口的每一個(gè)端子還有其他的功能。P3.0RXD：串行口輸入端；P3.1TXD：串行口輸出端；P3.2/INT0：外部中斷0中斷請(qǐng)求輸入端：P3.3/INT1：外部中斷1中斷請(qǐng)求輸入端：

29、P3.4T0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部輸入端;P3.5T1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部輸入端;P3.6/WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)；P3.7/RD：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)；5時(shí)鐘電力：AT89C51有一個(gè)高增益發(fā)相反放大器，其頻率圍為1.2MHz12MHz，XTAL1和XTAL2分別為放大器的輸入端和輸出端時(shí)鐘電路可以有部方式或外部外部方式。在本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的部方式，即利用芯片部的振蕩電路。AT89單片機(jī)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器

30、以與電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇瓷電容，電容值約為22F。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了與提高單片機(jī)的運(yùn)行速度，又能最大程度的保證單片機(jī)的 運(yùn)行速度，所以AT89C51的晶振使用12MHz。由此我們可以計(jì)算出AT89C51在該晶振下的時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令周期的計(jì)算方法如下：1指令周期CPU執(zhí)行一條指

31、令所用的時(shí)間稱為指令周期。一個(gè)指令周期由14個(gè)機(jī)器周期組成。2機(jī)器周期CPU執(zhí)行一個(gè)基本操作所用的時(shí)間稱為機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周期由6狀態(tài)S1S6組成，每個(gè)狀態(tài)由2時(shí)鐘脈沖組成，前一個(gè)脈沖叫相位P1，后一個(gè)脈沖叫相位P2，因此，一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)時(shí)鐘脈沖S1P1,S1P2S6P1,S6P2組成。3時(shí)鐘周期時(shí)鐘脈沖周期T為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主頻f的倒數(shù)，即：t=1/f。若系統(tǒng)主頻為12MHz，則T=1/12us。在80C51指令系統(tǒng)中，指令長(zhǎng)度為13個(gè)字節(jié)。在單字節(jié)和雙字節(jié)的指令中，除了乘法和除法指令為4周期外，都是單周期或雙周期的。三字節(jié)指令都是雙周期的。若系統(tǒng)主頻為12M，則單周期指令執(zhí)行的時(shí)間為1

32、2T=12*1/12=1us。雙周期指令執(zhí)行時(shí)間為24T=24*1/12=2us。6復(fù)位電路：復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。單片機(jī)的復(fù)位有上電復(fù)位和按鈕手動(dòng)復(fù)位兩種，本方案是采用兩種復(fù)位電路相結(jié)合。電容C3和電阻R2構(gòu)成了上電復(fù)位，當(dāng)開機(jī)上電時(shí)，電容C2的正端的電壓為5V，又因?yàn)殡娙輧啥说碾妷壕哂胁豢绍S變性，所以電容C3和電阻R2之間的電壓也為5V，所以單片機(jī)會(huì)復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，由于直流電壓無法通過電容，所以單片機(jī)的復(fù)位引腳相當(dāng)于通過電阻R2接地

33、，又因?yàn)閱纹瑱C(jī)的復(fù)位高電平的有效，所以單片機(jī)不會(huì)復(fù)位。按鍵S1、電阻R1、R2構(gòu)成了按鍵復(fù)位電路。在系統(tǒng)正常工作時(shí)，只要將按鍵按下，即可使單片機(jī)的復(fù)位引腳成高電平，單片機(jī)可復(fù)位。 在電路中采用了6個(gè)電容并聯(lián)，給單片機(jī)的電源進(jìn)行濾波，使單片機(jī)的電源更加平滑和穩(wěn)定，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在進(jìn)行PCB布板時(shí)，要注意將電容近貼著單片機(jī)放置。 單片機(jī)引腳的IO口的使用：P1.2和P1.3外接繼電器和蜂鳴器，P0口作為ADC0809的數(shù)據(jù)輸入口,P0和P2作為地址輸出口。圖9 單片機(jī)部分電路圖3.4輸出部分電路的設(shè)計(jì)和論證輸出部分的電路由繼電器和蜂鳴器構(gòu)成。繼電器電路的工作過程：由于繼電器是控制220VAC的

34、電壓，通過的電壓和電流相對(duì)較大，所以要選用功率較大的繼電器。在本課題的設(shè)計(jì)中使用的是12V的繼電器。繼電器室通過三極管Q1來控制，當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí)，三極管截止，繼電器線圈失電，常開觸點(diǎn)斷開常閉觸點(diǎn)閉合，路燈被關(guān)閉。當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通繼電器線圈得電，常開觸點(diǎn)閉合常閉觸點(diǎn)斷開，路燈被打開。因?yàn)槔^電器在動(dòng)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生高電壓脈沖干擾信號(hào)。為了消除這種影響，在繼電器線圈的的兩端并聯(lián)一個(gè)蓄流二極管1N4148，二極管的正極接在線圈的附極，二極管的負(fù)極接在線圈的正極，當(dāng)繼電器失電時(shí)電流從線圈的負(fù)極流向二極管的正極，然后再?gòu)恼龢O流到二極管的負(fù)極，之后再次流到線圈的正極，這樣使線圈上存儲(chǔ)的能量最

35、終消耗在線圈的部，達(dá)到保護(hù)其它部分電路的目的。蜂鳴器電路的工作過程當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí)，由于采用的是PNP型三極管，所以三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，蜂鳴器蜂鳴。當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí)三極管出于截至狀態(tài)，蜂鳴器停止蜂鳴。在本部分電路中采用PNP型三極管的原因是單片機(jī)輸出灌電流的能力要比輸出拉電流的能力強(qiáng)，所以采用PNP型三極管是電流從外部流向單片機(jī)。 圖10 蜂鳴器部分電源電路圖4. 軟件設(shè)計(jì)4.1程序流程4.1.1系統(tǒng)主程序流程圖開始系統(tǒng)初始化關(guān)閉路燈和蜂鳴器啟動(dòng)AD采樣否采樣結(jié)束？是采樣信號(hào)？不作處理打開蜂鳴器打開路燈定時(shí)時(shí)間到？關(guān)閉路燈或者蜂鳴器圖11 系統(tǒng)主程序流程圖4.1.2傳感器子程序流程圖開

36、始初始化啟動(dòng)AD采樣采樣結(jié)束讀入數(shù)據(jù)判斷是光線還是聲音傳感器？打開燈或者蜂鳴器啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)時(shí)間到？結(jié)束圖12 傳感器子程序流程圖4.2程序4.2.1主程序ORG0000HAJMPMAINORG000BHLJMPINT_T0ORG0030HMOVSP,#60HMAIN:CLRP1.2SETBP1.3MOVTMOD,#01HMOVTH0,#0B0HMOVTL0,#3CHSETBET0SETBEACLRTR0MOV45H,#0MOV46H,#0MOV47H,#0MOVA,#0MOVDPTR,#ADC0809_IN0_addressMOVXDPTR,AEOC,$MOVA,DPTRMOV45H,AMO

37、VA,#0MOVDPTR,#ADC0809_IN1_addressMOVXDPTR,AEOC,$MOVXA,DPTRMOV46H,ALCALLDATA_PROCESSSETBTR0MOVA,50HNEQ:CJNEA,#1,NEQMOV45H,#0MOV46H,#0MOV50H,#0SJMPMAIN4.2.2定時(shí)器中斷子程序;子程序名稱：定時(shí)器中斷程序INT_T0;入口參數(shù)：50H定時(shí)器時(shí)間到標(biāo)志;子程序功能：完成中斷計(jì)時(shí)INT_T0:MOVTH0,#0B0HMOVTL0,#3CHINC47HMOVA,47HCJNEA,#20,NEQ2MOV50H,#1MOV47H,#0CLRTR0NEQ2:R

38、ETI4.2.3數(shù)據(jù)處理程序;子程序名稱：DATA_PROCESS;入口參數(shù)：46H，47H;子程序功能：完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理DATA_PROCESS:MOVA,46HMOVB,#50將亮度分為50個(gè)等級(jí)DIVABLCALLL_PROCESS判斷開燈還是關(guān)燈子程序MOVA,47HMOVB,#50DIVAB將聲音分為50個(gè)等級(jí)LCALLV_PROCESSRET4.2.4 ADC0809連續(xù)對(duì)2個(gè)通道采樣程序MOV R0,#30HMOV R4,#02HMOVDPTR,#0C000H 選擇ADC0809的IN0輸入LOOP: MOVX DPTR,A 啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)化LOO : P1.3, LOO 用查詢方式等待轉(zhuǎn)換結(jié)束MOVX A,DPTR 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將數(shù)字量送入累加器AMOV R0,A 數(shù)字量存入30H單元中MOV R0 R0的容加1，指向下一單元INC DPTR 修改模擬輸入通道DJNZ R4,LOOP 8路未完，循環(huán)5軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試5.1硬件調(diào)試1電源部分的調(diào)試使用萬用表測(cè)量橋式整流電路的輸出端電壓是否在15V到20V之間，若在則說明橋式蒸餾部分是正常的，不在需要檢