節(jié)能燈控制裝置

1、摘 要傳統(tǒng)的相控式交流調(diào)壓器，采用的開關(guān)器件為晶閘管。它們的優(yōu)點(diǎn)是控制電路簡(jiǎn)單、功率容量大，缺點(diǎn)是當(dāng)控制角增大時(shí)，功率因數(shù)減小，電流中諧波的幅值相對(duì)大，濾波器的體積大。本系統(tǒng)采用PWM 型斬控式交流調(diào)壓可以克服上述缺點(diǎn)，通過(guò)單片機(jī)輸出可調(diào)PWM信號(hào)，就可方便的進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)自行設(shè)計(jì)了一路以光敏二極管為基礎(chǔ)的光強(qiáng)測(cè)量電路，可實(shí)現(xiàn)在不同光照情況下的良好線性關(guān)系，可反映的光強(qiáng)范圍為5lux75000lux，完全可滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路其誤差每月只有一秒鐘，并且?guī)в械綦姳Ｗo(hù)、夏令時(shí)、閏年補(bǔ)償以及鬧鐘功能。可保證本系統(tǒng)定時(shí)關(guān)燈的準(zhǔn)時(shí)性。以若應(yīng)用于大學(xué)生創(chuàng)新基地為實(shí)例，根據(jù)調(diào)查，

2、創(chuàng)基照明電路中40W的大燈共111只，20W的小燈共115只。由于創(chuàng)基人員常有通宵工作的，造成了每晚都開著幾乎所有的電燈，采用本系統(tǒng)，每晚到點(diǎn)后可關(guān)閉大燈，僅采用小燈進(jìn)行動(dòng)態(tài)照明。以每天調(diào)節(jié)10小時(shí)，每年300天計(jì)算，每年可節(jié)約電費(fèi)為：(111*40+50*20)W*(300*10)時(shí)=16320 000瓦·時(shí)=16320度。保守估計(jì)每年可為創(chuàng)新基地節(jié)約電能一萬(wàn)度。關(guān)鍵詞： 交流斬波調(diào)壓；光敏二極管；單片機(jī)；時(shí)鐘；節(jié)能AbstractConventional phased AC voltage regulator, used for the thyristor switching d

3、evices. Their advantage is that a simple control circuit, power capacity, drawback is that when the control angle increases, the power factor decreases, the amplitude of harmonic currents in the relatively large, bulky filters. The system uses the PWM-based AC voltage regulator chopping may be overc

4、ome through the MCU adjustable PWM output signal can be convenient for voltage regulation. The system designed a way to photodiode-based light intensity measurement circuit can be realized under different light conditions a good linear relationship between the reflected light intensity can range 5lu

5、x 75000lux, can satisfy the design requirements of the system. The system clock circuit and the error is only one second a month, and with a power-down protection, daylight saving time, leap year compensation and alarm. Can guarantee the system timing lights on time. If the innovation base to apply

6、to college students as an example, the survey, the highest base of the lamp lighting circuit in a total of 111 40W, 20W total of 115 small lights. As the record-based staff often work overnight, resulting in open almost every night all the lights, using this system, every night to turn off the headl

7、ights after the point, only a small lamp with dynamic lighting. Regulation 10 hours a day, 300 days a year basis, the annual savings of electricity as: (111 * 40 +50 * 20) W * (300 * 10) h = 16,320,000 watts = 16 320 degrees.Conservative estimate of annual energy savings for the innovation base 10 0

8、00 degrees.Key words: PWM; photodiode; SCM; clock; Energy 目 錄1 課題的研究背景與前景62 設(shè)計(jì)方案72.1 整體設(shè)計(jì)思路72.2 節(jié)能控制方案的選擇72.3 節(jié)能效率計(jì)算分析83 硬件設(shè)計(jì)93.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖93.2 工作原理分析103.3 光強(qiáng)檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)10光強(qiáng)測(cè)量原理及常用器件10光電測(cè)量元件的選擇論證123.4 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)16模數(shù)轉(zhuǎn)換的概念16模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程16模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件17ADC080918A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)圖223.5 時(shí)鐘電路22實(shí)時(shí)時(shí)鐘工作原理22實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12CR887主要性能參數(shù)23時(shí)鐘電路設(shè)

9、計(jì)圖273.6 AT89S52單片機(jī)28AT89S52單片機(jī)相關(guān)介紹29AT89S52單片機(jī)在本系統(tǒng)的應(yīng)用323.7 高頻交流斬波調(diào)節(jié)電路32國(guó)內(nèi)常用的降壓節(jié)能裝置的比較33交流斬波控制調(diào)壓原理34幾種交流斬波調(diào)壓電路結(jié)構(gòu)35斬控式交流調(diào)壓器的輸出電壓特點(diǎn)36交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)圖374 軟件設(shè)計(jì)385 工作性能檢測(cè)395.1 光強(qiáng)檢測(cè)模塊數(shù)據(jù)采集395.2 PWM交流斬波調(diào)壓數(shù)據(jù)采集416 結(jié)論43謝 辭44參考文獻(xiàn)451 課題的研究背景與前景 為建立資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，我國(guó)大力加強(qiáng)節(jié)能減排工作，明確了“十一五”能源消耗和主要污染物排放總量控制目標(biāo)。電力行業(yè)作為節(jié)

10、能降耗和污染物減排的重點(diǎn)領(lǐng)域，近幾年節(jié)能減排工作取得明顯成效。但是目前形勢(shì)依然嚴(yán)峻。根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)調(diào)查顯示：如果全國(guó)所有的商場(chǎng)，會(huì)議中心等公共場(chǎng)所有10%白天采用自然光照明 ，每年可節(jié)電82億度。若能設(shè)計(jì)出為公共照明區(qū)域進(jìn)行科學(xué)合理的節(jié)能控制系統(tǒng)，則每年可為單位和國(guó)家節(jié)省許多電量。通常的節(jié)能途徑有兩個(gè)：一個(gè)是采用節(jié)能光源;二是采用合理的控制線路。本文在使用節(jié)能光源的情況下采用合理的控制線路來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。在生活中我們常會(huì)因?yàn)樘鞖廨^亮的時(shí)候經(jīng)常忘記關(guān)燈，有時(shí)為了局部需要又往往不得不大面積的開燈，因此致使大量電能被浪費(fèi)。解決這一問(wèn)題較好的辦法通常是采用照明自動(dòng)控制系統(tǒng)。如采用微機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)及優(yōu)化開關(guān)控

11、制路數(shù)，以滿足燈開、關(guān)的數(shù)量和事先設(shè)定的照度要求，以期合理用電。因此我設(shè)計(jì)了這個(gè)照明自動(dòng)控制系統(tǒng)，它融合了我們?nèi)粘５恼彰餮b置，而且更人性化的添加了自動(dòng)光控系統(tǒng)。你可以根據(jù)不同的環(huán)境來(lái)設(shè)置它不同的模式。2 設(shè)計(jì)方案2.1 整體設(shè)計(jì)思路 軟件流程圖如圖2.1所示 開始光照很弱19：0022：00 6：00 19：00讀取當(dāng)前時(shí)間22：00凌晨1：00讀取當(dāng)前自然光照強(qiáng)度光照較強(qiáng)光照較弱凌晨1：00凌晨6：00光照很強(qiáng) 模式5 模式6 模式4 關(guān)燈 模式1 模式2 模式3圖2.12.2 節(jié)能控制方案的選擇對(duì)于能對(duì)現(xiàn)有電路進(jìn)行線路改造的照明電路，系統(tǒng)將所控制的電燈進(jìn)行分類編組，每三盞燈為一組，模式1下

12、將三盞燈都開啟，模式2下開啟兩盞燈，模式3下只開啟一盞燈。對(duì)于現(xiàn)有電路結(jié)構(gòu)已經(jīng)無(wú)法進(jìn)行改造的照明電路，采用PWM交流斬波調(diào)壓技術(shù)，模式1下不對(duì)電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，模式2下，將交流電壓輸出調(diào)節(jié)為80%，在模式3下將交流電壓輸出調(diào)節(jié)為60%。這樣既保證了照明需求又可實(shí)現(xiàn)節(jié)能。2.3 節(jié)能效率計(jì)算分析采用本系統(tǒng)后對(duì)照明區(qū)域進(jìn)行分組化模式控制，若以控制99盞燈為例，應(yīng)用本系統(tǒng)前該照明電路每天照明每盞燈將達(dá)到11小時(shí)，采用本系統(tǒng)后這99盞燈可減少照明小時(shí)為(3*33+5*66)=429小時(shí)。以每盞燈功率為40W、時(shí)間為一年計(jì)算本系統(tǒng)的節(jié)能效果。表2.1時(shí)間/天未應(yīng)用本系統(tǒng)/KW·h應(yīng)用本系統(tǒng)/KW&

13、#183;h143.20022.4007305.28015.600301306.80067.200903920.4002016.00036015681.6008064.000圖2.2由以上數(shù)據(jù)可看出應(yīng)用本系統(tǒng)能獲得的節(jié)能效果是顯著的。3 硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本節(jié)能控制裝置以AT89C2051單片機(jī)為核心，由光強(qiáng)檢測(cè)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、時(shí)鐘電路、單片機(jī)、高頻交流斬波電路等幾部分組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。1 光強(qiáng)檢測(cè)電路，采用型號(hào)為SE303的光敏二極管。2 A/D轉(zhuǎn)換電路，采用AD0809將光強(qiáng)檢測(cè)電路采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。3 時(shí)鐘電路，采用DS12887時(shí)鐘芯片，提供當(dāng)前

14、時(shí)間。4 AT89S52單片機(jī)，本控制器的核心，節(jié)能效果就是用它控制軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。光強(qiáng)檢測(cè)電路A/D轉(zhuǎn)換電路時(shí)鐘電路 AT89S52燈具高頻交流斬波電路5 高頻交流斬波電路，采用型號(hào)為IRF460的MOS管，可根據(jù)照明及節(jié)能要求為 照明系統(tǒng)提供0V-輸入端電壓范圍內(nèi)可調(diào)的電壓。圖3.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖在該框圖中，只是大概的畫出了幾個(gè)模塊相連接的情況。簡(jiǎn)單的勾勒出單片機(jī)及其外圍電路框架，結(jié)構(gòu)還是較清晰明了的，給人一目了然的感覺(jué)。下面介紹整個(gè)裝置的工作原理。3.2 工作原理分析系統(tǒng)工作后，首先由單片機(jī)向DS12887時(shí)鐘芯片讀取當(dāng)前時(shí)間，用以判定進(jìn)入白天或者黑夜工作模式。處于白天工作模式下，單片機(jī)

15、每隔5分鐘讀取光強(qiáng)檢測(cè)模塊測(cè)得的當(dāng)前照度值，用以判定是否開啟部分照明電路補(bǔ)償照明區(qū)域。一旦系統(tǒng)從白天模式跳轉(zhuǎn)進(jìn)入黑夜模式，開啟各工作小組的三盞照明電燈，同時(shí)由時(shí)鐘芯片開始計(jì)時(shí)，當(dāng)工作到22：00后，關(guān)閉每個(gè)分小組電路中的一盞燈;當(dāng)工作到凌晨1點(diǎn)后，再關(guān)閉各分小組電路中的一盞燈，直到天亮后跳轉(zhuǎn)進(jìn)入白天模式。系統(tǒng)就按上述循環(huán)開始工作。3.3 光強(qiáng)檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)3.3.1光強(qiáng)測(cè)量原理及常用器件 光電傳感器是將被測(cè)量的變化通過(guò)光信號(hào)變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器，具有這種功能的材料稱為光敏材料，做成的器件則稱光敏器件。而光敏元件和光傳感器是光電元件中的核心元件，是光電系統(tǒng)的重要組成部分，主要包括光敏材料制作的

16、探測(cè)器件，光電二極管和光電倍增管，利用內(nèi)光電效應(yīng)的光導(dǎo)管，以及應(yīng)用光生電勢(shì)斂應(yīng)的光敏二極管、光敏三極管、光電池等。光電傳感器的的物理基礎(chǔ)就是光電效應(yīng)。光電效應(yīng)包括外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。外光電效應(yīng)：在光線作用下，電子逸出物體表面向外發(fā)射稱外光電效應(yīng)。即為經(jīng)典歸納的愛因斯坦光電效應(yīng)方程。內(nèi)光電效應(yīng)：當(dāng)光照射在物體上，使物體的電阻率1/R發(fā)生變化，或產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)叫做內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)又可以分為以下兩類： (1)光電導(dǎo)效應(yīng) 半導(dǎo)體材料受光照時(shí)。材料的電導(dǎo)率增大，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。這種效應(yīng)幾乎所有高電阻率的半導(dǎo)體都有，這是由于在入射光線作用下，電子吸收光子能量，電子從價(jià)帶被激發(fā)到導(dǎo)帶上

17、，過(guò)渡到自由狀態(tài)。同時(shí)價(jià)帶也因此形成自由空穴，使導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空穴濃度增大。引起電阻率減少。為使電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶。入射光子的能量E。應(yīng)大于禁帶寬度Eg?；诠怆妼?dǎo)效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。圖3.2 (2)光生伏特效應(yīng) 光生伏特效應(yīng)是半導(dǎo)體材料吸收光能后，在PN結(jié)上產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。為什么P N結(jié)會(huì)因光照產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)呢?有下面兩種情況：不加偏壓的PN結(jié)：當(dāng)光照射在PN結(jié)時(shí)，如果電子能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度(E。>Eg)，可激發(fā)出電子一空穴對(duì)，在PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)作用下空穴移向P區(qū)，電子移向N區(qū)，使P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生電壓，這個(gè)電壓就是光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生的光生電動(dòng)勢(shì)?；谶@種效應(yīng)的器件有光電

18、池。處于反偏的PN結(jié)：圖3.3無(wú)光照時(shí)P區(qū)電子和N區(qū)空穴很少，反向電阻很大，反向電流很小，當(dāng)有光照時(shí)，光子能量足夠大，產(chǎn)生光生電子一空穴對(duì)，在PN結(jié)電場(chǎng)作用下，電子移向N區(qū)，空穴移向P區(qū)，形成光電流，電流方向與反向電流一致。具有這種性能的器件有：光敏二極管、光敏晶體管，從原理上講，不加偏壓的光電二極管就是光電池。當(dāng)P N結(jié)兩端通過(guò)負(fù)載構(gòu)成閉合回路時(shí)，就會(huì)有電流沿著由經(jīng)外電路到的方向流動(dòng)。只要輻射光不停止，這個(gè)電流就不會(huì)消失。這就是P N結(jié)被光照射時(shí)產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)和光電流的機(jī)理。光生伏特效應(yīng)的兩點(diǎn)小結(jié)：(1)P N結(jié)產(chǎn)生光生伏特的條件是：hvEg，(2)光生伏特的大小與照射光的強(qiáng)度成正比。 常用

19、的光敏傳感器有：光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電池等。（1） 光敏電阻：是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器;入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。（2） 光敏二極管：光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的，其管芯是一個(gè)具有光敏特征的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時(shí)需加上反向電壓。無(wú)光照時(shí)，有很小的飽和反向漏電流，即暗電流，此時(shí)光敏二極管截止。當(dāng)受到光照時(shí)，飽和反向漏電流大大增加，形成光電流，它隨入射光強(qiáng)度的變化而變化。當(dāng)光線照射PN結(jié)時(shí)，可以使PN結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反

20、向電流增加。因此可以利用光照強(qiáng)弱來(lái)改變電路中的電流。（3） 光敏三極管：光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時(shí)也受光輻射的控制。 通常基極不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于溫度補(bǔ)償和附加控制等作用。當(dāng)具有光敏特性的PN 結(jié)受到光輻射時(shí)，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個(gè)放大了相當(dāng)于倍的信號(hào)電流。不同材料制成的光敏三極管具有不同的光譜特性，與光敏二極管相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。（4） 光電池：是一種特殊的半導(dǎo)體二極管，利用光電效應(yīng)，能將可見光轉(zhuǎn)化為直流電。有的光電池還可

21、以將紅外光和紫外光轉(zhuǎn)化為直流電。3.3.2光電測(cè)量元件的選擇論證（1） 用光敏電阻作測(cè)量元件光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在光線照射下，其并不產(chǎn)生電流，而是改變其電阻值，電阻值的變化與光照強(qiáng)度成正比，光照越強(qiáng)，電阻越小。電子線路可將其變化的電阻值測(cè)量出來(lái)，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流或電壓信號(hào)，所以一定要有外部電池才能正常地工作。其光照特性指光敏電阻輸出的電信號(hào)隨光照度而變化的特性。如圖3.4所示，圖3.4 光敏電阻的光照特性曲線是光電流與光照度的函數(shù)關(guān)系。不同的光敏電阻的光照特性是不同的，但是在大多數(shù)的情況下，曲線的形狀都與圖的結(jié)果類似。由于光敏電阻的光照特性是非線性的，因此不適宜作線性敏感元件

22、 ，這是光敏電阻的缺點(diǎn)之一。(2)用光敏三極管作測(cè)量元件光敏三極管在弱光時(shí)靈敏度低些，在強(qiáng)光時(shí)則有飽和現(xiàn)象，這是由于電流放大倍數(shù)的非線性所至，對(duì)弱信號(hào)的檢測(cè)不利。因此不適宜作線性檢測(cè)元件。圖3.5 光敏三極管的光照特性曲線（3） 用光電池作測(cè)量元件光電池具在不需要外接電源，不需要放大裝置而直接測(cè)量電流的優(yōu)點(diǎn)，其不足之處是由于內(nèi)阻小，不能用一般的直流放大器放大，因而不適于較微弱光的測(cè)量，光電池受光照持續(xù)時(shí)間太久或受強(qiáng)光照射會(huì)產(chǎn)生疲勞現(xiàn)像，失去正常的響應(yīng)，因此一般不能連續(xù)使用2個(gè)小時(shí)以上。圖3.6 光電池的光照特性曲線*圖3.6中 1：開路電壓 2：短路電流（4） 用光敏二極管作測(cè)量元件光敏二極管

23、工作時(shí)加有反向電壓，沒(méi)有光照時(shí)，其反向電阻很大，只有很微弱的反向飽和電流(暗電池)。當(dāng)有光照時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很大的反向電流(亮電流)，光照越強(qiáng)，該亮電流就越大。光照特性亦呈良好線性，這是由于它的電流靈敏度一般為常數(shù)。故一般在作線性檢測(cè)元件時(shí)，可選擇光敏二極管。圖3.7 光敏二極管的光照特性曲線 光電池和光敏二極管的短路電流與照度成線性關(guān)系，所以光電池和光敏二極管作為測(cè)量元件時(shí)應(yīng)取短路電流形式，此時(shí)照度與電流強(qiáng)度有很好的線性關(guān)系。一般光敏二極管的受光照面積比光電池小，所以產(chǎn)生的電信號(hào)也比光電池小，但是，由于光敏二極管可以檢測(cè)到空間中某點(diǎn)的光強(qiáng)，所以本裝置選用光敏二極管作為敏感器件，將光強(qiáng)度值轉(zhuǎn)換為光

24、敏二極管的短路電流值。本系統(tǒng)中采用了一款型號(hào)為SE303的光敏二極管，其最大暗阻為610K歐姆，最小亮阻為1.5K歐姆。通過(guò)其在不同光照情況下阻值的改變來(lái)判定當(dāng)前光照情況，在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下測(cè)得其可檢測(cè)的光照度范圍為0.1LUX60000LUX。在系統(tǒng)處理程序中設(shè)定閥值可精準(zhǔn)的判別出白天黑夜，以及白天光照強(qiáng)弱情況。圖3.8 光敏二極管的結(jié)構(gòu)及實(shí)物圖光強(qiáng)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)電圖如下圖所示。光敏二極管的電阻隨光強(qiáng)的改變而改變，則通過(guò)二極管電流也改變，電流經(jīng)Q2放大后經(jīng)過(guò)R2，系統(tǒng)通過(guò)讀取電阻R2上電壓獲得信號(hào)。圖3.9 光強(qiáng)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)電圖3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)3.4.1模數(shù)轉(zhuǎn)換的概念 模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)亦

25、稱模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換，與數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換相反，是將連續(xù)的模擬量(如象元的灰階、電壓、電流等)通過(guò)取樣轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量。例如，對(duì)圖象掃描后，形成象元列陣，把每個(gè)象元的亮度(灰階)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字表示，即經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，構(gòu)成數(shù)字圖象。通常有電子式的模/數(shù)轉(zhuǎn)換和機(jī)電式模/數(shù)轉(zhuǎn)換二種。在遙感中常用于圖象的傳輸，存貯以及將圖象形式轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的處理。例如：圖像的數(shù)字化等。信號(hào)數(shù)字化是對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行數(shù)字近似，它需要用一個(gè)時(shí)鐘和一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)。所謂數(shù)字近似是指以N-bit的數(shù)字信號(hào)代碼來(lái)量化表示原始信號(hào)，這種量化以bit位單位，可以精細(xì)到1/2N。時(shí)鐘決定信號(hào)波形的采樣速度和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的變換速率。

26、轉(zhuǎn)換精度可以做到24bit，而采樣頻率也有可能高達(dá)1GHZ，但兩者不可能同時(shí)做到。通常數(shù)字位數(shù)越多，裝置的速度就越慢。3.4.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程模數(shù)轉(zhuǎn)換包括采樣、保持、量化和編碼四個(gè)過(guò)程。在某些特定的時(shí)刻對(duì)這種模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量叫做采樣，量化噪聲及接收機(jī)噪聲等因素的影響，采樣速率一般fs=2.5fmax。通常采樣脈沖的寬度 tw 是很短的，故采樣輸出是斷續(xù)的窄脈沖。要把一個(gè)采樣輸出信號(hào)數(shù)字化，需要將采樣輸出所得的瞬時(shí)模擬信號(hào)保持一段時(shí)間，這就是保持過(guò)程。 量化是將連續(xù)幅度的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散時(shí)間、離散幅度的數(shù)字信號(hào)，量化的主要問(wèn)題就是量化誤差。假設(shè)噪聲信號(hào)在量化電平中是均勻分布的， 則量化噪聲均

27、方值與量化間隔和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗值有關(guān)。編碼是將量化后的信號(hào)編碼成二進(jìn)制代碼輸出。這些過(guò)程有些是合并進(jìn)行的，例如，采樣和保持就利用一個(gè)電路連續(xù)完成，量化和編碼也是在轉(zhuǎn)換過(guò)程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)的， 且所用時(shí)間又是保持時(shí)間的一部分。3.4.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件(1)模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的分類 A/D轉(zhuǎn)換器有直接轉(zhuǎn)換法和間接轉(zhuǎn)換法兩大類。 直接法是通過(guò)一套基準(zhǔn)電壓與取樣保持電壓進(jìn)行比較，從而直接將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。其特點(diǎn)是工作速度高，轉(zhuǎn)換精度容易保證，調(diào)準(zhǔn)也比較方便。直接A/D轉(zhuǎn)換器有計(jì)數(shù)型、逐次比較型、并行比較型等。間接法是將取樣后的模擬信號(hào)先轉(zhuǎn)換成中間變量時(shí)間t或頻率f， 然后再將t或f轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。其特點(diǎn)

28、是工作速度較低，但轉(zhuǎn)換精度可以做得較高，且抗干擾性強(qiáng)。間接A/D轉(zhuǎn)換器有單次積分型、雙積分型等。 并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度很快，故又稱高速A/D轉(zhuǎn)換器。含有寄存器的A/D轉(zhuǎn)換器兼有取樣保持功能，所以它可以不用附加取樣保持電路。 缺點(diǎn)：電路復(fù)雜，對(duì)于一個(gè)n位二進(jìn)制輸出的并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器，需2n -1個(gè)電壓比較器和2n -1個(gè)觸發(fā)器，編碼電路也隨n的增大變得相當(dāng)復(fù)雜。且轉(zhuǎn)換精度還受分壓網(wǎng)絡(luò)和電壓比較器靈敏度的限制。 因此，這種轉(zhuǎn)換器適用于高速，精度較低的場(chǎng)合。 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器：逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率較高、誤差較低、轉(zhuǎn)換速度較快，是應(yīng)用非常廣泛的一種模數(shù)轉(zhuǎn)換

29、器。 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器：雙積分型ADC的轉(zhuǎn)換原理是先將模擬電壓UI轉(zhuǎn)換成與其大小成正比的時(shí)間間隔T，再利用基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖通過(guò)計(jì)數(shù)器將T變換成數(shù)字量。這種A/D轉(zhuǎn)換器具有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，其轉(zhuǎn)換結(jié)果與時(shí)間常數(shù)RC無(wú)關(guān)，從而消除了由于斜波電壓非線性帶來(lái)的誤差，允許積分電容在一個(gè)較寬范圍內(nèi)變化，而不影響轉(zhuǎn)換結(jié)果。其次，由于輸入信號(hào)積分的時(shí)間較長(zhǎng)，且是一個(gè)固定值T1，而T2正比于輸入信號(hào)在T1內(nèi)的平均值，這對(duì)于疊加在輸入信號(hào)上的干擾信號(hào)有很強(qiáng)的抑制能力。最后，這種A/D轉(zhuǎn)換器不必采用高穩(wěn)定度的時(shí)鐘源，它只要求時(shí)鐘源在一個(gè)轉(zhuǎn)換周期(T1+T2)內(nèi)保持穩(wěn)定即可。這種轉(zhuǎn)換器被廣泛應(yīng)用于要求精度較高而轉(zhuǎn)換速度

30、要求不高的儀器中。(2)A/D轉(zhuǎn)換器主要技術(shù)指標(biāo)分辨率 A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率以輸出二進(jìn)制(或十進(jìn)制)數(shù)的位數(shù)來(lái)表示。它說(shuō)明A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力。從理論上講，n位輸出的A/D轉(zhuǎn)換器能區(qū)分2個(gè)不同等級(jí)的輸入模擬電壓，能區(qū)分輸入電壓的最小值為滿量程輸入的1/2n。在最大輸入電壓一定時(shí)，輸出位數(shù)愈多，分辨率愈高。例如A/D轉(zhuǎn)換器輸出為8位二進(jìn)制數(shù)，輸入信號(hào)最大值為5V，那么這個(gè)轉(zhuǎn)換器應(yīng)能區(qū)分出輸入信號(hào)的最小電壓為9.53mV。轉(zhuǎn)換誤差 轉(zhuǎn)換誤差通常是以輸出誤差的最大值形式給出。它表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別。常用最低有效位的倍數(shù)表示。例如給出相對(duì)誤差

31、77;LSB/2，這就表明實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)得到的輸出數(shù)字量之間的誤差小于最低位的半個(gè)字。 轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間是指A/D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號(hào)到來(lái)開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間與轉(zhuǎn)換電路的類型有關(guān)。不同類型的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度相差甚遠(yuǎn)。其中并行比較A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最高，8位二進(jìn)制輸出的單片集成A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間可達(dá)到50ns以內(nèi)，逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器次之，它們多數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間在1050s以內(nèi)，間接A/D轉(zhuǎn)換器的速度最慢，如雙積分A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間大都在幾十毫秒至幾百毫秒之間。3.4.4 ADC0809 ADC0809是采樣分辨率為8位的、以逐次逼

32、近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。(1)主要特性1 8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。2 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 3 轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s。4 單個(gè)+5V電源供電。5 模擬輸入電壓范圍0+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。6 工作溫度范圍為-40+85攝氏度。7 低功耗，約15mW。 (2)內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型D/A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近。圖3.10 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(3)

33、外部特性(引腳功能) 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。圖3.11 ADC0809外部引腳圖(4)工作過(guò)程 首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址

34、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) A/D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A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続/D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)據(jù)總線上。 ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0-5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大;輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)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。地址輸入和控制線：4條ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平

35、時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0-IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。表3-1 通道選擇表CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7數(shù)字量輸出及控制線：11條 ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零;下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換;在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束;否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器

36、向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù);OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7-D0為數(shù)字量輸出線。 CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF(+)，VREF(-)為參考電壓輸入。(5)ADC0809應(yīng)用說(shuō)明1 ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。2 初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)全為低電平。3 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。4 在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。5 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來(lái)判斷。6 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給

37、OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。3.4.5 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)圖ADC0809參考電壓5V，分辨率為8位，IN1口從光強(qiáng)檢測(cè)電路讀取電壓信號(hào)。工作后可測(cè)得電壓3.119V-5.012V，滿足系統(tǒng)要求。ADC0809將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成8路數(shù)字量后傳給單片機(jī)。CD4013做脈沖4分頻電路，將單片機(jī)晶振頻率分頻后為ADC0809提供工作信號(hào)。圖3.12 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)圖3.5 時(shí)鐘電路系統(tǒng)欲對(duì)電路進(jìn)行節(jié)能控制，需要在正確的時(shí)間段作出正確的判定，這點(diǎn)需要設(shè)計(jì)出精確的時(shí)鐘電路作保證。在此系統(tǒng)選用了一款高精度的時(shí)鐘芯片DS12CR887，其內(nèi)部帶有掉電保護(hù)、夏令時(shí)、閏年補(bǔ)償以及鬧鐘功能，可保證

38、本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路其誤差每月只有一秒鐘，并且在掉電的狀態(tài)下最少也能準(zhǔn)時(shí)間工作10年，它不但具有走時(shí)準(zhǔn)確的功能，而且還能夠準(zhǔn)確的顯示年，月，日，星期。該模塊可保證系統(tǒng)定時(shí)關(guān)燈以及分時(shí)段控制的準(zhǔn)時(shí)性。3.5.1實(shí)時(shí)時(shí)鐘工作原理 本時(shí)鐘在上電工作時(shí)首先顯示當(dāng)前時(shí)間時(shí)、分、秒，然后延時(shí)一段時(shí)間后顯示當(dāng)前年、月、日，并在設(shè)定的鬧鈴時(shí)間鬧鐘響應(yīng)。當(dāng)用戶需要調(diào)整年、月、日、時(shí)、分、秒鬧鈴時(shí)可以按輕觸按鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。在掉電的情況下，顯示屏上面沒(méi)有顯示，但在時(shí)鐘芯片DS12CR887內(nèi)部已經(jīng)集成了可充電鋰離子電池，其內(nèi)部任然在不間斷的工作中，即時(shí)在掉電的情況下DS12CR887至少也能工作十年，所以當(dāng)給單片機(jī)再

39、次供電時(shí)，單片機(jī)對(duì)DS12CR887進(jìn)行讀數(shù)據(jù)，然后通過(guò)顯示屏顯示準(zhǔn)確無(wú)誤的時(shí)間。3.5.2實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12CR887主要性能參數(shù)(1)時(shí)鐘芯片DS12CR887，其引腳分布圖如下所示 圖3.13 DS12CR887引腳分布圖 MOT (1腳) ：總線時(shí)序模式選擇腳。接高電平，選擇MOTOROLA總線時(shí);序;接低電平或懸空，擇選擇INTEL總線時(shí)序。 NC (2，3，16，20，21，22腳)：懸空腳。 AD0AD7(411腳)：地址/地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線引腳。 CS(13腳)：片選腳，低電平有效。 AS(14腳)：地址鎖存輸入腳。下降沿時(shí)，地址被鎖存，緊接著的上升沿來(lái)時(shí)地址被清除。 R/W(

40、15腳)：讀/寫輸入腳。在選擇MOTOROLA總線時(shí)序模式時(shí)，此引腳用于指示當(dāng)前的讀寫周期，高電平指示當(dāng)前為讀周期，低電平指示當(dāng)前為寫周期;選擇INTEL中線時(shí)序模式時(shí)，此引腳為低電平有效的輸入腳，相當(dāng)于通用RAM的寫使能信號(hào)(/WE) DS(17腳)：選擇MOTOROLA總線時(shí)序模式時(shí)，此引腳為數(shù)據(jù)鎖存腳;選擇INTEL總線時(shí)序模式時(shí)，此引腳為讀輸入腳，低電平有效，相當(dāng)于典型的內(nèi)存的輸出使能信號(hào)(/OE) RESET(18腳)：復(fù)位腳，低電平有效，復(fù)位不會(huì)影響到時(shí)鐘、日歷和RAM。 IRQ(19腳)：中斷申請(qǐng)輸出腳，低電平有效，可作為微處理器的中斷輸入。 SQW(23腳)：方波信號(hào)輸出腳?？?/p>

41、通過(guò)設(shè)置寄存器位SQWE關(guān)斷此信號(hào)輸出，此信號(hào)的輸出頻率也可通過(guò)對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程予以改變。 VCC(24腳)：+5v電源端。(2)時(shí)鐘芯片DS12CR887，其內(nèi)存空間如下所示14字節(jié)000D0E3132337F0秒1 秒鬧鐘2 分鐘3 分鬧鐘 4 時(shí)鐘5 時(shí)鬧鐘6 星期7 日8 月9 年10 寄存器A11 寄存器B12 寄存器C13 寄存器D50 世紀(jì) 01314495051 127 地址0X000X09共十個(gè)寄存器，分別存放秒、秒鬧鐘、分、分鬧鐘、時(shí)、時(shí)鬧鐘、小時(shí)、時(shí)鬧鐘、星期、日、月、年和年信息，地址0X32為世紀(jì)信息寄存器(解決了千年問(wèn)題);地址0X0A0X0Dh共4個(gè)寄存器，分

42、別為寄存器A、B、C、D，它們用于控制和寄存某些狀態(tài)信息;其余的113字節(jié)地址空間是留給用戶使用的普通地址空間。 在所有的128字節(jié)中，寄存器C和D為只讀寄存器，寄存器A的第7位屬于只讀位，秒字節(jié)的高階位也是只讀的，其余字節(jié)均為可直接讀寫字節(jié)。 時(shí)鐘，日歷信息可以通過(guò)讀取合適的內(nèi)存字節(jié)獲得：時(shí)鐘、日歷和鬧鐘可以寫合適的內(nèi)存字節(jié)設(shè)置和初始化。對(duì)應(yīng)時(shí)鐘、日歷和鬧鐘的10個(gè)寄存器字節(jié)可以是二進(jìn)制形式或者BCD碼形式，在寫這些寄存器時(shí)，寄存器B的SET位必須置1。 寄存器A字節(jié)的內(nèi)容如下。 MSB LSB UIP DV2 DV1 DV0 RS3 RS2 RS1 RS0 UIP： 更新標(biāo)志位。為只讀位且

43、不受復(fù)位操作的影響，為1時(shí)，表示即將發(fā)生的數(shù)據(jù)更新;為0時(shí)，表示至少244US不會(huì)更新數(shù)據(jù)。當(dāng)UIP為0時(shí)，可以獲得所有時(shí)鐘、日歷、鬧鐘信息。將寄存器B中的SET位置1可以限制任何數(shù)據(jù)更新操作，并且清除UIP位。 DV2、DV1、DV0：此3位為010時(shí)將打開晶振，并開始計(jì)時(shí)。 RES3、RES2、RES1、RES0：用于設(shè)置周期性中斷產(chǎn)生的時(shí)間周期和輸出方波的頻率。 寄存器B字節(jié)的內(nèi)容如下。 MSB LSB SET PIE AIE UIE SQWE DM24/12 DSE SET：設(shè)置位，可讀寫，不受復(fù)位操作影響。為0時(shí)，不處于設(shè)置狀態(tài)，芯片進(jìn)行正常時(shí)間數(shù)據(jù)更新;為1時(shí)，抑制數(shù)據(jù)更新，可以通

44、過(guò)程序設(shè)定時(shí)間和日歷信息。PIE：周期性中斷使能位，可讀寫，復(fù)位時(shí)清除此位。為1時(shí)，允許寄存器C中的周期中斷標(biāo)志位PF，驅(qū)動(dòng)/IRQ引腳為低產(chǎn)生中斷信號(hào)輸出，中斷信號(hào)產(chǎn)生的周期由RS3RE0決定。 AIE：鬧鐘中斷使能位，可讀寫。為1時(shí)，允許寄存器C中的鬧鐘中斷標(biāo)志位AF、鬧鐘發(fā)生時(shí)就會(huì)通過(guò)/IRQ引腳產(chǎn)生中斷輸出。 UIE：數(shù)據(jù)更新結(jié)束中斷使能位，可讀寫。復(fù)位或者SET位為1時(shí)清除此位。為1時(shí)允許寄存器C中的更新結(jié)束標(biāo)志UF，更新結(jié)束時(shí)就會(huì)通過(guò)/IRQ引腳產(chǎn)生中斷輸出。 SQWE：方波使能位，可讀寫，復(fù)位時(shí)清除此位。為0時(shí)，SQW引腳保持低電平;為1時(shí)，SQW引腳輸出方波信號(hào)，其頻率由RS3

45、RS0決定。 DM：數(shù)據(jù)模式位，可讀寫，不受復(fù)位操作影響。為0時(shí)，設(shè)置時(shí)間、日歷信息為二進(jìn)制數(shù)據(jù);為1時(shí)，設(shè)置為BCD碼數(shù)據(jù)。 24/12：時(shí)間模式設(shè)置為，可讀寫，不受復(fù)位操作影響。為0時(shí)，設(shè)置為12小時(shí)模式;為1時(shí)，設(shè)置為24小時(shí)模式。 DSE：為1時(shí)，會(huì)引起兩次特殊的時(shí)間更新;4月的第一個(gè)星期日凌晨1：59：59會(huì)直接更新到3：00：00，10月的最后一個(gè)星期日凌晨1：59：59會(huì)直接更新到1：00：00;為0時(shí)，時(shí)間信息正常更新，此位可讀寫，不受復(fù)位操作影響。 寄存器C字節(jié)內(nèi)容如下。 MSB LSB IRQF PF AF UF 0 0 0 0 IQRF：中斷申請(qǐng)標(biāo)志位。為1時(shí)，/IRQ引

46、腳為低，產(chǎn)生中斷申請(qǐng)。當(dāng)PF、PIE為1時(shí)或者AF、ATE為1或者UF、UIE為1時(shí)，此位為1，否則置0. PF：中期中斷標(biāo)志位。為1時(shí)，它是只讀位，和PIE位狀態(tài)無(wú)關(guān)，由復(fù)位操作或者寄存器C操作清除。 AF：鬧鐘中斷標(biāo)志位。為1時(shí)，表示當(dāng)前時(shí)間和鬧鐘設(shè)定時(shí)間一至，由復(fù)位操作或讀寄存器C操作清除。 UF：數(shù)據(jù)更新結(jié)束中斷標(biāo)志位。每個(gè)更新周期后此位都會(huì)置1，當(dāng)UIE位位置1時(shí)，UF若為1就會(huì)引起IRQF置1，將驅(qū)動(dòng)/IRQ引腳為低電平，申請(qǐng)中斷。此位由復(fù)位操作或讀寄存器C操作清除。 寄存器D字節(jié)的內(nèi)容如下。 MSB LSB 0 0 0 0 0 0 0 0 VRT：RAM和時(shí)間有效位。用于指示和V

47、BAT引腳連接的電池狀態(tài)。此位不可寫，也不受操作為影響，正常情況下讀取時(shí)總?cè)?，如果出現(xiàn)讀取為0的情況，則表示電池耗盡，時(shí)間數(shù)據(jù)和RAM中的數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。芯片DS12CR887的113字節(jié)普通RAM空間為非易失性RAM空間，他不專門用于某些特別功能，而是可以在未處理器程序中作為非易失性內(nèi)存空間使用。3.5.3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)圖從圖上可看到DS12CR887與單片機(jī)1連接，其產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)為單片機(jī)提供輸出控制的依據(jù)。系統(tǒng)用了兩塊AT89S52單片機(jī)，單片機(jī)1負(fù)責(zé)晚間照明節(jié)能控制，即當(dāng)日19：00至次日6：00時(shí)間段。系統(tǒng)將所控制的電燈進(jìn)行分類編組，每三盞燈為一組，19：0022：00工作于模式

48、1，此時(shí)將三盞燈都開啟;22：00凌晨1：00工作于模式2，此時(shí)開啟兩盞燈;凌晨1：00凌晨6：00工作于模式3，此時(shí)只開啟一盞燈。以此達(dá)到節(jié)能效果。圖3.14 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)圖3.6 AT89S52單片機(jī) AT89S52單片機(jī)本控制器的核心，節(jié)能效果就是用它控制軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。AT89S52單片機(jī)是一種低功耗高性能的CMOS8位微控制器，內(nèi)置8KB可在線編程閃存。該器件采用Atmel公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，其指令與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80C51指令集兼容。片內(nèi)程序存儲(chǔ)器允許重復(fù)在線編程，允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)內(nèi)通過(guò)SPI串行口改寫或用同用的非易失性存儲(chǔ)器改寫。通過(guò)把通用的8位CPU與可在線下載的F

49、lash集成在一個(gè)芯片上，AT89S52便成為一個(gè)高效的微型計(jì)算機(jī)。它的應(yīng)用范圍廣，可用于解決復(fù)雜的控制問(wèn)題，且成本較低。其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。圖3.14 AT89S52結(jié)構(gòu)框圖3.6.1 AT89S52單片機(jī)相關(guān)介紹(1)AT89S52單片機(jī)特性AT89S52的主要特性如下：兼容MCS51產(chǎn)品8K字節(jié)可擦寫1000次的在線可編程ISP 閃存4.0V到5.5V的工作電源范圍全靜態(tài)工作：0Hz 24MHz3級(jí)程序存儲(chǔ)器加密256字節(jié)內(nèi)部RAM32條可編程I/O線3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8個(gè)中斷源UART串行通道低功耗空閑方式和掉電方式通過(guò)中斷終止掉電方式看門狗定時(shí)器雙數(shù)據(jù)指針靈活的在線編程(字節(jié)和

50、頁(yè)模式)(2)AT89S52引腳功能圖3.15 AT89S52封裝引腳圖按照功能，AT89S52的引腳可分為主電源、外接晶體振蕩或振蕩器、多功能I/O口、控制和復(fù)位等。多功能I/O口AT89S52共有四個(gè)8位的并行I/O口：P0、P1、P2、P3端口，對(duì)應(yīng)的引腳分別是P0.0 P0.7，P1.0 P1.7，P2.0 P2.7，P3.0 P3.7，共32根I/O線。每根線可以單獨(dú)用作輸入或輸出。P0端口，該口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。在作為輸出口時(shí)，每根引腳可以帶動(dòng)8個(gè)TTL輸入負(fù)載。當(dāng)把“1”寫入P0時(shí)，則它的引腳可用作高阻抗輸入。當(dāng)對(duì)外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P0可用作多路復(fù)用

51、的低字節(jié)地址/數(shù)據(jù)總線，在該模式，P0口擁有內(nèi)部上拉電阻。在對(duì)Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行編程時(shí)，P0用于接收代碼字節(jié);在校驗(yàn)時(shí)，則輸出代碼字節(jié);此時(shí)需要外加上拉電阻。P1端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，P1口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流方式)4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫“1”時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時(shí)可用作輸入口。P1口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在對(duì)Flash編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址。另外，P1.0與P1.1可以配置成定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入端(P1.0/T2)與定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入端(P

52、1.0/T2EX)，如表3-2所示。表3-2 P1口管腳復(fù)用功能端口引腳復(fù)用功能P1.0T2(定時(shí)器/計(jì)算器2的外部輸入端)P1.1T2EX(定時(shí)器/計(jì)算器2的外部觸發(fā)端和雙向控制)P1.5MOSI(用于在線編程)P1.6MISO(用于在線編程)P1.7SCK(用于在線編程)P2端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，P2口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流方式)4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫“1”時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時(shí)可用作輸入口。P2口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(如執(zhí)行MOVX DPTR指令)時(shí)，P2口送出高8位地址，在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(如執(zhí)行MOVX RI指令)時(shí)，P2口引腳上的內(nèi)容(就是專用寄存器(SFR)區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容)，在整個(gè)訪問(wèn)期間不會(huì)改變。在對(duì)Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P2口也接收高位地址或一些控制信號(hào)。P3端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，P3口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流方式)4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫“1”時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時(shí)可用作輸入口。P3口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛?/p>