光照強(qiáng)度檢測裝置

1、課程設(shè)計(jì)IV題目光照強(qiáng)度檢測裝置學(xué)生姓名學(xué)號所在學(xué)院專業(yè)班級指導(dǎo)教師完成地點(diǎn)合作者2014年1月5日目錄1.課題的意義、目的41.1課題的意義41.2課程設(shè)計(jì)目的42.光照檢測裝置硬件電路設(shè)計(jì)62.1總體方案設(shè)計(jì)62.2單片機(jī)的選擇62.3單元電路的設(shè)計(jì)72.3.1 光敏電阻電路 72.3.2 晶振電路和復(fù)位電路 82.3.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 82.3.4 報(bào)警電路 92.3.5 顯示電路 93.光照檢測裝置軟件設(shè)計(jì)103.1軟件主程序13.2顯示程序113.3報(bào)警程序124.電路仿真調(diào)試135.總結(jié)與心得14附錄14源程序15該數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測儀以STC89C5常片機(jī)和模數(shù)轉(zhuǎn)換為技術(shù)核心，具

2、體由單片機(jī)最小系統(tǒng)、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、光照強(qiáng)度檢測模塊、輸出模塊和數(shù)碼管顯示模塊組成。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，利用光敏電阻阻值隨光強(qiáng)的變化特性來檢測光強(qiáng)，采用單片機(jī)控制輸出模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片依次測量不同的光照強(qiáng)度，并通過編程處理數(shù)據(jù)進(jìn)行光強(qiáng)的比較，最后通過數(shù)碼管顯示檢測結(jié)果，過低或者過高將會使報(bào)警電路蜂鳴?？傊?，通過對電路的設(shè)計(jì)和實(shí)際裝調(diào)，最終基本實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測儀的整體功能，可顯示最大光照強(qiáng)度。關(guān)鍵字：STC89C5笄片機(jī)：模數(shù)轉(zhuǎn)換；光敏電阻；報(bào)警2.課題的意義、目的2.3課題的意義本系統(tǒng)是一個(gè)基于單片機(jī)的數(shù)字式光照檢測儀，通過數(shù)碼管顯示光度。以89C52單片機(jī)為核心，控制A

3、/D芯片采集數(shù)據(jù)，輔以數(shù)碼管、數(shù)據(jù)選擇器等器件，實(shí)現(xiàn)功能。本系統(tǒng)采用光敏電阻采集光照強(qiáng)度信息。 光照強(qiáng)度直接反映在光敏電電阻阻值上，進(jìn)而反映在光敏電阻兩端的電壓值上。然后通過單片機(jī)控制A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換對電壓信號進(jìn)行采集，經(jīng)換算后通過數(shù)碼管顯示光強(qiáng)強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)乩昧斯饷綦娮璧奶匦砸约皢纹瑱C(jī)的強(qiáng)大的運(yùn)算控制功能，實(shí)現(xiàn)了光照強(qiáng)度的檢測，并在數(shù)碼管上顯示。本系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)有資源，結(jié)構(gòu)合理，性能穩(wěn)定，成本低，滿足題目要求。加強(qiáng)對單片機(jī)的學(xué)習(xí)和認(rèn)識，正確運(yùn)用所學(xué)單片機(jī)的理論知識，將理論與實(shí)際相結(jié)合， 單片機(jī)在我們的生活中得到越來越廣泛的應(yīng)用， 單片機(jī)注定影響一個(gè)時(shí)代，只要存在計(jì)算機(jī)的地方就會有他的存

4、在，學(xué)好單片機(jī)對今后的學(xué)習(xí)與工作有很多益處。2.4課程設(shè)計(jì)目的采用光敏電阻為光傳感器，利用光敏電阻的光照特性完成光強(qiáng)的檢測。設(shè)計(jì)目的如下：.對于光照強(qiáng)度的檢測結(jié)果能夠處理后在液晶屏上顯示（光照過強(qiáng)、光照強(qiáng)、光照一般、光照弱）；.當(dāng)光強(qiáng)太弱或者太強(qiáng)的時(shí)候，系統(tǒng)報(bào)警。操控簡易實(shí)用.光照檢測裝置硬件電路設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖設(shè)計(jì)原理光敏電阻在不同光照下的不同阻值通過數(shù)模轉(zhuǎn)換和單片機(jī)處理用數(shù)字表示出光照強(qiáng)弱的區(qū)別，當(dāng)光照過強(qiáng)或者過弱時(shí)會觸發(fā)警報(bào)?？傮w上來說，本方案電路結(jié)構(gòu)簡單、所用元器件供給充足、成本造價(jià)低、性能穩(wěn)定且誤差范圍也在設(shè)計(jì)選題的要求之內(nèi)，能在簡單低成本的基礎(chǔ)上很好的完成設(shè)計(jì)選題的任

5、務(wù),故實(shí)驗(yàn)中米用本方案。單片機(jī)的選擇本次課設(shè)選用的是STC89C52I片機(jī)，它是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C5較用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C5為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C5現(xiàn)有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash,512字節(jié)RAM,32位I/O口線，http: 空才匚17aP23-AllXTAUCia於3PS.2(A1O)KTAL1匚1922nPIi店飛GND

6、匚2021P2.D(AS)光敏電紅模塊VDDAOJTT模教特?fù)Q模塊晶振電路和復(fù)位電路單片機(jī)需要一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)來為各種操作提供秩序，此電路叫時(shí)鐘電路，采用不同的接線方式可以獲得不同時(shí)鐘電路，有內(nèi)部時(shí)鐘電路和外部時(shí)鐘電路，外部時(shí)鐘電路會使電路復(fù)雜，故采用的是內(nèi)部時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路在單片機(jī)的外部通過兩個(gè)引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換器就是模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器是將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號。本實(shí)驗(yàn)中利用模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬電壓值轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量再送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。制作中選用芯片PCF8591為8位CMO隧次比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 模數(shù)轉(zhuǎn)換包括采樣、 保持、 量化

7、和編碼四個(gè)過程。在某些特定的時(shí)刻對這種模擬信號進(jìn)行測量叫做采樣，量化噪聲及接收機(jī)噪聲等因素的影響，采樣速率一般取。通常采樣脈沖的寬度是很短的，故采樣輸出是斷續(xù)的窄脈沖。要把一個(gè)采樣輸出信號數(shù)字化，需要將采樣輸出所得的瞬時(shí)模擬信號保持一段時(shí)間，這就是保持過程。量化是將連續(xù)幅度的抽樣信號轉(zhuǎn)換成離散時(shí)間、離散幅度的數(shù)字信號，量化的主要問題就是量化誤差。假設(shè)噪聲信號在量化電平中是均勻分布的，則量化噪聲均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編碼成二進(jìn)制代碼輸出。這些過程有些是合并進(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)換過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)的，復(fù)位電路和晶

8、振電路Cap30pFAINQ口AINU 叵聞KZ|TAIN34VSSBPCFa591SEFAGNDEXTOSGSCLSDAJ一般所指的蜂鳴器是以壓電陶瓷為主要元件的。 壓電陶瓷是一類有將壓力與電流相互轉(zhuǎn)換能力的特殊陶瓷。 這種能力緣于其特殊的晶體結(jié)構(gòu)。 當(dāng)壓電陶瓷在一定方向上受到一個(gè)壓力使其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生形變時(shí)，它就會在內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)電流，并且電流的變化與壓力的變化密切相關(guān)。 反之亦然。 所以利用這一特性，在壓電陶瓷上通過一定頻率的電流，就會引起壓電陶瓷微小形變，這一形變帶動空氣發(fā)生振動，如果頻率適當(dāng)，就可以被人耳所聽見，也就是產(chǎn)生了蜂鳴聲。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的I/O口是

9、無法直接驅(qū)動的,所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了。當(dāng)光照強(qiáng)度過高或過弱時(shí)，蜂鳴器會開始報(bào)警。顯示電路顯示電路采用的是1602液晶且所用時(shí)間又是保持時(shí)間的一部分2.3.4報(bào)警電路蛭鳴器模塊1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。1602LC皿指顯示白內(nèi)容為16X2，即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。市面上字符液晶大多數(shù)是基于HD447801晶芯

10、片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780W的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。1602顯示模塊液晶顯示內(nèi)谷有光照的強(qiáng)度：“LightText:xxx;亮度等級：“NoLight!（無光）、“LowLight”（低光照）”、“MiddleLight”（中等光照）、“HighLight”（高亮度）、“SoHigh!”（太高）四個(gè)等級。由于本系統(tǒng)采用的是8位AD芯片。 所以顯示亮度白數(shù)值范圍是0256,即最低亮度檢測顯示為0,最高亮度檢測顯示為256。測試圖如上可以看出當(dāng)數(shù)字顯示過小時(shí)表明光照過低，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào).光照檢測裝置軟件設(shè)計(jì)ILightTest:02NoLight

11、!ILiShtTest：IE夕MiddleLight上3.1軟件主程序主程序流程圖LCDII6U2廣 2“卜工feJbfefaAl-ILL二聲二_單片機(jī)處理報(bào)警器報(bào)警顯示程序while(1)(LCD_Write_String(0,0,LightTest:);num=255-ReadADC(0);值取差值，用于顯示光強(qiáng)越小，數(shù)值越小aaa=(num/100);bbb=(num%100)/10;ccc=(num%100)%10;LCD_Write_Char(12,0,0 x30+aaa);LCD_Write_Char(13,0,0 x30+bbb);LCD_Write_Char(14,0,0 x3

12、0+ccc);DelayMs(500);if(num=30&num=80&num=130&num180)LCD_Write_String(1,1,HighLight);else(LCD_Write_String(1,1,HSoHigh!);warn();)報(bào)警程序#include#includespk.hvoidDelayUs2x(unsignedchart);/函數(shù)聲明voidDelayMs(unsignedchart);voidwarn(void)(unsignedinti;/while(1)/for(i=0;i200;i+)DelayUs2x(200);spk=!

13、spk;)spk=0;/防止一直給喇叭通電造成損壞for(i=0;i200;i+)DelayMs(1);)/)4.電路仿真調(diào)試3土荷4田-aEjiSEJ二皿二劇i一二聲小3LCD1LJUE116LLXTAHXTA12R5TPDIVAbDRL1M1PCINRDNP0AI3HUM*.pasAtsFOSAfrSFOTfAtTpata011w _3js-J_EFEIALE百瞠口 1 聲BFZ.IWPZAIDFUA11FZ.M13PZAAIlF2WA14FxriffinnrzIMJEKINF131QFISFIJGILTP3ORXDFUfTXDP3LnrrnP3JHTTn.mF3STT1P3JGWIFJ.

14、T/RTATSCS*ZKs;pO133F機(jī)口*，國_JSB135pa*SH3+MBTBSieD5BB3ZpDPH.用 MACK限cTBCR5.總結(jié)與心得本設(shè)計(jì)主要完成了以下內(nèi)容：數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測系統(tǒng)的工作原理及應(yīng)用、 基本方案的選擇、單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、單片機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)的仿真調(diào)試。設(shè)計(jì)的要求是檢測光照強(qiáng)度，光敏電阻在光照下電阻兩端電壓改變電壓式模擬量需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字量這樣單片機(jī)才能采集到信號因而選擇A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換。在設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)的前一部分也就是系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)比較順利，但到了系統(tǒng)仿真調(diào)試的時(shí)候出現(xiàn)了一定困難，包括軟件繪圖方面以及軟件編程方面。經(jīng)過不懈努力還是完

15、成了老師要求的內(nèi)容，通過這次課程設(shè)計(jì)認(rèn)識到了自己的不足，我會努力完善自己的知識基礎(chǔ)和實(shí)踐能力，相信以后會更好。感謝我的隊(duì)友王軼超，感謝老師對我們課程設(shè)計(jì)中的指導(dǎo)，我會更加努力，在專業(yè)上取得更大進(jìn)步！附錄參考文獻(xiàn)1閻石.數(shù)字電子技術(shù)基石（第四版）M.高等教育出版社.1998.112張毅剛等.MCS-51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).哈爾濱工業(yè)電子出版社，19963何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編.北京航空航天大學(xué)出版社，20004張友德等.單片微型機(jī)原理應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)，復(fù)旦大學(xué)出版社，1996源程序#include/包含單片機(jī)寄存器的頭文件#include/包含_nop_()函數(shù)定義的頭文件sbitCS=P3A4;/

16、將CS位定義%P3.4引腳sbitCLK=P1A0；/將CLK位定義為P1.0引腳sbitDIO=P1A1；/將DIO位定義為P1.1引腳unsignedcharcodedigit10=0123456789;/定義字符數(shù)組顯示數(shù)字unsignedcharcodeStr1=Volt=.V;/說明顯示的是電壓unsignedcharcodeStr2=SLGILOVEYOU;/*以下是對液晶模塊的操作程序*/使能信號位，將E位定義為P2.2引腳忙碌標(biāo)志位，將BF位定義為P0.7引腳/*函數(shù)功能：延時(shí)1ms(3j+2)*i=(3x33+2)x10=1010(微秒)，可以認(rèn)為是1毫秒*/voiddela

17、y1ms()unsignedchari,j;for(i=0;i10;i+)for(j=0;j33;j+);/*函數(shù)功能：延時(shí)若干毫秒入口參數(shù)：n*/voiddelaynms(unsignedcharn)unsignedchari;for(i=0;in;i+)delay1ms();/*函數(shù)功能：判斷液晶模塊的忙碌狀態(tài)返回值：resultoresult=1，忙碌;result=0,不忙*/bitBusyTest(void)(bitresult;RS=0;/根據(jù)規(guī)定，RS為低電平，RW的高電平時(shí)，可以讀狀態(tài)RW=1;E=1;/E=1,才允許讀寫sbitRS=P2A0;/sbitRW=P2A1;sbi

18、tE=P2A2;/sbitBF=P0A7;/定義端口_nop_();/空操作_nop_();_nop_();_nop_();/空操作四個(gè)機(jī)器周期，給硬件反應(yīng)時(shí)間result=BF;/將忙碌標(biāo)志電平賦給resultE=0;/將E恢復(fù)低電平return0;/*函數(shù)功能：將模式設(shè)置指令或顯示地址寫入液晶模塊入口參數(shù)：dictate*/voidWriteInstruction(unsignedchardictate)(while(BusyTest()=1);/如果忙就等待RS=0;/根據(jù)規(guī)定，RS和R/W同時(shí)為低電平時(shí)，可以寫入指令RW=0;E=0;/E置低電平(根據(jù)表8-6,寫指令時(shí)，E為高脈沖，/

19、就是讓E從0到1發(fā)生正跳變，所以應(yīng)先置0_nop_();_nop_();/空操作兩個(gè)機(jī)器周期，給硬件反應(yīng)時(shí)間P0=dictate;/將數(shù)據(jù)送入P0口，即寫入指令或地址_nop_();_nop_();_nop_();/空操作四個(gè)機(jī)器周期，給硬件反應(yīng)時(shí)間E=1;/E置高電平_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/空操作四個(gè)機(jī)器周期，給硬件反應(yīng)時(shí)間E=0;/當(dāng)E由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊開始執(zhí)行命令/*函數(shù)功能： 指定字符顯示的實(shí)際地址入口參數(shù)：x*voidWriteAddress(unsignedcharx)(WriteInstruction(x|0 x80);/顯

20、示位置的確定方法規(guī)定為80H+地址碼x)/*函數(shù)功能：將數(shù)據(jù)(字符的標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼)寫入液晶模塊入口參數(shù)：y(為字符常量)*/voidWriteData(unsignedchary)(while(BusyTest()=1);RS=1;/RS為高電平，RW勺低電平時(shí)，可以寫入數(shù)據(jù)RW=0;E=0;/E置低電平(根據(jù)表8-6,寫指令時(shí)，E為高脈沖，/就是讓E從0到1發(fā)生正跳變，所以應(yīng)先置0P0=y;/將數(shù)據(jù)送入P0口，即將數(shù)據(jù)寫入液晶模塊_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/空操作四個(gè)機(jī)器周期，給硬件反應(yīng)時(shí)間E=1;/E置高電平_nop_();_nop_();_nop

21、_();_nop_();/空操作四個(gè)機(jī)器周期，給硬件反應(yīng)時(shí)間E=0;/當(dāng)E由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊開始執(zhí)行命令)/*函數(shù)功能：對LCD的顯示模式進(jìn)行初始化設(shè)置*/voidLcdInitiate(void)(delaynms(15);延時(shí)15ms首次寫指令時(shí)應(yīng)給LCr段較長的反應(yīng)時(shí)間WriteInstruction(0 x38);/顯示模式設(shè)置：16X2顯示，5X7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口delaynms(5);/延時(shí)5ms,給硬件一點(diǎn)反應(yīng)時(shí)間WriteInstruction(0 x38);delaynms(5);/延時(shí)5ms,給硬件一點(diǎn)反應(yīng)時(shí)間WriteInstruction(0 x38);

22、/連續(xù)三次，確保初始化成功delaynms(5);/延時(shí)5ms,給硬件一點(diǎn)反應(yīng)時(shí)間WriteInstruction(0 x0c);/顯示模式設(shè)置：顯示開，無光標(biāo)，光標(biāo)不閃爍delaynms(5);/延時(shí)5ms,給硬件一點(diǎn)反應(yīng)時(shí)間WriteInstruction(0 x06);/顯示模式設(shè)置：光標(biāo)右移，字符不移delaynms(5);/延時(shí)5ms,給硬件一點(diǎn)反應(yīng)時(shí)間WriteInstruction(0 x01);/清屏幕指令，將以前的顯示內(nèi)容清除delaynms(5);/延時(shí)5m給硬件一點(diǎn)反應(yīng)時(shí)間)/*以下是電壓顯示的說明*/*函數(shù)功能：顯示電壓符號*/*函數(shù)功能：顯示電壓的單位(V)*/voi

23、ddisplay_V(void).voiddisplay_volt(void).unsignedchari;WriteAddress(0 x01);/i=0;/while(Str1i!=0)/WriteData(Str1i);/i+;/指向下一個(gè)字符)voiddisplay3(void)unsignedchari;WriteAddress(0 x80+0 x41);寫顯示地址，將在第2行第1列開始顯示從第一個(gè)字符開始顯示只要沒有寫到結(jié)束標(biāo)志，就繼續(xù)寫將字符常量寫入LCD/寫顯示地址，將在第2行第1列開始顯示i=0;/從第一個(gè)子符開始顯小while(Str2i!=0)/WriteData(Str

24、2i);/i+;/指向下一個(gè)字符)只要沒有寫到結(jié)束標(biāo)志，就繼續(xù)寫將字符常量寫入LCD/*函數(shù)功能：顯示電壓的小數(shù)點(diǎn)*/voiddisplay_dot(void).WriteAddress(0 x0d);/寫顯示地址，將在第1行第10列開始顯示W(wǎng)riteData(.);/)將小數(shù)點(diǎn)的字符常量寫入LCDWriteAddress(0 x0e);/寫顯示地址， 將在第2行第13列開始顯示W(wǎng)riteData(V);/將字符常量寫入LCD)/*函數(shù)功能：顯示電壓的整數(shù)部分入口參數(shù)：x*/voiddisplay1(unsignedcharx)WriteAddress(0 x08);/寫顯示地址，將在第2行第7列開始顯示W(wǎng)riteData(digitx);/將百位數(shù)字的字符常量寫入LCD)/*函數(shù)功能：顯示電壓的小數(shù)數(shù)部分入口參數(shù)：x*/voiddisplay2(unsignedcharx)unsignedchari,j;i=x/10;/取十位(小數(shù)點(diǎn)后第一位)j=x%10;/取個(gè)位(小數(shù)點(diǎn)后第二位)寫顯示地址將在第1行第11列開始顯示將小數(shù)部分的第一位數(shù)字字符常量寫入LCD將小數(shù)部分的第一位數(shù)字字符常量寫入LCD)/*函數(shù)功能：將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號*unsignedcharA_D().unsignedchari,