基于.-51單片機智能化路燈控制器設(shè)計分析實現(xiàn)

...wd......wd......wd...摘要現(xiàn)在，隨著微電子技術(shù)和集成電路技術(shù)的快速開展，單片機技術(shù)無處不在。單片機作為計算機科學(xué)與技術(shù)的重要組成局部，作為嵌入式系統(tǒng)的先頭兵，片上系統(tǒng)的先行者，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了各行各業(yè)，尤其是與控制相關(guān)的領(lǐng)域，極大的提高了產(chǎn)品的智能化程度和技術(shù)水平，已經(jīng)成為了當(dāng)今社會十分重要的技術(shù)領(lǐng)域。隨著社會需求和單片機應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展，各類智能產(chǎn)品、控制系統(tǒng)都是以單片機技術(shù)為核心來進展開發(fā)設(shè)計的。本系統(tǒng)采用MSC—51系列單片機89C51和相關(guān)的光電檢測設(shè)備及設(shè)計智能路燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際光線條件通過8051芯片的P1口控制路燈開關(guān)功能。隨著社會文明的不斷開展，城市照明已不僅局限于街道照明，而且開展成了城市景觀等裝飾性照明的綜合市政工程。關(guān)鍵詞：路燈單片機技術(shù)設(shè)計ABSTRACTNowadays,withtherapiddevelopmentofmicro-electronictechnologyandintegratedcircuittechnology,SingleChipMicro-computer(MCU)technologyisbeingusedeverywhere.MCUhasbeenusedinallkindsofindustries,especiallyintheareasconcerningthecontrollingastheimportantingredientinthecomputerscienceandtechnology,thefront-runnerintheembeddedsystem.Ithasimprovedproducts’IntellectualizedandtechnicalstandardsandbeenaquiteimportanttechnicalareainourrecentsocialneedsandtheappliedareasofMCUexpanding,typesofmentalproduceandcontrolsystemsaredesignedwithMCUasthecentraltechnology.ThesystemusesMSCMSU-51andRelevantphotoelectricequipmenttodesignintelligentizedcontrollerofstreetslightsandrealizethefunctionofcontrollingtheswitchesaccordingtotheactualconditionsoflightthroughP1portof8051chip.Astheever-accelerateddevelopmentofsocialcivilization,CitylightisnotonlyconfinedtothestreetlightingbutalsodevelopedintotheurbanlandscapeanddecorativeKeywords:lampMCU-technologydesign目錄25510第一章緒論 184051.1引言 1255711.2單片機概述 110844第二章芯片介紹 3270582.189C51芯片簡介3282512.1.189C51單片機內(nèi)部構(gòu)造 3265142.1.2中斷系統(tǒng) 5145362.1.3時鐘電路 5223422.1.489C51的引腳說明 6110982.1.5單片機的系統(tǒng)資源 8119422.1.6運算器 9152622.1.7控制器 9204322.1.889C51單片機的存儲器系統(tǒng) 1089212.2232串口芯片介紹11307402.3光敏電阻 14219662.3.1光敏電阻介紹 1428342.3.2根本特性及其主要參數(shù) 1630392.4繼電器 20173702.4.1繼電器的作用 20225732.4.2繼電器的電符號和觸點形式 20256262.4.3繼電器〔relay〕的工作原理和特性 21114122.4.4繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù) 22311242.4.5繼電器測試 227613第三章系統(tǒng)設(shè)計方案論證 25216213.1傳感電路局部25144993.2執(zhí)行電路局部2523882第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計及原理圖的繪制 27320474.1AltiumDesigner電路設(shè)計軟件簡介27121924.2光電檢測電路 29283864.3單片機控制電路29180614.4繼電器執(zhí)行電路29296064.5串口通信電路29129914.5.1串口通信電路原理圖 30149014.5.2串口通信電路在系統(tǒng)中的優(yōu)勢 3019906第五章系統(tǒng)總電路原理圖3127838第六章調(diào)試及最后完成33155056.1硬件電路的安裝調(diào)試33229606.2軟件調(diào)試33255336.3程序流程圖34194056.4程序局部3416804第七章心得體會3721499致謝391938參考文獻(xiàn) 41第一章緒論1.1引言隨著我國參加世界貿(mào)易組織〔WTO〕，為了創(chuàng)造一個良好的投資環(huán)境，塑造一個美麗的國際化城市，更好的與國際接軌，全國各大城市的市政建設(shè)步伐都逐步加快，公路系統(tǒng)蓬勃開展，因此裝扮美麗城市夜景的路燈照明工程得以迅猛開展。由于單片機具有集成度高，處理能力強，可靠性高，系統(tǒng)構(gòu)造簡單，價格低廉等優(yōu)點，因此在路燈照明工程中被廣泛應(yīng)用。近年來隨著計算機在社會領(lǐng)域的滲透，單片機的應(yīng)用正在不斷走向深入。單片機技術(shù)中的計時系統(tǒng)是單片機的一個典型的應(yīng)用。夜晚城市里花燈初上，人們消除了白天的繁忙，漫步穿行于城市的街道上，路燈已經(jīng)成為一個城市的照明系統(tǒng)不可分割更是無可替代的一局部，在城市照明中發(fā)揮著舉足輕重的作用，靠的就是路燈自動控制系統(tǒng)，路燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機89C51和相關(guān)的光電檢測設(shè)備及繼電設(shè)備來設(shè)計智能光控路燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際光線條件通過8051芯片的P1口控制路燈開關(guān)的功能。隨著社會文明的不斷開展，城市照明已不僅局限于街道的照明，而且開展成了城市景觀等裝飾性照明綜合市政工程。社會對亮燈率,開關(guān)燈的準(zhǔn)確率，故障檢測的實時性和維護的及時性要求不斷提高，利用51系列單片機可編程控制八位邏輯I/O端口實現(xiàn)路燈的智能化，到達(dá)節(jié)能，自動控制的目的。防止了傳統(tǒng)電路對能源的浪費，路燈的自動控制更方便了工作人員的管理。本系統(tǒng)實用性強，操作簡單，擴展功能強。1.2單片機概述單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種，單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的根本功能部件：中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。單片機經(jīng)過1、2、3代的開展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向開展，他們的CPU功能在增強，內(nèi)部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓低功耗。第二章芯片介紹2.189C51芯片簡介2.1.189C51單片機內(nèi)部構(gòu)造所謂單片機(SingleChipMicrocomputer或MCU)是指在一塊芯片中，集成有中央處理器(CPU)、存儲器(RAM和ROM)、根本I/O端口以及定時器/計數(shù)器等部件并具有獨立指令系統(tǒng)的智能器件，即在一塊芯片上實現(xiàn)一臺微型計算機的根本功能。不同的單片機有著不同的硬件構(gòu)造和指令系統(tǒng)，即它們的技術(shù)特征不盡一樣，硬件特征取決于單片機芯片的內(nèi)部構(gòu)造，設(shè)計人員必須了解其性能是否滿足需要的功能和應(yīng)用系統(tǒng)所要求的特性指標(biāo)。這里的技術(shù)特征包括功能特性、控制特性和電氣特性等，這些信息可以從生產(chǎn)廠商的技術(shù)手冊中得到。指令特性即我們熟悉的單片機的尋址方式，數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方法，輸入輸出特性等。開發(fā)環(huán)境包括指令的兼容性及可移植性，軟、硬件資源等。單片機及應(yīng)用系統(tǒng)有以下特點：〔1〕單片機具有獨立的指令系統(tǒng)，可以將我們的設(shè)計思想充分表達(dá)出來，使產(chǎn)品智能化；〔2〕系統(tǒng)配置以滿足控制對象的要求為出發(fā)點，使得系統(tǒng)具有較高的性能價格比；〔3〕應(yīng)用系統(tǒng)通常將程序駐留在片內(nèi)〔外〕ROM中，抗干擾能力強，可靠性高，使用方便；〔4〕單片機本身不具有自我開發(fā)能力，一般需借助專用的開發(fā)工具進展系統(tǒng)開發(fā)和調(diào)試，但最終形成的產(chǎn)品簡單實用，本錢低，效益高；〔5〕應(yīng)用系統(tǒng)所用存儲器芯片可選用EPROM、E2PROM、OTP芯片或利用掩膜形式生產(chǎn)，便于批量開發(fā)和應(yīng)用。大多單片機如51系列，開發(fā)芯片和擴展應(yīng)用芯片相互配套，降低了系統(tǒng)本錢；〔6〕系統(tǒng)小巧玲瓏，控制功能強、體積小，便于嵌入被控設(shè)備之內(nèi)，大大推動了產(chǎn)品的智能化。89C51單片機包含中央處理器、數(shù)據(jù)存儲器〔RAM〕、程序存儲器〔ROM〕、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)的幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在加以說明：·中央處理器〔CPU〕：中央處理器(CPU)是整個單片機的核心局部，是八位數(shù)據(jù)的處理器，能處理八位二進制數(shù)據(jù)或者代碼，CPU負(fù)責(zé)控制，指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作?！?shù)據(jù)存儲器〔RAM〕：89C51內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用存放器單元，他們是統(tǒng)一編址的，專用存放器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)。所以，用戶使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶的定義的字形表?！こ绦虼鎯ζ鳌睷OM〕：程序存儲器是用來存放已調(diào)試完成的程序和常數(shù)表格的。為了提高系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)用程序通常固化在片內(nèi)ROM中。CPU設(shè)置了一個專用存放器——程序計數(shù)器PC，用以存放將要執(zhí)行的指令地址。PC的長度為16位，故程序存儲器的尋址范圍為64KB〔0000H～FFFFH〕，也就是說，51系列單片機具有64KB的程序存儲器空間?！ざ〞r/計數(shù)器〔ROM〕：89C51單片機有兩個16位定時器/計數(shù)器，通過對機器周期計數(shù)到達(dá)定時的目的，通過對外部事件計數(shù)到達(dá)計數(shù)之目的?！げ⑿休斎胼敵觥睮/O〕口：89C51共有四組8位I/O口〔P0、P1、P2或P3〕，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)在整個傳輸過程中，并排前進，有多少個數(shù)據(jù)線就能同時傳送多少位數(shù)據(jù)。并行通信的特點是硬件連線多、傳送速率高，一般適用于近距離、高速率的通信領(lǐng)域。如：計算機主板與硬盤、打印機等之間的通信?！るp全雙工串行口：89C51內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。數(shù)據(jù)在傳輸過程中一位一位的串行傳輸，硬件連接比擬簡單。最簡單時只需3根連線即可實現(xiàn)串行通信，相對于并行通信來講其通信速率低，一般適用于短距離數(shù)據(jù)通信。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常采用串行通信方式。2.1.2中斷系統(tǒng)所謂中斷是指計算機在執(zhí)行某一程序的過程中,由于計算機系統(tǒng)內(nèi)部或外部的某種原因,CPU必須暫時停頓現(xiàn)行程序的執(zhí)行，而自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行預(yù)先安排好的處理該事件的服務(wù)子程序，待處理完畢之后,再回來繼續(xù)執(zhí)行被中止的程序的過程。實現(xiàn)這種中斷功能的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)統(tǒng)稱為中斷系統(tǒng)。89C51具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。2.1.3時鐘電路89C51內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHZ的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但89C51單片機需外置振蕩電容。單片機的構(gòu)造有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)構(gòu)造，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的構(gòu)造，即普林斯頓(Princeton)構(gòu)造。INTEL的89C51系列單片機采用的是哈佛構(gòu)造的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機則采用普林斯頓構(gòu)造。以下列圖是89C51系列單片機的內(nèi)部構(gòu)造示意圖圖2.189C51系列單片機內(nèi)部構(gòu)造圖2.1.489C51的引腳說明89C51單片機采用40PIN封裝的雙列直接DIP構(gòu)造，以下列圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。現(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：圖2.289C51系列單片機引腳電源引腳(40、20)：這當(dāng)然是必不可少的了。單片機使用的是5V電源，其中40引腳接正極(VCC)，20引腳接負(fù)極(VSS)或地(GND)。振蕩電路(18、19)：單片機是一種時序電路，必須提供脈沖信號才能正常工作，在單片機內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接18、19腳。這兩個腳的定義是：(1)時鐘電路引腳(XTAL2)〔18腳)：該腳接外部晶體和微調(diào)電容的一段，在89C51內(nèi)部，它是振蕩電路反相放大器的輸出端。振蕩電路的頻率就是固有頻率。假設(shè)采用外部時鐘電路，該引腳輸入外部脈沖。(2)時鐘電路引腳(XTEL1)〔19腳〕：該腳接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在片內(nèi)，它是反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該腳必須接地。復(fù)位引腳〔RESET〕〔9腳〕：它是復(fù)位信號輸入端，高電平有效，當(dāng)此腳保持兩個機器周期，即24個時鐘振蕩周期為高電平時，即可完成復(fù)位操作。他還具有第二功能，即當(dāng)主電源VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，將5V電源自動接入RST端，為單片機提供備用電源。以保證信息不喪失，電源恢復(fù)后，能夠正常工作。EA/VPP引腳(31腳)：訪問程序存儲器控制信號端(又：外部存儲器地址允許輸入端)。(1)當(dāng)EA引腳接高電平時，CPU訪問片內(nèi)EPROM(CPU讀取內(nèi)部程序存儲器<ROM>)，并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。(2)當(dāng)EA腳接低電平時，CPU只訪問外部EPROM，并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令。而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。(3)此腳還具有第二功能VPP：是對89C51片內(nèi)同化編程時，作為施加較高編程電壓輸入端。即：89C51燒寫內(nèi)部EPROM時，利用此腳輸入21V的燒寫電壓。PSEN(29腳):程序存儲器允許輸入端(也叫:外部程序存儲器讀選通信號端):在讀外部ROM時PSEN低電平有效，以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作：(1)內(nèi)部ROM讀取時，PSEN不動作；(2)外部ROM讀取時，在每個機器周期會動作兩次；(3)外部RAM讀取時，兩個PSEN脈沖被跳過不會輸出；(4)外接ROM時，與ROM的OE腳相接。要檢查一個89C51小系統(tǒng)上電后能否正確到EPROM中讀取指令，可用示波器看PSEN端有無脈沖，如有，說明根本工作正常。ALE(30腳):地址鎖存控制信號端。89C51正常工作時，ALE腳不斷向外輸出正脈沖信號，頻率為振蕩器頻率fosc的六分之一，CPU訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE作為鎖存8位地址的控制信號。平時不訪問外部存儲器時，ALE也以六分之一的振蕩頻率固定輸出正脈沖。因而，ALE信號可以作為對外輸出時鐘或定時信號。另外還有四個8位并行通訊端口：P0口：8位雙向I/O端口(39—32引腳)。即：P0.0—P0.7P1口：8位雙向I/O端口(1—8引腳)。即：P1.0—P1.7P2口：8位雙向I/O端口(21—28引腳)。即：P2.0—P2.7P3口：8位雙向I/O端口(10—17引腳)。即：P3.0—P3.7P0口有三個功能：(1)外部擴展存儲器時，當(dāng)做數(shù)據(jù)總線。(2)外部擴展存儲器時，當(dāng)做地址總線。(3)不擴展時，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應(yīng)在外部接上拉電阻。P1口只做I/O口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。P2口有兩個功能:(1)擴展外部存儲器時，當(dāng)作地址總線使用；(2)做一般I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。P3口有兩個功能：除了作為I/O使用外(其內(nèi)部有上拉電阻)，還有一些特殊功能，由特殊存放器來設(shè)置。有內(nèi)部EPROM的單片機芯片，為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號也是由信號引腳的形式提供的。即：編程脈沖：30腳(ALE/PROG)編程電壓(25V)：31腳(EA/Vpp)2.1.5單片機的系統(tǒng)資源1.CPU(即控制器)。2.運算器。3.片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器(RAM)：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)。如運算結(jié)果、最終結(jié)果、欲顯示的數(shù)據(jù)。4.片內(nèi)程序存儲器(ROM)：用以存放原始程序、數(shù)據(jù)和表格。5.四個8位并行輸入輸出接口：P0—P3。6.兩個定時計數(shù)器：每個計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以對外部事件進展計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)定時或計數(shù)結(jié)果實現(xiàn)計算機控制。7.五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)。8.一個全雙工UAST的串行I/O口，可以實現(xiàn)單片機與單片機或其他微機系統(tǒng)串行通訊。9.片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路。10.片內(nèi)系統(tǒng)總線：包括數(shù)據(jù)總線、低8位地址總線、高8位地址總線和控制總線。2.1.6運算器運算器的組成：算數(shù)邏輯單元ALU、累加器、存放器。算數(shù)邏輯單元ALU的作用：把傳送到處理器的數(shù)據(jù)進展算數(shù)或邏輯運算，它具有兩個輸入來源，一來自累加器，二來自數(shù)據(jù)存放器。ALU執(zhí)行不同的運算操作是由不同控制線上的信息所決定的。通常ALU接收來自累加器或存放器的2組8位二進制數(shù)。因為要對這兩個輸入的數(shù)據(jù)進展操作(如，數(shù)據(jù)進展算數(shù)或邏輯運算)，所以將這兩個輸入的數(shù)據(jù)均稱為操作數(shù)。ALU可以對這兩個操作數(shù)進展加、減、與、或、比擬大小等操作，最后將結(jié)果存入累加器。例如:12和31相加，在相加之前，操作數(shù)12放在一個暫存器(累加器或存放器)中，操作數(shù)31放在另一個暫存器(累加器或存放器)中。執(zhí)行兩數(shù)相加運算的控制線發(fā)出加操作信號，ALU即把兩個數(shù)相加，并把結(jié)果43放入累加器，取代累加器中前面存放的數(shù)(12或31)。2.1.7控制器它由程序計數(shù)器PC、指令存放器、指令譯碼器、時序產(chǎn)生器、操作控制器組成。1.程序計數(shù)器PC：為了保證程序能夠連續(xù)的執(zhí)行下去，CPU必須具有某些手段來確定一條指令的地址。程序計數(shù)器PC正是起到這個作用。所以通常又稱其為指令地址計數(shù)器。在程序開場執(zhí)行之前，必須將其起始地址，即程序的第一條指令所在的內(nèi)存中的單元地址送入PC，當(dāng)執(zhí)行指令時，CPU將自動修改PC中的內(nèi)容，使之總是保存將要執(zhí)行的下一條指令的地址。由于大多數(shù)指令都是按順序執(zhí)行的，所以，修改的過程只是簡單的加一操作。2.指令存放器：用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令，當(dāng)執(zhí)行一條指令時，先把它從內(nèi)存中取出，然后再傳送到指令存放器。3.指令譯碼器：指令分為操作碼和操作數(shù)字段，由二進制數(shù)字組成，為執(zhí)行任何給定的指令，必須對操作碼進展譯碼，以便確定所要求的操作。指令譯碼器就是負(fù)責(zé)這項工作的，指令存放器中操作碼的輸出，就是指令譯碼器的輸入。操作碼一經(jīng)譯碼后，即可向操作控制器發(fā)出具體操作的特定信號。4.時序產(chǎn)生器：控制器是發(fā)布命令的決策機構(gòu)，即協(xié)調(diào)和指揮整個計算機系統(tǒng)操作?？刂破麟娐窂?fù)雜?？刂破鲀?nèi)部各局部要協(xié)調(diào)工作，必須有一個同步信號，這個同步信號就是時鐘，時鐘是由晶體振蕩電路產(chǎn)生的周期固定的方波序列。5.操作控制器的主要功能：(1)從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。(2)對指令進展譯碼或測試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，以便啟動規(guī)定的動作。比方一次內(nèi)存讀寫操作、一個邏輯運算或輸入輸出。指揮并控制CPU，內(nèi)存和輸入設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流動的方向。相對控制器而言，運算器接收控制器的命令而進展操作，即運算器所進展的所有操作都是由控制器發(fā)出的控制信號來指揮的。2.1.889C51單片機的存儲器系統(tǒng)89C51單片機存儲器在物理構(gòu)造上分為程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間。程序存儲器ROM：我們?yōu)榱俗寙纹瑱C實現(xiàn)某一功能，需要利用匯編語言或其他語言編寫一些源程序，然后再燒錄到芯片中，我們編寫的這些程序，就存儲在程序存儲器空間中。數(shù)據(jù)存儲器RAM：我們編寫的源程序，在運行的過程中，會產(chǎn)生一些臨時的運算結(jié)果，這些結(jié)果需要臨時存放在一個地方，這個地方就是數(shù)據(jù)存放器。89C51單片機具有四個存儲器空間:(1)片內(nèi)程序存儲器，即單片機芯片內(nèi)置的存儲空間；(2)片外程序存儲器，即當(dāng)單片機芯片內(nèi)置的存儲空間不夠使用時，我們需要外加的一個存儲器芯片；(3)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器，即單片機芯片內(nèi)置的存儲空間；(4)片外數(shù)據(jù)存儲器，即當(dāng)單片機芯片內(nèi)置的存儲空間不夠使用時，我們需要外加的一個存儲器芯片。但從用戶使用的角度，89C51存儲器地址空間分為三類：(1)片內(nèi)片外統(tǒng)一編址的0000H—FFFFH的64K字節(jié)的程序存儲器地址空間，用16位地址。(2)64K字節(jié)片外數(shù)據(jù)存儲器空間，地址也是從0000H—FFFFH用16位地址。(3)256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器空間，用8位地址。程序存儲器地址空間：89C51程序存儲器用于存放編寫好的程序和表格常數(shù)。程序存儲器通過16位程序計數(shù)器PC尋址。尋址能力為64K字節(jié)。片內(nèi)ROM為4KB。地址為0000H—FFFFH。片外最多可擴至64K字節(jié)。地址為1000H—FFFFH。片內(nèi)片外是統(tǒng)一編址的。當(dāng)引腳EA接高電平時，89C51程序計數(shù)器PC在0000H—0FFFH范圍內(nèi)，即前4K字節(jié)地址執(zhí)行片內(nèi)ROM中的程序。當(dāng)指令地址超過0FFFH后，就自動轉(zhuǎn)向片外ROM中取指令。程序存儲器的某些單元是留給系統(tǒng)使用的。存儲單元0000H—0002H用作89C51上電復(fù)位后引導(dǎo)程序存放單元。因為89C51上電復(fù)位后程序計數(shù)器PC的內(nèi)容為0000H,所以CPU總是從0000H開場執(zhí)行程序，如果在這三個單元中有跳轉(zhuǎn)指令，那么，程序就被引導(dǎo)到轉(zhuǎn)移指令所指的ROM空間去執(zhí)行。0003H—0023H單元被均勻的分為5段。用作5個中斷服務(wù)程序的入口。因為5個入口之間間隔較小，因此一般來說，這五個入口都是存放著一條跳轉(zhuǎn)指令，而把真正的中斷服務(wù)程序安排在后面的存儲單元中。數(shù)據(jù)存儲器空間：數(shù)據(jù)存儲器RAM用于存放運算中的結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存或緩沖、標(biāo)志位等。數(shù)據(jù)存儲空間也分為片內(nèi)和片外兩大局部，即片內(nèi)RAM和片外RAM。MSC—51內(nèi)部RAM有128或256個字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)存儲(不同的型號有分別)，片外最多可擴展64KB的RAM，構(gòu)成兩個地址空間，訪問片內(nèi)RAM用“MOV〞指令，訪問片外RAM用“MOVX〞指令。它們是用于存放執(zhí)行的中間結(jié)果和過程數(shù)據(jù)的。MCS—51的數(shù)據(jù)存儲器均可讀寫，局部單元還可以位尋址。2.2232串口芯片介紹數(shù)據(jù)在傳輸過程中一位一位的串行傳輸，硬件連接比擬簡單。最簡單時只需3根連線即可實現(xiàn)串行通信，相對于并行通信來講其通信速率低，一般適用于短距離數(shù)據(jù)通信。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常采用串行通信方式。在串行通信中，按同步方式的不同，又分為同步通信和異步通信。〔1〕異步通信〔AsynchronousCommunication〕，數(shù)據(jù)通常是以字符為單位組成字符幀傳送的。字符幀由發(fā)送端一幀一幀地發(fā)送，一幀數(shù)據(jù)低位在前，高位在后，通過傳輸線被接收端一幀一幀地接收。〔2〕同步通信〔SynchronousCommunication〕是將一大批數(shù)據(jù)分成假設(shè)干個數(shù)據(jù)塊,數(shù)據(jù)塊之間用同步字符隔開,而傳輸?shù)母魑欢M制碼之間都沒有間隔。其根本特征是發(fā)送端與接收端通信時保持嚴(yán)格同步。即同步通信是一種連續(xù)串行傳送數(shù)據(jù)的通信方式，一次通信只傳輸一幀信息。由于電腦串口RS232電平是-10V～+10V，而一般的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的信號電壓是TTL電平0～+5V,MAX232就是用來進展電平轉(zhuǎn)換的，該器件包含兩個驅(qū)動器、兩個接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA—232—F電平。為了提高數(shù)據(jù)通信的可靠性和抗干擾能力，RS-232C標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定發(fā)送端信號邏輯“0〞(空號)電平范圍為+5V～+15V，邏輯“1〞(傳號)電平范圍為－5V～－15V；接收端邏輯“0〞為+3V～+15V，邏輯“1〞為－3V～－15V。噪聲容限為2V。－5V～+5V以及－3V～+3V之間分別為發(fā)送端和接收端點信號的不確定區(qū)。通常，RS-232C總線邏輯電平采用+12V表示“0〞，－12V表示“1〞。以下列圖是MAX232引腳圖圖2.3MAX232引腳圖該器件符合TIA/EIA—232—F標(biāo)準(zhǔn)，每一個接收器將TIA/EIA—232—F電平轉(zhuǎn)換成5VTTL/CMOS電平。每一個發(fā)送器將TTL/CMOS那電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA—232—F電平。232是電荷泵芯片，可以完成兩路TTL/RS—232電平的轉(zhuǎn)換，它的9、10、11、12引腳是TTL電平端，用來連接單片機的。MAX232獲得正負(fù)電源的另一種方法在單片機控制系統(tǒng)中，我們時常要用到數(shù)/模(D/A)或者模/數(shù)(A/D)變換以及其它的模擬接口電路，這里面要經(jīng)常用到正負(fù)電源，例如：9V,-9V；12V，-12V。這些電源僅僅作為數(shù)字和模擬控制轉(zhuǎn)換接口部件的小功率電源。在控制板上，我們有的只是5V電源，可又有很多方法獲得非5V電源。在這里我們介紹一塊大家常用的芯片：MAX232。MAX232是TTL～RS232電平轉(zhuǎn)換的典型芯片，按照芯片的推薦電路，取振蕩電容為uF的時候，假設(shè)輸入為5V，輸出可以到達(dá)-14V左右，輸入為0V，輸出可以到達(dá)14V，在輸出電流為20mA的時候，處處電壓可以穩(wěn)定在12V和-12V，因此，在功耗不是很大的情況下，可以將MAX232的輸出信號經(jīng)穩(wěn)壓塊后作電源使用。串口通信的概念非常簡單，串口按位(bit)發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)(byte)的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。比方IEEE488定義并行通行狀態(tài)時，規(guī)定設(shè)備線總長不得超過20米，并且任意兩個設(shè)備間的長度不得超過2米；而對于串口而言，長度可達(dá)1200米。典型的串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：〔1〕地線；(2)發(fā)送；(3)接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停頓位和奇偶校驗。對于兩個進展通信的端口，這些參數(shù)必須匹配：A.波特率：這是一個衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的bit的個數(shù)。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個bit。當(dāng)我們提到時鐘周期時，我們就是指波特率例如如果協(xié)議需要4800波特率，那么時鐘是4800HZ。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為4800HZ。通常線的波特率為14400、28800和36600。波特率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是GPIB設(shè)備的通信。B.數(shù)據(jù)位：這是衡量通信中實際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計算機發(fā)送一個信息包，實際的數(shù)據(jù)不會是8位的，標(biāo)準(zhǔn)的值是5、7和8位。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。比方，標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼是0～127(7位)。擴展的ASCII碼是0～255(8位)。如果數(shù)據(jù)使用簡單的文本(標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼)，那么每個數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。每個包是指一個字節(jié)，包括開場/停頓位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位。由于實際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，術(shù)語“包〞指任何通信的情況。C.停頓位：用于表示單個包的最后一位。典型的值為1、1.5和2位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時的，并且每一個設(shè)備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停頓位不僅僅是表示傳輸?shù)耐戤?，并且提供計算機校正時鐘同步的時機。適用于停頓位的位數(shù)越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時也越慢。D.奇偶校驗位：在串口通信中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當(dāng)然沒有校驗位也是可以的。對于偶和奇校驗的情況，串口會設(shè)置校驗位(數(shù)據(jù)位后面的一位)，用一個值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個或者奇?zhèn)€邏輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)是011，那么對于偶校驗，校驗位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個。如果是奇校驗，校驗位為1，這樣就有3個邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗。這樣使得接收設(shè)備能夠知道一個位的狀態(tài)，有時機判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否不同步。2.3光敏電阻2.3.1光敏電阻介紹光敏電阻又稱光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換〔將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化〕。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線〔可見光〕的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值〔暗阻〕可達(dá)1～10M歐,在強光條件〔100LX〕下，它阻值〔亮阻〕僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性〔即光譜特性〕與人眼對可見光〔0.4～0.76〕μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設(shè)計光控電路時，都用白熾燈泡〔小電珠〕光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計大為簡化。通常，光敏電阻器都制成薄片構(gòu)造，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時，半導(dǎo)體片〔光敏層〕就激發(fā)出電子—空穴對，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極常采用梳狀圖案，它是在一定的掩膜下向光電導(dǎo)薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。光敏電阻器通常由光敏層、玻璃基片〔或樹脂防潮膜〕和電極等組成。光敏電阻器在電路中用字母“R〞或“RL〞、“RG〞表示。其構(gòu)造如圖2.4所示：圖2.4光敏電阻構(gòu)造圖在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過，受到適當(dāng)波長的光線照射時，電流就會隨光強的增加而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。光敏電阻是采用半導(dǎo)體材料制作，利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電元件。它在光線的作用下其阻值往往變小，這種現(xiàn)象稱為光導(dǎo)效應(yīng)，因此，光敏電阻又稱光導(dǎo)管。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，然后接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度，如圖2.5所示。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對增加了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻的阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子—空穴對將逐漸復(fù)合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復(fù)原值。圖2.5光敏電阻實物圖2.3.2根本特性及其主要參數(shù)1.暗電阻、亮電阻光敏電阻在室溫和全暗條件下測得的穩(wěn)定電阻值稱為暗電阻，或暗阻。此時流過的電流稱為暗電流。例如MG41—21型光敏電阻暗阻大于等于0.1M。光敏電阻在室溫和一定光照條件下測得的穩(wěn)定電阻值稱為亮電阻或亮阻。此時流過的電流稱為亮電流。MG41—21型光敏電阻亮阻小于等于1K。亮電流與暗電流之差稱為光電流。顯然，光敏電阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是說暗電流要小，亮電流要大，這樣光敏電阻的靈敏度就高。2.伏安特性在一定照度下，光敏電阻兩端所加的電壓與流過光敏電阻的電流之間的關(guān)系，稱為伏安特性。由圖2.6可知，光敏電阻伏安特性近似直線，而且沒有飽和現(xiàn)象。受耗散功率的限制，在使用時，光敏電阻兩端的電壓不能超過最高工作電壓，圖中虛線為允許功耗曲線，由此可確定光敏電阻正常工作電壓。圖2.6光敏電阻的伏安特性3.光電特性光敏電阻的光電流與光照度之間的關(guān)系稱為光電特性。如圖2.7所示，光敏電阻的光電特性呈非線性。因此不適合做檢測元件，這是光敏電阻的缺點之一，在自動控制中它常用做開關(guān)式光電傳感器。圖2.7光敏電阻的光電特性4.光譜特性對于不同波長的入射光，光敏電阻的相對靈敏度是不一樣的。各種材料的光譜特性如圖2.8所示。從圖中看出，硫化鎘的峰值在可見光區(qū)域，而硫化鉛的峰值在紅外區(qū)域，因此在選用光敏電阻時應(yīng)當(dāng)把元件和光源的種類結(jié)合起來考慮，才能獲得滿意的結(jié)果。圖2.8光敏電阻的光譜特性5.頻率特性當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照時，光電流要經(jīng)過一段時間才能到達(dá)穩(wěn)態(tài)值，光照突然消失時，光電流也不立刻為零。這說明光敏電阻有時延特性。由于不同材料的光敏電阻時延特性不同，所以它們的頻率特性也不一樣。圖2.9給出相對靈敏度Kr，與光強變化頻率f之間的關(guān)系曲線，可以看出硫化鉛的使用頻率比硫化鉈高的多。但多數(shù)光敏電阻的時延都較大，因此不能用在要求快速響應(yīng)的場合，這是光敏電阻的一個缺陷。圖2.9光敏電阻的頻譜特性6.溫度特性光敏電阻和其他半導(dǎo)體器件一樣，受溫度影響較大，當(dāng)溫度升高時，它的暗電阻會下降。溫度的變化對光譜特性也有很大影響。圖2.10是硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性曲線。從圖中可以看出，它的峰值隨著溫度上升向波長短的方向移動。因此，有時為了提高靈敏度，或為了能承受遠(yuǎn)紅外光而采取降溫措施。圖2.10硫化鉛光譜溫度特性曲線常用的光敏電阻器是硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線(可見光)的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值(暗阻)可達(dá)1～10MΩ；在強光條件(100LX)下，它阻值(亮阻)僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性(即光譜特性)與人眼對可見光(0.4～0.76)μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。所以設(shè)計光控電路時，都用白熾燈泡(小電珠)光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計大為簡化。光敏電阻隨入射光線的強弱其對應(yīng)的阻值變化不是線性的，也就不能用它作光電的線性變換，這是使用者應(yīng)注意的地方。初學(xué)者可購置一只光敏電阻器〔MG45型)，在夜間點一盞60～100W的白熾燈，用萬用表直接測量光敏電阻器的阻值。測量時，應(yīng)把光敏電阻對著白熾燈的光，再逐漸拉開與燈的距離(由近到遠(yuǎn))，觀察萬用表指示的阻值變化，可以直觀驗證光敏電阻的特牲，以加深對它的感性認(rèn)識。常用的光敏電阻器型號有密封型的MG41、MG42、MG43和非密封型的MG45。它們的額定功率均在200mW以下。在光電自動控制電路中，可以選用光敏電阻器作為光電傳感元件。2.4繼電器2.4.1繼電器的作用繼電器是具有隔離功能的自動開關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測、通訊、自動控制、機電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一。繼電器一般都有能反映一定輸入變量(如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等)的感應(yīng)機構(gòu)(輸入局部)：有能對被控電路實現(xiàn)“通〞、“斷〞控制的執(zhí)行機構(gòu)(輸出局部)；在繼電器的輸入局部和輸出局部之間，還有對輸入量進展耦合隔離，功能處理和對輸出局部進展驅(qū)動的中間機構(gòu)(驅(qū)動局部)。作為控制元件，概括起來，繼電器有如下幾種作用：(1)擴大控制范圍。例如，多觸點繼電器控制信號到達(dá)某一定值時，可以按觸點組的不同形式，同時換接、開斷、接通多路電路。(2)放大。例如，當(dāng)多個控制信號按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時，經(jīng)過比擬綜合，到達(dá)預(yù)定的控制效果。(3)自動、遙控、監(jiān)測。例如，自動裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線躋，從而實現(xiàn)自動化運行。2.4.2繼電器的電符號和觸點形式繼電器線圈在電路中用一個長方框符號表示，如果繼電器有兩個線圈，就畫兩個并列的長方框。同時在長方框內(nèi)或長方框旁標(biāo)上繼電器的文字符號“J〞。繼電器的觸點有兩種表示方法：一種是把它們直接畫在長方框一側(cè)，這種表示法較為直觀。另一種是按照電路連接的需要，把各個觸點分別畫到各自的控制電路中，通常在同一繼電器的觸點與線圈旁分別標(biāo)注上一樣的文字特號，并將觸點組編上號碼，以示區(qū)別。繼電器的觸點有三種根本形式：(1)動合型(H型)：線圈不通電時兩觸點是斷開的，通電后，兩個觸點就閉合。以合字的拼音字頭“H〞表示。(2)動斷型(D型)：線圈不通電時兩觸點是閉合的，通電后兩個觸點就斷開。用斷字的拼音字頭“D〞表示。(3)轉(zhuǎn)換型(Z型)：這是觸點組型。這種觸點組共有三個觸點，即中間是動觸點，上下各一個靜觸點。線圈不通電時，動觸點和其中一個靜觸點斷開和另一個閉合，線圈通電后，動觸點就移動，使原來斷開的成閉合，原來閉合的成斷開狀態(tài)，到達(dá)轉(zhuǎn)換的目的。這樣的觸點組稱為轉(zhuǎn)換觸點。用“轉(zhuǎn)〞字的拼音字頭“Z〞表示。2.4.3繼電器〔relay〕的工作原理和特性當(dāng)輸入量(如電壓、電流、溫度等)到達(dá)規(guī)定值時，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開的電器?？煞譃殡姎饬?如電流、電壓、頻率、功率等)繼電器及非電氣量(如溫度、壓力、速度等)繼電器兩大類。具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于電力保護、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)(又稱輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱輸出回路)，通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)〞。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。1.電磁繼電器的工作原理和特性電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下抑制返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點(常開觸點)吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點(常閉觸點)吸合。這樣吸合、釋放，從而到達(dá)了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉〞觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點〞；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點〞。2.熱敏彈簧繼電器的工作原理和特性熱敏彈簧繼電器是一種利用熱敏磁性材料檢測和控制溫度的新型熱敏開關(guān)。它由感溫磁環(huán)、恒磁環(huán)、彈簧管、導(dǎo)熱安裝片、塑料襯底及其它一些附件組成。熱敏彈簧繼電器不用線圈勵磁，而由恒磁環(huán)產(chǎn)生的磁力驅(qū)動開關(guān)動作。恒磁環(huán)能否向彈簧管提供磁力是由感溫磁環(huán)的溫控特性決定的。3.固態(tài)繼電器(SSR)的工作原理和特性固態(tài)繼電器是一種由兩個接線端為輸入端，另兩個接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實現(xiàn)輸入輸出的電隔離。固態(tài)繼電器按負(fù)載電源類型可分為交流型和直流型。按開關(guān)型式可分為常開型和常閉型。按隔離型式可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多。2.4.4繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)1.額定工作電壓是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。2.直流電阻是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測量。3.吸合電流是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動作的最小電流。在正常使用時，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對于線圈所加的工作電壓，一般不要超過額定工作電壓的1.5倍，否則會產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。4.釋放電流是指繼電器產(chǎn)生釋放動作的最大電流。當(dāng)繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時，繼電器就會恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。這時的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于吸合電流。5.觸點切換電壓和電流是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點。2.4.5繼電器測試1.測觸點電阻用萬能表的電阻檔，測量常閉觸點與動點電阻，其阻值應(yīng)為0，(用更加準(zhǔn)確方式可測得觸點阻值在100毫歐以內(nèi))；而常開觸點與動點的阻值就為無窮大。由此可以區(qū)別出哪個是常閉觸點，哪個是常開觸點。2.測線圈電阻可用萬能表R×10Ω檔測量繼電器線圈的阻值，從而判斷該線圈是否存在著開路現(xiàn)象。3.測量吸合電壓和吸合電流找來可調(diào)穩(wěn)壓電源和電流表，給繼電器輸入一組電壓，且在供電回路中串入電流表進展監(jiān)測。慢慢調(diào)高電源電壓，聽到繼電器吸合聲時，記下該吸合電壓和吸合電流。為求準(zhǔn)確，可以試多幾次而求平均值。4.測量釋放電壓和釋放電流也是像上述那樣連接測試，當(dāng)繼電器發(fā)生吸合后，再逐漸降低供電電壓，當(dāng)聽到繼電器再次發(fā)生釋放聲音時，記下此時的電壓和電流，亦可嘗試多幾次而取得平均的釋放電壓和釋放電流。一般情況下，繼電器的釋放電壓約在吸合電壓的10%～50%，如果釋放電壓太小(小于1/10的吸合電壓),則不能正常使用了，這樣會對電路的穩(wěn)定性造成威脅，工作不可靠。第三章系統(tǒng)設(shè)計方案論證光控路燈控制系統(tǒng)分為光線檢測和執(zhí)行控制命令(開路燈、關(guān)路燈)，在光線滿足設(shè)定條件的情況下，光線檢測電路將檢測到的情況傳送給控制器并由控制器發(fā)出指令控制相應(yīng)的電路執(zhí)行。3.1傳感電路局部方案一：使用光敏電阻直接提供應(yīng)51單片機輸入信號，并進展相應(yīng)的后續(xù)程序操作；方案二：使用光敏電阻和三極管聯(lián)合驅(qū)動的方式，提供應(yīng)單片機輸入傳感信號。由于方案一提供的輸入信號相對來說對環(huán)境的要求較高，難以實現(xiàn)且不符合系統(tǒng)在現(xiàn)實生活中的實用性等原則，應(yīng)選取方案二。3.2執(zhí)行電路局部方案一：由單片機端口對相應(yīng)電路進展操作；方案二：由單片機對后續(xù)的執(zhí)行元件進展操作，如繼電器等相關(guān)的執(zhí)行元件。由于方案二使用繼電器等相關(guān)的執(zhí)行元件，使系統(tǒng)的設(shè)計更加接近實際應(yīng)用，在實際應(yīng)用中，系統(tǒng)是由電子電路→電氣電路的控制，使用繼電器可使系統(tǒng)的現(xiàn)實性大大增強。、第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計及原理圖的繪制整個系統(tǒng)由光電檢測電路、單片機控制電路、輸出信號執(zhí)行電路、串口通信電路等四局部組成，構(gòu)成整個光控路燈智能控制系統(tǒng)。4.1AltiumDesigner電路設(shè)計軟件簡介Protel是目前EDA行業(yè)中使用最方便，操作最快捷，人性化界而最好的輔助工具。在中國用得最多的EDA工具，電子專業(yè)的大學(xué)生在大學(xué)基木上都學(xué)過Protel99Se，所以學(xué)習(xí)資源也最廣，公司在招聘新人的時候用Protel新人會很快上手。Altium聲稱中國有73%的工程師和80%的電子工程相關(guān)專業(yè)在校學(xué)生正在使用其所提供的解決方案，而目前正版率只有3%左右。產(chǎn)品歷史:1985年誕生doc版Protel。1991年P(guān)rotelforWidows。1997年P(guān)rotel98這個32位產(chǎn)品是第一個包含5個核心模塊的EDA工具。1999年P(guān)rotel99構(gòu)成從電路設(shè)計到真實版分析的完整體系。2000年P(guān)rotel99se性能進一步提高，可以對設(shè)計過程有更大控制力。2002年P(guān)rotelDXP集成了更多工具，使用方便，功能更強大。2003年P(guān)rotel2004對ProtelDXP進一步完善。2006年AltiumDesigner6.0成功推出，集成了更多工具，使用方便，功能更強大，特別在PCB設(shè)計這一塊性能大大提高。2008年AltiumDesignerSummer8.0將ECAD和MCAD兩種文件格式結(jié)合在一起，Altium在其最新版的一體化設(shè)計解決方案中為電子工程師帶來了全面驗證機械設(shè)計(如外殼與電子組件)與電氣特性關(guān)系的能力。還參加了對OrCAD和PowerPCD的支持能力。2008年AltiumDesignerWinter09推出，此冬季9月發(fā)布的AltiumDesigner引入新的設(shè)計技術(shù)和理念，以幫助電子產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新，利用技術(shù)進步，并提出一個產(chǎn)品的任務(wù)設(shè)計更快地獲得走向市場的方便。增強功能的電路板設(shè)計空間，讓您可以更快地設(shè)計，全三維PCB設(shè)計環(huán)境，防止出現(xiàn)錯誤和不準(zhǔn)確的模型設(shè)計。在本系統(tǒng)的電路原理圖設(shè)計中使用AltiumDesigner6.9進展設(shè)計，AltiumDesigner宣布發(fā)布AltiumDesigner6.9，它是完全一體化電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的下一個版本。AltiumDesigner是業(yè)界首例將設(shè)計流程、集成化PCB設(shè)計、可編程器件(如FPGA)設(shè)計和基于處理器設(shè)計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品。AltiumDesigner6.9極大地增強了對高密板設(shè)計的支持，可用于高速數(shù)字信號設(shè)計，提供大量新功能和改良，改善了對復(fù)雜多層板卡的管理和異航，可將器件放置在PCB板的正反兩面，處理高密度封裝技術(shù)，如高密度引腳數(shù)量的球型網(wǎng)格陣列(BGAS)。以前這些高級的PCB設(shè)計技術(shù)被限定在“高級〞的PCB設(shè)計產(chǎn)品，這些產(chǎn)品對大多數(shù)工程師來說價格昂貴。然而，Altium的理念是讓電子設(shè)計變得更容易，AltiumDesigner6.9讓每一位工程師都能使用最新的設(shè)計功能。AltiumDesigner6.9對差分信號提供系統(tǒng)范圍內(nèi)的支持，可對高速內(nèi)連的差分信號對進展充分定義、管理和交互式布線。支持包括對在FPGA工程內(nèi)部定義的LVDS信號的物理設(shè)計進展自動映射。LVDS是差分信號最通用的標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于可編程器件。AltiumDesigner可允分利用當(dāng)今FPGA器件上的擴展I/O管腳。AltiumDesigner6.9中的BoardInsight系統(tǒng)把設(shè)計師的鼠標(biāo)變成了交互式的數(shù)據(jù)挖掘工具。BoardInsight集成了“警示〞顯示功能，可毫不費力地瀏覽和編輯設(shè)計中疊放的對象。工程師可以專注于其目前的編輯任務(wù)，也可以完全進入目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的任何其他對象，這增加了在密集、多層設(shè)計環(huán)境中的編輯速度。AltiumDesigner6.9引入了強大的“逃逸布線〞引擎，嘗試將每個定義的焊盤通過布線剛好引到BGA邊界，這令對密集BGA類型封裝的布線變的非常簡單。顯著的節(jié)省了設(shè)計時間，設(shè)計師無需手動就可以完成在一大堆焊盤間將線連接這些器件的內(nèi)部管腳。AltiumDesigner6.9極大減少了帶有大量管腳的器件封裝在高密度板卡上設(shè)計的時問，簡化了復(fù)雜板卡的設(shè)計導(dǎo)航功能，設(shè)計師可以有效處理高速差分信號，尤其對大規(guī)?？删幊唐骷系拇罅縇VDS資源。AltiumDesigner6.9充分利用可得到的板卡空間和現(xiàn)代封裝技術(shù)，以更有效的設(shè)計流程和更低的制造本錢縮短上市時間。4.2光電檢測電路在設(shè)計中使用光敏電阻作為光傳感器件對外界光線進展檢測，主要是利用了光敏電阻在光線的作用下其阻值往往變小的這種光導(dǎo)效應(yīng)現(xiàn)象，也有基于光敏二極管、光敏三極管等光電檢測元件的相關(guān)電路。光電檢測電路將檢測到的信號以上下電平的形式傳送給單片機，從而完成整個光電檢測的過程。4.3單片機控制電路在整個系統(tǒng)中，單片機控制電路是整個系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)對光電檢測電路采集到的信號進展處理和加工，并按照之前設(shè)定好的指令進展執(zhí)行、運算，并將結(jié)果傳送給相應(yīng)的執(zhí)行電路。4.4繼電器執(zhí)行電路繼電器執(zhí)行電路在系統(tǒng)中充當(dāng)執(zhí)行任務(wù)，對單片機發(fā)出的指令進展響應(yīng)，完成相應(yīng)的操作。單片機通過將光電檢測電路傳送的信號進展運算、處理之后將輸出信號送給執(zhí)行電路，繼電器執(zhí)行電路將對外部設(shè)備進展控制。在設(shè)計中為了能夠更好的模擬并實現(xiàn)光控路燈控制系統(tǒng)的要求，選用繼電器作為執(zhí)行電路有以下幾點優(yōu)勢：(1)能夠?qū)⒌碗妷旱碾娮与娐沸盘栟D(zhuǎn)換為高電壓電氣電路信號，實現(xiàn)電子電路到電氣電路的控制，與實際應(yīng)用相符；(2)使得整個系統(tǒng)的設(shè)計更加趨了于完善，對于相關(guān)的設(shè)計預(yù)期能夠最大程度的表達(dá)出來。4.5串口通信電路串口通信電路采用經(jīng)典的MAX232串口通信，由于電腦串口RS232電平是-10V～+10V，而一般的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的信號電壓是TTL電平0V～+5V，MAX232就是用來進展電平轉(zhuǎn)換的，進展對單片機與電腦的通信，系統(tǒng)中采用MAX232串口通信電路。4.5.1串口通信電路原理圖系統(tǒng)采用的經(jīng)典串口通信電路如以下列圖所示：圖4.1串行口通信電路4.5.2串口通信電路在系統(tǒng)中的優(yōu)勢系統(tǒng)中采用串口通信電路可與電腦進展通信，可以對單片機內(nèi)的程序進展修改，并對相關(guān)的指令和相關(guān)的數(shù)據(jù)進展調(diào)整。并且可以針對性地將單片機與電腦進展通信，編寫上位機軟件程序，在上位機(電腦)上對系統(tǒng)狀態(tài)進展實時監(jiān)測，并可以讓功能更強大的PC機進展龐大的指令處理。在本系統(tǒng)中，參加串口通信電路模塊，可以使電路的完整性大大增強，并對系統(tǒng)的升級有極大的優(yōu)勢，可以是系統(tǒng)在雙機通信、與上位機通信等方面擁有相對優(yōu)勢，使得設(shè)計更加完善。第五章系統(tǒng)總電路原理圖通過專心的研究和學(xué)習(xí)，對單片機控制電路的實現(xiàn)有一定的設(shè)想，通過AltiumDesigner電路軟件的設(shè)計，對電路硬件設(shè)計有很大的幫助，在理論上硬件設(shè)計到達(dá)當(dāng)初的設(shè)計要求，根本上實現(xiàn)了系統(tǒng)的設(shè)計要求。整個電路由光電檢測電路、單片機控制電路、輸出信號執(zhí)行電路、串口通信電路等四局部組成，構(gòu)成整個光控路燈智能控制系統(tǒng)。在設(shè)計中使用光敏電阻作為光傳感器對外界光線進展檢測，主要是利用了光敏電阻在光線的作用下其阻值往往變小的這種光導(dǎo)效應(yīng)現(xiàn)象。光電檢測電路將檢測到的信號以上下電平的形式傳送給單片機，從而完成整個光電檢測的過程。在整個系統(tǒng)中，單片機控制電路是整個系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)對光電檢測電路采集到的信號進展處