基于51單片機的自動感應(yīng)環(huán)境光的調(diào)光控制器設(shè)計(課程設(shè)計)

等級等級:課程設(shè)計課程名稱測控電路課題名稱自動感應(yīng)環(huán)境光的調(diào)光控制器專業(yè)班級學(xué)號姓名指導(dǎo)老師年月日

課程設(shè)計任務(wù)書課題名稱自動感應(yīng)環(huán)境光的調(diào)光控制器姓名專業(yè)班級學(xué)號指導(dǎo)老師課程設(shè)計時間教研室意見意見：審核人：一、任務(wù)及要求1）設(shè)計一個環(huán)境光亮度檢測電路，并根據(jù)環(huán)境亮度進行臺燈光照強度的自動調(diào)節(jié)；2）采用多只LED指示亮度等級，環(huán)境亮度達到最高時，自動關(guān)閉；3）拓展部分：具有LED數(shù)碼顯示亮度等級功能；4）安裝、調(diào)試電路，記錄調(diào)零、測試的數(shù)據(jù)，進行測試、分析；設(shè)計要求：1）設(shè)計以測量顯示部分電路為主；2）進行系統(tǒng)的方案設(shè)計；3）要繪制原理框圖，繪制原理電路4）要有必要的計算及元件選擇說明5）如果采用單片機，必需繪制軟件流程圖6）寫出課程設(shè)計報告。報告中應(yīng)包括原理框圖、參數(shù)曲線分析、操作方法、測控流程等，調(diào)試過程中遇到的問題，改進方法和總結(jié)體會。7）答辯二、進度安排周一：集中布置課程設(shè)計任務(wù)和相關(guān)事宜，查資料確定系統(tǒng)總體方案。周二～周三：完成硬件電路設(shè)計周四～周五：設(shè)計報告撰寫。周五進行答辯和設(shè)計結(jié)果檢查。

三、參考資料1.測控電路（第2版），張國雄，機械工業(yè)出版社.2006。2.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第2版），童詩白，高等教育出版社.1988。3.傳感器原理及應(yīng)用（第2版），王化祥，天津大學(xué)出版社.1999。4.中國傳感器網(wǎng)站/

目錄TOC\o"3-3"\h\z\t"標題1,1,副標題,3,標題2,2"第1章設(shè)計要求與任務(wù) 11.1設(shè)計任務(wù) 11.2設(shè)計要求 1第2章系統(tǒng)方案設(shè)計 22.1總電路設(shè)計 22.2系統(tǒng)硬件設(shè)計 22.3系統(tǒng)軟件設(shè)計 3第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計 43.1LM324運算放大器 43.2光敏電阻 43.2.1光敏電阻介紹 43.2.2光敏電阻主要參數(shù) 43.3光電檢測電路 53.4單片機最小系統(tǒng)電路 63.5A/D轉(zhuǎn)換模塊 63.6硬件電路原理圖 7第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計 84.1Proteus軟件介紹 84.2KeilC51簡介 84.3程序設(shè)計總方案 8第5章系統(tǒng)仿真 95.1夜晚模擬 95.2環(huán)境光加大過程模擬 95.3環(huán)境光最大情況模擬 10第6章總結(jié) 11參考文獻 12附錄 13附錄A 13附錄B 14PAGE1第1章設(shè)計要求與任務(wù)1.1設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個環(huán)境光亮度檢測電路，并根據(jù)環(huán)境亮度進行臺燈光照強度的自動調(diào)節(jié)；采用多只LED指示亮度等級，環(huán)境亮度達到最高時，自動關(guān)閉；拓展部分：具有LED數(shù)碼顯示亮度等級功能；安裝、調(diào)試電路，記錄調(diào)零、測試的數(shù)據(jù)，進行測試、分析。1.2設(shè)計要求設(shè)計以測量顯示部分電路為主；進行系統(tǒng)的方案設(shè)計；要繪制原理框圖，繪制原理電路；要有必要的計算及元件選擇說明；如果采用單片機，必需繪制軟件流程圖；寫出課程設(shè)計報告。報告中應(yīng)包括原理框圖、參數(shù)曲線分析、操作方法、測控流程等，調(diào)試過程中遇到的問題，改進方法和總結(jié)體會；答辯。

第2章系統(tǒng)方案設(shè)計2.1總電路設(shè)計要求以臺燈控制器為對象，完成硬件系統(tǒng)和軟件程序的設(shè)計，實現(xiàn)以光線強弱方式來控制臺燈亮滅功能，需要結(jié)合硬件與軟件兩部分來完成。其中硬件電路部分主要包括以下單元：單片機最小系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換電路、光電檢測電路；軟件部分主要包括兩個軟件Proteus、Keil-C51軟件和路燈控制、光電檢測兩個程序模塊。圖2-1工作原理圖2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)組成原理圖如圖2-2所示，自動感應(yīng)環(huán)境光的調(diào)光控制器應(yīng)該具有單片機最小系統(tǒng)、光電檢測、A/D轉(zhuǎn)換電路等多部分，從而實現(xiàn)對環(huán)境光亮度等級的顯示以及自動調(diào)節(jié)。圖2-2硬件模塊

2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)軟件方案設(shè)計主要由初始化模塊，A/D轉(zhuǎn)換子程序和顯示子程序等模塊組成。如圖2-3所示。圖2-3軟件模塊

第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1LM324運算放大器LM324系列器件帶有真差動輸入的四運算放大器，具有真正的差分輸入。與單電源應(yīng)用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。3.2光敏電阻3.2.1光敏電阻介紹光敏電阻（PhotoresistororLight-dependentResistor，后者縮寫為LDR）或光導(dǎo)管（Photoconductor），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)體的光電導(dǎo)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，又稱為光電導(dǎo)探測器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。還有另一種入射光弱，電阻減小，入射光強，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。3.2.2光敏電阻主要參數(shù)（1）光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當有光照射時，流過的電流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“100LX”表示。（2）暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下，當沒有光照射的時候，流過的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，常用“0LX”表示(用照度計測量光的強弱，其單位為拉克斯lx)。（3）靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時的電阻值（暗電阻）與受光照射時的電阻值（亮電阻）的相對變化值。（4）光譜響應(yīng)。光譜響應(yīng)又稱光譜靈敏度，是指光敏電阻在不同波長的單色光照射下的靈敏度。若將不同波長下的靈敏度畫成曲線，就可以得到光譜響應(yīng)的曲線。（5）光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號隨光照度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出，隨著的光照強度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進一步增大光照強度，則電阻值變化減小，然后逐漸趨向平緩。在大多數(shù)情況下，該特性為非線性。（6）伏安特性曲線。在一定照度下，加在光敏電阻兩端的電壓與電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。在給定偏壓下，光照度較大，光電流也越大。在一定的光照度下，所加的電壓越大，光電流越大，而且無飽和現(xiàn)象。但是電壓不能無限地增大，因為任何光敏電阻都受額定功率、最高工作電壓和額定電流的限制。超過最高工作電壓和最大額定電流，可能導(dǎo)致光敏電阻永久性損壞。（7）溫度系數(shù)。光敏電阻的光電效應(yīng)受溫度影響較大，部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高，而在高溫下的靈敏度則較低。3.3光電檢測電路在本系統(tǒng)中使用光敏電阻作為光傳感器對外界的環(huán)境光進行檢測，主要是利用了光敏電阻在光線的作用下其阻值變小的光導(dǎo)效應(yīng)現(xiàn)象，如下圖所示的是光電檢測電路將檢測到的信號轉(zhuǎn)向A/D轉(zhuǎn)換電路。有光電檢測電路如圖3-1。圖3-1光電檢測電路3.4單片機最小系統(tǒng)電路單片機最小系統(tǒng)是單片機系統(tǒng)的核心，主要由單片機、復(fù)位電路、時鐘電路、電源和地端組成。在整個系統(tǒng)中，單片機控制系統(tǒng)負責(zé)對光電檢測電路采集到的光信號進行加工處理，并按照之前設(shè)定好的指令進行執(zhí)行。原理圖如圖3-2所示。圖3-2單片機最小系統(tǒng)3.5A/D轉(zhuǎn)換模塊現(xiàn)實世界的物理量都是模擬量，能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件稱為A/D轉(zhuǎn)換器，本系統(tǒng)使用的是ADC0808,ADC0808是含8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)，以及與微型計算機兼容的控制邏輯的CMOS組件，其轉(zhuǎn)換方法為逐次逼近型。ADC0808的精度為1/2LSB。在A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部有一個高阻抗斬波穩(wěn)定比較器，一個帶模擬開關(guān)樹組的256電阻分壓器，以及一個逐次通近型寄存器。8路的模擬開關(guān)的通斷由地址鎖存器和譯碼器控制，可以在8個通道中任意訪問一個單邊的模擬信號。有A/D轉(zhuǎn)換模塊如圖3-3。圖3-3A/D轉(zhuǎn)換模塊

3.6硬件電路原理圖通過多次設(shè)計，仿真，有硬件設(shè)計圖如圖3-4所示。圖3-4電路設(shè)計圖

第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1Proteus軟件介紹Proteus軟件是英國LabCenterElectronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。4.2KeilC51簡介KeilC51是美國KeilSoftware公司（ARM公司之一）出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。4.3程序設(shè)計總方案根據(jù)模塊的劃分原則，將程序劃分為初始化模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊和顯示模塊，這三個模塊組成了整個系統(tǒng)軟件的主程序，有流程圖如圖4-1所示。圖4-1流程圖

第5章系統(tǒng)仿真5.1夜晚模擬將程序運行后所生成的.hex文件添加到電路的AT89C51芯片中去，運行，此時模擬的是夜晚的情況，代表亮度等級的二極管全亮，有初始亮度等級界面如圖5-1。圖5-1夜晚情況模擬5.2環(huán)境光加大過程模擬此時我們使用光敏電阻模擬光傳感器，通過調(diào)節(jié)電燈的遠近來模擬環(huán)境光的變化。有圖5-2表示的環(huán)境光增大過程中，表示亮度等級的二極管依次熄滅。圖5-2環(huán)境光增大模擬5.3環(huán)境光最大情況模擬當模擬的環(huán)境光達到最大時，代表亮度的等級二極管全部熄滅，如圖5-3所示。圖5-3環(huán)境光最大模擬

第6章總結(jié)

參考文獻1.測控電路（第2版），張國雄，機械工業(yè)出版社.2006。2.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第2版），童詩白，高等教育出版社.1988。3.傳感器原理及應(yīng)用（第2版），王化祥，天津大學(xué)出版社.1999。4.中國傳感器網(wǎng)站/

附錄附錄A

附錄B#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitCLK=P1^3;sbitST=P1^2;sbitEOC=P1^1;sbitOE=P1^0;ucharAD_val;voidmain(){ TMOD=0x02; TH0=216; TL0=216; IE=0x82; TR0=1; EA=1; P2=0x00; P1=0x3f; while(1) { ST=0; //啟動 ST=1; ST=0; while(EOC==0); OE=1; AD_val=P3; if(AD_val==0x00) { P2=0xf0; } elseif(0xbf<AD_val&&AD_val<0xff) { P2=0xf0; } elseif(0x8f<AD_val&&AD_val<=0xbf) { P2=0xe0; } elseif(0x3f<AD_val&&AD_val<=0x8f) { P2=0xc0; } elseif(0x03<AD_val&&AD_val<=0x3f) { P2=0x80; } else if(0x00<AD_val&&AD_val<=0x03) { P2=0x00; } P0=AD_val; //getdata=(AD_val)/51*100+(AD_val%51)*100/51; //display(0); OE=0; ST=1; ST=0; }}voidTime0()interrupt1{ CLK=~CLK;}