光照強度檢測裝置

1、課程設(shè)計IV題 目光照強度檢測裝置學(xué)生姓名 學(xué)號所在學(xué)院 專業(yè)班級指導(dǎo)教師完成地點合作者2014年1月5日目錄1 .課題的意義、目的31.1 課題的意義31.2 課程設(shè)計目的32 .光照檢測裝置硬件電路設(shè)計52.1 總體方案設(shè)計52.2 單片機的選擇52.3 單元電路的設(shè)計62.3.1 光敏電阻電路62.3.2 晶振電路和復(fù)位電路72.3.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路72.3.4 報警電路82.3.5 顯示電路83 .光照檢測裝置軟件設(shè)計93.1 軟件主程序03.2 顯示程序103.3 報警程序114 .電路仿真調(diào)試125 .總結(jié)與心得13附錄13源程序14該數(shù)字式光照強度檢測儀以STC89C5常片機和模

2、數(shù)轉(zhuǎn)換為技術(shù)核心，具體由單片 機最小系統(tǒng)、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、光照強度檢測模塊、輸出模塊和數(shù)碼管顯示模塊組成。 在本系統(tǒng)的設(shè)計中，利用光敏電阻阻值隨光強的變化特性來檢測光強，采用單片機控制 輸出模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片依次測量不同的光照強度，并通過編程處理數(shù)據(jù)進行光強的 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警電路蜂鳴?？傊ㄟ^對電路的設(shè)計和實際裝調(diào)，最終基本實現(xiàn)了基于單片機的數(shù)字式光照強度檢測儀的整 體功能，可顯示最大光照強度。關(guān)鍵字：STC89C5笄片機：模數(shù)轉(zhuǎn)換；光敏電阻；報警1 .課題的意義、目的1.1 課題的意義本系統(tǒng)是一個基于單片機的數(shù)字式光照檢測儀，通過數(shù)碼管顯示光

3、度。以89C52單片機為核心，控制A/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，實現(xiàn)功能。本系統(tǒng)采用光敏電阻采集光照強度信息。光照強度直接反映在光敏電 電阻阻值上，進而反映在光敏電阻兩端的電壓值上。然后通過單片機控制 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換對電壓信號進行采集，經(jīng)換算后通過數(shù)碼管顯示光強強度。 本設(shè)計適當?shù)乩昧斯饷綦娮璧奶匦砸约皢纹瑱C的強大的運算控制功能， 實現(xiàn)了光照強度的檢測，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。加強對單片機的學(xué)習(xí)和認識，正確運用所學(xué)單片機的理論知識，將理 論與實際相結(jié)合，單片機在我們的生活中得到越來越廣泛的應(yīng)用，單片機 注定

4、影響一個時代，只要存在計算機的地方就會有他的存在，學(xué)好單片機 對今后的學(xué)習(xí)與工作有很多益處。1.2 課程設(shè)計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的檢測。 設(shè)計目的如下：1 .對于光照強度的檢測結(jié)果能夠處理后在液晶屏上顯示（光照過強、光 照強、光照一般、光照弱）；2 .當光強太弱或者太強的時候，系統(tǒng)報警。操控簡易實用2 .光照檢測裝置硬件電路設(shè)計2.1 總體方案設(shè)計總體設(shè)計方框圖設(shè)計原理光敏電阻在不同光照下的不同阻值通過數(shù)模轉(zhuǎn)換和單片機處理用數(shù)字表示出光照 強弱的區(qū)別，當光照過強或者過弱時會觸發(fā)警報?？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、成本造價低、性能穩(wěn)定

5、且誤差范圍也在設(shè)計選題的要求之內(nèi)，能在簡單低成本的基礎(chǔ)上很好的完成設(shè)計選題 的任務(wù),故實驗中米用本方案。2.2 單片機的選擇本次課設(shè)選用的是STC89C52I片機，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，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng) 51單片機不具備的功能。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72 Pi.CC 1T2EX：Pt.tC 2P12C 3PT1C 4PMC 5AKSDP1JC 9 iMSO

6、PT.eC 7：Cb PV'CRS1C 凡9-：c (TXD)P3.1C TT r -：； 而EP33匚 rrp丐.4匚標?3eC 比P3.7匚XTM2CT4 C3tCC M f: mm ziFn; F2 3 -i Fl 2.A1C FL 1 AS F2 ChA9J j nSTC89C5現(xiàn)有以下標準功能：8k字節(jié)Flash , 512 字節(jié) RAM,32 位 I/O 口線，http:內(nèi) 置 4 KBEEPROMMAX81至位電路，3個16位定時器/計數(shù) 器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼 容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工用行口。 另外STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏

7、輯操作，支持2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被 凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬 件復(fù)位為止。最高運作頻率 35MHz 6T/12T可選。STC89C52I片機弓唧圖2.3 單元電路的設(shè)計2.3.1 光敏電阻電路I-1=1'I0K1K光敏電阻模塊光敏電阻又稱光導(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 化鈿等材料。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，

8、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。光敏電阻的工作原理是基 于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上 電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里 就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常 做成梳狀。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。光敏電阻的入射光強，電 阻減小；入射光弱，電阻增大。2.3.2 晶振電路和復(fù)位電路單片機需要一個時間基準來為各種操作提供秩序，此電路叫時鐘電路，采用不同 的接線方式可以獲得不同時鐘電路，有內(nèi)部時鐘電路和外部時鐘電路，外部時鐘電路 會使電

9、路復(fù)雜，故采用的是內(nèi)部時鐘電路。時鐘電路在單片機的外部通過兩個引腳跨 接晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。復(fù)位電路和晶振電路AINO 1叵AINf FT吊 摸數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 PCF«?lM(M22.3.3 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。本實驗中利用模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬電壓值轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量再送入單片機進行數(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、 量化和編碼四個過程。在某些特定的時刻對這種模擬信號進行測量叫做采樣 ，量化噪聲 及接收機噪聲等因素的影響，采樣速率一般取。通常采樣脈

10、沖的寬度是很短的，故采樣輸出是斷續(xù)的窄脈沖。要把一個采樣輸出信號數(shù)字化，需要將采樣輸出所得的瞬時模擬信號保持一段時間，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制代碼輸出。這 些過程有些是合并進行的，例如，采樣和保持就利用一個電路連續(xù)完成，量化和編碼也 是在轉(zhuǎn)換過程中同時實現(xiàn)的，回M 同 AOLTT 四gEF 回人口村口 回£XT回OSG 同SCLT SOA且所用時間又是保持時間的一部分2

11、.3.4 報警電路蛭鳴器模塊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 壓電陶瓷在一定方向上受到一個壓力使其晶體結(jié) 構(gòu)發(fā)生形變時，它就會在內(nèi)部產(chǎn)生一個電流，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，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，以致于單片機的I/O 口是無法直接驅(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。當光照強度過

12、高或過弱時，蜂鳴器會開始報警。2.3.5 顯示電路顯示電路采用的是1602液晶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 陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以 顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，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。1 602顯示才

13、算塊LCOi0年4 三三一 ISS'IML 里之 胃K1rc0 W|GND'll液晶顯示內(nèi)容有光照的強度：“Light Text : xxx"；亮度等級：“No Light! ”（無 光）、“LowLight ”（低光照）”、“Middle Light ”（中等光照）、“High Light ”（高亮度）、 “So High! ”（太高）四個等級。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數(shù)字顯示過小時表明光照過低，系統(tǒng)發(fā)出警報3 .光照檢測裝置軟件設(shè)計3.1軟件主程序主程

14、序流程圖模數(shù)轉(zhuǎn)換單片機處理報警器報警3.1 顯示程序while (1)(LCD_Write_String(0, 0,"Light Test:");num=255-ReadADC(0);值取差值，用于顯示光強越小，數(shù)值越小aaa=(num/100);bbb=(num%100)/10;ccc=(num%100)%10;LCD_Write_Char ( 12,0, 0x30+aaa);LCD_Write_Char ( 13,0, 0x30+bbb);LCD_Write_Char ( 14,0, 0x30+ccc);DelayMs(500);if (num<30)LCD_Wr

15、ite_String(1, 1,"No Light!");warn();else if (num>=30&&num<80)LCD_Write_String(1, 1,"Low Light ");else if (num>=80&&num<130)LCD_Write_String(1, 1,"Middle Light ");else if (num>=130&&num<180)LCD_Write_String(1, 1,"High Light

16、");else(LCD_Write_String(1, 1,HSo High!"); warn();)3.2 報警程序#include<reg52.h>#include"spk.h"void DelayUs2x(unsigned char t);/函數(shù)聲明void DelayMs(unsigned char t);void warn(void)( unsigned int i;/ while(1)/for(i=0;i<200;i+)DelayUs2x(200);spk=!spk;)spk=0;/防止一直給喇叭通電造成損壞for(i=0;

17、i<200;i+)DelayMs(1);)/ )4 .電路仿真調(diào)試Jj&OZ顯小鞅球-.I ,W.T 鼻IT口.|卜-I- «.LCD1LUD16L 4T&mUolt= O.2LU§LG I LOME VQUPQgp 口 ra.ifiw 1FOLW/W1 POiPS PEU9AD6 FO.TiD?NDTAB FZ.KABATffiMZF：1U 詠 D Flim<D P33HTQ PJa'TFTT .HTQ F3£<riP3SWKP3.7iWW pB5 .總結(jié)與心得本設(shè)計主要完成了以下內(nèi)容：數(shù)字式光照強度檢測系統(tǒng)的工作原理及

18、應(yīng)用、基本 方案的選擇、單片機系統(tǒng)的硬件設(shè)計、單片機系統(tǒng)的軟件設(shè)計、系統(tǒng)各個模塊的設(shè)計 以及系統(tǒng)的仿真調(diào)試。設(shè)計的要求是檢測光照強度，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)字量這樣單片機才能采集到信號因而選擇A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換。在設(shè)計過程中設(shè)計的前一部分也就是系統(tǒng)的硬件設(shè)計比較順利，但到了系統(tǒng)仿真 調(diào)試的時候出現(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 是完成了老師要求的內(nèi)容，通過這次課程設(shè)計認識到了自己的不足，我會努力完善自 己的知識基礎(chǔ)和實踐能力，相信以后會更好。感謝我的隊友王軼超，感謝老師對我們 課程設(shè)計中的指導(dǎo)，我會更加努力，在專業(yè)上取得更大進步！附

19、錄參考文獻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單片機應(yīng)用設(shè)計.哈爾濱工業(yè)電子出版社，19963何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)選編.北京航空航天大學(xué)出版社，20004張友德等.單片微型機原理應(yīng)用與實驗，復(fù)旦大學(xué)出版社，1996源程序#include<reg52.h>/包含單片機寄存器的頭文件#include<intrins.h> /包含_nop_()函數(shù)定義的頭文件sbit CS=P3A4;/ 將CS位定義%P3.4引腳sbit CLK=P1A0； / 將 CLK位定義為 P1.0 引腳sbit DIO=P1A1； / 將

20、DIO位定義為 P1.1 引腳unsigned char code digit10="0123456789" /定義字符數(shù)組顯示數(shù)字unsigned char code Str1="Volt= . V"/說明顯示的是電壓unsigned char code Str2="SLG I LOVE YOU"/*以下是對液晶模塊的操作程序*/定義端口使能信號位，將E位定義為P2.2引腳 忙碌標志位，將BF位定義為P0.7引腳sbit RS = P2A0; / sbit RW = P2A1;sbit E= P2A2;/sbit BF=P0A7;

21、/ /*函數(shù)功能：延時1ms (3j+2)*i=(3 x 33+2) x 10=1010(微秒)，可以認為是1毫秒*/ void delay1ms()unsigned char i,j;for(i=0;i<10;i+)for(j=0;j<33;j+);/*函數(shù)功能：延時若干毫秒入口參數(shù)：n*/void delaynms(unsigned char n)unsigned char i;for(i=0;i<n;i+)delay1ms();/*函數(shù)功能：判斷液晶模塊的忙碌狀態(tài)返回值：result oresult=1，忙碌;result=0 ,不忙*/bit BusyTest(voi

22、d) ( bit result;RS=0; /根據(jù)規(guī)定，RS為低電平，RW的高電平時，可以讀狀態(tài) RW=1;E=1; /E=1,才允許讀寫_nop_(); / 空操作_nop_();_nop_();_nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間result=BF; /將忙碌標志電平賦給resultE=0; / 將E恢復(fù)低電平 return 0;/*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*/void WriteInstruction (unsigned char dictate) (while(BusyTest()=1); / 如果忙就等待RS=0; /根

23、據(jù)規(guī)定，RS和R/W同時為低電平時，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，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"0"_nop_();_nop_(); /空操作兩個機器周期，給硬件反應(yīng)時間P0=dictate; / 將數(shù)據(jù)送入P0 口，即寫入指令或地址_nop_();_nop_();_nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間E=1; /E置高電平_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間E=0; /當E由高電平跳變成低電平時，液晶模塊開始執(zhí)行命令/* 函數(shù)

24、功能：指定字符顯示的實際地址 入口參數(shù)：x*顯示位置的確定方法規(guī)定為"80H+地址碼x"void WriteAddress(unsigned char x) (WriteInstruction(x|0x80); / /*函數(shù)功能：將數(shù)據(jù)(字符的標準ASCII碼)寫入液晶模塊 入口參數(shù)：y(為字符常量)*/ void WriteData(unsigned char y) (while(BusyTest()=1);RS=1; /RS 為高電平，RW勺低電平時，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，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

25、"0"P0=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_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間E=1; /E 置高電平_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間E=0; /當E由高電平跳變成低電平時，液晶模塊開始執(zhí)行命令/*函數(shù)功能：對LCD的顯示模式進行初始化設(shè)置*/void LcdInitiate(void) (delaynms(15); 延時15ms首次寫指令時應(yīng)給LCr段較長的反應(yīng)時間WriteInstruction(0x38); / 顯示

26、模式設(shè)置：16X 2顯示，5X7點陣，8位數(shù)據(jù)接口 delaynms(5); / 延時5ms,給硬件一點反應(yīng)時間WriteInstruction(0x38);delaynms(5); / 延時5ms,給硬件一點反應(yīng)時間WriteInstruction(0x38); /連續(xù)三次，確保初始化成功delaynms(5); / 延時5ms,給硬件一點反應(yīng)時間WriteInstruction(0x0c); /顯示模式設(shè)置：顯示開，無光標，光標不閃爍delaynms(5); / 延時5ms,給硬件一點反應(yīng)時間WriteInstruction(0x06); /顯示模式設(shè)置：光標右移，字符不移delaynms

27、(5); / 延時5ms,給硬件一點反應(yīng)時間WriteInstruction(0x01); / 清屏幕指令，將以前的顯示內(nèi)容清除delaynms(5); / 延時5m§給硬件一點反應(yīng)時間 ) /*以下是電壓顯示的說明*/*函數(shù)功能：顯示電壓符號*/void display_volt(void)unsigned char i;WriteAddress(0x01); /i = 0;/while(Str1i != '0') / WriteData(Str1i); / i+; / 指向下一個字符 ) )void display3(void)unsigned char i;Wr

28、iteAddress(0x80+0x41);寫顯示地址，將在第2行第1列開始顯示 從第一個字符開始顯示只要沒有寫到結(jié)束標志，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; /從第一個子符開始顯小while(Str2i != '0') / WriteData(Str2i); / i+; /指向下一個字符 )只要沒有寫到結(jié)束標志，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*/void display_dot(void)WriteAddress(0x0d); / 寫顯示地址，將在第1行第10列開始顯示W(wǎng)riteData('.&

29、#39;); / )將小數(shù)點的字符常量寫入LCD/* 函數(shù)功能：顯示電壓的單位(V)*/ void display_V(void) WriteAddress(0x0e); / 寫顯示地址，將在第 2行第13列開始顯示 WriteData('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*/ void display1(unsigned char x) WriteAddress(0x08); /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 */ void display2(unsigned char x)unsigned char i,j;i=x/10; / 取十位(小數(shù)點后第一位)j=x%10; / 取個位(小數(shù)點后第二位)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