基于單片機(jī)的光照度傳感器設(shè)計-畢業(yè)設(shè)計

1、 編 號： 審定成績： 重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）設(shè)計（論文）題目：基于單片機(jī)的光照度傳感器設(shè)計學(xué) 院 名 稱 ：通信與信息工程學(xué)院學(xué) 生 姓 名 ：*專 業(yè) ：通信工程班 級 ：學(xué) 號 ：指 導(dǎo) 教 *師 ：答辯組 負(fù)責(zé)人 ：填表時間： 年 月重慶郵電大學(xué)教務(wù)處制摘 要在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的現(xiàn)代，作為信息獲得的一種重要途徑傳感器技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，其在各個行業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用，同時對傳感器的要求與要求顯著提高。傳感器技術(shù)對于一個國家的科學(xué)發(fā)展水平有著重大的決定性作用。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。傳感器可以方便的將檢測到的模擬信號轉(zhuǎn)化為便于運(yùn)算處理的

2、數(shù)字信號，在現(xiàn)在社會中得到了廣泛的運(yùn)用。本設(shè)計采用光敏電阻為光傳感器，光敏電阻阻值隨光照強(qiáng)度的變化而變化（入射光強(qiáng)，電阻減?。蝗肷涔馊?，電阻增大），利用光敏電阻的光照特性完成光強(qiáng)的檢測。該設(shè)計可分為三部分：即光照檢測部分、信號處理部分、光強(qiáng)顯示部分。具體方法是將光敏電阻與一定值電阻串聯(lián)接入電路，光照強(qiáng)度的變化會引起光敏電阻阻值的變化，從而影響電路電流及電壓值的分布，將模擬電壓通過ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓，通過VC語言編程，將其集于單片機(jī)AT89C51中進(jìn)行處理，并將其通過液晶屏顯示出來。本設(shè)計電路結(jié)構(gòu)簡單，成本相對較低，通過對光敏電阻阻值的變化的運(yùn)算處理，從而檢測不同的光照強(qiáng)度，

3、實用性較強(qiáng)。【關(guān)鍵詞】光照強(qiáng)度 傳感器 A/D轉(zhuǎn)換 單片機(jī)ABSTRACTWith the science and technology developing rapidly today, as a means of obtaining informationthe sensor technology got the remarkable progress, its field application is getting more and more wide. Also, its standard has being higher and higher and its demand has

4、being more and more urgent. The sensor technology has become one of the important marks of the national science and technology development level. Therefore, it is very important to understand and grasp the basic structure of all kinds of sensors. Sensors can easily transform the analog signals to di

5、gital signals which is facilitate computing and its has a wide range of application in society. The project use photoconductive resistance as a sensor of light intensity, the tolerance of the photoconductive resistance changes when the light intensity changes(the incident light strong, resistance de

6、creased; the incident light weak, resistance increased). The project can be divided into three parts: testing part, processing part and displaying part. The concrete methods is taking a photoconductive resistance and a certain value resistor in a series access circuit, the tolerance of the photocond

7、uctive resistance changes when the light intensity changes then the voltage changes. We use the ADC0832 to transform the analog signals to digital signals and using AT89C51 to processing the data through programming with Visual C, then display the result through LCD screen. The design has a simple c

8、ircuit structure, relatively low cost and we can easily know the change of th light intensity through the change of the tolerance of the photoconductive resistance.【Key words】Light intensity Sensor A/D conversion Microcontroller目 錄前 言 1第一章 傳感器相關(guān)知識介紹2第一節(jié) 傳感器概述2第二節(jié) 光敏傳感器3第三節(jié) 傳感器的發(fā)展6第二章 整體框架設(shè)計.7第一節(jié) 硬件框

9、架設(shè)計7第二節(jié) 芯片型號選擇8第三章 A/D轉(zhuǎn)換原理與實現(xiàn) 11第一節(jié) A/D轉(zhuǎn)換工作原理14第二節(jié) ADC0832芯片簡介17第四章 硬件電路與程序設(shè)計21第一節(jié) 復(fù)位電路模塊設(shè)計21第二節(jié) 時鐘電路模塊設(shè)計22第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計25第四節(jié) LCD顯示模塊設(shè)計27第五章 硬件仿真實驗 30結(jié) 論 31致 謝32參考文獻(xiàn) 33附 錄 34 一、英文原文34 二、英文翻譯39 三、硬件電路圖43 四、源程序44 前 言人們通過感覺器獲官得各種信息，然而對于自然規(guī)律和各種學(xué)科產(chǎn)業(yè)的研究開發(fā)，人們自身的器就力不能及了，因此傳感器應(yīng)運(yùn)而生，主要就是為了解決這些人們自身器官所解決不了的問題的。首

10、先要準(zhǔn)確可靠的獲取信息才能對其進(jìn)行運(yùn)算處理，傳感器就可以方便的解決這一問題。現(xiàn)代化生產(chǎn)在一定程度上來說是建立在傳感器的基礎(chǔ)上的，沒有傳感器便不能及時監(jiān)控工作生產(chǎn)中的各項參數(shù)，于是便不能及時了解各個生產(chǎn)線的工作狀態(tài)，更不能及時處理相關(guān)的應(yīng)急情況，因此傳感器在現(xiàn)在社會生活中扮演著不可或缺的重要角色。傳感器的重要作用不僅表現(xiàn)在生產(chǎn)生活方面，在各個基礎(chǔ)學(xué)科的研究方面，也起著重要的作用。對于許多新興的領(lǐng)域的學(xué)科研究：比如在對上遠(yuǎn)距離宏觀宇宙的觀察，微觀上對粒子世界的研究；對于千萬年前天體運(yùn)行演化的研究，以及對及時事件的瞬間反應(yīng)。除此之外，傳感器技術(shù)對于物質(zhì)認(rèn)識的深化，能源開拓等新技術(shù)有著重要的引導(dǎo)作用，

11、為這類產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了技術(shù)上的可能性。人類的直接感觀是沒有辦法取得這類信息的，如果沒有相應(yīng)的傳感器技術(shù)，那么對于此領(lǐng)域的研究將不再可能。許多學(xué)科研究的困難之處就在于難于有效的獲取相應(yīng)的信息，傳感器的出現(xiàn)便解決了這和問題，打開了許多基礎(chǔ)學(xué)科研究的大門。因此，傳感器技術(shù)的不斷創(chuàng)新會為一些其他領(lǐng)域的發(fā)展打開一記扇新的大門。由此不難發(fā)現(xiàn)，傳感器技術(shù)的發(fā)展對于經(jīng)濟(jì)社會，基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展有著很大的推動作用，是各行業(yè)不可缺少的最基本部分。由此可見，傳感器技術(shù)對于當(dāng)今科技飛速發(fā)展而言，具有著不可替代的作用。第一章 傳感器相關(guān)介紹第一節(jié) 傳感器概述一、傳感器的定義傳感器是現(xiàn)實生活中的力、光、電、聲音、溫度等模擬量

12、轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的一種媒介；也可以理解為傳感器是接收日常生活中的力、光、電、聲音、溫度等模擬量，經(jīng)過相應(yīng)的運(yùn)算處理，按照一定的規(guī)律，將其轉(zhuǎn)換為可參處理運(yùn)算等要求數(shù)字信號的一種器件。它是自動檢測與控制中的核心部分，其功能不可替代。二、傳感器的特性傳感器的輸入與輸出的關(guān)系，稱為傳感器的特性，一般情況下包括靜態(tài)與動態(tài)兩種。顧名思義，靜態(tài)特性是指傳感器的輸入與時間無關(guān)，即指傳感器的輸入輸出量是在被測量量處于穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行的。與之相反，輸入隨著時間不斷變化的特性稱之為動態(tài)特性，它可以擬就傳感器的輸入與輸出的實時變化關(guān)系。一般來說，可以用微分方程式來描述這種關(guān)系，當(dāng)微分方程中只有零階方程不為零時，便可得到其靜

13、態(tài)特性，因此傳感器的靜特性是其動特性的一個特例。除此之外，使用條件、使用環(huán)境、使用要求等也可作為傳感器的特性描述。 三、傳感器的組成一般來說，傳感器主要由敏感元件，傳感元件和其他輔助元件構(gòu)成。組成一個完整的傳感器系統(tǒng)還包括信號調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路、輔助電源等部分，如圖1.1所示圖1.1 傳感器的組成敏感元件：直接接觸被測量量的器件，并可以將外界的模擬量按照一定規(guī)律進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換元件：負(fù)責(zé)接收敏感元件的輸出，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電路參數(shù)。轉(zhuǎn)換電路：將轉(zhuǎn)換元件輸出的電路參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算處理，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出。 第二節(jié) 光敏傳感器一、 光照強(qiáng)度相關(guān)知識光照強(qiáng)度:是指光照的強(qiáng)弱,它以單位面積上所能接受可見光的能量

14、來量度。簡稱為照度，單位為勒克斯（Lux或Lx）。被光線均勻照射的物體，在1平方米上得到的光通量是1流明時，此時的照度是1勒克斯。流明為光通量的單位。二、光敏傳感器的定義光敏傳感器是指可將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的一類元件的總稱，其第三波長在可見光波長區(qū)間內(nèi)，包括紅外線波長和紫外線波長，通過檢測光照強(qiáng)度的不同從而輸出不同的電信號，從而達(dá)到光信號與電信號之間的轉(zhuǎn)化。光敏傳感器種類繁多，目前應(yīng)該比較廣泛的包括：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管等。三、光敏電阻的結(jié)構(gòu)與原理光敏電阻器的工作原理是內(nèi)光電效應(yīng)，它是利用光電效應(yīng)制作而成的一類特殊電阻，其阻值隨入射光的強(qiáng)度變化而變化：入射光強(qiáng)，電阻減小，入

15、射光弱，電阻增大。光敏電阻的符號如圖1.2所示。圖1.2 光敏電阻符號在無光的情況下，光敏電阻的阻值很高一般在1 M以上；有光線射入時，當(dāng)光子能量大于其半導(dǎo)體材料的導(dǎo)通能量，則半導(dǎo)體材料中的電子吸收一個光子的能量便成為導(dǎo)體，光照強(qiáng)度越大，則進(jìn)入的光子的數(shù)量越多，于是半導(dǎo)體中的電子變?yōu)榭蓪?dǎo)體的數(shù)量就越多，導(dǎo)電能力就越好，即光敏電阻的阻值就越小。光照消失后，由光子激發(fā)的空穴對逐漸復(fù)合，光敏電阻便恢復(fù)其不可導(dǎo)的狀態(tài)，阻值急劇增大。光電特性是指在光敏電阻兩級電壓固定不變時，光照度與電阻及電流間的關(guān)系。光電特性曲線如圖1.3所示：圖1.3 光敏電阻特性曲線四、 光敏傳感器的應(yīng)用光敏傳感器阻值隨著光照強(qiáng)度

16、的變化而變化，因此光照強(qiáng)度這一比較抽象而難以測量的物理量可以通過光敏傳感器進(jìn)行簡單有效的測量，因此感光特性，在現(xiàn)代社會中有著廣泛的應(yīng)用。例如光開關(guān)是最簡單的一個例子了，其原理是利用感光元件，對光線進(jìn)行只收，將光信號轉(zhuǎn)換成電流信號，通過電路的放大，變成電壓開關(guān)電平信號，利用此原理制成的聲光控開關(guān)在人們的日常生活中屢見不鮮，其主要工作原理如圖1.4所示：聲音信號MIC電子開關(guān)與非門控制電路光敏電阻整流電路延時電路圖1.4 聲光控開關(guān)原理框圖聲控電路它是用聲音控制電路的設(shè)備，其作用是把送入的聲波轉(zhuǎn)換為電信號，從而用這種信號去控制所需要的電器設(shè)備。常用的電路有：小信號放大電路、聲波控制電路等。而常用的

17、聲控電路使用的是聲波控制電路為主要的聲控電路部分。光控電路它是用外來的光源來控制電路的設(shè)備。其作用是把外來送入的光源轉(zhuǎn)換電信號，從而用這種信號去控制所需要的電器設(shè)備。常用的電路有：發(fā)光器件電路、光敏器件電路和光電顯示器件電路。而常用的光控電路使用的光敏器件電路為主要的光控電路部分。除此之外，光開關(guān)還廣泛用于自動化控制，如火焰探測器，民用的光控照明燈電路等。光電傳感器應(yīng)用的實例很多，還如照相機(jī)的CCD傳感器、基于光敏傳感器的照度計，光敏電阻的一些應(yīng)用。 第三節(jié) 傳感器的發(fā)展傳感器的發(fā)展對各行業(yè)有著巨大的推動與促進(jìn)作用，在科技為主導(dǎo)的現(xiàn)代社會顯得尤為重要。傳感器的運(yùn)用范圍很廣，因此所涉及到的知識也

18、很廣，與各個學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展都有密切的關(guān)系。另外近年來，IT行業(yè)的飛速發(fā)展，使得傳感器的技術(shù)要求越來越高，工業(yè)自動化的程度也越來越高，傳感器也逐漸發(fā)揮出越來越大的作用。由此可見，傳感器的發(fā)展主要朝著以下幾個方向進(jìn)行： 1、高精度傳感器的精度直接影響著測控的精度，因此要提高測控精度，必須先提高傳感器的精度。例如醫(yī)學(xué)上對疾病的檢測，軍事上對于火箭發(fā)動機(jī)燃燒室的壓力測量等都要求相當(dāng)高的精度，若精度達(dá)不到相應(yīng)的要求，會產(chǎn)生難以估量的后果。因此為滿足測量的需要，必須要研制出相應(yīng)的高精度的傳感器。2、小型化很多場合要對傳感器的大小尺寸有嚴(yán)格的要求，其尺寸要盡可能的小才能達(dá)到要求。在醫(yī)學(xué)中測量血壓與血小板含量

19、的測量，以及物理學(xué)中對于風(fēng)洞壓力的測量等等均要求其尺寸要盡可能的小。為了適應(yīng)這一要求，壓阻傳感器應(yīng)運(yùn)而生，使壓力傳感器在小型化方面取得重大進(jìn)展。3、數(shù)字化傳感器的最終目的是實現(xiàn)信號的數(shù)字化，便于運(yùn)算處理，因此數(shù)字化顯得尤為重要，數(shù)字化傳感器可直接與計算機(jī)相聯(lián)，對于外界信息進(jìn)行數(shù)字化的運(yùn)算處理。4. 智能化智能化是傳感器發(fā)展的必然趨勢，它不僅可以達(dá)到檢測信息的功能，并可對信息進(jìn)行有效的運(yùn)算處理，是傳感器發(fā)展史上的一次質(zhì)的飛越，使實現(xiàn)人功智能成為了可能，在宇宙航天、醫(yī)學(xué)等方面發(fā)揮了重要的作用。傳感器的研究與發(fā)展已成為各個行業(yè)發(fā)展前進(jìn)的先驅(qū)動力學(xué)科，各國對其重視程度日益增加。第二章 相關(guān)芯片知識介紹

20、第一節(jié) 整體框架設(shè)計本設(shè)計主要實現(xiàn)了對光照強(qiáng)度的檢測功能，其功能模塊主要包括以下三個：光照強(qiáng)度檢測模塊、信息處理模塊和顯示模塊。其整體設(shè)計思路如下圖2.1所示：3光敏電阻AD轉(zhuǎn)換信號處理LED顯示圖2.1 整體設(shè)計框圖電源電路的主要作用是為整個電路的工作運(yùn)行提供能源，使電路可以正常運(yùn)行。一般人們?nèi)粘Ｉ钣玫降碾娐酚校喊氩ㄕ?、全波整流和橋式整流電路等。本設(shè)計采用USB供電，可降低設(shè)計的難度以及增加其實用性。光控電路它是用外來的光源來控制電路的設(shè)備。其作用是把外來送入的光源轉(zhuǎn)換電信號，從而用這種信號去控制所需要的電器設(shè)備。常用的電路有：發(fā)光器件電路、光敏器件電路和光電顯示器件電路。而常用的光控電

21、路使用的光敏器件電路為主要的光控電路部分。光敏電阻用來感應(yīng)入射光的強(qiáng)度變化，將光敏電阻與一定值電阻串聯(lián)接入電路，當(dāng)外界光照強(qiáng)度發(fā)生變化時引起光敏電阻值的變化，從而影響其與定值電阻的分壓情況，因此電路中各點(diǎn)的電壓值就會發(fā)生變化，用AD轉(zhuǎn)化芯片檢測電路中電壓的變化從而可推測出入射光強(qiáng)度的變化。A/D轉(zhuǎn)換電路用來進(jìn)行模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，便于數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，可選用的芯片范圍較廣，本設(shè)計選用ADC0832芯片作為A/D轉(zhuǎn)換芯片，此模塊將測量到的信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后將結(jié)果輸出到下一模塊進(jìn)行處理。信號處理模塊的作用是對于A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，并將結(jié)果顯示于LCD液晶屏上，本設(shè)計采用AT

22、89C51作為中央處理芯片，其電路設(shè)計簡便實用。LCD顯示模塊是將整個設(shè)計的檢測結(jié)果顯示出來，讓人們可以直觀的看到光照強(qiáng)度的變化情況。第二節(jié) 芯片型號選擇一、 AT89C51芯片MCS-51系列單片機(jī)是8位增強(qiáng)型，擁有完善的外部并行總線和多級識別功能的串行通訊接口，使功能單元SFR控制模式和適應(yīng)特點(diǎn)的處理系統(tǒng)和指令系統(tǒng)更加規(guī)范。此類單片機(jī)主要由幾下幾種類型：如8051、8031、80C51等。51單片機(jī)具有使用靈活、易于開發(fā)、而且體積小、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，本設(shè)計出于對實用性和經(jīng)濟(jì)性的考慮選擇AT89C51作為中央處理器。AT89C51具有4K字節(jié)的Flash閃存以及128字節(jié)的RAM，32個

23、I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路等主要結(jié)構(gòu)構(gòu)成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2所示：圖2.2 AT89C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖外形及引腳排列如圖2.3所示：圖2.3 AT89C51封裝格式二、 LCD1602芯片1602是一種可以用來顯示字符數(shù)字等的點(diǎn)陣液晶，它主要由若干個點(diǎn)陣字符組成，基中每個點(diǎn)陣可以顯示一個字符。一般1602字符型液晶顯示器實物如圖2.4所示：圖2.4 1602字符型液晶顯示器實物圖1602LCD的接口主要分為14腳（無背光）和16腳（帶背光），基中各引腳功能說明如表2.1所示:表2.1 引腳接口說明表編號符號引腳說明編號

24、符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光電源8D1數(shù)據(jù)16BLK背光接地讀寫操作時序如圖2.5和2.6所示：圖2.5 讀操作時序圖2.6 寫操作時序第三章 A/D轉(zhuǎn)換原理與實現(xiàn)第一節(jié) A/D轉(zhuǎn)換工作原理模擬信號的數(shù)字化需要三個步驟：抽樣、量化和編碼。抽樣是指每隔一定的時間對時間上連續(xù)的模擬信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，用采集到的離散值代替原連續(xù)數(shù)據(jù)。量化是指用有限個幅度值代替原來連續(xù)變化的幅度值，把采集到的離散數(shù)據(jù)規(guī)一量化。編碼則是將采集到的離散量按照一定

25、的規(guī)律，用二進(jìn)制數(shù)字表示。A/D轉(zhuǎn)換器的原理有直接轉(zhuǎn)換法和間接轉(zhuǎn)換法兩大類。直接法是通過一套基準(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。它具有高速度，高效率和高精確度等特點(diǎn)。直接A/D轉(zhuǎn)換器有計數(shù)型、逐次比較型、并行比較型等。并行比較型工作原理如圖3.1所示：圖3.1 并行比較弄A/D轉(zhuǎn)換器工作原理并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器有如下特點(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，對于一個n位二進(jìn)制輸出的并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器，需n -1個電壓比較器和2n -1個觸發(fā)器，編碼電路也隨n的增大變

26、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， 精度較低的場合。間接法是將取樣后的模擬信號先轉(zhuǎn)換成中間變量時間t或頻率f, 然后再將t或f轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。具有速度低，精度高，搞干擾等特點(diǎn)。單次積分型和雙積分型等都屬于間接A/D轉(zhuǎn)換器。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的工原理如圖3.2所示： 圖3.2 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器工原理第二節(jié) ADC0832芯片簡介ADC0832 芯片具有以下特點(diǎn)：8 位分辨率；雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換；輸入輸出電平和 TTL/CMOS 具有較好的兼容性；一般功耗僅為 15mW；8P、14PDIP（雙列直插）、PICC 多種封裝；芯片頂視圖

27、如圖3.3所示：圖3.3 ADC0832芯片頂視圖芯片接口說明：CS_ 片選信號，低電平有效。CH0 模擬輸入通道 0。CH1 模擬輸入通道 1。GND 接地。DI 信號輸入，選擇控制。DO 信號輸出，轉(zhuǎn)換輸出。CLK 時鐘輸入端。Vcc/REF 電源。ADC0832 與單片機(jī)的接口電路如圖3.4所示：圖3.4 ADC0832接口電路單片機(jī)對 ADC0832 的控制原理： 一般情況下，ADC0832通過四條數(shù)據(jù)線與單片機(jī)相聯(lián)，如上圖所示，由于DO與DI不同進(jìn)與單片機(jī)進(jìn)行通信，固可接到同一管腳上。ADC0832未工作時，使能端CS接高電平，芯片被禁用；當(dāng)需要芯片開始工作時，將CS拉低，并使其一直

28、保持低電平狀態(tài)至芯片工作結(jié)束。與此同時，CLK端接收時鐘信號，芯片在時鐘信號與指令的控制下進(jìn)行A/D的采集與轉(zhuǎn)換工作。各端口的主要功能項見表3.1。表3.1 ADC0832各端口功能介紹詳細(xì)的時序說明請見圖3.5所示。圖3.5 ADC0832時序ADC0832 的數(shù)據(jù)讀取程序流程如下所示：第四章 硬件電路與程序設(shè)計第一節(jié) 復(fù)位電路模塊設(shè)計一、 復(fù)位電路介紹為了確保微機(jī)系統(tǒng)中的電路穩(wěn)定可靠的工作，復(fù)位電路是其必不可少的一部分，它的主要功能就是上電復(fù)位。一般微型電路正常工作時，需要供電電源為5V±5%，即為4.755.25V。由于微機(jī)電路都是時序數(shù)字電路，因此需要穩(wěn)定的時鐘信號，在電源上

29、電時，在只有當(dāng)VCC超過4.75V且低于5.25V，以及晶振穩(wěn)定工作的情況下，復(fù)位信號才會被撤除，微機(jī)電路才能開始正常工作。單片機(jī)在開始啟動時都需要復(fù)位，從而使CPU及整個系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)中，并從初態(tài)開始工作。89系列的單片機(jī)，復(fù)位信號是從RST端輸入到芯片內(nèi)部的施密特觸發(fā)器中。當(dāng)系統(tǒng)正常工作，且振蕩器穩(wěn)定后，此時如果RST引腳上有一個高電平輸入，并維持2個機(jī)器周期以上時，則CPU就便將系統(tǒng)復(fù)位。一般單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有兩種：手動按鈕復(fù)位方式和上電復(fù)位方式。1、手動按鈕復(fù)位手動按鈕復(fù)位是指人為在復(fù)位輸入端RST上加入一個高電平。一般采用的方法是在RST和正電源Vcc之間，接一個按

30、鈕，當(dāng)人為地按下按鈕時，此時Vcc的電平就會直接加到RST端。無論如何人的動作再快，也會使按鈕保持達(dá)十毫秒，所以，完全可以滿足復(fù)位的時間要求。2、上電復(fù)位 由于單片機(jī)RST端的內(nèi)部有一個下拉電阻，從而可以選用此下拉電阻實現(xiàn)復(fù)位功能，此時可以去掉外接電阻，外接電容為10PF左右。當(dāng)接通電源后，電路輸入RST端一個短暫的高電平，隨后電源對外接電容進(jìn)行充電，此時RST端的高電平逐漸回落，當(dāng)充電完成時，復(fù)位完成。因此RST端的高電平的持續(xù)時間主要取決于電源對外接電容的充電時間，即取決于外接晶振的大小。RST復(fù)位時間要求為10ms，因此在選擇晶振進(jìn)，應(yīng)考慮到對其復(fù)位電路的影響，選擇的適當(dāng)?shù)木д耦l率。3、

31、積分型上電復(fù)位單片機(jī)上電后，由于其對電容的充電和其中內(nèi)部反相門的作用，會使RST端持續(xù)一段時間的高電平狀態(tài)。當(dāng)單片機(jī)在運(yùn)行中時，人為地按下復(fù)位鍵后松開，也可以使RST持續(xù)一段時間的高電平狀態(tài)，從而可以實現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的相關(guān)操作。二、復(fù)位電路設(shè)計當(dāng)在單片機(jī)運(yùn)行過程中，由于其本身的干擾或外界干擾而導(dǎo)致出錯，為了便于復(fù)位，此時我們可按復(fù)位鍵重新開始運(yùn)行。為了便于電路的運(yùn)行調(diào)試，其復(fù)位電路選用按鍵復(fù)位方式。按鍵復(fù)位的電路圖如圖4-1所示：圖4.1 復(fù)位電路圖第二節(jié) 時鐘電路模塊設(shè)計一、 時鐘電路介紹 時鐘電路的作用是產(chǎn)生MCS-51單片機(jī)在工作時所必需的時鐘控制信號，單片機(jī)的內(nèi)部電路必須要在時鐘信號

32、的控制下，才能嚴(yán)格的執(zhí)行相關(guān)指令進(jìn)行正常工作。單片機(jī)所發(fā)出的時序信號主要有兩類：一類用于單片機(jī)內(nèi)部對各個功能部件的控制作用，另一類信號用于對外部存儲器或I/O的控制作用。時鐘電路的設(shè)計主要有以下兩種方式：、外部時鐘方式外部時鐘方式是指使用外部振蕩器產(chǎn)生脈沖信號，一般多用于多片單片機(jī)同時工作時，便于多片單片機(jī)時鐘的同步，一般情況下為低于12 MHz的方波，常見的89C51單片機(jī)外部時鐘的方式接法如下：外部時鐘源連接到XTAL1端，XTAL2端懸空。如圖4.2所示： XTAL2XTAL1GNDNC 外部振蕩信號輸入4.2 單片機(jī)外部時鐘圖2、內(nèi)部時鐘方式MCS-51單片機(jī)的XTAL1與XTAL2引

33、腳分別為其內(nèi)部反相放大器的兩個輸入端和輸出端。因此，要構(gòu)成自激式振蕩器只需將這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容便可。電路如下圖4.3所示。 圖4.3 內(nèi)部時鐘電路 上述電路中的電容C1和C2值一般取為30pF左右，雖然對于外接電容值沒有嚴(yán)格要求，但電容的大小將會直接影響晶振頻率的高低，以及振蕩器的穩(wěn)定性與起振的速度。振蕩器的頻率范圍一般為1.2 MHz-12 MHz之間，其頻率越高系統(tǒng)的時鐘頻率越高，從而單片機(jī)的運(yùn)行處理速度也就越快。為了減少寄生電容，晶振和電容在安裝時應(yīng)盡量靠近單片機(jī)。MCS-51單片機(jī)通過選用晶振的頻率為6 MHz或12 MHz的石英晶體振蕩器。隨著集成電路制造技術(shù)的不

34、斷發(fā)展，單片機(jī)的時鐘頻率也在逐步地提高， 二、時鐘電路設(shè)計時鐘電路是單片機(jī)的命脈，它直接關(guān)系著單片機(jī)的工作效率。MCS-51單片機(jī)不同的型號允許的時鐘頻率是不同的，其典型值為12MHZ。AT89C51內(nèi)部有一個反相振蕩放大器，XTAL1 的其輸入端， XTAL2是其輸出端。該反向放大器可配置三種不同的方式:石英振蕩器、陶瓷振蕩和片內(nèi)振蕩器。本設(shè)計選用用的晶振頻率圖.4時鐘電路圖為12MHZ。其時鐘電路如圖4.4所示：第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換模塊是本設(shè)計的核心模塊，本設(shè)計采用ADC0832芯片作為A/D轉(zhuǎn)換芯片，光敏電阻與一定值電阻串聯(lián)接入電路，當(dāng)光照強(qiáng)度改變時引起光敏電阻

35、阻值的變化，因此會引起電路中光敏電阻與定值電路的分壓情況的變動，ADC0832芯片通過檢測接入點(diǎn)的電壓變化情況，從而通過單片機(jī)的入理運(yùn)算得到此時的光照情況變化。相應(yīng)電路如圖4.5所示：圖4.5 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換模塊相關(guān)程序設(shè)計如下:uchar Get_AD_Result()uchar i,dat1=0,dat2=0;/起始控制位CS=0;CLK=0;DIO=1;_nop_(); _nop_();CLK=1;_nop_(); _nop_();/第一個下降延之前，設(shè)DI1/0/選擇差分單端輸入模式CLK=0;DIO=1;_nop_();_nop_();CLK=1;_nop_();_nop_

36、();/第二個下降延之前，設(shè)DI0/1,選擇CH0/CH1CLK=0; DIO=0;_nop_(); _nop_();CLK=1;DIO=1;_nop_(); _nop_();/第三個下降延之前，設(shè)DI1；CLK=0;DIO=1;_nop_(); _nop_();/設(shè)第4-11,共8個下降延讀數(shù)據(jù)（MSB->LSB)for(i=0;i<8;i+)CLK=1; _nop_(); _nop_();CLK=0; _nop_(); _nop_();dat1=dat1<<1|DIO;/第11-18，共8個下降延讀數(shù)據(jù)（LSB->MSB)for(i=0;i<8;i+)d

37、at2=dat2|(uchar)(DIO)<<i);CLK=1; _nop_(); _nop_();CLK=0; _nop_(); _nop_();CS=1;/return dat1;return(dat1=dat2) ? dat1:0; 第四節(jié) LCD顯示模塊設(shè)計顯示模塊是本設(shè)計直觀的展現(xiàn)設(shè)計成功與否的關(guān)鍵，光照強(qiáng)度的變化引起光敏電阻阻值的變化，通過A/D轉(zhuǎn)換以及單片機(jī)的處理與運(yùn)算，最后直觀的通過LCD顯示出來。其電路如圖4.6所示：圖4.6 LED顯示電路相關(guān)程序設(shè)計如下：/*LCD忙狀態(tài)檢測*/bit LCD_Busy_Check()bit result;RS=0; RW=1

38、; E=1;delay4us();result=(bit)(P0&0x80);E=0;return result;/*寫LCD命令*/void LCD_Write_Command(uchar cmd)while(LCD_Busy_Check(); /LCD忙狀態(tài)檢測RS=0; RW=0; E=0;_nop_(); _nop_();P0=cmd; delay4us();E=1; delay4us(); E=0;/*設(shè)置LCD顯示位置*/void Set_Disp_Pos(uchar pos)LCD_Write_Command(pos|0x80);/*寫LCD數(shù)據(jù)*/void LCD_Wr

39、ite_Data(uchar dat)while(LCD_Busy_Check(); /LCD忙狀態(tài)檢測RS=1; RW=0; E=0;P0=dat; delay4us();E=1; delay4us(); E=0;/*LCD初始化*/void LCD_Initialise()LCD_Write_Command(0x38); Delay(1);LCD_Write_Command(0x0C); Delay(1);LCD_Write_Command(0x06); Delay(1);LCD_Write_Command(0x01); Delay(1); 第五章 硬件仿真實驗為了驗證本設(shè)計的合理性與有效

40、性，運(yùn)用PROTRES軟件對其進(jìn)行硬件仿真，仿真電路圖設(shè)計如圖5.1所示：圖5.1 仿真電路圖運(yùn)行仿真電路，觀察電壓表示數(shù)與LCD1602液晶顯示的示數(shù)是否一致。結(jié) 論隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)在各行業(yè)發(fā)展進(jìn)程中發(fā)揮著不可替代的作用，信息數(shù)據(jù)的采集、狀態(tài)變化的監(jiān)控等都離不開傳感器，傳感器技術(shù)在現(xiàn)在社會中扮演著重要的角色。為了滿足現(xiàn)在社會飛速發(fā)展的技術(shù)要求，傳感器領(lǐng)域也在不斷進(jìn)行著革新與發(fā)展，以更好適應(yīng)現(xiàn)代各行業(yè)的需求。本設(shè)計選用ADC0832作為A/D轉(zhuǎn)換芯片，利用AT89C51芯片對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，最終由LCD1602顯示運(yùn)算結(jié)果，設(shè)計硬件電路與編寫相應(yīng)控制程序，通過PROT

41、UES仿真實驗，由于仿真電路中光敏電阻的相應(yīng)參數(shù)未知，因此改變光照條件，通過檢測其分壓變化情況來驗證設(shè)計的合理性。由此，可以得到以下結(jié)論：采集到的數(shù)據(jù)與真實數(shù)據(jù)基本相同。本設(shè)計基本上完成光照傳感器的相應(yīng)功能，但是由于光敏電阻相關(guān)參數(shù)救活知，只能通過檢測分壓變化來檢測相應(yīng)光照強(qiáng)度變化，本設(shè)計還可進(jìn)行如下改進(jìn)：先用已知型號的光敏電阻，通過相應(yīng)的參數(shù)處理運(yùn)算通過LCD1602直接顯示當(dāng)前光照強(qiáng)度，使設(shè)計更加人性化；還可對檢測電路進(jìn)行改進(jìn)，加入放大電路，使其對光照強(qiáng)度檢測的靈敏度加強(qiáng)。由于本人的知識水平有限，不足之處請各位老師指正。致 謝畢業(yè)設(shè)計完成了，在這個過程中我學(xué)到了很多東西。首先我要感謝我的導(dǎo)

42、師郭曉金老師，他在我完成論文的過程中，給予了我很大的幫助。在論文開始的初期，我對于論文的結(jié)構(gòu)以及文獻(xiàn)選取等方面都有很多問題，郭老師根據(jù)我的問題都會一一細(xì)心的指導(dǎo)。在設(shè)計過程中郭老師不但指出了我的設(shè)計中的不少錯誤提出了很多改進(jìn)的好意見，同時還在以后我們該做人做學(xué)問這個問題上給我們很多好的意見。經(jīng)過兩個多月的努力，在郭曉金老師的悉心指導(dǎo)和熱情幫助下，我的畢業(yè)設(shè)計得以順利完成。畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)四年所學(xué)知識的一次綜合性檢測，在設(shè)計的過程中，我學(xué)會有針對性的查一些需要的中英文資料，并對傳感器理論、單片機(jī)理論、電子電工技術(shù)等方面的知識進(jìn)行了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，在鞏固了專業(yè)知識同時也學(xué)會了很多新的東西，了解了很多前

43、沿學(xué)科的知識。回首大學(xué)四年，有太多美好的記憶與不舍，在此設(shè)計期間，我要衷心的感謝一路陪著我走來的同窗四年的好友們，是他們在我迷茫的時候給我指明方向，在我快要放棄的時候給我看到了榜樣的力量，謝謝你們。這次論文的經(jīng)歷讓我懂得了做學(xué)問應(yīng)有的嚴(yán)謹(jǐn)、一絲不茍的態(tài)度，對我以后的人生發(fā)展有著很大的幫助作用。參考文獻(xiàn)1 郭天祥. 51單片機(jī)C語言教程 M. 電子工業(yè)出版社，20092 丁明亮，唐前輝等51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計與仿真 M. 北京航空航天大學(xué)出版社 2009 3 周圍，楊曉非，李實秋等. 電路分析基礎(chǔ) M. 人民郵電出版社 20034  周志剛. 化學(xué)傳感器發(fā)展的新篇章 J.  傳感

44、器世界19995 夏益民，謝 云，劉冰茹. AD芯片與51系列單片機(jī)的接口設(shè)計. M. 廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報.20066 周炯槃龐沁華，續(xù)大我等. 通信原理 M. 北京郵電大學(xué)出版社 20057 彭偉. 單片機(jī)C語言程序設(shè)計100例 M. 電子工業(yè)出版社 20098 徐偉.光電傳感器的研究與應(yīng)用 J. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2010第12期9 王明遠(yuǎn). 傳感器及檢測儀表的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 J. 納米科技 2010第二期10 談宏華，陳康，涂坦，肖仁偉. 基于AT89C51的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計.機(jī)電一體化.200511 代朦黎. 基于熱電偶的太陽能熱水器的設(shè)計與制作 D. 安徽省. 六安職業(yè)技術(shù)學(xué)院. 2011

45、12 劉超群. 光電傳感器實驗研究 D. 內(nèi)蒙古. 集寧師范學(xué)院. 200913 鄭爭兵. 基于單片機(jī)與AD590的溫度測量報警系統(tǒng) J. 國外電子測量技術(shù). 2009 27（1）：2722814 梁明亮，韋成杰. 單片機(jī)對串行A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832的C51編程 N. 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報 2009第一期15 鄭國君. 8位串行AD轉(zhuǎn)換器ACD0832 J. 電子世界 2002第9期16 謝貴波. 80C51單片機(jī)的串行口通信原理及編程 J. 電腦編程技巧與維護(hù) 2010第20期17 陶孝海. 51單片機(jī)C語言編程技巧 J. 計算機(jī)時代 2009第6期18 鄧燕妮，常小科，劉輝琴，阮賜

46、朋. 基于51單片機(jī)控制的液晶顯示技術(shù) J. 工業(yè)控制計算機(jī) 2007第3期附 錄一、英文原文：Development of Sensor New TechnologySensor is one kind component, which can transform the physical quantity, chemistry quantity and the biomass into electrical signal. The output signal has the different forms like the voltage, the electric current, th

47、e frequency, the pulse and so on, which can satisfy the signal transmission, processing, recording, demonstration and control demands. So it is the automatic detection system and in the automatic control industry. If automatic Technology is used wider, then sensor is more important. In information a

48、ge, the information industry includes information-gathering, transmission; process three parts, namely sensor technology, communication, computer technology. Because of ultra large scale integrated circuits rapid development after having been developed, Modern computer technology and communication,

49、not only requests sensor precision, reliability, speed of response and gain information content request more and more high, but also requests its cost to be inexpensive. The obvious traditional sensor is eliminated gradually because of the function, the characteristic, the volume, the cost and so on

50、. As world develop many countries are speeding up to the sensor new technologys research and the development, and all has obtained the enormous breakthrough. Now the sensor new technology development, mainly has following several aspects: Firstly, discovering and usingUsing the physical phenomenon,

51、the chemical reaction, and the biological effect as the sensor principle therefore the researches, which discovered the new phenomenon and the new effect, are the sensor technological improving ways. It is important studies to develop new sensors the foundation. Japanese Sharp Corporation uses the superconductivity technology to develop successfully the high temperature superconductivity magnetic sensor and get the sensor technology significant breakthrough. Its sensitivity is so high and only inferior in the superconductivity quantum interference component. Its manufacture craft is