多功能視力保護(hù)器設(shè)計(jì)

1、多功能視力保護(hù)器設(shè)計(jì) 題 目： 英文題目： 作 者 聲 明 本人以信譽(yù)鄭重聲明：所呈交的學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下由本人獨(dú)立撰寫完成的，沒有剽竊、抄襲、造假等違反道德、學(xué)術(shù)規(guī)范和其他侵權(quán)行為。文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注出，不包含他人成果及為獲得東華理工大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。對(duì)本設(shè)計(jì)（論文）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果歸東華理工大學(xué)所有。 特此聲明。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者（簽字）： 簽字日期： 年 月 日 本人聲明：該學(xué)位論文是本人

2、指導(dǎo)學(xué)生完成的研究成果，已經(jīng)審閱過論文的全部?jī)?nèi)容，并能夠保證題目、關(guān)鍵詞、摘要部分中英文內(nèi)容的一致性和準(zhǔn)確性。 學(xué)位論文指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 摘 要 近年來在我國(guó)近視眼發(fā)病率越來越高，尤其是青少年的視力低下的情況越來越嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查，我國(guó)青少年近視發(fā)病率高達(dá)至50%到60%。而導(dǎo)致青少年近視近視的主要原因就在于看書寫字的姿勢(shì)不正確并且過長(zhǎng)時(shí)間的寫字閱讀，所以設(shè)計(jì)一臺(tái)方便的視力保護(hù)儀是很重要的。 本文是運(yùn)用了超聲波傳感器的多功能視力保護(hù)儀。以STC12C5A60S2型單片機(jī)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)為核心，實(shí)現(xiàn)高精度，低成本的視力保護(hù)儀的硬件電路，其中硬件電

3、路包括光強(qiáng)報(bào)警電路及定時(shí)報(bào)警電路等。并且通過軟件設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)所有需要的功能，其中軟件包括顯示測(cè)距，距離報(bào)警，光強(qiáng)報(bào)警，定時(shí)報(bào)警等的程序設(shè)計(jì)。現(xiàn)如今各種各樣的以單片機(jī)控制應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正在引起學(xué)者們的注意。本文詳細(xì)探討了利用模電、數(shù)電、單片機(jī)這些課內(nèi)專業(yè)知識(shí)來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的定時(shí)功能和程序語言實(shí)現(xiàn)定時(shí)的方法，以及系統(tǒng)主要硬件組成部分及其作用，并給出了完整的系統(tǒng)軟件流程圖和程序設(shè)計(jì)、部分子程序流程圖和程序設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：視力保護(hù)儀； 超聲波傳感器； 定時(shí)； 報(bào)警； 程序設(shè)計(jì) I 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 ABSTRACT In recent years，the increasing incid

4、ence of myopia, especially low vision of young people more and more serious. According to the survey, China's incidence of juvenile myopia up to 50% to 60%. The main causes of juvenile myopia is that not correct posture to read and write and to read and write too long, so the design of a con

5、venient instrument eye protection is very important. This article is the use of multi-functional eye protection instrument ultrasonic sensors. In general 8051 MCU hardware circuit design and software design as the core, high-precision, low-cost eye protection instrument hardware circuits, hardware c

6、ircuit includes the timing and intensity alarm circuits alarm circuit. And to achieve all the functionality required by the software design, software which includes a display ranging from alarm, the light intensity alarm, time alarm and other programming. Now design a variety of microcontroller cont

7、rol applications are causing the attention of scholars. This paper discusses the use of analog digital circuit, microcontroller these curricular expertise to achieve single-chip timing functions and programming language realization timing method and system main hardware components and their effect,

8、and gives a complete system software processes map and program design, part of the subroutine flow chart and software design. Keywords: Eye protection from the alarm light； Ultrasonic Sensor； Timing； Alarming； program design II 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT . II 緒 論 . 1 第1章 系統(tǒng)方案總體設(shè)計(jì) . 3 1.1

9、 系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì) . 3 1.2 系統(tǒng)總框圖 . 3 1.3 設(shè)計(jì)目的及基本要求 . 4 1. 4 系統(tǒng)選擇的方案 . 4 第2章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) . 6 2.1 STC12C5A60S2單片機(jī)介紹及應(yīng)用 . 6 2.2 控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) . 8 2.3 按鍵控制電路設(shè)計(jì) . 9 2.4 LED燈顯示電路設(shè)計(jì) . 10 2.5 蜂鳴器報(bào)警電路設(shè)計(jì) . 11 2.6 光強(qiáng)度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) . 12 2.6.1光敏電阻及其特性介紹 . 12 2.6.2 光強(qiáng)度檢測(cè)電路 . 12 2.7 紅外線測(cè)距電路設(shè)計(jì) . 13 2.8 系統(tǒng)顯示模塊 . 14 第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) . 16 3.1 Keil

10、 C51軟件平臺(tái) . 16 3.2 程序的模塊劃分 . 17 3.3 中斷處理程序 . 18 3.4 AD轉(zhuǎn)換與光線強(qiáng)度檢測(cè)模塊 . 20 3.5 紅外線測(cè)距模塊 . 22 3.6 定時(shí)模塊 . 23 3.7 程序?qū)崿F(xiàn)的功能 . 25 第4章 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析 . 26 總結(jié)與期望 . 28 致 謝 . 29 參考文獻(xiàn) . 30 附錄A 電路圖 . 31 附錄B 實(shí)物圖 . 32 附錄C 程序代碼 . 33 附錄D 系統(tǒng)元件清單 . 40 III 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 緒 論 1. 選題的背景與意義 大家都知道一旦近視，是花再多錢治療也不可能完全恢復(fù)的一種病，它無時(shí)無刻 不在困

11、擾著你的生活和學(xué)習(xí)?，F(xiàn)如今青少年近視的發(fā)病率越來越高引起了社會(huì)各個(gè)相 關(guān)部門的高度重視。國(guó)家有關(guān)部門對(duì)很多職業(yè)都有明確的視力要求，可想而知，近視 會(huì)給我們以后在工作中帶來很多的限制，很有可能會(huì)失去一份機(jī)會(huì)。所以，在高強(qiáng)度 的學(xué)習(xí)之中有一個(gè)便利的視力保護(hù)裝置是極其重要的。 根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)的小學(xué)生實(shí)力低下率為26.96%，初中生53.43%，高中 生72.8%，大學(xué)生77.95%。尤其是50%以上的學(xué)生、家長(zhǎng)缺乏視力保健最基礎(chǔ)的只是， 不知道近視的危害性，造成41.6%的學(xué)生沒有采取很好的保護(hù)、矯正措施。專家指出， 除了有一小部分遺傳的原因，90%的孩子都是由于平常讀書、寫字時(shí)坐姿不標(biāo)準(zhǔn)、

12、時(shí) 間過長(zhǎng)、眼睛距離書本太近等習(xí)慣原因所導(dǎo)致的，甚至有些孩子喜歡趴在桌子上讀寫。 這些都是老師、家長(zhǎng)很難糾正的壞習(xí)慣。 據(jù)了解，目前治療近視方法主要集中于激光手術(shù)，其中德國(guó)蔡司VisuMax全飛秒 激光手術(shù)最為成熟，其原理為：激光切削角膜基質(zhì)，微笑切口取出透鏡。但是，這些 治療手段都存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)，都會(huì)在一定程度上給人體造成一定的傷害。國(guó)家教委 規(guī)定：書應(yīng)該放置于正前方，身體松弛，腰背挺直，并且將書平放在桌上，眼睛與書 本的距離大概為35至40厘米，胸部與桌邊的距離為大約一拳，讀書時(shí)應(yīng)保持頭部隨 視線自由移動(dòng)。另外，有研究表明：最佳的近距離學(xué)習(xí)時(shí)間為1個(gè)小時(shí)。以此為背景 我們進(jìn)行了多功能視力

13、保護(hù)器的研究與設(shè)計(jì)。用非醫(yī)藥的方法去防范不良習(xí)慣造成對(duì) 視力的影響，比如從學(xué)習(xí)的時(shí)間、燈光的強(qiáng)度、眼睛與書本的距離等等。從而進(jìn)一步 提醒、糾正廣大的學(xué)生朋友們?cè)谌绱舜蟮膶W(xué)習(xí)壓力中也要在一定亮度下、一定距離下 讀寫。從根本上預(yù)防視力問題。 2. 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及成果 根據(jù)市場(chǎng)的調(diào)查研究，根據(jù)原理將視力保護(hù)器可具體分為機(jī)械平衡式視力保護(hù)器 （例如：1.5視力保護(hù)器），支架式視力保護(hù)器（例如：背背佳），電子平衡式視力 保護(hù)器（例如：電子平衡式瞌睡報(bào)警器）和測(cè)距式視力保護(hù)器（例如：VISOMATE威 士美）。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的大多視力保護(hù)器都能有效的對(duì)使用者不正確的坐姿進(jìn)行語音的提 示，還有一些廠家生產(chǎn)坐姿矯

14、正器，可以在一定程度上糾正讀書，寫字的坐姿。由此 看來，雖然國(guó)內(nèi)生產(chǎn)視力保護(hù)器的電子廠商有許多，但是功能特點(diǎn)都比較的單一，外 觀單一，并不能滿足廣大使用者的需求。進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上真正的多功能 視力保護(hù)儀其實(shí)并沒有很多，大多數(shù)產(chǎn)品都只是側(cè)重某一個(gè)方面來進(jìn)行視力保護(hù)，功 能單一并不能從多個(gè)方面去保護(hù)視力，有些產(chǎn)品甚至對(duì)使用的環(huán)境和人群也存在著局 限性。國(guó)外也有許多學(xué)者和企業(yè)投入到視力保護(hù)的研究與開發(fā)中，不過他們更偏向于 對(duì)近視原因的研究。他們發(fā)現(xiàn)合理搭配飲食營(yíng)養(yǎng)，比如多魚肉和蔬菜，以及培養(yǎng)正確 的學(xué)習(xí)習(xí)慣，可以降低近視的概率。WelchAllyn（美國(guó)偉倫公司）生產(chǎn)的視力保護(hù)儀。 具有自

15、動(dòng)、無損性，能夠自動(dòng)檢測(cè)出屈光度問題，包括近視、遠(yuǎn)視、散光等問題。此 1 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 外，激光視力矯正手術(shù)（LASIK手術(shù)）自上世紀(jì)90年代從歐美國(guó)家開始向全球多國(guó) 蔓延以來，已使世界各地很多近視患者重獲清晰明亮的視力。但是這種手術(shù)帶來的安 全性和副作用問題一直都讓世界擔(dān)憂，引來不斷的質(zhì)疑與爭(zhēng)論。 3. 課題研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題 本文研究視力保護(hù)器內(nèi)容分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，基于以STC12C5A60S2型單 片機(jī)為核心的主體電路，和三個(gè)模塊組成組成，然后同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)視力保護(hù)的報(bào)警功能。 感光模塊由光敏電阻和報(bào)警發(fā)聲硬件電路組成，定時(shí)報(bào)警模塊是由單片機(jī)控制電路

16、和 定時(shí)報(bào)警電路組成，主要是通過單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)功能來實(shí)現(xiàn)的計(jì)數(shù)報(bào)警，測(cè)距模塊 是由包含發(fā)出與接收功能的GP2Y0A02YK0F型超聲波傳感器組成。 基本要求如下： 對(duì)距離的檢測(cè)，如果使用者眼睛與寫字臺(tái)距離低于35cm時(shí)，電路將發(fā)出 報(bào)警聲提示使用者適當(dāng)調(diào)整坐姿，注意視力的保護(hù)。 對(duì)學(xué)習(xí)光線環(huán)境的檢測(cè)，如果光線強(qiáng)度過強(qiáng)或過弱時(shí)，電路將發(fā)出報(bào)警聲 提示使用者調(diào)整光線強(qiáng)度，注意視力的保護(hù)。 對(duì)學(xué)習(xí)時(shí)間的檢測(cè)，如果使用者學(xué)習(xí)時(shí)間達(dá)到60分鐘時(shí)，電路將發(fā)出報(bào) 警聲提示使用者休息眼睛，注意視力的保護(hù)。 2 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 第1章 系統(tǒng)方案總體設(shè)計(jì) 1.1 系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

17、 本多功能視力保護(hù)器需要在多方面最大化的保護(hù)視力。所以具有三項(xiàng)功能：感光、 測(cè)距、定時(shí)，每當(dāng)任意數(shù)據(jù)達(dá)到上限值時(shí)蜂鳴器就會(huì)發(fā)出報(bào)警提。此設(shè)計(jì)最基本組成 電路主要包括紅外線測(cè)距電路、光線強(qiáng)度檢測(cè)電路、以及報(bào)警發(fā)聲電路等核心電路。 1.2 系統(tǒng)總框圖 本多功能視力保護(hù)器主要是以STC12C5A60S2型單片機(jī)為核心，以紅外線傳感器 報(bào)警電路、光線報(bào)警電路、定時(shí)報(bào)警電路以及蜂鳴器報(bào)警電路為核心的電路設(shè)計(jì)。利 用C語言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。本系統(tǒng)的總體框架如圖1-1所示。 圖1-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 3 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 1.3 設(shè)計(jì)目的及基本要求 （1）主要設(shè)計(jì)要求 a.在互聯(lián)網(wǎng)

18、上不斷查詢相關(guān)信息，目的是為了了解目前對(duì)多功能視力保護(hù)儀； b.溫習(xí)和增強(qiáng)對(duì)51單片機(jī)概念與應(yīng)用及匯編語言程序設(shè)計(jì)知識(shí)，靈活運(yùn)用單片機(jī)I/O 口使用和擴(kuò)展； c.利用Keil uVision4軟件進(jìn)行C51程序設(shè)計(jì)，使之在做好仿真電路中進(jìn)行下載調(diào)試； d.利用Proteus軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，總結(jié)其中出現(xiàn)的問題，做好相關(guān)記錄； e.完成以上步驟后及時(shí)寫出此次畢業(yè)設(shè)計(jì)論文、焊接電路、寫出答辯時(shí)所用的PPT。 （2）技術(shù)要求及功能 本系統(tǒng)是以51單片機(jī)為核心處理器、光敏電阻、蜂鳴器、紅外線測(cè)距傳感器等 構(gòu)成的一款多功能視力保護(hù)儀。具體功能如下： 當(dāng)用戶眼睛與桌面或電腦等學(xué)習(xí)工具的距離小于35CM時(shí)

19、，系統(tǒng)將作出提示警告 用戶； 當(dāng)使用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)60分鐘時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲音提示，提醒用戶注意休息； 當(dāng)用戶在閱讀時(shí)所處的環(huán)境光線照度很暗或者很明亮?xí)r時(shí)；系統(tǒng)的蜂鳴器和LED 顯示燈會(huì)發(fā)出提示。 1. 4 系統(tǒng)選擇的方案 在測(cè)距模塊中，常用超聲波測(cè)距，它的原理是利用超聲波的發(fā)射與接收，根據(jù)超 聲波傳播的時(shí)間來計(jì)算出傳播距離。實(shí)用的測(cè)距方法有兩種，一種是在被測(cè)距的兩端， 一端發(fā)射，另一端接受的直接波方式，適用于身高計(jì)；一種是發(fā)射波被物體發(fā)射回來 后接收的反射波方式，適用與測(cè)距儀。本設(shè)計(jì)主要是測(cè)距要選用得體，要準(zhǔn)確無誤， 通過查閱資料感覺利用超聲波測(cè)距的設(shè)計(jì)較多，但是穩(wěn)定性不是很好，所以決定采用 光電式

20、測(cè)距傳感器，主要應(yīng)用在生產(chǎn)加工等精密場(chǎng)合，穩(wěn)定性極高。所以本設(shè)計(jì)選用 光電式紅外測(cè)距傳感器。 在感光模塊中，采用光敏電阻與構(gòu)成的電壓比較器來構(gòu)成感光模塊的主要部分。 通過對(duì)電壓的采集，來實(shí)現(xiàn)智能化。 紅外發(fā)射器按照一定的角度發(fā)射紅外光束，當(dāng)遇到物體以后，光束會(huì)反射回來， 如圖1-2所示。反射回來的紅外光線被CCD檢測(cè)器檢測(cè)到以后，會(huì)獲得一個(gè)偏移值 L，利用三角關(guān)系，在知道了發(fā)射角度a，偏移距L，中心距X，以及濾鏡的焦距f 以后，傳感器到物體的距離就可以通過幾何關(guān)系計(jì)算出來了。其優(yōu)勢(shì)在于：光斑小， 4 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 精度高，反應(yīng)時(shí)間短；缺點(diǎn)是：不能正確的識(shí)別透明

21、物體，從而也無法對(duì)其進(jìn)行距離 測(cè)量等。 圖1-2三角測(cè)量原理 5 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 第2章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中的控制系統(tǒng)主要以單片機(jī)為核心，采用的STC12C5A60S2單片機(jī)，該款單 片機(jī)是基于8051內(nèi)核，馮諾依曼架構(gòu)的一款八位微處理器。 2.1 STC12C5A60S2單片機(jī)介紹及應(yīng)用 在眾多的51系列單片機(jī)中，要算國(guó)內(nèi)STC 公司的1T增強(qiáng)系列更具有競(jìng)爭(zhēng)力，因 他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的具有大容量程序存儲(chǔ)器且是FLASH 工藝的，如STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部就自帶高達(dá)60K FLASH ROM,這種工藝的存儲(chǔ)器 用戶可

22、以用電的方式瞬間擦除、改寫。而且STC系列單片機(jī)支持串口程序燒寫。顯而 易見，這種單片機(jī)對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程 序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動(dòng)成果。重要的一點(diǎn)STC12C5A60S2目 前的售價(jià)與傳統(tǒng)51差不多，市場(chǎng)供應(yīng)也很充足。是一款高性價(jià)比的單片機(jī)。如圖2-1 所示。 STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單 片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051, 但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換 (2

23、50K/S),針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。 各引腳功能簡(jiǎn)單介紹如下： VCC：供電電壓; GND：接地; P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每個(gè)管腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1 口的管腳寫“1”時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以 被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn) 行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部電位必須被拉高; P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。P1口管腳寫入“1”后，電位被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下 拉為低電平時(shí)，將輸出電流，

24、這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收; P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè) TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 作為輸入時(shí)，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址 的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí) 接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào); 6 東華理

25、工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。 當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時(shí)，由于外 部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)，也是由于上拉的緣故。P3口也可作為 AT89C51的一些特殊功能口： P3.0 RXD(串行輸入口) P3.1 TXD(串行輸出口) P3.2 INT0(外部中斷0) P3.3 INT1(外部中斷1) P3.4 T0(記時(shí)器0外部輸入) P3.5 T1(記時(shí)器1外部輸入) P3.6 WR (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通) P3.7 RD (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選

26、通) 同時(shí)P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào); RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高平時(shí)間; ALE / PROG ：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位 字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率 周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖 或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE 脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX， MOVC指令時(shí)ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉

27、高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀 態(tài)ALE禁止，置位無效; PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取址期間，每個(gè)機(jī)器周期 PSEN兩次有效。但在訪問內(nèi)部部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn); EA/VPP：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，訪問外部ROM;注意加密方式1時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定為 RESET;當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部ROM。在FLASH編程期間，此引腳也用于施 加12V編程電源(VPP); XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入; XTAL2：來自反向振蕩器的輸出; 7 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 圖2-1 STC12C5A60S

28、2管腳分布 2.2 控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 如圖2-2所示為多功能視力保護(hù)儀控制模塊電路圖。系統(tǒng)控制電路包括復(fù)位電 路、振蕩電路、單片機(jī)下載接口控制電路構(gòu)成。由電容C1，電阻R3組成的復(fù)位電路， 其中電容C1=10F，R3=10K。 電路中為了計(jì)時(shí)方便計(jì)算，本設(shè)計(jì)的晶振選用12MHZ無源外部晶振（實(shí)際電路中 采用11.0592MHZ晶振）。配合兩個(gè)起振電容C2、C3。形成晶體諧振電路為單片機(jī)提 供一個(gè)12MHZ穩(wěn)定的時(shí)鐘源。為了方便起振，起振電容選用33pF。 8 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 2-2控制模塊電路圖 2.3 按鍵控制電路設(shè)計(jì) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常需要通過輸入裝置

29、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始設(shè)置和輸入數(shù)據(jù)等 操作，這些任務(wù)可由按鍵來完成。按鍵可組合成一個(gè)矩陣鍵盤，鍵盤是一種最常用的 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)輸入設(shè)備，每一個(gè)按鍵事實(shí)上是一個(gè)開關(guān)元件，按其結(jié)構(gòu)大致可分為 兩大類：有觸點(diǎn)和無觸點(diǎn)。目前，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用最多的按鍵鍵盤可分為編碼 鍵盤和非編碼鍵盤。其中編碼鍵盤可以由硬件邏輯自動(dòng)提供與被按鍵對(duì)應(yīng)的編碼，并 具有消抖、多鍵識(shí)別等功能。該類鍵盤操作方便，但是價(jià)錢偏貴，在普通單片機(jī)應(yīng)用 系統(tǒng)上較少采用。 非編碼鍵盤只提供簡(jiǎn)單的行和列的矩陣，應(yīng)用時(shí)由軟件來識(shí)別鍵盤上的閉合鍵， 它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便靈活等特點(diǎn)，為此大多數(shù)單片機(jī)控制系統(tǒng)都使用此種。在 應(yīng)用中，非編碼鍵盤常用

30、的類型有獨(dú)立式（線性）鍵盤和矩陣（行列式）鍵盤兩種。 多功能視力保護(hù)儀按鍵電路采用獨(dú)立式按鍵如下圖2-3所示。按鍵Key1Key3 分別對(duì)應(yīng)單片機(jī)P2.5P2.7口的一根線，各鍵是相互獨(dú)立的。操作時(shí)由系統(tǒng)軟件來 判別按鍵當(dāng)前是否按下。當(dāng)某按鍵按下時(shí)，該按鍵對(duì)應(yīng)的I/O口將從高電平變?yōu)榈碗?平。當(dāng)檢測(cè)到對(duì)應(yīng)的I/O口為低電平時(shí)，則可判斷出該口對(duì)應(yīng)的按鍵被按下，則可啟 動(dòng)相對(duì)應(yīng)的程序控制。 9 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 圖2-3 多功能視力保護(hù)儀獨(dú)立式鍵盤功能 2.4 LED燈顯示電路設(shè)計(jì) LED（Light Emitting Diode）是發(fā)光二極管，常做指示器，其導(dǎo)電特性

31、與普通 二極管類似。LED燈顯示電路采用八個(gè)高亮發(fā)光二級(jí)管和一個(gè)排阻組成。采用排阻目 的是為了使焊接的工作量減少。排阻的公共端接上電源的正極，當(dāng)控制電路通過驅(qū)動(dòng) 芯片74HC595輸出低電平時(shí)則可控制LED燈發(fā)光。LED燈顯示電路如圖2-4所示。 10 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 圖2-4 LED燈顯示電路 LED1LED5分別與單片機(jī)P2.4P2.0口相連，LED6、LED7和LED8與單片機(jī)P3.7口、P3.6口和P3.3口相連。各LED燈顯示的功能表如表2-1所示。 表2-1 LED燈顯示的功能列表 2.5 蜂鳴器報(bào)警電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用的報(bào)警電路，主要采用的是蜂鳴器

32、報(bào)警和二極管發(fā)光報(bào)警兩種報(bào)警，用兩種報(bào)警的目的是為了方便用戶在各種環(huán)境下使用，比如在比較安靜的環(huán)境（例如圖書館），則單獨(dú)用二極管發(fā)光報(bào)警提示即可，而沒必要發(fā)出聲音報(bào)警影響別人學(xué)習(xí)看書。在此電路中，三極管Q1起開關(guān)和電流放大作用，基極電阻R5起限流作用。蜂 11 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 鳴器發(fā)聲報(bào)警電路圖如圖2-5所示。 圖2-5 蜂鳴器報(bào)警電路 2.6 光強(qiáng)度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 2.6.1光敏電阻及其特性介紹 在電子電路中，常應(yīng)用光敏器件構(gòu)成光控電路。所謂光敏原件通常是指能將光能 轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的半導(dǎo)體傳感器件。常用的光敏器件有光敏電阻、光敏二極管等。光 敏電阻是根據(jù)半導(dǎo)體的

33、光電導(dǎo)效應(yīng)制成的，使用時(shí)給它施加以直流或者交流偏壓。它 是用硫化鎘或者硒化鎘材料制成的特殊電阻器，它對(duì)光線非常敏感。無光線照射時(shí)呈 高阻態(tài)，暗阻值一般可達(dá)1.5M歐以上；有光照時(shí)，材料中便激發(fā)出自由電子與空穴， 使其電阻值減小，隨著光照強(qiáng)度的增高，電阻值迅速降低，亮阻值可小至1K歐以下。 光敏電阻器適用于光電自動(dòng)控制、照度計(jì)、電子照相機(jī)、光電報(bào)警裝置中。 2.6.2 光強(qiáng)度檢測(cè)電路 光線強(qiáng)度大小檢測(cè)電路如圖2-6所示。在圖2-6中，光敏電阻LDR1一端接地的， 另一端串聯(lián)一個(gè)固定值電阻R4=10 K，再與電源VCC串聯(lián)，形成一個(gè)串聯(lián)分壓電路， 當(dāng)光線強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，由于光敏電阻所具有的光照特性

34、，其阻值會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化， 其左端連接上AD0809其中一個(gè)輸入端口，即可讀取其電壓值。通過硬件傳輸，軟件 處理，即可在單片機(jī)內(nèi)部判斷光強(qiáng)是否低于閥值，發(fā)出警示或報(bào)警。 12 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 圖2-6 光強(qiáng)度檢測(cè)電路 2.7 紅外線測(cè)距電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用的紅外線測(cè)距探頭是由夏普公司（SHARP）生產(chǎn)的型號(hào)為GP2Y0A02YK0F的反射式紅外探頭，其輸出的為模擬電壓信號(hào)。其各參數(shù)如表2-2所示。 紅外線測(cè)距電路圖，如圖2-7所示。電阻R1的作用是保證Distance口（P3.2口）一開始是高電平，當(dāng)紅外線測(cè)距模塊引腳3輸入一個(gè)低電平時(shí)，單片機(jī)就可檢測(cè)到，也就是

35、相當(dāng)于距離太近（小于35cm），系統(tǒng)立即報(bào)警，發(fā)出警示。 13 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 圖2-7紅外線測(cè)距電路 2.8 系統(tǒng)顯示模塊 本設(shè)計(jì)所使用的顯示屏是OLED12864，這是一種128×64的行點(diǎn)陣顯示模塊，能夠顯示圖形、字符等，具有分辨率高的是一種非常方便的顯示屏。其各引腳描述如表2-3所示。 表2-3 OLED12864引腳描述表 14 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 圖2-8 顯示模塊接口電路圖 15 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是對(duì)單片機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)中有限硬件資源的合理運(yùn)用，利用

36、最簡(jiǎn) 單有效的語言程序來控制單片機(jī)的外圍附加設(shè)備，使這些外圍設(shè)備能夠達(dá)到我們預(yù)期 所望的操作。本文主要采取c語言來完成程序編寫和軟件設(shè)計(jì)，這樣更加簡(jiǎn)化程序， 容易理解和操作。 3.1 Keil C51軟件平臺(tái) Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows 界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā) 大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。 Keil C51工具包的整體結(jié)構(gòu)主要包括uVision與Ishell，它們分別是C51 for Windows和

37、for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿 真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后 分別由C51及C51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫 文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試， 也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。 Keil可以編譯C源碼，匯編源程序，連接和重定位你的目標(biāo)文件和庫文件，創(chuàng) 建HEX文件，調(diào)試

38、目標(biāo)程序。與其他軟件相比，具有以下特點(diǎn)： (1)Windows應(yīng)用程序uVision2是一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境，它把項(xiàng)目管理，源代碼編 輯，程序調(diào)試等集成到一個(gè)功能強(qiáng)大的環(huán)境中。 (2)C51美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化C交叉編譯器從你的C源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)文件。 (3)A51宏匯編器從你的8051匯編源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)文件。 (4)BL51連接/重定位器組合你的由C51和A51產(chǎn)生的可重定位的目標(biāo)文件，生 成絕對(duì)目標(biāo)文件。 (5)LIB51庫管理器組合你的目標(biāo)文件，生成可以被連接器使用的庫文件。 (6)OH51目標(biāo)文件到HEX格式的轉(zhuǎn)換器從絕對(duì)目標(biāo)文件創(chuàng)建Intel HEX 格式的文 件。 (7)RT

39、X-51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)簡(jiǎn)化了復(fù)雜和對(duì)時(shí)間要求敏感的軟件項(xiàng)目。 16 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) uVision2 集成開發(fā)環(huán)境集成了一個(gè)項(xiàng)目管理器，一個(gè)功能豐富、有錯(cuò)誤提示的 編輯器，以及設(shè)置選項(xiàng)，生成工具，在線幫助。利用uVision2創(chuàng)建的源代碼并把它 們組織到一個(gè)能確定你的目標(biāo)應(yīng)用的項(xiàng)目中去。uVision2自動(dòng)編譯，匯編，連接嵌 入式應(yīng)用，并為開發(fā)提供一個(gè)單一的焦點(diǎn)。 源代碼由uVision2 IDE創(chuàng)建，并被C51編譯或A51匯編。編譯器和匯編器從源 代碼生成可重定位的目標(biāo)文件。Keil C51編譯器完全遵照ANSI C語言標(biāo)準(zhǔn)，支持C 語言的所有標(biāo)準(zhǔn)特性。另外，直接支持8051結(jié)構(gòu)的幾個(gè)特性被添加到里面。Keil A51 宏匯編器支持8051及其派生系列的全部指令集。LIB51庫管理器允許從由編譯器或 匯編器生成的目標(biāo)文件創(chuàng)建目標(biāo)庫。庫是一種被特別地組織過并在以后可以被連接重 用的對(duì)象模塊。當(dāng)連接器處理一個(gè)庫時(shí)，僅僅那些被使用的目標(biāo)模塊才被真正使用。 它們是為專業(yè)開發(fā)人員而設(shè)計(jì)的，但所有層次的編程人員都可以用它們來獲得 8051微控制器的絕大部分應(yīng)用。 3.2 程序的模塊劃分 模塊化程序設(shè)計(jì)是一種常用的程序設(shè)計(jì)技術(shù)，它將一個(gè)功能完整的較長(zhǎng)的程序分 解為若干個(gè)功能相對(duì)