基于51單片機(jī)智能路燈控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、現(xiàn)在，隨著微電子技術(shù)和集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)無(wú)處不在。單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的重要組成部分，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(huì)十分重要的技術(shù)領(lǐng)域。隨著社會(huì)需求和單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，各類(lèi)智能產(chǎn)品、控制系統(tǒng)都是以單片機(jī)技術(shù)為核心來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的。本系統(tǒng)采用MSC51系列單片機(jī)89C51和相關(guān)的光電檢測(cè)設(shè)備及設(shè)計(jì)智能路燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際光線條件通過(guò)8051芯片的P1口控制路燈開(kāi)關(guān)功能。隨著社會(huì)文明的不斷發(fā)展，城市照明已不僅局限于街道照明，而且發(fā)展成了城市

2、景觀等裝飾性照明的綜合市政工程。關(guān)鍵詞：路燈 單片機(jī)技術(shù) 設(shè)計(jì)ABSTRACTNowadays, with the rapid development of micro-electronic technology and integrated circuit technology, Single Chip Micro-computer (MCU) technology is being used everywhere. MCU has been used in all kinds of industries, especially in the areas concerning the con

3、trolling as the important ingredient in the computer science and technology, the front-runner in the embedded system. It has improved products Intellectualized and technical standards and been a quite important technical area in our recent social needs and the applied areas of MCU expanding, types o

4、f mental produce and control systems are designed with MCU as the central technology.The system uses MSC MSU-51 and Relevant photo electric equipment to design intelligentized controller of streets lights and realize the function of controlling the switches according to the actual conditions of ligh

5、t through P1 port of 8051 chip. As the ever-accelerated development of social civilization, City light is not only confined to the street lighting but also developed into the urban landscape and decorative Keywords: lamp MCU-technology design目 錄第一章 緒論11.1 引言11.2 單片機(jī)概述1第二章 芯片介紹32.1 89C51芯片簡(jiǎn)介32.1.1 89

6、C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)32.1.2 中斷系統(tǒng)52.1.3 時(shí)鐘電路52.1.4 89C51的引腳說(shuō)明62.1.5 單片機(jī)的系統(tǒng)資源82.1.6 運(yùn)算器92.1.7 控制器92.1.8 89C51單片機(jī)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)102.2 232串口芯片介紹112.3 光敏電阻142.3.1 光敏電阻介紹142.3.2 基本特性及其主要參數(shù)162.4 繼電器202.4.1 繼電器的作用202.4.2 繼電器的電符號(hào)和觸點(diǎn)形式202.4.3 繼電器（relay）的工作原理和特性212.4.4 繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)222.4.5 繼電器測(cè)試22第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證253.1 傳感電路部分253.2 執(zhí)行電路部

7、分25第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及原理圖的繪制274.1 Altium Designer電路設(shè)計(jì)軟件簡(jiǎn)介274.2 光電檢測(cè)電路294.3 單片機(jī)控制電路294. 4 繼電器執(zhí)行電路294. 5 串口通信電路294.5.1 串口通信電路原理圖304.5.2 串口通信電路在系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)30第五章系統(tǒng)總電路原理圖31第六章 調(diào)試及最后完成336.1 硬件電路的安裝調(diào)試336.2 軟件調(diào)試336.3 程序流程圖346.4 程序部分34第七章 心得體會(huì)37致謝39參考文獻(xiàn)41第一章 緒論1.1 引言隨著我國(guó)加入世界貿(mào)易組織（WTO），為了創(chuàng)造一個(gè)良好的投資環(huán)境，塑造一個(gè)美麗的國(guó)際化城市，更好的與國(guó)際接軌，全

8、國(guó)各大城市的市政建設(shè)步伐都逐步加快，公路系統(tǒng)蓬勃發(fā)展，因此裝扮美麗城市夜景的路燈照明工程得以迅猛發(fā)展。由于單片機(jī)具有集成度高，處理能力強(qiáng)，可靠性高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此在路燈照明工程中被廣泛應(yīng)用。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷走向深入。單片機(jī)技術(shù)中的計(jì)時(shí)系統(tǒng)是單片機(jī)的一個(gè)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(gè)城市的照明系統(tǒng)不可分割更是無(wú)可替代的一部分，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(dòng)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(jī)89C51和相關(guān)的光電檢測(cè)設(shè)備及繼電設(shè)備來(lái)

9、設(shè)計(jì)智能光控路燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際光線條件通過(guò)8051芯片的P1口控制路燈開(kāi)關(guān)的功能。隨著社會(huì)文明的不斷發(fā)展，城市照明已不僅局限于街道的照明，而且發(fā)展成了城市景觀等裝飾性照明綜合市政工程。社會(huì)對(duì)亮燈率,開(kāi)關(guān)燈的準(zhǔn)確率，故障檢測(cè)的實(shí)時(shí)性和維護(hù)的及時(shí)性要求不斷提高，利用51系列單片機(jī)可編程控制八位邏輯I/O端口實(shí)現(xiàn)路燈的智能化，達(dá)到節(jié)能，自動(dòng)控制的目的。避免了傳統(tǒng)電路對(duì)能源的浪費(fèi)，路燈的自動(dòng)控制更方便了工作人員的管理。本系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，擴(kuò)展功能強(qiáng)。1.2 單片機(jī)概述單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種，單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱(chēng)

10、為微控制器。通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)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(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過(guò)1、2、3代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，他們的CPU功能在增強(qiáng)，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2.1 89C51芯片簡(jiǎn)介2.1.1 89C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)所謂單片機(jī)(Single Chip Microcomputer或 MCU)是指在一塊芯片中，集成有中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(RAM和ROM)、基本I/O端口以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等部件

11、并具有獨(dú)立指令系統(tǒng)的智能器件，即在一塊芯片上實(shí)現(xiàn)一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。 不同的單片機(jī)有著不同的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，即它們的技術(shù)特征不盡相同，硬件特征取決于單片機(jī)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員必須了解其性能是否滿(mǎn)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(cè)中得到。指令特性即我們熟悉的單片機(jī)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(kāi)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(jī)及應(yīng)用系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：（1）單片機(jī)具有獨(dú)立的指令系統(tǒng)，可以將我們的設(shè)計(jì)思想充分體現(xiàn)出來(lái)，使產(chǎn)品智能化；（2）系統(tǒng)配置以滿(mǎn)足控制

12、對(duì)象的要求為出發(fā)點(diǎn)，使得系統(tǒng)具有較高的性能價(jià)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(qiáng)，可靠性高，使用方便；（4）單片機(jī)本身不具有自我開(kāi)發(fā)能力，一般需借助專(zhuān)用的開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試，但最終形成的產(chǎn)品簡(jiǎn)單實(shí)用，成本低，效益高；（5）應(yīng)用系統(tǒng)所用存儲(chǔ)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(kāi)發(fā)和應(yīng)用。大多單片機(jī)如51系列，開(kāi)發(fā)芯片和擴(kuò)展應(yīng)用芯片相互配套，降低了系統(tǒng)成本；（6）系統(tǒng)小巧玲瓏，控制功能強(qiáng)、體積小，便于嵌入被控設(shè)備之內(nèi)，大大推動(dòng)了產(chǎn)品的智能化。89C51單片機(jī)包含中央處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、程序存儲(chǔ)器（ROM）、定

13、時(shí)/計(jì)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(shuō)明：·中央處理器（CPU）： 中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部分，是八位數(shù)據(jù)的處理器，能處理八位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或者代碼，CPU負(fù)責(zé)控制，指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。·數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）： 89C51內(nèi)部有128個(gè)8位用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專(zhuān)用寄存器單元，他們是統(tǒng)一編址的，專(zhuān)用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶(hù)只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶(hù)數(shù)據(jù)。所以，用戶(hù)使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶(hù)的定義的

14、字形表。·程序存儲(chǔ)器（ROM）：程序存儲(chǔ)器是用來(lái)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(gè)專(zhuān)用寄存器程序計(jì)數(shù)器PC，用以存放將要執(zhí)行的指令地址。PC的長(zhǎng)度為16位，故程序存儲(chǔ)器的尋址范圍為64KB（0000HFFFFH），也就是說(shuō)，51系列單片機(jī)具有64KB的程序存儲(chǔ)器空間。·定時(shí)/計(jì)數(shù)器（ROM）： 89C51單片機(jī)有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，通過(guò)對(duì)機(jī)器周期計(jì)數(shù)達(dá)到定時(shí)的目的，通過(guò)對(duì)外部事件計(jì)數(shù)達(dá)到計(jì)數(shù)之目的。·并行輸入輸出（I/O）口： 89C51共有四組8位I/O口（P0、P1、P2或P3），用于

15、對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)在整個(gè)傳輸過(guò)程中，并排前進(jìn)，有多少個(gè)數(shù)據(jù)線就能同時(shí)傳送多少位數(shù)據(jù)。并行通信的特點(diǎn)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(jì)算機(jī)主板與硬盤(pán)、打印機(jī)等之間的通信。·雙全雙工串行口：89C51內(nèi)置一個(gè)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(guò)程中一位一位的串行傳輸，硬件連接比較簡(jiǎn)單。最簡(jiǎn)單時(shí)只需3根連線即可實(shí)現(xiàn)串行通信，相對(duì)于并行通信來(lái)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(jī)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(jì)算機(jī)在執(zhí)行某一程序

16、的過(guò)程中, 由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部或外部的某種原因, CPU必須暫時(shí)停止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，而自動(dòng)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，待處理結(jié)束之后, 再回來(lái)繼續(xù)執(zhí)行被中止的程序的過(guò)程。實(shí)現(xiàn)這種中斷功能的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)統(tǒng)稱(chēng)為中斷系統(tǒng)。89C51具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿(mǎn)足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。2.1.3 時(shí)鐘電路89C51內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHZ的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但89C51單片機(jī)需外置振蕩電容。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類(lèi)型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一

17、種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的89C51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。下圖是89C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖2.1 89C51系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.1.4 89C51的引腳說(shuō)明89C51單片機(jī)采用40PIN封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，下圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明：圖2.2 89C51 系列單片機(jī)引腳 電源引

18、腳(40、20)：這當(dāng)然是必不可少的了。單片機(jī)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)：?jiǎn)纹瑱C(jī)是一種時(shí)序電路，必須提供脈沖信號(hào)才能正常工作，在單片機(jī)內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接18、19腳。這兩個(gè)腳的定義是： (1)時(shí)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。若采用外部時(shí)鐘電路，該引腳輸入外部脈沖。 (2)時(shí)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

19、用外部時(shí)鐘時(shí)，該腳必須接地。 復(fù)位引腳（RESET）（9腳）：它是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效，當(dāng)此腳保持兩個(gè)機(jī)器周期，即24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期為高電平時(shí)，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(shí)，將5V電源自動(dòng)接入RST端，為單片機(jī)提供備用電源。以保證信息不丟失，電源恢復(fù)后，能夠正常工作。EA/VPP引腳(31腳)：訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)端(又：外部存儲(chǔ)器地址允許輸入端)。(1)當(dāng)EA引腳接高電平時(shí)，CPU訪問(wèn)片內(nèi)EPROM(CPU讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器<ROM>)，并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。(2)當(dāng)EA腳接低電平時(shí)，CPU只訪問(wèn)外部EPROM

20、，并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的指令。而不管是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。 (3)此腳還具有第二功能VPP：是對(duì)89C51片內(nèi)同化編程時(shí)，作為施加較高編程電壓輸入端。即：89C51燒寫(xiě)內(nèi)部EPROM時(shí)，利用此腳輸入21 V的燒寫(xiě)電壓。 PSEN(29腳):程序存儲(chǔ)器允許輸入端(也叫:外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)端):在讀外部ROM時(shí)PSEN低電平有效，以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作： (1)內(nèi)部ROM讀取時(shí)，PSEN不動(dòng)作； (2)外部ROM讀取時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期會(huì)動(dòng)作兩次； (3)外部RAM讀取時(shí)，兩個(gè)PSEN脈沖被跳過(guò)不會(huì)輸出； (4)外接ROM時(shí)，與ROM的OE腳相接。 要檢查一個(gè)89C51小系統(tǒng)上電后能否

21、正確到EPROM中讀取指令，可用示波器看PSEN端有無(wú)脈沖，如有，說(shuō)明基本工作正常。 ALE(30腳):地址鎖存控制信號(hào)端。89C51正常工作時(shí)，ALE腳不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，頻率為振蕩器頻率fosc的六分之一，CPU訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE作為鎖存8位地址的控制信號(hào)。平時(shí)不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE也以六分之一的振蕩頻率固定輸出正脈沖。因而，ALE信號(hào)可以作為對(duì)外輸出時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)。 另外還有四個(gè)8位并行通訊端口： P0口：8位雙向I/O端口(39 P1口：8位雙向I/O端口(1 P2口：8位雙向I/O端口(21P3口：8位雙向I/O端口(10P0口有三個(gè)功能： (1)外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，

22、當(dāng)做數(shù)據(jù)總線。 (2)外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)做地址總線。 (3)不擴(kuò)展時(shí)，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無(wú)上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)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(gè)功能:(1)擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(gè)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，由特殊寄存器來(lái)設(shè)置。有內(nèi)部EPROM的單片機(jī)芯片，為寫(xiě)入程序需提供專(zhuān)門(mén)的編程脈沖和編程電源，這些信號(hào)也是由信號(hào)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

23、機(jī)的系統(tǒng)資源1.CPU(即控制器)。2.運(yùn)算器。3.片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)：用以存放可以讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)。如運(yùn)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(chǔ)器(ROM)：用以存放原始程序、數(shù)據(jù)和表格。5.四個(gè)8位并行輸入輸出接口：P0P3。6.兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器：每個(gè)計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。7.五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)。8.一個(gè)全雙工UAST的串行I/O口，可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與單片機(jī)或其他微機(jī)系統(tǒng)串行通訊。9.片內(nèi)振蕩器和時(shí)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.

24、1.6 運(yùn)算器運(yùn)算器的組成：算數(shù)邏輯單元ALU、累加器、寄存器。算數(shù)邏輯單元ALU的作用：把傳送到處理器的數(shù)據(jù)進(jìn)行算數(shù)或邏輯運(yùn)算，它具有兩個(gè)輸入來(lái)源，一來(lái)自累加器，二來(lái)自數(shù)據(jù)寄存器。ALU執(zhí)行不同的運(yùn)算操作是由不同控制線上的信息所決定的。通常ALU接收來(lái)自累加器或寄存器的2組8位二進(jìn)制數(shù)。因?yàn)橐獙?duì)這兩個(gè)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作(如，數(shù)據(jù)進(jìn)行算數(shù)或邏輯運(yùn)算)，所以將這兩個(gè)輸入的數(shù)據(jù)均稱(chēng)為操作數(shù)。ALU可以對(duì)這兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行加、減、與、或、比較大小等操作，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(gè)暫存器(累加器或寄存器)中，操作數(shù)31放在另一個(gè)暫存器(累加器或寄存器)中。

25、執(zhí)行兩數(shù)相加運(yùn)算的控制線發(fā)出加操作信號(hào)，ALU即把兩個(gè)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(jì)數(shù)器P C、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序產(chǎn)生器、操作控制器組成。1.程序計(jì)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(lái)確定一條指令的地址。程序計(jì)數(shù)器PC正是起到這個(gè)作用。所以通常又稱(chēng)其為指令地址計(jì)數(shù)器。在程序開(kāi)始執(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(shí)，CPU將自動(dòng)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(guò)程只

26、是簡(jiǎn)單的加一操作。2.指令寄存器：用來(lái)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(shí)，先把它從內(nèi)存中取出，然后再傳送到指令寄存器。3.指令譯碼器：指令分為操作碼和操作數(shù)字段，由二進(jìn)制數(shù)字組成，為執(zhí)行任何給定的指令，必須對(duì)操作碼進(jìn)行譯碼，以便確定所要求的操作。指令譯碼器就是負(fù)責(zé)這項(xiàng)工作的，指令寄存器中操作碼的輸出，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(hào)。4.時(shí)序產(chǎn)生器：控制器是發(fā)布命令的決策機(jī)構(gòu)，即協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作?？刂破麟娐窂?fù)雜?？刂破鲀?nèi)部各部分要協(xié)調(diào)工作，必須有一個(gè)同步信號(hào)，這個(gè)同步信號(hào)就是時(shí)鐘，時(shí)鐘是由晶體振蕩電路產(chǎn)生的周期固定的方波序列。

27、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(duì)指令進(jìn)行譯碼或測(cè)試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)，以便啟動(dòng)規(guī)定的動(dòng)作。比如一次內(nèi)存讀寫(xiě)操作、一個(gè)邏輯運(yùn)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(dòng)的方向。相對(duì)控制器而言，運(yùn)算器接收控制器的命令而進(jìn)行操作，即運(yùn)算器所進(jìn)行的所有操作都是由控制器發(fā)出的控制信號(hào)來(lái)指揮的。2.1.8 89C51單片機(jī)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)89C51單片機(jī)存儲(chǔ)器在物理結(jié)構(gòu)上分為程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間。程序存儲(chǔ)器ROM：我們?yōu)榱俗寙纹瑱C(jī)實(shí)現(xiàn)某一功能，需要利用匯編語(yǔ)言或其他語(yǔ)言編寫(xiě)一些源程序，然后再燒錄到芯片中，我們編寫(xiě)的

28、這些程序，就存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器空間中。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM：我們編寫(xiě)的源程序，在運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一些臨時(shí)的運(yùn)算結(jié)果，這些結(jié)果需要臨時(shí)存放在一個(gè)地方，這個(gè)地方就是數(shù)據(jù)寄存器。89C51單片機(jī)具有四個(gè)存儲(chǔ)器空間:(1)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，即單片機(jī)芯片內(nèi)置的存儲(chǔ)空間；(2)片外程序存儲(chǔ)器，即當(dāng)單片機(jī)芯片內(nèi)置的存儲(chǔ)空間不夠使用時(shí)，我們需要外加的一個(gè)存儲(chǔ)器芯片；(3)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，即單片機(jī)芯片內(nèi)置的存儲(chǔ)空間；(4)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，即當(dāng)單片機(jī)芯片內(nèi)置的存儲(chǔ)空間不夠使用時(shí)，我們需要外加的一個(gè)存儲(chǔ)器芯片。但從用戶(hù)使用的角度，89C51存儲(chǔ)器地址空間分為三類(lèi)：(1)片內(nèi)片外統(tǒng)一編址的0000HFFFFH的64K字節(jié)

29、的程序存儲(chǔ)器地址空間，用16位地址。(2)64K字節(jié)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，地址也是從0000HFFFFH用16位地址。(3)256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，用8位地址。程序存儲(chǔ)器地址空間：89C51程序存儲(chǔ)器用于存放編寫(xiě)好的程序和表格常數(shù)。程序存儲(chǔ)器通過(guò)16位程序計(jì)數(shù)器PC尋址。尋址能力為64K字節(jié)。片內(nèi)ROM為4KB。地址為0000HFFFFH。片外最多可擴(kuò)至64K字節(jié)。地址為1000HFFFFH。片內(nèi)片外是統(tǒng)一編址的。當(dāng)引腳EA接高電平時(shí)，89C51程序計(jì)數(shù)器PC在0000H0FFFH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(guò)0FFFH后，就自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外ROM中取指令。程序存儲(chǔ)

30、器的某些單元是留給系統(tǒng)使用的。存儲(chǔ)單元0000H0002H用作89C51上電復(fù)位后引導(dǎo)程序存放單元。因?yàn)?9C51上電復(fù)位后程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容為0000H,所以CPU總是從0000H開(kāi)始執(zhí)行程序，如果在這三個(gè)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。0003H0023H單元被均勻的分為5段。用作5個(gè)中斷服務(wù)程序的入口。因?yàn)?個(gè)入口之間間隔較小，因此一般來(lái)說(shuō)，這五個(gè)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(chǔ)單元中。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM用于存放運(yùn)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(chǔ)空間也分為片內(nèi)和片外兩大部分，即片內(nèi)RAM

31、和片外RAM。MSC51內(nèi)部RAM有128或256個(gè)字節(jié)的用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(不同的型號(hào)有分別)，片外最多可擴(kuò)展64KB的RAM，構(gòu)成兩個(gè)地址空間，訪問(wèn)片內(nèi)RAM用“MOV”指令，訪問(wèn)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(guò)程數(shù)據(jù)的。MCS51的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均可讀寫(xiě)，部分單元還可以位尋址。2.2 232串口芯片介紹數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中一位一位的串行傳輸，硬件連接比較簡(jiǎn)單。最簡(jiǎn)單時(shí)只需3根連線即可實(shí)現(xiàn)串行通信，相對(duì)于并行通信來(lái)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(jī)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（Asyn

32、chronous Communication），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(guò)傳輸線被接收端一幀一幀地接收。（2）同步通信（Synchronous Communication）是將一大批數(shù)據(jù)分成若干個(gè)數(shù)據(jù)塊, 數(shù)據(jù)塊之間用同步字符隔開(kāi), 而傳輸?shù)母魑欢M(jìn)制碼之間都沒(méi)有間隔。其基本特征是發(fā)送端與接收端通信時(shí)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是TTL電平0+5V, MAX232就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的，該

33、器件包含兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器、兩個(gè)接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA 232F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(hào)邏輯“0”(空號(hào))電平范圍為+5V+15V，邏輯“1”(傳號(hào))電平范圍為5V15V；接收端邏輯“0”為+3V+15V，邏輯“1”為3V15V。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(diǎn)信號(hào)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”。下圖是MAX232引腳圖圖2.3 MAX232引腳圖該器件符合TIA /EIA232F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA /EIA232F電平轉(zhuǎn)換成5V

34、TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS那電平轉(zhuǎn)換成TIA /EIA232F電平。232是電荷泵芯片，可以完成兩路TTL/RS232電平的轉(zhuǎn)換，它的9、10、11、12引腳是TTL電平端，用來(lái)連接單片機(jī)的。MAX232獲得正負(fù)電源的另一種方法在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，我們時(shí)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

35、TTLRS232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(shí)候，若輸入為5V，輸出可以達(dá)到-14V左右，輸入為0V，輸出可以達(dá)到14V，在輸出電流為20mA的時(shí)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(hào)經(jīng)穩(wěn)壓塊后作電源使用。串口通信的概念非常簡(jiǎn)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(shí)用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡(jiǎn)單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。比如IEEE488定義并行通行狀態(tài)時(shí)，規(guī)定設(shè)備線總長(zhǎng)不得超過(guò)20米，并且任意兩個(gè)設(shè)備間的長(zhǎng)度不得超過(guò)2米；而對(duì)于串口而

36、言，長(zhǎng)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(shí)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、停止位和奇偶校驗(yàn)。對(duì)于兩個(gè)進(jìn)行通信的端口，這些參數(shù)必須匹配：A.波特率：這是一個(gè)衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的bit的個(gè)數(shù)。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個(gè)bit。當(dāng)我們提到時(shí)鐘周期時(shí)，我們就是指波特率例如如果協(xié)議需要4800波特率，那么時(shí)鐘是4800HZ。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為4800HZ。通常電話線的波特率

37、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(shí)際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)信息包，實(shí)際的數(shù)據(jù)不會(huì)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。比如，標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼是0127(7位)。擴(kuò)展的ASCII碼是0255(8位)。如果數(shù)據(jù)使用簡(jiǎn)單的文本(標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼)，那么每個(gè)數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。每個(gè)包是指一個(gè)字節(jié)，包括開(kāi)始/停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位。由于實(shí)際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，術(shù)語(yǔ)“包”指任何通信的情況。C.停止位：用

38、于表示單個(gè)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(shí)的，并且每一個(gè)設(shè)備有其自己的時(shí)鐘，很可能在通信中兩臺(tái)設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計(jì)算機(jī)校正時(shí)鐘同步的機(jī)會(huì)。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時(shí)鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時(shí)也越慢。D.奇偶校驗(yàn)位：在串口通信中一種簡(jiǎn)單的檢錯(cuò)方式。有四種檢錯(cuò)方式：偶、奇、高和低。當(dāng)然沒(méi)有校驗(yàn)位也是可以的。對(duì)于偶和奇校驗(yàn)的情況，串口會(huì)設(shè)置校驗(yàn)位(數(shù)據(jù)位后面的一位)，用一個(gè)值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個(gè)或者奇?zhèn)€邏輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)是011，那么對(duì)于偶校驗(yàn)，校驗(yàn)位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個(gè)。如果是奇校

39、驗(yàn)，校驗(yàn)位為1，這樣就有3個(gè)邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單置位邏輯高或者邏輯低校驗(yàn)。這樣使得接收設(shè)備能夠知道一個(gè)位的狀態(tài)，有機(jī)會(huì)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(chēng)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(zhǎng)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(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，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(qiáng)弱而改變的電阻器；

40、入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)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(jiàn)光）的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)110M歐,在強(qiáng)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(duì)光的敏感性（即光譜特性）與人眼對(duì)可見(jiàn)光（0.40.76）m的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起它的阻值變化。設(shè)計(jì)光控電路時(shí)，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(jì)大為簡(jiǎn)化。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受

41、到光的照射時(shí)，半導(dǎo)體片（光敏層）就激發(fā)出電子空穴對(duì)，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)。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(shù)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。其結(jié)構(gòu)如圖2.4所示：圖2.4 光敏電阻結(jié)構(gòu)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(guò)，受到適當(dāng)波長(zhǎng)的光線照射時(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的增加而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒(méi)有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)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)

42、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(chēng)為光導(dǎo)效應(yīng)，因此，光敏電阻又稱(chēng)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(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對(duì)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(qiáng)，阻

43、值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)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(shí)物圖2.3.2 基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(cè)得的穩(wěn)定電阻值稱(chēng)為暗電阻，或暗阻。此時(shí)流過(guò)的電流稱(chēng)為暗電流。例如MG4121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(cè)得的穩(wěn)定電阻值稱(chēng)為亮電阻或亮阻。此時(shí)流過(guò)的電流稱(chēng)為亮電流。MG4121型光敏電阻亮阻小于等于1K。亮電流與暗電流之差稱(chēng)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(shuō)暗電流要小，亮電流要大，這樣光敏電阻的靈敏度就高。在一定照度下，光敏電阻兩端所加的

44、電壓與流過(guò)光敏電阻的電流之間的關(guān)系，稱(chēng)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(méi)有飽和現(xiàn)象。受耗散功率的限制，在使用時(shí)，光敏電阻兩端的電壓不能超過(guò)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光敏電阻的光電流與光照度之間的關(guān)系稱(chēng)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(cè)元件，這是光敏電阻的缺點(diǎn)之一，在自動(dòng)控制中它常用做開(kāi)關(guān)式光電傳感器。對(duì)于不同波長(zhǎng)的入射光，光敏電阻的相對(duì)靈敏度是不相同的。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(jiàn)光區(qū)域，而硫化鉛的峰值在紅外區(qū)域，因此在選用

45、光敏電阻時(shí)應(yīng)當(dāng)把元件和光源的種類(lèi)結(jié)合起來(lái)考慮，才能獲得滿(mǎn)意的結(jié)果。圖2.8 光敏電阻的光譜特性當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照時(shí)，光電流要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，光照突然消失時(shí)，光電流也不立刻為零。這說(shuō)明光敏電阻有時(shí)延特性。由于不同材料的光敏電阻時(shí)延特性不同，所以它們的頻率特性也不相同。圖2.9給出相對(duì)靈敏度Kr，與光強(qiáng)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(shí)延都較大，因此不能用在要求快速響應(yīng)的場(chǎng)合，這是光敏電阻的一個(gè)缺陷。圖2.9 光敏電阻的頻譜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(shí)，它的暗電阻會(huì)下降。溫度的變化對(duì)光譜特性也有很大

46、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(zhǎng)短的方向移動(dòng)。因此，有時(shí)為了提高靈敏度，或?yàn)榱四芙邮苓h(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(jiàn)光)的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值(暗阻)可達(dá)110M；在強(qiáng)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(duì)光的敏感性(即光譜特性)與人眼對(duì)可見(jiàn)光(0.40.76)m的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起它的阻值變化。所以設(shè)計(jì)光控電路時(shí)，都用白熾燈泡(小電珠)光線或自

47、然光線作控制光源，使設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化。光敏電阻隨入射光線的強(qiáng)弱其對(duì)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(gòu)置一只光敏電阻器（MG45型)，在夜間點(diǎn)一盞60100W的白熾燈，用萬(wàn)用表直接測(cè)量光敏電阻器的阻值。測(cè)量時(shí)，應(yīng)把光敏電阻對(duì)著白熾燈的光，再逐漸拉開(kāi)與燈的距離(由近到遠(yuǎn))，觀察萬(wàn)用表指示的阻值變化，可以直觀驗(yàn)證光敏電阻的特牲，以加深對(duì)它的感性認(rèn)識(shí)。常用的光敏電阻器型號(hào)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(dòng)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 繼電器的作用繼電

48、器是具有隔離功能的自動(dòng)開(kāi)關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測(cè)、通訊、自動(dòng)控制、機(jī)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(jī)構(gòu)(輸入部分)：有能對(duì)被控電路實(shí)現(xiàn)“通”、 “斷”控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(輸出部分)；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對(duì)輸入量進(jìn)行耦合隔離，功能處理和對(duì)輸出部分進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的中間機(jī)構(gòu)(驅(qū)動(dòng)部分)。作為控制元件，概括起來(lái)，繼電器有如下幾種作用：(1)擴(kuò)大控制范圍。例如，多觸點(diǎn)繼電器控制信號(hào)達(dá)到某一定值時(shí)，可以按觸點(diǎn)組的不同形式，同時(shí)換接、開(kāi)斷、接通多路電路。(2)放大。例如，當(dāng)多個(gè)控制

49、信號(hào)按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時(shí)，經(jīng)過(guò)比較綜合，達(dá)到預(yù)定的控制效果。(3)自動(dòng)、遙控、監(jiān)測(cè)。例如，自動(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。2.4.2 繼電器的電符號(hào)和觸點(diǎn)形式繼電器線圈在電路中用一個(gè)長(zhǎng)方框符號(hào)表示，如果繼電器有兩個(gè)線圈，就畫(huà)兩個(gè)并列的長(zhǎng)方框。同時(shí)在長(zhǎng)方框內(nèi)或長(zhǎng)方框旁標(biāo)上繼電器的文字符號(hào)“J”。繼電器的觸點(diǎn)有兩種表示方法：一種是把它們直接畫(huà)在長(zhǎng)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(gè)觸點(diǎn)分別畫(huà)到各自的控制電路中，通常在同一繼電器的觸點(diǎn)與線圈旁分別標(biāo)注上相同的文字特號(hào)，并將觸點(diǎn)組編上號(hào)碼，以示區(qū)別。繼電器的觸點(diǎn)有三種基本

50、形式：(1)動(dòng)合型(H型)：線圈不通電時(shí)兩觸點(diǎn)是斷開(kāi)的，通電后，兩個(gè)觸點(diǎn)就閉合。以合字的拼音字頭“H”表示。(2)動(dòng)斷型(D型)：線圈不通電時(shí)兩觸點(diǎn)是閉合的，通電后兩個(gè)觸點(diǎn)就斷開(kāi)。用斷字的拼音字頭“D”表示。(3)轉(zhuǎn)換型(Z型)：這是觸點(diǎn)組型。這種觸點(diǎn)組共有三個(gè)觸點(diǎn)，即中間是動(dòng)觸點(diǎn)，上下各一個(gè)靜觸點(diǎn)。線圈不通電時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)和其中一個(gè)靜觸點(diǎn)斷開(kāi)和另一個(gè)閉合，線圈通電后，動(dòng)觸點(diǎn)就移動(dòng)，使原來(lái)斷開(kāi)的成閉合，原來(lái)閉合的成斷開(kāi)狀態(tài)，達(dá)到轉(zhuǎn)換的目的。這樣的觸點(diǎn)組稱(chēng)為轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)。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)達(dá)到規(guī)定值時(shí)，使被控制

51、的輸出電路導(dǎo)通或斷開(kāi)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(lèi)。具有動(dòng)作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于電力保護(hù)、自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)、遙控、測(cè)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(chēng)輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱(chēng)輸出回路)，通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)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(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的

52、作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)(常開(kāi)觸點(diǎn))吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)(常閉觸點(diǎn))吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱(chēng)為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱(chēng)為“常閉觸點(diǎn)”。熱敏彈簧繼電器是一種利用熱敏磁性材料檢測(cè)和控制溫度的新型熱敏開(kāi)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(lì)磁，而由恒磁環(huán)產(chǎn)生的磁力驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。恒磁環(huán)能

53、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(gè)接線端為輸入端，另兩個(gè)接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實(shí)現(xiàn)輸入輸出的電隔離。固態(tài)繼電器按負(fù)載電源類(lèi)型可分為交流型和直流型。按開(kāi)關(guān)型式可分為常開(kāi)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)是指繼電器正常工作時(shí)線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號(hào)不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過(guò)萬(wàn)能表測(cè)量。是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動(dòng)作的最小電流。在正常使用時(shí)，給定的電流必須略大于吸合電流

54、，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對(duì)于線圈所加的工作電壓，一般不要超過(guò)額定工作電壓的1.5倍，否則會(huì)產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。是指繼電器產(chǎn)生釋放動(dòng)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(shí)，繼電器就會(huì)恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。這時(shí)的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于吸合電流。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(shí)不能超過(guò)此值，否則很容易損壞繼電器的觸點(diǎn)。2.4.5 繼電器測(cè)試用萬(wàn)能表的電阻檔，測(cè)量常閉觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)電阻，其阻值應(yīng)為0，(用更加精確方式可測(cè)得觸點(diǎn)阻值在100毫歐以?xún)?nèi))；而常開(kāi)觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)的阻值就為無(wú)窮大。由此可以區(qū)別出哪個(gè)是常閉觸點(diǎn)，哪個(gè)是常開(kāi)觸點(diǎn)。可用萬(wàn)能表R&

55、#215;10檔測(cè)量繼電器線圈的阻值，從而判斷該線圈是否存在著開(kāi)路現(xiàn)象。3.測(cè)量吸合電壓和吸合電流 找來(lái)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(jìn)行監(jiān)測(cè)。慢慢調(diào)高電源電壓，聽(tīng)到繼電器吸合聲時(shí)，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。也是像上述那樣連接測(cè)試，當(dāng)繼電器發(fā)生吸合后，再逐漸降低供電電壓，當(dāng)聽(tīng)到繼電器再次發(fā)生釋放聲音時(shí)，記下此時(shí)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(huì)對(duì)電路的穩(wěn)定性造成威脅，工作不

56、可靠。第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證光控路燈控制系統(tǒng)分為光線檢測(cè)和執(zhí)行控制命令(開(kāi)路燈、關(guān)路燈)，在光線滿(mǎn)足設(shè)定條件的情況下，光線檢測(cè)電路將檢測(cè)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 傳感電路部分方案一：使用光敏電阻直接提供給51單片機(jī)輸入信號(hào)，并進(jìn)行相應(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(dòng)的方式，提供給單片機(jī)輸入傳感信號(hào)。由于方案一提供的輸入信號(hào)相對(duì)來(lái)說(shuō)對(duì)環(huán)境的要求較高，難以實(shí)現(xiàn)且不符合系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)用性等原則，故選取方案二。3.2 執(zhí)行電路部分方案一：由單片機(jī)端口對(duì)相應(yīng)電路進(jìn)行操作；方案二：由單片機(jī)對(duì)后續(xù)的執(zhí)行元件進(jìn)行操作，如繼電器等相關(guān)的執(zhí)行元件

57、。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(jì)更加接近實(shí)際應(yīng)用，在實(shí)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(shí)性大大增強(qiáng)。、第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及原理圖的繪制整個(gè)系統(tǒng)由光電檢測(cè)電路、單片機(jī)控制電路、輸出信號(hào)執(zhí)行電路、串口通信電路等四部分組成，構(gòu)成整個(gè)光控路燈智能控制系統(tǒng)。4.1 Altium Designer電路設(shè)計(jì)軟件簡(jiǎn)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(guó)用得最多的EDA工具，電子專(zhuān)業(yè)的大學(xué)生在大學(xué)基木上都學(xué)過(guò)Protel 99Se，所以學(xué)習(xí)資源也最廣，公司在招聘新人的時(shí)候用Protel新人會(huì)很快上手。Altium聲稱(chēng)中國(guó)有73%的工程師和80%的電子工程相關(guān)專(zhuān)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)rotel for Widows。1997年P(guān)rotel 98這個(gè)32位產(chǎn)品是第一個(gè)包含5個(gè)核心模塊的