基于單片機的LED臺燈亮度調節(jié)系統(tǒng)

緒論課題研究的背景和意義當今社會的發(fā)展越來與迅速，電視、電腦、手機等的發(fā)展也越來越快，這就導致了越來越多的青少年誘發(fā)視力疾病，青少年的近視的比例也在逐年的上升，通過相關的調查研究最近這些年小學生的近視的比例為34%-61%，初中學生中的近視的比例問為68%，高中學生中的近視的比例為90%多[1]。大學生中的近視的比例也在93%左右，而在學生們學習的時候燈光的亮度好壞會直接影響學生的視力，舒適的燈光亮度會保護學生們的眼睛，可以降低近視的比例，本文從臺燈的亮度調節(jié)原理出發(fā)，集合目前的需求設計了一款基于單片機的LED臺燈亮度自動調節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的研究，可以有效的幫我學生們預防近視，具有非常重要的意義。系統(tǒng)的所有的邏輯控制功能都需要設計者通過編寫設計軟件來實現(xiàn)，軟件設計的好壞，會直接的影響到系統(tǒng)的性能。最節(jié)約的是各種物理，化學法，生物法，技術先進，經(jīng)濟合理，費用。設計必須貫徹國家目前各項建設的方針政策。因此，在處理深度上，最節(jié)約的是各種物理，化學法，生物法，技術先進，經(jīng)濟合理，費用。設計必須貫徹國家目前各項建設的方針政策。因此，在處理深度上，因此對設計者來說選擇合適的設計語言進行軟件開發(fā)將會是軟件設計的首要步驟。目前單片機的開發(fā)語言有很多種，經(jīng)常被人們使用的有匯編語言、C語言和C++語言等。STC89C52系列微控制器是一款中低端的8位處理器，STC89C52單片機是一款基于51內(nèi)核的單片機。該款單片機的主要的優(yōu)點是單片機的功能比較多，芯片內(nèi)部集成了UART、定時器、等接口。在設計上可以節(jié)省很多的電路空間。單片機這款單片機對于初學者也有缺點，該單片機在封裝上都是貼片形式的封裝，有DIP-40，LQFP-44等封裝。單片機可以在keil編程環(huán)境上使用C語言進行編寫。本次設計選擇了keil編程環(huán)境，使用C語言進行程序的編寫。課題設計的目的本次之所以選擇這樣一個課題，主要是結合實際的需求進行的設計，本課題的研究對象是臺燈，主要是工作重點是學會臺燈的燈光調節(jié)原理，并且在設計的過程中可以對大學這幾年的學習的課本的知識進行一個總結和復習，通過這次的設計將理論知識和實際項目結合到一塊。為我們打學生生涯畫上一個圓滿的句號。通過大學四年的學習，對自動化這個專業(yè)有很多的了解，這么長時間對單片機的學習，這次畢業(yè)設計對自己來說也是一個挑戰(zhàn)。系統(tǒng)整體方案設計章節(jié)主要是介紹了在方案設計中的一些過程，包括方案的確定，方案的選擇，對相關芯片資料的查閱等，方案設計章節(jié)為后面的硬件電路設計提供了可靠的依據(jù)。LED臺燈亮度調節(jié)系統(tǒng)的整體的方案設計章節(jié)，根據(jù)需求設計了系統(tǒng)的硬件功能框圖，并對硬件功能框圖進行了各個功能模塊的介紹。并對系統(tǒng)中使用的器件進行了介紹，介紹了使用的芯片的功能。研究的是單片機內(nèi)部程序及各模塊初始化及信號采集程序的流程，通過對臺燈亮度調節(jié)系統(tǒng)的軟件整體程序流程圖的設計、光照檢測模塊程序的設計、A/D轉換程序設計，對整個系統(tǒng)的軟件繼續(xù)了設計。最終將各個模塊的程序整合到一塊實現(xiàn)系統(tǒng)的整體程序。畢業(yè)設計最難的一個環(huán)節(jié)，遇到了許多問題。并且其中在調試部分中所涉及的問題是最讓我記憶深刻的。它涉及的方面是我以前接觸不到的，很是具有挑戰(zhàn)性。課題研究的主要內(nèi)容本次設計一款基于單片機的LED臺燈亮度調節(jié)系統(tǒng)，臺燈上電后用戶可以通過調節(jié)按鍵實現(xiàn)對臺燈亮度的調節(jié)，臺燈具有5個等級的亮度。同時臺燈具有自動的光線檢測裝置可以根據(jù)光線的亮度情況自動的調節(jié)臺燈的亮度。在這個臺燈調光系統(tǒng)的設計中包括如下的設計內(nèi)容：合理的選擇臺燈調光系統(tǒng)的方案，選擇系統(tǒng)的核心控制器；根據(jù)設計的方案進行相關電路的設計，對各個電路模塊的功能進行描述。選擇合適的編程語言進行程序的編寫和調試，進行硬件電路板焊接，軟件程序調試，并對臺燈的功能進行整體的測試。課題的研究方法本課題采用理論和實踐相結合的研究方法進行，理論研究主要是通過查閱相關的文獻資料，學習前人的研究方法和研究思路，結合自己課題的特點，吸取文獻綜述有用的資料，形成一個理論設計方案。實踐方法主要是對理論知識的一個驗證，在實踐上通過軟件設計相關的電路圖、編寫相關的控制程序，購買電子元器件焊接實物，通過實物來驗證設計的正確性。其中硬件調試主要是對整個硬件電路原理圖的調試。硬件調試需要按照如下的步驟進行：1、檢查原理圖：根據(jù)設計的原理圖，對應每個器件的手冊，仔細的檢查原理圖的設計是否正確。每隔芯片的各個引腳連接是否正確。發(fā)現(xiàn)有錯誤要及時的改正錯誤，仔細檢查確保每個器件連接正確。2、通過電路仿真的方式來對電路的功能進行仿真，在仿真中可以發(fā)現(xiàn)電路是否有錯誤的地方。軟件調試沒問題了，按照前面的硬件電路的設計，我們設計了實物電路板，并得以電路板進行了調試和分析。在進行硬件調試的時候需要一步一步的調試，按照各個模塊的電路進行分模塊功能調試，最后在對整體的硬件電路進行測試，在調試過程中按照如下的步驟進行調試：對整個電路板的外觀進檢查，查看電路板的焊接情況，是夠有焊接錯誤、虛焊、短路等情況，如果發(fā)現(xiàn)有不正確的地方要及時的改正。在檢查電路板焊接沒有錯誤后，可以按照電路板的供電要求，給電路板進行上電，在上電的時候檢測電路板上的芯片是否有發(fā)熱的情況，如果有發(fā)熱則說明可能有芯片焊接錯誤，需要及時的斷電。如果沒有發(fā)熱的情況，可以使用萬用表的電壓當，測量下各個模塊電路的電壓是否正常。通過程序下載軟件把軟件程序下載到單片機中，下載成功后可以簡單觀察顯示器顯示的內(nèi)容，看和我們的預期是否相符合。按照各個模塊的電路功能，測試模塊電路的功能。比如可以通過在傳感器上輸入信號，觀察是否能能夠檢測到信號。論文的章節(jié)安排本次畢業(yè)設計的題目是“基于單片機的LED臺燈亮度調節(jié)控制系統(tǒng)設計”，在整個論文的撰寫過程中將論文的結構分如下的結構：第一章緒論：緒論是整個論文的第一部分，主要是一些理論的知識，緒論中包括了可以的研究背景和意義，詳細的說明了課題的主要的研究內(nèi)容，課題的研究的設計目的，課題的研究方法和步驟等。第二章系統(tǒng)整體方案的設計：整體方案設計是論文的第二部分，在這部分主要是根據(jù)課題要實現(xiàn)的功能進行的方案設計，在設計方案的過程中通過對比分析的方法最終確定了課題的方案，以及課題設計選擇的核心模塊。對LED臺燈調光控制系統(tǒng)及相關的技術的研究下，本設計中用到了傳單片機技術、C語言技術、燈光控制等技術，實現(xiàn)了臺燈的自動調光功能，下面對系統(tǒng)的設計方案進行詳細的介紹。第三章系統(tǒng)硬件電路設計：硬件電路設計是論文的第三部分，這部分內(nèi)容也是論文的核心內(nèi)容之一，通過繪圖軟件對課題的硬件電路進行了原理圖的繪制，并通過文字的方式對原理圖進行了原理的介紹。主要是根據(jù)上一章的系統(tǒng)的整體的方案設計，對應方案設計的框圖設計了各個部分的硬件原理圖，在設計原理圖的過程中使用了AltiumDesigner軟件進行電路圖的繪制。第四章系統(tǒng)軟件程序設計：軟件程序設計是論文的第四部分，這部分內(nèi)容也是論文的核心內(nèi)容之一，這部分主要是課題的軟件內(nèi)容，選擇了軟件的編程語言，設計了各個程序的程序流程圖，根據(jù)程序流程圖編寫了軟件程序。LED臺燈亮度調節(jié)系統(tǒng)的軟件平臺是本文設計的一個十分重要且必不可少的組成部分。通過系統(tǒng)分析檢測系統(tǒng)的功能需求以及利用軟件模塊化的程序設計思想，通過編寫代碼實現(xiàn)。第五章系統(tǒng)的軟硬件調試：軟硬件調試時系統(tǒng)的第五部分，這部分主要的內(nèi)容是進行了系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序的調試，確保硬件電路和軟件程序都是正確的，有條件的情況下可以通過購買器件焊接系統(tǒng)的實物電路板，通過電路板的功能來驗證系統(tǒng)的功能。通過上面的硬件電路設計和C語言軟件程序設計之后，焊接了實物電路板。并對實物電路板進行了調試，最后對實物的電路板的功能進行了調試和測試。結論部分：結論部分主要是對整個系統(tǒng)的設計過程進行總結，總結在設計過程中遇到的困難和問題，并提出改進的方案。系統(tǒng)整體方案的設計通過對LED臺燈調光控制系統(tǒng)及相關的技術的研究下，本設計中用到了傳單片機技術、C語言技術、燈光控制等技術，實現(xiàn)了臺燈的自動調光功能，下面對系統(tǒng)的設計方案進行詳細的介紹。臺燈調光系統(tǒng)的功能要求根據(jù)本次的任務書的需求，要求設計一款基于單片機的LED臺燈亮度調節(jié)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用STC89C52單片機為控制核心，采用16個LED發(fā)光二極管組成臺燈的燈頭，采用光敏電阻進行環(huán)境亮度的測量，采用按鍵進行臺燈的亮度的手動調節(jié)。臺燈亮度調節(jié)系統(tǒng)具有手動模式和自動模式兩種。臺燈的工作流程如下：第一步：給臺燈連接電源，打開臺燈的電源。確保臺燈電源連接正確；第二步：通過按鍵設置臺燈的工作方式，例如設定臺燈的工作方式為手動模式，此時臺燈處于手動控制模式，使用者可以通過臺燈控制板上的亮度增加或者減小按鈕實現(xiàn)對臺燈亮度的調節(jié)。第三步：通過按鍵設置臺燈的工作方式，例如設定臺燈的工作方式為自動模式，此時臺燈處于自動控制模式，臺燈會通過光敏電阻來檢測環(huán)境的亮度值，當環(huán)境的亮度低的時候臺燈會控制燈光變亮，當環(huán)境的光線亮的時候臺燈會控制燈光減弱。第四部：使用完臺燈后需要關閉臺燈的電源。系統(tǒng)整體框圖設計本次根據(jù)畢業(yè)設計的要求，需要設計一款基于單片機的自動調光臺燈，通過在相關的網(wǎng)站和學下圖書館查閱和設計相關的資料，查閱了和本次設計中不同設計者的設計思路，將有種的單獨記錄下來，應用在自己的設計中。最終確定了系統(tǒng)的整體方案框圖，系統(tǒng)的整體方案框圖及相當于系統(tǒng)的硬件結構，如下圖2-1所示是系統(tǒng)的整體方案框圖。圖2-1系統(tǒng)硬件框圖通過上面的框圖設計，我們可以看到整體系統(tǒng)的硬件框圖包含了各個部分的功能模塊電路，每部分電路都具有自己的功能和特點，具體每部分電路的功能特點如下：（1）電源模塊：電源模塊是為整個系統(tǒng)提供電能的裝置，系統(tǒng)要想正常的工作離不開電源，本次設計中所有的芯片使用5V的電源；（2）單片機模塊：單片機是一種微處理器芯片，具有可編程的能力，單片機在系統(tǒng)中相當于系統(tǒng)的大腦，起到協(xié)調和控制作用；（3）晶振和復位電路：晶振和復位電路是單片機工作必須的功能電路，晶振電路主要是給單片機提供時鐘信號，復位電路主要是給單片機提供復位信號，沒有晶振電路和復位電路單片機不能正常的工作；（4）光敏電阻：光敏電阻是一款可以檢測光強度的傳感器，隨著光強度的增加光敏電阻的阻值會發(fā)生變化，用于檢測光亮度情況；（5）A/D轉換電路：A/D轉換電路是用于進行模數(shù)轉換，可以將模擬信號轉換為數(shù)字信號，因為單片機處理的信號為數(shù)字信號；（6）LED燈驅動電路：單片機不能直接驅動LED燈，因為單片機的I/O端口的驅動能力有限，一個單片機的I/O端口的驅動能力只能有10mA左右，必須要設計相關的驅動電路才能驅動多個LED燈；（7）LED燈：LED燈適用于組成臺燈的燈頭，多個LED燈組合到一塊確保臺燈的亮度。單片機模塊選擇單片機是一個系統(tǒng)的核心器件，可以作為系統(tǒng)的大腦控制著系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，本次設計中選擇了STC89C52單片機，之所以選擇這款單片機是因為這款單片機在使用的時候非常的簡單，而且單片機的價格有也不貴，單片機的內(nèi)核采用51單片機的內(nèi)核，這和我們在學校所學的單片機原理是一樣的，這樣在設計的時候也會有一定的知識積累[3]。這款單片機是一款國產(chǎn)的單片機，單片機的速度非常的快，為了方便我們設計，本次選擇了直插形式的封裝，這對于我們的焊接也是有幫助的，單片機具有40個引腳。編程語言可以選擇C語言進行編寫，對于初學者來說非常的適合，可以很快的上手。該款單片機的工作電壓為5V，選擇12MHz的晶振，單片機可以通過串口下載程序。其中keil軟件是當今單片機中使用的最為廣泛的軟件，keil軟件可以將編寫的系統(tǒng)的控制軟件代碼進行檢查錯誤和生成單片機可以應用的.hex形式文件[15]。在使用STLink下載器將文件下載到本次設計的STC89C52單片機中，單片機可以通過串口的下載方式進行下載。最主要的是這款單片機的自學的資料非常的多，用幾天就能學會。圖2-2STC89C52單片機實物圖按鍵模塊選擇獨立按鍵比較簡單，也很容易理解，就是以單獨形式存在的按鍵，按鍵和按鍵之間沒有聯(lián)系。如電源開關、復位按鍵等這類都屬于獨立按鍵。獨立按鍵的原理是當用手按下按鍵的時候按鍵的兩端會導通，松開后會自動的恢復[6]。在單片機控制系統(tǒng)中獨立按鍵主要用在對按鍵需求比較少的場合，對按鍵在設計上可以指端和單片機的I/O端口連接，一端可以連接到信號的地線端。這樣在工作的時候當獨立按鍵被按下時，獨立按鍵的兩端導通，單片機的I/O端口會檢測到低電平，當獨立按鍵松開后單片機會檢測到高電平，根據(jù)這樣的方法在結合單片機I/O端口的變化情況就可以知道哪個按鍵被按下了，什么時候被按下。從而實現(xiàn)按鍵的功能。每一個獨立按鍵都會占用一個單片機的I/O端口資源[7]。本次設計的LED燈控制系統(tǒng)，采用獨立的按鍵進行LED燈顯示模式的設置?？紤]到需要的按鍵不多，因此選擇了獨立按鍵的方式。按鍵的實物圖如下圖2-3所示。圖2-3按鍵實物圖光敏模塊選擇本次設計中需要對臺燈環(huán)境的光照情況進行檢測，光照檢測主要使用了光敏電阻的方案實現(xiàn)，光敏電阻是一款可以根據(jù)光線的亮度變化，自身阻值發(fā)生變化的傳感器，根據(jù)這樣的特性可以實現(xiàn)對光線的亮度情況進行檢測。如下圖2-4所示的光敏電阻的實物圖。圖2-4光敏電阻實物圖A/D轉換模塊選擇A/D轉換器就是我們經(jīng)常說的模數(shù)轉換器，它可以將輸入的模擬信號轉換成數(shù)字信號，因為單片機等微處理器使用的都是數(shù)字信號，而有很多的傳感器輸出的信號逗我模擬電壓信號或者電流信號，因此A/D轉換器就可以發(fā)揮作用，實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉換。生活中進場使用的模數(shù)轉換器有8位的、12位的、16位等多種，A/D轉換器的類型上可以選擇并行通信的或者串行通信的。本次結合設計選擇了ADC0832型號的A/D轉換芯片實現(xiàn)對模擬信號到數(shù)字信號的轉換。ADC0832是一款8位的串行A/D轉換器，如下圖2-6是ADC0832的引腳圖，具有如下的特點：ADC0832具有以下特點：1．八位分辨率；2．轉換速度快，雙通道A/D轉換；3．兼容能力強，I/O電平與TTL/CMOS兼容；4．無需電壓轉換，輸入電壓0-5V之間；5．工作頻率250KHz，轉換時間32ms；6．能耗低，一般功耗為15mW；7．封裝種類多：8P、雙列直插、PICC；8．適用性強，分商用級溫寬和工業(yè)級溫寬。圖2-5ADC0832引腳圖LED燈模塊選擇本次設計的臺燈調光系統(tǒng)，通過選擇LED指示燈來模擬臺燈，在設計上采用多個LED燈組合到一塊實現(xiàn)，LED發(fā)光二極管是非常好用的發(fā)光器件，二極管的顏色有很多種，有紅色的、綠色的、黃色的等等。二極管的發(fā)光原理也非常的簡單，二極管分為電源正極和負極兩個引腳，二極管發(fā)光時的工作電流大概為10mA左右，只要電源經(jīng)過合適阻值的限流電阻和二極管連接就可以實現(xiàn)對二極管的發(fā)光控制。較長的使用壽命。白熾燈的發(fā)光機理是：通電時，電能流過發(fā)光鎢絲，產(chǎn)生熱能，使鎢絲加熱發(fā)光。因此，當經(jīng)過相當長時間加熱，鎢絲就會發(fā)生老化甚至燒斷，那么，白熾燈的壽命也就告終了。發(fā)光二極管（LED）的發(fā)光機理是由它的特殊結構決定的，它是由PN結晶片、兩個電極和光學系統(tǒng)構成，當在電極兩端加上正向偏置電壓時，空穴和電子分別被注入到P區(qū)和N區(qū)，非平衡少數(shù)載流子和多數(shù)載流子發(fā)生復合，多余的能量以輻射光子的形式轉化為光能，二極管是依賴于載流子的不斷移動發(fā)光的，所以不存在老化或燒斷，它的發(fā)光壽命可長達5~10萬小時。圖2-6是LED指示燈的實物圖圖2-6LED指示燈實物圖本章小結系統(tǒng)整體方案設計章節(jié)主要是介紹了在方案設計中的一些過程，包括方案的確定，方案的選擇，對相關芯片資料的查閱等，方案設計章節(jié)為后面的硬件電路設計提供了可靠的依據(jù)。系統(tǒng)硬件電路設計本章主要是根據(jù)上一章的系統(tǒng)的整體的方案設計，對應方案設計的框圖設計了各個部分的硬件原理圖，在設計原理圖的過程中使用了AltiumDesigner軟件進行電路圖的繪制。系統(tǒng)整體電路本次設計的基于單片機的LED臺燈亮度調節(jié)控制系統(tǒng)的整體原理圖如下圖3-1所示，在圖中可以看到主要由STC89C52單片機相關電路、水光照傳感器檢測電路、A/D檢測電路、按鍵設置電路、電源電路、臺燈LED燈驅動電路、晶振電路和單片機復位電路組成。圖3-1系統(tǒng)整體硬件電路圖單片機電路設計單片機引腳介紹STC89C52是一個單片機型號，這款單片機是國產(chǎn)的單片機，產(chǎn)品在技術上是在51內(nèi)核上設計的，單片機是8位的單片機，性能可靠穩(wěn)定。并且在功能上比51單片機要多，而且執(zhí)行的速度是51單片機的8-12倍。這款單片機主要的優(yōu)點就是操作簡單，而且單片機的封裝有DIP-40直插形式，對于初學者來說非常的適合，可以很快的上手。該款單片機的工作電壓為5V，晶振可以選擇12MHz的晶振，單片機可以通過串口下載程序。單片機具有8K的FLASH存儲器，用于存儲用戶程序。第一步給臺燈連接電源，打開臺燈的電源。確保臺燈電源連接正確，第二步：通過按鍵設置臺燈的工作方式，例如設定臺燈的工作方式為手動模式，此時臺燈處于手動控制模式，使用者可以通過臺燈控制板上的亮度增加或者減小按鈕實現(xiàn)對臺燈亮度的調節(jié)。第三步：通過按鍵設置臺燈的工作方式，例如設定臺燈的工作方式為自動模式，此時臺燈處于自動控制模式，臺燈會通過光敏電阻來檢測環(huán)境的亮度值，當環(huán)境的亮度低的時候臺燈會控制燈光變亮，當環(huán)境的光線亮的時候臺燈會控制燈光減弱。第四步：使用完臺燈后需要關閉臺燈的電源STC89C52這款單片機的隨機存儲器RAM的大小為512KB，單片機有32個通用的I/O端口，在結構上由P0、P1、P2和P3四組，在這里要重點說下P3這端口，P3這個端口是一個兩個功能的I/O端口，一個功能是用于普通的I/O，另外一個是用作為外部中斷、串口等功能使用。STC89C52單片機具有一個UART串口、四個中斷接口、三個定時器T0-T2，而且單片機的功耗很低，斷電后還可以進行保存內(nèi)模式，保證數(shù)據(jù)不丟失。在進行勝點模式開發(fā)的時候，可以用到單片機的低功耗模式，還可以將單片機設置成睡眠模式，當需要工作的時候通過中斷喚醒的方式喚醒單片機，通過這樣的方式可以極大的節(jié)省單片機所消耗的電能?？偨Y下單片機的主要特點如下：（1）強大的操作功能STC89C52單片機具有很強大的功能，操作非常的簡單，而且兼容傳統(tǒng)的51單片機，在編寫程序的時候可以選擇使用匯編語言和C51語言兩種語言。而且單片機的功能比較的簡單，只要看懂單片機的每個寄存器的功能，很容易就可以對單片機進行操作。非常的適合單片機初學者進行產(chǎn)品開發(fā)。（2）強大的計算能力STC89C52單片機本身的計算能力很強，速度也非?？欤梢赃M行大量的數(shù)據(jù)處理，可以同時執(zhí)行多個任務，單片機本身具有多個中斷，可以靈活使用。（3）運行速度快STC89C52單片機的運行速度可以靈活的選擇，外部最高可以配35MHz的晶振，因此單片機的最快運行速度可以達到ns級別，本次設計使用STC89C52單片機，在單片機的封裝上選擇DIP-40引腳。單片機的工作電壓為5V直流電壓。單片機的引腳圖如圖3-2所示。圖3-2單片機引腳圖晶振電路設計晶振電路對單片機來說是非常重要的電路，沒有晶振電路單片機不可能正常的工作，晶振電路也是單片機的最小系統(tǒng)電路組成之一，因此對晶振電路的設計要非常的精確。晶振電路一般有一個石英振蕩器和兩個匹配電容組成。它們之間相互組合可以產(chǎn)生固定的頻率信號。如下圖3-3所示晶振電路和芯片的X2和X1引腳連接。圖3-3晶振電路復位電路設計復位電路通過電阻、電容，復位按鍵通過特定的電路連接共同組成，使用復位電路可以輸出一個復位信號，復位電路和單片機的REST引腳連接，復位可以讓單片機程序復位，或者復位動作。有自動復位電路和手動復位電路兩種形式，如下圖3-4是本次設計的復位電路，設計了手動復位電路，可以通過按鍵實現(xiàn)復位動作。復位電路和單片機的第9個引腳REST連接實現(xiàn)復位。圖3-4復位電路單片機最小系統(tǒng)電路設計如下圖3-5是單片機的最簡單的電路圖，我們也把最簡單的電路稱之為單排及的最小系統(tǒng)電路，最小系統(tǒng)電路只能保證單片機程序下載、單片機復位重啟等動，其它需要實現(xiàn)的功能都要在這個基礎上進行逐步的擴展實現(xiàn)。圖3-5單片機最小系統(tǒng)電路光線檢測電路設計本次設計的LED臺燈亮度調節(jié)系統(tǒng)，具有光線檢測的功能，通過光線檢測可以知道環(huán)境的亮度情況，這樣就可以根據(jù)環(huán)境的亮度情況自動的調節(jié)臺燈的亮度，本次設計的光線亮度檢測電路使用光面電阻進行檢測，光敏電阻檢測后輸出的吸納會為模擬信號，需要進行A/D轉換將模擬信號轉換為數(shù)字信號后才能給單片機使用，A/D轉換芯片采用ADC0832，ADC0832是一款8位的A/D轉換器，和單片機之間通過串行的方式進行通信，如下圖3-6所示是本次設計的光照檢測電路。圖3-6光照檢測電路按鍵設置電路設計使用獨立按鍵實現(xiàn)，獨立按鍵最主要的特點就是設計電路簡單，不需要很多的器件就能實現(xiàn)按鍵檢測功能。獨立按鍵最主要的特點就是設計電路簡單，不需要很多的器件就能實現(xiàn)按鍵檢測功能。本次設計了3個按鍵，當按鍵按下的時候對應的引腳會檢測到低電平。通過這種方法可以實現(xiàn)對按鍵功能的檢測。如下圖3-7所示，S1是設置工作模式按鍵，S2是亮度增加調節(jié)按鍵，S3是亮度減小調節(jié)按鍵。圖3-7按鍵電路臺燈LED燈驅動電路設計LED臺燈亮度調節(jié)系統(tǒng)具有16LED指示燈組成臺燈的燈頭，16個LED燈并聯(lián)形成同一個方形的臺燈。16個LED燈在工作的時候需要消耗的電流很大，大概有50-60mA，單片機的I/O端口不能驅動，因此需要設計一個電流放大電路，本設計中采用三極管9012實現(xiàn)對電流的驅動。如下圖3-8所示是臺燈的LED燈驅動電路。圖3-8LED指燈驅動電路電源電路設計電源是一個電子設計必須具有的，為整個系統(tǒng)提供電能，本次中所有的器件都使用5V直流電，因此在電源設計上選擇了USB接口供電的方式，USB的標準電壓為5V，不用在采用專門的5V穩(wěn)壓芯片直接就能給系統(tǒng)供電。圖3-9是系統(tǒng)的電源電路，外界的電源通過P1端口連接進行供電，SW1是電源開關們可以控制供電的連接和斷開操作。當供電連接的時候電源指示燈D18點亮。圖3-9電源電路本章小結本章是LED臺燈亮度調節(jié)系統(tǒng)的整體的方案設計章節(jié)，在這一章根據(jù)需求設計了系統(tǒng)的硬件功能框圖，并對硬件功能框圖進行了各個功能模塊的介紹。并對系統(tǒng)中使用的器件進行了介紹，介紹了使用的芯片的功能。系統(tǒng)軟件設計LED臺燈亮度調節(jié)系統(tǒng)的軟件平臺是本文設計的一個十分重要且必不可少的組成部分。通過系統(tǒng)分析檢測系統(tǒng)的功能需求以及利用軟件模塊化的程序設計思想，通過編寫代碼實現(xiàn)。編程語言的選擇系統(tǒng)的所有的邏輯控制功能都需要設計者通過編寫設計軟件來實現(xiàn)，軟件設計的好壞，會直接的影響到系統(tǒng)的性能。因此對設計者來說選擇合適的設計語言進行軟件開發(fā)將會是軟件設計的首要步驟。目前單片機的開發(fā)語言有很多種，經(jīng)常被人們使用的有匯編語言、C語言和C++語言等。STC89C52系列微控制器是一款中低端的8位處理器，STC89C52單片機是一款基于51內(nèi)核的單片機。該款單片機的主要的優(yōu)點是單片機的功能比較多，芯片內(nèi)部集成了UART、定時器、等接口。電源是一個電子設計必須具有的，為整個系統(tǒng)提供電能，本次中所有的器件都使用5V直流電，因此在電源設計上選擇了USB接口供電的方式，USB的標準電壓為5V，不用在采用專門的5V穩(wěn)壓芯片直接就能給系統(tǒng)供電。圖3-9是系統(tǒng)的電源電路，外界的電源通過P1端口連接進行供電，SW1是電源開關們可以控制供電的連接和斷開操作。當供電連接的時候電源指示燈D18點亮。在設計上可以節(jié)省很多的電路空間。單片機這款單片機對于初學者也有缺點，該單片機在封裝上都是貼片形式的封裝，有DIP-40，LQFP-44等封裝。單片機可以在keil編程環(huán)境上使用C語言進行編寫。本次設計選擇了keil編程環(huán)境，使用C語言進行程序的編寫。Keil開發(fā)環(huán)境想要讓實物實現(xiàn)出理想的性能要求，這就需要對單片機系統(tǒng)的各個器件進行驅動代碼的編寫。只有將編寫好的驅動代碼燒寫到單片機處理器中，才能完成實物控制所需實現(xiàn)的功能。本次此設計將選用兼容51單片機的KeilC51為軟件開發(fā)平臺，并利用當前使用最為廣泛的主流編程語言C語言來完成驅動代碼的編寫。KeilC51開發(fā)平臺有著極其豐富的庫函數(shù)和一個集成開發(fā)強大的調試工具，生成的代碼效率相當高，而C語言有著代碼量小、運行速度快、可移植性等功能強大的優(yōu)點，非常適合本次控制系統(tǒng)對編程語言的要求[7]。開發(fā)環(huán)境Keil4軟件圖標如下：圖4-1keil軟件界面主程序設計主程序是整個臺燈控制系統(tǒng)的軟件核心部分，主程序規(guī)定了軟件的程序執(zhí)行過程，在主程序中可以將整個程序分成各個模塊的程序，在程序中進行相互的調用實現(xiàn)，如下圖4-2所示是系統(tǒng)的主程序流程圖。圖4-2系統(tǒng)主程序流程圖光線檢測程序設計光線檢測是本次設計的重要的組成部分之一，光線檢測主要是使用光敏電阻實現(xiàn)，光敏電阻會根據(jù)光線的變化情況阻值發(fā)生變化，本次設計中通過A/D轉換器采集光敏電阻兩端的電壓變化，通過測量的電壓變化情況就可以知道環(huán)境光線亮度的情況。程序流程圖如圖4-3所示。圖4-3檢測流程圖A/D轉換模塊程序設計光敏電阻傳感器輸出為模擬的電壓信號，只有經(jīng)過A/D轉換將其變成數(shù)字信號才能被單片機識別與處理。ADC0832為串行A/D轉換芯片，需將串行比特流轉換成8位數(shù)據(jù)，一個轉換完成需要17us，故延時20us等待轉換完成并送給單片機處理，A/D轉換控制程序如圖所示。圖4-4A/D轉換流程圖本章小結本章研究的是單片機內(nèi)部程序及各模塊初始化及信號采集程序的流程，通過對臺燈亮度調節(jié)系統(tǒng)的軟件整體程序流程圖的設計、光照檢測模塊程序的設計、A/D轉換程序設計，對整個系統(tǒng)的軟件繼續(xù)了設計。最終將各個模塊的程序整合到一塊實現(xiàn)系統(tǒng)的整體程序。系統(tǒng)的軟硬件調試本章主要的內(nèi)容是主要對硬件電路和軟件程序進行調試，確定硬件電路的正確性和軟件程序的正確性。硬件調試硬件調試主要是對整個硬件電路原理圖的調試。硬件調試需要按照如下的步驟進行：（1）檢查原理圖根據(jù)設計的原理圖，對應每個器件的手冊，仔細的檢查原理圖的設計是否正確。每隔芯片的各個引腳連接是否正確。發(fā)現(xiàn)有錯誤要及時的改正錯誤，仔細檢查確保每個器件連接正確。（2）通過電路仿真的方式來對電路的功能進行仿真，在仿真中可以發(fā)現(xiàn)電路是否有錯誤的地方。軟件調試沒問題了，按照前面的硬件電路的設計，我們設計了實物電路板，并得以電路板進行了調試和分析。在進行硬件調試的時候需要一步一步的調試，按照各個模塊的電路進行分模塊功能調試，最后在對整體的硬件電路進行測試，在調試過程中按照如下的步驟進行調試：（1）對整個電路板的外觀進檢查，查看電路板的焊接情況，是夠有焊接錯誤、虛焊、短路等情況，如果發(fā)現(xiàn)有不正確的地方要及時的改正。（2）在檢查電路板焊接沒有錯誤后，可以按照電路板的供電要求，給電路板進行上電，在上電的時候檢測電路板上的芯片是否有發(fā)熱的情況，如果有發(fā)熱則說明可能有芯片焊接錯誤，需要及時的斷電。如果沒有發(fā)熱的情況，可以使用萬用表的電壓當，測量下各個模塊電路的電壓是否正常。（3）通過程序下載軟件把軟件程序下載到單片機中，下載成功后可以簡單觀察顯示器顯示的內(nèi)容，看和我們的預期是否相符合。（4）按照各個模塊的電路功能，測試模塊電路的功能。比如可以通過在傳感器上輸入信號，觀察是否能能夠檢測到信號。軟件調試本次系統(tǒng)在程序的設計上使用單片機C語言進行編程，編程環(huán)境選擇了keil軟件進行，keil軟件是當今單片機中使用的最為廣泛的軟件，keil軟件可以將編寫的系統(tǒng)的控制軟件代碼進行檢查錯誤和生成單片機可以應用的.hex形式文件[15]。在使用STLink下載器將文件下載到本次設計的STC89C52單片機中，單片機可以通過串口的下載方式進行下載。下載到單片機中就可以進行上電測試，看程序運行是否正常。本次程序中編