基于單片機(jī)的光強(qiáng)檢測報(bào)警器

摘要隨著電子技術(shù)的開展、數(shù)字電路應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，現(xiàn)今社會，產(chǎn)品智能化、數(shù)字化已成為人們追求的一種趨勢，設(shè)備的性能、價(jià)格、開展空間等備受人們關(guān)注。性能好的電子設(shè)備，對外圍保護(hù)電路要求很高，尤其是精密儀器對光線要求等設(shè)備要求更高，為了延長設(shè)備的使用壽命。所以，在企業(yè)設(shè)備保護(hù)中，設(shè)計(jì)一款智能的光電檢測報(bào)警電路尤為重要。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過光敏電阻來感應(yīng)光強(qiáng)弱變化，經(jīng)過ADC0809轉(zhuǎn)換，直接將數(shù)字信號送入到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)數(shù)據(jù)處理之后，將光照強(qiáng)度發(fā)送到LED進(jìn)行顯示,并通過蜂鳴器和LED進(jìn)行聲光報(bào)警。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，ADC0809，光敏電阻，蜂鳴器ABSTRACTWiththedevelopmentofelectronictechnology,theexpansionofthedigitalcircuitapplications,today'ssociety,theproductofintelligent,digitalhasbecomeatrendforpeopletopursue,equipmentperformance,price,roomfordevelopment,andsomuchattention.Goodperformanceelectronicdevices,highexternalprotectioncircuit,precisioninstruments,lightrequirements,equipmentrequirements,inordertoextendtheusefullifeofequipment.Therefore,intheprotectionofbusinessequipment,thedesignofanintelligentphotoelectricdetectoralarmcircuitisparticularlyimportant.Thisdesignusesamicrocontrollerasdataprocessingandcontrolunitfordataprocessing,theSCMADC0809acquisitionphotoresistorand10Kresistorvoltagedividertosensethelightintensitychange.MCUdataprocessingwillbesentwhenthelightintensitytotheLEDdisplay.SoundandlightalarmbuzzerandLED.Keywords:MCU,ADC0809,Photoresistor，buzzer目錄摘要IABSTRACTII第1章引言11.1課題背景11.2光強(qiáng)檢測的意義與技術(shù)開展11.3課題內(nèi)容2第2章光強(qiáng)檢測報(bào)警器的設(shè)計(jì)方案32.1系統(tǒng)的方案分析32.2單片機(jī)的選型32.3顯示方案選擇42.4AD轉(zhuǎn)換方案4第3章光強(qiáng)檢測報(bào)警器硬件設(shè)計(jì)53.1硬件設(shè)計(jì)53.2AT89S52單片機(jī)63.2.1AT89S52的引腳63.2.2AT89S52的時(shí)鐘電路73.2.3AT89S52的復(fù)位電路8ADC0809電路93.3.1A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809簡介9單片機(jī)與ADC0809的接口113.4顯示電路123.5光強(qiáng)采集電路133.6鍵盤電路143.7控制輸出電路15第4章系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)164.1設(shè)計(jì)思路與流程圖16子程序17數(shù)據(jù)處理程序18顯示子函數(shù)19按鍵程序20執(zhí)行子程序20第5章系統(tǒng)調(diào)試和功能測試225.1系統(tǒng)硬件調(diào)試225.2系統(tǒng)軟件調(diào)試225.3系統(tǒng)功能測試23結(jié)束語25致謝26參考文獻(xiàn)27附錄電路圖28附錄PCB28第1章引言1.1課題背景隨著電子技術(shù)的開展、數(shù)字電路應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，現(xiàn)今社會，產(chǎn)品智能化、數(shù)字化已成為人們追求的一種趨勢，設(shè)備的性能、價(jià)格、開展空間等備受人們關(guān)注。性能好的電子設(shè)備，對外圍保護(hù)電路要求很高，尤其是精密儀器對光線要求等設(shè)備要求更高，為了延長設(shè)備的使用壽命。所以，在企業(yè)設(shè)備保護(hù)中，設(shè)計(jì)一款智能的光電檢測報(bào)警電路尤為重要。光強(qiáng)檢測報(bào)警器主要根據(jù)光敏電阻的特性制作的。光敏電阻值隨受到的光照強(qiáng)度的變化而變化〔光照強(qiáng)度越大，電阻值越小〕。將光敏電阻接入電路中，不同光照強(qiáng)度導(dǎo)致光敏電阻值變化，于是光敏電阻上的電壓發(fā)生變化，導(dǎo)致電路的輸出電壓也相應(yīng)變化。根據(jù)電壓-光照度函數(shù)關(guān)系，由電壓計(jì)算得到光照強(qiáng)度值，然后以可視化界面形式輸出〔LED數(shù)碼管顯示〕，以供用戶查看結(jié)果。其中光敏電阻的特性是光敏電阻隨受到的光照強(qiáng)度的變化電阻值發(fā)生變化，光照強(qiáng)度越強(qiáng)電阻越小，在分壓電路中獲得電壓越低。根據(jù)這一特性，結(jié)合光照強(qiáng)度和輸出的模擬電壓之間的關(guān)系，可以得到某一光強(qiáng)度下的對應(yīng)的模擬電壓。將模擬電壓通過AD轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓，以便于計(jì)算機(jī)處理。然后再將數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換成光照度。1.2光強(qiáng)檢測的意義與技術(shù)開展光是人類生產(chǎn)生活所必須的一種元素，是一種能量的形態(tài)，它可以從一個(gè)物體傳播到另一個(gè)物體，其中無需任何物質(zhì)作媒介?，F(xiàn)在化蔬菜大棚需要控制光照強(qiáng)度，從而使蔬菜快速正常生長；禽舍需要控制光照強(qiáng)度，使動(dòng)物健康正常生長；人們的生活環(huán)境〔學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境,辦公室，工廠等〕需要控制光照強(qiáng)度，使人們有一個(gè)好學(xué)習(xí)生活環(huán)境。但是在工業(yè)生產(chǎn)中，光強(qiáng)過強(qiáng)或過弱，就可能引起生產(chǎn)平安、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問題。因此對光強(qiáng)的檢測的意義就越來越大。光強(qiáng)檢測系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時(shí)候都需要對光強(qiáng)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。光強(qiáng)檢測報(bào)警系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根底上開展起來的。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計(jì)算機(jī)時(shí)代，但是微型計(jì)算機(jī)的體積、價(jià)位、可靠性，都無法滿足廣闊對象對嵌入式系統(tǒng)的要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨(dú)立開展道路。這條道路就是芯片化道路。將計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立開展的單片機(jī)時(shí)代。單片機(jī)誕生于二十世紀(jì)七十年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU和SOC三大階段。1.3課題內(nèi)容本課題是基于單片機(jī)的光強(qiáng)檢測報(bào)警器設(shè)計(jì)，其利用單片機(jī)作為系統(tǒng)的主要控制器，通過光敏電阻和10K電阻分壓，經(jīng)過ADC0809轉(zhuǎn)換，直接將數(shù)字信號，送入到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過一定的控制算法后，通過單片機(jī)的輸出I/O口，來控制蜂鳴器和LED燈，到達(dá)報(bào)警的目的，并通過LED顯示，到達(dá)良好的人機(jī)交互。本文運(yùn)用AT89S52單片機(jī)作為主控制單元及數(shù)據(jù)處理單元，控制光敏電阻檢測光強(qiáng)信號，數(shù)據(jù)處理，發(fā)出控制信號對蜂鳴器和LED作用，到達(dá)報(bào)警的目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)報(bào)警和光弱報(bào)警功能。實(shí)現(xiàn)根本的人機(jī)對話功能，顯示光強(qiáng)值所在檔位。第2章光強(qiáng)檢測報(bào)警器的設(shè)計(jì)方案2.1系統(tǒng)的方案分析系統(tǒng)總體框圖，如圖2-1：圖2-1系統(tǒng)總體框圖以AT89S52單片機(jī)為核心，在單片機(jī)內(nèi)部完成數(shù)據(jù)的存儲及處理功能，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片完成模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換及輸入，再將數(shù)據(jù)存入存儲芯片，在單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后再對需要顯示的數(shù)字信號進(jìn)行譯碼顯示在四位一體七段數(shù)碼顯示器上。每個(gè)芯片的電源處有耦合電容相連，當(dāng)電容器充電到達(dá)2V時(shí)，此電容就作為電源為電路提供工作電壓。單片機(jī)的RESET口上提供了供電自啟動(dòng)，在X1,X2口上提供了12MHZ晶振，以支持單片機(jī)的運(yùn)行與啟動(dòng)。系統(tǒng)完成了采集功能，存儲功能，數(shù)據(jù)處理功能，測量數(shù)據(jù)顯示功能，到達(dá)了設(shè)計(jì)的根本要求。2.2單片機(jī)的選型在本設(shè)計(jì)中單片機(jī)是系統(tǒng)的控制核心，因此，單片機(jī)的選擇，對于所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)以及功能的擴(kuò)展有著很大的影響。單片機(jī)種類很多，在眾多51系列單片機(jī)中，較為常用的是ATMEL公司的AT89S52和AT89S52單片機(jī)。AT89S52片內(nèi)4KROM是Flash工藝的，使用專用的編程器自己就可以隨時(shí)對單片機(jī)進(jìn)行電擦除和改寫，片內(nèi)有128字節(jié)的RAM。AT89S52已滿足本次設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)我們對于這個(gè)單片機(jī)芯片也較為熟悉，因此，在本次設(shè)計(jì)中選用了ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)。2.3顯示方案選擇〔1〕七段LED數(shù)碼顯示在單片機(jī)系統(tǒng)中，發(fā)光二極管(LED)常常作為重要的顯示手段。LED顯示器內(nèi)部由7段發(fā)光二極管組成，因此亦稱之為七段LED顯示器，由于主要用于顯示各種數(shù)字符號，故又稱之為LED數(shù)碼管。每個(gè)顯示器還有一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管，用于顯示小數(shù)點(diǎn)。但其顯示并不是很直觀，同時(shí)編程相對復(fù)雜，可顯示字符比擬少，但本錢相對很低廉?！?〕液晶顯示模塊芯片LCD為英文LiquidCrystalDisplay的縮寫，即液晶顯示器，是一種數(shù)字顯示技術(shù)，可以通過液晶和彩色過濾器過濾光源，在平面面板上產(chǎn)生圖象。在實(shí)際應(yīng)用中，用戶很少直接設(shè)計(jì)LCD顯示器驅(qū)動(dòng)接口，一般是直接使用專用的LCD顯示驅(qū)動(dòng)器和LCD顯示模塊。其中，LCD顯示模塊LCM〔LiquidCrystalDisplayModule〕是把LCD顯示器、背景光源、線路板和驅(qū)動(dòng)集成電路等部件構(gòu)成一個(gè)整體，作為一個(gè)獨(dú)立的部件使用，具有功能較強(qiáng)、易于控制、接口簡單等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用較多。而本次選擇的4位一體的LED數(shù)碼顯示模塊，具有價(jià)格低、功耗低、連接方便等特點(diǎn)，已經(jīng)成為單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了。2.4AD轉(zhuǎn)換方案A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0809。ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。第3章光強(qiáng)檢測報(bào)警器硬件設(shè)計(jì)3.1硬件設(shè)計(jì)根據(jù)上述的芯片資料和方案的對照考慮，確定光強(qiáng)檢測報(bào)警器的實(shí)現(xiàn)電路，如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)總體電路圖在設(shè)計(jì)中，用了兩個(gè)主要元件：控制芯片AT89S52單片機(jī)和ADC0809。其中控制芯片AT89S52單片機(jī)的控制功能能滿足電路功能實(shí)現(xiàn)的要求，它主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：1.通過、對ADC0809的引腳START和EOC的控制來實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC0809的轉(zhuǎn)換開始和結(jié)束，并通過對輸出允許信號OE的控制實(shí)現(xiàn)控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；最后在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)束后通過P1口從ADC0809的數(shù)據(jù)輸出線D7-D0把數(shù)據(jù)采集進(jìn)來。2.通過P0口把采集進(jìn)來的數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管的段信號：A、B、C、D、E、F、G、DP；并通過P2口的控制數(shù)碼管的位信號，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示。另外模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC0809實(shí)現(xiàn)的功能就是完成對采集進(jìn)來的模擬信號的數(shù)字轉(zhuǎn)換。電路中，利用ADC0809的IN0口將模擬數(shù)據(jù)采集進(jìn)來。ALE地址鎖存允許信號和START轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號分別與單片機(jī)的及連接，以實(shí)現(xiàn)對它的控制；進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，采用查詢EOC的標(biāo)志信號來檢測A/D轉(zhuǎn)換是否完畢，假設(shè)完畢那么把數(shù)據(jù)通過P1端口讀入，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理之后在數(shù)碼管上顯示。AT89S52單片機(jī)89C51系列單片機(jī)最早是由Intel公司開發(fā)和生產(chǎn)的，Intel公司在1980年推出MCS-51單片機(jī)，也稱89C51單片機(jī)。AT89S52單片機(jī)是ATMEL公司1989年生產(chǎn)的產(chǎn)品，ATMEL率先把89C51內(nèi)核與Flash技術(shù)相結(jié)合，推出轟動(dòng)業(yè)界的AT89系列單片機(jī)。本設(shè)計(jì)采用ATMEL生產(chǎn)的MCS-51系列的AT89S52單片機(jī)芯片作為主芯片。MCS-51單片機(jī)所占的市場分額很大，在單片機(jī)領(lǐng)域影響力很大，幾十年居于單片機(jī)領(lǐng)域領(lǐng)頭羊地位，其產(chǎn)品大量作為單片機(jī)教材范例使用。AT89S52是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器〔FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該單片機(jī)片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器〔RAM〕，該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89S52是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。AT89S52是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出〔I/O〕端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，AT89S52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)本錢。3.2.1AT89S52的引腳圖3-2為AT89C51的引腳圖。圖3-2AT89S52芯片引腳40只引腳按照其功能來分，可分為3類：電源及時(shí)鐘引腳：Vcc、Vss；XTAL1、XTAL2?？刂埔_：PSEN、ALE、EA、RESET。I/O口引腳：P0、P1、P2、P3，為4個(gè)8位I/O口的外部引腳。3.2.2AT89S52的時(shí)鐘電路在AT89S52芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2，在芯片的外部通過這兩個(gè)引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反應(yīng)電路，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。在由多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了各單片機(jī)之間的時(shí)鐘信號的同步，應(yīng)當(dāng)引入唯一的公用外部脈沖信號作為各單片機(jī)的振蕩脈沖。時(shí)鐘電路如圖3-3所示。a)內(nèi)部時(shí)鐘a)內(nèi)部時(shí)鐘b)外部時(shí)鐘3.2.3AT89S52的復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或者操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。RST引腳是復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)時(shí)間24個(gè)振蕩脈沖周期以上。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。復(fù)位電路如圖3-4所示。89C5189C51R1＋5VR2KRST89C51R1RST＋5VC1圖3-4AT89S52復(fù)位電路ADC0809電路3.3.1A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809簡介ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。ADC0809的引腳圖如圖3-5所示。圖3-5ADC0809引腳圖1、ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖3-6所示。圖3-6ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖3-6中多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟(jì)的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C3個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，表3-1為通道選擇表。表3-1通道選擇表2、信號引腳ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見圖3-5。對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下：IN7～I(xiàn)N0——模擬量輸入通道ALE——地址鎖存允許信號。對應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START——轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號。START上升沿時(shí)，復(fù)位ADC0809；START下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。本信號有時(shí)簡寫為ST.A、B、C——地址線。通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。其地址狀態(tài)與通道對應(yīng)關(guān)系見表9-1。CLK——時(shí)鐘信號。ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號由外界提供，因此有時(shí)鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHz的時(shí)鐘信號EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請求信號使用。D7～D0——數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高OE——輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。Vcc——+5V電源。Vref——參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進(jìn)行比擬，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V,Vref(-)=-5V).。T89S52單片機(jī)與ADC0809的接口ADC0809與AT89S52單片機(jī)的連接如圖3-7所示。圖3-7ADC0809與MCS-51單片機(jī)的連接電路電路連接主要涉及兩個(gè)問題。一是8路模擬信號通道的選擇，二是A/D轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。模擬通道選擇信號A、B、C分別接P3.4、P3.5、P3.6，而地址鎖存允許信號ALE由P3.1控制，那么8路模擬通道的地址為0FEF8H～0FEFFH。START信號接由P3.0控制。另外參考電壓直接利用本系統(tǒng)的Vcc，因此要求Vcc為標(biāo)準(zhǔn)的5V電壓。3.4顯示電路顯示電路采用4位一體的數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)。數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制翻開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。透過分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O埠，而且功耗更低。實(shí)現(xiàn)電路如圖3-8所示。8段連接單片機(jī)的P1口，位選通采用NPN9015〔或者8550〕三極管來有效控制它的通斷，分別對應(yīng)單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3。圖3-8顯示電路3.5光強(qiáng)采集電路光強(qiáng)采集，采用光敏電阻進(jìn)行設(shè)計(jì)。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、硫化鉛和硫化鉍等材料。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(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。采用分壓原理，設(shè)計(jì)電路如圖3-9所示：圖3-9光強(qiáng)檢測電路3.6鍵盤電路按鍵局部實(shí)現(xiàn)的主要原理是單片機(jī)讀取與按鍵相連接的I/O口狀態(tài)，來判定按鍵是否按下，到達(dá)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的目的。鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的作用是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、命令輸入，是人工干預(yù)的主要手段。鍵盤分兩大類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤：由硬件邏輯電路完成必要的鍵識別工作與可靠性措施。每按一次鍵，鍵盤自動(dòng)提供被按鍵的讀數(shù)，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)選通脈沖通知微處理器，一般還具有反彈跳和同時(shí)按鍵保護(hù)功能。這種鍵盤容易使用，但硬件比擬復(fù)雜，對于主機(jī)任務(wù)繁重的情況，采用8279可編程鍵盤管理接口芯片構(gòu)成編碼式鍵盤系統(tǒng)是很實(shí)用的方案。非編碼鍵盤：只簡單地提供鍵盤的行列與矩陣，其他操作如按鍵的識別，決定按鍵的讀數(shù)等都靠軟件完成，故硬件設(shè)計(jì)較為簡單，但占用CPU較多時(shí)間，非編碼鍵盤有：獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)、矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)兩種。矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)適用于按鍵數(shù)量較多的場合，由行線和列線組成，按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上。矩陣鍵盤工作的原理：行線通過上拉電阻接到+5V上。無按鍵，行線處于高電平狀態(tài)，有鍵按下，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平為低，那么行線電平為低；列線電平為高，那么行線電平為高。矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)約單片機(jī)I/O口，適用于按鍵比擬多的場合。獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)，獨(dú)立式按鍵就是按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每根I/O口線的按鍵的工作狀態(tài)，不會影響其他I/O口線上的工作狀態(tài)。各按鍵開關(guān)均需要采用了上拉電阻，是為了保證在按鍵斷開時(shí)，各I/O有確定的高電平。當(dāng)輸入口線內(nèi)部已有上拉電阻，外電路的上拉電阻可省去。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易判斷是哪個(gè)按鍵被按下了。優(yōu)點(diǎn)：電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。缺點(diǎn)：每個(gè)按鍵需占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O口浪費(fèi)大，電路結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜。因此，此鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，由于只需要四個(gè)按鍵，所以采用獨(dú)立式鍵盤結(jié)構(gòu)，電路連接圖如圖3-10所示：圖3-10鍵盤電路3.7控制輸出電路控制輸出采用3個(gè)不同顏色的LED燈，進(jìn)行顯示報(bào)警，如下列圖3-11：圖3-11LED燈報(bào)警報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)的是當(dāng)環(huán)境溫度值超過系統(tǒng)設(shè)置的上限值或者小于系統(tǒng)設(shè)置的下限值時(shí)，都將通過I/O口驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警。而單片機(jī)I/O口輸出的電流無法直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，所以設(shè)計(jì)了蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，具體電路連接如圖3-12所示：圖3-12蜂鳴器電路第4章系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)本局部詳細(xì)介紹了基于AT89S52單片機(jī)的光強(qiáng)檢測報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)功能，可以將系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為假設(shè)干個(gè)子程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，如光強(qiáng)采集子程序，數(shù)據(jù)處理子程序、顯示子程序、執(zhí)行子程序。采用KeiluVision3集成編譯環(huán)境和匯編語言來進(jìn)行系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。本章從設(shè)計(jì)思路、軟件系統(tǒng)框圖出發(fā)，先介紹整體的思路后，再逐一分析各模塊程序算法的實(shí)現(xiàn)，最終編寫出滿足任務(wù)需求的程序。4.1設(shè)計(jì)思路與流程圖系統(tǒng)要完成光強(qiáng)檢測報(bào)警器，需要實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)信號的采集與A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)輸出等根本功能。從功能上可將其分為光強(qiáng)信號采集及A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、人機(jī)交互、執(zhí)行四大局部進(jìn)行設(shè)計(jì)，軟件系統(tǒng)框圖如圖4-1所示：數(shù)據(jù)處理子程序數(shù)據(jù)處理子程序人機(jī)交互子程序程序光強(qiáng)采集子程序控制執(zhí)行子程序圖4-1軟件系統(tǒng)框圖光強(qiáng)信號采集子程序，主要完成光強(qiáng)信號采集與A/D功能。采集子程序主要包括單片機(jī)給ADC0809寫命令、單片機(jī)ADC0809寫數(shù)據(jù)、單片機(jī)從ADC0809讀數(shù)據(jù)等局部。數(shù)據(jù)處理子程序，當(dāng)單片機(jī)收到溫度傳感器發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)處理子程序?qū)υ摂?shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要是把采集到的二進(jìn)制的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。人機(jī)交互子程序包括按鍵子程序、LED顯示子程序。LED顯示子程序的功能是，實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)處理后的十進(jìn)制光強(qiáng)數(shù)據(jù)，使用LED顯示出來。執(zhí)行子程序，該子程序所實(shí)現(xiàn)的功能，是把程序設(shè)置的系統(tǒng)光強(qiáng)限定值與數(shù)據(jù)處理子程序處理后的當(dāng)前光強(qiáng)值進(jìn)行比擬，根據(jù)比擬的結(jié)果，執(zhí)行單片機(jī)的I/O口輸出的狀態(tài)?？刂芁ED燈與蜂鳴器。主程序流程圖如圖4-2所示：光強(qiáng)限值設(shè)置子程序光強(qiáng)采集子程序執(zhí)行子程序光強(qiáng)限值設(shè)置子程序光強(qiáng)采集子程序執(zhí)行子程序顯示子程序數(shù)據(jù)處理子程序設(shè)置鍵按下NY初始化采集光強(qiáng)NY開始返回圖4-2主程序流程圖模/數(shù)〔A/D〕轉(zhuǎn)換測量子函數(shù)用來控制對ADC0809的模擬輸入電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將對應(yīng)的數(shù)值移入內(nèi)存單元。其程序流程如圖4-3。開始啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束？EOC=1？N開始啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束？EOC=1？NY取數(shù)據(jù)〔OE=1〕返回ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部存放器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，說明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否那么，說明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。當(dāng)EOC變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，通過ALE為高電平，使輸入有效，然后ALE改為低電平，鎖存地址，地址鎖存后將ST置高電平，使ADC0809內(nèi)部存放器清零，再ST置高電平，芯片開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)EOC為高時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)束。這時(shí)把OE置為1，。將轉(zhuǎn)換成功的數(shù)據(jù)送給單片機(jī)，完成一次模/數(shù)轉(zhuǎn)換。設(shè)置分辨率為8位轉(zhuǎn)化后得到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)的處理，系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)情況進(jìn)行控制處理。光強(qiáng)信號的采集與A/D轉(zhuǎn)換，并把數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)，并保存起來。數(shù)據(jù)處理時(shí)，把數(shù)據(jù)取出來，放在一個(gè)整型變量中。首先取出整數(shù)局部進(jìn)行處理，求出數(shù)據(jù)十進(jìn)制表示時(shí)的百位、十位及個(gè)位，再求小數(shù)局部數(shù)據(jù)計(jì)算流程圖如圖4-4所示。整數(shù)局部計(jì)算程序保存數(shù)據(jù)小數(shù)數(shù)據(jù)整數(shù)局部計(jì)算程序保存數(shù)據(jù)小數(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算程序保存數(shù)據(jù)1開始返回圖4-4光強(qiáng)值計(jì)算程序流程圖整數(shù)存放器除以100商存入百位存放器整數(shù)存放器除以100商存入百位存放器余數(shù)存入整數(shù)存放器除以10商存入十位存放器余數(shù)存入個(gè)位存放器小數(shù)存放器把小數(shù)局部逐次與00H~0FH比擬假設(shè)相等時(shí)進(jìn)行相應(yīng)置位保存整數(shù)存放器返回返回開始開始圖4-5整數(shù)計(jì)算子程序流程圖圖4-6小數(shù)計(jì)算子程序流程圖因?yàn)轱@示用到4個(gè)LED數(shù)碼管，考慮到AT89S52的I/O口缺乏，所以采用采用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)4位數(shù)碼管的數(shù)值顯示。通過控制P3口的輸出數(shù)值控制LED亮與不亮，從而到達(dá)動(dòng)態(tài)顯示，節(jié)省I/O口的目的。測量所得的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)放在定義的ad_data內(nèi)存單元中，測量所得的A/D數(shù)據(jù)在顯示時(shí)需要經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成十進(jìn)制BCD碼。在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，當(dāng)按鍵被按下時(shí)，I/O口電平為低；松開時(shí)，I/O口電平為高。按鍵掃描程序通過讀取I/O口的電平即可知道對應(yīng)按鍵的狀態(tài)。按鍵的抖動(dòng)時(shí)間的長短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5~10ms，這是一個(gè)很重要的參數(shù)。抖動(dòng)過程引起電平信號的波動(dòng)，有可能令CPU誤解為屢次按鍵操作，從而引起誤處理[22]。為了確保CPU對一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵，提高按鍵處理的可靠性，應(yīng)在程序中做按鍵消抖處理。按鍵的消抖，通常有軟件，硬件兩種消除方法。硬件消抖主要是采用濾波電路消除干擾，需要消耗大量硬件，本錢比擬高，只適用于按鍵數(shù)目較少的情況。如果按鍵較多，硬件消抖無法到達(dá)預(yù)期效果。所以通常采用軟件消抖。軟件消抖的常用方法是軟件延時(shí)。本系統(tǒng)采用軟件消抖，當(dāng)單片機(jī)第一次檢測到有鍵按下時(shí)，即檢測到與按鍵連接的I/O口為低電平是，等待10ms，再去確認(rèn)該I/O口是否仍舊為低電平，如果還是低電平，就一般的機(jī)械按鍵而言，已經(jīng)是出于穩(wěn)定期了，按鍵的抖動(dòng)被消除了。如果10ms之后I/O口不為低電平，那么說明是干擾信號，而不是按鍵被按下。在軟件編寫上，可采用查詢方式，也可采用中斷方式。本系統(tǒng)采用查詢方式。本局部通過單片機(jī)I/O口輸出的高電平或者低電平，LED和蜂鳴器報(bào)警。如圖4-7示：圖4-7控制執(zhí)行子程序流程圖>=上限限比擬程序>=上限限比擬程序<=下限上限報(bào)警控制降溫下限報(bào)警控制升溫YN延時(shí)延時(shí)YN開始返回第5章系統(tǒng)調(diào)試和功能測試單片機(jī)的系統(tǒng)調(diào)試主要包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，這兩者是不能分開的，許多硬件錯(cuò)誤是在軟件調(diào)試中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。但通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來調(diào)試以進(jìn)一步排除故障?？梢娪布恼{(diào)試是根底，如果硬件調(diào)試不通過，軟件設(shè)計(jì)那么是無從做起。系統(tǒng)硬件調(diào)試硬件設(shè)計(jì)方面從布線到焊接安裝完成之后，就開始進(jìn)入硬件調(diào)試階段。首先，我們應(yīng)該排除元器件失效問題。造成這類錯(cuò)誤的原因有兩個(gè)：一是元器件買來時(shí)就已壞了；另一個(gè)是由于焊接錯(cuò)誤,造成器件損壞。要排除這種錯(cuò)誤我們可以采取檢查元器件與設(shè)計(jì)要求的型號、規(guī)格和連接是否一致，在保證安裝無誤后,用替換方法排除錯(cuò)誤。其次，排除電源故障問題。在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否那么很容易造成集成塊損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查VCC與GND之間電位，假設(shè)在5V～之間屬正常。假設(shè)有高壓，聯(lián)機(jī)仿真器調(diào)試時(shí)，將會損壞仿真器等，有時(shí)會使應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊發(fā)熱損壞。本次設(shè)計(jì)的硬件調(diào)試順序?yàn)橄蕊@示器后鍵盤。在顯示器調(diào)試通過后，鍵盤調(diào)試就比擬簡單，完全可以借助于顯示器，利用程序進(jìn)行調(diào)試。利用開發(fā)裝置對程序進(jìn)行設(shè)置斷點(diǎn)，通過斷點(diǎn)可以檢查程序在斷點(diǎn)前后的鍵值變化，這樣可知鍵盤工作是否正常。硬件上的故障往往由于設(shè)計(jì)和加工制板過程中工藝性錯(cuò)誤所造成的。主要包括錯(cuò)線、開路、短路。排除的方法是首先將實(shí)物連接板認(rèn)真對照原理圖，看兩者是否一致。應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)檢查，以防止電源短路和極性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查系統(tǒng)總線〔地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線〕是否存在相互之間短路或與其它信號線路短路。必要時(shí)利用數(shù)字萬用表的短路測試功能，可以縮短排錯(cuò)時(shí)間。5.2系統(tǒng)軟件調(diào)試在確認(rèn)過硬件電路連接及焊接工藝無誤后，我們就開始采用連擊仿真的方式進(jìn)行軟件調(diào)試。一般，我們使用KeilC51uVision2進(jìn)行仿真調(diào)試。KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，它提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境〔uVision〕將這些部份組合在一起。KeilC51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。同時(shí)，編譯后生成的匯編代碼效率很高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，易于理解。同時(shí)，聯(lián)機(jī)仿