智能led照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1

目錄1.引言………………22.方案論證…………33232.1方案一………………………410692.2方案二………………………5103792.3各方案的比擬 698763.各電路設(shè)計(jì)和論證 6214413.1電源電路的方案設(shè)計(jì)與論證 6236333.2信號(hào)采集局部電路的設(shè)計(jì)和論證 7165273.3單片機(jī)局部電路的設(shè)計(jì)和論證 11203443.4輸出局部電路的設(shè)計(jì)和論證 1439684.軟件設(shè)計(jì) 15271494.1程序流程 15101514.1.1系統(tǒng)主程序流程圖 15285534.1.2傳感器子程序流程圖 1672954.2程序 17132474.2.1主程序 17204264.2.2定時(shí)器中斷子程序 18250134.2.3數(shù)據(jù)處理程序 1960174.2.4ADC0809連續(xù)對(duì)2個(gè)通道采樣程序 1967595．軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試 19122965.1硬件調(diào)試 19129505.2軟件調(diào)試 20177386．附錄 21204897．參考文獻(xiàn) 22TOC\o"1-3"\h\u智能led照明控制系統(tǒng)摘要：本系統(tǒng)以單片機(jī)80C51為核心部件，利用光線(xiàn)度檢測(cè)技術(shù)、光電傳感器接收技術(shù)并配合一套獨(dú)特的軟件算法實(shí)現(xiàn)了路燈自動(dòng)開(kāi)關(guān)、聲光控制電路等功能。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，聯(lián)系實(shí)際路燈狀況，力求硬件線(xiàn)路簡(jiǎn)單，元件價(jià)格經(jīng)濟(jì)，充分發(fā)揮軟件編程方便靈活的特點(diǎn)，來(lái)滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、光明二極管、話(huà)筒、A/D轉(zhuǎn)換器、傳感器。1．引言隨著電子技術(shù)的迅猛開(kāi)展，單片機(jī)技術(shù)已滲透到航天、國(guó)防、工業(yè)。農(nóng)業(yè)、日常生活等各個(gè)領(lǐng)域，成為當(dāng)今世界科技現(xiàn)代化不可缺少的重要工具和強(qiáng)有力武器。用單片機(jī)研制的各個(gè)智能化測(cè)量控制儀表周期短、本錢(qián)低，在一起、儀表與機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。這次用單片機(jī)設(shè)計(jì)制作一個(gè)走廊路燈控制系統(tǒng)。光控電路有著廣泛的應(yīng)用。比方城市中的路燈或樓道照明等一般都是由人工操作的,如果采用光控電路,根據(jù)光線(xiàn)的強(qiáng)弱來(lái)自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉照明燈,做到無(wú)人自動(dòng)控制,可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,有效的節(jié)約能源。但光控電路有其缺陷,就是夜晚無(wú)光線(xiàn)的時(shí)候,照明燈將一直工作著,這樣會(huì)造成資源的浪費(fèi),也會(huì)縮短照明燈的壽命。這時(shí)假設(shè)在光控電路的根底上添加一個(gè)聲控電路,使得照明電路在無(wú)光線(xiàn)的時(shí)候,只受聲音的控制,當(dāng)有腳步聲或其它較強(qiáng)聲響的時(shí)候,照明電路自開(kāi)工作。當(dāng)聲音消失的時(shí)候,照明燈自動(dòng)熄滅,這就需要在光控電路和聲控電路聯(lián)合工作的條件下添加一個(gè)延時(shí)電路,使照明燈點(diǎn)亮后,延時(shí)一定時(shí)間后自動(dòng)熄滅。以上電路的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，是通過(guò)RC震蕩來(lái)完成電路的延時(shí)作用，它沒(méi)有經(jīng)過(guò)單片機(jī)的控制，所以電路完成的功能有限而且也不是非常穩(wěn)定，所以我們把單片機(jī)參加走廊路燈控制電路能使得電路更加的完美和穩(wěn)定。如果在此電路根底上參加ADC0809轉(zhuǎn)換器就可以拓展單片機(jī)的作用，使得電路的功能得到進(jìn)一步的提升，到達(dá)本課題的設(shè)計(jì)要求。使用這種照明電路,人們就不必在黑暗中摸索開(kāi)關(guān),也不必再擔(dān)憂(yōu)點(diǎn)長(zhǎng)明燈費(fèi)電和損壞燈泡了。夜間只要有腳步聲或其它較強(qiáng)的聲響時(shí),燈便自動(dòng)點(diǎn)亮,延時(shí)一定時(shí)間后自動(dòng)熄滅。特別適用自動(dòng)控制路燈照明以及走廊和樓道等處的短時(shí)照明。聲光控?zé)粼谑袌?chǎng)上是很常見(jiàn)的，我們生活中也有很多單位用著這種燈，在樓道上，在門(mén)廳口，以及在各種人員流動(dòng)不太頻繁也不太稀少的地方，其原理是：利用聲音與光來(lái)共同控制燈的明滅，當(dāng)白天時(shí)(光線(xiàn)比擬強(qiáng)烈時(shí))即便有再?gòu)?qiáng)的聲音，燈也不會(huì)亮，而當(dāng)夜晚時(shí)(光線(xiàn)到達(dá)臨界狀態(tài)時(shí))聲控裝置才會(huì)真正的被啟動(dòng)年，而這時(shí)，就是這種“聲光控?zé)簟贝箫@身手的時(shí)候。即，當(dāng)有聲音響動(dòng)的時(shí)候，燈才會(huì)亮起來(lái)，如果是人們活動(dòng)，那么有很強(qiáng)的適應(yīng)性與活動(dòng)性，當(dāng)沒(méi)人活動(dòng)的時(shí)候，也不會(huì)造成無(wú)端的能源浪費(fèi)。如果與普通的手動(dòng)燈比擬，當(dāng)人在黑暗中的時(shí)候，很難找到開(kāi)關(guān)的位置，亂找不一定能找到，甚至有時(shí)候會(huì)傷害到自己的人身平安(在黑暗中找不到方向，亂撞很可能會(huì)撞上對(duì)人體有害的東西，比方被硬物絆倒被摔傷，碰到鋒利的東西被割傷等)，而對(duì)于聲光控?zé)魜?lái)說(shuō)，人們只需要造出某種聲音，比方拍手，大喊一聲等，就可以啟動(dòng)聲光控控制燈，從而辦完自己想辦的事情(要延長(zhǎng)燈的亮著的時(shí)間得要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻發(fā)出聲音即延續(xù))。2方案論證本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題為智能led照明控制系統(tǒng)，本人提供兩種設(shè)計(jì)方案如下：2.1方案一運(yùn)用單片機(jī)，定時(shí)通過(guò)單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器來(lái)完成。2.1.方案一電路的工作原理聲光控照明電路還需要加上一個(gè)延時(shí)電路，才能使照明燈在夜晚工作了一定時(shí)間后自動(dòng)熄滅，否那么，照明燈將會(huì)是長(zhǎng)明燈，這樣將造成資源的浪費(fèi)，也大大縮短了照明燈的壽命。聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)的電路原理圖見(jiàn)圖1所示。電路中的主要元器件是使用了數(shù)字集成電路cd4011，其內(nèi)部含有4個(gè)獨(dú)立的與非門(mén)vd1～vd4，使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠性高。圖1聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)的電路原理圖為了使聲光控開(kāi)關(guān)在白天開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，即燈不亮，由光敏電阻rg等元件組成光控電路，r5和rg組成串聯(lián)分壓電路，夜晚環(huán)境無(wú)光時(shí)，光敏電阻的阻值很大，rg兩端的電壓高，即為高電平間t=2πr8c3，改變r(jià)8或c3的值，可改變延時(shí)時(shí)間，滿(mǎn)足不同目的。vd3和vd4構(gòu)成兩級(jí)整形電路，將方波信號(hào)進(jìn)行整形。當(dāng)c3充電到一定電平時(shí)，信號(hào)經(jīng)與非門(mén)vd3、vd4后輸出為高電平，使單向可控硅導(dǎo)通，電子開(kāi)關(guān)閉合；c3充滿(mǎn)電后只向r8放電，當(dāng)放電到一定電平時(shí)，經(jīng)與非門(mén)vd3、vd4輸出為低電平，使單向可控硅截止，電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，完成一次完整的電子開(kāi)關(guān)由開(kāi)到關(guān)的過(guò)程。二極管vd1～vd4將交流220v進(jìn)行橋式整流，變成脈動(dòng)直流電，又經(jīng)r1降壓，c2濾波后即為電路的直流電源，為bm、vt、ic等供電。用聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)代替住宅小區(qū)的樓道上的開(kāi)關(guān)，只有在天黑以后，當(dāng)有人走過(guò)樓梯通道，發(fā)出腳步聲或其它聲音時(shí)，樓道燈會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮，提供照明，當(dāng)人們進(jìn)入家門(mén)或走出公寓，樓道燈延時(shí)幾分鐘后會(huì)自動(dòng)熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會(huì)亮，可以到達(dá)節(jié)能的目的。聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠(chǎng)、辦公樓、教學(xué)樓等公共場(chǎng)所，它具有體積小、外形美觀(guān)、應(yīng)用廣泛、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。 2.1.單片機(jī)控制模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)選用我們常用的AT89C51。無(wú)論是信號(hào)采集還是信號(hào)輸出都要經(jīng)過(guò)單片機(jī)的出來(lái)。另外定時(shí)也是通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)來(lái)做，這樣可以減少外部元器件的數(shù)量。 2.1.判斷外界光線(xiàn)采用光敏電阻，利用集成運(yùn)放LM324將電阻輸出的電壓轉(zhuǎn)換成TTL電平以供單片機(jī)處理。檢測(cè)外界聲音的使用微型話(huà)筒，信號(hào)處理方法和光敏電阻出來(lái)的信號(hào)處理方法類(lèi)似，并且下文有詳細(xì)的介紹，在這里就不多作介紹。系統(tǒng)組成框圖如圖2所示：路燈路燈單片機(jī)光敏電阻及處理電路光敏電阻及處理電路繼電器繼電器蜂鳴器話(huà)筒及其信號(hào)處理電路蜂鳴器話(huà)筒及其信號(hào)處理電路圖2信號(hào)采集局部電路系統(tǒng)組成框圖光敏電阻接在P1.0上，話(huà)筒接在P1.1上，繼電器接在P1.2上，蜂鳴器接在P1.3上。房單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，單片時(shí)機(jī)不停的掃描P1.0和P1.1口上的邏輯狀態(tài)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)IO口發(fā)生改變時(shí)，立即使判斷是光敏電阻發(fā)生的信號(hào)，還是話(huà)筒的信號(hào)。發(fā)送在P1.2或者P1.3IO口上輸出控制信號(hào)區(qū)控制繼電器動(dòng)作或者控制蜂鳴器蜂鳴。如果是要翻開(kāi)路燈，那么單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器就開(kāi)始工作每當(dāng)定時(shí)時(shí)間到了以后就會(huì)立即關(guān)閉路燈。這就是方案二的工作過(guò)程。2.2方案二用A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809，由單片機(jī)去判斷外界的環(huán)境。方案二方案二的組成框圖如圖3所示繼電器ADC0809AT89C繼電器ADC0809AT89C51光敏電阻及其處理電路蜂鳴器話(huà)筒及其信號(hào)處理電路蜂鳴器話(huà)筒及其信號(hào)處理電路圖3圖3方案二的組成框圖方案二的主體電路和方案一類(lèi)似，但是方案二中比方案一多了一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器ADC0809，光敏二極管或者話(huà)筒輸出的信號(hào)不是直接輸入到單片機(jī)，而是經(jīng)過(guò)ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后再輸入到單片機(jī)。方案二中單片機(jī)收到的是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單判斷的光線(xiàn)或者聲音信號(hào)了，這種工作狀態(tài)單片機(jī)永遠(yuǎn)只知道兩種狀態(tài)。而方案二單片機(jī)可以具體的知道外界光線(xiàn)的強(qiáng)弱或者外界的聲音大小。這樣方案二在處理輸入信號(hào)上更具有優(yōu)勢(shì)。同時(shí)由于參加ADC0809轉(zhuǎn)換器，可以對(duì)輸入的光線(xiàn)信號(hào)和聲音信號(hào)從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，這樣可以具體的判斷出外界的環(huán)境情況，可以知道外界光線(xiàn)的具體強(qiáng)度大小和外界具體聲音的強(qiáng)弱，這樣使得走廊路燈具有功能更加強(qiáng)大的只能控制，開(kāi)燈外界光線(xiàn)的強(qiáng)度和關(guān)燈外界光線(xiàn)的強(qiáng)度有一個(gè)差值，同樣開(kāi)燈外界聲音的大小和關(guān)燈外界聲音的大小也具有一個(gè)差值，具有降低誤差的功能。2.3兩個(gè)方案比擬在這兩個(gè)方案中方案一運(yùn)用了單片機(jī)，定時(shí)通過(guò)單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器來(lái)完成，電路有了邏輯分析的能力，由于該方案前面的輸入只有0和1兩種狀態(tài)所以該電路在處理光線(xiàn)或者聲音在臨界狀態(tài)不斷變化的情況會(huì)遇到比擬大的麻煩，所以設(shè)計(jì)出方案二，方案二是用ADC0809可以由單片機(jī)去判斷外界的環(huán)境是什么樣子的，方案一處理不了的情況。所以放棄了方案一而選擇了方案二。3各電路設(shè)計(jì)和論證下面詳細(xì)對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所考慮的方案進(jìn)行初步的論證和簡(jiǎn)要的分析。3.1電源電路的方案設(shè)計(jì)與論證由于但路中需要12V和5V兩種電壓，所以分別采用三端穩(wěn)壓器7812和7805輸出者兩種電壓，7812的輸入端電壓有市電220VAC變換而來(lái)。電路圖如下：圖4電源電路原理圖電源局部使用220V到15V的交流電壓然后經(jīng)過(guò)全橋?yàn)V波。為了防止電路因?yàn)橐馔馇闆r導(dǎo)致電路電流過(guò)大，我們使用額定電流為500mA的保險(xiǎn)絲來(lái)防止電路出現(xiàn)短路的情況。做到更加平安。電源變壓器選用額定電壓15v，功率容量2W變壓器，輸出電壓經(jīng)橋式整流電路整流后電壓是：U=1.2*UO該處電壓雖然已經(jīng)是直流但仍有較大波動(dòng)，加裝兩只10000UF電容后將會(huì)獲得平滑穩(wěn)定的直流電壓，此時(shí)電壓為：U=1.4UO值得一提的是，為了進(jìn)一步濾除電路中可能存在的高頻干擾分量，還要在主濾波電容上并聯(lián)兩只104p磁片電容，將干擾盡可能旁路到地。之后將21V電壓送給三端穩(wěn)壓器7812輸出一個(gè)12V的電壓，供應(yīng)繼電器使用。12V的電壓經(jīng)過(guò)濾波在經(jīng)過(guò)7805輸出一個(gè)5V的電壓給單片機(jī)局部電路供電。5V的電壓時(shí)12V經(jīng)過(guò)7805線(xiàn)性穩(wěn)壓器得到的，為單片機(jī)局部電路供電。3.2信號(hào)采集局部電路的設(shè)計(jì)和論證信號(hào)采集局部電路包括光信號(hào)采集和聲音信號(hào)采集兩個(gè)局部光信號(hào)采集局部電路：光信號(hào)采集局部電路由光敏電阻和信號(hào)處理電路組成，有圖5可以知道光敏電阻的信號(hào)從光敏電阻和電阻R3之間輸出，然后輸入集成運(yùn)放的2腳。集成運(yùn)放LM324組成的是一個(gè)加法電路，光敏電阻的輸出信號(hào)和由可調(diào)電阻R4，R3輸出信號(hào)相加。經(jīng)過(guò)該局部的電路處理光線(xiàn)亮度信號(hào)將被處理成0-5V的電壓，輸入到ADC0809，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最后送入單片機(jī)進(jìn)行處理。圖5光信號(hào)采集局部電路聲音信號(hào)局部電路：由于話(huà)筒必須和一個(gè)10K的電阻串聯(lián)接到5V的電壓才能有信號(hào)的輸出，所以話(huà)筒的信號(hào)輸出電路的形式如圖6所示。由于輸入信號(hào)有很大的直流局部，所以必須使用一個(gè)隔離電容C6將直流成分隔離掉，然后送入到三極管Q3,Q4進(jìn)行信號(hào)的初步放大。下面的處理電路和光線(xiàn)信號(hào)的處理電路相同，最終也是輸出一個(gè)0-5V的電壓，最后送入到單片機(jī)進(jìn)行處理。圖6聲音信號(hào)局部電路A/D轉(zhuǎn)換工作原理：A/D轉(zhuǎn)換器是用來(lái)通過(guò)一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。模擬量可以是電壓、電流等電信號(hào)，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號(hào)。但在A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號(hào)可以有8位、10位、12位和16位等。A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理主要介紹以下三種方法：逐次逼近法、雙積分法、電壓頻率轉(zhuǎn)換法。在集成電路器件中普遍采用逐次逼近型，現(xiàn)簡(jiǎn)要介紹下逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換的根本工作原理。逐次逼近法逐次逼近式A/D是比擬常見(jiàn)的一種A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時(shí)間為微秒級(jí)。采用逐次逼近法的A/D轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比擬器、D/A轉(zhuǎn)換器、緩沖存放器及控制邏輯電路組成，如圖.1所示。根本原理是從高位到低位逐位試探比擬，好似用天平稱(chēng)物體，從重到輕逐級(jí)增減砝碼進(jìn)行試探。逐次逼近法轉(zhuǎn)換過(guò)程是：初始化時(shí)將逐次逼近存放器各位清零；轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)，先將逐次逼近存放器最高位置1，送入D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比擬器，稱(chēng)為Ｖo，與送入比擬器的待轉(zhuǎn)換的模擬量Ｖi進(jìn)行比擬，假設(shè)Ｖo<Ｖi，該位1被保存，否那么被去除。然后再置逐次逼近存放器次高位為1，將存放器中新的數(shù)字量送D/A轉(zhuǎn)換器，輸出的Ｖo再與Ｖi比擬，假設(shè)Ｖo<Ｖi，該位1被保存，否那么被去除。重復(fù)此過(guò)程，直至逼近存放器最低位。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近存放器中的數(shù)字量送入緩沖存放器，得到數(shù)字量的輸出。逐次逼近的操作過(guò)程是在一個(gè)控制電路的控制下進(jìn)行的。ADC0809簡(jiǎn)介:1．主要特性：8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位；具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫耍晦D(zhuǎn)換時(shí)間為100μs；單個(gè)＋5V電源供電；模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿(mǎn)刻度校準(zhǔn)；工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度；低功耗，約15mW。圖7ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)2．模擬信號(hào)輸入IN0～I(xiàn)N7：IN0-IN7為八路模擬電壓輸入線(xiàn)，加在模擬開(kāi)關(guān)上，工作時(shí)采用時(shí)分割的方式，輪流進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。3．地址輸入和控制線(xiàn)：地址輸入和控制線(xiàn)共4條，其中ADDA、ADDB和ADDC為地址輸入線(xiàn)，用于選擇IN0-IN7上哪一路模擬電壓送給比擬器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ALE為地址鎖存允許輸入線(xiàn)，高電平有效。當(dāng)ALE線(xiàn)為高電平時(shí)，ADDA、ADDB和ADDC三條地址線(xiàn)上地址信號(hào)得以鎖存，經(jīng)譯碼器控制八路模擬開(kāi)關(guān)通路工作。4．?dāng)?shù)字量輸出及控制線(xiàn)〔11條〕：START為“啟動(dòng)脈沖”輸入線(xiàn)，上升沿清零，下降沿啟動(dòng)ADC0809工作。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出線(xiàn)，該線(xiàn)高電平表示AD轉(zhuǎn)換已結(jié)束，數(shù)字量已鎖入“三態(tài)輸出鎖存器”。D0-D7為數(shù)字量輸出線(xiàn)，D7為最高位。ENABLE為“輸出允許”線(xiàn)，高電平時(shí)能使D0-D7引腳上輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。5．電源線(xiàn)及其他〔5條〕：CLOCK為時(shí)鐘輸入線(xiàn)，用于為ADC0809提供逐次比擬所需，一般為640kHz時(shí)鐘脈沖。Vcc為+5V電源輸入線(xiàn)，GND為地線(xiàn)。+VREF和-VREF為參考電壓輸入線(xiàn)，用于給電阻網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電壓。+VREF常和VDD相連，-VREF常接地。ADC0809芯片性能特點(diǎn):是一個(gè)逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器,外部供應(yīng)基準(zhǔn)電壓;單通道轉(zhuǎn)換時(shí)間116us；分辨率為8位,帶有三態(tài)輸出鎖存器,轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),可由CPU翻開(kāi)三態(tài)門(mén),讀出8位的轉(zhuǎn)換結(jié)果;有8個(gè)模擬量的輸入端,可引入8路待轉(zhuǎn)換的模擬量。ADC0809的數(shù)據(jù)輸出結(jié)構(gòu)是內(nèi)部有可控的三態(tài)緩沖器,所以它的數(shù)字量輸出信號(hào)線(xiàn)可以與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線(xiàn)直接相連。內(nèi)部的三態(tài)緩沖器由OE控制,當(dāng)OE為高電平時(shí),三態(tài)緩沖器翻開(kāi),將轉(zhuǎn)換結(jié)果送出;當(dāng)OE為低電平時(shí),三態(tài)緩沖器處于阻斷狀態(tài),內(nèi)部數(shù)據(jù)對(duì)外部的數(shù)據(jù)總線(xiàn)沒(méi)有影響。因此,在實(shí)際應(yīng)用中,如果轉(zhuǎn)換結(jié)束,要讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果,那么只要在OE引腳上加一個(gè)正脈沖,ADC0809就會(huì)將轉(zhuǎn)換結(jié)果送到數(shù)據(jù)總線(xiàn)上。在本系統(tǒng)中ADC0809在電路中的連接如下列圖所示，在模擬量之前參加濾波電路是為了使采集數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，對(duì)于模擬輸入通道，還需要采用一些消除干擾的措施，這點(diǎn)將在下一小節(jié)提到ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。6．ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)由下列圖可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開(kāi)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(kāi)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)。圖8ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)7．ADC0809引腳結(jié)構(gòu)ADC0809各腳功能如下：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。GND：地。REF〔+〕：參考電壓正端。REF〔-〕：參考電壓負(fù)端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端?！惨陨蟽煞N信號(hào)用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換〕.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。OE：輸出允許控制端，用以翻開(kāi)三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端〔一般為500KHz〕。A、B、C：地址輸入線(xiàn)。8．外部特性〔引腳功能〕ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖13．23所示。下面說(shuō)明各引腳功能。IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。2-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線(xiàn)，用于選通8路模擬輸入中的一路ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。START：A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。EOC：A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平〔轉(zhuǎn)換期間一直為低電平〕。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能翻開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。REF〔+〕、REF〔-〕：基準(zhǔn)電壓。Vcc：電源，單一＋5V。GND：地。9．ADC0809的工作過(guò)程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比擬器。START上升沿將逐次逼近存放器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)翻開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線(xiàn)上。ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0－5V，假設(shè)信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如假設(shè)模擬量變化太快，那么需在輸入前增加采樣保持電路。在本課題設(shè)計(jì)中ADC0809的通道選擇是通過(guò)A7、A8、A9來(lái)選擇的，A7、A8、A9與通道選擇關(guān)系為：A7A8A9IN0000IN1001IN2010IN3011IN4100IN5101IN6110IN7111光信號(hào)從IN0輸入，聲音信號(hào)從IN1輸入，所以光信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換地址70FFH，聲音信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換地址71FFH。ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束引腳EOC引腳接在單片機(jī)的IN0引腳上。所以這也就意味著既可以采用中斷方式也可以使用查詢(xún)方式對(duì)ADC0809轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取操作。采用中斷方式可以節(jié)約大量的時(shí)間，這樣大大減輕了單片機(jī)的工作負(fù)擔(dān)。3.3單片機(jī)局部電路的設(shè)計(jì)和論證 單片機(jī)局部使用的是AT89C51，我們對(duì)此款單片機(jī)非常熟悉，所以使用起來(lái)也相對(duì)熟練一些。下面是AT89C51的簡(jiǎn)介：AT89C51單片機(jī)內(nèi)部包含部件概括如下：一個(gè)8位CPU，一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路，ROM程序儲(chǔ)存器，RAM數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和64K外部程序存儲(chǔ)的控制電路，32條可編程的I/O總線(xiàn)〔四個(gè)8為并行I/O端口〕，一個(gè)可編程全雙工串行口，具有5個(gè)中斷、2個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)。AT89C51用CHMOS工藝制造的單片機(jī)都采用雙列直插式〔DIP〕40腳封裝，端子信號(hào)完全相同。這40根端子大致可分為：電源〔Vcc、Vss、Vpp、Vpd〕、時(shí)鐘〔XTAL1、XTAL2〕、I/O口〔P0-P3〕、地址總線(xiàn)〔P0口、P2口〕和控制總線(xiàn)〔ALE、RST、/PROG、/PSEN、/EA〕等幾局部。它們的功能簡(jiǎn)述如下：1．電源：Vcc〔端子號(hào)40〕，芯片電源，接+5V；Vss〔端子號(hào)20〕，電源接地端。2．時(shí)鐘：XTAL1〔端子號(hào)18〕、XTAL2〔端子〕分別是內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端、輸出端，是外接晶振的端子。3．控制總線(xiàn)：ALE〔端子號(hào)30〕用來(lái)把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器；/psen〔端子號(hào)29〕外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)；RST〔端子號(hào)9〕復(fù)位信號(hào)輸入端；/EA為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器的選擇端；4．I/O線(xiàn)：P0口〔端子號(hào)32-39〕單片機(jī)的雙向數(shù)據(jù)總線(xiàn)和低8位地址總線(xiàn)；P1口〔端子號(hào)1-8〕雙向輸入/輸出口，用來(lái)驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載;P2口〔端子號(hào)21-28〕雙向輸入/輸出口，在訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)，用作高8位地址總線(xiàn)；P3口〔端子號(hào)10-17〕雙向輸入輸出口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。P3口的每一個(gè)端子還有其他的功能。P3.0——RXD：串行口輸入端；P3.1——TXD：串行口輸出端；P3.2——/INT0：外部中斷0中斷請(qǐng)求輸入端：P3.3——/INT1：外部中斷1中斷請(qǐng)求輸入端：P3.4——T0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部輸入端;P3.5——T1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部輸入端;P3.6——/WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通信號(hào)；P3.7——/RD：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)；5．時(shí)鐘電力：AT89C51內(nèi)有一個(gè)高增益發(fā)相反放大器，其頻率范圍為1.2MHz—12MHz，XTAL1和XTAL2分別為放大器的輸入端和輸出端時(shí)鐘電路可以有內(nèi)部方式或外部外部方式。在本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反應(yīng)元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反應(yīng)回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的上下、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22μF。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了及提高單片機(jī)的運(yùn)行速度，又能最大程度的保證單片機(jī)的運(yùn)行速度，所以AT89C51的晶振使用12MHz。由此我們可以計(jì)算出AT89C51在該晶振下的時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令周期的計(jì)算方法如下：1．指令周期CPU執(zhí)行一條指令所用的時(shí)間稱(chēng)為指令周期。一個(gè)指令周期由1~4個(gè)機(jī)器周期組成。2．機(jī)器周期CPU執(zhí)行一個(gè)根本操作所用的時(shí)間稱(chēng)為機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周期由6狀態(tài)S1~S6組成，每個(gè)狀態(tài)由2時(shí)鐘脈沖組成，前一個(gè)脈沖叫相位P1，后一個(gè)脈沖叫相位P2，因此，一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)時(shí)鐘脈沖S1P1,S1P2……S6P1,S6P2組成。3．時(shí)鐘周期時(shí)鐘脈沖周期T為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主頻f的倒數(shù)，即：t=1/f。假設(shè)系統(tǒng)主頻為12MHz，那么T=1/12us。在80C51指令系統(tǒng)中，指令長(zhǎng)度為1~3個(gè)字節(jié)。在單字節(jié)和雙字節(jié)的指令中，除了乘法和除法指令為4周期外，都是單周期或雙周期的。三字節(jié)指令都是雙周期的。假設(shè)系統(tǒng)主頻為12M，那么單周期指令執(zhí)行的時(shí)間為12T=12*1/12=1us。雙周期指令執(zhí)行時(shí)間為24T=24*1/12=2us。6．復(fù)位電路：復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。單片機(jī)的復(fù)位有上電復(fù)位和按鈕手動(dòng)復(fù)位兩種，本方案是采用兩種復(fù)位電路相結(jié)合。電容C3和電阻R2構(gòu)成了上電復(fù)位，當(dāng)開(kāi)機(jī)上電時(shí)，電容C2的正端的電壓為5V，又因?yàn)殡娙輧啥说碾妷壕哂胁豢绍S變性，所以電容C3和電阻R2之間的電壓也為5V，所以單片時(shí)機(jī)復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，由于直流電壓無(wú)法通過(guò)電容，所以單片機(jī)的復(fù)位引腳相當(dāng)于通過(guò)電阻R2接地，又因?yàn)閱纹瑱C(jī)的復(fù)位高電平的有效，所以單片機(jī)不會(huì)復(fù)位。按鍵S1、電阻R1、R2構(gòu)成了按鍵復(fù)位電路。在系統(tǒng)正常工作時(shí)，只要將按鍵按下，即可使單片機(jī)的復(fù)位引腳成高電平，單片機(jī)可復(fù)位。在電路中采用了6個(gè)電容并聯(lián)，給單片機(jī)的電源進(jìn)行濾波，使單片機(jī)的電源更加平滑和穩(wěn)定，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在進(jìn)行PCB布板時(shí)，要注意將電容近貼著單片機(jī)放置。單片機(jī)引腳的IO口的使用：P1.2和P1.3外接繼電器和蜂鳴器，P0口作為ADC0809的數(shù)據(jù)輸入口,P0和P2作為地址輸出口。圖9單片機(jī)局部電路圖3.4輸出局部電路的設(shè)計(jì)和論證輸出局部的電路由繼電器和蜂鳴器構(gòu)成。繼電器電路的工作過(guò)程：由于繼電器是控制220VAC的電壓，通過(guò)的電壓和電流相對(duì)較大，所以要選用功率較大的繼電器。在本課題的設(shè)計(jì)中使用的是12V的繼電器。繼電器室通過(guò)三極管Q1來(lái)控制，當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí)，三極管截止，繼電器線(xiàn)圈失電，常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)常閉觸點(diǎn)閉合，路燈被關(guān)閉。當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通繼電器線(xiàn)圈得電，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，路燈被翻開(kāi)。因?yàn)槔^電器在動(dòng)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生高電壓脈沖干擾信號(hào)。為了消除這種影響，在繼電器線(xiàn)圈的的兩端并聯(lián)一個(gè)蓄流二極管1N4148，二極管的正極接在線(xiàn)圈的附極，二極管的負(fù)極接在線(xiàn)圈的正極，當(dāng)繼電器失電時(shí)電流從線(xiàn)圈的負(fù)極流向二極管的正極，然后再?gòu)恼龢O流到二極管的負(fù)極，之后再次流到線(xiàn)圈的正極，這樣使線(xiàn)圈上存儲(chǔ)的能量最終消耗在線(xiàn)圈的內(nèi)部，到達(dá)保護(hù)其它局部電路的目的。蜂鳴器電路的工作過(guò)程當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí)，由于采用的是PNP型三極管，所以三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，蜂鳴器蜂鳴。當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí)三極管出于截至狀態(tài)，蜂鳴器停止蜂鳴。在本局部電路中采用PNP型三極管的原因是單片機(jī)輸出灌電流的能力要比輸出拉電流的能力強(qiáng)，所以采用PNP型三極管是電流從外部流向單片機(jī)。圖10蜂鳴器局部電源電路圖4.軟件設(shè)計(jì)4.1程序流程系統(tǒng)主程序流程圖開(kāi)始開(kāi)始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化關(guān)閉路燈和蜂鳴器關(guān)閉路燈和蜂鳴器啟動(dòng)AD采樣啟動(dòng)AD采樣否采樣結(jié)束？否采樣結(jié)束？是是采樣信號(hào)？采樣信號(hào)？不作處理翻開(kāi)蜂鳴器翻開(kāi)路燈不作處理翻開(kāi)蜂鳴器翻開(kāi)路燈定時(shí)時(shí)間到？定時(shí)時(shí)間到？關(guān)閉路燈或者蜂鳴器關(guān)閉路燈或者蜂鳴器圖11系統(tǒng)主程序流程圖傳感器子程序流程圖開(kāi)始開(kāi)始初始化初始化啟動(dòng)AD采樣啟動(dòng)AD采樣采樣結(jié)束采樣結(jié)束讀入數(shù)據(jù)讀入數(shù)據(jù)判斷是光線(xiàn)還是聲音傳感器？判斷是光線(xiàn)還是聲音傳感器？翻開(kāi)燈或者蜂鳴器翻開(kāi)燈或者蜂鳴器啟動(dòng)定時(shí)器啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)時(shí)間到？定時(shí)時(shí)間到？結(jié)束結(jié)束圖12傳感器子程序流程圖圖12傳感器子程序流程圖4.2程序主程序 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH LJMP INT_T0 ORG 0030H MOV SP,#60HMAIN: CLR P1.2 SETB P1.3 MOV TMOD,#01H MOV TH0,#0B0H MOV TL0,#3CH SETB ET0 SETB EA CLR TR0 MOV 45H,#0 MOV 46H,#0 MOV 47H,#0 MOV A,#0 MOV DPTR,#ADC0809_IN0_address MOVX @DPTR,A JB EOC,$ MOV A,@DPTR MOV 45H,A MOV A,#0 MOV DPTR,#ADC0809_IN1_address MOVX @DPTR,A JB EOC,$ MOVX A,@DPTR MOV 46H,A LCALL DATA_PROCESS SETB TR0 MOV A,50HNEQ: CJNE A,#1,NEQ MOV 45H,#0 MOV 46H,#0 MOV 50H,#0 SJMP MAIN定時(shí)器中斷子程序;子程序名稱(chēng)：定時(shí)器中斷程序INT_T0;入口參數(shù)：50H定時(shí)器時(shí)間到標(biāo)志;子程序功能：完成中斷計(jì)時(shí)INT_T0: MOV TH0,#0B0H MOV TL0,#3CH INC 47H MOV A,47H CJNE A,#20,NEQ2 MOV 50H,#1 MOV 47H,#0 CLR TR0NEQ2: RETI數(shù)據(jù)處理程序;子程序名稱(chēng)：DATA_PROCESS;入口參數(shù)：46H，47H;子程序功能：完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理DATA_PROCESS: MOV A,46H MOV B,#50 將亮度分為50個(gè)等級(jí) DIV AB LCALL L_PROCESS 判斷開(kāi)燈還是關(guān)燈子程序 MOV A,47H MOV B,#50 DIV AB 將聲音分為50個(gè)等級(jí) LCALL V_PROCESS RET4.2.4ADC0809連續(xù)對(duì)2個(gè)通道采樣程序MOV R0,#30HMOV R4,#02HMOV DPTR,#0C000H 選擇ADC0809的IN0輸入LOOP:MOVX @DPTR,A 啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)化LOO:JB P1.3,LOO 用查詢(xún)方式等待轉(zhuǎn)換結(jié)束MOVX A,@DPTR 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將數(shù)字量送入累加器AMOV @R0,A 數(shù)字量存入30H單元中MOV @R0 R0的內(nèi)容加1，指向下一單元INC DPTR 修改模擬輸入通道DJNZ R4,LOOP 8路未完，循環(huán)5．軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試5.1硬件調(diào)試1．電源