基于單片機(jī)的智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于單片機(jī)的智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：隨著社會(huì)進(jìn)步，需求和單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，各類智能產(chǎn)品、控制系統(tǒng)都是以單片機(jī)技術(shù)為核心來進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)AT89C51和相關(guān)的光電檢測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)路燈控制器，</p><p>　　關(guān)鍵詞：路燈；單片機(jī)技術(shù)；控制 </p><p>　　如今，路燈已經(jīng)是城市

2、道路景觀的一個(gè)重要部分，已經(jīng)成為城市照明系統(tǒng)中不可缺少和不可分割的一部分，成為了市民出行和城市美化、亮化的一個(gè)基本要求。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)展成了了城市景觀等裝飾性照明的綜合市政工程。社會(huì)對(duì)亮燈率、開關(guān)燈的準(zhǔn)確率、故障檢測(cè)的實(shí)時(shí)性和維修的及時(shí)性要求不斷提高。</p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源短缺已經(jīng)日益制約著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的嚴(yán)重障礙，其中電力短缺已成為制約國(guó)民經(jīng)

3、濟(jì)的突出矛盾。我國(guó)目前的市場(chǎng)上有多種路燈節(jié)能控制產(chǎn)品，能達(dá)到一定的節(jié)能效果，但就功能和效果上還不能盡如人意，主要有以下幾種情況：第一種，采用自耦變壓器及磁飽和電抗器的降壓技術(shù)。其不足是由于反應(yīng)速度較慢，用電高峰時(shí)電壓降到非穩(wěn)定區(qū)容易造成燈光閃滅，不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)如果電壓突然升高，則會(huì)對(duì)燈具造成損壞，相對(duì)來說穩(wěn)壓效果較差；第二種是采用電子器件構(gòu)成的可控硅式設(shè)備。該設(shè)備主要采取簡(jiǎn)單的相控技術(shù)，不足之處是元器件較容易發(fā)熱損壞。而為了更好的達(dá)

4、到控制的目的，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外都開始采用智能控制方式，如光控、聲控、時(shí)控等，國(guó)外甚至開始采用太陽能供能光控方式來控制路燈，基本可以達(dá)到完全自給自足的效果。而本文中研究的就是光控路燈的控制器設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　智能路燈亮滅控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容</b>

5、;</p><p>　　設(shè)計(jì)一套路燈亮滅控制系統(tǒng),以MCS-51系列單片機(jī)為核心完成測(cè)控任務(wù),當(dāng)日照亮度超過閾值,控制燈滅;反之,則控制燈亮。并且要求閾值可調(diào)。</p><p><b>　　方案總體設(shè)計(jì)與論證</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)課題是《智能路燈亮滅控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》。此課題要求以路燈控制器為對(duì)象，完成硬件系統(tǒng)和軟件程序的設(shè)計(jì)，

6、實(shí)現(xiàn)以光線強(qiáng)弱方式來控制路燈的亮滅功能，屬于軟硬件相結(jié)合的題目。其中硬件電路部分主要包括以下幾個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、路燈控制電路部分、光電檢測(cè)電路部分；軟件部分主要包括二個(gè)電子軟件Altium designer、 Keil-C51軟件和路燈控制、光電檢測(cè)兩個(gè)程序模塊。工作原理如下圖所示：</p><p><b>　　工作原理圖</b></p><p>　　硬件電路設(shè)

7、計(jì)由6個(gè)部分組成： 信號(hào)采集放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)，LED顯示系統(tǒng)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。 </p><p><b>　　4.單片機(jī)介紹</b></p><p><b>　　4.1單片機(jī)概述</b></p><p>　　單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力（如算術(shù)運(yùn)算、邏

8、輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理）的微處理器（CPU）、隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、輸入/輸出電路（I/O口）等電路集成到單片芯片上，構(gòu)成一個(gè)最小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。有時(shí)還包括定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，串行通信口、顯示驅(qū)動(dòng)電路（LCD或LED驅(qū)動(dòng)電路）、脈寬調(diào)制電路（PWM）、模擬多路轉(zhuǎn)換器以及A/D轉(zhuǎn)換器等電路，并具有獨(dú)立的指令系統(tǒng)。這些電路能在軟件控制之下，準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。它能夠單獨(dú)地完成現(xiàn)代工業(yè)

9、控制系統(tǒng)所要求的智能化控制功能。</p><p>　　單片機(jī)不同于單板機(jī)，芯片在沒有開發(fā)出來以前，只具有功能極其強(qiáng)大的超大規(guī)模集成電路，如果再賦予它特定的程序，它便是一個(gè)最小的、完整的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)的使用需要用戶了解其芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的指令系統(tǒng)以及其他一些集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的理論技術(shù)。在特定的程序控制下，就能使該芯片實(shí)現(xiàn)特定的功能。</p><p>　　然而，

10、不同單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)不盡相同，即它們的技術(shù)特征也不同，硬件特征主要和單片機(jī)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此，設(shè)計(jì)人員必須熟練掌握其性能是否滿足需要的功能和應(yīng)用系統(tǒng)所要求的特性指標(biāo)（功能特性、控制特性和相關(guān)的電氣參數(shù)特性等），這些信息我們可以從生產(chǎn)廠商的技術(shù)手冊(cè)中得到。指令特性則指我們熟悉的單片機(jī)尋址方式、數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方法、輸入/輸出特性等。開發(fā)環(huán)境包括指令的兼容性及可移植性，軟、硬件資源等。要利用單片機(jī)開發(fā)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)，就必須

11、掌握其硬件結(jié)構(gòu)特征、指令系統(tǒng)和開發(fā)環(huán)境。</p><p>　　單片機(jī)控制系統(tǒng)已基本取代了以前復(fù)雜的電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，用軟件來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的智能化?，F(xiàn)在，單片機(jī)的控制范疇無所不在，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。</p><p>　　單片機(jī)的應(yīng)用意義遠(yuǎn)不限于它的應(yīng)用范疇或由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設(shè)計(jì)理念，向著嵌入式系統(tǒng)方向發(fā)展。隨著嵌入式系統(tǒng)的快速發(fā)

12、展和在各行各業(yè)的深入應(yīng)用，人們的電子設(shè)備的小型化、智能化的要求也越來越高。在航空航天、機(jī)械加工、工程控制、智能儀器儀表、家用電器、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域，單片機(jī)都正在發(fā)生著非常重要的作用。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)業(yè)已成為現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域十分重要的高新技術(shù)之一，是電子工程技術(shù)人員必備的知識(shí)技能，它能使你設(shè)計(jì)出更具智能化和方便的產(chǎn)品。</p><p>　　單片機(jī)及其應(yīng)用系統(tǒng)之所以能發(fā)揮著如此重要的作用，歸納起來有如下的原因：<

13、;/p><p>　　（1）單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低、使用靈活等特點(diǎn)，具有明顯的優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　?。?）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)思想充分表達(dá)出來，使產(chǎn)品智能化。</p><p>　?。?）系統(tǒng)配置以滿足控制對(duì)象的要求出發(fā)點(diǎn)，使得系統(tǒng)具有較高的性價(jià)比。</p><p>　?。?）應(yīng)用系統(tǒng)通常將程序駐

14、留在片內(nèi)（外）ROM中，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，使用方便。</p><p>　?。?）單片機(jī)本身并不具備開發(fā)能力，一般情況下，需要借助專用的開發(fā)工具在相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境下，進(jìn)行系統(tǒng)的開發(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。</p><p>　　（6）單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)所使用的存儲(chǔ)芯片可選用EPROM、EEPROM、OTP芯片或利用掩膜形式生產(chǎn)，便于批量生產(chǎn)和應(yīng)用。大多數(shù)單片機(jī)如51系

15、列，開發(fā)芯片和擴(kuò)展應(yīng)用芯片相互配套，降低了系統(tǒng)成本。</p><p>　?。?）由于系統(tǒng)小巧玲瓏，控制功能強(qiáng)、體積小，便于嵌入被控設(shè)備內(nèi)，大大推動(dòng)了產(chǎn)品的智能化。</p><p>　　單片微型計(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)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。</p><p>　　通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)

16、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)。</p><p>　　單片機(jī)經(jīng)過1、2、3、4代的發(fā)展，以達(dá)到了32位單片機(jī)，是目前單片機(jī)的頂級(jí)產(chǎn)品，具有極高的運(yùn)算速度。隨著微電子技術(shù)和集成電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)正朝著高集成度、低功耗、低電壓、多功能方向發(fā)展。MCS-51系列單片是眾多單片機(jī)中的一種，由于它們

17、都是基于8051內(nèi)核發(fā)展起來的，所以稱51單片機(jī)，而本次設(shè)計(jì)就是基于51單片機(jī)完成的。</p><p>　　4.2 單片機(jī)的主要功能及應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　現(xiàn)在的單片機(jī)功能越來越強(qiáng)大，集成度越來越高，有很多曾經(jīng)的外圍器件都已經(jīng)在內(nèi)部集成。</p><p>　　它的功能很多：比較器；模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器；PWM；多種多樣的接口；LCD驅(qū)動(dòng)；存儲(chǔ)器等等。同時(shí)它也是計(jì)

18、算機(jī)—單片微型計(jì)算機(jī)。部分單片機(jī)的計(jì)算能力已經(jīng)比早期PC的CPU強(qiáng)大，速度也越來越快。甚至也有類似雙核CPU的設(shè)計(jì)出現(xiàn)。因?yàn)槟軌蜻\(yùn)行程序，所以可以做很多的事情。幾乎您上網(wǎng)用的計(jì)算機(jī)能做的事情，它都同樣能做。只是能力沒那么強(qiáng)大。比如：可以讀寫硬盤、可以接受按鍵輸入、可以顯示輸出、可以驅(qū)動(dòng)打印、您甚至可以給它接個(gè)鼠標(biāo)。當(dāng)然這可能涉及一些接口的問題，但是CPU也不是直接做這些事情的。</p><p>　　它的輸入輸出，

19、如前面所說，也是多種多樣的。可以是模擬量，也可以是數(shù)字量，標(biāo)準(zhǔn)的USB接口也已經(jīng)集成在了單片機(jī)內(nèi)部。</p><p>　　此外，單片機(jī)的體積小、價(jià)格低、可靠性高、適用面寬、有著其本身的指令系統(tǒng)等諸多優(yōu)勢(shì)，在各行各業(yè)都得到廣泛應(yīng)用。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域可歸納為幾個(gè)方面：</p><p>　?。?）智能化家用電器：各種家用電器普遍采用單片機(jī)智能化控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電子線路控制，升級(jí)換代，提高檔次。如洗

20、衣機(jī)、空調(diào)、電視機(jī)、錄像機(jī)、微波爐、電冰箱、電飯煲以及各種視聽設(shè)備等。  （2）辦公自動(dòng)化設(shè)備：現(xiàn)代辦公室使用的大量通信和辦公設(shè)備多數(shù)嵌入了單片機(jī)。如打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、繪圖機(jī)、考勤機(jī)、電話以及通用計(jì)算機(jī)中的鍵盤譯碼、磁盤驅(qū)動(dòng)等。  （3）商業(yè)營(yíng)銷設(shè)備：在商業(yè)營(yíng)銷系統(tǒng)中已廣泛使用的電子秤、收款機(jī)、條形碼閱讀器、IC卡刷卡機(jī)、出租車計(jì)價(jià)器以及倉儲(chǔ)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、商場(chǎng)保安系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、冷凍保險(xiǎn)系統(tǒng)等都

21、采用了單片機(jī)控制。  （4）工業(yè)自動(dòng)化控制：工業(yè)自動(dòng)化控制是最早采用單片機(jī)控制的領(lǐng)域之一。如各種測(cè)控系統(tǒng)、過程控制、機(jī)電一體化、PLC等。在化工、建筑、冶金等各種工業(yè)領(lǐng)域都要用到單片機(jī)控制。  （5）智能化儀表：采用單片機(jī)的智能化儀表大大提升了儀表的檔次，強(qiáng)化了功能。如數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)、故障診斷、聯(lián)網(wǎng)集控等。  （6）智能化通信產(chǎn)品：最突出的是手機(jī)，當(dāng)然手機(jī)內(nèi)的芯片屬專用型單片機(jī)。

22、0; （7）汽車電子產(chǎn)品：現(xiàn)代汽車的集中顯示系統(tǒng)、動(dòng)力監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)、自</p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用的意義不僅在于它的廣闊范圍及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的意義在于，單片機(jī)的應(yīng)用從根本上改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。以前采用硬件電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，正在用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)。以前自動(dòng)控制中的PID調(diào)節(jié)，現(xiàn)在可以用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)具有智能化的數(shù)字計(jì)算控制、模糊控制和自適應(yīng)控制。這種以軟件取代硬件并

23、能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)稱為微控技術(shù)。隨著單片機(jī)應(yīng)用的推廣，微控制技術(shù)將不斷發(fā)展完善。</p><p>　　4.3 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　隨著微電子技術(shù)和集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，目前各個(gè)公司研制出了能夠適用于各種領(lǐng)域的單片機(jī)。高性能單片機(jī)芯片市場(chǎng)也異?；钴S，采用新技術(shù)，使單片機(jī)的種類、性能不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大[4]。單片機(jī)的改進(jìn)和發(fā)展歸納起來有以下幾個(gè)方面：</

24、p><p>　?。?）CPU的改進(jìn)：現(xiàn)在CPU開始采用雙CPU結(jié)構(gòu)，提高了芯片的處理能力。</p><p>　　（2）存儲(chǔ)器的發(fā)展：增大了片內(nèi)存儲(chǔ)器容量；片內(nèi)采用EEPROM和Flash可在線編程，讀/寫更方便；采用了編程加密技術(shù)。</p><p>　?。?）內(nèi)部資源增多：片內(nèi)資源越豐富，產(chǎn)品的體積就越小，可靠性就越高。</p><p>　?。?

25、）I/O接口形式增多，性能提高。</p><p>　?。?）引腳的多功能化：?jiǎn)纹瑱C(jī)現(xiàn)在普遍采用管腳復(fù)用的設(shè)計(jì)方案。</p><p>　?。?）低電壓和低功耗：?jiǎn)纹瑱C(jī)制造時(shí)普遍采用CMOS工藝。</p><p><b>　　5.硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1 AT89C51簡(jiǎn)介</p>&l

26、t;p>　　MCS-51系列單片機(jī)是由美國(guó)的Intel公司開發(fā)研制，并于1980年推出的產(chǎn)品。與MCS-48系列單片機(jī)相比，其以典型的體系結(jié)構(gòu)和完善的專用寄存器集中管理方式，方便的邏輯位操作功能及豐富的指令系統(tǒng)，堪稱一代“名機(jī)”，為之后的其他單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。因此，MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)先進(jìn)，功能強(qiáng)大，增加了更多的電路單元和功能模塊，指令數(shù)達(dá)111條。其中的代表作便是AT89C5x系列單片機(jī)，而本文所用的便是AT89C5

27、1單片機(jī)?，F(xiàn)簡(jiǎn)要介紹如下： </p><p><b>　　1.中斷系統(tǒng)</b></p><p>　　8051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，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。</p><p><b>　　2.時(shí)鐘電路</b></p><p>　　

28、8051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8051單片機(jī)需外置振蕩電容。</p><p>　　5.2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)是單片機(jī)系統(tǒng)的核心，其他的外圍電路都是在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)最小系統(tǒng)是由單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、電源和地端組成，一般情況下，單片機(jī)系統(tǒng)采用外接石英晶體與內(nèi)部運(yùn)放組成時(shí)鐘振蕩器作為系統(tǒng)時(shí)鐘

29、源，而在多機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)只作為一個(gè)功能模塊使用，為節(jié)省硬件和統(tǒng)一系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)，常采用外時(shí)鐘源。單片機(jī)最小系統(tǒng)是單片機(jī)控制電路的核心。</p><p>　　在整個(gè)系統(tǒng)中，單片機(jī)控制電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)對(duì)光電檢測(cè)電路采集到光信號(hào)進(jìn)行處理和加工，并按照之前設(shè)定好的指令進(jìn)行執(zhí)行、運(yùn)算，并將結(jié)果傳送給相應(yīng)的執(zhí)行電路。</p><p>　　單片機(jī)控制電路相關(guān)的電路原理圖如下圖所示：</

30、p><p>　　5.3 光敏電阻介紹</p><p>　　光敏電阻是一種特殊的電阻，其阻值隨著光線強(qiáng)度的變化而變化。其工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻如圖所示。為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。構(gòu)成光敏電阻的材料有金屬的硫化物、硒化物、碲化物等半導(dǎo)體。 </p><p>　　半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)

31、體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，價(jià)帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子，同時(shí)產(chǎn)生空穴，電子—空穴對(duì)的出現(xiàn)使電阻率變小。光照愈強(qiáng)，光生電子—空穴對(duì)就越多，阻值就愈低。當(dāng)光敏電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照增大而增大。入射光消失，電子-空穴對(duì)逐漸復(fù)合，電阻也逐漸恢復(fù)原值，電流也逐漸減小。</p><p>　　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，受到適當(dāng)波長(zhǎng)的

32、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。</p><p>　　光敏電阻是采用半導(dǎo)體材料制作，利用內(nèi)光電效應(yīng)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)象稱為光導(dǎo)效應(yīng)，因此，光敏電阻又稱光導(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

33、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。光敏電阻的原理結(jié)構(gòu)如圖所示。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，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子

34、—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。</p><p><b>　　光敏電阻原理圖</b></p><p>　　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，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。</p><p&g

35、t;　　5.4 光電檢測(cè)電路</p><p>　　在設(shè)計(jì)中使用光敏電阻作為光傳感器件對(duì)外界光線進(jìn)行檢測(cè)，主要是利用了光敏電阻在光線的作用下其阻值往往變小的這種光導(dǎo)效應(yīng)現(xiàn)象，也有基于光敏二極管、光敏三極管等光電檢測(cè)元件的相關(guān)電路，如下圖所示是光電檢測(cè)電路將檢測(cè)到的信號(hào)以高低電平的形式傳送給單片機(jī)，從而完成整個(gè)光電檢測(cè)的過程。</p><p>　　5.5 A/D轉(zhuǎn)換模塊</p>

36、<p>　　A/D574是12位逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換芯片。轉(zhuǎn)換時(shí)間位25-35us。片內(nèi)有數(shù)據(jù)輸出寄存器，并有三態(tài)輸出的控制邏輯。其運(yùn)行方式靈活，可進(jìn)行12位轉(zhuǎn)換，也可作8位轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結(jié)果可直接12位輸出，也可先輸出高8位，后輸出低4位?？芍苯优c8位或16位的CPU接口。輸入可設(shè)置為單極性，也可設(shè)成雙極性。片內(nèi)有時(shí)鐘電路，無需外部時(shí)鐘。下圖是A/D574與單片機(jī)接口電路，它分兩次將單極性電壓的12位轉(zhuǎn)換結(jié)果送給單片機(jī)。具體先

37、由單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，使A/D轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束，單片機(jī)再分兩次將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀到內(nèi)存中。按下圖接法A/D574是單極性輸入，接成0-+10V的接法。</p><p><b>　　5.6 顯示模塊</b></p><p>　　利用串口和74164驅(qū)動(dòng)LED顯示器工作，采用靜態(tài)顯示方式。這種方式可接口接+5V電源，若要顯示某字段，則相應(yīng)的移位寄存器74164輸出必

38、須為低電平，由于74164在低電平輸出時(shí)，允許通過的電流為8mA左右，故不用再加驅(qū)動(dòng)電路了，只需向串口發(fā)送要顯示三位數(shù)的顯示控制代碼（段碼），即可在LED顯示器上顯示出所要的字符，只需將各位的小數(shù)點(diǎn)控制位接低電平，使其顯示，其他位的小數(shù)點(diǎn)控制位均接高避免采用并行口I/O接口占用資源較多的缺點(diǎn)。采用共陽極數(shù)碼管，因而各位的COM電平即可，注意加限流電阻。</p><p><b>　　5.7 鍵盤模塊<

39、;/b></p><p>　　使用鍵盤可以有效地調(diào)節(jié)閾值。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中需要的按鍵不 多，故設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式按鍵，分別占用P2.4，P2.5，P2.6，P2.7 口。鍵盤的防抖動(dòng)可有軟件來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　5.8 硬件電路原理圖</p><p>　　經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的設(shè)計(jì)，仿真，才得出了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的硬件電路部分。通過前面的分析

40、，我們可以發(fā)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)課題的硬件電路部可分為以下四個(gè)組成部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制電路部分、路燈控制電路部分、光電檢測(cè)與執(zhí)行電路部分和兩位一體的數(shù)碼顯示電路電路部分。</p><p>　　將前面介紹的電路加以分析和組合，就可以得到整個(gè)硬件電路部分的相關(guān)原理圖，現(xiàn)將硬件原理圖表示如下：</p><p><b>　　軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　Al

41、tium Designer</p><p>　　Altium Designer 是原Protel軟件開發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，主要運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)。這套軟件通過把原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計(jì)者提供了全新的設(shè)計(jì)解決方案，使設(shè)計(jì)者可以輕松進(jìn)行設(shè)計(jì)，熟練使用這一軟件必將使電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率大大提高。&l

42、t;/p><p>　　Altium Designer 除了全面繼承包括Protel 99SE、Protel DXP在內(nèi)的先前一系列版本的功能和優(yōu)點(diǎn)外，還增加了許多改進(jìn)和很多高端功能。該平臺(tái)拓寬了板級(jí)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)界面，全面集成了FPGA設(shè)計(jì)功能和SOPC設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能，從而允許工程設(shè)計(jì)人員能將系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的FPGA與PCB設(shè)計(jì)及嵌入式設(shè)計(jì)集成在一起。 由于Altium Designer 在繼承先前Protel軟件功能的基礎(chǔ)上

43、，綜合了FPGA設(shè)計(jì)和嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)功能，Altium Designer 對(duì)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)需求比先前的版本要高一些。</p><p>　　主要功能： 原理圖設(shè)計(jì)， 印刷電路板設(shè)計(jì)，F(xiàn)PGA的開發(fā)，嵌入式開發(fā)，3D PCB設(shè)計(jì)</p><p><b>　　Keil C51</b></p><p>　　Keil C51是美國(guó)Keil Softwa

44、re公司（ARM公司之一）出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。</p><p>　　與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil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）將這些部分組合在一起。</p><p>　　Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和

45、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)。</p><p>　　6.1程序設(shè)計(jì)總方案</p><p>　　根據(jù)模塊的劃分原則，將該程序劃分初始化模塊，A/D轉(zhuǎn)換子程序和顯示子程序，這三個(gè)程序模塊構(gòu)成了整

46、個(gè)系統(tǒng)軟件的主程序，如圖所示。</p><p><b>　　A/D轉(zhuǎn)換子程序</b></p><p><b>　　N </b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　調(diào)用顯示子程序</b></p><p&g

47、t;<b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　在這次的課程設(shè)計(jì)過程中，我遇到了很多困難，但在指導(dǎo)老師的認(rèn)真講解以及同學(xué)們的熱心幫助讓我收獲了很多，最終把問題一一解決，在這個(gè)過程中我不僅學(xué)會(huì)了兩款新的軟件ALTIUM D

48、ESIGNER和KEIL C51，也了解了單片機(jī)的一些工作原理及常見的用途，并且對(duì)所學(xué)的知識(shí)有了更深刻的認(rèn)識(shí)。在此對(duì)所有幫助過我的老師和同學(xué)表示真摯的感謝。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)是以基于單片機(jī)的光控路燈控制器為研究對(duì)象，通過對(duì)控制系統(tǒng)所要完成的功能進(jìn)行分析，從而確定所要用到的元器件，然后根據(jù)其工作原理將各個(gè)功能部分進(jìn)行組合連接，完成其硬件圖。然后利用C51編程軟件根據(jù)系統(tǒng)的功能要求進(jìn)行編程，導(dǎo)入單片機(jī)

49、中，最后進(jìn)行調(diào)試及仿真。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　《單片原理及應(yīng)用》 張毅剛 彭喜元 彭宇 編著，高等教育出版社</p><p>　　《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》 余錫存 主編 西安電子科技大學(xué)出版社</p><p>　　《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用》 戴梅萼 編著 清華大學(xué)出版社<