课程设计任务说明书之多功能路灯控制器设计.docx

中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 学 号： 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息工程 题 目： 多功能路灯控制器设计 指导教师： 职称: 副教授 2013年 1月18日 中北大学课程设计任务书 2012/2013 学年第 一 学期学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息工程专业 学 生 姓 名： 学 号： 课程设计题目： 多功能路灯控制器设计 起 迄 日 期： 1月7日1月 18日 课程设计地点： 信息工程系实验室 指 导 教 师： 系 主 任： 下达任务书日期: 2013 年 1 月 6 日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：本课程设计主要针对电子信息工程专业课程体系设置的要求，安排的一种综合性的课程设计。一方面为了培养学生在查阅资料、复习、学习知识的基础上，进行包括光、机、电系统的设计、计算、仿真、编程、调试等多个环节的综合能力培养；另一方面，也是对学生进行毕业设计前的一次大型练兵，进一步培养学生独立地分析、解决实际问题的实际能力。另外还培养学生用专业的、简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：（1）分析路灯的工作原理和特点；（2）设计控制电路总体方案；（3）电路的设计、仿真与调试；（4）用汇编、C或其他语言实现路灯控制系统的编程、仿真与调试；（5）分析、总结；3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：（1）提供核心器件的工作原理与应用介绍；（2）提供电路原理图及参数计算；（3）提供用软件对电路的仿真、编程与分析；（4）提供符合规定要求的课程设计说明书；（5）提供参考文献不少于15篇，且必须是相关的参考文献； 课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1谢自美. 电子线路设计-实验-测试M .武汉:华中科技大学出版社, 2000；2童诗白 华成英模拟电子技术基础M高等教育出版社，2006年5月第四版；3阎石数字电子技术基础M. 高等教育出版社,2006年5月第五版；3毕满清.电子技术实验与课程设计.北京：机械工业出版社，2006；3陈汝全.电子技术常用器件应用手册.北京：机械工业出版社，2003；3王远.模拟电子技术.北京：机械工业出版社，2001；4黄彤通用控制器的应用J无线电，2010年2月，2期； 5郭天祥新概念51单片机C语言教程M 电子工业出版社2009年9月； 6梁延贵现代集成电路实用手册M科学技术文献出版社2002年； 7范红刚 魏学海 任思璟51单片机自学笔记M北京航空航天大学出版社2010年1月；8张俊谟单片机中级教程-原理与应用.北京：北京航空航天大学出版社，2002；5设计成果形式及要求：（1）电路原理图、仿真结果、程序；（2）课程设计说明书；6工作计划及进度： 2013年 1月7日1月8日：分析课程设计任务书，查找资料，初步确定方案；1月9 日1月10日：论证、确定方案； 1月11日1月14日：电路设计、计算、仿真，并完善设计与方案； 1月15日1月16日：整理资料，书写课程设计说明书；1月17日1月18日：答辩，完善课程设计说明书。系主任审查意见： 签字： 年 月 日目 录1 引言12 设计思路12.1 系统功能设计说明12.2 系统软件总体设计12.2.1 获取处理数据22.2.2 处理获取数据23 系统软件设计23.1 软件设计的总体流程图33.2 各功能模块的软件设计33.2.1 时钟控制模块软件设计33.2.2 红外控制模块软件设计53.2.3 声音控制模块软件设计73.2.4 光控制模块软件设计84 系统硬件设计104.1 STC89C52RC单片机最小系统模块设计104.1.1 STC89C52RC单片机的特性104.1.2 STC89C52RC单片机最小系统电路设计124.2 时钟控制电路模块设计144.2.1 DS1302芯片的特性144.2.2 时钟电路模块设计164.3 光控电路模块设计164.3.1 ADC0832芯片的特性164.3.2 光控电路模块设计194.4 声控电路模块设计194.5 红外电路模块设计194.6 键盘接口电路设计204.7 LCD液晶显示电路设计204.7.1 LCD1602概述204.7.2 LCD1602与单片机的接口电路224.8 电源电路设计235 功能仿真235.1 时钟控制功能的仿真235.2 光控制功能的仿真245.3 系统总电路仿真图256 结论26参考文献271 引言 随着我国经济的快速发展，电力消费也随之快速地增长。特别是在城市市政建设上，传统的路灯控制与维护手段已经远远不能适应城市现代化发展的速度。城市市政建设日新月异，宽阔的街道，各种各样的路灯给城市带来了光明的同时也增添了城市的夜间魅力。但是由于道路、路灯众多，传统的人工管理模式已经和快速发展的现代化城市建设不相适应。如何节能降耗己成为近年来研究的热点课题。设计出一种多功能路灯控制器能从根本上解决我国在城市照明上所存在的巨大的能源消耗问题。2 设计思路将系统分为四个模块，分别为：时钟控制模块、声音控制模块、光控制模块、红外控制模块，只要选择其中任一个模块都可以控制路灯的开关。2.1 系统功能设计说明 (1)时钟控制模块时钟控制模块，选择时钟控制模式后，便可设置路灯的开启和关闭时间，通过设置好的开启和关闭时间来控制路灯的开关。(2) 光强控制模块光控模块通过光敏电阻、光线传感器等实时的采集光线强度，并将采集到的模拟量送至ADC0832模数转换芯片，在将转换的数据送至STC89C52RC单片机进行处理，当光强值超出预设值时，路灯处于熄灭状态，反之路灯将一直被点亮。(3) 声音控制模块声音控制模块通过话筒实时的采集声音信号，并将采集的信号送给单片机进行处理，当有声音信号时，声音控制模块会输送一个低电平给单片机（同时声音控制模块中的LED灯会点亮），这时路灯会自动开启；反之，当声音信号不强或没有声音信号时，路灯一直处于熄灭状态。(4) 红外控制模块红外控制模块通过红外探头，实时的探测周围的变化，当有人进入探测范围时，探头输出探测电压，经过放大后使信号的输出电压高于参考电压，并将此电压信号经反相器反向后送至单片机，经单片机处理后，路灯会自动开启，反之路灯将一直处于熄灭状态。2.2 系统软件总体设计本系统是在Keil软件平台上，利用C51开发语言进行开发的。系统主要分为四个模块：光控模块，声控模块，时控制模块和红外控制模块。开机进入系统后，首先进行模式选择，选择后系统进入相应的控制模块如图2.1所示。图2.1 功能模块图2.2.1 获取处理数据这部分主要实现的是外部模块向单片机反馈数据信号。（1）声控模块：一旦采集到声音信息将反馈给单片机一个低电平信号，单片机获取到此信号就会做出相应的信号处理。（2）光控模块：实时的进行光强采集，并将采集到的模拟数据送AD模数转换芯片进行转换，将转换后的数据反馈给单片机，单片机获取到数据就会做出相应的处理。（3）时钟控制模块：时钟芯片实时的反馈给单片机年、月、日、星期、时、分、秒等信息。（4）红外控制模块：红外探头实时的探测周围的情况，当探测到有人时，反馈一个高电平信号经反相器取反后将低电平信号送至单片机。2.2.2 处理获取数据处理获取数据主要是处理各功能模块反馈给单片机的数据，通过收集的不同的数据，单片机做出相应的操作。（1）声控模块：单片机获取到低电平信号，便打开路灯延时一段时间后路灯熄灭，如果一直获取到低电平信号路灯将一直打开。（2）光强控制模块：单片机获取到光强数据，如果该数据大于设定值，路灯处于熄灭状态，反之路灯点亮，一旦光由弱变强并超出设定值，路灯将会延时一段时间后熄灭。（3）时钟控制模块：单片机获取到时钟数据，如果时钟数据等于设定开灯时间时，路灯点亮，直到时钟数据等于设定关灯时间时，路灯才会熄灭。（4）红外控制模块：单片机获取到低电平信号，便将路灯点亮延时一段时间后路灯熄灭，如果一直有低电平信号，路灯将一直点亮；一旦获取到高电平信号，路灯将延时一段时间后熄灭。3 系统软件设计 3.1 软件设计的总体流程图系统首先初始化单片机，继而初始化DS1302和LCD1602，之后进入主循环，循环中不断检测四个模式的状态，一旦其中某个模式被选中，便进入相应的模式进行路灯控制。如图3.1所示。图3.1程序流程图3.2 各功能模块的软件设计 多功能路灯自动控制系统包含四种控制模式，分别为：时钟控制模式，红外控制模式，声音控制模式和光控制模式。对于本系统四种模式的软件实现，将在以下四小节中详细介绍。3.2.1 时钟控制模块软件设计 系统进入时钟控制模式，首先开启外部中断，并进入主循环，当时钟时间等于开灯时间路灯点亮，路灯被点亮后进入次循环，当时钟时间等于关灯时间路灯熄灭，并跳出次循环。如图3.2所示。图3.2 时钟控制程序流程图时钟控制代码实现如下：void ClockC_k3(void) int mmc=0; EA=1; /开总中断 EX0=1; /允许外部中断0 中断 IT0=0; /INT0 为边沿触发方式 while(1) Display_Menu();/显示时钟时间if(Year3=DD1_DIsplay(DS1302_YEAR_READ)&YEar4=DD2_DIsplay(DS1302_YEAR_READ)&Month1=DD1_DIsplay(DS1302_MONTH_READ)&Month2=DD2_DIsplay(DS1302_MONTH_READ)&Day1=DD1_DIsplay(DS1302_DAY_READ)&Day2=DD2_DIsplay(DS1302_DAY_READ)&Hour1=DD1_DIsplay(DS1302_HOUR_READ)&Hour2=DD2_DIsplay(DS1302_HOUR_READ)&MinutE1=DD1_DIsplay(DS1302_MINUTE_READ)&MinutE2=DD2_DIsplay(DS1302_MINUTE_READ) /开灯时间 /如果时钟时间等于开灯时间路灯点亮while(1) Light=0;/路灯点亮 if(YEar13=DD1_DIsplay(DS1302_YEAR_READ)&YEar14=DD2_DIsplay(DS1302_YEAR_READ)&Month11=DD1_DIsplay(DS1302_MONTH_READ)&Month12=DD2_DIsplay(DS1302_MONTH_READ)&Day11=DD1_DIsplay(DS1302_DAY_READ)&Day12=DD2_DIsplay(DS1302_DAY_READ)&Hour11=DD1_DIsplay(DS1302_HOUR_READ)&Hour12=DD2_DIsplay(DS1302_HOUR_READ)&MinutE11=DD1_DIsplay(DS1302_MINUTE_READ)&MinutE12=DD2_DIsplay(DS1302_MINUTE_READ) /如果时钟时间等于关灯时间路灯熄灭 Light=1; /路灯熄灭break; if(CZ=0)/控制模式重置break; 3.2.2 红外控制模块软件设计 系统进入红外控制模式，首先显示时钟时间，然后红外探头实时的检测探测范围内的情况，如果探测到有人，路灯点亮并延时一段时间后熄灭，如果一直都能探测到有人，路灯将一直被点亮，当在探测范围内探测不到有人时路灯将延时点亮一段时间后熄灭如图3.3所示。图 3.3红外控制程序流程图红外控制代码实现如下：void InfraredC_k4(void)int su=10,xx=0;while(1) Display_Menu();/显示时钟时间if(VV=0) /当有人出现在探测范围内，VV为低电平，反之为高电平。 while(su=0)/起延时作用Display_Menu();/显示时钟时间Light=0;/路灯点亮su=su-1;if(CZ=0)/当CZ为低电平时，进行控制模式重选xx=1; break;su=10;/重置变量 else Light=1;/路灯熄灭 if(CZ=0|xx=1) /当CZ为低电平时，进行控制模式重选break;3.2.3 声音控制模块软件设计 系统进入声音控制模式，首先显示时钟时间，然后话筒实时的采集声音信号，当采集到声音信号时，路灯点亮并延时点亮一段时间后熄灭，如果一直都能采集到声音信号，路灯将一直点亮，直到采集不到声音信号路灯继续点亮一会后熄灭如图3.4所示。图3.4 声音控制程序流程图声音控制代码实现如下：void Voice_k1()int su1=10; while(1)/进入声控模式 Display_Menu();/显示时钟时间 if(Voice=0)/当话筒采集到声音信号时，Voice为低电平 while(su1=0)/循环起延时作用Display_Menu();/显示时钟时间Light=0;/路灯点亮su1=su1-1;su1=10;/变量重置 else Light=1;/路灯熄灭 if(CZ=0)/控制模式重置 break;3.2.4 光控制模块软件设计 系统进入光控制模式，首先显示时钟时间，然后获取光强值，当采集到的光强值大于设定值时，路灯熄灭；当光强值小于设定值时路灯点亮如图3.5所示。图3.5 光控程序流程图光控制模块代码实现如下：void LightC_k2() unsigned int Data_xc=0,shuju,sm,ccz=0;int su2=10;while(1) Display_Menu();/显示时钟时间Data_xc=ADC0832();/获取采集到的模拟量数值sm= Data_xc /100; if(sm=0.6&sm=0)/循环起延时作用Display_Menu();/显示时钟时间 Light=0; /路灯点亮su2=su2-1;if(CZ=0)/控制模式重选ccz=1;退出标志，即当路灯点亮时也可以中断进行控制模式重选Light=1; /路灯熄灭break; su2=10; else Light=1; /路灯熄灭 if(CZ=0|ccz=1)/控制模式重置 ccz=0;break; 4 系统硬件设计 4.1 STC89C52RC单片机最小系统模块设计4.1.1 STC89C52RC单片机的特性STC89C52RC单片机的内部结构如图4.1所示：图4.1 STC89C52RC单片机的内部结构单片机性能参数：（1）与MCS-51产品指令系统完全兼容（2）8KB可反复擦写Flash闪速存储器（3）1000次擦写周期（4）时钟频率范围：0Hz24MHz（5）3级加密程序存储器（6）1288B内部RAM（7）32个可编程I/O接口线（8）2个16位定时/计数器（9）6个中断源（10）可编程串行UART通道（11）低功耗空闲和掉电模式功能特性概述：STC89C52RC提供以下标准功能：8KB的Flash闪速存储器，256B内部RAM,32个I/O接口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，STC89C52RC可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。STC89C52RC单片机引脚分配图如图4.2所示：图4.2 STC89C52RC单片机引脚图STC89C52RC单片机引脚功能：（1）P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。（2）P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 （3）P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。（4）P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流这是由于上拉的缘故。P3口也可作为STC89C52RC的一些特殊功能口，如表4.1所示：表4.1 P3口第二功能引脚功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（计时器0外部输入）P3.5T1（计时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。（5）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。（6）ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。（7）/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。（8）/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。（9）XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。（10）XTAL2：来自反向振荡器的输出4-6。4.1.2 STC89C52RC单片机最小系统电路设计 STC单片机最小系统主要以STC单片机作为核心，再附带一些是单片机能够运行的最小资源，主要包括时钟电路、复位电路以及串口电路等部分，其结构如图4.3所示。图4.3 单片机最小系统结构框图（1）时钟电路在单片机系统中，一般在单片机的引脚XTAL1和XTAL2之间接一个晶振和两个电容（典型值取30pF），这样就构成了内部振荡方式，由于在单片机内部有一个高增益反向放大器，外接一个晶振后，构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。其电路如图4.4所示。图4.4 时钟电路（2）复位电路在单片机系统中，一般需要一个硬件复位电路，用于用户的手动复位，而51系列单片机是高电平复位有效。最简单的复位电路由一个电阻（10k）、一个电容（10uF）和一个按键组成，其原理图如图3.5所示。接通电源后，自动实现复位操作。在电源接通调件下，通过按键操作使单片机实现复位。上电自动复位是通过外部复位电容充电来实现的，手动复位是通过单片机复位引脚经电阻和电源接通而实现的。图4.5 复位电路（3）串口电路单片机串口电路如图4.6所示，用于程序的下载。它是实现51单片机与PC的串行通信接口亦称RS232接口。接口转换芯片采用MAX232CPE。图4.6单片机串口电路4.2 时钟控制电路模块设计 4.2.1 DS1302芯片的特性 DS1302是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达2.55.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302的外部引脚功能表及内部结构图如下：表4.2 DS1302引脚功能表引脚号引脚名称功能1Vcc2主电源2,3X1,X2振荡源，外接12MHZ晶振4GND地线5/R/S/T复位/片选线6I/O串行数据输入输出端7SCLK串行数据输入端8Vcc1后备电源图4.7 DS1302的内部结构DS1302的寄存器： DS1302共有12个寄存器，其中有7个寄存器（读时81h8Dh，写时80h8Ch）与日历、时钟相关，存放的数据格式为BCD码形式，如图4.8所示。图4.8 DS1302有关日历、时间的寄存器此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。DS1302与RAM相关的寄存器分为两类，一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；再一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM31个字节，命令控制字为FEH（写）、FFH（读）。DS1302控制字说明：DS1302的控制字如图4.9所示。图4.9 控制字（即地址及命令字节）控制字的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中；位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1（A4A0）指示操作单元的地址；最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字总是从最低位开始输出。数据的输入输出：在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从最低位（0位）开始。同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。数据读写时序如图4.10所示。图4.10 数据读写时序4.2.2 时钟电路模块设计 在时钟控制模块中，一般需要一个时钟控制电路，用以提供时间信息（如：年、月、日、星期、时、分、秒）。时钟控制电路主要由时钟芯片和一些外围电路构成，这次设计我选用的是DS1302时钟芯片，通过对DS1302的6号引脚（I/O）、5号引脚（/R/S/T）和7号引脚（SCLK）的控制来实现对日期信息的读取以及设定。时钟控制电路中我选用和单片机相同的晶振（12MHZ）使产生的脉冲相同。图4.11时钟控制电路4.3 光控电路模块设计4.3.1 ADC0832芯片的特性ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种 8 位分辨率、双通道 A/D 转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎。ADC0832 具有以下特点：（1）8 位分辨率；（2）双通道 A/D 转换；（3）输入输出电平与 TTL/CMOS 相兼容；（4）5V 电源供电时输入电压在 05V 之间；（5）工作频率为 250KHZ，转换时间为 32S；（6）一般功耗仅为 15mW；（7）8P、14PDIP（双列直插）、PICC 多种封装；（8）商用级芯片温宽为0C to +70C，工业级芯片温宽为40C to +85C；ADC0832芯片封装如图4.12所示：图4.12 ADC0832封装芯片接口说明：（1）CS_ 片选使能，低电平芯片使能；（2）CH0 模拟输入通道 0，或作为 IN+/-使用；（3）CH1 模拟输入通道 1，或作为 IN+/-使用；（4）GND 芯片参考 0 电位（地）；（5）DI 数据信号输入，选择通道控制；（6）DO 数据信号输出，转换数据输出；（7）CLK 芯片时钟输入；（8）VCC/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。ADC0832 为 8 位分辨率 A/D 转换芯片，其最高分辨可达 256 级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在 05V 之间。芯片转换时间仅为 32s，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过 DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。单片机对 ADC0832 的控制原理：正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4 条数据线，分别是 CS、CLK、DO、DI。但由于 DO 端与 DI 端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将 DO 和 DI 并联在一根数据线上使用。当 ADC0832 未工作时其 CS端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行 A/D 转换时，须先将 CS端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端 CLK 输入时钟脉冲，DO/DI 端则使用 DI 端输入通道功能选择的数据信号。在第 1 个时钟脉冲的下沉之前 DI 端必须是高电平，表示启始信号。在第 2、3 个脉冲下沉之前 DI 端应输入 2 位数据用于选择通道功能，其功能项见表 4.3。表4.3 通道功能MUX AddressChannel#SGL/D/I/FODD/SIGN0110+11+00+-01-+如表4.3所示，当此 2 位数据为“1”、“0”时，只对 CH0 进行单通道转换。当 2 位数据为“1”、“1”时，只对 CH1 进行单通道转换。当 2 位数据为“0”、“0”时，将 CH0 作为正输入端 IN+，CH1 作为负输入端 IN-进行输入。当 2 位数据为“0”、“1”时，将 CH0 作为负输入端 IN-，CH1 作为正输入端 IN+进行输入。到第 3 个脉冲的下沉之后 DI 端的输入电平就失去输入作用，此后 DO/DI端则开始利用数据输出 DO 进行转换数据的读取。从第 4 个脉冲下沉开始由 DO端输出转换数据最高位 DATA7，随后每一个脉冲下沉 DO 端输出下一位数据。直到第 11 个脉冲时发出最低位数据 DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第 11 个字节的下沉输出 DATA0。随后输出 8 位数据，到第 19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次 A/D 转换的结束。最后将 CS 置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理。更详细的时序说明请见图4.13。图4.13 时序作为单通道模拟信号输入时 ADC0832 的输入电压是 05V 且 8 位分辨率时的电压精度为 19.53mV。如果作为由 IN+与 IN-输入的输入时，可将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行 IN+与 IN-的输入时，如果 IN-的电压大于 IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。4.3.2 光控电路模块设计 首先由光敏器件不断的采集光强，然后将采集到的光强送入ADC0832模数转换芯片进行由模拟信号到数字信号的转换，并将转换的数字信号送入STC89C52RC单片机芯片中进行最终的处理。光控电路连接图如图4.14所示。图4.14光控制电路4.4 声控电路模块设计 在声音控制模块中，通过话筒采集声音信号，并通过放大器将信号放大，最终将声音信号送入单片机中进行处理。当有声音信号时，声音控制模块输送给单片机一个低电平信号，同时声音控制模块中的LED灯会点亮；反之，声音控制模块输送给单片机一个高电平信号且模块中的LED灯熄灭。图4.15声音控制电路4.5 红外电路模块设计 任何发热体都会产生红外线，辐射的红外线波长跟物体的温度有关，表面温度越高，辐射能量越强。人体的正常体温为36C37.5C，其辐射的最强的红外线的波长为9.679.64um，中心波长为9.65um。红外控制模块的设计，主要由热释电红外传感器和BISS0001红外信号处理器组成。在红外探头上安装一个透镜，使用透镜的好处有两个：一是聚焦作用，即将探测空间的红外线有效地集中到传感器上。二是扩大传感器的探测半径。当有人进入探测范围时，探头输出探测电压，经过放大后使信号的输出电压高于参考电压，并将此电压信号送至单片机进行处理。图4.16红外控制电路4.6 键盘接口电路设计 键盘电路由轻触开关和上拉电阻组成，复位后按键引脚所对应STC89C52RC单片机引脚为高电平，一旦有按键被按下，相对应的引脚顷刻变为低电平，STC89C52RC单片机接收到低电平信号就会处理相应的按键所对应的事件。键盘电路如图4.17所示。图4.17键盘电路4.7 LCD液晶显示电路设计 4.7.1 LCD1602概述 字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用161，162，202和402行等的模块。LCD1602的基本参数及引脚功能：LCD1602主要技术参数：（1）显示容量:162个字符；（2）芯片工作电压:4.55.5V；（3）工作电流:2.0mA(5.0V)；（4）模块最佳工作电压:5.0V；（5）字符尺寸:2.954.35(WH)mm；LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表4.4所示:表4.4 引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地6E使能端2VDD电源正极（+5V）714D0D7数据3VL液晶显示偏压15A背光源正极4RS寄存器选择（高电平选择数据寄存器，低电平选择指令寄存器）16K背光源负极5R/W读写信号线第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。LCD1602的指令说明及时序：1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表4.5所示：表4.5 控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。LCD1602的RAM地址映射及标准字库表：液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图4.19是1602的内部显示地址。图4.19 1602LCD内部显示地址4.7.2 LCD1602与单片机的接口电路LCD1602液晶显示电路由插槽和与单片机相应引脚的简单连接电路组成，电路中为了防止3号引脚直接接入高电平（对比度最低）和低电平（对比度最高，易产生鬼影），在3号引脚上连接一个1K的电阻分别连接低电平和高电平（如图4.20所示）。15号引脚和16号引脚分别接有高电平和低电平，为的是一旦开启系统1602LCD背光直接打开。其余11个引脚直接连接到STC89C52RC单片机对应的引脚上。图4.20 lcd1602 连接电路4.8 电源电路设计根据需要，液晶显示器、最小系统以及各功能模块均需要+5V稳压电源供电。稳压电源一般由变压器、整流桥、稳压器组成。交流电经变压、整流、滤波后，经稳压器LM7805输出所需电压。+5V稳压电源原理图如图4.21所示。图4.21电源电路5 功能仿真5.1 时钟控制功能的仿真 开启时钟控制模式，设置开灯时间为：2013年1月17日11点02分，关灯时间为：201