atc12c5a60s2单片机光敏电阻阻值测量仪讲解

1、 摘 要在电子电路设计过程中，在使用光敏电阻时，常需要知道光敏电阻的亮电阻和暗电阻的阻值范围。因此，本文设计了一个简易的具有数字显示功能的光敏电阻的阻值测量装置。该光敏电阻的阻值测量装置主要由STC12C5A60S2单片机和LCD1602显示屏组成。系统主要由测量电路、单片机接口电路和LCD1602显示屏电路组成。在本系统中，光敏电阻的阻值随光强的变化而变化。首先，将被测光敏电阻的电压传送到单片机，然后通过单片机处理后，最后在液晶显示屏上显示被测光敏电阻的阻值。总之，通过对电路的设计和实际调试，最终实现了基于单片机的光敏电阻的阻值测量功能，可以确定光敏电阻的亮电阻和暗电阻的范围。关键词：单片机

2、；光敏电阻；LCD1602ABSTRACTIn the process of electronic circuit design, when we use the photosensitive resistance, we often need to know the photosensitive resistances resistance value range of the light resistance and dark resistance. Therefore, this article designed a simple digital display function of

3、photosensitive resistances resistance measurement device.The photosensitive resistance of the resistance measurement device is mainly composed of STC12C5A60S2 microcontroller and LCD1602 display. The system is mainly composed of measuring circuit, single chip microcomputer interface circuit and the

4、LCD1602 display circuit. In this system, the photosensitive resistances value is changed along with the change of light intensity. Firstly, the voltage of photosensitive resistance measured is send to the microcontroller, and then through single chip microcomputer to process it, finally the photosen

5、sitive resistances resistance value can be displayed on the LCD screen.In a word, through the circuit design and the actual debugging, finally achieved the measurement function of photosensitive resistance resistance based on the single chip microcomputer, both of photosensitive resistances light re

6、sistance and dark resistance can be determined.Key words: SCM; Photosensitive Resistance; LCD1602 目 录引言11 系统方案的选择与论证21.1设计方案一21.2设计方案二21.3方案综合比较和选择22 系统框图组成22.1系统框图的设计23 系统硬件设计23.1光敏电阻简介 33.2光敏电阻两端电压测量的设计33.3单片机的选择3 3.4时钟电路的设计53.5复位电路的设计53.6显示电路的设计54 系统调试方法和步骤64.1软件流程图64.2软件简介及程序调试74.3数据测量及处理8结论9谢辞1

7、0参考文献11附录12 第18页引言(1) 课题的意义本系统是一个基于单片机的数字式光敏电阻阻值测量仪，通过数码管显示其阻值。以STC12C5A60S2单片机为核心，自带A/D采集数据功能，辅以LCD1602，实现功能。本设计利用了光敏电阻的特性以及单片机的强大的运算控制功能，实现了光敏电阻阻值的测量，并在液晶显示屏上显示。本系统充分利用了现有资源，结构合理，性能稳定，成本低，满足题目要求。本课程设计加强了我对单片机的学习和认识，正确运用所学单片机的理论知识，将理论与实际相结合，单片机在我们的生活中得到越来越广泛的应用，单片机注定影响一个时代，只要存在计算机的地方就会有他的存在，学好单片机对今

8、后的学习与工作有很多益处。(2) 课题的要求结合单片机最小电路和光敏电阻测量电路共同设计一个基于单片机的数字式光敏电阻阻值测量系统，用LCD1602液晶显示屏显示光敏电阻阻值。设计任务与要求：l 理解光敏电阻的工作原理；l 理解数模转换器的原理以及与MCU的接口方法；l 理解显示器与MCU的接口方法；l 编程实现当光强改变时，光敏电阻阻值的测量及显示;(3) 课题的方法利用光敏电阻的光照特性完成光敏电阻阻值的测量。具体方法是将光敏电阻串接一固定电阻接入5V的参考电压，利用光敏电阻值随光照强度变化的特性，使得电路的输出电压而变化。根据这一特性，结合光照强度和输出模拟电压之间的关系，对电压值进行采

9、集得到某一光强度下对应的模拟电压，将模拟电压通过STC12C5A60S2单片机模数转换功能转换为数字电压，通过C语言编程，将其集于单片机中，进行处理以后通过LCD1602显示屏显示阻值大小。光敏电阻阻值测量仪主体是光敏电阻，光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。光敏电阻的特性是光照变化时其电

10、阻值随着变化，而电阻值的变化可以反映在电阻两端的电压值的变化情况上，这样可以设计一个简单的电路，该电路由光敏电阻分压并可以将光敏电阻两端的电压信号作为输入信号输入单片机，然后进行模数转换，将输入单片机的电压模拟信号转换成数字信号，再由单片机处理转换出来的数字信号。然后由液晶显示屏显示出不同光照强度下光敏电阻的阻值。1 系统方案的选择与论证光敏电电阻值测试仪的设计可用多种方案完成，在设计前对以下方案进行了比较：1.1 设计方案一利用直流电桥法测电阻是最普遍的方法，根据平衡条件及一些已知的电路参数就可以求出被测参数，用这种方法测量，参数的值要通过联立方程求解，调节电阻档位一般只能手动，电桥平衡的判

11、别亦难以用简单的电路实现。这样，电桥法不易实现大量程光敏电电阻值的测试。1.2 设计方案二采用分压电路，利用光敏电阻值随光照强度变化特性，检测电路的输出电压。1.3 方案综合比较和选择通过以上两种方案的设计，方案一采用直流电桥法，电桥平衡难以调节，又测量范围有限，所以本设计中不采用。方案二采用光敏电阻随光照强度变化的特性，进行模拟电压采样，通过STC12C5A60S2单片机处理，因其自带10位A/D进而无需外加A/D转换模块，节省了成本，也达到了光敏电阻阻值的测量要求，再用LCD简单可行，成本造价低，故在实验中采用本方案。2 系统框图组成2.1 系统框图的设计系统具体框图如下图2.1所示，采用

12、分压电路，利用光敏电阻值随光照强度变化的特性，使得电路的输出电压而变化。将光敏电阻两端电压输送给STC12C5A60S2单片机，处理以后通过LCD1602显示屏显示阻值大小。光敏电阻接受光照输出电压变化采集电阻两端电压单片机模块进行模数转换LCD液晶显示图2.1 系统框图3 系统硬件设计3.1 光敏电阻简介(1) 暗电流、暗电阻：光敏电阻在室温条件下，全暗（无光照射）后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时在给定电压下流过的电流。 (2)亮电流、亮电阻：光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻。此时流过的电流。 光敏电阻的暗电阻越大，而亮电阻越小则性能越好。也就是说，暗电流越小，光

13、电流越大，这样的光敏电阻的灵敏度越高。实用的光敏电阻的暗电阻往往超过1M,甚至高达10M，而亮电阻则在几K以下，暗电阻与亮电阻之比在102106之间，可见光敏电阻的灵敏度很高。 3.2 光敏电阻两端电压测量的设计如图3.1所示为被测电阻电压测量。电压经过已知参考电阻R1和被测电阻Rx接到地。通过OUT输出被测电阻Rx上的电压。送到STC12C5A60S2的P1.0口。图3.1 被测电阻电压测量图电阻计算公式：Rx=R1*VRx（VccVRx） (3.1) 3.3 单片机的选择 (1) 选择自带A/D转换功能的STC12C5A60S2单片机，引脚图见图3.2。因其自带10位A/D进而无需外加A/

14、D转换模块，节省了成本，也达到了光敏电阻阻值的测量要求。STC12C5A60S2单片机功能非常多，本设计主要用到其A/D转换功能，和控制LCD显示功能。图 3.2 STC12C5A60S2单片机引脚图(2) STC12C5A60S2是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。(3) A/D转换器的结构STC12C5A60AD/S2系列带A/D转换的单片机的A/D转换口在P1口，有8路10位高速A

15、/D转换器，速度可达到250KHz（25万次/秒）。8路电压输入型A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后P1口为弱上拉型IO口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不须作为A/D使用的口可继续作为IO口使用。单片机ADC由多路开关、比较器、逐次比较寄存器、10位DAC、转换结果寄存器以及ADC_CONTER构成。该单片机的ADC是逐次比较型ADC。主次比较型ADC由一个比较器和D/A转换器构成，通过逐次比较逻辑，从最高位（MSB）开始，顺序地对每一输入电压与内置D/A转换器输出进行比较，经过多次比较，使转换所得的数字量逐次逼近输入模拟量对应值。

16、逐次比较型A/D转换器具有速度高，功耗低等优点。需作为AD使用的口先将P1ASF特殊功能寄存器中的相应位置为1，将相应的口设置为模拟功能。3.4 时钟电路的设计一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，一个机器周期为1us，电容用30pF。如图3.3所示为时钟电路。图3.3 时钟电路图3.5 复位电路的设计复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12MH

17、z时，则复位信号持续时间应不小于2us。本设计采用的是外部手动按键复位电路。如图3.4所示为复位电路。图3.4 复位电路图3.6 显示电路的设计LCD1602原理图如图3.5所示。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；图3.5 1602LCD原理图1602LCD采用标准的16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3-1所示:表3-1 1602LCD引脚4 系统调试方法和步骤4.1 软件流程图软件流程图如下图：Rx

18、=R1*VRx（VccVRx）A/D模数转换函数开始单片机、液晶初始化 电阻值显示图4.1 软件流程图4.2 软件简介及程序调试(1) Keil软件简介Keil 是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境将这些部分组合在一起。Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。C语言丰富而

19、实用的语句决定了C语言程序灵活性以及强大的代码组织能力，利用C语言，我们可以很方便地编写出庞大的工程，可以很轻松地实现多人协作编程。(2) Keil工程的建立及编译首先启动Keil软件的集成开发环境，可以从桌面上直接双击uVision的图标以启动该软件。UVison启动后，程序窗口的左边有一个工程管理窗口，该窗口有3个标签，分别是Files、Regs、和Books，这三个标签页分别显示当前项目的文件结构、CPU的寄存器及部份特殊功能寄存器的值（调试时才出现）和所选CPU的附加说明文件。在设置好工程后，即可进行编译、连接。选择菜单Project-Build target，对当前工程进行连接，如果

20、当前文件已修改，软件会先对该文件进行编译，然后再连接以产生目标代码；如果选择Rebuild All target files将会对当前工程中的所有文件重新进行编译然后再连接，确保最终生产的目标代码是最新的，而 Translate .项则仅对该文件进行编译，不进行连接。以上操作也可以通过工具栏按钮直接进行。图5.5是有关编译、设置的工具栏按钮，从左到右分别是：编译、编译连接、全部重建、停止编译和对工程进行设置。编译过程中的信息将出现在输出窗口中的Build页中，如果源程序中有语法错误，会有错误报告出现，双击该行，可以定位到出错的位置。对源程序反复修改之后，最终会得到如图5.6所示的结果，提示获得

21、了名为exam1.hex的文件，该文件即可被编程器读入并写到芯片中，同时还产生了一些其它相关的文件，可被用于Keil的仿真与调试，这时可以进入下一步调试的工作。(3) 程序调试考虑各功能模块，进行模块化程序设计。首先调试初始化主程序，主要包括各功能端口的初始化，输入口和输出口的初始值。读ADC子程序调试，使之能正确读入光敏电阻两端的电压值。然后要对LCD1602显示程序进行调试，使其数值能按要求显示。(4) 调试中出现的故障原因l 故障一：液晶不显示数值，初始化液晶显示程序错误、延时时间不对；l 故障二：显示光敏电阻阻值与光敏电阻用标准仪器测得阻值值相差很大，原因在于参考电阻1K太小，经过多次

22、调试更换了为电阻4.65K的电阻。4.3 数据测量及处理电路板调试完毕后，测量了一个未知光敏电阻在不同光照下的阻值和其两端电压值，数据如下表4-1所示表4-1不同光照下测量的电阻值和电压值Rx的阻值()Rx两端电压（V）3780.385760.548040.7410730.9414151.1720471.5331942.0346502.4980473.1796603.36155263.90605774.649058244.761276164.821717054.8747569505.00通过测得的数据可知，此光敏电阻值在400到5M之间，基本符合此光敏电阻给定的数据亮电阻小于50K，暗电阻大于

23、0.2M。测得的电阻、电压也近似满足理论公式(3.1)。5 结论硬件系统关系到所要设计的电子产品好坏，如系统抗干扰性等，所以要合理的安排尽量减少干扰提高性能。单片机是很容易受干扰的控制器，当采用外部晶振时，应尽量让其靠近单片机减少对其干扰，防止程序乱飞现象。同时还可以采用隔离等方式减少干扰，硬件系统设计的好坏很大部分来源于经验，所以要养成动手的好习惯。软件设计是核心部分，具有多样化，灵活性高，易移植等优点，要深深理会各指令的含义才能更加熟练应用。软件的设计大部分采用模块化设计的方法以方便调试，并使其可读性大大增强，方便更改和移植。光敏电阻作为光照传感器，在精度要求不是很高的场合下，可以用于光照

24、检测电路的设计，并实现对光照的检测、控制和调节。本设计最终实现所采用的方案易于测量光敏电阻的阻值，确定其亮电阻和暗电阻范围，完成了设计要求。但是有误差，精度不高，并且系统的可靠性还有待进一步提高。谢 辞三周紧张而充实的课程设计即将结束，在这里，我要特别感谢我的指导老师。首先，我非常感谢我的指导老师王老师。本课程设计的大量设计工作都是在王老师的精心指导下完成的，在我整个的课程设计过程中，包括这篇设计论文的完成，都受到了王老师大量的帮助。在王老师严格要求和悉心的指导下，使我顺利完成了本课程设计。值此课程设计完成之际，谨向王老师致以最崇高的谢意!感谢她的帮助。同时还要感谢其他同学对我的帮助，没有你们的大力支持，这次课程设计也不可能这样顺利的完成。参考文献1 张毅刚.谭晓军.MCS51单片机应用设计M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20062 李群芳.黄健.单片微型计算机