基于89C51单片机的光控路灯设计.doc

1、基于单片机的光控路灯设计基于89C51单片机的光控路灯设计作者：沈伟清 葛宜兵指导老师：翁志刚任务：基于单片机条件下，设计一光控路灯模型。要求：1、光照条件充足时，路灯保持熄灭状态，光照不足时，路灯自动开启照明。2、使用器材：光敏电阻、模数转换器、单片机等。3、电路简洁，制作原理图并要求仿真。设计方案：方案一、利用光照强度为传感器，利用其光线较强时，阻值较低，而光线较暗时阻值较大的特点。但未用到单片机来控制电路，所以进行改进，得方案二。方案二、将方案一中继电器改用单片机代替即可。总体设计分为两个模块：主控模块和被控模块。主模块与被控模块之间通过单片机进行连接。故本设计采用方案为方案二。摘要：近

2、年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。路灯控制方式很多，本系统采用MSC-51系列单片机89C51和相关的光电检测设备来设计智能光控路灯控制器，实现了能根据实际光线条件通过89C51芯片的P1口控制路灯开关功能。随着社会文明的不断发展，城市照明不仅局限于街道的照明，而且发展成了城市景观等装饰性照明的综合市政工程，社会对亮灯率、开关灯的准确率、故障检测的实时性和维修的及时性要求不断提高，利用51系列单片机可编程

3、控制八位逻辑I、O端口实现路灯开关控制的智能化，达到节能、自动控制的目的。避免传统电路对能源的浪费，路灯的自动控制更方便管理，本系统实用性强，操作简单。本文首先介绍了单片机及嵌入式系统的基本概念、特点和应用。描述了多功能基于51单片机的光控路灯的设计过程。详细说明了以51单片机为核心的软、硬件的研制过程和方法。利用proteus软件设计了电路原理图。完成光控路灯的设计。一、引言：随着社会经济的发展，城市照明设施的功能从单纯的以照明为主转变为实现美化环境、改善形象、活跃夜市经济的目的。对城市灯饰的管理与控制迫切需要一种科学、合理、高效的方法。因此，提供一种有效而合理的控制与管理的方法，对城市路灯

4、与饰灯的运行状态进行智能监控显得极为重要。针对城市路灯这样“终端多、地域广、户外、分散、信息量不大”等特点，可以选择单片机智能光控的方式来解决。这样，既克服了传统的路灯控制方法、控制方式单一而无法满足实时监控和管理要求的弱点，又能适应现代城市队灯饰控制的要求。目录摘要11、引言.22、单片机概述.33、芯片介绍 .43.1 光敏电阻及放大电路 .43.2 ADC0804芯片简介.83.3 89C51的引脚说明.84、单片机选型.124.1、AT89C51的特点.124.2、单片机附属电路.145、总电路图及工作原理156、源程序16二、单片机概述单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器

5、（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的

6、应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。通常单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种的方向发展，他们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引脚的多功能化，以及低电压低功耗化。三、芯片简介3.1 光敏电阻及放大电路:光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化

7、）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达110M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76）m的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，

8、自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。光敏电阻的主要参数是：（1）光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。（2）暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。（3）灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。（4）光谱响应。光谱响应又称光谱灵敏度

9、，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。（5）光照特性。光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。（6）伏安特性曲线。伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。 （7）温度系数。光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。 （8）额定功

10、率。额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率就降低。工作原理光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体 图1、光敏电阻的实验图上图是由光敏电阻和三极管组成的放大电路，白天光照强度较强，光敏电阻呈低阻状态，三极管基极电位较低，三极管处于截止状态，集电极电压最大；当夜幕降临时，光照强度变弱，光敏电阻阻值逐渐变大，基极电压下降，当上

11、升到一定程度后，三极管导通，三极管发射极从而产生电压，并传送到模数转换器。3.3 ADC0804芯片(模数转换器)简介1.工作原理:所谓A/D转换器就是模拟/数字转换器（ADC），是将输入的模拟信号转换成数字信号。信号输入端可以是传感器或转换器的输出，而ADC的数字信号也可能提供给微处理器，以便广泛地应用。ADC0804为8位CMOS逐次比较型模数转换器。也是初学者最常用的A/D转换器，电源电压为5V，它的转换分辨率为8位256级，即表现为输入电压分辨率为0.02V；也就是说输入电压每增加0.02V，转换输出的数据才加1。2.ADADC0804引脚图如下：图2、ADC0804引脚图3.引脚说明

12、/CS（引脚1）芯片选择信号,低电平有效/RD(引脚2)外部读取转换结果的控制输出信号。/RD为HI时，DB0DB7处理高阻抗：/RD为LO时，数字数据才会输出。/WR（引脚3）用来启动转换的控制输入，相当于ADC的转换开始（/CS=0时），当/WR由HI变为LO时，转换器被清除：当/WR回到HI时，转换正式开始。CS、RD、WR：是数字控制输入端，满足标准TTL 逻辑电平。其中CS和WR用来控制A/D转换的启动信号。CS、RD用来读A/D转换的结果，当它们同时为低电平时，输出数据锁存器DB0DB7 各端上出现8位并行二进制数码。CLKI（引脚4）和CLKR（引脚19）：ADC08010805

13、片内有时钟电路，只要在外部“CLKI”和“CLKR”两端外接一对电阻电容即可产生A/D转换所要求的时钟，其振荡频率为fCLK1/1.1RC。其典型应用参数为：R=10K，C=150PF，fCLK640KHZ，转换速度为100。若采用外部时钟，则外部fCLK 可从CLKI 端送入，此时不接R、C。允许的时钟频率范围为100KHZ1460KHZ。INTR（引脚5）：INTR是转换结束信号输出端，输出跳转为低电平表示本次转换已经完成，可作为微处理器的中断或查询信号。如果将CS和WR端与INTR端相连，则ADC0804就处于自动循环转换状态。CS0时，允许进行A/D转换。WR由低跳高时A/D转换开始，

14、8位逐次比较需8×8=64个时钟周期，再加上控制逻辑操作，一次转换需要6673个时钟周期。在典型应用fCLK640KHZ时，转换时间约为103114。当fCLK超过640KHZ，转换精度下降，超过极限值1460KHZ时便不能正常工作。VIN(+)（引脚6）和VIN(-)（引脚7）：被转换的电压信号从VIN(+)和VIN(-)输入，允许此信号是差动的或不共地的电压信号。如果输入电压VIN的变化范围从0V到Vmax，则芯片的VIN(-)端接地，输入电压加到VIN(+)引脚。由于该芯片允许差动输入，在共模输入电压允许的情况下，输入电压范围可以从非零伏开始，即Vmin至Vmas。此时芯片的V

15、IN(-)端应该接入等于Vmin的恒值电码坟上，而输入电压VIN仍然加到VIN(+)引脚上。AGND（引脚8）和DGND（引脚10）：A/D转换器一般都有这两个引脚。模拟地AGND和数字地DGND分别设置引入端，使数字电路的地电流不影响模拟信号回路，以防止寄生耦合造成的干扰。VREF2（引脚9）：参考电压VREF/2可以由外部电路供给从“VREF/2”端直接送入，VREF/2端电压值应是输入电压范围的二分之一所以输入电压的范围可以通过调整VREF/2引脚处的电压加以改变，转换器的零点无调整。4.ADC0804转换器的工作时序如图3所示。图3、ADC0804转换器的工作时序图5.AD转换器的设计

16、接口电路图:图4、A/D转换器的电路图中，ADC0804数据输出线与AT89C51的数据总线直接相连，AT89C51的RD、WR和INT1直接连到ADC0804，由于用P1.0线来产生片选信号，故无需外加地址译码器。当AT89C51向ADC0804发WR(启动转换)、RD(读取结果)信号时，只要虚拟一个系统不占用的数据存储器地址即可。四.单片选型4.1、AT89C51的特点：AT89C51是带4K字节可编程可擦出的只读存储器的低电压，高性能，CMOS，8位单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造。AT89C51管脚图如图5所示。图5、AT89C51管脚图主要特性：1与MOS-

17、51兼容2 4K字节可编程闪烁存储器3 数据保留时间：10年4全静态工作：0HZ-24HZ5 128*8的RAM6 32可编程I/0口线7 两个16位的定时计数器8 5个中断源9 可编程串行通道10 低功耗的闲置和掉电模式11 片内振荡器和时钟电路4.2、单片机附属电路单片机附属电路主要有晶体振荡电路和复位电路。一晶体振荡电路1.晶体振荡器的作用：石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器，它用来选择频率和稳定频率，是一种可以取代LC谐振回路的谐振元件。单片机是一种时序电路，必须供给脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。2 本设计所用的晶体振荡电路如图6所示。

18、图6、晶体振荡电路此晶振电路所选用的石英晶振频率为12MHZ。二复位电路单片机复位是使CPU和系统的其它功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后CP=0000H，是单片机从第一个单元取指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位，所以我们必须弄清楚 MCS-51型单片机复位的条件，复位电路和复位后的状态。单片机复位的条件是：必须使RST/Vpd或RST引脚上加上持续两个机器周期的高电平。例如，若时钟频率为12MHZ，机器周期为1us，则只需2us以上的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机常用的复位电路如图2.4（a）和图2.4（b）所示。图7（a）复位电路 图7（b）与单片机相连的复位电路图7（a）复位电路，电阻给电容充电，电容的电压缓慢上升直到vcc，没到vcc时芯片复位脚近似低电平，于是芯片复位，接近vcc时芯片复位脚近高电平，于是芯片停止复位，复位完成。其电阻阻值的选择和电容容量的选择都是经过计算的，而最后计算的结果时间常数可以满足我们的需求。其计算过程如下：t=0.7RC=0.7*1000*10*10-6=0.7ms此值远远大于2us,所以此复位电路可用。图7（b）是