光照強度檢測裝置

1、課程設計題 目 光照強度檢測裝置 學生姓名 學號 所在學院 專業(yè)班級 指導教師 _ 完成地點 合作者 2014年 1 月 5 日目錄1.課題的意義、目的41.1課題的意義41.2課程設計目的42.光照檢測裝置硬件電路設計62.1總體方案設計62.2 單片機的選擇62.3單元電路的設計72.3.1光敏電阻電路 72.3.2晶振電路和復位電路 82.3.3數(shù)模轉換電路 82.3.4報警電路 92.3.5顯示電路 93.光照檢測裝置軟件設計103.1軟件主程序13.2 顯示程序113.3 報警程序114.電路仿真調試125.總結與心得13附錄14源程序14摘 要該數(shù)字式光照強度檢測儀以STC89C5

2、2單片機和模數(shù)轉換為技術核心，具體由單片機最小系統(tǒng)、A/D模數(shù)轉換模塊、光照強度檢測模塊、輸出模塊和數(shù)碼管顯示模塊組成。在本系統(tǒng)的設計中,利用光敏電阻阻值隨光強的變化特性來檢測光強,采用單片機控制輸出模塊和數(shù)模轉換芯片依次測量不同的光照強度,并通過編程處理數(shù)據(jù)進行光強的比較,最后通過數(shù)碼管顯示檢測結果，過低或者過高將會使報警電路蜂鳴?？傊?通過對電路的設計和實際裝調,最終基本實現(xiàn)了基于單片機的數(shù)字式光照強度檢測儀的整體功能,可顯示最大光照強度。關鍵字：STC89C52單片機：模數(shù)轉換；光敏電阻；報警1.課題的意義、目的 1.1課題的意義 本系統(tǒng)是一個基于單片機的數(shù)字式光照檢測儀，通過數(shù)碼管顯示

3、光度。以89C52單片機為核心，控制A/D芯片采集數(shù)據(jù)，輔以數(shù)碼管、數(shù)據(jù)選擇器等器件，實現(xiàn)功能。 本系統(tǒng)采用光敏電阻采集光照強度信息。光照強度直接反映在光敏電電阻阻值上，進而反映在光敏電阻兩端的電壓值上。然后通過單片機控制A/D模數(shù)轉換對電壓信號進行采集,經(jīng)換算后通過數(shù)碼管顯示光強強度。本設計適當?shù)乩昧斯饷綦娮璧奶匦砸约皢纹瑱C的強大的運算控制功能，實現(xiàn)了光照強度的檢測，并在數(shù)碼管上顯示。本系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)有資源，結構合理，性能穩(wěn)定，成本低，滿足題目要求。 加強對單片機的學習和認識，正確運用所學單片機的理論知識，將理論與實際相結合，單片機在我們的生活中得到越來越廣泛的應用，單片機注定影響一個時

4、代，只要存在計算機的地方就會有他的存在，學好單片機對今后的學習與工作有很多益處。1.2課程設計目的采用光敏電阻為光傳感器，利用光敏電阻的光照特性完成光強的檢測。設計目的如下：1.對于光照強度的檢測結果能夠處理后在液晶屏上顯示（光照過強、光照強、光照一般、光照弱）；2.當光強太弱或者太強的時候，系統(tǒng)報警。操控簡易實用2.光照檢測裝置硬件電路設計2.1總體方案設計 5 2 單片機光敏電阻晶振電路復位電路數(shù)模轉換器蜂鳴器顯示屏 總體設計方框圖設計原理光敏電阻在不同光照下的不同阻值通過數(shù)模轉換和單片機處理用數(shù)字表示出光照強弱的區(qū)別，當光照過強或者過弱時會觸發(fā)警報?？傮w上來說,本方案電路結構簡單、所用元

5、器件供給充足、成本造價低、性能穩(wěn)定且誤差范圍也在設計選題的要求之內,能在簡單低成本的基礎上很好的完成設計選題的任務,故實驗中采用本方案。2.2 單片機的選擇本次課設選用的是STC89C52單片機，它是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)

6、RAM， 32 位I/O 口線， EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結構），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。STC89C52單片機引腳圖2.3單元電路的設計2.3.1光敏電阻電路光敏電阻又稱光導管,常用的制作材料為硫化鎘,另

7、外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下,其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導電,在外加電場的作用下作漂移運動,電子奔向電源的正極,空穴奔向電源的負極,從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻的工作原理是基于內光電效應。在半導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成光敏電阻,為了增加靈敏度,兩電極常做成梳狀。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,受到適當波長的光線照射時,電流就會隨光強的增加而變大,從而實現(xiàn)光電轉換。光敏電阻的入射光強,電阻減?。蝗肷涔馊?電阻增大。2.3.2晶振電路和復位電路單片機需

8、要一個時間基準來為各種操作提供秩序，此電路叫時鐘電路，采用不同的接線方式可以獲得不同時鐘電路，有內部時鐘電路和外部時鐘電路，外部時鐘電路會使電路復雜，故采用的是內部時鐘電路。時鐘電路在單片機的外部通過兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調電容，構成穩(wěn)定的自激振蕩器。 復位電路和晶振電路2.3.3數(shù)模轉換電路A/D 轉換器就是模擬/數(shù)字轉換器是將輸入的模擬信號轉換成為數(shù)字信號。本實驗中利用模數(shù)轉換將模擬電壓值轉換為離散的數(shù)字量再送入單片機進行數(shù)據(jù)處理。制作中選用芯片PCF8591為8位CMOS逐次比較型模數(shù)轉換器。模數(shù)轉換包括采樣、保持、量化和編碼四個過程。在某些特定的時刻對這種模擬信號進行測量叫做采樣,

9、量化噪聲及接收機噪聲等因素的影響,采樣速率一般取。通常采樣脈沖的寬度是很短的,故采樣輸出是斷續(xù)的窄脈沖。要把一個采樣輸出信號數(shù)字化,需要將采樣輸出所得的瞬時模擬信號保持一段時間,這就是保持過程。 量化是將連續(xù)幅度的抽樣信號轉換成離散時間、離散幅度的數(shù)字信號,量化的主要問題就是量化誤差。假設噪聲信號在量化電平中是均勻分布的, 則量化噪聲均方值與量化間隔和模數(shù)轉換器的輸入阻抗值有關。編碼是將量化后的信號編碼成二進制代碼輸出。這些過程有些是合并進行的,例如,采樣和保持就利用一個電路連續(xù)完成,量化和編碼也是在轉換過程中同時實現(xiàn)的, 且所用時間又是保持時間的一部分。2.3.4報警電路一般所指的蜂鳴器是以

10、壓電陶瓷為主要元件的。壓電陶瓷是一類有將壓力與電流相互轉換能力的特殊陶瓷。這種能力緣于其特殊的晶體結構。當壓電陶瓷在一定方向上受到一個壓力使其晶體結構發(fā)生形變時，它就會在內部產(chǎn)生一個電流，并且電流的變化與壓力的變化密切相關。反之亦然。所以利用這一特性，在壓電陶瓷上通過一定頻率的電流，就會引起壓電陶瓷微小形變，這一形變帶動空氣發(fā)生振動，如果頻率適當，就可以被人耳所聽見，也就是產(chǎn)生了蜂鳴聲。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機的I/O 口是無法直接驅動的，所以要利用放大電路來驅動，一般使用三極管來放大電流就可以了。當光照強度過高或過弱時，蜂鳴器會開始報警。2.3.5顯示電路 顯示電路采用的

11、是1602液晶1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。1602LCD是指顯示的內容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。市面上字符液晶大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶。液晶顯示內容有光照的強度：“Light Text：xxx”；亮度等級：“No Light!

12、”（無光）、“Low Light”（低光照）”、“Middle Light”（中等光照）、“High Light”（高亮度）、“So High! ”（太高）四個等級。由于本系統(tǒng)采用的是8位AD芯片。所以顯示亮度的數(shù)值范圍是0256，即最低亮度檢測顯示為0，最高亮度檢測顯示為256。測試圖如上可以看出當數(shù)字顯示過小時表明光照過低，系統(tǒng)發(fā)出警報。3.光照檢測裝置軟件設計開始3.1軟件主程序裝置開始運行主程序流程圖是否觸發(fā)報警顯示成像數(shù)字單片機處理模數(shù)轉換光敏電阻產(chǎn)生變化進行光照 否報警器報警 是 3.2 顯示程序while (1) LCD_Write_String(0, 0,"Light

13、 Test:");num=255-ReadADC(0);/值取差值，用于顯示光強越小，數(shù)值越小aaa=(num/100);bbb=(num%100)/10;ccc=(num%100)%10;LCD_Write_Char ( 12,0, 0x30+aaa);LCD_Write_Char ( 13,0, 0x30+bbb);LCD_Write_Char ( 14,0, 0x30+ccc);DelayMs(500);if (num<30) LCD_Write_String(1, 1,"No Light! "); warn();else if (num>=30

14、&&num<80)LCD_Write_String(1, 1,"Low Light ");else if (num>=80&&num<130)LCD_Write_String(1, 1,"Middle Light ");else if (num>=130&&num<180)LCD_Write_String(1, 1,"High Light ");elseLCD_Write_String(1, 1,"So High! "); warn();

15、 3.3 報警程序#include<reg52.h>#include"spk.h"void DelayUs2x(unsigned char t);/函數(shù)聲明 void DelayMs(unsigned char t);void warn(void) unsigned int i;/ while(1)/ for(i=0;i<200;i+) DelayUs2x(200); spk=!spk; spk=0;/防止一直給喇叭通電造成損壞 for(i=0;i<200;i+) DelayMs(1); /4.電路仿真調試5.總結與心得本設計主要完成了以下內容：數(shù)字

16、式光照強度檢測系統(tǒng)的工作原理及應用、基本方案的選擇、單片機系統(tǒng)的硬件設計、單片機系統(tǒng)的軟件設計、系統(tǒng)各個模塊的設計以及系統(tǒng)的仿真調試。設計的要求是檢測光照強度，光敏電阻在光照下電阻兩端電壓改變電壓式模擬量需要轉換成數(shù)字量這樣單片機才能采集到信號因而選擇A/D模數(shù)轉換。在設計過程中設計的前一部分也就是系統(tǒng)的硬件設計比較順利，但到了系統(tǒng)仿真調試的時候出現(xiàn)了一定困難，包括軟件繪圖方面以及軟件編程方面。經(jīng)過不懈努力還是完成了老師要求的內容，通過這次課程設計認識到了自己的不足，我會努力完善自己的知識基礎和實踐能力，相信以后會更好。感謝我的隊友王軼超，感謝老師對我們課程設計中的指導，我會更加努力，在專業(yè)上

17、取得更大進步！附錄參考文獻1 閻石.數(shù)字電子技術基礎（第四版）M.高等教育出版社.1998.112 張毅剛等.MCS-51單片機應用設計.哈爾濱工業(yè)電子出版社，19963 何立民.單片機應用技術選編.北京航空航天大學出版社，20004 張友德等.單片微型機原理應用與實驗，復旦大學出版社，1996源程序#include<reg52.h> /包含單片機寄存器的頭文件#include<intrins.h> /包含_nop_()函數(shù)定義的頭文件sbit CS=P34; /將CS位定義為P3.4引腳sbit CLK=P10; /將CLK位定義為P1.0引腳sbit DIO=P11

18、; /將DIO位定義為P1.1引腳unsigned char code digit10="0123456789" /定義字符數(shù)組顯示數(shù)字unsigned char code Str1="Volt= . V" /說明顯示的是電壓unsigned char code Str2="SLG I LOVE YOU" /*以下是對液晶模塊的操作程序*/ sbit RS = P20; /定義端口sbit RW = P21; sbit E= P22; /使能信號位，將E位定義為P2.2引腳sbit BF=P07; /忙碌標志位，將BF位定義為P0.7

19、引腳/* 函數(shù)功能：延時1ms (3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒)，可以認為是1毫秒*/ void delay1ms() unsigned char i,j; for(i=0;i<10;i+) for(j=0;j<33;j+); /* 函數(shù)功能：延時若干毫秒入口參數(shù)：n */ void delaynms(unsigned char n) unsigned char i; for(i=0;i<n;i+) delay1ms(); /* 函數(shù)功能：判斷液晶模塊的忙碌狀態(tài)返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙*

20、/ bit BusyTest(void) bit result; RS=0; /根據(jù)規(guī)定，RS為低電平，RW為高電平時，可以讀狀態(tài)RW=1; E=1; /E=1，才允許讀寫_nop_(); /空操作_nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應時間result=BF; /將忙碌標志電平賦給result E=0; /將E恢復低電平return 0; /* 函數(shù)功能：將模式設置指令或顯示地址寫入液晶模塊入口參數(shù)：dictate*/ void WriteInstruction (unsigned char dictate) while(BusyTest()=1

21、); /如果忙就等待RS=0; /根據(jù)規(guī)定，RS和R/W同時為低電平時，可以寫入指令RW=0; E=0; /E置低電平(根據(jù)表8-6，寫指令時，E為高脈沖，/ 就是讓E從0到1發(fā)生正跳變，所以應先置"0" _nop_(); _nop_(); /空操作兩個機器周期，給硬件反應時間P0=dictate; /將數(shù)據(jù)送入P0口，即寫入指令或地址_nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應時間E=1; /E置高電平_nop_(); _nop_();_nop_(); _nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應時間E=0; /當E由高電平

22、跳變成低電平時，液晶模塊開始執(zhí)行命令/* 函數(shù)功能：指定字符顯示的實際地址入口參數(shù)：x */ void WriteAddress(unsigned char x) WriteInstruction(x|0x80); /顯示位置的確定方法規(guī)定為"80H+地址碼x" /* 函數(shù)功能：將數(shù)據(jù)(字符的標準ASCII碼)寫入液晶模塊入口參數(shù)：y(為字符常量) */ void WriteData(unsigned char y) while(BusyTest()=1); RS=1; /RS為高電平，RW為低電平時，可以寫入數(shù)據(jù)RW=0; E=0; /E置低電平(根據(jù)表8-6，寫指令時，

23、E為高脈沖，/ 就是讓E從0到1發(fā)生正跳變，所以應先置"0" P0=y; /將數(shù)據(jù)送入P0口，即將數(shù)據(jù)寫入液晶模塊_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應時間E=1; /E置高電平_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應時間E=0; /當E由高電平跳變成低電平時，液晶模塊開始執(zhí)行命令 /* 函數(shù)功能：對LCD的顯示模式進行初始化設置*/ void LcdInitiate(void) delaynms(15); /延時15ms，首次寫指令時應給LCD

24、一段較長的反應時間WriteInstruction(0x38); /顯示模式設置：16×2顯示，5×7點陣，8位數(shù)據(jù)接口delaynms(5); /延時5ms，給硬件一點反應時間WriteInstruction(0x38); delaynms(5); /延時5ms，給硬件一點反應時間WriteInstruction(0x38); /連續(xù)三次，確保初始化成功delaynms(5); /延時5ms，給硬件一點反應時間WriteInstruction(0x0c); /顯示模式設置：顯示開，無光標，光標不閃爍delaynms(5); /延時5ms，給硬件一點反應時間WriteIns

25、truction(0x06); /顯示模式設置：光標右移，字符不移delaynms(5); /延時5ms，給硬件一點反應時間WriteInstruction(0x01); /清屏幕指令，將以前的顯示內容清除delaynms(5); /延時5ms，給硬件一點反應時間 /*以下是電壓顯示的說明*/* 函數(shù)功能：顯示電壓符號*/ void display_volt(void) unsigned char i; WriteAddress(0x01); /寫顯示地址，將在第2行第1列開始顯示i = 0; /從第一個字符開始顯示while(Str1i != '0') /只要沒有寫到結束標志

26、，就繼續(xù)寫 WriteData(Str1i); /將字符常量寫入LCD i+; /指向下一個字符 void display3(void) unsigned char i; WriteAddress(0x80+0x41); /寫顯示地址，將在第2行第1列開始顯示i = 0; /從第一個字符開始顯示while(Str2i != '0') /只要沒有寫到結束標志，就繼續(xù)寫 WriteData(Str2i); /將字符常量寫入LCD i+; /指向下一個字符 /* 函數(shù)功能：顯示電壓的小數(shù)點*/ void display_dot(void) WriteAddress(0x0d); /寫

27、顯示地址，將在第1行第10列開始顯示W(wǎng)riteData('.'); /將小數(shù)點的字符常量寫入LCD /* 函數(shù)功能：顯示電壓的單位(V) */ void display_V(void) WriteAddress(0x0e); /寫顯示地址，將在第2行第13列開始顯示W(wǎng)riteData('V'); /將字符常量寫入LCD /* 函數(shù)功能：顯示電壓的整數(shù)部分入口參數(shù)：x */ void display1(unsigned char x) WriteAddress(0x08); /寫顯示地址,將在第2行第7列開始顯示W(wǎng)riteData(digitx); /將百位數(shù)字的字符常量寫入LCD /* 函數(shù)功能：顯示電壓的小數(shù)數(shù)部分入口參數(shù)：x */void display2(unsigned char x) unsigned char i,j; i=x/10; /取十位（小數(shù)點后第一位）j=x%10; /取個位（小數(shù)點后第二位）WriteAddress(0x0a); /寫顯示地址將在第1行第11列開始顯示W(wǎng)riteData(digiti); /將小數(shù)部分的第一位數(shù)字字符常量寫入LCD WriteData(digitj)