基于單片機(jī)的數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測系統(tǒng)的設(shè)計圖2B程序

1、-. z本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計基于單片機(jī)的數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測系統(tǒng)的設(shè)計CAD圖紙+單片機(jī)實驗程序，聯(lián)系 153893706系部名稱： 機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)班級：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化08-3班學(xué)生：指導(dǎo)教師：職 稱：教授二一二年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeThe Digital Light Intensity Detector System Base on MCUCandidate：Specialty：MachineryDesign and Manufacturing and Its AutomationClass：08-3Supervisor

2、：Heilongjiang Institute of Technology2012-06Harbin-. z目 錄 TOC o 1-3 h z u TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc230010465 摘要Abstract HYPERLINK l _Toc230010467 第1章 緒 論1 HYPERLINK l _Toc230010468 1.1 課題的意義、目的和要求1 HYPERLINK l _Toc230010469 1.1.1 課題的意義1 HYPERLINK l _Toc230010470 1.1.2 課題的目的1 HYPERLINK l _Toc2

3、30010471 1.1.3 課題的要求2 HYPERLINK l _Toc230010472 1.2 數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測儀的開展前景及趨勢3 HYPERLINK l _Toc230010473 1.3本課題主要研究的容41.3.1 單片機(jī)41.32 單片機(jī)開展歷史及應(yīng)用6 HYPERLINK l _Toc230010474 第2章 系統(tǒng)概述9 HYPERLINK l _Toc230010475 2.1系統(tǒng)方案的選擇與論證9 HYPERLINK l _Toc230010476 2.2 光敏電阻簡介10 HYPERLINK l _Toc230010479 2.3 本章小結(jié)13 HYPERLINK

4、 l _Toc230010480 第3章 系統(tǒng)的硬件局部14 HYPERLINK l _Toc230010481 3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)和通信模塊的設(shè)計14 HYPERLINK l _Toc230010482 3.1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計14 HYPERLINK l _Toc230010483 3.1.2下載通信模塊的設(shè)計16 HYPERLINK l _Toc230010484 3.2光敏電阻網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計17 HYPERLINK l _Toc230010485 3.3輸出選擇電路的設(shè)計18 HYPERLINK l _Toc230010486 3.4A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計20 HYPERLINK

5、 l _Toc230010487 3.5數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計20 HYPERLINK l _Toc230010488 3.6 本章小結(jié)22 HYPERLINK l _Toc230010489 第4章 系統(tǒng)軟件局部23 HYPERLINK l _Toc230010490 4.1 軟件流程圖244.2 Keil軟件簡介.26 HYPERLINK l _Toc230010491 4.3 程序清單26 HYPERLINK l _Toc230010492 4.4 Protues軟件繪圖及仿真28 HYPERLINK l _Toc230010493 4.5軟件的調(diào)適與仿真29 HYPERLINK l _T

6、oc230010494 4.5.1系統(tǒng)軟件調(diào)試29 HYPERLINK l _Toc230010495 4.5.2 仿真結(jié)果30 HYPERLINK l _Toc230010498 4.6本章小結(jié)32 HYPERLINK l _Toc230010503 結(jié) 論33 HYPERLINK l _Toc230010504 參考文獻(xiàn)34 HYPERLINK l _Toc230010505 附錄35 HYPERLINK l _Toc230010506 致 37-. z摘要該數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測儀以單片機(jī)和模數(shù)轉(zhuǎn)換為技術(shù)核心，具體由單片機(jī)最小系統(tǒng)、下載通信模塊、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、光照方向檢測模塊、輸出選擇

7、模塊和數(shù)碼管顯示模塊組成。在本系統(tǒng)的設(shè)計中，利用光敏電阻阻值隨光強(qiáng)的變化特性來檢測光強(qiáng)，采用單片機(jī)控制輸出選擇模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片依次測量不同方向的光照強(qiáng)度，并通過編程處理數(shù)據(jù)進(jìn)展光強(qiáng)的比擬，最后通過數(shù)碼管顯示檢測結(jié)果?？傊?，通過對電路的設(shè)計和實際裝調(diào)，最終根本實現(xiàn)了基于單片機(jī)的數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測儀的整體功能，可顯示最大光照強(qiáng)度及光強(qiáng)照射方向。關(guān)鍵詞：單片機(jī) ；光敏電阻 ；ADC0804；IC4051；數(shù)碼管-. zABSTRACTThe digital light intensity detector with microcontroller and analog-digital conver

8、sion as acore technology, specifically by the microputer system, download the munication module, A/D analog-digital conversion module, light direction detection module, the output selection module and digital display module position. In this system design, use of photosensitive resistor characterist

9、ics with the light intensity to detect changes in light intensity, the output select control of single-chip module and several analog converter followed by measuring the light intensity in different directions, and handling data through the program intensityparison, the final test results via digita

10、l display. In short, through the circuit design and the actual alignment, finally realizing a single chip based on digital light intensity detector of the overall function, can show a ma*imum light intensity and light intensity irradiation direction.Key words:SCM；Photosensitive Resistance；ADC0804；IC

11、405；Digital Tube-. z第1章 緒 論1.1 課題的意義、目的和要求課題的意義本系統(tǒng)是一個基于單片機(jī)的數(shù)字式光照檢測儀，通過數(shù)碼管顯示光度，并且具有判斷光照方位能力。以89C51單片機(jī)為核心，控制A/D芯片采集數(shù)據(jù)，輔以數(shù)碼管、比擬器、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(qiáng)度信息。光照強(qiáng)度直接反映在光敏電電阻阻值上，進(jìn)而反映在光敏電阻兩端的電壓值上。然后通過單片機(jī)控制A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換對電壓信號進(jìn)展采集,經(jīng)換算后通過數(shù)碼管顯示光強(qiáng)強(qiáng)度。判斷光照方向時可采用兩個位于不同方向的光敏電阻。光照方向會導(dǎo)致他們兩端的電壓值不同，把兩個電壓值輸入到比擬器進(jìn)展比擬，單片機(jī)根據(jù)比

12、擬結(jié)果控制數(shù)據(jù)選擇器選擇光照較強(qiáng)的那一路的電壓值給A/D進(jìn)展數(shù)模轉(zhuǎn)換。用數(shù)碼管的亮滅顯示方向。本設(shè)計適當(dāng)?shù)乩昧斯饷綦娮璧奶匦砸约皢纹瑱C(jī)的強(qiáng)大的運(yùn)算控制功能，實現(xiàn)了光照強(qiáng)度的檢測，并在數(shù)碼管上顯示。設(shè)置了兩個方向的光敏電阻，比擬光照強(qiáng)度數(shù)值大小確定了當(dāng)前光照方向。本系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)有資源，構(gòu)造合理，性能穩(wěn)定，本錢低，滿足題目要求。加強(qiáng)對單片機(jī)的學(xué)習(xí)和認(rèn)識，正確運(yùn)用所學(xué)單片機(jī)的理論知識，將理論與實際相結(jié)合，單片機(jī)在我們的生活中得到越來越廣泛的應(yīng)用，單片機(jī)注定影響一個時代，只要存在計算機(jī)的地方就會有他的存在，學(xué)好單片機(jī)對今后的學(xué)習(xí)與工作有很多益處。課題的目的采用光敏電阻為光傳感器，利用光敏電阻的光

13、照特性完成光強(qiáng)的檢測。具體方法是將三路光敏電阻支路并聯(lián)接入電路中，其中一路串接一固定電阻，另外兩路分別串接電位器，利用光敏電阻值隨光照強(qiáng)度變化的特性，使得電路的輸出電壓而變化。根據(jù)這一特性，結(jié)合光照強(qiáng)度和輸出模擬電壓之間的關(guān)系，分別對三路電壓值進(jìn)展采集得到*一光強(qiáng)度下對應(yīng)的模擬電壓，將模擬電壓通過ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓，通過C語言編程，將其集于單片機(jī)中，進(jìn)展比擬以后通過兩位數(shù)碼管將最大值顯示出來，相應(yīng)地控制點亮對應(yīng)的小數(shù)點以顯示光照強(qiáng)度的方向。從ADC0804 的模擬量通道輸入05V 之間的模擬量，通過ADC0804 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后在數(shù)碼管上以十進(jìn)制形成

14、顯示出來，學(xué)習(xí)用單片機(jī)控制A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換。光照強(qiáng)度檢測儀的主體是光敏電阻，光敏電阻是采用半導(dǎo)體材料制作，利用光電效應(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。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)波長的光線照射時，電流就會隨光強(qiáng)的增加而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。光敏電阻的特性是光照變化時其電阻值隨著變化，所以可以通過電阻值的變化得出光照強(qiáng)度的變化，而電阻值的變化可以反映在電阻兩端的電壓值的變化情況上，這樣可以設(shè)計一個簡單的電路，該電路由光敏

15、電阻分壓并可以將光敏電阻兩端的電壓信號作為輸入信號輸入單片機(jī)，然后進(jìn)展數(shù)模轉(zhuǎn)換，將輸入單片機(jī)的電壓模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由單片機(jī)處理轉(zhuǎn)換出來的數(shù)字信號。然后由數(shù)碼顯示管顯示出光照強(qiáng)度結(jié)果并判斷光照方向。課題的要求結(jié)合單片機(jī)最小電路和光敏電阻電路共同設(shè)計一個基于單片機(jī)的數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測系統(tǒng)，用數(shù)碼管顯示光照強(qiáng)度。還可以設(shè)置多個不同方向的光敏電阻，通過比擬它們的光強(qiáng)數(shù)值以判斷光照方位。技術(shù)要求：1對光照強(qiáng)度實施實時采集，光照強(qiáng)度的測量圍為：2600L*，精度0.2%；2 用數(shù)碼管顯示光照強(qiáng)度；3 可以設(shè)置多個不同方向的光敏電阻，通過比擬它們的光強(qiáng)數(shù)值以判斷光照方位；4 通過比擬不同方向測得的

16、光強(qiáng)數(shù)值判斷光照方向，在數(shù)碼管上顯示其方向。1.2數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測儀的開展前景及趨勢本課題通常與儀器測量的光束強(qiáng)度，是專門針對一個電路測量光強(qiáng)度關(guān)聯(lián)到一個時間信號的光強(qiáng)度。其中有一個光通過介質(zhì)傳遞光束強(qiáng)度是在現(xiàn)有條件中的指示廣泛的應(yīng)用。例如，雅培制藥，這一問題的受讓人申請，已制定了在現(xiàn)有的*些有機(jī)樣品的色譜條件下測定免疫分析儀的數(shù)目。該方法一般利用一個夾層硝化棉或類似附著在玻璃纖維墊地帶一個一次性住房。該法是暴露在參考光的來源是通過媒介通過后，發(fā)出的光，是在衡量其強(qiáng)度取樣器收集。光的強(qiáng)度是該樣本的條件指示。這種類型的測量是特別有用的篩選和質(zhì)量提供了人類對懷孕和懷孕的問題，及時發(fā)現(xiàn)絨毛膜評價試

17、驗。 光照強(qiáng)度的分析與使用這些方案的檢測電路通常比擬熟悉。通常情況下，光強(qiáng)度檢測用感光元素，是產(chǎn)生一個電壓信號，然后放大并轉(zhuǎn)換成由模擬到數(shù)字A / D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的能力。該A/ D轉(zhuǎn)換器生成一個變量引入到一個微處理器平信號，其中，信號電平進(jìn)展比擬參考信號，以便與預(yù)定相關(guān)的職權(quán)收集信號讀的樣本。實例的A / D轉(zhuǎn)換器顯示和美國八所描述。4779074號，題為：低等級電壓脈沖轉(zhuǎn)換器，發(fā)給稀土惠特：等。10月18日，1988年，和美國專利。4178585號，題為：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，發(fā)出的光高木，12月11日，1979年。 利用光的強(qiáng)度取樣，以確定樣本的條件，產(chǎn)生了不同程度的轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的數(shù)字信號沿普遍

18、使用在上述專利中描述的線的A / D轉(zhuǎn)換器，以確定的光強(qiáng)度測量設(shè)備光的強(qiáng)度。例如，歐洲專利申請由R.飛利浦等人第0479394A3。，8月7日提出，1987年，公開了一種方法和分析物的測定儀器。A光源是為了一個樣本及一個探測器所發(fā)出的光收集。光照強(qiáng)度的排放水平是用來確定樣本的條件。由于該應(yīng)用程序中顯示，所發(fā)出的光被轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號通過一個A / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出，被介紹到微處理器。.第4766083題為：為生物凝集光度測定法等。8月23日，1988年，公開了一種測量生物樣品凝集反響系統(tǒng)測試使用的凝集試驗檢測樣本散射光激光束源和探測器1光度法和器具。由光敏元件收集

19、的光線是從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號處理前。 雖然這些設(shè)備提供準(zhǔn)確的抽樣技術(shù)，并模擬向數(shù)字轉(zhuǎn)換方案是適合實現(xiàn)預(yù)期的效果，但仍然是對的A / D轉(zhuǎn)換器使用存在的弊端，光照強(qiáng)度分析系統(tǒng)。首先，本錢與高分辨率A / D芯片相關(guān)已制止光頻譜分析系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。一個典型的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器網(wǎng)絡(luò)有16位轉(zhuǎn)換器功能可要花好幾百美元。凡需要24位分辨率，本錢可大幅增加比例。因此，最昂貴的，昂貴的系統(tǒng)組成局部之一，是轉(zhuǎn)換器網(wǎng)絡(luò)。因此，如果信號的轉(zhuǎn)換本錢可以大大降低，光頻譜分析儀器的適用性，可大大提高，同時降低本錢，提供更好更廣泛的取樣系統(tǒng)的檢測能力。 目前，仍然有必要制定一個系統(tǒng)，使光強(qiáng)度檢測的有效使用，而又能準(zhǔn)確有

20、效地轉(zhuǎn)換設(shè)備系統(tǒng)的應(yīng)用。 隨著紅外技術(shù)的推廣，紅外滿方的檢測儀器將朝著快速、便攜、低本錢、低功耗以及自動化的方向開展。1快速性要求檢測的時間短，能迅速得到檢測結(jié)果，以適應(yīng)檢測。2便攜，體積小，能夠在離線、現(xiàn)場后在線環(huán)境下，實現(xiàn)準(zhǔn)確，無損檢測。3低本錢，價格廉價，是普通老百姓買得起，用得起。4低功耗，易于操作，檢測人員不需要對儀器進(jìn)展復(fù)雜的調(diào)整，只需啟動幾個按鈕就可以進(jìn)展檢測。1.3本課題主要研究的容1 結(jié)合單片機(jī)最小電路和光敏電阻電路設(shè)計一個基于單片機(jī)的數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測系統(tǒng)；2 單片機(jī)最小系統(tǒng)及光敏電阻網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計；3 編寫單片機(jī)程序，將獲得的電信號轉(zhuǎn)換成光照強(qiáng)度單位下的數(shù)值，并用數(shù)碼管顯示。

21、第2章 系統(tǒng)概述2.1系統(tǒng)方案的選擇與論證設(shè)計方案一采用光敏電阻、二極管和555定時器構(gòu)成多諧振蕩電路，利用多諧振蕩電路的兩個暫穩(wěn)態(tài)輸出由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號。而光敏電阻阻值會隨著光照強(qiáng)度的變化而發(fā)生變化，進(jìn)而使得多諧振蕩電路的周期變化，其輸出波形頻率也隨之改變。將其輸出模擬信號波形輸入到一個簡易數(shù)字式頻率計通過兩位數(shù)碼管顯示出來，數(shù)字式頻率計主要由時基電路、閘門電路計數(shù)器、鎖存器、譯碼顯示電路和邏輯控制電路組成。具體實現(xiàn)框圖如下列圖2.1所示。光敏電阻阻值變化多諧振蕩器電路周期變化 簡易數(shù)字頻率計時基電路閘門電路計數(shù)器鎖存器譯碼顯示器邏輯控制電路圖2.1 設(shè)計方案一原理框圖本方案采用性能穩(wěn)定

22、且廉價的光敏電阻作為光照傳感器，通過光敏電阻值變化影響多諧振蕩電路的周期而檢測光強(qiáng)，性能較穩(wěn)定一些，靈敏度也較高，但是電路構(gòu)造比擬復(fù)雜，所用元器件種類較多，實現(xiàn)和調(diào)試工作會比擬困難，造價也較高，雖然能滿足穩(wěn)定性和靈敏度的要求，但不宜采用。設(shè)計方案二本方案采用光電二極管，利用其產(chǎn)生的電流隨光照增強(qiáng)的線性特性輸出模擬采樣電壓，并聯(lián)三條光敏二極管和電阻支路，將這三路電壓通過選通器循環(huán)輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，將數(shù)字信號通過通信模塊輸送給STC89C51單片機(jī)，通過比擬后得出最大值，將最大值輸出并利用兩位數(shù)碼管顯示出來。具體框圖如下列圖2.2所示。89C51單片機(jī)光敏二極

23、管承受光照輸出電流變化采集電阻兩端電壓運(yùn)算放大器兩位數(shù)碼管顯示模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC圖2.2 設(shè)計方案二原理框圖對于本方案，采用線性好，響應(yīng)速度快的光敏二極管作為光照傳感器，故電路響應(yīng)速度快，靈敏度高。缺點是單獨使用輸出電流或電壓很小，需要加放大電路將采樣電壓進(jìn)一步放大，而參加運(yùn)放環(huán)節(jié)會由于運(yùn)放的零漂和易受溫度影響使得電路穩(wěn)定性降低，誤差增大。另外限于實驗元器件的供給，實驗中也不采用本方案。設(shè)計方案三采用三路光敏電阻支路并聯(lián)檢測光照強(qiáng)度，通過每一路可以得到一個模擬采樣電壓，將這三路電壓通過CD4051單8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)循環(huán)輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，將數(shù)字信號通過

24、通信模塊輸送給STC89C51單片機(jī)，通過比擬后得出最大值，將最大值輸出并利用兩位數(shù)碼管顯示出來。對于光強(qiáng)的方位，則通過控制兩位數(shù)碼管的兩個小數(shù)點的關(guān)斷與否來顯示出來，具體是兩個小數(shù)點分別單獨亮?xí)r對應(yīng)兩個方位，而兩個小數(shù)點均不亮?xí)r對應(yīng)另外一個方位。至此，可以將光照的強(qiáng)度以及光照的方位通過兩位數(shù)碼管顯示出來，完成了本設(shè)計選題的任務(wù)及要求。具體框圖如下列圖2.3所示：通信下載模塊數(shù)碼管顯示單片機(jī)光敏電阻網(wǎng)絡(luò)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換 輸出選擇光照圖2.3 設(shè)計方案三原理框圖 本方案采用性能穩(wěn)定且廉價的光敏電阻作為光照傳感器，STC89C51單片機(jī)作為主控制器。性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，不易受外界環(huán)境溫度等因素影

25、響，靈敏度也較高，但是由于光照傳感器采用光敏電阻且為三條支路并聯(lián)采集模擬電壓信號，會存在一定的誤差?？傮w上來說，本方案電路構(gòu)造簡單、所用元器件供給充足、本錢造價低、性能穩(wěn)定且誤差圍也在設(shè)計選題的要求之，能在簡單低本錢的根底上很好的完成設(shè)計選題的任務(wù)，故實驗中采用本方案。2.1.4方案綜合比擬和選擇通過以上三種方案的設(shè)計，方案一采用光敏電阻作為光照傳感器，穩(wěn)定性和靈敏度雖然都能滿足設(shè)計選題的要求，但是電路構(gòu)造過于復(fù)雜，實現(xiàn)和調(diào)試都比擬困難，在實驗中不采用；方案二采用光敏二極管作為光照傳感器，線性度好，響應(yīng)速度快，但是需要額外添加運(yùn)放環(huán)節(jié)，對系統(tǒng)穩(wěn)定性和誤差都會帶來不利影響，另外限于元器件的供給，

26、本實驗中也不采用：而方案三采用光敏電阻作為光照傳感器，進(jìn)展模擬電壓采樣，通過ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送到51單片機(jī)中，進(jìn)而控制兩位數(shù)碼管顯示具體數(shù)值和方位，簡單可行，本錢造價低，故在實驗中采用本方案。2.2 系統(tǒng)工作原理 設(shè)計中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(qiáng)的檢測。具體方法是將三路光敏電阻支路并聯(lián)接入電路中，其中一路串接一固定電阻，另外兩路分別串接電位器，利用光敏電阻值隨光照強(qiáng)度變化的特性，使得電路的輸出電壓而變化。根據(jù)這一特性，結(jié)合光照強(qiáng)度和輸出模擬電壓之間的關(guān)系，分別對三路電壓值進(jìn)展采集得到*一光強(qiáng)度下對應(yīng)的模擬電壓，將模擬電壓通過ADC0804模

27、數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓，通過C語言編程，將其集于單片機(jī)中，進(jìn)展比擬以后通過兩位數(shù)碼管將最大值顯示出來，相應(yīng)地控制點亮對應(yīng)的小數(shù)點以顯示光強(qiáng)的方位。2.3本章小結(jié)本章主要講述了系統(tǒng)方案的選擇與論證并對系統(tǒng)進(jìn)展了概述，通過對不同方案的選擇了解整個系統(tǒng)的工作流程，根據(jù)實際情況與技術(shù)要求，畫出了系統(tǒng)構(gòu)造框圖，并擬定了系統(tǒng)總體設(shè)計方案，也對系統(tǒng)工作原理作了簡要概述。 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)定義及特點在一塊芯片上集成CPU、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、輸入輸出和定時/計數(shù)器等部件的一臺小型計算機(jī)，它體積小、構(gòu)造緊湊、功耗低，嵌入到*應(yīng)用系統(tǒng)中，主要完成信號控制功能，又稱嵌入式微控制器

28、。本設(shè)計采用89C51單片機(jī)，89C51單片機(jī)引腳圖如圖3.1所示。圖3.1 89C51單片機(jī)引腳圖89C51單片機(jī)各個引腳介紹：輸入輸出引腳： 1P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/ 地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)展校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 (2) P1口：P1口是一個部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部

29、下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。(3) P2口：P2口為一個部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫1時，其管腳被部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)展存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址1時，它利用部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)展讀寫時，P2口輸出其特殊功能存放器的容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 (4) P3口

30、：P3口管腳是8個帶部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入1后，它們被部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流ILL這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： P3.0 R*D串行輸入口 P3.1 T*D串行輸出口 P3.2 /INT0外部中斷0 P3.3 /INT1外部中斷1 P3.4 T0記時器0外部輸入 P3.5 T1記時器1外部輸入 P3.6 /WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 P3.7 /RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 其它的控制或復(fù)用引腳： *TAL1/*TAL2： *TAL1是片振蕩器的反相放

31、大器輸入端，*TAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到*TAL1，而*TAL2懸空。部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率最高可以到達(dá)33MHz。電容取30pF10pF。單片機(jī)程序指令的執(zhí)行是以振蕩器的振蕩來驅(qū)動的。在MCS-51架構(gòu)中，每12個振蕩器周期組成一個指令周期或稱機(jī)器周期。單片機(jī)執(zhí)行指令的時間是以指令周期為單位的。不同指令的執(zhí)行時間可能是不同的，一條指令的執(zhí)行時間最短為一個指令周期。因此，單片機(jī)所接的振蕩器頻率越高，它執(zhí)行指令的速度就越快 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平

32、時間。 ALE/PROG：當(dāng)外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想制止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOV*，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE制止，置位無效。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。

33、但在外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器0000H-FFFFH，不管是否有部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源VPP。 3.1.2 單片機(jī)開展歷史及應(yīng)用單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一

34、塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成。 單片機(jī)誕生于1971年，經(jīng)歷了SCM、MCU、ScO三大階段。20世紀(jì)80年代初，Intel公司在MCS-48系列單片機(jī)的根底上，推出了MCS-51系列8位高檔單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)無論是片RAM容量，I/O口功能，系統(tǒng)擴(kuò)展方面都有了很大的提高。我國單片機(jī)起步較晚，我國使用最多的是Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)及其增強(qiáng)型、拓展型的衍生機(jī)型，MCS-51是最早進(jìn)入我國的單片機(jī)主流品種之一，在我國得到廣泛應(yīng)用，直到現(xiàn)在仍為單片機(jī)主流系列。當(dāng)今社會，應(yīng)用單片機(jī)的產(chǎn)品已經(jīng)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域

35、，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的足跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的平安保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制域。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。科技越興旺，智能化的東西就越多。以下大致介紹一些典型的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用特點。家用電器

36、領(lǐng)域，國各種家用電器已普遍采用單片微機(jī)控制取代傳統(tǒng)的控制電路，做成單片微機(jī)控制系統(tǒng)，如洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、微波爐、電飯堡、電視機(jī)、錄像機(jī)及其它視頻音像設(shè)備的控制器。辦公自動化領(lǐng)域，比方一臺PC機(jī)可能嵌入了10個單片微機(jī)，如控制鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、CD-ROM、聲卡、打印機(jī)、軟/硬盤驅(qū)動器、調(diào)制解調(diào)器等。現(xiàn)代辦公室中所使用的大量通信、信息產(chǎn)品，如繪圖儀、復(fù)印機(jī)、 機(jī)等，多數(shù)都采用了單片微機(jī)。工業(yè)自動化領(lǐng)域的在線應(yīng)用，如工業(yè)過程控制、過程監(jiān)測、工業(yè)控制器及機(jī)電一體化控制系統(tǒng)等，許多都是以單片微機(jī)為核心的單機(jī)或多機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)是由中央控制器、感覺系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、擒拿系統(tǒng)等節(jié)點

37、構(gòu)成的多機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。而其中每一個小系統(tǒng)都是由單片微機(jī)進(jìn)展控制的。智能儀器儀表與集成智能傳感器領(lǐng)域，應(yīng)用單片微機(jī)來對傳統(tǒng)的儀器儀表行業(yè)的產(chǎn)品進(jìn)展更新?lián)Q代，提供了非常理想的的條件。目前各種變送器、電氣測量儀表普遍采用單片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)，使測量系統(tǒng)具有各種智能化功能，如存儲、數(shù)據(jù)處理、查找、判斷、聯(lián)網(wǎng)和語音功能等。汽車電子與航空航天電子系統(tǒng)，通常在這些電子系統(tǒng)中的集中顯示系統(tǒng)、動力監(jiān)測控制系統(tǒng)、自動駕馭系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及運(yùn)行監(jiān)視器黑匣子等，都要構(gòu)成冗余的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。比方一臺RMW-7系列寶馬轎車就用了63個單片微機(jī)，大局部還是16位單片微機(jī)。單片微機(jī)的應(yīng)用從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)

38、計思想和設(shè)計方法，從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大局部控制功能，現(xiàn)在已能使用單片微機(jī)通過軟件方法實現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件，并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。這標(biāo)志著一種全新概念的建立。 學(xué)習(xí)單片機(jī)是社會開展的必然需求，也是大學(xué)期間的必修課?，F(xiàn)在可以說單片機(jī)是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地。微型單片化現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并

39、行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機(jī)將LCD(液晶)驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。從單片機(jī)的開展歷程看，未來單片機(jī)技術(shù)將向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、外圍電路裝化及片儲存器容量增加的方向開展。3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)和通信模塊的設(shè)計3.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計單片機(jī)最小系統(tǒng)或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)，對51系列單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。復(fù)位電路

40、：由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成,結(jié)合電容電壓不能突變的性質(zhì)，可以知道當(dāng)系統(tǒng)一上電，RST腳將會出現(xiàn)高電平，并且這個高電平持續(xù)的時間由電路的RC值來決定典型的51單片機(jī)當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個機(jī)器周期以上就將復(fù)位，所以,適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位，一般教科書推薦C 取10u,R取8.2K.當(dāng)然也有其他取法的，原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產(chǎn)生不少于2個機(jī)周期的高電平。在單片機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電啟動的時候復(fù)位一次，當(dāng)按鍵按下的時候系統(tǒng)再次復(fù)位，如果釋放后再按下，系統(tǒng)還會復(fù)位。所以可以通過按鍵的斷開和閉合在運(yùn)行的系統(tǒng)中控制其復(fù)位。在電路圖中，電容的的大小是10uF，電阻的大小是10k。所以根

41、據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓的0.7倍單片機(jī)的電源是5V，所以充電到0.7倍即為3.5V，需要的時間是10K*10UF=0.1S。也就是說在電腦啟動的0.1S，電容兩端的電壓時在03.5V增加。這個時候10K電阻兩端的電壓為從51.5V減少串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓。所以在0.1S，RST引腳所接收到的電壓是5V1.5V。在5V正常工作的51單片機(jī)中小于1.5V的電壓信號為低電平信號，而大于1.5V的電壓信號為高電平信號。所以在開機(jī)0.1S，單片機(jī)系統(tǒng)自動復(fù)位RST引腳接收到的高電平信號時間為0.1S左右。在單片機(jī)啟動0.1S后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時候10K電阻兩端的

42、電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時候，開關(guān)導(dǎo)通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開場釋放之前充的電量。隨著時間的推移，電容的電壓在0.1S，從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小，根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個時候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平，單片機(jī)系統(tǒng)自動復(fù)位。晶振電路:典型的晶振取11.0592MHz(因為可以準(zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的場合)/12MHz(產(chǎn)生準(zhǔn)確的uS級時歇,方便定時操作單片機(jī)工作時，從取指令到譯碼再進(jìn)展微操作，必須在時鐘信

43、號控制下才能有序地進(jìn)展，時鐘電路就是為單片機(jī)工作提供根本時鐘的。單片機(jī)的時鐘信號通常有兩種產(chǎn)生方式：部時鐘方式和外部時鐘方式，部時鐘方式在單片機(jī)*TAL1和*TAL2引腳上跨接上一個晶振和兩個穩(wěn)頻電容，可以與單片機(jī)片的電路構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。晶振的取值圍一般為024MHz，常用的晶振頻率有6MHz、12 MHz、11.0592 MHz、24 MHz等。一些新型的單片機(jī)還可以選擇更高的頻率。外接電容的作用是對振蕩器進(jìn)展頻率微調(diào)，使振蕩信號頻率與晶振頻率一致，同時起到穩(wěn)定頻率的作用，一般選用2030pF的瓷片電容。外部時鐘方式則是在單片機(jī)*TAL1引腳上外接一個穩(wěn)定的時鐘信號源，它一般適用于

44、多片單片機(jī)同時工作的情況，使用同一時鐘信號可以保證單片機(jī)的工作同步。時序是單片機(jī)在執(zhí)行指令時CPU發(fā)出的控制信號在時間上的先后順序。AT89C51單片機(jī)的時序概念有4個，可用定時單位來說明，包括振蕩周期、時鐘周期、機(jī)器周期和指令周期。振蕩周期：是片振蕩電路或片外為單片機(jī)提供的脈沖信號的周期。時序中1個振蕩周期定義為1個節(jié)拍，用P表示。時鐘周期：振蕩脈沖送入部時鐘電路，由時鐘電路對其二分頻后輸出的時鐘脈沖周期稱為時鐘周期。時鐘周期為振蕩周期的2倍。時序中1個時鐘周期定義為1個狀態(tài)，用S表示。每個狀態(tài)包括2個節(jié)拍，用P1、P2表示。機(jī)器周期：機(jī)器周期是單片機(jī)完成一個根本操作所需要的時間。一條指令的

45、執(zhí)行需要一個或幾個機(jī)器周期。一個機(jī)器周期固定的由6個狀態(tài)S1S6組成。指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期。一般用指令執(zhí)行所需機(jī)器周期數(shù)表示。AT89C51單片機(jī)多數(shù)指令的執(zhí)行需要1個或2個機(jī)器周期，只有乘除兩條指令的執(zhí)行需要4個機(jī)器周期。了解了以上幾個時序的概念后，我們就可以很快的計算出執(zhí)行一條指令所需要的時間。假設(shè)單片機(jī)使用12MHz的晶振頻率，則振蕩周期=1/12MHz=1/12us，時鐘周期=1/6us，機(jī)器周期=1us，執(zhí)行一條單周期指令只需要1us，執(zhí)行一條雙周期指令則需要2us。單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時間，一般采用1030uF，5

46、1單片機(jī)最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時間越短。51單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，51單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度，頻率越大處理速度越快。單片機(jī)的主要功能是負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控制，不承當(dāng)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，因此在設(shè)計本系統(tǒng)時選用STC89C51。其中，時鐘電路為在引腳*TALl和*TAL2跨接晶振和兩個補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，構(gòu)造中Y1、C1、C2，根據(jù)情況本設(shè)計中選擇12MHz的晶振，補(bǔ)償電容選擇30pF左右的瓷片電容；復(fù)位電路則采用手動按鍵復(fù)位兩種方式實現(xiàn)，其構(gòu)造如圖中R0、C3和S1，通過按鍵將

47、電阻R0與VCC接通即可實現(xiàn)復(fù)位；P0口外接上拉電阻，其構(gòu)造如圖中3.2，采用10K的排阻以提供給I/O口適宜的電流。下列圖為一個51單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖。圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖3.2.2下載通信模塊的設(shè)計下載通信模塊選用 MA*232芯片。MA*232是MA*IM公司專門為PC視RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的電平轉(zhuǎn)換電路。該芯片與TTLS電平兼容，片有2個發(fā)送器，2個接收器，且使用+5 V單電源供電，使用非常方便。串口通信的概念非常簡單，串口按位bit發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)byte的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信

48、。比方IEEE488定義并行通行狀態(tài)時，規(guī)定設(shè)備線總長不得超過20米，并且任意兩個設(shè)備間的長度不得超過2米；而對于串口而言，長度可達(dá)1200米。典型地，串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：1地線，2發(fā)送，3接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停頓位和奇偶校驗。對于兩個進(jìn)展通信的端口，這些參數(shù)必須匹配： a，波特率：這是一個衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的bit的個數(shù)。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個bit。當(dāng)我們提到時鐘周期時，我們就是指波特率例如如果協(xié)議

49、需要4800波特率，則時鐘是4800Hz。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為4800Hz。通常線的波特率為14400，28800和36600。波特率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是GPIB設(shè)備的通信。 b，數(shù)據(jù)位：這是衡量通信中實際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計算機(jī)發(fā)送一個信息包，實際的數(shù)據(jù)不會是8位的，標(biāo)準(zhǔn)的值是5、7和8位。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。比方，標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼是01277位。擴(kuò)展的ASCII碼是02558位。如果數(shù)據(jù)使用簡單的文本標(biāo)準(zhǔn) ASCII碼，則每個數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。每個包是指一個字節(jié)，包括開場/停頓位，數(shù)

50、據(jù)位和奇偶校驗位。由于實際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，術(shù)語包指任何通信的情況。c，停頓位：用于表示單個包的最后一位。典型的值為1，1.5和2位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時的，并且每一個設(shè)備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停頓位不僅僅是表示傳輸?shù)耐戤叄⑶姨峁┯嬎銠C(jī)校正時鐘同步的時機(jī)。適用于停頓位的位數(shù)越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時也越慢。d，奇偶校驗位：在串口通信中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當(dāng)然沒有校驗位也是可以的。對于偶和奇校驗的情況，串口會設(shè)置校驗位數(shù)據(jù)位后面的一位，用一個值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個或者奇?zhèn)€邏輯高位。

51、例如，如果數(shù)據(jù)是011，則對于偶校驗，校驗位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個。如果是奇校驗，校驗位位1，這樣就有3個邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗。這樣使得接收設(shè)備能夠知道一個位的狀態(tài)，有時機(jī)判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否不同步?，F(xiàn)從MA*232芯片中兩路發(fā)送接收中任選一路作為接口，其發(fā)送接收的引腳一一對應(yīng)。本系統(tǒng)中使T2IN 接單片機(jī)的發(fā)送端T*D，同時R2OUT 接單片機(jī)的R*D端 ，C1+、C1-腳和C2+、C2-腳接104瓷片電容，其接口電路如圖3.3所示。圖3.3 通信模塊的電路圖3.3光敏電阻網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計光敏電阻又稱光導(dǎo)管，常用的

52、制作材料為硫化鎘，另外還有硒、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(dǎo)電，在外加電場的作用下作漂移運(yùn)動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)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，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線可見光的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它

53、的阻值暗阻可達(dá)110M歐,在強(qiáng)光條件100L*下，它阻值亮阻僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性即光譜特性與人眼對可見光0.40.76m的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設(shè)計光控電路時，都用白熾燈泡小電珠光線或自然光光線作控制光源，使設(shè)計大為簡化。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光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出。引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體，以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可

54、躍遷到導(dǎo)帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對了半導(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)生的電子空穴對將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時，電流就會隨光強(qiáng)的而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也加交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶載流子數(shù)目的多少。光照強(qiáng)度檢測接收光源的器件是光敏電阻，光敏電阻是采用半導(dǎo)體材料制作，利用光電效應(yīng)工作的光電元件。它在光線的作用下其阻值往往

55、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。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)波長的光線照射時，電流就會隨光強(qiáng)的增加而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。光敏電阻的工作原理是基于光電效應(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，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。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光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體，以免受潮影響

56、其靈敏度。這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對了半導(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)生的電子空穴對將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時，電流就會隨光強(qiáng)的而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也加交流電壓。光敏二極管是一種將光能變換為電能的器件，它利用了半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)的原理。光敏二極管的優(yōu)點是線性好，響應(yīng)速度快，對寬圍波長的光具有較高的靈敏度，噪聲低；缺點是單獨使用輸出電流或電壓很小，需要加放大電路。光敏

57、電阻的特性是光照變化時其電阻值隨著變化，所以可以通過電阻值的變化得出光照強(qiáng)度的變化，而電阻值的變化可以反映在電阻兩端的電壓值的變化情況上，這樣可以設(shè)計一個簡單的電路，該電路由光敏電阻分壓并可以將光敏電阻兩端的電壓信號作為輸入信號輸入單片機(jī)，然后進(jìn)展數(shù)模轉(zhuǎn)換，將輸入單片機(jī)的電壓模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由單片機(jī)處理轉(zhuǎn)換出來的數(shù)字信號。光敏電阻的入射光強(qiáng)，電阻減小；入射光弱，電阻增大。該器件一般可用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化。本電路制作中，將光敏電阻分別串聯(lián)2K電阻和10K滑動變阻器，再接通電源，調(diào)試過程中，還需將三個光敏電阻進(jìn)展校準(zhǔn)，使得在同一光強(qiáng)下從光敏電阻一端的電

58、壓值盡量保持一致。光敏電阻網(wǎng)絡(luò)電路如圖3.4。圖3.4 光敏電阻網(wǎng)絡(luò)電路3.4輸出選擇電路的設(shè)計輸出選擇電路可用數(shù)據(jù)選擇器來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)選擇器的邏輯功能是在地址選擇信號的控制下，從多路數(shù)據(jù)中選擇一路數(shù)據(jù)作為輸出信號。本設(shè)計中采用芯片IC4051作為主要芯片。該器件為8選1的數(shù)據(jù)選擇器，其中 A、B、C管腳分別接單片機(jī)的P0.7、P0.6和P0.5以實現(xiàn)對地址的選擇，如當(dāng)ABC為001時，*4端的信號作為輸出信號送至*端，其具體構(gòu)造和電路接法見圖3.5。圖3.5輸出選擇模塊3.5A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計A/D 轉(zhuǎn)換器就是模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器是將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號。本實驗中利用模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬

59、電壓值轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量再送入單片機(jī)進(jìn)展數(shù)據(jù)處理。制作中選用芯片ADC0804為8位CMOS逐次比擬型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該芯片工作電源電壓為5V，它的轉(zhuǎn)換分辨率為8位256級，即表現(xiàn)為輸入電壓分辨率為0.02V；也就是說輸入電壓每增加0.02V，轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)據(jù)才加1，經(jīng)計算可知在誤差允許的圍之，故方案可行。模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程：模數(shù)轉(zhuǎn)換包括采樣、保持、量化和編碼四個過程。在*些特定的時刻對這種模擬信號進(jìn)展測量叫做采樣，量化噪聲及接收機(jī)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

60、持過程。 量化是將連續(xù)幅度的抽樣信號轉(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)換器的輸入阻抗值有關(guān)。編碼是將量化后的信號編碼成二進(jìn)制代碼輸出。這些過程有些是合并進(jìn)展的，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(zhuǎn)換過程中同時實現(xiàn)的， 且所用時間又是保持時間的一局部。表3.1為芯片ADC0804的管腳和對應(yīng)功能功能。表3.1 ADC0804管腳功能1CS片選端，CS=0時芯片被選中2RD讀控制端，RD=0時，DB0-DB7才會輸出3WR寫控制端4CLK-IN時鐘輸入端5INTR中斷輸出端