【正文】 一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機的運行速度也就越快。復(fù)位電路實現(xiàn)單片機各單元值的初始化。除此之外還需要電源電路把 220V 交流變成單片機及各功能電路的元件所需的電壓。照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用有很多優(yōu)點：不需要常規(guī)的翹板開關(guān)；不需要人親自動手去按，可以減少通過皮膚接觸導(dǎo)致的細菌傳染；不需定期更換開關(guān)；即使從美學(xué)的角度講也是有價值的。這種產(chǎn)品對于公共場所是非常理想的。 照明電路 繼電器執(zhí)行電路 LED 指示電路 人體紅外檢測電路 AT89C51單片機 按 鍵 電 路 自然光檢測電路 晶振電路 復(fù)位電路 3 第二節(jié) 系統(tǒng)簡單流程圖 有了上節(jié)設(shè)計的系統(tǒng)總體框圖，我們就可以進行系統(tǒng)流程圖 的設(shè)計，這里的流程圖是方案流程圖，是提出來的思路流程圖。我們可以提出好幾種方案，來進行比較，評價，最終確定一種比較合理的方案，如下是我提出的三種方案。 一、方案一 如圖 12 是第一種控制方案的流程圖，該方案是一種滿足設(shè)計任務(wù)的最基本和最簡單的方案。 流程經(jīng)過初始化以后，先判斷有無按鍵按下，如果有則執(zhí)行相應(yīng)按鍵處理程序。如果沒有，繼續(xù)判斷紅外檢測電路有無探測到有人，無人時，滅燈并返回繼續(xù)判斷有無按鍵按下。如果探測到有人，就接著判斷當(dāng)前照度是否滿足設(shè)定要求。若照度滿足要求，繼續(xù)返回滅燈程序；若不滿足，就給繼電器 一個動作信號，使其動作，從而開啟照明電路。 圖 12 流程圖一 開始 按鍵處理程序 有無按鍵？ 初始化 開燈 滅燈 N N Y Y N Y 有人？ 光照滿足？ 4 在設(shè)計系統(tǒng)流程時，是先判斷光照還是先檢測是否有人是，我遵循的原則是“以人為本，人使用燈”。如果沒有人，開關(guān)燈就無意義，所以應(yīng)先判斷是否有人，而不是先判斷光照情況。 本方案是智能照明系統(tǒng)的一種最簡單的流程圖，表現(xiàn)在什么地方呢，就是它只控制燈的亮與滅，沒有調(diào)光功能。后面的方案將體現(xiàn)方案一的這點不足。 二、方案二 圖 13 流程圖二 如果設(shè)計的照明控制系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)照度，那么照明效果和節(jié)能效果將會更好。 如圖 13 具有兩個照明調(diào)節(jié)等級的方案。按鍵判斷與有沒有人的判斷與方案一相同，可見光照度判斷與方案一不同，其工作方式為：設(shè)照度 X2X10,當(dāng)環(huán)境照度 EX2時，不需要人工照明：當(dāng) X1EX2 時，開一半的燈，即可滿足照明需求；當(dāng) EX1時，燈全部打開。這樣在傍晚，陰天的時候，就可以比方案一節(jié)約不少電能。 后面的方案更加明顯的體現(xiàn)了調(diào)光這一功能。 開始 初始化 有無按鍵 ? 按鍵處理程序 ? 滅燈 開一半 全開 Y N Y Y N N N 有人否？ 照度 X2? 照度 X1? 5 三、方案三 圖 14 流程圖三 方案三流程圖如圖 14 所示。方案三的特別之處也在于它的可見光檢測電路和調(diào)光電路。它能夠監(jiān)測當(dāng)前照度值 E1，與設(shè)定值 E0 作比較，當(dāng) E1E0 時，啟動調(diào)光電路進行照明補償，維持照度不低于設(shè)定值 E0。方案三的可見光檢測電路精度要高于前兩種方案，因為它的調(diào)光需要一個精確的反饋值來設(shè)定調(diào)光電路的工作。 這種方案對于教室，圖書館等場所，這種需要一個恒定照度的場合是非常合適的，如果希望熒光燈能實現(xiàn)照度調(diào)節(jié)，需要配合數(shù)字整流器。 就目前來看，由于大功率 LED 燈的蓬勃發(fā)展，未來使用單片機， PWM，和 LED組成的智能照明系統(tǒng)必 將成為主流。 LED 燈是指燈具產(chǎn)品采用 LED(Lightemitting Diode，發(fā)光二極管 )做為主要的發(fā)光源。 LED 燈的結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，所以 LED 燈的抗震性能好。 LED燈具有節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢，在燈具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已成為主要趨勢。從而引起照明領(lǐng)域的開始 初始化，設(shè)定 照度值 E0 有無按鍵 ? 按鍵處 理 ? 有人否？ 滅燈 Y N Y Y N N 檢測當(dāng)前照度值E1,與 E0 比較 啟動調(diào)光電路 E1≥ E0？ 6 又一次革命，而照明質(zhì)量將會有質(zhì)的飛躍。以最低的能耗提供最優(yōu)質(zhì)的照明。 四、方案比較與確定 對于方案一 流程經(jīng)過初始化以后，先判斷有無按鍵按下，如果有則執(zhí)行相應(yīng)按鍵處理程序。如果沒有，繼續(xù)判斷紅外檢測電路有無探測到有人，無人時，滅燈并返回繼續(xù)判斷有無 按鍵按下。如果探測到有人，就接著判斷當(dāng)前照度是否滿足設(shè)定要求。若照度滿足要求，繼續(xù)返回滅燈程序；若不滿足，就給繼電器一個動作信號，使其動作，從而開啟照明電路。 方案二按鍵判斷與有沒有人的判斷與方案一相同，可見光照度判斷與方案一不同，其工作方式為：設(shè)照度 X2X10,當(dāng)環(huán)境照度 EX2 時，不需要人工照明：當(dāng)X1EX2 時，開一半的燈，即可滿足照明需求；當(dāng) EX1 時，燈全部打開。這樣在傍晚，陰天的時候，就可以比方案一節(jié)約不少電能。 第三種方案它夠監(jiān)測當(dāng)前照度值 E1，與設(shè)定值 E0 作比較，當(dāng) E1E0 時，啟動調(diào) 光電路進行照明補償，維持照度不低于設(shè)定值 E0。方案三的可見光檢測電路精度要高于前兩種方案，因為它的調(diào)光需要一個精確的反饋值來設(shè)定調(diào)光電路的工作。 盡管方案一是最簡單，最基本的方案，卻也體現(xiàn)了智能照明的基本思路。方案二實現(xiàn)兩種等級的控制，方案三實現(xiàn)一種連續(xù)的控制是比較難的。這次設(shè)計我就以第一種方案來設(shè)計該照明系統(tǒng)。 7 第二章 硬件設(shè)計 第一節(jié) 主機電路核心器件介紹 一、 AT89C51 單片機性能介紹 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機， 片內(nèi)含4KB 閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory） 和 128B 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)， 同時， AT89C51 可降至0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直 到下一個硬件復(fù)位。功能強大 AT89C51 單片機可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。如 圖 21 為 AT89C51 外形圖。 圖 21 AT89C51 外形圖 AT89C51 主要性能參數(shù)： 與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4K 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 24MHz 128179。 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 8 32 個可編程 I/O 口線 2 個 16 位定時 /計數(shù)器 6 個中斷源 可編程串行 UART 通道 低功率空閑和掉電模式 （一） AT89C51 結(jié)構(gòu)框圖于引腳說明 圖 22 AT89C51 結(jié)構(gòu)框圖 AT89C51 結(jié)構(gòu)框圖如圖 22 所示。 引腳功能說明 9 Vcc：電源電壓 GND：地 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫 “ 1” 可作為高阻抗輸入端用在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在 Flash 編程時， P0 接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 P1 口： P1 口 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫 “ 1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉倒高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ IIL）。 Flash 編程和程序校驗期間， P1 接收低 8位地址。 P2 口： P2 口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫 “ 1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時， 因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ IIL）。在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOV A， @A+DPTR 指令）時。 P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。 在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @Ri， A 指令）時， P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)總 R2 寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。 Flash 編程或校驗時， P2 亦接收高位地址和其他控制信號。 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流 ） 4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入 “ 1” 時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能， P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 如下表 21 所示： 表 21 P3 口第二功能 10 P3 端口 第二功能 第二功能說明 RXD 串行口輸入端 TXD 串行口輸出端 INT0———— 外部中斷 0 輸入端 INT1———— 外部中斷 1 輸入端 T0 定時器 /計數(shù)器 0 外部信號輸入端 T1 定時器 /計數(shù)器 1 外部信號輸入端 WR——— 外 部 RAM 寫選通輸出信號 RD——— 外部 RAM 讀選通輸出信號 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將單片機復(fù)位。 ALE/ PROG ：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器。 ALE 仍一時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它 可對外輸出時鐘或用于定時目的。但要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG ）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和MOVC 指令 ALE 才會被激活，此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。 PSEN ：程序存儲允許（ PSEN ）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的 PSEN 信號不出現(xiàn)。 EA /VPP：外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000H～FFFFH）， EA端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加 密位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA端為高電平（接 VCC 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部會鎖存 EA端狀態(tài)。 Flash 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器 3 放大器的輸出端。 時鐘振蕩器 11 AT89C51 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL 和XTAL2 分別是該放大 器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路如圖 23： 圖 23 振蕩電路 外接石英晶體（或陶瓷振蕩器）及電容 C C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容 C C2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低，振蕩器工作的穩(wěn)定性，起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，則推薦電容使用 30pF ，而如使用陶瓷振蕩器建議選擇 40pF。 （二） AT89C51 的工作特點 空閑節(jié)電模式： AT89C51 有兩種可用軟件 編程的省電模式，它們是空閑模式和掉點工作模式。這兩種方式是控制專用寄存器 PCON（即電源控制寄存器）中的 PD（ ）和 IDL（ ）位來實現(xiàn)的。 PD 是掉電模式，當(dāng) PD=1 時，激活掉電工作模式，單片機模式，即 PD 和 IOL 同時為 1，則先激活掉電模式。 在空閑工作模式狀態(tài)， CPU 保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。