【正文】 一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)單片機(jī)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(jī)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(diǎn)：不需要常規(guī)的翹板開關(guān)；不需要人親自動(dòng)手去按，可以減少通過(guò)皮膚接觸導(dǎo)致的細(xì)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(jià)值的。這種產(chǎn)品對(duì)于公共場(chǎng)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(cè)電路 AT89C51單片機(jī) 按 鍵 電 路 自然光檢測(cè)電路 晶振電路 復(fù)位電路 3 第二節(jié) 系統(tǒng)簡(jiǎn)單流程圖 有了上節(jié)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體框圖，我們就可以進(jìn)行系統(tǒng)流程圖 的設(shè)計(jì)，這里的流程圖是方案流程圖，是提出來(lái)的思路流程圖。我們可以提出好幾種方案，來(lái)進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)，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(jì)任務(wù)的最基本和最簡(jiǎn)單的方案。 流程經(jīng)過(guò)初始化以后，先判斷有無(wú)按鍵按下，如果有則執(zhí)行相應(yīng)按鍵處理程序。如果沒(méi)有，繼續(xù)判斷紅外檢測(cè)電路有無(wú)探測(cè)到有人，無(wú)人時(shí)，滅燈并返回繼續(xù)判斷有無(wú)按鍵按下。如果探測(cè)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(gè)動(dòng)作信號(hào)，使其動(dòng)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(wú)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(jì)系統(tǒng)流程時(shí)，是先判斷光照還是先檢測(cè)是否有人是，我遵循的原則是“以人為本，人使用燈”。如果沒(méi)有人，開關(guān)燈就無(wú)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(jiǎn)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(méi)有調(diào)光功能。后面的方案將體現(xiàn)方案一的這點(diǎn)不足。 二、方案二 圖 13 流程圖二 如果設(shè)計(jì)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(huì)更好。 如圖 13 具有兩個(gè)照明調(diào)節(jié)等級(jí)的方案。按鍵判斷與有沒(méi)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(shí)，不需要人工照明：當(dāng) X1EX2 時(shí)，開一半的燈，即可滿足照明需求；當(dāng) EX1時(shí)，燈全部打開。這樣在傍晚，陰天的時(shí)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(wú)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(cè)電路和調(diào)光電路。它能夠監(jiān)測(cè)當(dāng)前照度值 E1，與設(shè)定值 E0 作比較，當(dāng) E1E0 時(shí)，啟動(dòng)調(diào)光電路進(jìn)行照明補(bǔ)償，維持照度不低于設(shè)定值 E0。方案三的可見光檢測(cè)電路精度要高于前兩種方案，因?yàn)樗恼{(diào)光需要一個(gè)精確的反饋值來(lái)設(shè)定調(diào)光電路的工作。 這種方案對(duì)于教室，圖書館等場(chǎng)所，這種需要一個(gè)恒定照度的場(chǎng)合是非常合適的，如果希望熒光燈能實(shí)現(xiàn)照度調(diào)節(jié)，需要配合數(shù)字整流器。 就目前來(lái)看，由于大功率 LED 燈的蓬勃發(fā)展，未來(lái)使用單片機(jī)， 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(shì)，在燈具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已成為主要趨勢(shì)。從而引起照明領(lǐng)域的開始 初始化，設(shè)定 照度值 E0 有無(wú)按鍵 ? 按鍵處 理 ? 有人否？ 滅燈 Y N Y Y N N 檢測(cè)當(dāng)前照度值E1,與 E0 比較 啟動(dòng)調(diào)光電路 E1≥ E0？ 6 又一次革命，而照明質(zhì)量將會(huì)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(duì)于方案一 流程經(jīng)過(guò)初始化以后，先判斷有無(wú)按鍵按下，如果有則執(zhí)行相應(yīng)按鍵處理程序。如果沒(méi)有，繼續(xù)判斷紅外檢測(cè)電路有無(wú)探測(cè)到有人，無(wú)人時(shí)，滅燈并返回繼續(xù)判斷有無(wú) 按鍵按下。如果探測(cè)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(gè)動(dòng)作信號(hào)，使其動(dòng)作，從而開啟照明電路。 方案二按鍵判斷與有沒(méi)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(shí)，不需要人工照明：當(dāng)X1EX2 時(shí)，開一半的燈，即可滿足照明需求；當(dāng) EX1 時(shí)，燈全部打開。這樣在傍晚，陰天的時(shí)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(cè)當(dāng)前照度值 E1，與設(shè)定值 E0 作比較，當(dāng) E1E0 時(shí)，啟動(dòng)調(diào) 光電路進(jìn)行照明補(bǔ)償，維持照度不低于設(shè)定值 E0。方案三的可見光檢測(cè)電路精度要高于前兩種方案，因?yàn)樗恼{(diào)光需要一個(gè)精確的反饋值來(lái)設(shè)定調(diào)光電路的工作。 盡管方案一是最簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)兩種等級(jí)的控制，方案三實(shí)現(xiàn)一種連續(xù)的控制是比較難的。這次設(shè)計(jì)我就以第一種方案來(lái)設(shè)計(jì)該照明系統(tǒng)。 7 第二章 硬件設(shè)計(jì) 第一節(jié) 主機(jī)電路核心器件介紹 一、 AT89C51 單片機(jī)性能介紹 AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)， 片內(nèi)含4KB 閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory） 和 128B 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)， 同時(shí)， 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。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)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(gè)硬件復(fù)位。功能強(qiáng)大 AT89C51 單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)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(chǔ)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(gè)可編程 I/O 口線 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 6 個(gè)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(shuō)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(shuō)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(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫 “ 1” 可作為高阻抗輸入端用在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在 Flash 編程時(shí)， P0 接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1 口： P1 口 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫 “ 1” ，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉倒高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1 接收低 8位地址。 P2 口： P2 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫 “ 1” ，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)， 因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOV A， @A+DPTR 指令）時(shí)。 P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。 在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX @Ri， A 指令）時(shí)， 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(gè)訪問(wèn)期間不改變。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接收高位地址和其他控制信號(hào)。 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(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流 ） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì) P3 口寫入 “ 1” 時(shí)，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(shí)，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(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 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(shuō)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(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 外部信號(hào)輸入端 T1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 外部信號(hào)輸入端 WR——— 外 部 RAM 寫選通輸出信號(hào) RD——— 外部 RAM 讀選通輸出信號(hào) RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將單片機(jī)復(fù)位。 ALE/ PROG ：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 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(wèn)外部存儲(chǔ)器。 ALE 仍一時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它 可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。但要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。對(duì) Flash 存儲(chǔ)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(guò)對(duì)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(huì)被激活，此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無(wú)效。 PSEN ：程序存儲(chǔ)允許（ PSEN ）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)不出現(xiàn)。 EA /VPP：外部訪問(wèn)允許，欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)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(shí)內(nèi)部會(huì)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(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，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(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器 3 放大器的輸出端。 時(shí)鐘振蕩器 11 AT89C51 中有一個(gè)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(gè)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(duì)外接電容 C C2 雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)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(diǎn) 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(diǎn)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(lái)實(shí)現(xiàn)的。 PD 是掉電模式，當(dāng) PD=1 時(shí)，激活掉電工作模式，單片機(jī)模式，即 PD 和 IOL 同時(shí)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