【正文】 。分鐘計(jì)數(shù)器 SEC EQU 56H 。 1 V 的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性 .OP3 構(gòu)成了一個(gè)比較器，當(dāng)輸入電壓 VCVR（ VR≈ ）時(shí)， OP3 輸出為低電平，鎖住與門 AND:A，使其輸出為低電平不再變化，禁止觸發(fā)信號(hào) VS 向下級(jí)傳遞；而當(dāng) VCVR 時(shí)， OP3輸出為高電平，與門 AND:A 開啟， VS 的狀態(tài)傳送至狀態(tài)控制器， VO 跳變?yōu)楦唠娖?，此后進(jìn)入延時(shí)周期 Tx時(shí)間結(jié)束時(shí)， VO 跳變?yōu)榈碗娖剑瑫r(shí)啟動(dòng)封鎖時(shí)間定時(shí)器進(jìn)入封鎖周期 Ti時(shí)間變化范圍內(nèi)， VS 的任何變化都不能使 VO發(fā)生跳變，可有效抑制負(fù)載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾 .當(dāng) A端接高電平時(shí)，處于可重復(fù)觸發(fā)的狀態(tài)，可根據(jù)需要通過調(diào)節(jié) RRRC RR2 以及 RC2 外接的電容電阻大小來改變 VO 信號(hào)的延遲時(shí)間和鎖存時(shí)間，以 達(dá)到在最大限度的抑制干擾的前提下輸出可重復(fù)變化的信號(hào) . 圖 27 BISS0001內(nèi)部結(jié)構(gòu) BISS0001 與外部電路構(gòu)成的放大濾波電路如圖 28（ a）所示 .在計(jì)算其輸出電壓之前，這里先引入兩個(gè)概念 —— ?虛短?和?虛斷?，運(yùn)算放大器有兩個(gè)輸入端（除去電源 VCC和 GND），內(nèi)部為差分結(jié)構(gòu)，由于理想運(yùn)算放大器的輸入電阻趨近于無窮大，因此流入其兩個(gè)輸入端的電流幾乎為零，可視為斷路，此為?虛斷?；同時(shí)由于理想運(yùn)算放大器的增益無窮大，而輸出電壓幅值有限，則根據(jù)高等數(shù)學(xué)中收斂的概念 —— 兩個(gè)數(shù)相乘，如果已知其中一個(gè) 數(shù)為無窮大，僅當(dāng)另一個(gè)數(shù)趨近于零時(shí)，其乘積結(jié)果才有可能為收斂 —— 可知運(yùn)放的兩個(gè)輸入端電壓差很小，幾乎趨近于零，可近似看做兩個(gè)輸入端的電壓相同，相當(dāng)于基于 51單片機(jī)的智能臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 13 短路，此為?虛短? [9].下面計(jì)算該電路對(duì)輸入的響應(yīng) .這里定義輸入信號(hào)為 Vin， OP2:B 的同相端電壓為 Vp1，反相端電壓為 Vn1，輸出端電壓為 Vo1， OP2:A 的同相端電壓為 Vp2，反相端電壓為 Vn2，輸出端電壓為 Vo2，這里忽略所有電容，如圖 28（ b），放大倍數(shù)的計(jì)算與它們無關(guān) —— C2 和 C4 作為濾波電容在對(duì)低頻信號(hào)放大時(shí)是不起作用的，可視為開路，而由于 C3 和 C5 的值很大，在短時(shí)間內(nèi)的信號(hào)變化對(duì)其兩端電壓影響很小，可視為不變 .下面為計(jì)算過程： inp VV ?1 Mp VV ?2 87 811 RR RVV on ??? （ 21） 65 665 5 212 RR RVRR RVV oon ?????? （ 22） 式（ 21）和（ 22）運(yùn)用了?虛斷?的原理，即流入 OP2:A 和 OP2:B 反相端的電流為零，因此根據(jù)節(jié)點(diǎn)電流守恒可知流過 R5 和 R6 的電流大小相同，流過 R7 和 R8 的電流大小也相同，此外，式（ 22）運(yùn)用了疊加法計(jì)算電壓值，將 Vo1和 Vo2分別置零，分別求出 Vo1和 Vo2在 Vn2上的分壓，相加后即為 Vo1和 Vo2共同作用在 OP2:A 反相端的電壓 [10]. 11 pn VV ? 22 pn VV ? （ 23） 式（ 23）運(yùn)用了?虛短?的原理 .最后計(jì)算得inMo VRRRRVRRV ??????? )871(65)651(2.由于Vin為紅外傳感器 RE200B 的輸出電壓，范圍為 ~ V， VM 的值約為 ，我們需要的 Vo2在 Vin有輸入時(shí)應(yīng)該大于 VH≈ 或小于 VL≈ ，因此很容易算出 R RR7 和 R8 的比值大小，在實(shí)驗(yàn)電路中我們?cè)O(shè)定 R5=1 MΩ ， R6=10 kΩ ， R7=2 MΩ ， R8=47 kΩ . 圖 28（ a）帶濾波放大電路 圖 28（ b）不帶濾波放大電路 基于 51單片機(jī)的智能臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 14 圖 28 BISS0001構(gòu)成的濾波放大電路 信號(hào)處理電路 整個(gè)信號(hào)處理電路由光敏電阻、紅外傳感器、 BISS000濾波電容以及不同大小的電容電阻構(gòu)成，其電路原理如圖 29所示，注意此圖中的電阻電容標(biāo)號(hào)與上一小節(jié)有所區(qū)別 .其中 C C C4 為濾波電容， R2 與紅外傳感器的源極（ S 端）相連，為其內(nèi)部差分結(jié)構(gòu)提供偏置電流，負(fù)系數(shù)光敏電阻與 R1 串聯(lián)，并在中間節(jié)點(diǎn)上與 BISS0001 的 VC（引腳 9）相連，當(dāng)光線較暗時(shí)，光敏電阻阻值增大，其分壓達(dá)到 VR后開啟 BISS0001芯片，使 BISS0001的運(yùn)算放大器能對(duì)外部輸入信號(hào)響應(yīng) .C C C C R R R5 和 R6 與 BISS0001 內(nèi)部 OP1和 OP2 構(gòu)成兩級(jí)濾波運(yùn)算放大電路 .R8 和 C7 控制 BISS0001 輸出 VO 的觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti， R9和 C6 控制輸出信號(hào)的維持時(shí)間 BISS0001 的 IB（ 10引腳）相連，為其內(nèi)部提供偏置電流以保證其正常工作 .當(dāng)處在較暗的環(huán)境中，紅外傳感器檢測(cè)到人體信號(hào)，傳輸?shù)?BISS0001的 1IN+（引腳 14），經(jīng)過兩級(jí)運(yùn)算放大電路，在 VO（引腳 2）輸出從低電平跳變?yōu)楦唠娖降纳仙匦盘?hào)，由于本設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)外部中斷口無論采用何種觸發(fā)方式（下降沿觸發(fā)或者低電平觸發(fā)），都需要保證輸入信號(hào)端在初始時(shí)為高電平，因此還必須在 BISS0001 輸出端 VO 加上一個(gè)反相器再與單片機(jī)輸入口相連，才能正確的觸發(fā) .本設(shè)計(jì)的外部中斷 0（ ）和外部中斷 1（ ）都通過反相器接在 BISS0001 的 VO 端，而且兩個(gè)中斷的最短響應(yīng)時(shí)間間隔時(shí)間為 4 s 左右，因此必須嚴(yán)格控制 R R C6 和 C7 的大小，使允許重復(fù) 觸發(fā)的時(shí)間大于 4 s， 避免對(duì)中斷服務(wù)造成干擾或?qū)е伦詣?dòng)控制模塊產(chǎn)生錯(cuò)誤的判斷 . 圖 29 信號(hào)采集放大電路原理圖 基于 51單片機(jī)的智能臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 15 第 3 章 軟件系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 與仿真 Keil編程軟件 單片機(jī)開發(fā)中除必要的硬件電路系統(tǒng)外，還離不開應(yīng)用軟件的支持，我們編寫的匯編語言源程序要變?yōu)橹醒胩幚砥骺蓤?zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機(jī)器匯編 .手工匯編的難度大，指令繁雜，出現(xiàn)錯(cuò)誤后難以查找，所以目前極少使用手工匯編的方法編寫單片機(jī)程序 .機(jī)器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于 MCS51 單片機(jī)的匯編軟件有早期的 A51，隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，開發(fā)者從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級(jí)語言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，由美國 Keil Software公司開發(fā)的 Keil 軟件是目前最流行開發(fā) MCS51系列單片機(jī)的軟件，從近年來各單片機(jī)開發(fā)板廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出 . Keil 提供了包括 C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部份組合在一起 .同時(shí) Keil軟件支持大多數(shù)的 WINDOWS 系統(tǒng) .因此掌握這一軟件的使用對(duì)于使 用 51系列單片機(jī)的開發(fā)者來說是十分必要的，由于目前在國內(nèi)只能買到該軟件，而且目前市面上買到的 51 單片機(jī)開發(fā)板也很可能只支持該軟件，因此本課題選用了 Keil 作為程序編譯軟件 .因匯編語句具有邏輯結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，兼容性較好等特點(diǎn)，本課題使用匯編語言作為軟件開發(fā)系統(tǒng)的編程語言， Keil 運(yùn)行界面及操作步驟如下： Keil 界面，新建一個(gè)工程，方法如圖 31 所示： 圖 31 新建工程 .uvproj 的文件，選擇單片機(jī)類型，由于 STC 系列單片機(jī)完全兼容 AT89 系列單片機(jī)的指令，所以這 里選用 Atmel 公司的 32所示： 基于 51單片機(jī)的智能臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 16 圖 32 選擇單片機(jī)類型 Hex文件，則必須設(shè)置工程組的屬性，步驟如下：右鍵 Target1—— Options for Target ‘ Target1’ —— Output 選項(xiàng)卡，勾選 Create HEX 33所示： 圖 33 添加程序文件到工程中 34 所示： 基于 51單片機(jī)的智能臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 17 圖 34 程序的編寫與調(diào)試界面 .HEX 文件下載到單片機(jī)中進(jìn)行測(cè)試，注意在將開發(fā)板接入電腦的時(shí)候， 需要通過設(shè)備管理器查看驅(qū)動(dòng)端口（ COM），只有選擇正確的端口，程序才能下載到單片機(jī)中，具體步驟如下：右鍵?我的電腦? —— ? 屬性 ? —— ? 硬件 ? —— ? 設(shè)備管理器 ? —— ? 端口 ? ，查看新添加的端口即可 .STC 官方的程序燒錄軟件如圖 35所示： 圖 35 HEX文件的下載仿真 通過以上五個(gè)步驟就能后將編寫好的程序下載到單片機(jī)中，然后通過開發(fā)板驗(yàn)證程序所編寫的程序是否正確，如若存在問題可進(jìn)行反復(fù)修改調(diào)試以達(dá)到預(yù)期結(jié)果 . 基于 51單片機(jī)的智能臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 18 單片機(jī) 程序設(shè)計(jì) 本課題要求單片機(jī)在接收到紅外傳感信號(hào)后立即響應(yīng)開燈，隨后開始計(jì)時(shí)并在數(shù) 碼管上顯示相應(yīng)的時(shí)間，在人離開后再次檢測(cè)到紅外傳感信號(hào)，燈在一分鐘后自動(dòng)關(guān)閉，如果沒有接收到第二個(gè)紅外傳感信號(hào)，則在開燈一小時(shí)之后發(fā)出蜂鳴器警告，一分鐘后燈自動(dòng)關(guān)閉 .由于本設(shè)計(jì)數(shù)碼管采用了動(dòng)態(tài)顯示的方法，因此在主程序應(yīng)該為循環(huán)掃描顯示數(shù)碼管，并且為了防止由于掃描頻率較快造成數(shù)碼管未完全點(diǎn)亮而使得數(shù)碼管較暗，顯示不夠清晰，應(yīng)該設(shè)定合適的延時(shí)，也不宜加入太長的延時(shí)，否則將會(huì)造成數(shù)碼管的閃爍 . 單片機(jī)程序可大體分為三個(gè)部分：開關(guān)燈程序塊，計(jì)時(shí)程序（包括延時(shí)程序）塊和數(shù)碼管顯示程序塊 .其中開關(guān)程序塊用來控制 LED 燈 和蜂鳴器的開啟和關(guān)閉，計(jì)時(shí)程序用來統(tǒng)計(jì)燈開啟后的時(shí)間，計(jì)時(shí)程序中的延時(shí)程序可用來控制關(guān)燈時(shí)間設(shè)定，也可用于數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描延時(shí) .顯示數(shù)碼管顯示程序塊用來將當(dāng)前的計(jì)時(shí)時(shí)間轉(zhuǎn)化為數(shù)碼管的前面板字符顯示 .主程序流程如圖 36 所示 . 開 啟 外 部中 斷 1數(shù) 碼 管 掃描 程 序是 否 有 外部 中 斷 1N開 燈 amp。 Signal Amplification 目錄 i 目 錄 第 1章 緒論 .................................................................. 1 研究課題的意義 ......................................................... 1 智能家電的歷史和發(fā)展概況 ................................................ 1 本課題的研究內(nèi)容、研究方法和 實(shí)施方案 .................................... 2 第 2章 硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì) ...................................................... 5 硬件系統(tǒng)的架構(gòu) ......................................................... 5 中央控制模塊 ........................................................... 5 STC89C52RC型單片機(jī) ................................................ 6 數(shù)碼管 掃描 電路 .................................................... 9 蜂鳴器和發(fā)光二極管回路 ............................................ 10 信號(hào)采集放大電路設(shè)計(jì) ................................................... 11 紅外傳感器 RE200B ................................................. 11 運(yùn)算放大電路 ..................................................... 11 信號(hào)處理電路 ..................................................... 14 第 3章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 ................................................... 15 KEIL編程軟件 ........................................................... 15 單 片機(jī)程序設(shè)計(jì) ........................................................ 18 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描程序 ................................................ 18 中斷程序 ......................................................... 20 仿真測(cè)試 ...............................................