【文章內(nèi)容簡介】 其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高， 作為輸入。作為輸入時， P2口的管腳 被外部拉低，將輸出電流。 用做輸入時，應(yīng)先將輸出鎖存器置 1。 當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，輸出地址的高八位。 P3 口：帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位 準雙向 I/O 口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動 4個 LS型 TTL負載，可作為普通的 I/O 口。用做輸入時，應(yīng)先將輸出鎖存器置 1。在編程 /校驗時， P3口接收某些控制信號。還可提供各種替代功能。 另外， P3 口也可作為 單片機 89C51 的一些特殊功能口： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（ 外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0外部輸入） T1（記時器 1外部輸入） /WR（ 外部數(shù)據(jù) 存儲器 寫選通） /RD（ 外部數(shù)據(jù) 存儲器 讀選通） P3 口同時 可 為閃爍編程和編程校驗接收一些 控 制信號 。 89C51 單片機的 復(fù)位、晶振電路的設(shè)計 AT89C51 單片機復(fù)位、晶振電路如下圖 ： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 第 14 頁 共 43 頁 如上圖所示，晶體振蕩器、電容和上電復(fù)位電路構(gòu)成單片機的最小系統(tǒng)。 晶振電路是給單片機提供時鐘 信號。 復(fù)位電路提供單片機復(fù)位功能，上電時可給單片機 RST 腳提供相應(yīng)的復(fù)位電平信號。 如上圖所示晶振電路 ，電容 C C3 可起頻率微調(diào)作用，電容值在 5pF～ 30pF 之間選擇，本電路選 22pF。晶體振蕩器選用 12MHz 的高穩(wěn)定無源晶體振蕩器，它與 89C51中的反向放大器構(gòu)成振蕩器，給 CPU 提供高穩(wěn)定的時鐘信號 。 上圖復(fù)位電路具有上電復(fù)位的功能， 電阻給電容充電，電容的電壓緩慢上升直到vcc，沒到 vcc 時芯片復(fù)位腳近似低電平，于是芯片復(fù)位，接近 vcc 時芯片復(fù)位腳近高電平，于是芯片停止復(fù)位，復(fù)位完成。 如圖所示，當給系統(tǒng)上電時 C1 有一個充電放電的過程，放電過程中會產(chǎn)生一個高電平。單片機正常工作時，按下開關(guān) S1， RST 端的電平為高電平，此時芯片也會產(chǎn)生一個高電平復(fù)位信號。 89C51 單片機 鍵盤輸入模塊、顯示器的設(shè)計 鍵盤分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤，鍵盤上閉合鍵的識別由專門的硬件編碼器實現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編碼號或鍵值 的稱為編碼鍵盤，比如計算機鍵盤；而非編碼鍵盤是靠軟件編程來識別的 。在單片機組成的各種系統(tǒng)中，應(yīng)用最廣泛的就是非編碼鍵盤，本課題的設(shè)計也采用非編碼鍵盤。 非編碼鍵盤又分成獨立鍵盤和行列式（矩陣式）鍵盤。獨立式鍵盤是指各按鍵相互獨立的接通一條輸入數(shù)據(jù)線，即每個按鍵都需接一個 I/O 口，各按鍵之間相互獨立，因 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 第 15 頁 共 43 頁 此會占用比較多的 I/O 口，不適合在按鍵較多的場合應(yīng)用，但是電路簡單。當任何一個按鍵按下時，與之相連的輸入數(shù)據(jù)線即可讀入數(shù)據(jù) 0，未按下時讀入 1；而行列式（矩陣式）鍵盤以 N個端口連接控制 N*N 個按鍵，實時在顯示器上 顯示按鍵信息，省下來很多的 I/O 端口。矩陣式鍵盤用 N 條 I/O 線作為行線， N 條 I/O 線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每個交叉點上設(shè)置一個按鍵，這樣鍵盤上的按鍵就有 N*N 個，這種結(jié)構(gòu)可以有效的提高 I/O的利用率，但是矩陣式鍵盤編程比較復(fù)雜，制圖較獨立式鍵盤繁雜。本課題的研究中，需要采用按鍵對時間和電壓值進行相應(yīng)的設(shè)置，不需要太多的按鍵，因此采用獨立式鍵盤進行系統(tǒng)設(shè)計即可。如左下圖所示，單片機 接三個控制電壓值和時間段的按鍵，如右下圖所示， 接三個設(shè)置年月日的按鍵。 單片機 顯示器模塊，一般分為兩種。第一種是采用多個數(shù)碼管顯示，其利用二極管發(fā)光顯示字母和數(shù)字，因此亮度較大，價格低，接口設(shè)計也比較簡單。但是它顯示的信息量有限，不能夠顯示漢字，工作電流也比較大，所以在應(yīng)用中會受到很大的限制。第二種是采用液晶顯示，它功耗低，使用壽命長，不產(chǎn)生輻射污染，并且具有漢字顯示功能，不僅可以實現(xiàn)基本的顯示信息，還可以顯示各種符號豐富信息量，被廣泛應(yīng)用在單片機系統(tǒng)和智能儀器儀表中。通過對上述兩種顯示方式的對比，本課題系統(tǒng)采用第二種顯示模塊。為了克服 LCD模板比較脆弱的特性，目前都已將 LCD控制器 、驅(qū)動器、 RAM、 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 第 16 頁 共 43 頁 ROM和 LCD顯示器用 PCB連接到一起，我們稱之為液晶顯示模板（ LCM）。組成的模塊可以以 8位二進制數(shù)的形式，生成 32個字符。若用單片機進行對 LCM的控制，可向 LCM輸入相應(yīng)的命令和數(shù)據(jù)，就可實現(xiàn)對所需內(nèi)容的顯示。 LCM一般有包括 8條數(shù)據(jù)線、 3條控制線、3條電源線在內(nèi)的 18個引腳。 通過對各種類型液晶顯示器的分析對比，本課題可采用 LCD12864液晶顯示器。其工作電壓在 ，工作電流為 2mA，低電壓低功耗，具有 4位 /8位并行、 2線或 3線串行多種接口方式，其接口簡單，操作方 便。本課題設(shè)計中， LCD12864的 DB0DB7對應(yīng) P1口的各個引腳， RST接電源， CS CS D R/W、 E分別接單片機 。LGM12641BS1R顯示電路如下： 本章小結(jié) 本章節(jié)，主要對景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)主電路進行了設(shè)計，選取了接觸器、晶閘管、空氣開關(guān)和電氣隔離裝置的規(guī)格型號；也對實現(xiàn) 按光亮度控制調(diào)壓供電系統(tǒng)通斷、按時段控制供電電壓幅值 進行了相應(yīng)的研究分析；為了保持電壓的穩(wěn)定性和準確性，設(shè)計了電壓反饋環(huán)節(jié)，并利用數(shù)字控制調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)電壓的穩(wěn)定性，保證了電壓的控制精度；本設(shè)計采用 89C51單片機來進行相應(yīng)的控制，本章也扼要的介紹了 89C51單片機的功能及應(yīng)用，并設(shè)計出了復(fù)位和晶振電路，完成了單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計，同時也設(shè)計出了單 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 第 17 頁 共 43 頁 片機鍵盤輸入模塊和顯示器，從而完成了對單片機最基本的設(shè)計。 3 景觀照明 光傳感器模塊及實時時鐘的設(shè)計 為了實現(xiàn)照明管理系統(tǒng)按光亮度控制調(diào)壓系統(tǒng)的通斷 和按時段控制供電電壓的幅值，系統(tǒng)中還需要光敏電阻來感測外界光亮度，需要電腦時鐘來確定準確的時間，實現(xiàn)照明的智能化、節(jié)能化。 光敏電阻的選擇 照明調(diào)壓管理系統(tǒng)中，主要照明設(shè)施是燈泡，對傳感器的信號 要求比人眼看到的數(shù)量要高的多。若要通過對外界光亮強度的感測控制照明調(diào)壓系統(tǒng)，則需要脈沖（開關(guān)）式光電開關(guān)傳感器和單片機來實現(xiàn)。當外界環(huán)境較暗需要照明時，脈沖（開關(guān)）式光電開關(guān)傳感器給單片機一個觸發(fā)脈沖，使得單片機控制的主電路接觸器導(dǎo)通，照明電路開始工作。 照明調(diào)壓管理系統(tǒng)中，主要照明設(shè)施是燈泡，對光亮度的信號要求比人眼看到的數(shù)量要高的多。通過參考文獻，發(fā)現(xiàn)光敏電阻 5516可以滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求。在外界環(huán)境較暗時，其電阻值為 110M歐姆，外界環(huán)境較明亮?xí)r（ 100LX），它的阻值僅有幾百到幾千歐姆。其對光的敏 感性與人眼對可見光的響應(yīng)很接近，只有人眼可感受到的光，都會引起光敏電阻 5516阻值的變化。因此可 使照明調(diào)壓管理系統(tǒng)能夠根據(jù)光照強度的范圍進行編程，更好的優(yōu)化該感測系統(tǒng)。如下圖所示，當有光照時，光敏電阻的阻值變小，比較器 3點的電壓降低，當其低于比較器 2點的電壓時，比較器 LM358輸出低電平信號。當沒有光照時，光敏電阻阻值變大，比較器 3點電壓升高，高于比較器 2點的電壓時，比較器 LM358輸出高電平信號。滑動變阻器可用來調(diào)節(jié)靈敏度。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 第 18 頁 共 43 頁 實時時鐘模板的設(shè)計 為了實 現(xiàn)景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)能夠按照時段控制供電電壓的幅值，需要一個實時時鐘提供定時、測控。單片機根據(jù)實時時鐘顯示的時間的變化而改變對 PWM的控制，從而控制了供電電壓。 目前實時時鐘的集成電路有很多種，如 DS130 DS130 PCF8485等，這些電路的接口比較簡單，價格也相對便宜，均被廣泛的應(yīng)用在計時電路中，本課題只需要選擇合適的芯片即可。 DS1302可實時顯示時間，可對年、月、日、時、分、秒進行計時。它采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能，工作電壓為 ，采用普通的 。 本課題設(shè)計要求按照時段控制電壓幅值，可通過編程，設(shè)置電壓在不同時間段的不同幅值，夜間電壓值要相對高些，滿足景觀照明的需求，在白天時段，設(shè)置電壓值比較低，然后再配合按光亮度控制調(diào)壓系統(tǒng)的通斷，實現(xiàn)了景觀照明的節(jié)能化、智能化。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 第 19 頁 共 43 頁 本章小結(jié) 本章節(jié)，主要就景觀照明系統(tǒng) 按光亮度控制調(diào)壓系統(tǒng)的通斷 和按時段控制供電電壓的幅值進行了光敏電阻的選擇和時鐘模板的設(shè)計。選擇了 對光的敏感性與人眼對可見光的響應(yīng)很接近的光敏電阻 5516，實現(xiàn)了對外界光亮度的感測，把信號傳給單片機進行對照 明電路的控制。時鐘模板中，選用 DS1302來進行對時段電壓幅值的控制。使得照明電路電壓值在不同的時間段具有不同的幅值。 4 景觀照明 節(jié)能管理系統(tǒng)中同步檢測的設(shè)計 近年來，雙向可控硅因其效率高、控制特性好、可靠性高等優(yōu)點，獲得了快速的發(fā)展，已成為自動控制領(lǐng)域中重要的組成部分。 雙向可控硅是一種功率半導(dǎo)體器件 , 也稱雙向晶閘管 , 在單片機控制系統(tǒng)中 , 可作為功率驅(qū)動器件 , 由于雙向可控硅沒有反向耐壓問題 , 控制電路簡單 , 因此特別適合做交流無觸點開關(guān)使用。雙向可控硅接通的一般都是一些功率較大的用電器 , 且連接在 強電網(wǎng)絡(luò)中 , 其觸發(fā)電路的抗干擾問題很重要 ,通常都是通過光電耦合器將單片機控制系統(tǒng)中的觸發(fā)信號加載到可控硅的控制極。為減小驅(qū)動功率和可控硅觸發(fā)時產(chǎn)生的干擾 ,需要 采用觸發(fā)電路。 雙向可控硅是否得以 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 第 20 頁 共 43 頁 成功應(yīng)用，關(guān)鍵在于其觸發(fā)電路。其觸發(fā)電路有兩種：移相觸發(fā)和過零觸發(fā)。移相觸發(fā)負載上的電壓時有缺角的正弦波，容易造成電源波形畸變，產(chǎn)生的高頻電磁波而干擾周圍電子設(shè)備的正常工作，因此觸發(fā)電路一般采用過零觸發(fā)。本課題的設(shè)計也采用過零觸發(fā)。過零觸發(fā)是指在電壓為零或零附近的瞬間接通。要采用過零觸發(fā)，電路還需正弦交流電過零檢測電路 。 過零檢測，是指交流電壓過零點被自動檢測進而產(chǎn)生驅(qū)動信號，使雙向可控硅在此時刻開始導(dǎo)通?，F(xiàn)在過零檢測技術(shù)與光耦隔離技術(shù)相結(jié)合，采用過零檢測給主芯片提供一個標準，該標準的起點是零電壓，雙向可控硅導(dǎo)通角的大小就依靠這個標準。如下圖所示，當正弦交流電壓接近于零時，光電耦合器 U1的發(fā)光二極管截止，導(dǎo)致三極管 Q1截止，三極管 Q1的輸出端接反向器與單片機 INT0引腳相連，再接一反向器與 INT1引腳相連。在中斷服務(wù)子程序中使用定時器累計移相時間，然后向雙向可控硅發(fā)出同步觸發(fā)信號。從而實現(xiàn)照明電路得到完整的正弦波。 為了實時的檢測電壓的穩(wěn)定性，景觀照明管理系統(tǒng)還增設(shè)了測電壓波形的示波器，可測得不同時間段的電壓波形，更加直接的清晰的了解到電壓的波動情況，便于進行調(diào)壓控制。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 第 21 頁 共 43 頁 景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)模型大體如下，通過 光敏電阻 對外界 光 環(huán)境的感測，給單片機發(fā)出 信號 ，使其通過 控制雙向可控硅和接觸器控制照明主電路的通斷， 實現(xiàn)根據(jù)光亮強度控制 調(diào)壓系統(tǒng)的通斷 。另外，時鐘 模板 與單片機連接，對單片機進行相應(yīng)的編程，讓其根據(jù)不同的時間 設(shè)置照明電路不同的電壓幅值，從而實現(xiàn)了根據(jù)時間控制照明電路的通斷。另外，本課題設(shè)計了電壓反饋環(huán)節(jié)，將交流電壓通過 整流電路、濾波電路轉(zhuǎn)換為直流電，在通過 TLC549將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳給單片機，用單片機對照明電路電壓進行調(diào)壓控制。從而，使照明電路 實現(xiàn)了智能化，減少了電能的損耗。 5 景觀照明 節(jié)能管理系統(tǒng)的節(jié)能效果 本課題設(shè)計中采用的是功率為 18W 的低壓鈉燈作為照明系統(tǒng)的照明裝置。低壓鈉燈的光源光效為 140lm/w，而普通燈泡為 20lm/w，因此選用的功率 18W 的低壓鈉燈進行照明亮度大約相當于 120W 的普通燈泡照明的亮度。 景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)，設(shè)計的是能夠根據(jù)光亮度控制調(diào)壓系統(tǒng)的通斷，并可以按照時段控制照明電路 的電壓幅值，使電能合理的利用，節(jié)能電能。本設(shè)計中，將時間段分為白天 6:0018:00 和夜間 18:006:00 兩個時間段。白天時段電壓為 150V,另外根據(jù)外界環(huán)境光亮度控制照明的通斷，夜間時段電壓設(shè)為 220V。 以一年時間為例計算該景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)設(shè)計的節(jié)能效果。景觀照明按安裝1000 只照明設(shè)置來計算。采用普通燈泡進行照明時，消耗的電能如下： 1000 只 *120W/只 *12小時 /天 *365 天 /年 =525600000W/小時 =525600 度 當采用該景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)時，采用低壓鈉燈進行照明，照明 電路夜間電壓為220V，白天由于光亮度較大，照明電路電壓為 0V，若遇天氣不好，外界較暗時，電壓為150V，按一年中有 35 天天氣不好需要照明來計算，該設(shè)計系統(tǒng)消耗的電能如下： 1000 只 *12小時 /天 *（ 18W/只 *365 天 /年 +150*150/（ 220*220） *18W/只 *35 天 /年）=通過