【文章內(nèi)容簡介】 低功耗。供電電壓從 5V降到 3V、 2V 甚至 1V左右。工作電流從 mA 級降到μ A級。在生產(chǎn)工藝上以 CMOS 代替 NMOS，并向 HCMOS 過渡； 系統(tǒng)擴(kuò)展與配置。有供擴(kuò)展外部電路用的三總線結(jié)構(gòu) DB、 AB、 CB，以方便構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)。根據(jù)單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、多機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)專門開發(fā) 出單片機(jī)串行總線。此外，還特別配 置有傳感器，人機(jī)對話 、網(wǎng)絡(luò)多通道等 接口，以便構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)和多機(jī)系統(tǒng)。 綜上所述，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制方式。 方案論證 本系統(tǒng)中為什么要采用光敏電阻器、 STC89C52RC 系列單片機(jī)和 1602 液晶顯示屏呢？以下我將詳細(xì)介紹。 主控單片機(jī)的選擇 整個(gè)測量系統(tǒng)都以主控單片機(jī)為控制核心，因此主控芯片的選擇和應(yīng)用非常重要。 本系統(tǒng)選用 STC89C52RC 單片機(jī)。 本設(shè)計(jì)采用 STC89C 系列的 STC89C52RC 作為主控芯片是根據(jù)方案論證的結(jié)果。本系統(tǒng)的監(jiān)控參數(shù)較少，計(jì)算不是特別復(fù)雜，選擇宏晶科技 公司的 STC89C52RC 單片機(jī)完全可以滿足系統(tǒng)的要求，并且 STC89C 系列的單片機(jī)價(jià)格便宜，開發(fā)簡單，從開發(fā)周期和研發(fā)費(fèi)用上來說是合理的選擇。 主要特性如下 ： 8051 單片機(jī)， 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051. ： ～ （ 5V單片機(jī)） /～ （ 3V 單片機(jī)） ： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz 8K 字節(jié) 512 字節(jié) RAM I/O 口（ 32 個(gè)），復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。 （在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。第 2 章 設(shè)計(jì)方案 7 EEPROM 功能 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器 T0、 T T2 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 （ UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART ： 40～ +85℃（工業(yè)級） /0～ 75℃（商業(yè)級） STC89C52RC 單片機(jī)的工作模式： 掉電模式：典型功耗 A,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序。 空閑模式：典型功耗 2mA 正常工作模式：典型功耗 4Ma～ 7mA 掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設(shè)備。 圖 22 STC89C52RC 引腳圖 STC89C52RC 引腳功能說明 VCC（ 40 引腳）：電源電壓 VSS（ 20 引腳）：接地 P0 端口（ ～ ， 39～ 32 引腳）： P0 口是一個(gè)漏極開路的 8 位雙向 I/O 口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動 8 個(gè) TTL 負(fù)載，對端口 P0寫入“ 1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， P0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總第 2 章 設(shè)計(jì)方案 8 線。此時(shí)， P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在 Flash ROM 編程時(shí)， P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1 端口（ ～ ， 1～ 8 引腳）： P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P1 的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或者輸出電流方式） 4 個(gè) TTL 輸入。對端口寫入 1 時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。 P1 口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個(gè)電流（）。 此外， 和 還可以作為定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部技術(shù)輸入（ ）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ） P2 端口（ ～ ， 21～ 28 引腳）： P2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。 P2的 輸出緩沖器可以驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4 個(gè) TTL 輸入。對端口寫入 1 時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。 P2 作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個(gè)電流（）。 在訪問外部程序存儲器和 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行“ MOVX @DPTR”指令）時(shí)， P2送出高 8 位地址。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行“ MOVX @R1”指令）時(shí)， P2 口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（ SFR）區(qū)中的 P2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不會改變。 在對 Flash ROM 編程和程序校驗(yàn)期間， P2也接收高位地址和一些控制信號。 P3 端口（ ～ ， 10～ 17 引腳）： P3 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。P3 的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4 個(gè) TTL 輸入。對端口寫入 1 時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。 P3 做輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個(gè)電流（）。 在對 Flash ROM 編程或程序校驗(yàn)時(shí)， P3 還接收一些控制信號。 光感應(yīng)器的選用 選擇光傳感器時(shí)，最重要的一點(diǎn)是理解哪項(xiàng)規(guī)格參數(shù)是最為 關(guān)鍵的。一般來說，在選擇一個(gè)光傳感器時(shí)，需要著重考慮的因素包括光譜響應(yīng) /IR 抑制、最大勒克斯數(shù)、光敏度、集成的信號調(diào)節(jié)功能、功耗以及封裝大小等 6 個(gè)重要規(guī)格。這 6 個(gè)規(guī)格的具體描述如下： 光譜響應(yīng) /IR 抑制：環(huán)境光傳感器應(yīng)該僅對 400nm 至 700nm 光譜的范圍有感應(yīng)。 最大勒克斯數(shù)：大多數(shù)應(yīng)用為 1 萬勒克斯。 光敏度：根據(jù)光傳感器的鏡片類別，光線通過鏡片后，光衰減可以在 25[[%]]50[[%]]之間。低光敏度非常關(guān)鍵 (5 勒克斯 )，必須選擇可以在這個(gè)范圍內(nèi)工作的光傳感器。 集成的信號調(diào)節(jié)功能 (即放大器和 ADC)：一些傳感器可能提供非常小的封裝，但是卻需要一個(gè)外部放大器或無源元件來獲取所需的輸出信號。具有更高集成度的光傳感器省去了外部元件 (ADC、放大器、電阻器、電容器等 )，具有更多的優(yōu)勢。 第 2 章 設(shè)計(jì)方案 9 功耗：對于要承受高勒克斯 (1 萬勒克斯 )的光傳感器來說，最好采用非線性模擬輸出或數(shù)字輸出。 封裝大小：對于大多數(shù)應(yīng)用來說，封裝都是越小越好?，F(xiàn)在可提供的較小封裝尺寸約為 。而尺寸為 的 4 引腳封裝則是下一代封裝 。 采用小型封裝的光傳感器多種多樣，而且價(jià)格合理。數(shù) 十年來，無源器件一直活躍市場，隨著光敏電阻、光電二極管及光電晶體管等變得越來越普通和便宜，它們被從夜間照明燈到數(shù)碼相機(jī)的眾多消費(fèi)產(chǎn)品廣泛采用。而登場不久的集成器件把一個(gè)光電晶體管或光電二極管與電流放大器集成起來，以實(shí)現(xiàn)片上校準(zhǔn)、過濾和更高的分辨率。當(dāng)分辨率較高時(shí)，低光能力、電源抑制等功能發(fā)揮作用，這類器件正在擴(kuò)大環(huán)境光傳感器的應(yīng)用范圍和有效性。 最簡單的光傳感器是光敏電阻，可以通過兩個(gè)終端之間的通道來對其鑒別。低端版本使用 CdS(硫化鎘 )制造，而比較昂貴的類型則使用 GaAs 制造。 GaAs 的能帶隙較小，使 其能夠吸收紅外光中的低能光子，使電子躍遷到傳導(dǎo)帶。參考元件的數(shù)據(jù)顯示，其照度范圍是 1~100lux，但具有各種阻值。 綜合考慮，這里選用光敏電阻測照度，它具有靈敏度高，工作電流大，光譜響應(yīng)范圍寬與所測光強(qiáng)范圍寬，無極性使用方便的優(yōu)點(diǎn)。 下面介紹以硫化鎘制成的光敏電阻器： 光敏電阻 CDS 符號如圖 23 所示 圖 23 光敏電阻 CDS 之符號 光敏電阻器以硫化隔制成，所以簡稱為 CDS，通常使用熱壓結(jié)晶體之光電傳導(dǎo)零件，其特性有： : CDS 之相對靈敏度與照射光線之靈敏度有關(guān)，波 長從 5500 至 6500A(1A=1． 108cm)之第 2 章 設(shè)計(jì)方案 10 間有最大的靈敏度。 ： 在同樣之電壓下，照度愈強(qiáng)，光電流愈大，亦即是電阻愈小，適當(dāng)?shù)奶砑与s質(zhì)，便能使照度在小 1~1000 lux 范圍內(nèi)保持與光電時(shí)間的直線關(guān)系。 : 光照射到度件，光電流達(dá)到正常值之 63%的時(shí)間，稱為 上升時(shí)間 ，反之一，將光遮斷，而光電流減少為原來的 63%之時(shí)間，則叫做 衰弱時(shí)間 。一般其值為 10 毫秒至數(shù)秒，若置于黑暗的時(shí) 間較短 而 有照度愈強(qiáng)，向應(yīng)時(shí)間就有愈短之傾向，此外，負(fù)載電阻增大，則上升時(shí)間就變短而衰弱時(shí)間就變長。 : CDS 之禁帶寬度高達(dá) (eV 為電子伏特 )，故可以在 20℃ ～ 70℃ 之范圍內(nèi)工作，當(dāng)溫度上升，光靈敏度減少，在低照度時(shí)特別顯著。 幾種不同材料光敏電阻的光譜圖，如圖 24 所示 圖 24 光敏電阻光譜圖 照度與光敏電阻阻值的特性曲線如圖 25 所示 圖 25 光敏電阻特性曲線 第 2 章 設(shè)計(jì)方案 11 表 26 幾種 CdS 光敏電阻的參數(shù) 型號 參數(shù) 光譜響 應(yīng)范圍 μm 峰值 波長 μm 允許 功耗 mW 最高工 作電壓 V 響應(yīng)時(shí)間 光電特性 電阻溫度系數(shù) /%/℃ （ 20~60℃ ） Tτ/mS tf/mS 暗電阻值 MΩ 亮電阻值 KΩ（ 100IX） UR74A ~ 50 100 40 30 1 ~ UR74B ~ 30 50 20 15 10 ~ 4 UR74C ~ 50 100 6 4 100 ~ 2 本次設(shè)計(jì)選用 UR74A 完全能符合設(shè)計(jì)要求，所以選用 UR74A。 顯示屏的選 用 方案一：采用 8 端數(shù)碼管，這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此共陰極接地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽極 LED 顯示器的工作 原理也一樣。顯示方式可分靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。 靜態(tài)顯示方式：在這種方式下，各位 LED 顯示器的共陽極連接在一起并接地， 每位的短選線分別與一個(gè) 8 位的鎖存器輸出相連，各個(gè) LED 的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另外字符為止，正因?yàn)槿绱?，靜態(tài)顯示器的亮度較高。若用I/O 口，這需要占用 N8 位 I/O 口。這樣的話，如果顯示器的個(gè)數(shù)較多，那么用的 I/O 接口就更多，因此顯示位數(shù)較多的情況下，一般都不用靜態(tài)顯示。 動態(tài)顯示方式：當(dāng)多位 LED 顯示時(shí)，通常將所有位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起，由一個(gè)8 位 I/O 口控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各位的共陽極或共陰極分別有相應(yīng)的 I/O 口線控制，實(shí)現(xiàn)各位分時(shí)選通。其中段選線占用一個(gè) 8 位 I/O 口，而位選線占用 N 個(gè) I/O 口。由于各位的段選線并聯(lián)，段碼的輸出對各位來說都是相同的，因此，同一時(shí)刻，如果各位選線都處于選通狀態(tài)的話，那 LED 顯示器將顯示相同的字符。若要各位 LED 能顯示出與本位相應(yīng)的字符，就必須采用掃描顯示方式，即在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的段碼。這種顯示方式占用的 I/O 口個(gè)數(shù)為 8＋ N，相對靜態(tài)顯示少了很多，但需占用大量的 CPU 資源，當(dāng) CPU 處理別的事情時(shí)，顯示可能出現(xiàn)閃爍或者不顯示的情況。在本設(shè)計(jì)中， CPU 需要測溫，同時(shí)也需要 PWM 調(diào)制，根本上不可能實(shí)現(xiàn)。 方案二 :采用 1602 模塊液晶，模塊內(nèi)部集成顯示屏（ LCD panel ）、控制器（ controller）、列驅(qū)動器（ segment driver）和偏壓產(chǎn)生電路。使用時(shí)只要將數(shù)據(jù)總線和控制總線與單片機(jī) IO 口相連，即可實(shí)現(xiàn)顯示。內(nèi)部集成 192 個(gè)字符，使用時(shí)只需指明地址調(diào)用，無需自建字庫。內(nèi)部集成顯示緩沖區(qū)，顯示時(shí)無需掃描，暫用 CPU 資源較小。常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 綜合考慮數(shù)碼管和液晶顯示器，從它們的分辨率、視角、可視面積、亮度與對比度、反應(yīng)速度和色彩等多方面看，液晶屏都比數(shù)碼管要好很多，只是在價(jià)格上液晶屏要比數(shù)碼管貴點(diǎn)。所以我選擇 LCD。 以下是對 1602LCD 的功能、特點(diǎn)、管腳和如何使用的介紹： ? 主要特性 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有 顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口、體積小、質(zhì)量輕、功耗低等 優(yōu)點(diǎn) 。 ? 液晶顯示原理 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集 成電路直接驅(qū)動、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便