【正文】 各個(gè)國(guó)家的很多公司均在此方面展開(kāi)了 研究，相信未來(lái)視力保護(hù)器一定會(huì)得到巨大的發(fā)展，為廣大的中小學(xué)生的視力保護(hù)做出根本的保障 。首先是對(duì)各單元電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，并選擇合適的元器件。其次是設(shè)計(jì)整個(gè)電路，并在 計(jì)算機(jī) 上對(duì)各單元電路進(jìn)行相應(yīng)功能的調(diào)試 仿真！其中單片機(jī)芯片選用較為普遍的 89c52型，傳感器選用水銀滾珠型重力傳感器，光線報(bào)警 選用光敏電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，報(bào)警發(fā)聲系統(tǒng)選用以 HFC5219芯片為核心的發(fā)聲硬件電路。電路通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位。它具備以下功能： 1． 當(dāng)使用者 臉 部與 桌面 之間的距離小于 20CM時(shí) ,電路將發(fā)出聲 音 提示； 2． 當(dāng)讀寫(xiě)環(huán)境光線照度不足時(shí) ,電路將發(fā)出聲 音 提示； 3． 當(dāng)使用時(shí)間達(dá)到 45分鐘時(shí) ,電路自動(dòng)發(fā)出聲 音 提示 ,提醒使用者注意休息； 4．單片機(jī)的主頻 為 6KHZ；電路測(cè)光報(bào) 警的靈敏度可調(diào)； 5． 電路可靠 ,要求 通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真 并且能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能。 4 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件主要 以 89c52型單片機(jī)為核心，功能電路主要包括 超聲波測(cè)距 報(bào)警電路、光線報(bào)警電路、定時(shí)報(bào)警電路以及報(bào)警發(fā)聲電路等核心電路。圖 2是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本框圖。 圖 21為 89c52 單片機(jī)的芯片原 理圖。因?yàn)檫@種只讀存儲(chǔ)器中的程序要由單片機(jī)生產(chǎn)廠制作芯片時(shí)為用戶固化于片內(nèi)，所以只適用于批量極大、程序要永久性保留且不會(huì)修改的場(chǎng)合。它是單片機(jī)的核心，包括運(yùn)算器和控制器兩個(gè)主要組成部分，用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)算和控制功能。其主要功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、位操作及數(shù)據(jù)傳送等。其主要功能是協(xié)調(diào)整個(gè)單片機(jī)的工作，產(chǎn)生時(shí)序脈沖和提供控制信號(hào)等。 MCS52系列單片機(jī)芯片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器共有 128個(gè)存儲(chǔ)單元，用于存放可讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)。 C． 程序存儲(chǔ)器。通常稱之為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器或內(nèi)部 ROM。 MCS52共有兩個(gè) 16位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)功能。 MCS52共有四個(gè) 8位的 I/O口 (即 P0、 P P2 和 P3)，用以完成數(shù)據(jù)的并行輸入 /輸出。 MCS52有一個(gè)全雙工串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他計(jì)算機(jī)或設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。 MCS52共有 5個(gè)中斷源，分高和低兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別。 圖 22的運(yùn)用原理是：（ 1）采用 I0 口 TRIG觸發(fā)測(cè)距，給至少 10us的高電平信號(hào)；（ 2）模塊自動(dòng)發(fā)送 8個(gè) 40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；（ 3）有信號(hào)返回，通過(guò)IO口 ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平 持續(xù) 的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。 6 圖 超聲波 時(shí)序圖 以上時(shí)序圖表明你只需要提供一個(gè) 10us以上的脈沖觸發(fā)信號(hào)，該模塊內(nèi)部將發(fā)出 8 個(gè)40KHZ周期電平并檢測(cè)回波。 回響信號(hào)的脈沖寬度與所測(cè)距離成正比。 當(dāng)距離小于設(shè)定的距離時(shí)，觸發(fā)報(bào)警發(fā)聲電路工作，發(fā)出聲音提醒該學(xué)生坐直，從而達(dá)到保護(hù)該學(xué)生視力的目的。 C5416 DSP既支持軟件中斷也支持硬件中斷： 由程序指令 (INTR、 TRAP或 RESET)請(qǐng)求的 軟件中斷。 當(dāng)同時(shí)有多個(gè)硬件中斷被觸發(fā)時(shí)， C5416 DSP按照中斷優(yōu)先級(jí)別的高低對(duì)它們進(jìn)行服務(wù)。② 非屏蔽中斷。② 應(yīng)答中斷。 (3)中斷標(biāo)志寄存器 (IFR) 中斷標(biāo)志寄存器是一個(gè)存儲(chǔ)映射的 CPU寄存器，可以識(shí)別和清除有效的中斷。 該設(shè)計(jì)在軟件編程中需用到單片機(jī)的中斷系統(tǒng)和中斷指令，具體指 令和程序見(jiàn)下章。其功能是完成由光敏電阻控制的電路在條件滿足時(shí)發(fā)出脈沖，該脈沖作用于 89c52單片機(jī)的 ，通過(guò)檢測(cè) 高電平，由中斷控制利用 口給出滿足發(fā)聲電路需要的脈沖，再由發(fā)聲電路發(fā)出聲音提醒學(xué)生光線太暗了，需要調(diào)節(jié)光的亮度，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)學(xué)生視力的目的 。當(dāng)光敏電阻受到較強(qiáng)的光照照射時(shí)，光敏電阻阻值 變低，輸出端輸出高 電平，為模擬信號(hào)，經(jīng) 1/4LM339（四電壓比較器，用其中的一個(gè)即可）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)然后經(jīng)反相器傳給單片機(jī)，此時(shí)，傳過(guò)去的信號(hào)為低電平，即光線正常時(shí)輸出信 9 號(hào)為低電平；當(dāng)光敏電阻受到較弱的光照照射時(shí)，光敏電阻阻值為無(wú)窮大，輸出電壓為Vce=，為低電平，經(jīng)比較器輸出為零，再經(jīng)反相器作用后輸出為 1，即光線較暗淡時(shí)，總的輸出電壓為高電平即 1。 [8] 圖 24為 LM339的結(jié)構(gòu)圖。1V 177。 LM339集成塊采用 C14型封裝，圖 LM339原理圖的 外型及管腳排列。 定時(shí) 報(bào)警電路 報(bào)警電路分為單片機(jī)控制電路和報(bào)警發(fā)聲電路。它們具有兩種工作模式 (計(jì)數(shù)器模式和定時(shí)器模式 )及 4 種工作方式 (方式 0，方式 1，方式 2，方式 3)。 當(dāng)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器為定時(shí)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器的加 1信號(hào)由振蕩器的 12分頻信號(hào)產(chǎn)生，即每過(guò)一個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器加 1，直至計(jì) 數(shù) 滿溢出為止。因一個(gè)機(jī)器周期等于 12個(gè)振蕩周期，所以計(jì)數(shù)頻率 fcount=1/12osc。若要延長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間，則需要改變定時(shí)器的初值，并要適當(dāng)選擇定時(shí)器的長(zhǎng)度 (如 8位、 13位、 16位等 )。計(jì)數(shù)器在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2期間采樣引腳輸入電平。此后的機(jī)器周期 S3P1期間，新的計(jì)數(shù)值裝入計(jì)數(shù)器。例如，如果選用 12MHz 晶振，則最高計(jì)數(shù)頻率為 。 工作方式控制寄存器 TMOD用于控制定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的工作模式及工作方式，它的字節(jié)地址為 89H。當(dāng)作定時(shí)器用時(shí)，在其輸入端輸入周期固定的脈沖個(gè)數(shù)，即可計(jì)算出所定時(shí)間的長(zhǎng)度。本設(shè)計(jì)采用的時(shí)鐘周期為 6MHz，記數(shù)速度為 500KHz，輸入脈沖的時(shí)間間隔為 。 T0的定時(shí)初值為： 2^16100ms/2us=15536=C3B0H； T1的計(jì)數(shù)初值為 6553630000=35536=8AD0H 其中 T0為定時(shí)器， T1為計(jì)數(shù)器，定時(shí)器 T0定時(shí) 100ms后，計(jì)數(shù)器 T1計(jì)數(shù)一次，此時(shí)， 11 定時(shí)器 T0 進(jìn)行中斷服務(wù)程序 ZDT0 進(jìn)行定時(shí)器 T0 循環(huán)定時(shí)進(jìn)入下一個(gè)定時(shí)周期，當(dāng)滿足又一次定時(shí)滿 100ms 時(shí)，再由計(jì)數(shù)器 T1 計(jì)數(shù)一次，如此循環(huán)下去，直到滿足計(jì)數(shù)器 T1 計(jì)數(shù)30000次，計(jì)數(shù)器 T1進(jìn)入中斷服務(wù)程序 ZDT1，其功能是使單片機(jī)的 觸發(fā)定時(shí)報(bào)警發(fā)聲電路，由定時(shí)報(bào)警發(fā)聲電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)，使學(xué)生意識(shí)到已經(jīng)學(xué)習(xí)了 45分鐘了，需要休息一下，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)學(xué)生視力的目的。開(kāi)啟電源后，定時(shí)器 T0和計(jì)數(shù)器 T1進(jìn)行到下一循環(huán)，對(duì)定時(shí)器進(jìn)行賦值， T0定時(shí)， T計(jì)數(shù)，再進(jìn)行報(bào)警。 蜂鳴器 報(bào)警發(fā)聲電路 圖 25 蜂鳴器 報(bào)警發(fā)聲 電路 如圖 25 所示， 三極管主要是做驅(qū)動(dòng)用的。 3 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 由于簡(jiǎn)單的程序可以用匯編明顯提高執(zhí)行速度，但在大型程序開(kāi)發(fā)時(shí)，需要考慮多方面因素，工程開(kāi)發(fā)周期等需要合理選擇編程語(yǔ)言，所以本文主要采用單片機(jī) c語(yǔ)言來(lái)完成軟件設(shè)計(jì)和程序代碼的編寫(xiě)，程序簡(jiǎn)單易懂，可執(zhí)行性強(qiáng)。因?yàn)閰R編可以完成有些 C語(yǔ)言完成不 12 了的操作。但是，開(kāi)發(fā)和測(cè)試匯編代碼是一件辛苦的工作，它將花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間，因而要慎重選擇要用匯編的部分。 主程序的流程采用模塊的方法設(shè)計(jì)，先規(guī)劃出各功能子模塊，然后各個(gè)擊破，這也是軟件開(kāi)發(fā)的方式，可以由簡(jiǎn)入難，比較符合人的思維習(xí)慣。 T0的定時(shí)初值為： 2^16100ms/2us=15536=C3B0H； T1的計(jì)數(shù)初值為 6553630000=35536=8AD0H 其中 T0為定時(shí)器， T1為計(jì)數(shù)器，定時(shí)器 T0定時(shí) 100ms后，計(jì)數(shù)器 T1計(jì)數(shù)一次，此時(shí)，定時(shí)器 T0 進(jìn)行中斷服務(wù)程序 ZDT0 進(jìn)行定時(shí)器 T0 循環(huán)定時(shí)進(jìn)入下一個(gè)定時(shí)周期，當(dāng)滿足又一次定時(shí)滿 100ms 時(shí)，再由計(jì)數(shù)器 T1 計(jì)數(shù)一次，如 此循環(huán)下去，直到滿足計(jì)數(shù)器 T1 計(jì)數(shù)30000次，計(jì)數(shù)器 T1進(jìn)入中斷服務(wù)程序 ZDT1，其功能是使單片機(jī)的 觸發(fā)定時(shí)報(bào)警發(fā)聲電路，由定時(shí)報(bào)警發(fā)聲電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)，使學(xué)生意識(shí)到已經(jīng)學(xué)習(xí)了 45分鐘了，需要休息一下，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)學(xué)生視力的目的。開(kāi)啟電源后，定時(shí)器 T0和計(jì)數(shù)器 T1進(jìn)行到下一循環(huán)，對(duì)定時(shí)器進(jìn)行賦值， T0定時(shí)， T計(jì)數(shù)，再進(jìn)行報(bào)警。 c語(yǔ)言是一種 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 。它可以作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫(xiě)工作系 統(tǒng) 應(yīng)用程序 ，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫(xiě)不依賴計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。 各個(gè)主要程序段介紹如下： 1．設(shè)計(jì)要求滿足定時(shí) 50 分鐘后報(bào)警，其初值計(jì)算如下： 開(kāi)始到 0013 H 執(zhí)行中斷服務(wù)程序定時(shí)器 T 1 初始化計(jì)數(shù) 30000 次是否到 ？P 3 . 3 發(fā)出一個(gè)脈沖觸發(fā)報(bào)警電路開(kāi)中斷 ， 啟動(dòng)定時(shí)器 T 1硬件計(jì)數(shù)等中斷 TF 1是否圖 33 T1中斷程序 流程圖