【正文】 數(shù)碼管顯示光強(qiáng)強(qiáng)度。光照方向會(huì)導(dǎo)致他們兩端的電壓值不同，把兩個(gè)電壓值輸入到比較器進(jìn)行比較，單片機(jī)根據(jù)比較結(jié)果控制數(shù)據(jù)選擇器選擇光照較強(qiáng)的那一路的電壓值給A/D 進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。 本設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)乩昧斯饷綦娮璧奶匦砸约皢纹瑱C(jī)的強(qiáng)大的運(yùn)算控制功能，實(shí)現(xiàn)了光照強(qiáng)度的檢測(cè)，并在數(shù)碼管上顯示。本系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)有資源，結(jié)構(gòu)合理，性能穩(wěn)定， 成本低，滿足題目要求。 課題的目的 采用光敏電阻為光傳感器，利用光敏電阻的光照特性完成光強(qiáng)的檢測(cè)。根據(jù)這一特性，結(jié)合光照強(qiáng)度 和輸出模擬電壓之間的關(guān)系，分別對(duì)三路電壓值進(jìn)行采集得到某一光強(qiáng)度下對(duì)應(yīng)的模擬電壓，將模擬電壓通過(guò) ADC0804 模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓，通過(guò) C 語(yǔ)言編程，將其集于單片機(jī)中，進(jìn)行比較以后通過(guò)兩位數(shù)碼管將最大值顯示出來(lái)，相應(yīng)地控制點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的小數(shù)點(diǎn)以顯示光照強(qiáng)度的方向。 光照強(qiáng)度檢測(cè)儀的主體是光敏電阻，光敏電阻是采用半導(dǎo)體材料制作，利用 內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電元件。在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過(guò)，受到適當(dāng)波長(zhǎng)的光線照射時(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的增加而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。 光敏電阻的特性是光照變化時(shí)其電阻值隨著變化，所以可以通過(guò)電阻值的變化得出光照強(qiáng)度的變化，而電阻值的變化可以反映在電阻兩端的電壓值的變化情況上，這樣可以設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，該電路由光敏電阻分壓并可以將 光敏電阻兩端的電壓信號(hào)作為輸入信號(hào)輸入單片機(jī)，然后進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，將輸入單片機(jī)的電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再由單片機(jī)處理轉(zhuǎn)換出來(lái)的數(shù)字信號(hào)。 課題的要求 結(jié)合單片機(jī)最小電路和光敏電阻電路共同設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測(cè)系統(tǒng)，用數(shù)碼管顯示光照強(qiáng)度。 技術(shù)要求： （ 1）對(duì)光照強(qiáng)度實(shí)施實(shí)時(shí)采集，光照強(qiáng)度的測(cè)量范圍為： 2~600LX，精度 177。 數(shù)字式光照強(qiáng)度檢測(cè)儀的發(fā)展前景及趨勢(shì) 本課題通常與儀器測(cè)量的光束強(qiáng)度，是專門(mén)針對(duì)一個(gè)電路測(cè)量光強(qiáng)度關(guān)聯(lián)到一個(gè)時(shí)間信號(hào)的光強(qiáng)度。例如，雅培制藥，這一問(wèn)題的受讓人申請(qǐng)，已制定了在現(xiàn)有的某些有機(jī)樣品的色譜條件下測(cè)定免疫分析儀的數(shù)目。該法是暴露在參考光的來(lái)源是通過(guò)媒介通過(guò)后，發(fā)出的光，是在衡量其強(qiáng)度取樣器收集。這種類型的測(cè)量是特別有用的篩選和質(zhì)量提供了人類對(duì)懷孕和懷孕的問(wèn)題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)絨毛膜評(píng)價(jià)試驗(yàn)。通常情況下，光強(qiáng)度檢測(cè)用感光元素，是產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)，然后放大并轉(zhuǎn)換成由模擬到數(shù)字（ A / D）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的能力。 實(shí)例的 A / D 轉(zhuǎn)換器顯示和美國(guó)八所描述。 10 月 18 日， 1988 年，和美國(guó)專利。 利用光的強(qiáng)度取樣，以確定樣本的條件，產(chǎn)生了不同程度的轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)沿普遍使用在上述專利中描述的線的 A / D 轉(zhuǎn)換器，以確定已知的光強(qiáng)度測(cè)量設(shè)備光的強(qiáng)度。 8 月 7 日提出， 1987年，公開(kāi)了一種方法和分析物的測(cè)定 儀器。光照強(qiáng)度的排放水平是用來(lái)確定樣本的條件。 .第 4766083 題為：為生物凝集光度測(cè)定法等。由光敏元件收集的光線是從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)處理前。首先，成本與高分辨率 A / D 芯片相關(guān)已禁止光頻譜分析系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。凡需要 24 位分辨率，成本可大幅增加比例。因此，如果信號(hào)的轉(zhuǎn)換成本可以大大降低，光頻譜分析儀器的適用性，可大大提高，同時(shí)降低成本，提供更好更廣泛的取樣系統(tǒng)的檢測(cè)能力。 隨著紅外技術(shù)的推廣，紅外滿方的檢測(cè)儀器將朝著快速、便攜、低成本、低功耗以及自動(dòng)化的方向發(fā)展。 （ 2）便攜，體積小，能夠在離線、現(xiàn)場(chǎng)后在線環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確，無(wú)損檢測(cè)。 （ 4）低功耗，易于操作，檢測(cè)人員不需要對(duì)儀器進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整，只需啟動(dòng)幾個(gè)按鈕就可以進(jìn)行檢測(cè)。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 ? ? 第 2 章 系統(tǒng)概述 ? 系統(tǒng)方案的選擇與論證 設(shè)計(jì)方案一 采用光敏電阻、二極管和 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩電路，利用多諧振蕩電路的兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)輸出 由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號(hào) 。將其輸出模擬信號(hào)波形輸入到一個(gè)簡(jiǎn)易數(shù)字式頻率計(jì)通過(guò)兩位數(shù)碼管顯示出 來(lái)，數(shù)字式頻率計(jì)主要由時(shí)基電路、閘門(mén)電路計(jì)數(shù)器、鎖存器、譯碼顯示電路和邏輯控制電路組成。 \ 圖 設(shè)計(jì)方案一原理框圖 光敏電阻阻值變化 多諧振蕩器電路周期變化 簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì) 時(shí)基電路 閘門(mén)電路 計(jì)數(shù)器 鎖存器 譯碼顯示器 邏輯控制電路 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 本方案采用性能穩(wěn)定且便宜的光敏電阻作為光照傳感器，通過(guò)光敏電阻值變化影響多諧振蕩電路的周期而檢測(cè)光強(qiáng)，性能較穩(wěn)定一些，靈敏度也較高，但是電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所用元器件種類較多，實(shí)現(xiàn)和調(diào)試工作會(huì)比較困難，造價(jià)也較高， 雖然能滿足穩(wěn)定性和靈敏度的要求，但不宜采用。具體框圖如下圖 所示。缺點(diǎn)是單獨(dú)使用輸出電流（或電壓）很小，需要加放大電路將采樣電壓進(jìn)一步放大，而加入運(yùn)放環(huán)節(jié)會(huì)由于運(yùn)放的零漂和易受溫度影響使得電路穩(wěn)定性降低，誤差增大。 設(shè)計(jì)方案三 采用三路光敏電阻支路并聯(lián)檢測(cè)光照強(qiáng)度，通過(guò)每一路可以得到一個(gè)模擬采樣電壓，將這三路電壓通過(guò) CD4051 單 8 通道數(shù)字控制模擬電子開(kāi)關(guān) 循環(huán)輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0804 將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)通過(guò)通 信模塊輸送給 STC89C51單片機(jī)，通過(guò)比較后得出最大值，將最大值輸出并利用兩位數(shù)碼管顯示出來(lái)。至此，可以將光照的強(qiáng)度以及光照的方位通過(guò)兩位數(shù)碼管顯示出來(lái)，完成了本設(shè)計(jì)選題的任89C51 單片機(jī) 光敏二極管接受光照 輸出電流變化 采集電阻兩端電壓 運(yùn)算放大器 兩位數(shù)碼 管顯示 模數(shù)轉(zhuǎn)換 ADC 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 務(wù)及要求。性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，不易受外界環(huán)境溫度等因素影響，靈敏度也較高，但是由于光照傳感器采用光敏電阻且為三條支路并聯(lián)采集模擬電壓信號(hào)，會(huì)存在一定的誤差。 方案綜合比較和選擇 通過(guò)以上三種方案的設(shè)計(jì)，方案一采用光敏電阻作為光照傳感器，穩(wěn)定性和靈敏度雖然都能滿足設(shè)計(jì)選 題的要求，但是電路結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)和調(diào)試都比較困難，在實(shí)驗(yàn)中不采用；方案二采用光敏二極管作為光照傳感器，線性度好，響應(yīng)速度快，但是需要額外添加運(yùn)放環(huán)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和誤差都會(huì)帶來(lái)不利影響，另外限于元器件的供應(yīng)，本實(shí)驗(yàn)中也不采用：而方案三采用光敏電阻作為光照傳感器，進(jìn)行模擬電壓采樣，通過(guò) ADC 數(shù)模轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送到 51 單片機(jī)中，進(jìn)而控制兩位數(shù)碼管顯示具體數(shù)值和方位，簡(jiǎn)單可行，成本造價(jià)低，故在實(shí)驗(yàn)中采用本方案。具體方法是將三路光敏電阻支路并聯(lián)接入電路中，其中一路串接一固定電阻，另外兩路光敏電阻網(wǎng)絡(luò) 輸出選擇 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換 單片機(jī) 通信下載模塊 數(shù)碼管顯示 光照 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 分別串接電位器，利用光敏電阻值隨光照強(qiáng)度變化的特性，使得電路的輸出電壓而變化。 本章小結(jié) 本章主要講述了系統(tǒng)方案的選擇與論證并對(duì) 系統(tǒng)進(jìn)行了概述， 通過(guò)對(duì)不同方案的選擇了解整個(gè)系統(tǒng)的工作流程，根據(jù)實(shí)際情況與技術(shù)要求，畫(huà)出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，并擬定了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，也對(duì)系統(tǒng)工作原理作了簡(jiǎn)要概述。 本設(shè)計(jì)采用 89C51 單片機(jī)， 89C51 單片機(jī)引腳圖如圖 所示 。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后 ，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 (3) P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě) “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上 拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 (4) P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè)TTL 門(mén)電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻 ，如晶振為 12MHz，時(shí)鐘頻率就為 6MHz。電容取 30pF177。 單片機(jī)程序指令的執(zhí)行是以振蕩器的振蕩來(lái)驅(qū)動(dòng)的。單片機(jī)執(zhí)行指令的時(shí)間是以指令周期為單位的。因此，單片機(jī)所接的振蕩器頻率越高，它執(zhí)行指令的速度就越快 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG： 當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng) 用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。 此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 EA/VPP：當(dāng) /EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。單片機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成。 20 世紀(jì) 80 年代初，Intel 公司在 MCS48 系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上，推出了 MCS51 系列 8 位高檔單片機(jī)。我國(guó)單片機(jī)起步較晚，我國(guó)使用最多的是 Intel 公司的 MCS51 系列單片機(jī)及其增強(qiáng)型、拓展型的衍生機(jī)型， MCS51 是最早進(jìn)入我國(guó)的單片機(jī)主流品種之一，在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用，直到現(xiàn)在仍為單片機(jī)主流系列。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 民用豪華轎車(chē)的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī) 、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制域?？萍荚桨l(fā)達(dá)，智能化的東西就越多。家用電器領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)各種家用電器已普遍采用單片微機(jī)控制取代傳統(tǒng)的控制電路，做成單片微機(jī)控制系統(tǒng)，如洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、微 波爐、電飯堡、電視機(jī)、錄像機(jī)及其它視頻音像設(shè)備的控制器?，F(xiàn)代辦公室中所使用的大量通信、信息產(chǎn)品，如繪圖儀、復(fù)印機(jī)、電話、傳真機(jī)等，多數(shù)都采用了單片微機(jī)。如工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)是由中央控制器、感覺(jué)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、擒拿系統(tǒng)等節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的多機(jī)網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)。智能儀器儀表與集成智能傳感器領(lǐng)域，應(yīng)用單片微機(jī)來(lái)對(duì)傳統(tǒng)的儀器儀表行業(yè)的產(chǎn)品進(jìn)行 “更新?lián)Q代 ”，提供了非常理想的的條件。汽車(chē)電子與航空航天電子系統(tǒng)，通常在這些電子系統(tǒng)中的集中顯示系統(tǒng)、動(dòng)力監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)、自動(dòng)駕馭系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及運(yùn)行監(jiān)視器（黑匣子）等，都要構(gòu)成冗余的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 單片微機(jī)的應(yīng)用從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法 ， 從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在已能使用單片微機(jī)通過(guò)軟件方法實(shí)現(xiàn)了。這標(biāo)志著一種全新概念的建立?，F(xiàn)在可以說(shuō)單片機(jī)是百花齊放，百家爭(zhēng)鳴的時(shí)期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8 位、 16 位到 32 位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流 C51 系列兼容的，也有不 兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地。 從單片機(jī)的發(fā)展歷程看，未來(lái)單片機(jī)技術(shù)將向多功能、高性能、高速度、低電壓、 低功耗、外圍電路內(nèi)裝化及片內(nèi)儲(chǔ)存器容量增加的方向發(fā)展。 復(fù)位電路 ： 由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成 ,結(jié)合 電容電壓不能突變 的性質(zhì) ， 可以知道當(dāng)系統(tǒng)一上電 ， RST 腳將會(huì)出現(xiàn)高電平 ， 并且這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的 RC 值來(lái)決定典型的 51 單片機(jī)當(dāng) RST 腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位 ， 所以 ,適當(dāng)組合 RC 的取值就可以保證可靠的復(fù)位 ， 一般教科書(shū)推薦 C 取 10u,R 取 其他取法的 ， 原則就是要讓 RC 組合可以在 RST 腳上產(chǎn)生不少于 2 個(gè)機(jī)周期的高電平。所以可以通過(guò)按鍵的斷開(kāi)和閉合在運(yùn)行的系統(tǒng)中控制其復(fù)位。所以根據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓的 倍（單片機(jī)的電源是 5V，所以充電到 倍即為），需要的時(shí)間是 10K*10UF=。這個(gè)時(shí)候 10K 電阻兩端的電壓為從 5~（串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓）。在5V正常工作的 51 單片機(jī)中小于 的電壓信號(hào)為低電平信號(hào)，而大于 的電壓信號(hào)為高電平信號(hào)。在單片機(jī)啟動(dòng) 后，電容 C 兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時(shí)候 10K 電阻兩端的電壓接近于 0V， RST 處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。隨著時(shí)間的推移，電容的電壓在 內(nèi)，從 5V釋放到變?yōu)榱?，甚至更小 ， 根據(jù)串聯(lián)電路電