基于單片機節(jié)能路燈畢業(yè)設計

1、五邑大學本科畢業(yè)設計摘 要本設計完成了以AT89S52單片機和DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片為核心的LED路燈低功耗智能控制裝置。該設計由供電模塊、LED恒流驅(qū)動電源模塊、單片機控制模塊、路燈信號檢測模塊、LCD顯示模塊、聲光報警模塊、按鍵模塊、溫度感應模塊組成。單片機根據(jù)聲光傳感器對路邊狀況的檢測和時鐘芯片DS12C887設置的時間來控制D/A轉(zhuǎn)換芯片,與LED恒流驅(qū)動共同實現(xiàn)LED路燈亮度的自動調(diào)節(jié)，通過控制繼電器實現(xiàn)LED路燈的開關，并用二極管組成保護電路。開燈、關燈時間以及即時時間動態(tài)顯示。當路燈出現(xiàn)電路故障時，還會出現(xiàn)聲光報警。 論文詳細論述了控制系統(tǒng)的組成、相關硬件和軟件的設計、工作原

2、理。重點介紹了如何運用AT89S52控制DAC0832芯片實現(xiàn)LED驅(qū)動電路。關鍵詞 恒流驅(qū)動；電路故障；液晶顯示；保護電路；聲光控制30AbstractThe core LED street lamp low power consumption intelligent control device is completed with AT89S52 SCM and DAC0832 analog-to-digital conversion chips. The design is composed of power supply module, LED by constant current

3、drive power supply module and single-chip microcomputer control module, street lamp signal detection module, LCD display module, sound and light alarm module, key module, temperature sensing module. SCM is according to sound and light sensor to curb status of detection and clock chip DS12C887 setup

4、time to control the D/A conversion chip and LED constant current driver together to accomplish the street lamp brightness LED the automatic adjustment,through the realization of the control realy LED lamp switch,and of the diode protection circuit. Turn on the light, turn off the lights and instant

5、time to get the time dynamic display.When street light appeared circuit fault, the design also can appear sound and light alarm.The control system of the composition, the hardware and software of the relate design and work principle are introduced in the paper. And the method of how to use AT89S52 d

6、evices control chip realize DAC0832 LED drive circuit is emphasized.Key words Constant Current Drive Circuit Fault LCD Display The Protection Circuit Sound And Light Control目 錄摘要IAbstractII第1章緒論11.1課題來源及研究的目的和意義11.2國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析11.3本課題研究的主要內(nèi)容2第2章本設計用到的主要元器件32.1數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片32.252單片機42.2.1AT89S52的特點42.2.2

7、管腳說明52.3駐極體話筒62.4光敏電阻72.5電磁繼電器72.6時鐘芯片72.7本章小結9第3章硬件電路的原理與設計103.1概述103.2系統(tǒng)設計原理框圖103.3供電模塊113.4單片機控制模塊113.5LED恒流驅(qū)動電源模塊123.6路燈信號檢測模塊133.6.1時鐘驅(qū)動電路133.6.2聲控電路143.6.3環(huán)境光線及故障檢測電路143.7聲光報警模塊153.8按鍵模塊153.9顯示模塊163.10本章小結16第4章軟件設計174.1概述174.2程序設計步驟174.3軟件開發(fā)環(huán)境174.4軟件總體設計框架184.5本章小結19第5章系統(tǒng)安裝調(diào)試205.1概述205.2系統(tǒng)的安裝2

8、05.2.1電路板制作205.2.2元器件焊接技術205.3硬件電路調(diào)試215.3.1供電電路檢測215.3.2各元件之間連接情況檢測215.3.3按鍵功能檢測215.3.4聲控功能的檢測215.3.5光控功能的檢測215.4軟硬件聯(lián)調(diào)215.5本章小結22結論23參考文獻24致謝25附錄1 部分程序26附錄2 總電路圖28附錄3 PCB圖29附錄4 實物圖30第1章 緒論1.1 課題來源及研究的目的和意義 當前，世界各國都在積極探索新的發(fā)展方式，并著力對相關產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略布局進行調(diào)整，國際政治經(jīng)濟秩序和競爭規(guī)則將會發(fā)生一系列深刻變化以新能源、新材料、生物技術、信息技術等高技術為基礎的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)

9、業(yè)成為世界各國戰(zhàn)略部署的重中之重，未來科技發(fā)展戰(zhàn)略制高點的競爭將更加激烈。在全球能源短缺、環(huán)保要求不斷提高的背景下，世界各國均大力發(fā)展綠色節(jié)能照明和低碳經(jīng)濟。低碳經(jīng)濟有三方面的戰(zhàn)略意義。一是低碳經(jīng)濟關聯(lián)度大，產(chǎn)業(yè)鏈長，對農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、能源、材料、環(huán)保等其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有較強的帶動和誘導作用。二是有持續(xù)穩(wěn)定增長的潛力，符合未來世界發(fā)展的大趨勢。低碳技術與產(chǎn)業(yè)具有資源依賴性強、技術通用性強的特點。資源依賴性強，就為節(jié)能環(huán)?？臻g廣闊的發(fā)展中國家（如我國）提供了實現(xiàn)跨越式發(fā)展的難得機遇；技術通用性強，則不易形成市場壟斷，而容易實現(xiàn)在不同應用領域的技術轉(zhuǎn)移，當前還沒有形成發(fā)達國家壟斷的低碳科技、低碳質(zhì)量、低

10、碳產(chǎn)品標準，這就為后發(fā)國家提供了實現(xiàn)跨越式發(fā)展的可能性。三是低碳經(jīng)濟的科技含量高，符合生態(tài)規(guī)律，長遠經(jīng)濟效益好。低碳技術的溢出效應非常廣泛，它幾乎可以在任何運用物質(zhì)的產(chǎn)業(yè)中轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)。而LED照明作為一種革命性的節(jié)能照明技術，低碳技術正在飛速發(fā)展。近年來隨著太陽能光伏發(fā)電技術和LED照明技術的發(fā)展，太陽能LED路燈己進入了城市照明領域。LED是Light Emitting Diode(發(fā)光二極管)的縮寫，LED作為照明光源與傳統(tǒng)的照明光源相比具有直流低電壓驅(qū)動、耗電量少、抗振動、壽命長、納秒級的響應速度、設計空間大、環(huán)保；可連續(xù)開頭閃斷，能輕松實現(xiàn)0-100%調(diào)光功能等突出優(yōu)點，被認為是新一代

11、的綠色照明器具。太陽能LED路燈是以太陽能作為能源，每個路燈均是獨立的，安裝方便，無需鋪設電纜電線，無需交流電能和電費，采用直流供電，光控定時控制，安全可靠，節(jié)能，經(jīng)濟，環(huán)保，實用1。1.2 國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析近年來我國大功率LED路燈隨著半導體材料應用技術的迅猛發(fā)展日趨成熟，產(chǎn)業(yè)化應用中，光效達到70-80Lm/w、壽命達到2.5-3萬小時，已開始逐步應用到城市道路照明中。特別是2009年初，為了擴大內(nèi)需，推動中國LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，降低能源消耗，中國科技部推出“十城萬盞”半導體照明應用示范城市方案，進一步推動了我國LED路燈技術的發(fā)展。我國LED路燈技術發(fā)展迅速但也存在著一些問題

12、主要包括光源、散熱以及電源系統(tǒng)。從光源方面來看現(xiàn)在LED的發(fā)光效率無法和高壓鈉燈相比，LED發(fā)光效率有待進一步提升；從散熱方面看一是改善光源的排列方式，而是加裝主動或被動散熱系統(tǒng)；從電源方面來看，LED屬于低電壓驅(qū)動器件，并且需要恒流驅(qū)動，不能直接連接交流市電，這就需要對LED路燈的電源系統(tǒng)進行重新設計，電源系統(tǒng)對LED路燈的壽命有重要影響。目前我國對LED路燈尚未出臺國家標準，這也在一定程度上阻礙了LED路燈技術的發(fā)展和LED路燈的推廣應用2。近年來，世界各主要發(fā)達國家都制定了相應的國家級LED發(fā)展計劃，以加大研究開發(fā)力度。美國能源部于2000年開始啟動國家半導體照明研究計劃，即“下一代照明

13、計劃”（NGLI），由13個國家重點實驗室、公司和大學參與。總共將投資5億美元支持計劃的實施。隨后，美國能源部負責制定了半導體照明研究與發(fā)展計劃（SSL計劃）。美國五角大樓（美國國防部）、美國聯(lián)邦儲備局（美國的中央銀行）這樣一些重要機構，已正式開始啟用LED燈具。歐盟委托6個大公司和2個大學，設立了“彩虹計劃”。日本制訂了“21世紀光計劃”，由13個公司和4所大學參加。韓國制訂了“GaN半導體開發(fā)計劃”3。1.3 本課題研究的主要內(nèi)容LED路燈低功耗智能控制裝置的設計，具體要求如下：1、LED燈的調(diào)光電路?？稍O定光的亮度（比如晚上19點-24點最亮，24點后改成聲控或者中等亮度，6點后關閉），

14、有自動和手動兩種調(diào)光控制；2、LED路燈驅(qū)動電路的設計。3、電源模塊的設計。4、LCD顯示電路的設計?？娠@示亮燈時間等參數(shù)；5、監(jiān)控電路、報警電路、保護電路以及一些外圍電路的設計。第2章 本設計用到的主要元器件2.1 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片本設計用到的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片為DAC0832，其內(nèi)部結構如圖2-1示。 圖2-1 DAC0832結構框圖DAC0832是采用CMOS工藝，可以直接與單片機接口，不需要外加I/O接口芯片，其結構如圖2-1所示。DAC0832是單電源供電，在+5+15V范圍內(nèi)均可正常工作，基準電壓的范圍為±10V，電流建立時間為1S。它由三大部分組成：一個8位輸入寄存器，一個8位D

15、AC寄存器和一個8位D/A轉(zhuǎn)換器。DAC0832器件由于有兩個可以分別控制的數(shù)據(jù)寄存器，使用時有較大的靈活性?？梢愿鶕?jù)需要接成多種工作方式。它的工作原理簡述如下。在圖2-1中，為寄存器命令。當時，寄存器的輸出隨輸入變化；時，數(shù)據(jù)鎖存在寄存器中，不隨輸入數(shù)據(jù)的變化而變化。其邏輯表達式為 由此可知，當，時，允許數(shù)據(jù)輸入，而當時，數(shù)據(jù)被鎖存。能否進行D/A轉(zhuǎn)換，除了取決于以外，還要依賴于。由圖可知，當和均為低電平時，此時允許D/A轉(zhuǎn)換，否則，停止D/A轉(zhuǎn)換。在使用時可以采用雙緩沖方式（兩級輸入鎖存），也可以用單緩沖方式（只用一項輸入鎖存，另一級始終保持直通的形式）。因此，這種轉(zhuǎn)換器使用非常方便靈活。

16、DAC0832引腳功能DAC0832有20根引腳，采用雙列直插式封裝，其引腳排列如圖2-2示。各引腳功能說明如下：(1) ：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入端。D0是最低位，D7為最高位。(2) ：片選信號，低電平有效。(3) ：數(shù)據(jù)鎖存允許信號，高電平有效。(4) ：寫信號1端，低電平有效。當為低電平時，用來將輸入數(shù)據(jù)傳送到輸入鎖存器；當為高電平時，輸入鎖存器中的數(shù)據(jù)被鎖存；當ILE為高電平，又必須和同時為低電平時，才能將鎖存器中的數(shù)據(jù)進行更新。以上3個控制信號構成了第一級輸入鎖存。 (5) ：寫信號2端，低電平有效。該信號與配合，可使鎖存器中的數(shù)據(jù)傳送到DAC寄存器中進行轉(zhuǎn)換。 圖2-2 引腳圖 (6) ：數(shù)

17、據(jù)傳送控制信號，低電平有效。與配合使用，構成第二級鎖存。(7) ：電流輸出1端，當DAC寄存器中各位全為 1時，電流最大；而各位全為 0時，電流為0。(8) ：電流輸出2端，在電路中作用為保證。在單極性輸出時， 常接地。(9) ：反饋電阻端，為外部運算放大器提供一個反饋電壓。可由內(nèi)部提供，也可由外部提供，片內(nèi)集成的電阻為15 K。(10) ：參考電壓輸入端，要求外部接一個精密的電源。當為±10V時，可獲得滿量程四象限的可乘操作。(11) ：數(shù)字地。(12) ：模擬地。這是兩種不同的地，在同一塊電路板上，如果同時有模擬和數(shù)字信號元件時，一般把所有模擬信號元件的地端接在一起，所有數(shù)字信號

18、元件的地端接在一起，最后再將模擬地與數(shù)字地用一根導線連接在一起。這樣可以防止模擬信號與數(shù)字信號相互干擾2.2 52單片機本設計用到的單片機是AT89S52，它是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機AT89S52可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。2.2.1 AT89S52

19、的特點(1)40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器；(2)128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）；32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口；5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷；2個16位可編程定時計數(shù)器；(3)2個全雙工串行通信口，看門狗電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 (4)AT89S52設計和配置振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。(5)

20、和80C51插座兼容。89系列單片機的引腳與80C51單片機的引腳順序是一樣的，所以，當需要用89系列的單片機代替80C51時，只需要見封裝相同就可以進行代換。(6)靜態(tài)時鐘方式。89系列的單片機采用靜態(tài)時鐘方式，可以有效的節(jié)約電能，這對于降低產(chǎn)品的功耗節(jié)約成本十分有利。(7)可進行反復的系統(tǒng)實驗。用89系列單片機設計的系統(tǒng)，可以反復進行試驗，每次試驗可以輸入不同的程序，這樣可以保證用戶的系統(tǒng)設計達到最優(yōu)狀態(tài)，而且根據(jù)用戶的不同需要進行修改，從而使系統(tǒng)能不斷滿足用戶的最新需要。2.2.2 管腳說明 圖2-3 單片機引腳圖VCC：供電電壓。 GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/

21、O口，每腳可吸收8個TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉電阻的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口驅(qū)動4個TTL門電流，當

22、P2口被寫“1”時，其管腳內(nèi)部上拉電阻被拉高，且作為輸入口。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉電阻的緣故。P2口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，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入口。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（TT

23、L）這是由于上拉電阻的緣故。P3.0 RXD（串行輸入口）、P3.1 TXD（串行輸出口）、P3.2 （外部中斷0）、P3.3 （外部中斷1）、P3.4 T0（計時器0外部輸入）、P3.5 T1（計時器1外部輸入）、P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）、P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。I/O口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。RST：復位。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩

24、個機器周期以上的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低八位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外輸出脈沖或用于定時。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。2.3 駐極體話筒駐極體話筒屬于電容式話筒的一種，聲電轉(zhuǎn)換的關鍵元件是駐極體振

25、動膜。當聲波輸入時，駐極體膜片隨聲波的強弱而振動，使電容極板間的距離發(fā)生變化，引起電容量C發(fā)生變化，因為駐極體兩側的電荷來變，因此電容兩端的電壓（UC=QC）發(fā)生變化，從而實現(xiàn)了聲電轉(zhuǎn)換。由于振動引起的輸出電壓的變化量較小，所以要在電容的后面加一個效應管進行放大，提高話筒的靈敏度，同時場效應管還可以與音頻放大器匹配。如圖2-4示 (a) 外形圖 (b)內(nèi)部結構圖圖2-4 駐極話筒的外形和內(nèi)部結構圖2.4 光敏電阻光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電

26、的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達110M歐,在強光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光的響應很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。如圖2-5示。圖2-5 光敏電阻的工作原理圖2.5 電磁繼電器電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，產(chǎn)生電磁效應，銜鐵會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜

27、觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。如圖2-6示。 (a)工作原理圖 (b)外形圖圖2-6 繼電器的工作原理圖和外形圖2.6 時鐘芯片 本設計用到的時鐘芯片是DS12C887，其具有高精度，保存時間久等優(yōu)點上。具體介紹如下:(1)器件特性DS12C887 實時時鐘芯片功能豐富，可以用來直接代替IBM

28、PC 上的時鐘日歷芯片DS12887，同時，它的管腳也和MC146818B、DS12887 相兼容。由于DS12C887 能夠自動產(chǎn)生世紀、年、月、日、時、分、秒等時間信息，其內(nèi)部又增加了世紀寄存器，從而利用硬件電路解決子“千年”問題；DS12C887 中自帶有鋰電池，外部掉電時，其內(nèi)部時間信息還能夠保持10 年之久；對于一天內(nèi)的時間記錄，有12 小時制和24 小時制兩種模式。在12 小時制模式中，用AM和PM 區(qū)分上午和下午；時間的表示方法也有兩種，一種用二進制數(shù)表示，一種是用BCD 碼表示；DS12C887 中帶有128 字節(jié)RAM，其中有11 字節(jié)RAM用來存儲時間信息，4 字節(jié)RAM用

29、來存儲DS12C887 的控制信息，稱為控制寄存器，113 字節(jié)通用RAM 使用戶使用；此外用戶還可對DS12C887 進行編程以實現(xiàn)多種方波輸出，并可對其內(nèi)部的三路中斷通過軟件進行屏蔽。(2) 引腳功能DS12C887 的引腳排列如圖2-7 示。圖2-7 DS12C887引腳圖各管腳的功能說明如下：GND、VCC：直流電源，其中VCC 接+5V 輸入，GND 接地，當VCC 輸入為+5V 時，用戶可以訪問DS12C887 內(nèi)RAM 中的數(shù)據(jù)，并可對其進行讀、寫操作；當VCC 的輸入小于+4.25V 時，禁止用戶對內(nèi)部RAM 進行讀、寫操作，此時用戶不能正確獲取芯片內(nèi)的時間信息；當VCC 的輸

30、入小于+3V 時，DS12C887 會自動將電源發(fā)換到內(nèi)部自帶的鋰電池上，以保證內(nèi)部的電路能夠正常工作。MOT：模式選擇腳，DA12C887 有兩種工作模式，即Motorola 模式和Intel 模式，當MOT接VCC 時，選用的工作模式是Motorola 模式，當MOT 接GND 時，選用的是Intel 模式。SQW：方波輸出腳，當供電電壓VCC 大于4.25V 時，SQW腳可進行方波輸出，此時用戶可以通過對控制寄存器編程來得到13 種方波信號的輸出。AD0AD7：復用地址數(shù)據(jù)總線，該總線采用時分復用技術，在總線周期的前半部分，出現(xiàn)在AD0AD7 上的是地址信息，可用以選通DS12C887

31、內(nèi)的RAM，總線周期的后半部分出現(xiàn)在AD0AD7 上的數(shù)據(jù)信息。AS：地址選通輸入腳，在進行讀寫操作時，AS 的上升沿將AD0AD7 上出現(xiàn)的地址信息鎖存到DS12C887 上，而下一個下降沿清除AD0AD7 上的地址信息，不論是否有效，DS12C887 都將執(zhí)行該操作。DS/RD：數(shù)據(jù)選擇或讀輸入腳，該引腳有兩種工作模式，當MOT 接VCC 時，選用Motorola 工作模式，在這種工作模式中，每個總線周期的后一部分的DS 為高電平，被稱為數(shù)據(jù)選通。在讀操作中，DS 的上升沿使DS12C887 將內(nèi)部數(shù)據(jù)送往總線AD0AD7 上，以供外部讀取。在寫操作中，DS 的下降沿將使總線AD0AD7

32、上的數(shù)據(jù)鎖存在DS12C887 中；當MOT 接GND 時，選用Intel 工作模式，在該模式中，該引腳是讀允許輸入腳，即ReadEnable。R/W：讀/寫輸入端，該管腳也有2 種工作模式，當MOT 接VCC 時，R/W工作在Motorola 模式。此時，該引腳的作用是區(qū)分進行的是讀操作還是寫操作，當R/W 為高電平時為讀操作，R/W為低電平時為寫操作；當MOT 接GND 時，該腳工作在Intle 模式，此時該作為寫允許輸入，即Write Enable。CS：片選輸入，低電平有效。IRQ：中斷請求輸入，低電平有效，該腳有效對DS12C887 內(nèi)的時鐘、日歷和RAM 中的內(nèi)容沒有任何影響，僅對

33、內(nèi)部的控制寄存器有影響，在典型的應用中，RESET 可以直接接VCC，這樣可以保證DS12C887 在掉電時，其內(nèi)部控制寄存器不受影響。2.7 本章小結本章主要介紹了LED路燈控制電路中用到的關鍵性元器件。包括數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832及其工作原理、駐極體話筒以及其工作原理、光敏電阻及其工作特性、電磁繼電器、時鐘芯片DS12C887及其工作原理和51單片機的詳細介紹。第3章 硬件電路的原理與設計3.1 概述本設計由7模塊組成，它們分別是：供電模塊、AT89S52單片機控制模塊、LED燈恒流驅(qū)動電源模塊、路燈信號檢測模塊、聲光報警模塊、按鍵模塊、LCD顯示模塊。其中單片機控制模塊和恒流驅(qū)動模塊是

34、設計的核心部分。各模塊的功能如下：供電模塊：提供±12V和+5V的直流穩(wěn)壓電源，為各模塊供電4。單片機控制模塊：核心控制，負責協(xié)調(diào)各個模塊的工作。恒流驅(qū)動模塊：通過控制電流變化，使LED亮度進行亮暗調(diào)節(jié)。路燈信號檢測模塊：通過聲光傳感器和時間等環(huán)境信號及故障信號告知單片機5。聲光報警模塊：出現(xiàn)故障時，蜂鳴器會響和警報燈會不斷閃爍。按鍵模塊：調(diào)節(jié)時間以及手動調(diào)節(jié)LED燈亮度。LCD顯示模塊：用于顯示當時時間、關燈時間以及開燈時間等3.2 系統(tǒng)設計原理框圖圖3-1 系統(tǒng)設計原理框圖3.3 供電模塊供電模塊選擇輸入220V、50Hz交流電，輸出+12V，-12V，+5V三種電壓，如圖3-2

35、示。圖 3-2 供電模塊電路圖電源電路由變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓 四部分構成。變壓電路由普通的電源變壓器組成，將220V的交流電轉(zhuǎn)換成低壓交流電；整流電路由一個橋式整流組成，將低壓交流電轉(zhuǎn)換成脈動直流電；穩(wěn)壓電路主要由LM7812，LM7912和LM7805 三個集成穩(wěn)壓器，輸入端電容C4和C5和輸出端電容C6，C7，C8構成，集成穩(wěn)壓器利用負反饋進一步穩(wěn)定經(jīng)過濾波后的電壓，輸出端電容用以改善負載的瞬態(tài)效應，消除電路的高頻噪聲，同時具有消振的作用；發(fā)光二極管LED作為電源指示，電阻R24和R36作為限流電阻保護發(fā)光二極管。+5V主要供單片機模塊、路燈檢測模塊等使用，電流大約為600Ma;-12V

36、作為運放的負電源，電流較小，不超過100mA;+12V作為運放的正電源，也是穩(wěn)壓輸出電路的主電源，最大電流約為800mA。因此，在本設計中選用了最大輸出電流為1A的穩(wěn)壓管（LM系列）。 LM系列穩(wěn)壓管是一種三端穩(wěn)壓集成模塊，它有三個端即輸入端、公共端、輸出端。它內(nèi)部有調(diào)整管、基準電壓源、取樣電路、比較放大器、過流保護、芯片過熱保護及調(diào)整管安全工作區(qū)保護電路組成。三端集成穩(wěn)壓電源具有使用方便、安全可靠、性能穩(wěn)定、價格低廉等優(yōu)點是一種較為理想的低電壓供電模型。 LM系列穩(wěn)壓管是一種輸出電流為1A的低電流穩(wěn)壓模塊，能有效的為整個電路提供穩(wěn)定的工作電壓，因此在本設計過程中充分的考慮到節(jié)能的設計理念運用

37、以78系列的穩(wěn)壓模塊為電路提供能量。 3.4 單片機控制模塊本設計中用到了AT89S52的P0、P1、P2、P3口，并只用了AT89S52片內(nèi)的4KB程序存儲器，沒有外接程序存儲器，具體情況如圖3-3示。圖3-3 單片機控制模塊電路圖其中，P0口用于LCD12864顯示和DS12C887數(shù)據(jù)輸出端P1口用數(shù)模轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)輸出端P2.0-P2.1用于光控信號輸入端P2.2用于聲控輸入端P2.3-P2.5用于按鍵輸入端P2.6-P2.7及P3.0用于DS12C887使能控制輸出端P3.1用于聲光報警輸出端P3.2用于控制繼電器的開關輸出端P3.4用于LCD12864背景燈開關輸出端P3.5-P3.7

38、用于LCD12864使能控制輸出端AT89S52 中有一個用于構成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C23、C24 接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C23、C24 雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF±10pF，而如使用陶瓷諧振器，建議選擇40pF±10pF。用戶也可以采用外部時

39、鐘，這里我使用的是33pF電容，11.0592MHz的晶體振蕩器。3.5 LED恒流驅(qū)動電源模塊恒流驅(qū)動電源是通過單片機控制DAC0832的輸出電壓，經(jīng)運放OP07控制三極管S8050的導通，三極管的發(fā)射極經(jīng)1采樣電阻，對恒流源輸出電流進行控制，實現(xiàn)了輸出電流的線性控制，從而實現(xiàn)LED的亮暗控制;而通過單片機控制另一個三極管S8050的導通來控制繼電器的開/閉狀態(tài),從而實現(xiàn)LED的開關控制。具體情況如圖3-4示。圖3-4 LED恒流驅(qū)動電源電路電路之所以選用的D/A轉(zhuǎn)換芯片是DAC0832，該芯片價廉且精度較高。DAC0832屬于電流輸出型D/A，輸出的電流隨輸入的電壓控制字線性變化。若要得到

40、電壓，還需要外接一塊運放來實現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換。該運放輸入端的輸入電流對轉(zhuǎn)換精度影響很大，DAC0832輸出的電流有幾十微安的變化，如果運放輸入端的輸入電流為0.1A，則會引入相當于12個電壓控制字的誤差，因此應選用高輸入阻抗的運放，如JFET輸入的運放OP07，它的輸入電流可以忽略DAC0832需外接基準電壓，本電路選用5.0V作為基準源。當DAC0832采用5.0V基準電壓時，D/A轉(zhuǎn)換電路的滿幅輸出為5.0V（這時電壓控制字為255）。轉(zhuǎn)化通式為： (3-3)當開關的負載為電動機或者繼電器等感性負載時，在截斷流過負載的電流時（晶體管進入截止狀態(tài)時），會產(chǎn)生感應電動勢（楞次定律）。這時產(chǎn)生

41、的電壓非常大。當這種電壓超過晶體管的，時，晶體管將會被擊穿。因此給繼電器并上一個二極管，將集電極的電位鉗制在(+0.5)V左右，防止三極管被擊穿。3.6 路燈信號檢測模塊本設計主要是單片機根據(jù)DS12C887的時間來調(diào)節(jié)LED路燈的亮度，比如在晚上19點-24點最亮，24點后改為聲控，并且沒人經(jīng)過時，亮度調(diào)為中等，6點到19點如果是陰天則與24點后的控制方法一樣，否則關閉路燈。3.6.1 時鐘驅(qū)動電路 本設計使用DS12C887做為時鐘芯片，根據(jù)該芯片的時序圖，通過控制DS、R/W、AS以及數(shù)據(jù)總線AD07產(chǎn)生一個準確的時間，單片機再通過時間來控制其它模塊電路，具體如圖3-5示。圖 3-5 時

42、鐘電路圖3.6.2 聲控電路本設計通過話筒MIC接收路人的響聲，變成脈沖電信號，并經(jīng)過三極管9013放大，使得LM339A電壓比較器的正極電壓變高，并高于其負極電壓，從而輸出端輸出高電平送到單片機。具體如圖3-6示。圖 3-6 聲控電路圖3.6.3 環(huán)境光線及故障檢測電路本設計以LM339為核心元件，用光敏電阻測量環(huán)境光線的變化，用電位器調(diào)節(jié)電路對光照量的敏感度，當光照量到達設定值時，LM339A產(chǎn)生一個信號告知單片機是否進入工作模式或路燈是否故障聲光報警模塊，具體如圖3-7示。圖 3-7 環(huán)境光線及故障檢測電路圖3.7 聲光報警模塊如果路燈沒故障時，單片機給三極管輸出一個低電平，三極管截止，

43、蜂鳴器不響和發(fā)光二極管不亮;單片機檢測到故障時，給三極基極輸出一個高電平，三極管導通，集電極電壓近似于0V，這時蜂鳴器響和發(fā)光二極管亮的警報。具體如圖3-8示。圖 3-8 聲光報警電路圖3.8 按鍵模塊本設計中用到三個按鍵Key1、Key2、Key3，它們的功能分別為設置項，增加項，減少項。按鍵初始狀態(tài)為高電平，當按下時，對應的按鍵被拉低。設置項：手動調(diào)光，秒，分，時選擇增加項：亮度變亮，秒、分、時增加減少項：亮度變暗，秒、分、時減少 具體如圖3-9示，圖 3-9 按鍵電路圖3.9 顯示模塊本設計使用LCD12864來作為顯示，顯示出即時時間、開燈時間、關燈時間。根據(jù)該芯片的時序圖，通過控制R

44、S、RW、EN以及數(shù)據(jù)總線AD07輸出顯示數(shù)據(jù)，為了節(jié)約用電，單片機通過第19腳來控制LCD的背景燈開關，無人操作時就關掉背景燈，有人操作時就開背景燈。具體如圖3-10示。圖3-10 LCD顯示電路圖3.10 本章小結本章詳細介紹了本設計中各模塊的電路，包括元件如何選擇，參數(shù)如何確定，相關的電流電壓如何計算，要實現(xiàn)什么樣的功能等。第4章 軟件設計4.1 概述本設計中采用的處理器是AT89S52單片機，由此可采用面向MCS-51的程序設計語言，包括ASM51匯編語言和C51高級語言，這兩種語言各有特點。匯編語言更接近機器語言，常用來編制與系統(tǒng)硬件相關的程序，如訪問I/O端口、中斷處理程序、實時控

45、制程序、實時通信程序等；而數(shù)學運算程序則適合用C51高級語言編寫，因為用高級語言編寫運算程序可提高編程效率和應用程序的可靠性。 考慮到C51高級語言的特點，在本設計基本功能軟件開發(fā)中，全部程序均采用C51高級語言編寫4.2 程序設計步驟根據(jù)設計任務的要求，采用C51高級語言編制程序的過程稱為程序設計。C51語言程序設計的步驟： （1）明確設計的任務要求，提出注意的問題，確定解決問題的辦法； （2）根據(jù)設計的思路，編制程序流程圖； （3）編制源程序：進一步合理分配存器單元和了解I/O口地址，按功能設計程序，明確各程序之間的相互關系，用注釋行說明程序，便于閱讀和修改調(diào)試程序； （4）在計算機上用仿

46、真軟件調(diào)試； （5）程序優(yōu)化，根據(jù)各程序關系進一步優(yōu)化源程序4.3 軟件開發(fā)環(huán)境單片機的應用系統(tǒng)的開發(fā)的傳統(tǒng)方法都是借助于開發(fā)系統(tǒng)仿真機或開發(fā)機，系統(tǒng)備有軟件開發(fā)平臺與之配套。Keil Software 公司的Keil編譯器是MCS-51單片機開發(fā)中應用非常廣泛的一種編譯和調(diào)試軟件，采用該編譯器可以編譯C源程序、匯編源程序、連接和重定位目標文件和庫文件、創(chuàng)建HEX文件，以及調(diào)試目標程序。如圖4-1所示 圖4-1 Keil4界面圖Keil編譯器包括以下幾個組成部分。 （1）Windows應用程序uVision4：這是一個集成開發(fā)環(huán)境，它把項目管理、源代碼編譯和程序調(diào)試燈集成到一個功能強大的環(huán)境中

47、。 （2）C51交叉編譯器：編譯C源代碼并產(chǎn)生可重定位的目標文件。 （3）A51宏匯編器：匯編MCS-51匯編源代碼并產(chǎn)生可重定位的目標文件。 （4）BL51連接/重定位器：組合由C51和A51產(chǎn)生的可重定位的目標文件，生成絕對目標文件。 （5）LIB51庫管理器：組合目標文件，生成可以被連接器使用的庫文件。（6）OH51目標文件到HEX格式的轉(zhuǎn)換器：從絕對目標文件創(chuàng)建Intel HEX格式的文件。 （7）RXT-51實時操作系統(tǒng)（Real-Time Operating System,RTOS）：簡化了復雜和對時間要求敏感的軟件項目4.4 軟件總體設計框架在主程序里，需要完成對單片機輸入輸出端

48、口的初始化、時鐘芯片的初始化、顯示芯片的初始化等。完成初始化后，主程序就不斷的掃描按鍵和當初時間。(1) 如果Key1沒有被按下，并且時間在19點到第二天凌晨6點，那么路燈開始打開，其 中在19點到24點時，路燈亮度最亮；而在0點到6點時如果有行人，路燈亮度會變亮一段時間，然后會自動調(diào)為中度亮度;(2) 如果Key1沒有被按下且時間不在19點到第二天凌晨6點之間，但如果是陰天且有行人，那么路燈也會打開，否則關閉路燈。在打開路燈時，如果出現(xiàn)故障，蜂鳴器和發(fā)光二極管會報警，否則返回;(3) 如果有按鍵Key1被按下，每次按下Key1會產(chǎn)生一個值，不同值對應不同選項，分別有手動調(diào)光和設置時間選項,其

49、中設置時間有當時時間設置，開燈時間設置，關燈時間設置。(4)如果為手動調(diào)光時，判斷是否有Key2或Key3被按下，如果Key2按下，那么路燈亮度會增加，如果如果Key3按下，那么路燈亮度會減暗，否則返回;(4)如果為當時時間設置時，判斷是否有Key2或Key3被按下，如果Key2按下，那么相對應的時、分、秒會增加，如果如果Key3按下，那么相對應的時、分、秒會減少，否則返回;(5) 如果為開燈時間設置時，判斷是否有Key2或Key3被按下，如果Key2按下，那么相對應的時、分、秒會增加，如果如果Key3按下，那么相對應的時、分、秒會減少，否則返回;(6) 如果為關燈時間設置時，判斷是否有Key

50、2或Key3被按下，如果Key2按下，那么相對應的時、分、秒會增加，如果如果Key3按下，那么相對應的時、分、秒會減少，否則返回; 具體如圖4-2所示67 。 圖4-2 主程序流程圖4.5 本章小結本章主要是在充分理解了各元器件的特性和硬件功能后，根據(jù)自己的設計思路，畫出各部分的程序流程圖，再根據(jù)各部分相關的關系，畫出整體的流程圖，并用C51高級語言寫出系統(tǒng)的主要控制程，實現(xiàn)系統(tǒng)設計要求的功能。第5章 系統(tǒng)安裝調(diào)試5.1 概述本章主要分為系統(tǒng)安裝、硬件電路調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)等三大部分。首先要完成單元功能模塊的檢測，然后進行系統(tǒng)調(diào)試。在制作硬件電路的同時，調(diào)試也在穿插進行，有利于及時發(fā)現(xiàn)問題，從而

51、節(jié)約大量的調(diào)試時間5.2 系統(tǒng)的安裝印制電路板的成功，不僅應保證元器件準確無誤的連接，工作中無自身干擾；而且還要盡量做到焊接方便、整齊美觀、牢固可靠，以求達到最佳效果5.2.1 電路板制作制作電路板之前，參照實際的元器件，在Protel99SE中設置合適的元件封裝圖，著眼整體布局，力求美觀。打印時，要設置好需要打印的電路層，如焊盤層（MultiLayer）、底層（BottomLayer）等。電路板采用熱轉(zhuǎn)印技術來制作，在制作的時候關鍵要注意以下幾點： （1）印板預處理，將無銹蝕的敷銅板用沙紙或去污粉等去油污、打光，清洗干凈，為后期腐蝕打下良好基礎； （2）不要使電熨斗過熱或者過涼，最佳溫度在1

52、40170之間，在這個溫度范圍內(nèi)，塑料碳粉的轉(zhuǎn)移特性最佳； （3）熱轉(zhuǎn)印時間不宜過長，否則過猶不及。視需要轉(zhuǎn)印的面積大小而定，一般約五分鐘。轉(zhuǎn)印時，應稍加用力壓住電熨斗在銅板上緩慢地來回移動； （4）要等溫度低一些以后再將轉(zhuǎn)印紙慢慢揭下，切不可過急。如轉(zhuǎn)印質(zhì)量較差再蓋上再次加溫加壓進行熱轉(zhuǎn)印。 （5）腐蝕銅板時要定時檢查是否有斷線，出現(xiàn)斷線情況的需要用油性筆進行修補。 （6）腐蝕完成后，先鉆孔，再整形，接著就清洗，最后涂上松香。5.2.2 元器件焊接技術焊接的工藝水平直接影響電子產(chǎn)品的質(zhì)量。要有可靠的電連接、足夠機械強度和光潔整齊的外觀。元器件的焊接要講究一些技巧和工夫，才可以達到無虛焊和美觀

53、。 移開電烙鐵有講究，移開的時間、方向和速度直接影響焊接點的質(zhì)量和外形美觀。烙鐵從45度角進入，在焊接點上的焊錫接近飽滿，焊錫充分浸潤焊盤和焊件時，焊錫最光亮，流動性最強時，電烙鐵回帶一下，然后再迅速離開焊接點。完成焊接的全過程所需時間約36秒。焊接時間過長易損壞焊接部位及元件性能，過短則易出現(xiàn)虛焊。 另外，元器件安裝高度盡可能矮。過高則穩(wěn)定性變差，易倒伏或與相鄰元件碰接。焊接元件時應遵守由低到高，由小到大的原則。先焊接一些比較矮且小的元器件，如電阻、二極管等；再焊接一些較高且體積較大的元器件，如單片機插座、有極性電容、繼電器等5.3 硬件電路調(diào)試把銅板做好以后，焊上元件，接著一步一步測試電路

54、。其中+5V、±12V供電線路都要引出一個測試點來，便于檢查；各個集成塊要求都加上插座，焊接時只焊插座，等調(diào)試時才加上芯片。5.3.1 供電電路檢測把元件焊接完成以后，先不要插上芯片，先別連通電源，用萬用表測量電源正負極是否短路，如果有短路，立即檢查電路;如果沒有，開啟電源，同時很快的摸一下穩(wěn)壓管7805、7812、7912和整流堆，看它們有沒有過熱，如果有，則發(fā)熱的那個元件可能接錯腳，立刻關閉電源，檢查電路；如果沒有，則證明管子連接正確，繼續(xù)下一步檢測。用萬用表測量三個穩(wěn)壓管的輸出電壓看是否正確，如果不正確，看看管子是不是壞了要更換（一般穩(wěn)壓管都不會出現(xiàn)問題的），或者電路有沒有出錯；如果正確，則供電部分測試完成。此外，也可以測一測輸出電壓的波紋，看看達到了設計要求沒有。5.3.2 各元件之間連接情況檢測把萬用表調(diào)到電阻擋，檢測該連接的引腳之間有沒有相連接，斷電情況下測量兩引腳之間是否有阻值，電阻為零，則表明導通；電阻為無窮大，則可能出現(xiàn)虛焊、短接等異常情況。前面檢測沒有什么問題后，把所有芯片都裝上，并開啟電源。5