自動感應光的調光控制器1

1、 課程設計報告系 別： 計算機科學與信息工程學院 班 級： 學 生 姓 名：課程設計題目：自動感應光的調光控制器指 導 教 師： 時間：2012年12月12日目 錄第一章 緒論11.1 引言11.2 單片機概述1第二章 芯片介紹32.1 89C51芯片簡介32.1.1 89C51單片機內部結構32.1.2 中斷系統(tǒng)52.1.3 時鐘電路52.1.4 89C51的引腳說明62.1.5 單片機的系統(tǒng)資源72.1.6 運算器92.1.7 控制器92.1.8 89C51單片機的存儲器系統(tǒng)102.3 光敏電阻142.3.1 光敏電阻介紹142.3.2 基本特性及其主要參數(shù)16第三章 總體電路設計及方案論

2、證253.1 總體電路設計253.2 設計方案25第四章 系統(tǒng)硬件設計及原理圖274.1 LM324運算放大器274.2 單片機最小系統(tǒng)電路294.3 光電檢測電路294.4 A/D轉換電路294.5 硬件電路原理圖29第五章 軟件設計335.1 protues軟件介紹335.2 keil c51簡介335.3 程序設計總方案33第六章 系統(tǒng)調試及仿真336.1 硬件電路的安裝調試336.2 軟件調試336.3 系統(tǒng)仿真346.4 源程序部分34第七章 總結與致謝37參考文獻41摘 要現(xiàn)在，隨著微電子技術和集成電路技術的快速發(fā)展，單片機技術無處不在。單片機作為計算機科學與技術的重要組成部分，作

3、為嵌入式系統(tǒng)的先頭兵，片上系統(tǒng)的先行者，已經被廣泛應用到了各行各業(yè)，尤其是與控制相關的領域，極大的提高了產品的智能化程度和技術水平，已經成為了當今社會十分重要的技術領域。隨著社會需求和單片機應用領域的不斷擴展，各類智能產品、控制系統(tǒng)都是以單片機技術為核心來進行開發(fā)設計的。本系統(tǒng)采用MSC51系列單片機89C51和相關的光電檢測設備及設計智能路燈控制器，實現(xiàn)了能根據實際光線條件通過8051芯片的P1口控制路燈開關功能。隨著社會文明的不斷發(fā)展，城市照明已不僅局限于街道照明，而且發(fā)展成了城市景觀等裝飾性照明的綜合市政工程。關鍵詞：路燈 單片機技術 設計第一章 緒論1.1 引言隨著我國加入世界貿易組織

4、（WTO），為了創(chuàng)造一個良好的投資環(huán)境，塑造一個美麗的國際化城市，更好的與國際接軌，全國各大城市的市政建設步伐都逐步加快，公路系統(tǒng)蓬勃發(fā)展，因此裝扮美麗城市夜景的路燈照明工程得以迅猛發(fā)展。由于單片機具有集成度高，處理能力強，可靠性高，系統(tǒng)結構簡單，價格低廉等優(yōu)點，因此在路燈照明工程中被廣泛應用。近年來隨著計算機在社會領域的滲透，單片機的應用正在不斷走向深入。單片機技術中的計時系統(tǒng)是單片機的一個典型的應用。夜晚城市里花燈初上，人們消除了白天的繁忙，漫步穿行于城市的街道上，路燈已經成為一個城市的照明系統(tǒng)不可分割更是無可替代的一部分，在城市照明中發(fā)揮著舉足輕重的作用，靠的就是路燈自動控制系統(tǒng)，路燈控

5、制方式很多。本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機89C51和相關的光電檢測設備及繼電設備來設計智能光控路燈控制器，實現(xiàn)了能根據實際光線條件通過8051芯片的P1口控制路燈開關的功能。隨著社會文明的不斷發(fā)展，城市照明已不僅局限于街道的照明，而且發(fā)展成了城市景觀等裝飾性照明綜合市政工程。社會對亮燈率,開關燈的準確率，故障檢測的實時性和維護的及時性要求不斷提高，利用51系列單片機可編程控制八位邏輯I/O端口實現(xiàn)路燈的智能化，達到節(jié)能，自動控制的目的。避免了傳統(tǒng)電路對能源的浪費，路燈的自動控制更方便了工作人員的管理。本系統(tǒng)實用性強，操作簡單，擴展功能強。1.2 單片機概述單片機微型計算機是微型計算機的一個

6、重要分支，也是頗具生命力的機種，單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。通常，單片機由單塊集成電路芯片構成，內部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O備相結合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。單片機經過1、2、3代的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，他們的CPU功能在增強，內部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓低功耗。第二章 芯片介紹2.1 89C51芯片簡介2.1.1 89C51單片機內部結構所謂單片機(Single Chip Microcomputer或 MCU)是指在一塊芯片中，集成有

7、中央處理器(CPU)、存儲器(RAM和ROM)、基本I/O端口以及定時器/計數(shù)器等部件并具有獨立指令系統(tǒng)的智能器件，即在一塊芯片上實現(xiàn)一臺微型計算機的基本功能。 不同的單片機有著不同的硬件結構和指令系統(tǒng)，即它們的技術特征不盡相同，硬件特征取決于單片機芯片的內部結構，設計人員必須了解其性能是否滿足需要的功能和應用系統(tǒng)所要求的特性指標。這里的技術特征包括功能特性、控制特性和電氣特性等，這些信息可以從生產廠商的技術手冊中得到。指令特性即我們熟悉的單片機的尋址方式，數(shù)據處理和邏輯處理方法，輸入輸出特性等。開發(fā)環(huán)境包括指令的兼容性及可移植性，軟、硬件資源等。單片機及應用系統(tǒng)有以下特點：（1）單片機具有獨

8、立的指令系統(tǒng)，可以將我們的設計思想充分體現(xiàn)出來，使產品智能化；（2）系統(tǒng)配置以滿足控制對象的要求為出發(fā)點，使得系統(tǒng)具有較高的性能價格比；（3）應用系統(tǒng)通常將程序駐留在片內（外）ROM中，抗干擾能力強，可靠性高，使用方便；（4）單片機本身不具有自我開發(fā)能力，一般需借助專用的開發(fā)工具進行系統(tǒng)開發(fā)和調試，但最終形成的產品簡單實用，成本低，效益高；（5）應用系統(tǒng)所用存儲器芯片可選用EPROM、E2PROM、OTP芯片或利用掩膜形式生產，便于批量開發(fā)和應用。大多單片機如51系列，開發(fā)芯片和擴展應用芯片相互配套，降低了系統(tǒng)成本；（6）系統(tǒng)小巧玲瓏，控制功能強、體積小，便于嵌入被控設備之內，大大推動了產品的

9、智能化。89C51單片機包含中央處理器、數(shù)據存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM）、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)的幾大單元及數(shù)據總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在加以說明： ·中央處理器（CPU）： 中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部分，是八位數(shù)據的處理器，能處理八位二進制數(shù)據或者代碼，CPU負責控制，指揮和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。·數(shù)據存儲器（RAM）： 89C51內部有128個8位用戶數(shù)據存儲單元和128個專用寄存器單元，他們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶

10、數(shù)據。所以，用戶使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據，運算的中間結果或用戶的定義的字形表。·程序存儲器（ROM）：程序存儲器是用來存放已調試完成的程序和常數(shù)表格的。為了提高系統(tǒng)的可靠性，應用程序通常固化在片內ROM中。CPU設置了一個專用寄存器程序計數(shù)器PC，用以存放將要執(zhí)行的指令地址。PC的長度為16位，故程序存儲器的尋址范圍為64KB（0000HFFFFH），也就是說，51系列單片機具有64KB的程序存儲器空間。·定時/計數(shù)器（ROM）： 89C51單片機有兩個16位定時器/計數(shù)器，通過對機器周期計數(shù)達到定時的目的，通過對外部事件計數(shù)達到計數(shù)之目的。·并

11、行輸入輸出（I/O）口： 89C51共有四組8位I/O口（P0、P1、P2或P3），用于對外部數(shù)據的傳輸。數(shù)據在整個傳輸過程中，并排前進，有多少個數(shù)據線就能同時傳送多少位數(shù)據。并行通信的特點是硬件連線多、傳送速率高，一般適用于近距離、高速率的通信領域。如：計算機主板與硬盤、打印機等之間的通信。·雙全雙工串行口：89C51內置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數(shù)據傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。數(shù)據在傳輸過程中一位一位的串行傳輸，硬件連接比較簡單。最簡單時只需3根連線即可實現(xiàn)串行通信，相對于并行通信來講其通信速率低，一般適用于短距離數(shù)據通信。在

12、單片機應用系統(tǒng)中常采用串行通信方式。2.1.2 中斷系統(tǒng)所謂中斷是指計算機在執(zhí)行某一程序的過程中, 由于計算機系統(tǒng)內部或外部的某種原因, CPU必須暫時停止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，而自動轉去執(zhí)行預先安排好的處理該事件的服務子程序，待處理結束之后, 再回來繼續(xù)執(zhí)行被中止的程序的過程。實現(xiàn)這種中斷功能的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)統(tǒng)稱為中斷系統(tǒng)。89C51具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。2.1.3 時鐘電路89C51內置最高頻率達12MHZ的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序，但89C51單片機需外置振蕩電容。單片機的結

13、構有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結構，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據存儲器合二為一的結構，即普林斯頓(Princeton)結構。INTEL的89C51系列單片機采用的是哈佛結構的形式，而后續(xù)產品16位的MCS-96系列單片機則采用普林斯頓結構。下圖是89C51系列單片機的內部結構示意圖圖2.1 89C51系列單片機內部結構圖2.1.4 89C51的引腳說明89C51單片機采用40PIN封裝的雙列直接DIP結構，下圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3

14、口線復用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：圖2.2 89C51 系列單片機引腳 電源引腳(40、20)：這當然是必不可少的了。單片機使用的是5V電源，其中40引腳接正極(VCC)，20引腳接負極(VSS)或地(GND)。振蕩電路(18、19)：單片機是一種時序電路，必須提供脈沖信號才能正常工作，在單片機內部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接18、19腳。這兩個腳的定義是： (1)時鐘電路引腳(XTAL2)（18腳)：該腳接外部晶體和微調電容的一段，在89C51內部，它是振蕩電路反相放大器的輸出端。振蕩電路的頻率就是固有頻率。若采用外部時鐘電路，該引腳輸入外部脈沖。 (2)時鐘電路引腳(XTE

15、L1)（19腳）：該腳接外部晶體和微調電容的另一端。在片內，它是反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該腳必須接地。 復位引腳（RESET）（9腳）：它是復位信號輸入端，高電平有效，當此腳保持兩個機器周期，即24個時鐘振蕩周期為高電平時，即可完成復位操作。他還具有第二功能，即當主電源VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，將5V電源自動接入RST端，為單片機提供備用電源。以保證信息不丟失，電源恢復后，能夠正常工作。EA/VPP引腳(31腳)：訪問程序存儲器控制信號端(又：外部存儲器地址允許輸入端)。(1)當EA引腳接高電平時，CPU訪問片內EPROM(CPU讀取內部程序存儲器<ROM>

16、;)，并執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。(2)當EA腳接低電平時，CPU只訪問外部EPROM，并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令。而不管是否有片內程序存儲器。 (3)此腳還具有第二功能VPP：是對89C51片內同化編程時，作為施加較高編程電壓輸入端。即：89C51燒寫內部EPROM時，利用此腳輸入21 V的燒寫電壓。 PSEN(29腳):程序存儲器允許輸入端(也叫:外部程序存儲器讀選通信號端):在讀外部ROM時PSEN低電平有效，以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作： (1)內部ROM讀取時，PSEN不動作； (2)外部ROM讀取時，在每個機器周期會動作兩次； (3)外部RAM讀取時，兩個PSEN脈沖被跳過不會

17、輸出； (4)外接ROM時，與ROM的OE腳相接。 要檢查一個89C51小系統(tǒng)上電后能否正確到EPROM中讀取指令，可用示波器看PSEN端有無脈沖，如有，說明基本工作正常。 ALE(30腳):地址鎖存控制信號端。89C51正常工作時，ALE腳不斷向外輸出正脈沖信號，頻率為振蕩器頻率fosc的六分之一，CPU訪問外部數(shù)據存儲器時，ALE作為鎖存8位地址的控制信號。平時不訪問外部存儲器時，ALE也以六分之一的振蕩頻率固定輸出正脈沖。因而，ALE信號可以作為對外輸出時鐘或定時信號。 另外還有四個8位并行通訊端口： P0口：8位雙向I/O端口(3932引腳)。即：P0.0P0.7 P1口：8位雙向I/

18、O端口(18引腳)。即：P1.0P1.7 P2口：8位雙向I/O端口(2128引腳)。即：P2.0P2.7P3口：8位雙向I/O端口(1017引腳)。即：P3.0P3.7P0口有三個功能： (1)外部擴展存儲器時，當做數(shù)據總線。 (2)外部擴展存儲器時，當做地址總線。 (3)不擴展時，可做一般的I/O使用，但內部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應在外部接上拉電阻。 P1口只做I/O口使用：其內部有上拉電阻。P2口有兩個功能:(1)擴展外部存儲器時，當作地址總線使用；(2)做一般I/O口使用，其內部有上拉電阻。P3口有兩個功能：除了作為I/O使用外(其內部有上拉電阻)，還有一些特殊功能，由特殊寄存器

19、來設置。有內部EPROM的單片機芯片，為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號也是由信號引腳的形式提供的。即：編程脈沖：30腳(ALE/PROG)編程電壓(25V)：31腳(EA/Vpp)2.1.5 單片機的系統(tǒng)資源1.CPU(即控制器)。2.運算器。3.片內數(shù)據存儲器(RAM)：用以存放可以讀寫的數(shù)據。如運算結果、最終結果、欲顯示的數(shù)據。4.片內程序存儲器(ROM)：用以存放原始程序、數(shù)據和表格。5.四個8位并行輸入輸出接口：P0P3。6.兩個定時計數(shù)器：每個計數(shù)器都可以設置成計數(shù)方式，用以對外部事件進行計數(shù)，也可以設置成定時方式，并可以根據定時或計數(shù)結果實現(xiàn)計算機控制。7.五個中

20、斷源的中斷控制系統(tǒng)。8.一個全雙工UAST的串行I/O口，可以實現(xiàn)單片機與單片機或其他微機系統(tǒng)串行通訊。9.片內振蕩器和時鐘產生電路。10.片內系統(tǒng)總線：包括數(shù)據總線、低8位地址總線、高8位地址總線和控制總線。2.1.6 運算器運算器的組成：算數(shù)邏輯單元ALU、累加器、寄存器。算數(shù)邏輯單元ALU的作用：把傳送到處理器的數(shù)據進行算數(shù)或邏輯運算，它具有兩個輸入來源，一來自累加器，二來自數(shù)據寄存器。ALU執(zhí)行不同的運算操作是由不同控制線上的信息所決定的。通常ALU接收來自累加器或寄存器的2組8位二進制數(shù)。因為要對這兩個輸入的數(shù)據進行操作(如，數(shù)據進行算數(shù)或邏輯運算)，所以將這兩個輸入的數(shù)據均稱為操作

21、數(shù)。ALU可以對這兩個操作數(shù)進行加、減、與、或、比較大小等操作，最后將結果存入累加器。例如:12和31相加，在相加之前，操作數(shù)12放在一個暫存器(累加器或寄存器)中，操作數(shù)31放在另一個暫存器(累加器或寄存器)中。執(zhí)行兩數(shù)相加運算的控制線發(fā)出加操作信號，ALU即把兩個數(shù)相加，并把結果43放入累加器，取代累加器中前面存放的數(shù)(12或31)。2.1.7 控制器它由程序計數(shù)器P C、指令寄存器、指令譯碼器、時序產生器、操作控制器組成。1.程序計數(shù)器PC：為了保證程序能夠連續(xù)的執(zhí)行下去，CPU必須具有某些手段來確定一條指令的地址。程序計數(shù)器PC正是起到這個作用。所以通常又稱其為指令地址計數(shù)器。在程序開

22、始執(zhí)行之前，必須將其起始地址，即程序的第一條指令所在的內存中的單元地址送入PC，當執(zhí)行指令時，CPU將自動修改PC中的內容，使之總是保存將要執(zhí)行的下一條指令的地址。由于大多數(shù)指令都是按順序執(zhí)行的，所以，修改的過程只是簡單的加一操作。2.指令寄存器：用來保存當前正在執(zhí)行的一條指令，當執(zhí)行一條指令時，先把它從內存中取出，然后再傳送到指令寄存器。3.指令譯碼器：指令分為操作碼和操作數(shù)字段，由二進制數(shù)字組成，為執(zhí)行任何給定的指令，必須對操作碼進行譯碼，以便確定所要求的操作。指令譯碼器就是負責這項工作的，指令寄存器中操作碼的輸出，就是指令譯碼器的輸入。操作碼一經譯碼后，即可向操作控制器發(fā)出具體操作的特定

23、信號。4.時序產生器：控制器是發(fā)布命令的決策機構，即協(xié)調和指揮整個計算機系統(tǒng)操作。控制器電路復雜。控制器內部各部分要協(xié)調工作，必須有一個同步信號，這個同步信號就是時鐘，時鐘是由晶體振蕩電路產生的周期固定的方波序列。5.操作控制器的主要功能：(1)從內存中取出一條指令，并指出下一條指令在內存中的位置。(2)對指令進行譯碼或測試，并產生相應的操作控制信號，以便啟動規(guī)定的動作。比如一次內存讀寫操作、一個邏輯運算或輸入輸出。指揮并控制CPU，內存和輸入設備之間的數(shù)據流動的方向。相對控制器而言，運算器接收控制器的命令而進行操作，即運算器所進行的所有操作都是由控制器發(fā)出的控制信號來指揮的。2.1.8 89

24、C51單片機的存儲器系統(tǒng)89C51單片機存儲器在物理結構上分為程序存儲器空間和數(shù)據存儲器空間。程序存儲器ROM：我們?yōu)榱俗寙纹瑱C實現(xiàn)某一功能，需要利用匯編語言或其他語言編寫一些源程序，然后再燒錄到芯片中，我們編寫的這些程序，就存儲在程序存儲器空間中。數(shù)據存儲器RAM：我們編寫的源程序，在運行的過程中，會產生一些臨時的運算結果，這些結果需要臨時存放在一個地方，這個地方就是數(shù)據寄存器。89C51單片機具有四個存儲器空間:(1)片內程序存儲器，即單片機芯片內置的存儲空間；(2)片外程序存儲器，即當單片機芯片內置的存儲空間不夠使用時，我們需要外加的一個存儲器芯片；(3)片內數(shù)據存儲器，即單片機芯片內置

25、的存儲空間；(4)片外數(shù)據存儲器，即當單片機芯片內置的存儲空間不夠使用時，我們需要外加的一個存儲器芯片。但從用戶使用的角度，89C51存儲器地址空間分為三類：(1)片內片外統(tǒng)一編址的0000HFFFFH的64K字節(jié)的程序存儲器地址空間，用16位地址。(2)64K字節(jié)片外數(shù)據存儲器空間，地址也是從0000HFFFFH用16位地址。(3)256字節(jié)數(shù)據存儲器空間，用8位地址。程序存儲器地址空間：89C51程序存儲器用于存放編寫好的程序和表格常數(shù)。程序存儲器通過16位程序計數(shù)器PC尋址。尋址能力為64K字節(jié)。片內ROM為4KB。地址為0000HFFFFH。片外最多可擴至64K字節(jié)。地址為1000HF

26、FFFH。片內片外是統(tǒng)一編址的。當引腳EA接高電平時，89C51程序計數(shù)器PC在0000H0FFFH范圍內，即前4K字節(jié)地址執(zhí)行片內ROM中的程序。當指令地址超過0FFFH后，就自動轉向片外ROM中取指令。程序存儲器的某些單元是留給系統(tǒng)使用的。存儲單元0000H0002H用作89C51上電復位后引導程序存放單元。因為89C51上電復位后程序計數(shù)器PC的內容為0000H,所以CPU總是從0000H開始執(zhí)行程序，如果在這三個單元中有跳轉指令，那么，程序就被引導到轉移指令所指的ROM空間去執(zhí)行。0003H0023H單元被均勻的分為5段。用作5個中斷服務程序的入口。因為5個入口之間間隔較小，因此一般來

27、說，這五個入口都是存放著一條跳轉指令，而把真正的中斷服務程序安排在后面的存儲單元中。數(shù)據存儲器空間：數(shù)據存儲器RAM用于存放運算中的結果、數(shù)據暫存或緩沖、標志位等。數(shù)據存儲空間也分為片內和片外兩大部分，即片內RAM和片外RAM。MSC51內部RAM有128或256個字節(jié)的用戶數(shù)據存儲(不同的型號有分別)，片外最多可擴展64KB的RAM，構成兩個地址空間，訪問片內RAM用“MOV”指令，訪問片外RAM用“MOVX”指令。它們是用于存放執(zhí)行的中間結果和過程數(shù)據的。MCS51的數(shù)據存儲器均可讀寫，部分單元還可以位尋址。2.3 光敏電阻2.3.1 光敏電阻介紹光敏電阻又稱光導管，常用的制作材料為硫化鎘

28、，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。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、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。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

29、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（0.40.76）m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。設計光控電路時，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設計大為簡化。通常，光敏電阻器都制成薄片結構，以便吸收更多的光能。當它受到光的照射時，半導體片（光敏層）就激發(fā)出電子空穴對，參與導電，使電路中電流增強。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極常采用梳狀圖案，它是在一定的掩膜下向光電導薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。光敏電阻器通常由光敏層、玻璃基片（或樹脂防潮膜）和電極等組成。光敏電阻器在電路中用字母“R”或

30、“RL”、“RG”表示。其結構如圖2.4所示：圖2.4 光敏電阻結構圖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，受到適當波長的光線照射時，電流就會隨光強的增加而變大，從而實現(xiàn)光電轉換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。光敏電阻是采用半導體材料制作，利用內光電效應工作的光電元件。它在光線的作用下其阻值往往變小，這種現(xiàn)象稱為光導效應，因此，光敏電阻又稱光導管。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導體。通常采用涂敷、噴涂、燒結等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，然后接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體

31、內，以免受潮影響其靈敏度，如圖2.5所示。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶中產生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產生的電子空穴對增加了半導體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻的阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產生的電子空穴對將逐漸復合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復原值。圖2.5 光敏電阻實物圖2.3.2 基本特性及其主要參數(shù) 1.暗電阻、亮電阻光敏電阻在室溫和全暗條件下測得的穩(wěn)定電阻值稱為暗電阻，或暗阻。此時流過的電流稱為暗電流。例如MG4121型光敏電

32、阻暗阻大于等于0.1M。光敏電阻在室溫和一定光照條件下測得的穩(wěn)定電阻值稱為亮電阻或亮阻。此時流過的電流稱為亮電流。MG4121型光敏電阻亮阻小于等于1K。亮電流與暗電流之差稱為光電流。顯然，光敏電阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是說暗電流要小，亮電流要大，這樣光敏電阻的靈敏度就高。2.伏安特性在一定照度下，光敏電阻兩端所加的電壓與流過光敏電阻的電流之間的關系，稱為伏安特性。由圖2.6可知，光敏電阻伏安特性近似直線，而且沒有飽和現(xiàn)象。受耗散功率的限制，在使用時，光敏電阻兩端的電壓不能超過最高工作電壓，圖中虛線為允許功耗曲線，由此可確定光敏電阻正常工作電壓。圖2.6 光敏電阻的伏安特性3.光

33、電特性光敏電阻的光電流與光照度之間的關系稱為光電特性。如圖2.7所示，光敏電阻的光電特性呈非線性。因此不適合做檢測元件，這是光敏電阻的缺點之一，在自動控制中它常用做開關式光電傳感器。圖2.7光敏電阻的光電特性4.光譜特性對于不同波長的入射光，光敏電阻的相對靈敏度是不相同的。各種材料的光譜特性如圖2.8所示。從圖中看出，硫化鎘的峰值在可見光區(qū)域，而硫化鉛的峰值在紅外區(qū)域，因此在選用光敏電阻時應當把元件和光源的種類結合起來考慮，才能獲得滿意的結果。圖2.8 光敏電阻的光譜特性5.頻率特性當光敏電阻受到脈沖光照時，光電流要經過一段時間才能達到穩(wěn)態(tài)值，光照突然消失時，光電流也不立刻為零。這說明光敏電阻

34、有時延特性。由于不同材料的光敏電阻時延特性不同，所以它們的頻率特性也不相同。圖2.9給出相對靈敏度Kr，與光強變化頻率f之間的關系曲線，可以看出硫化鉛的使用頻率比硫化鉈高的多。但多數(shù)光敏電阻的時延都較大，因此不能用在要求快速響應的場合，這是光敏電阻的一個缺陷。圖2.9 光敏電阻的頻譜特性 6.溫度特性光敏電阻和其他半導體器件一樣，受溫度影響較大，當溫度升高時，它的暗電阻會下降。溫度的變化對光譜特性也有很大影響。圖2.10是硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性曲線。從圖中可以看出，它的峰值隨著溫度上升向波長短的方向移動。因此，有時為了提高靈敏度，或為了能接受遠紅外光而采取降溫措施。圖2.10 硫化鉛光譜

35、溫度特性曲線常用的光敏電阻器是硫化鎘光敏電阻器，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；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(0.40.76)m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。所以設計光控電路時，都用白熾燈泡(小電珠)光線或自然光線作控制光源，使設計大為簡化。光敏電阻隨入射光線的強弱其對應的阻值變化不是線性的，也就不能用它作光電的線性變換，這是使用者應注意的地方。初學者可購置一只光敏電阻器（MG45型)，在夜間點一

36、盞60100W的白熾燈，用萬用表直接測量光敏電阻器的阻值。測量時，應把光敏電阻對著白熾燈的光，再逐漸拉開與燈的距離(由近到遠)，觀察萬用表指示的阻值變化，可以直觀驗證光敏電阻的特牲，以加深對它的感性認識。常用的光敏電阻器型號有密封型的MG41、MG42、MG43和非密封型的MG45。它們的額定功率均在200mW以下。在光電自動控制電路中，可以選用光敏電阻器作為光電傳感元件。第三章 總體電路設計及方案論證3.1 總體電路設計本次畢業(yè)設計課題是基于單片機的光控路燈的設計。此課題要求以路燈控制器為對象，完成硬件系統(tǒng)和軟件程序的設計，實現(xiàn)以光線強弱方式來控制路燈的亮滅功能，屬于軟硬件相結合的題目。其中

37、硬件電路部分主要包括以下幾個部分：單片機最小系統(tǒng)、路燈控制電路部分、光電檢測電路部分；軟件部分主要包括二個電子軟件Protues、 Keil-C51軟件和路燈控制、光電檢測兩個程序模塊。工作原理如下圖所示：圖2-1 工作原理圖3.2 設計方案硬件電路設計由6個部分組成; LM324放大電路，A/D轉換電路，AT89C51單片機系統(tǒng)，LED顯示系統(tǒng)、時鐘電路、復位電路。第四章 硬件電路設計4.3 LM324運算放大器4.3.1 LM324簡介 LM324芯片是價格便宜的模擬電路中常用的帶差動輸入功能的四運算放大器?？晒ぷ髟趩坞娫聪?，電壓范圍是3.0V-32V或+16V。其特點可歸納如下：（1）短

38、跑保護輸出（2）真差動輸入級(3)可單電源工作：3V-32V(4)低偏置電流：最大100nA（LM324A）(5)每封裝含四個運算放大器。(6)具有內部補償?shù)墓δ堋?7)共模范圍擴展到負電源 (8)行業(yè)標準的引腳排列(9)輸入端具有靜電保護功能10。由于LM324芯片四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應用在各種電路中。4.3.2主放大器設計眾多需要檢瀏的微弱光信號通常都是通過各種傳感器來進行非電量的轉換，從而使檢測對象轉變?yōu)殡娏?電流或電壓)。由于所測對象本身為微弱量，同時受各種不同傳感器靈敏度的限制，因而所得到的電量自然是小信號，一般不能直接用

39、于采樣處理。本設計中的光電二極管前置放大電路主要起到電流轉電壓的作用，但后續(xù)電路一般為AD轉換電路，所需電壓幅值一般為2 V。然而，即使是這樣，而輸出的電壓信號一般還需要繼續(xù)放大幾百倍，因此還需應用主放大電路。其典型放大電路如圖4所示。該主放大器的放大倍數(shù)為A=lR2/R3，其中R2為反饋電阻。為了后續(xù)電路的正常工作，設計時需要設定合理的R2和R1值，以便得到所需幅值的輸出電壓。即有 4.4 單片機最小系統(tǒng)電路單片機最小系統(tǒng)是單片機系統(tǒng)的核心，其他的外圍電路都是在最小系統(tǒng)的基礎上實現(xiàn)的。單片機最小系統(tǒng)是由單片機、復位電路、時鐘電路、電源和地端組成，一般情況下，單片機系統(tǒng)采用外接石英晶體與內部運

40、放組成時鐘振蕩器作為系統(tǒng)時鐘源，而在多機系統(tǒng)中，單片機只作為一個功能模塊使用，為節(jié)省硬件和統(tǒng)一系統(tǒng)的時鐘信號，常采用外時鐘源。單片機最小系統(tǒng)是單片機控制電路的核心11。在整個系統(tǒng)中，單片機控制電路是整個系統(tǒng)的核心，負責對光電檢測電路采集到光信號進行處理和加工，并按照之前設定好的指令進行執(zhí)行、運算，并將結果傳送給相應的執(zhí)行電路。單片機控制電路相關的電路原理圖如下圖所示：4.5 光電檢測電路在設計中使用光敏電阻作為光傳感器件對外界光線進行檢測，主要是利用了光敏電阻在光線的作用下其阻值往往變小的這種光導效應現(xiàn)象，也有基于光敏二極管、光敏三極管等光電檢測元件的相關電路，如下圖所示是光電檢測電路將檢測到

41、的信號以高低電平的形式傳送給單片機，從而完成整個光電檢測的過程。4.6 A/D轉換模塊現(xiàn)實世界的物理量都是模擬量，能把模擬量轉化成數(shù)字量的器件稱為模/數(shù)轉換器（A/D轉換器），A/D轉換器是單片機數(shù)據采集系統(tǒng)的關鍵接口電路，按照各種A/D芯片的轉化原理可分為逐次逼近型，雙重積分型等等。雙積分式A/D轉換器具有抗干擾能力強、轉換精度高、價格便宜等優(yōu)點。與雙積分相比，逐次逼近式A/D轉換的轉換速度更快，而且精度更高，比如ADC0809、ADC0808等，它們通常具有8路模擬選通開關及地址譯碼、鎖存電路等，它們可以與單片機系統(tǒng)連接，將數(shù)字量送到單片機進行分析和顯示。一個n位的逐次逼近型A/D轉換器只

42、需要比較n次，轉換時間只取決于位數(shù)和時鐘周期，逐次逼近型A/D轉換器轉換速度快，因而在實際中廣泛使用。4.7 硬件電路原理圖經過長時間的設計，仿真，才得出了本次畢業(yè)設計的硬件電路部分。通過前面的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)本次設計課題的硬件電路部可分為以下四個組成部分：單片機控制電路部分、路燈控制電路部分、光電檢測與執(zhí)行電路部分和兩位一體的數(shù)碼顯示電路電路部分。將前面介紹的電路加以分析和組合，就可以得到整個硬件電路部分的相關原理圖，現(xiàn)將硬件原理圖表示如下：第五章 軟件設計5.1 protues 軟件介紹Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件13。它不僅

43、具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。 其功能特點如下: Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：原理布圖；PCB自動或人工布線；SPICE電路仿真。其功能特點如下：Protues軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：（1）原理布圖 （2）PCB自動或人工布線 （3）SPICE電路仿真 革命性的特點： （1）互動的電路仿真。用戶甚至可以實時采用諸如R

44、AM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。 （2）仿真處理器及其外圍電路?？梢苑抡?1系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Protues建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境。5.2 keil c51簡介Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)14，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。5.3 程序設計總方案根據模塊的劃分原則，將該程序劃分初始化模塊，A/D轉換子程序和顯示子程序，這三個程序模塊構成了整個系統(tǒng)軟件的主程