基于單片機的光強檢測報警器

摘要隨著電子技術(shù)的開展、數(shù)字電路應(yīng)用領(lǐng)域的擴展，現(xiàn)今社會，產(chǎn)品智能化、數(shù)字化已成為人們追求的一種趨勢，設(shè)備的性能、價格、開展空間等備受人們關(guān)注。性能好的電子設(shè)備，對外圍保護電路要求很高，尤其是精密儀器對光線要求等設(shè)備要求更高，為了延長設(shè)備的使用壽命。所以，在企業(yè)設(shè)備保護中，設(shè)計一款智能的光電檢測報警電路尤為重要。本設(shè)計采用單片機作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，為了進行數(shù)據(jù)處理，通過光敏電阻來感應(yīng)光強弱變化，經(jīng)過ADC0809轉(zhuǎn)換，直接將數(shù)字信號送入到單片機中進行數(shù)據(jù)處理。單片機數(shù)據(jù)處理之后，將光照強度發(fā)送到LED進行顯示,并通過蜂鳴器和LED進行聲光報警。關(guān)鍵詞：單片機，ADC0809，光敏電阻，蜂鳴器ABSTRACTWiththedevelopmentofelectronictechnology,theexpansionofthedigitalcircuitapplications,today'ssociety,theproductofintelligent,digitalhasbecomeatrendforpeopletopursue,equipmentperformance,price,roomfordevelopment,andsomuchattention.Goodperformanceelectronicdevices,highexternalprotectioncircuit,precisioninstruments,lightrequirements,equipmentrequirements,inordertoextendtheusefullifeofequipment.Therefore,intheprotectionofbusinessequipment,thedesignofanintelligentphotoelectricdetectoralarmcircuitisparticularlyimportant.Thisdesignusesamicrocontrollerasdataprocessingandcontrolunitfordataprocessing,theSCMADC0809acquisitionphotoresistorand10Kresistorvoltagedividertosensethelightintensitychange.MCUdataprocessingwillbesentwhenthelightintensitytotheLEDdisplay.SoundandlightalarmbuzzerandLED.Keywords:MCU,ADC0809,Photoresistor，buzzer目錄摘要IABSTRACTII第1章引言11.1課題背景11.2光強檢測的意義與技術(shù)開展11.3課題內(nèi)容2第2章光強檢測報警器的設(shè)計方案32.1系統(tǒng)的方案分析32.2單片機的選型32.3顯示方案選擇42.4AD轉(zhuǎn)換方案4第3章光強檢測報警器硬件設(shè)計53.1硬件設(shè)計53.2AT89S52單片機63.2.1AT89S52的引腳63.2.2AT89S52的時鐘電路73.2.3AT89S52的復位電路8ADC0809電路93.3.1A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809簡介9單片機與ADC0809的接口113.4顯示電路123.5光強采集電路133.6鍵盤電路143.7控制輸出電路15第4章系統(tǒng)程序設(shè)計164.1設(shè)計思路與流程圖16子程序17數(shù)據(jù)處理程序18顯示子函數(shù)19按鍵程序20執(zhí)行子程序20第5章系統(tǒng)調(diào)試和功能測試225.1系統(tǒng)硬件調(diào)試225.2系統(tǒng)軟件調(diào)試225.3系統(tǒng)功能測試23結(jié)束語25致謝26參考文獻27附錄電路圖28附錄PCB28第1章引言1.1課題背景隨著電子技術(shù)的開展、數(shù)字電路應(yīng)用領(lǐng)域的擴展，現(xiàn)今社會，產(chǎn)品智能化、數(shù)字化已成為人們追求的一種趨勢，設(shè)備的性能、價格、開展空間等備受人們關(guān)注。性能好的電子設(shè)備，對外圍保護電路要求很高，尤其是精密儀器對光線要求等設(shè)備要求更高，為了延長設(shè)備的使用壽命。所以，在企業(yè)設(shè)備保護中，設(shè)計一款智能的光電檢測報警電路尤為重要。光強檢測報警器主要根據(jù)光敏電阻的特性制作的。光敏電阻值隨受到的光照強度的變化而變化〔光照強度越大，電阻值越小〕。將光敏電阻接入電路中，不同光照強度導致光敏電阻值變化，于是光敏電阻上的電壓發(fā)生變化，導致電路的輸出電壓也相應(yīng)變化。根據(jù)電壓-光照度函數(shù)關(guān)系，由電壓計算得到光照強度值，然后以可視化界面形式輸出〔LED數(shù)碼管顯示〕，以供用戶查看結(jié)果。其中光敏電阻的特性是光敏電阻隨受到的光照強度的變化電阻值發(fā)生變化，光照強度越強電阻越小，在分壓電路中獲得電壓越低。根據(jù)這一特性，結(jié)合光照強度和輸出的模擬電壓之間的關(guān)系，可以得到某一光強度下的對應(yīng)的模擬電壓。將模擬電壓通過AD轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓，以便于計算機處理。然后再將數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換成光照度。1.2光強檢測的意義與技術(shù)開展光是人類生產(chǎn)生活所必須的一種元素，是一種能量的形態(tài)，它可以從一個物體傳播到另一個物體，其中無需任何物質(zhì)作媒介。現(xiàn)在化蔬菜大棚需要控制光照強度，從而使蔬菜快速正常生長；禽舍需要控制光照強度，使動物健康正常生長；人們的生活環(huán)境〔學生的學習環(huán)境,辦公室，工廠等〕需要控制光照強度，使人們有一個好學習生活環(huán)境。但是在工業(yè)生產(chǎn)中，光強過強或過弱，就可能引起生產(chǎn)平安、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問題。因此對光強的檢測的意義就越來越大。光強檢測系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學研究和人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時候都需要對光強進行嚴格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。光強檢測報警系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的根底上開展起來的。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計算機時代，但是微型計算機的體積、價位、可靠性，都無法滿足廣闊對象對嵌入式系統(tǒng)的要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨立開展道路。這條道路就是芯片化道路。將計算機做在一個芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨立開展的單片機時代。單片機誕生于二十世紀七十年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU和SOC三大階段。1.3課題內(nèi)容本課題是基于單片機的光強檢測報警器設(shè)計，其利用單片機作為系統(tǒng)的主要控制器，通過光敏電阻和10K電阻分壓，經(jīng)過ADC0809轉(zhuǎn)換，直接將數(shù)字信號，送入到單片機中進行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過一定的控制算法后，通過單片機的輸出I/O口，來控制蜂鳴器和LED燈，到達報警的目的，并通過LED顯示，到達良好的人機交互。本文運用AT89S52單片機作為主控制單元及數(shù)據(jù)處理單元，控制光敏電阻檢測光強信號，數(shù)據(jù)處理，發(fā)出控制信號對蜂鳴器和LED作用，到達報警的目的，同時實現(xiàn)光強報警和光弱報警功能。實現(xiàn)根本的人機對話功能，顯示光強值所在檔位。第2章光強檢測報警器的設(shè)計方案2.1系統(tǒng)的方案分析系統(tǒng)總體框圖，如圖2-1：圖2-1系統(tǒng)總體框圖以AT89S52單片機為核心，在單片機內(nèi)部完成數(shù)據(jù)的存儲及處理功能，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片完成模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換及輸入，再將數(shù)據(jù)存入存儲芯片，在單片機進行數(shù)據(jù)處理后再對需要顯示的數(shù)字信號進行譯碼顯示在四位一體七段數(shù)碼顯示器上。每個芯片的電源處有耦合電容相連，當電容器充電到達2V時，此電容就作為電源為電路提供工作電壓。單片機的RESET口上提供了供電自啟動，在X1,X2口上提供了12MHZ晶振，以支持單片機的運行與啟動。系統(tǒng)完成了采集功能，存儲功能，數(shù)據(jù)處理功能，測量數(shù)據(jù)顯示功能，到達了設(shè)計的根本要求。2.2單片機的選型在本設(shè)計中單片機是系統(tǒng)的控制核心，因此，單片機的選擇，對于所設(shè)計系統(tǒng)的實現(xiàn)以及功能的擴展有著很大的影響。單片機種類很多，在眾多51系列單片機中，較為常用的是ATMEL公司的AT89S52和AT89S52單片機。AT89S52片內(nèi)4KROM是Flash工藝的，使用專用的編程器自己就可以隨時對單片機進行電擦除和改寫，片內(nèi)有128字節(jié)的RAM。AT89S52已滿足本次設(shè)計的要求，同時我們對于這個單片機芯片也較為熟悉，因此，在本次設(shè)計中選用了ATMEL公司的AT89S52單片機。2.3顯示方案選擇〔1〕七段LED數(shù)碼顯示在單片機系統(tǒng)中，發(fā)光二極管(LED)常常作為重要的顯示手段。LED顯示器內(nèi)部由7段發(fā)光二極管組成，因此亦稱之為七段LED顯示器，由于主要用于顯示各種數(shù)字符號，故又稱之為LED數(shù)碼管。每個顯示器還有一個圓點型發(fā)光二極管，用于顯示小數(shù)點。但其顯示并不是很直觀，同時編程相對復雜，可顯示字符比擬少，但本錢相對很低廉。〔2〕液晶顯示模塊芯片LCD為英文LiquidCrystalDisplay的縮寫，即液晶顯示器，是一種數(shù)字顯示技術(shù)，可以通過液晶和彩色過濾器過濾光源，在平面面板上產(chǎn)生圖象。在實際應(yīng)用中，用戶很少直接設(shè)計LCD顯示器驅(qū)動接口，一般是直接使用專用的LCD顯示驅(qū)動器和LCD顯示模塊。其中，LCD顯示模塊LCM〔LiquidCrystalDisplayModule〕是把LCD顯示器、背景光源、線路板和驅(qū)動集成電路等部件構(gòu)成一個整體，作為一個獨立的部件使用，具有功能較強、易于控制、接口簡單等優(yōu)點，在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用較多。而本次選擇的4位一體的LED數(shù)碼顯示模塊，具有價格低、功耗低、連接方便等特點，已經(jīng)成為單片機應(yīng)用設(shè)計中最常用的信息顯示器件了。2.4AD轉(zhuǎn)換方案A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0809。ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。第3章光強檢測報警器硬件設(shè)計3.1硬件設(shè)計根據(jù)上述的芯片資料和方案的對照考慮，確定光強檢測報警器的實現(xiàn)電路，如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)總體電路圖在設(shè)計中，用了兩個主要元件：控制芯片AT89S52單片機和ADC0809。其中控制芯片AT89S52單片機的控制功能能滿足電路功能實現(xiàn)的要求，它主要實現(xiàn)兩個功能：1.通過、對ADC0809的引腳START和EOC的控制來實現(xiàn)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC0809的轉(zhuǎn)換開始和結(jié)束，并通過對輸出允許信號OE的控制實現(xiàn)控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；最后在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)束后通過P1口從ADC0809的數(shù)據(jù)輸出線D7-D0把數(shù)據(jù)采集進來。2.通過P0口把采集進來的數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管的段信號：A、B、C、D、E、F、G、DP；并通過P2口的控制數(shù)碼管的位信號，實現(xiàn)數(shù)碼管的動態(tài)顯示。另外模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC0809實現(xiàn)的功能就是完成對采集進來的模擬信號的數(shù)字轉(zhuǎn)換。電路中，利用ADC0809的IN0口將模擬數(shù)據(jù)采集進來。ALE地址鎖存允許信號和START轉(zhuǎn)換啟動信號分別與單片機的及連接，以實現(xiàn)對它的控制；進行A/D轉(zhuǎn)換時，采用查詢EOC的標志信號來檢測A/D轉(zhuǎn)換是否完畢，假設(shè)完畢那么把數(shù)據(jù)通過P1端口讀入，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理之后在數(shù)碼管上顯示。AT89S52單片機89C51系列單片機最早是由Intel公司開發(fā)和生產(chǎn)的，Intel公司在1980年推出MCS-51單片機，也稱89C51單片機。AT89S52單片機是ATMEL公司1989年生產(chǎn)的產(chǎn)品，ATMEL率先把89C51內(nèi)核與Flash技術(shù)相結(jié)合，推出轟動業(yè)界的AT89系列單片機。本設(shè)計采用ATMEL生產(chǎn)的MCS-51系列的AT89S52單片機芯片作為主芯片。MCS-51單片機所占的市場分額很大，在單片機領(lǐng)域影響力很大，幾十年居于單片機領(lǐng)域領(lǐng)頭羊地位，其產(chǎn)品大量作為單片機教材范例使用。AT89S52是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器〔FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該單片機片內(nèi)含4kbytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器〔RAM〕，該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89S52是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89S52是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出〔I/O〕端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，AT89S52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)本錢。3.2.1AT89S52的引腳圖3-2為AT89C51的引腳圖。圖3-2AT89S52芯片引腳40只引腳按照其功能來分，可分為3類：電源及時鐘引腳：Vcc、Vss；XTAL1、XTAL2?？刂埔_：PSEN、ALE、EA、RESET。I/O口引腳：P0、P1、P2、P3，為4個8位I/O口的外部引腳。3.2.2AT89S52的時鐘電路在AT89S52芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2，在芯片的外部通過這兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反應(yīng)電路，就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。在由多片單片機組成的系統(tǒng)中，為了各單片機之間的時鐘信號的同步，應(yīng)當引入唯一的公用外部脈沖信號作為各單片機的振蕩脈沖。時鐘電路如圖3-3所示。a)內(nèi)部時鐘a)內(nèi)部時鐘b)外部時鐘3.2.3AT89S52的復位電路復位是單片機的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或者操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復位鍵以重新啟動。RST引腳是復位信號的輸入端，復位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)時間24個振蕩脈沖周期以上。復位操作有上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。復位電路如圖3-4所示。89C5189C51R1＋5VR2KRST89C51R1RST＋5VC1圖3-4AT89S52復位電路ADC0809電路3.3.1A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809簡介ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。ADC0809的引腳圖如圖3-5所示。圖3-5ADC0809引腳圖1、ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖3-6所示。圖3-6ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖3-6中多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，表3-1為通道選擇表。表3-1通道選擇表2、信號引腳ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見圖3-5。對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下：IN7～IN0——模擬量輸入通道ALE——地址鎖存允許信號。對應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START——轉(zhuǎn)換啟動信號。START上升沿時，復位ADC0809；START下降沿時啟動芯片，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。本信號有時簡寫為ST.A、B、C——地址線。通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。其地址狀態(tài)與通道對應(yīng)關(guān)系見表9-1。CLK——時鐘信號。ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHz的時鐘信號EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。EOC=0,正在進行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標志，又可作為中斷請求信號使用。D7～D0——數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高OE——輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。Vcc——+5V電源。Vref——參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比擬，作為逐次逼近的基準。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V,Vref(-)=-5V).。T89S52單片機與ADC0809的接口ADC0809與AT89S52單片機的連接如圖3-7所示。圖3-7ADC0809與MCS-51單片機的連接電路電路連接主要涉及兩個問題。一是8路模擬信號通道的選擇，二是A/D轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。模擬通道選擇信號A、B、C分別接P3.4、P3.5、P3.6，而地址鎖存允許信號ALE由P3.1控制，那么8路模擬通道的地址為0FEF8H～0FEFFH。START信號接由P3.0控制。另外參考電壓直接利用本系統(tǒng)的Vcc，因此要求Vcc為標準的5V電壓。3.4顯示電路顯示電路采用4位一體的數(shù)碼管來實現(xiàn)。數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制翻開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。透過分時輪流控制各個LED數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O埠，而且功耗更低。實現(xiàn)電路如圖3-8所示。8段連接單片機的P1口，位選通采用NPN9015〔或者8550〕三極管來有效控制它的通斷，分別對應(yīng)單片機的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3。圖3-8顯示電路3.5光強采集電路光強采集，采用光敏電阻進行設(shè)計。敏電阻又稱光導管，常用的制作材料為硫化鎘，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(chǎn)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。采用分壓原理，設(shè)計電路如圖3-9所示：圖3-9光強檢測電路3.6鍵盤電路按鍵局部實現(xiàn)的主要原理是單片機讀取與按鍵相連接的I/O口狀態(tài)，來判定按鍵是否按下，到達系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的目的。鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的作用是實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、命令輸入，是人工干預的主要手段。鍵盤分兩大類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤：由硬件邏輯電路完成必要的鍵識別工作與可靠性措施。每按一次鍵，鍵盤自動提供被按鍵的讀數(shù)，同時產(chǎn)生一個選通脈沖通知微處理器，一般還具有反彈跳和同時按鍵保護功能。這種鍵盤容易使用，但硬件比擬復雜，對于主機任務(wù)繁重的情況，采用8279可編程鍵盤管理接口芯片構(gòu)成編碼式鍵盤系統(tǒng)是很實用的方案。非編碼鍵盤：只簡單地提供鍵盤的行列與矩陣，其他操作如按鍵的識別，決定按鍵的讀數(shù)等都靠軟件完成，故硬件設(shè)計較為簡單，但占用CPU較多時間，非編碼鍵盤有：獨立式按鍵結(jié)構(gòu)、矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)兩種。矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)適用于按鍵數(shù)量較多的場合，由行線和列線組成，按鍵位于行列的交叉點上。矩陣鍵盤工作的原理：行線通過上拉電阻接到+5V上。無按鍵，行線處于高電平狀態(tài)，有鍵按下，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平為低，那么行線電平為低；列線電平為高，那么行線電平為高。矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)的優(yōu)點就是節(jié)約單片機I/O口，適用于按鍵比擬多的場合。獨立式按鍵結(jié)構(gòu)，獨立式按鍵就是按鍵相互獨立，每個按鍵單獨占用一根I/O口線，每根I/O口線的按鍵的工作狀態(tài)，不會影響其他I/O口線上的工作狀態(tài)。各按鍵開關(guān)均需要采用了上拉電阻，是為了保證在按鍵斷開時，各I/O有確定的高電平。當輸入口線內(nèi)部已有上拉電阻，外電路的上拉電阻可省去。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易判斷是哪個按鍵被按下了。優(yōu)點：電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。缺點：每個按鍵需占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時，I/O口浪費大，電路結(jié)構(gòu)顯得復雜。因此，此鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。在本設(shè)計當中，由于只需要四個按鍵，所以采用獨立式鍵盤結(jié)構(gòu)，電路連接圖如圖3-10所示：圖3-10鍵盤電路3.7控制輸出電路控制輸出采用3個不同顏色的LED燈，進行顯示報警，如下列圖3-11：圖3-11LED燈報警報警電路實現(xiàn)的是當環(huán)境溫度值超過系統(tǒng)設(shè)置的上限值或者小于系統(tǒng)設(shè)置的下限值時，都將通過I/O口驅(qū)動蜂鳴器，進行蜂鳴器報警。而單片機I/O口輸出的電流無法直接驅(qū)動蜂鳴器，所以設(shè)計了蜂鳴器驅(qū)動電路，具體電路連接如圖3-12所示：圖3-12蜂鳴器電路第4章系統(tǒng)程序設(shè)計本局部詳細介紹了基于AT89S52單片機的光強檢測報警器的軟件設(shè)計。根據(jù)系統(tǒng)功能，可以將系統(tǒng)設(shè)計分為假設(shè)干個子程序進行設(shè)計，如光強采集子程序，數(shù)據(jù)處理子程序、顯示子程序、執(zhí)行子程序。采用KeiluVision3集成編譯環(huán)境和匯編語言來進行系統(tǒng)軟件的設(shè)計。本章從設(shè)計思路、軟件系統(tǒng)框圖出發(fā)，先介紹整體的思路后，再逐一分析各模塊程序算法的實現(xiàn)，最終編寫出滿足任務(wù)需求的程序。4.1設(shè)計思路與流程圖系統(tǒng)要完成光強檢測報警器，需要實現(xiàn)光強信號的采集與A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)輸出等根本功能。從功能上可將其分為光強信號采集及A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、人機交互、執(zhí)行四大局部進行設(shè)計，軟件系統(tǒng)框圖如圖4-1所示：數(shù)據(jù)處理子程序數(shù)據(jù)處理子程序人機交互子程序程序光強采集子程序控制執(zhí)行子程序圖4-1軟件系統(tǒng)框圖光強信號采集子程序，主要完成光強信號采集與A/D功能。采集子程序主要包括單片機給ADC0809寫命令、單片機ADC0809寫數(shù)據(jù)、單片機從ADC0809讀數(shù)據(jù)等局部。數(shù)據(jù)處理子程序，當單片機收到溫度傳感器發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)處理子程序?qū)υ摂?shù)據(jù)進行處理，主要是把采集到的二進制的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進制溫度數(shù)據(jù)。人機交互子程序包括按鍵子程序、LED顯示子程序。LED顯示子程序的功能是，實現(xiàn)將數(shù)據(jù)處理后的十進制光強數(shù)據(jù)，使用LED顯示出來。執(zhí)行子程序，該子程序所實現(xiàn)的功能，是把程序設(shè)置的系統(tǒng)光強限定值與數(shù)據(jù)處理子程序處理后的當前光強值進行比擬，根據(jù)比擬的結(jié)果，執(zhí)行單片機的I/O口輸出的狀態(tài)?？刂芁ED燈與蜂鳴器。主程序流程圖如圖4-2所示：光強限值設(shè)置子程序光強采集子程序執(zhí)行子程序光強限值設(shè)置子程序光強采集子程序執(zhí)行子程序顯示子程序數(shù)據(jù)處理子程序設(shè)置鍵按下NY初始化采集光強NY開始返回圖4-2主程序流程圖模/數(shù)〔A/D〕轉(zhuǎn)換測量子函數(shù)用來控制對ADC0809的模擬輸入電壓進行A/D轉(zhuǎn)換，并將對應(yīng)的數(shù)值移入內(nèi)存單元。其程序流程如圖4-3。開始啟動一次轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束？EOC=1？N開始啟動一次轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束？EOC=1？NY取數(shù)據(jù)〔OE=1〕返回ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。當ST上跳沿時，所有內(nèi)部存放器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當EOC為高電平時，說明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否那么，說明正在進行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。當EOC變?yōu)榈碗娖綍r，這時給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。ADC0809進行A/D轉(zhuǎn)換時，通過ALE為高電平，使輸入有效，然后ALE改為低電平，鎖存地址，地址鎖存后將ST置高電平，使ADC0809內(nèi)部存放器清零，再ST置高電平，芯片開始進行A/D轉(zhuǎn)換。當EOC為高時，轉(zhuǎn)換結(jié)束。這時把OE置為1，。將轉(zhuǎn)換成功的數(shù)據(jù)送給單片機，完成一次模/數(shù)轉(zhuǎn)換。設(shè)置分辨率為8位轉(zhuǎn)化后得到的數(shù)據(jù)，進行相應(yīng)的處理，系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)情況進行控制處理。光強信號的采集與A/D轉(zhuǎn)換，并把數(shù)據(jù)傳遞給單片機，并保存起來。數(shù)據(jù)處理時，把數(shù)據(jù)取出來，放在一個整型變量中。首先取出整數(shù)局部進行處理，求出數(shù)據(jù)十進制表示時的百位、十位及個位，再求小數(shù)局部數(shù)據(jù)計算流程圖如圖4-4所示。整數(shù)局部計算程序保存數(shù)據(jù)小數(shù)數(shù)據(jù)整數(shù)局部計算程序保存數(shù)據(jù)小數(shù)數(shù)據(jù)計算程序保存數(shù)據(jù)1開始返回圖4-4光強值計算程序流程圖整數(shù)存放器除以100商存入百位存放器整數(shù)存放器除以100商存入百位存放器余數(shù)存入整數(shù)存放器除以10商存入十位存放器余數(shù)存入個位存放器小數(shù)存放器把小數(shù)局部逐次與00H~0FH比擬假設(shè)相等時進行相應(yīng)置位保存整數(shù)存放器返回返回開始開始圖4-5整數(shù)計算子程序流程圖圖4-6小數(shù)計算子程序流程圖因為顯示用到4個LED數(shù)碼管，考慮到AT89S52的I/O口缺乏，所以采用采用動態(tài)掃描法實現(xiàn)4位數(shù)碼管的數(shù)值顯示。通過控制P3口的輸出數(shù)值控制LED亮與不亮，從而到達動態(tài)顯示，節(jié)省I/O口的目的。測量所得的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)放在定義的ad_data內(nèi)存單元中，測量所得的A/D數(shù)據(jù)在顯示時需要經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成十進制BCD碼。在本設(shè)計當中，當按鍵被按下時，I/O口電平為低；松開時，I/O口電平為高。按鍵掃描程序通過讀取I/O口的電平即可知道對應(yīng)按鍵的狀態(tài)。按鍵的抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為5~10ms，這是一個很重要的參數(shù)。抖動過程引起電平信號的波動，有可能令CPU誤解為屢次按鍵操作，從而引起誤處理[22]。為了確保CPU對一次按鍵動作只確認一次按鍵，提高按鍵處理的可靠性，應(yīng)在程序中做按鍵消抖處理。按鍵的消抖，通常有軟件，硬件兩種消除方法。硬件消抖主要是采用濾波電路消除干擾，需要消耗大量硬件，本錢比擬高，只適用于按鍵數(shù)目較少的情況。如果按鍵較多，硬件消抖無法到達預期效果。所以通常采用軟件消抖。軟件消抖的常用方法是軟件延時。本系統(tǒng)采用軟件消抖，當單片機第一次檢測到有鍵按下時，即檢測到與按鍵連接的I/O口為低電平是，等待10ms，再去確認該I/O口是否仍舊為低電平，如果還是低電平，就一般的機械按鍵而言，已經(jīng)是出于穩(wěn)定期了，按鍵的抖動被消除了。如果10ms之后I/O口不為低電平，那么說明是干擾信號，而不是按鍵被按下。在軟件編寫上，可采用查詢方式，也可采用中斷方式。本系統(tǒng)采用查詢方式。本局部通過單片機I/O口輸出的高電平或者低電平，LED和蜂鳴器報警。如圖4-7示：圖4-7控制執(zhí)行子程序流程圖>=上限限比擬程序>=上限限比擬程序<=下限上限報警控制降溫下限報警控制升溫YN延時延時YN開始返回第5章系統(tǒng)調(diào)試和功能測試單片機的系統(tǒng)調(diào)試主要包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，這兩者是不能分開的，許多硬件錯誤是在軟件調(diào)試中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。但通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來調(diào)試以進一步排除故障。可見硬件的調(diào)試是根底，如果硬件調(diào)試不通過，軟件設(shè)計那么是無從做起。系統(tǒng)硬件調(diào)試硬件設(shè)計方面從布線到焊接安裝完成之后，就開始進入硬件調(diào)試階段。首先，我們應(yīng)該排除元器件失效問題。造成這類錯誤的原因有兩個：一是元器件買來時就已壞了；另一個是由于焊接錯誤,造成器件損壞。要排除這種錯誤我們可以采取檢查元器件與設(shè)計要求的型號、規(guī)格和連接是否一致，在保證安裝無誤后,用替換方法排除錯誤。其次，排除電源故障問題。在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否那么很容易造成集成塊損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查VCC與GND之間電位，假設(shè)在5V～之間屬正常。假設(shè)有高壓，聯(lián)機仿真器調(diào)試時，將會損壞仿真器等，有時會使應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊發(fā)熱損壞。本次設(shè)計的硬件調(diào)試順序為先顯示器后鍵盤。在顯示器調(diào)試通過后，鍵盤調(diào)試就比擬簡單，完全可以借助于顯示器，利用程序進行調(diào)試。利用開發(fā)裝置對程序進行設(shè)置斷點，通過斷點可以檢查程序在斷點前后的鍵值變化，這樣可知鍵盤工作是否正常。硬件上的故障往往由于設(shè)計和加工制板過程中工藝性錯誤所造成的。主要包括錯線、開路、短路。排除的方法是首先將實物連接板認真對照原理圖，看兩者是否一致。應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)檢查，以防止電源短路和極性錯誤，并重點檢查系統(tǒng)總線〔地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線〕是否存在相互之間短路或與其它信號線路短路。必要時利用數(shù)字萬用表的短路測試功能，可以縮短排錯時間。5.2系統(tǒng)軟件調(diào)試在確認過硬件電路連接及焊接工藝無誤后，我們就開始采用連擊仿真的方式進行軟件調(diào)試。一般，我們使用KeilC51uVision2進行仿真調(diào)試。KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，它提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境〔uVision〕將這些部份組合在一起。KeilC51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。同時，編譯后生成的匯編代碼效率很高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，易于理解。同時，聯(lián)機仿