【基于AT89C51單片機(jī)的智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)5600字（論文）】

II基于AT89C51單片機(jī)的智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u5056第一章緒論 1276201.1課題 1281201.2主控芯片介紹 221325第二章智能臺(tái)燈控制系統(tǒng)元器件及原理圖 5430第三章單片機(jī)相關(guān)技術(shù)概括 6144003.1單片機(jī)的定義 6301093.2單片機(jī)的特點(diǎn) 6265533.3單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 727262第四章智能臺(tái)燈系統(tǒng)、硬件組成效果介紹 740504.1工作原理及系統(tǒng)電路 7112914.2.系統(tǒng)硬件選擇說(shuō)明 8130254.3軟件介紹 8190394.4仿真說(shuō)明 81123第五章結(jié)論 92315參考文獻(xiàn) 9中文摘要由于智能產(chǎn)品在各領(lǐng)域都具有良好的應(yīng)用功能，本文將基于AT89C51單片機(jī)進(jìn)行智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)。隨著科技的發(fā)展，各種科技產(chǎn)品和家用電器都進(jìn)入人們?nèi)粘Ｉ睿坏岣吡巳藗兩钚?，而且為人們生活帶?lái)更好的體驗(yàn)。隨著工業(yè)化水平不斷進(jìn)步，電氣技術(shù)取得了重大發(fā)展，逐漸朝著智能化方向發(fā)展，以滿足人們的需求為研發(fā)目標(biāo)，從而出現(xiàn)了各種智能家居電器。其中，本文研發(fā)的智能臺(tái)燈也將是智能家居的一部分，為人們的工作和學(xué)習(xí)提供極大幫助。隨著臺(tái)燈的出現(xiàn)，已經(jīng)不單單為人們提供照明，更是為了方便人們進(jìn)行學(xué)習(xí)或工作。目前，市面上臺(tái)燈形式各種各樣，普遍以白熾燈和節(jié)能燈、LED燈為主。但是常規(guī)控制手段基本是以手動(dòng)控制位置，也有某些新型節(jié)能燈、LED燈可以通過(guò)紅外遙控進(jìn)行控制，但依然是通過(guò)人體手工操作，難以徹底解放人們的雙手，本文設(shè)計(jì)的智能臺(tái)燈將可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)燈光亮度，無(wú)需人工進(jìn)行任何操作，從而為人們提供極大便利。同時(shí)，此類智能臺(tái)燈還可以起到一定節(jié)省能源效果，避免人們忘記關(guān)燈的問(wèn)題，有效節(jié)省電源，不但方便操作，而且還符合環(huán)保理念，可見(jiàn)本設(shè)計(jì)具有重要研究意義，是值得研究的重點(diǎn)項(xiàng)目。關(guān)鍵詞:智能，省電，便利，保護(hù)眼眼第一章緒論1.1課題隨著人們生活水平不斷提高，逐漸注重生活質(zhì)量水平，不斷追求智能家居生活?；诖?，本文將設(shè)計(jì)出智能臺(tái)燈，為人們生活添光彩。臺(tái)燈在普通家庭的生活中是很常見(jiàn)的物品，但是由于我們經(jīng)常在臺(tái)燈下看書(shū)學(xué)習(xí)工作，有時(shí)候人們的眼睛是無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間適應(yīng)強(qiáng)光，所以就設(shè)計(jì)了這款可以自我調(diào)節(jié)亮度為主的智能臺(tái)燈。通過(guò)此手段將可以實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)燈周圍是否存在人來(lái)控制智能臺(tái)燈的亮度，并且還可以自己手動(dòng)調(diào)節(jié)，從而讓人們使用起來(lái)非常方便，&而且也能有效地保護(hù)我們的眼睛，也能起到節(jié)約資源的作用。隨著單片機(jī)的應(yīng)用不斷廣泛和普及，已經(jīng)將其廣泛應(yīng)用于各種家居電氣設(shè)備之中，為人們生活提供了良好的感受。隨著人們需求多樣化的出現(xiàn)，人們對(duì)于臺(tái)燈要求也在逐漸改變，要求具備良好智能性、科技感，帶來(lái)良好的使用體驗(yàn)。國(guó)內(nèi)工業(yè)水平不斷進(jìn)步發(fā)展，各種家用電器、電子產(chǎn)品逐漸朝著智能化、科技化方向發(fā)展，且逐漸朝著人工智能方向發(fā)展，為人們提供良好的智能家居生活做好準(zhǔn)備，隨之出現(xiàn)了各種智能門鎖、智能冰箱、智能電視、智能音箱等等一系列電子產(chǎn)品，基本全部電子產(chǎn)品都是以單片機(jī)為中央控制主腦接收命令和執(zhí)行命令。為現(xiàn)代人們生活提供了極大便利，帶來(lái)良好生活體驗(yàn)，享受到科技發(fā)展帶來(lái)的紅利。1.2主控芯片介紹目前來(lái)看，AT89C51系列單片機(jī)有著8位CPU，低功耗、性價(jià)比較高、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。其中，單片機(jī)內(nèi)部含有閃爍存儲(chǔ)單元，具有128字節(jié)的內(nèi)部RAM，可以兼容常規(guī)的51單片機(jī)指令，任何設(shè)計(jì)都可以基于此方案設(shè)計(jì)。1.2.1單片機(jī)特性AT89C51單片機(jī)的主要特性：相互之間兼容壽命可達(dá)1000次寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)可保留的時(shí)間為10年·全靜態(tài)工作數(shù)值：0Hz-24Hz·三級(jí)的程序存儲(chǔ)器鎖定·128的8位內(nèi)部RAM·32的可編程I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器和計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源·可以編程的串行通道·低功耗的閑置模式和掉電模式·單片機(jī)內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路1.2.2管腳說(shuō)明：VCC負(fù)責(zé)提供電壓。GND負(fù)責(zé)接地。P0口：P0口是8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O端口，每個(gè)管腳可以吸收8TTL門電壓。P1口的管腳第一次寫入1時(shí)，定為高阻輸入。P0口能用在外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)或地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0口輸出原代碼，此時(shí)的P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O端口，P1口緩沖器能夠接收輸出4TTL門的電流。P1口的管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高電阻，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將會(huì)輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)候，P1端口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，P2口緩沖器負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，輸出4個(gè)TTL門的電壓，當(dāng)P2口被寫入“1“時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉為高電阻，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將會(huì)輸出電流。這是由內(nèi)部上拉的緣故。P2口用于外部程序存儲(chǔ)器或地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取數(shù)據(jù)，P2端口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2端口輸出的特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口同樣具有8位帶內(nèi)部上拉電阻雙向I/0口，也可能接收識(shí)別，輸出相應(yīng)4個(gè)TTL門電流。若P3口管腳已經(jīng)被寫入了“1”狀態(tài)，也就是進(jìn)入到高電平狀態(tài)，將處于待輸入狀態(tài)。若P3端口進(jìn)入到低電平狀態(tài)，也可能會(huì)直接輸出電流，主要是因?yàn)閮?nèi)部出現(xiàn)上拉的緣故。P3口也可作為其他功能，相應(yīng)的引腳說(shuō)明如下：（1）VCC：接入系統(tǒng)電壓。（2）GND：接地。（3）P3.0RXD（串口輸入）（4）P3.1TXD（串口輸出）（5）P3.2/INT0（外部中斷0）（6）P3.3/INT1（外部中斷1）（7）P3.4T0（計(jì)時(shí)器0外部輸入）（8）P3.5T1（計(jì)時(shí)器1外部輸入）（9）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫入）（10）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀?。?1）RST：復(fù)位功能。在振蕩器需要對(duì)元件進(jìn)行復(fù)位操作時(shí)，需要確保RST兩腳處在機(jī)器的高電平位置。（12）ALE/PROG：地址鎖存使能。在單片機(jī)進(jìn)行RAM擴(kuò)展過(guò)程中，ALE功能是將P0口中相應(yīng)輸出低8位地址鎖存器保存，從而完成低位地址與數(shù)隔離處理。若系統(tǒng)無(wú)需進(jìn)行RAM擴(kuò)展，ALE引腳將保持恒定的正脈沖信號(hào)輸出，頻率等于振蕩器的1/6。所以，可以將其用作外部輸出脈沖或定時(shí)處理?？墒切枰貏e注意，此引腳每次接收外部數(shù)據(jù)過(guò)程中，將會(huì)自動(dòng)跳過(guò)ALE脈沖。若想直接禁止ALE相應(yīng)信號(hào)輸出能夠直接將SFR8EH地址重置為0即可。（13）/PSEN：主要功能是實(shí)現(xiàn)外部程序存儲(chǔ)器響應(yīng)信號(hào)選通處理。一般情況，程序存儲(chǔ)器可以允許輸出端進(jìn)行輸出。若需要對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問(wèn)，此引腳將會(huì)呈現(xiàn)出低電平狀態(tài)。（14）/EA/VPP：一般情況下，/EA將時(shí)刻保持在低電平狀態(tài)，此時(shí)外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH）的存在效果也并不顯著。若采用方式1來(lái)進(jìn)行加密，那么/EA可以直接進(jìn)入重置狀態(tài)；在/EA端保持高電平狀態(tài)下，將存在內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。若需要對(duì)其進(jìn)行閃存編譯，需要額外施加12V的外部電壓（VPP）。（15）XTAL1：主要是進(jìn)行反向振蕩放大器的輸入（16）XTAL2：主要是反映反向振蕩器的輸出。1.2.3振蕩器特性：通常在晶振電路方面，XTAL1與XTAL2屬于獨(dú)立的輸入與輸出放大器，將安裝在內(nèi)部電路振蕩器里面，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部驅(qū)動(dòng)信息的轉(zhuǎn)換。通過(guò)圖3.3發(fā)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)將采用時(shí)鐘模式，也就是采取震蕩電路的工作機(jī)理，分別在XTAL1、XTAL2的引腳上外接定時(shí)元器件，經(jīng)過(guò)電路輸送來(lái)實(shí)現(xiàn)振蕩反應(yīng)，晶振的頻率越大，那么耗能也將越高。1.2.4芯片擦除：電路接入電源情況下，電容的負(fù)極將和RESET相連接，在電阻上將有電壓產(chǎn)生。若RESET中一端有高電平輸入，那么將可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。由于芯片一直處在工作狀態(tài)，若輸入電源電壓增加，將會(huì)造成通過(guò)的電壓慢慢降低，直至零。通過(guò)圖不難發(fā)現(xiàn)，復(fù)位鍵與電容是進(jìn)行并聯(lián)的，若復(fù)位鍵沒(méi)有工作，那么整個(gè)電路也不會(huì)進(jìn)入工作狀態(tài)。通常情況下，在系統(tǒng)工作后，主動(dòng)開(kāi)啟RST管腳功能便可以造成電路形成高電平，可以通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。第二章智能臺(tái)燈控制系統(tǒng)元器件及原理圖2.1原理圖2.2元器件該智能臺(tái)燈系統(tǒng)有以下幾個(gè)元器件組成：開(kāi)關(guān)，AT89C51單片機(jī)，LED,電阻，ADC,CROUND,DEFAULT。第三章單片機(jī)相關(guān)技術(shù)概括3.1單片機(jī)的定義定義：

單片機(jī)全稱叫單片微型計(jì)算機(jī)（SingleChipMicrocomputer），單片機(jī)是一種集成式的電路芯片，它采用大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O端口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器或計(jì)時(shí)器等功能（大概還包括有顯示驅(qū)動(dòng)器、脈寬調(diào)制電路、模擬電路轉(zhuǎn)換器、A/D檢測(cè)器等電路）集成在一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)又小又完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。3.2單片機(jī)的特點(diǎn)特點(diǎn)：

（1）它的集成度高，體積小，可靠性又好，而且把各個(gè)功能部件都集成在一塊晶體板上，體積自然也是最小的。晶體本身也是按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際要求設(shè)計(jì)出來(lái)的，內(nèi)部的派線很短，而且抗工業(yè)噪音的性能要比一般通用的CPU芯片要好很多。單片機(jī)程序指令常數(shù)及表格固化在ROM中不易被損壞，許多信號(hào)通道都集中在一個(gè)芯片內(nèi)，可靠性也會(huì)很好。這種集成式的芯片提升了綜合性能，也滿足了用戶跟開(kāi)發(fā)者對(duì)性能的要求，而且價(jià)格上也要優(yōu)惠不少。

（2）控制功能強(qiáng)

為了滿足對(duì)對(duì)象的控制要求，單片機(jī)的指令系統(tǒng)都有極其豐富的條件:分支轉(zhuǎn)移技術(shù)，I/O端口的邏輯操作和位置處理能力，非常適合用于專門的控制部分。

（3）電壓小和功耗低，也方便生產(chǎn)和方便攜帶。為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)的許多單片機(jī)，內(nèi)部的工作電壓有1.8V～3.6V，而工作電流只有幾百微安。

（4）易擴(kuò)展性

單片機(jī)片內(nèi)有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需用到的部件。芯片外部也有很多供擴(kuò)展用的總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易做出各種規(guī)模大小的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

單片機(jī)分類：

一般分為：51系列；AVR系列；PIC系列；ARM系列等等系列

MCU體積上有DIP，SOP，LQFP，PLCC等系列的封裝技術(shù)

MCU管腳上有8pin，16pin，22pin，42pin等通常越多的管腳就越多的I/0端口。

MCU電壓上有5V和3.5V等

MCU第二功能上有帶A/D檢測(cè)，帶PWM等

MCU儲(chǔ)存容量上有2k，32k，64k，128k等3.3單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)在的產(chǎn)品幾乎都要求體積小、重量輕，這要求單片機(jī)上除了功能強(qiáng)和功耗低之外，還要求它兼容性強(qiáng)。現(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有很多種封裝形式，其中有SMD（表面封裝）越來(lái)越受歡迎，使得單片所機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展，現(xiàn)在單片機(jī)的品種繁多，都具各自的特色，但以80C51系列為核心的單片機(jī)仍占主據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位，且兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有ATMEL公司的產(chǎn)品和中國(guó)臺(tái)灣的Winbond系列單片機(jī)。所以C8051為核心的單片機(jī)依然占據(jù)市場(chǎng)的半壁江山。隨著科技技術(shù)的不斷變革和進(jìn)步，單片機(jī)性能也得到了質(zhì)的飛躍。與此同時(shí)，單片機(jī)也會(huì)變得越來(lái)越多元化，功能上也會(huì)變得越來(lái)越豐富，還會(huì)支持更多的軟硬件適配與支持。智能臺(tái)燈系統(tǒng)、硬件組成效果介紹4.1工作原理及系統(tǒng)電路根據(jù)實(shí)現(xiàn)的具體功能，使用AT89C51單片機(jī)和外圍元器件做成最小控制系統(tǒng)，經(jīng)手動(dòng)開(kāi)關(guān)模式，由AT89C51單片機(jī)執(zhí)行程序命令，再通過(guò)信號(hào)處理電路，然后AD采集器檢測(cè)周圍有沒(méi)有人自動(dòng)調(diào)整光的亮度，*如圖所示：開(kāi)關(guān)AT89C51開(kāi)關(guān)AT89C51LEDLED信號(hào)處理信號(hào)處理電阻ACD檢測(cè)電阻ACD檢測(cè)工作原理：其主要工作機(jī)理是將全部光源集中到一點(diǎn)然后共同照亮某片區(qū)域，為人們提供良好視野，便于學(xué)習(xí)和工作。整個(gè)系統(tǒng)功能都是通過(guò)AT89C51單片機(jī)來(lái)控制實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，智能臺(tái)燈也支持手動(dòng)控制操作，若人們坐在臺(tái)燈前感覺(jué)光線太強(qiáng)情況下，臺(tái)燈會(huì)根據(jù)周圍環(huán)境調(diào)低亮度或不亮；當(dāng)遇到周圍環(huán)境很暗時(shí)，臺(tái)燈會(huì)格局環(huán)境調(diào)高亮度，這樣做的好處是保護(hù)我的眼睛不被強(qiáng)光影響，也能節(jié)約電能的消耗。4.2.系統(tǒng)硬件選擇說(shuō)明AT89C51系列單片機(jī)有著8位CPU，低功耗、性價(jià)比較高、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。其中，單片機(jī)內(nèi)部含有閃爍存儲(chǔ)單元，具有128字節(jié)的內(nèi)部RAM，可以兼容常規(guī)的51單片機(jī)指令。同時(shí)，采取閃存工藝來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)的程序存儲(chǔ)器將有著4K大小容量。由于該類單片機(jī)對(duì)設(shè)置開(kāi)發(fā)要求并不嚴(yán)格，能夠有效降低開(kāi)發(fā)人員的時(shí)間成本?？梢詫?duì)程序加密后再傳入單片機(jī)即可，確保設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)成果沒(méi)有被侵犯?？墒牵啾扔谄渌麄鹘y(tǒng)單片機(jī)，AT89C51單片機(jī)更加適合復(fù)雜環(huán)境，對(duì)工作環(huán)境條件要求無(wú)需太嚴(yán)格，常規(guī)供電時(shí)3.4V~5.5V，電壓處在3~4V環(huán)境單片機(jī)還能夠保持工作狀態(tài)，然而這樣的環(huán)境下AT89C51不能夠正常工作，因此STC系列單片機(jī)環(huán)境適應(yīng)性較好。再結(jié)合以前的學(xué)習(xí)掌握的各項(xiàng)知識(shí)，本次設(shè)計(jì)決定采用AT89C51作為系統(tǒng)的微處理器。此單片機(jī)將能夠符合本設(shè)計(jì)基本功能要求，且價(jià)格合理、性能強(qiáng)大、性價(jià)比較高。4.3軟件介紹Keil4是一款嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟件，這款軟件的誕生主要是為單片機(jī)開(kāi)發(fā)做出來(lái)的，它的出現(xiàn)能很好的為開(kāi)發(fā)者減少一部分的煩惱，極大的便利了開(kāi)發(fā)者和用戶，也為單片機(jī)行業(yè)打下了很好的基礎(chǔ)，無(wú)論是使用匯編語(yǔ)言也好還是C語(yǔ)言編程也罷，都是需要要使用編譯器進(jìn)行編譯的，以便于把寫好的程序編譯為機(jī)器代碼，這樣才能把可以執(zhí)行的代碼文件寫入單片機(jī)里。KeilμVision4也是眾多單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)軟件中較為突出的一款軟件，它能夠支持很多家不同公司的MCS-51架構(gòu)，甚至連ARM也把它編輯、編譯，它的界面和人們常用的C++軟件極其相似，界面也很清爽，很容易簡(jiǎn)單上手，在調(diào)試程序和軟件仿真方面也有很強(qiáng)的能力。因此很多開(kāi)發(fā)51單片機(jī)的工程師和普通的單片機(jī)愛(ài)好者們都對(duì)它十分的喜歡。4.4仿真說(shuō)明打開(kāi)文件夾，點(diǎn)擊Proteus8，雙擊點(diǎn)開(kāi)跳出單片機(jī)AT89C51,跳出editcomponent界面，點(diǎn)擊programfile,選擇已經(jīng)保存好的程序，點(diǎn)擊OK,下一步是點(diǎn)擊butt