LED亮度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘要1 關(guān)鍵詞1 英文摘要1 英文關(guān)鍵詞1 1 引言2 1.1 選題背景2 1.2 實(shí)現(xiàn)功能2 1.3 技術(shù)路線2 2 方案選擇3 2.1 系統(tǒng)總體方案的選擇3 2.3 系統(tǒng)框圖3 3 硬件電路設(shè)計(jì)4 3.1 主控模塊4 3.1.1 單片機(jī)芯片4 3.1.2 復(fù)位電路5 3.1.3 時鐘電路6 3.1.4 系統(tǒng)按鍵電路7 3.2 光信息采集及 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 8 3.2.1 光電轉(zhuǎn)換電路8 3.2.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路 9 3.3 LED 亮度調(diào)節(jié)模塊11 3.4 電源模塊12 4 軟件設(shè)計(jì)13 4.1 系統(tǒng)程序開發(fā)軟件簡介13 4.2 系統(tǒng)總流程圖14 4.3 光強(qiáng)判斷流程圖15 5 系統(tǒng)

2、調(diào)試16 5.1 調(diào)試16 5.1.1 硬件調(diào)試16 5.1.2 軟件調(diào)試16 5.1.3 整體調(diào)試16 5.1.4 操作指南17 6 結(jié)束語17 6.1 總結(jié)17 6.2 體會17 參考文獻(xiàn)18 附錄19 LEDLED 亮度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)亮度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要：摘要：當(dāng)今世界，環(huán)境的污染、能源的緊缺喚醒了世界各國人民的節(jié)能減排意識，肩負(fù)著 環(huán)保、節(jié)能減排的希望及使命的節(jié)能燈應(yīng)運(yùn)而生并逐漸被社會認(rèn)可和接收。LED 被稱為第四代 照明光源或綠色光源，LED 的發(fā)光器件是冷光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小等特點(diǎn)， 是未來照明節(jié)能發(fā)展的方向。本文設(shè)計(jì)了一種以 STC89C52 單片機(jī)為核心

3、的亮度自動調(diào)光系統(tǒng)， 通過光敏傳感器感知外界光強(qiáng)，單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)控制 LED 的通斷，達(dá)到調(diào)節(jié)光源發(fā) 光亮度的目的，本系統(tǒng)還增加了手動控制功能增強(qiáng)了系統(tǒng)控制的靈活性。本系統(tǒng)具有自動,節(jié) 能，結(jié)構(gòu)簡單，成本低,工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn),在日常生活中具有一定的實(shí)際應(yīng)用價值。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：單片機(jī)；A/D 轉(zhuǎn)換；光敏電阻；LED The system design of automatic regulating LED brightness Abstract: In todays world, pollution, shortage of energy environment awakened

4、 people all over the world awareness of energy conservation and emission reduction, energy-saving lamps and shouldering the mission to environmental protection, energy saving and emission reduction of emerge as the times require and gradually recognized and received.LED is called the fourth generati

5、on lighting source or a green light, the light emitting device LED is a cold light source, has the characteristics of energy saving, environmental protection, long life, small volume and so on, is the future direction of development of energy-saving lighting.This paper designed an automatic dimming

6、system of a STC89C52 microcontroller as the core to the brightness, the photosensitive sensor sensing external light intensity, SCM system based on data acquisition control LED open, to adjust the brightness of the light source,and the system also increases the manual control function to enhance the

7、 flexibility of system control.The system has automatic, energy saving, simple structure, low cost, stable and reliable work, has certain practical value in daily life Key Words:singlechip;A/D conversion; photosensitive resistance;LED 1 1 引言引言 隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，能源消耗的加劇，高效的照明技術(shù)得到人們的廣泛關(guān) 注。LED 以其高效率、低消耗、低電壓驅(qū)動、

8、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，越來越多的應(yīng) 用往各種照明場合，在可預(yù)見的將來可能完全取代傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈照明， 給照明產(chǎn)業(yè)帶來革命性的變化1。在這一設(shè)計(jì)里我們將涉及到有關(guān) LED 自動調(diào)節(jié) 亮度的設(shè)計(jì)，這從原理上使我們對這一設(shè)計(jì)有了解。將其與我們切實(shí)地相聯(lián)系起 來。 1.11.1 選題背景選題背景 伴隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，能源消耗的不斷加劇，帶來的的則是大量的環(huán) 境污染和生態(tài)破壞，綠色節(jié)能已經(jīng)成為全球普遍關(guān)注的話題，人們正通過各種途 徑尋找新的節(jié)能方式1。在電能消耗中，照明用電占發(fā)電總量的比例：發(fā)達(dá)國家是 19%，我國現(xiàn)今達(dá)到 12%?？梢灶A(yù)知的是，隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，在將來我國的照 明用電將有大比例

9、的提高，綠色節(jié)能照明的研究應(yīng)用越來越受到重視。開發(fā)和推 廣應(yīng)用節(jié)能燈具，成為迫在眉睫的任務(wù)。LED 照明就是在這樣的形勢下發(fā)展起來 的2。 近幾年來，LED 的發(fā)光效率已增長了 100 倍，而成本下降了 10 倍。在目前 LED 光源及市場開發(fā)中，極具發(fā)展與應(yīng)用前景的是照明用 LED，其用作固體照明 器件的經(jīng)濟(jì)性顯著，且有利于環(huán)保，正逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈。LED 已被全球公 認(rèn)為新一代的環(huán)保型高科技光源3。 1.21.2 實(shí)現(xiàn)功能實(shí)現(xiàn)功能 這次設(shè)計(jì)的 LED 亮度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)采集到的外部光照強(qiáng)度，由單片機(jī)控 制 LED 的通斷，達(dá)到調(diào)節(jié)光源發(fā)光亮度的目的，具有非常好的實(shí)用價值。在它的 工作

10、過程中，系統(tǒng)可以直接與 220V 的交流電源相連接，內(nèi)部設(shè)有自動穩(wěn)壓電路， 可將 220V 交流電轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹瑱C(jī)所需的 5V 直流穩(wěn)壓輸出，同時具備隨時復(fù)位電路。 設(shè)計(jì)要求：本系統(tǒng)采用單片機(jī) STC89C52 作為本設(shè)計(jì)的核心元件，光敏器件 將外部光信號轉(zhuǎn)換為電信號，通過單片機(jī)調(diào)節(jié) 16 盞 LED 的通斷進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)。 1)系統(tǒng) LED 個數(shù)： 16 個 2)系統(tǒng)反饋控制時間： t1s 3)系統(tǒng) LED 燈個數(shù)隨著外界光照強(qiáng)度變化而變化，光增強(qiáng)，LED 點(diǎn)亮個數(shù)變少， 反之，亦然，且能實(shí)現(xiàn)手動和自動調(diào)節(jié)亮度的切換。 1.31.3 技術(shù)路線技術(shù)路線 此次主體電路的設(shè)計(jì)是單片機(jī)做為整個電路的核心，

11、同時考慮到整個電路的 成本及美觀，選擇適合本設(shè)計(jì)的單片機(jī)就成了一個重要內(nèi)容?，F(xiàn)今，隨著半導(dǎo)體 和單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，依次出現(xiàn)了不少增強(qiáng)型的CPU，而高檔的單片機(jī)也層出不 窮，尤其是伴隨著超大規(guī)模的集成電路技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)因其體 積小、功能強(qiáng)、性價比高、可靠性好等獨(dú)特的特點(diǎn)，使它在各領(lǐng)域都得到了廣泛 的應(yīng)用，其相關(guān)的技術(shù)也越來越成熟。因此，我選擇了最為適合的STC89C52單片 機(jī)來完成硬件電路的設(shè)計(jì)要求，然后再編制和硬件電路所對應(yīng)的軟件程序。 2 2 方案選擇方案選擇 本次 LED 亮度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)由硬件電路和軟件電路兩部分組成，下面就來具 體說明一下。 2.12.1 系統(tǒng)總體方案

12、的選擇系統(tǒng)總體方案的選擇 本設(shè)計(jì)主要解決的的關(guān)鍵問題包括單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)、LED 恒流模塊設(shè)計(jì) 及智能控制程序的編寫等。接口電路是硬件設(shè)計(jì)的重要部分本次方案中主要涉及 到的是單片機(jī)與傳感器之間的通信及單片機(jī)與恒流驅(qū)動模塊的接口技術(shù)。本設(shè)計(jì) 要實(shí)現(xiàn)的功能為基于智能控制器的智能自動調(diào)光，主要方案如下： 方案一：采用線性調(diào)節(jié) LED 電流。通過改變與負(fù)載 LED 燈串聯(lián)的電阻的阻 值來調(diào)節(jié)電流大小，以改變 LED 的光線強(qiáng)弱。本方案的優(yōu)點(diǎn)是原理簡單，易于 實(shí)現(xiàn)亮度的調(diào)節(jié)，但是調(diào)電流可能會產(chǎn)生使恒流源無法工作的嚴(yán)重問題。另外調(diào) 節(jié)電流無法得到精確調(diào)光，因?yàn)殡娏骱凸廨敵霾⒉皇峭耆汝P(guān)系，而且不同的

13、LED 會有不同的正向電流和光輸出關(guān)系曲線。所以用調(diào)節(jié)電流的方法很難實(shí) 現(xiàn)精確的光輸出控制。 方案二：采用脈寬調(diào)制（PWM）來調(diào)光。通過 STC89C52 產(chǎn)生的 PWM 波 來調(diào)節(jié)恒流驅(qū)動芯片，來實(shí)現(xiàn)調(diào)光的目的4。PWM 調(diào)光具有精度高，節(jié)能，易于 實(shí)現(xiàn)智能控制的等特點(diǎn)。 方案三：采用控制 LED 通斷來調(diào)光。通過 STC89C52 單片機(jī) IO 口對多個 LED 通斷進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)調(diào)光。此方案比較方案二，更加的簡單和易于控制。 由以上方案最終選擇方案三。 本系統(tǒng)擬采用 STC89C52 單片機(jī)作為主控模塊，由光電轉(zhuǎn)換電路采集外界光 強(qiáng)信號，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換送單片機(jī)處理，單片機(jī)根據(jù)處理結(jié)果智

14、能調(diào)節(jié) LED 的通斷， 以此來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié) LED 的亮度大小，并加上按鍵電路實(shí)現(xiàn)手動調(diào)節(jié)亮度大小。 2.32.3 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖 根據(jù)上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的描述，所示總框圖如圖 2-1 所示。 STC89C52 單片機(jī) 圖 2-1 系統(tǒng)框圖 3 3 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì) 3.13.1 主控模塊主控模塊 硬件設(shè)計(jì)是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要考慮的方面有很多，除了實(shí)現(xiàn)其基本功能之 外，主要還要考慮以下幾個因素：系統(tǒng)穩(wěn)的定度，器件的通用性或易選購性，軟 件編程的易實(shí)現(xiàn)性和系統(tǒng)其它功能及性能指標(biāo)。因此硬件設(shè)計(jì)至關(guān)重要?，F(xiàn)從各 功能模塊的實(shí)現(xiàn)逐個進(jìn)行分析探討。本電路的核心部件就是主控芯片單片機(jī)， 因此對單片機(jī)

15、的選擇非常關(guān)鍵。單片機(jī)自問世以來，性能不斷提高和完善，其資 源又能滿足很多應(yīng)用場合的需要，加之單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、 體積小、功耗低、使用方便、性能可靠、價格低廉等特點(diǎn)，因此，在工業(yè)控制、 智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和處理、語音處理技術(shù)、通信系統(tǒng)、高級計(jì)算器、家用 電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛且取得了令人矚目的成果，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。 在我國，用得最多的單片機(jī)系列就是 MCS51 系列的單片機(jī)。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程中，單片機(jī)是整個設(shè)計(jì)的核心，因此選擇合適的 單片機(jī)型號很重要。根據(jù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能需要的單片機(jī)硬件資源，在性能指標(biāo)滿足 的情況下，該系統(tǒng)的單片機(jī)型號選擇 8051 系列的

16、 STC89C52 芯片。 STC89C52 系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗的 單片機(jī)，指令碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)，12 時鐘/機(jī)器周期和 6 時鐘/機(jī)器周期 可任意選擇。STC89C52 具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計(jì)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， 可以滿足系統(tǒng)在各個子模塊程序之間的切換；STC89C52 的運(yùn)算速度可滿足一般的 設(shè)計(jì)要求；而且 STC 系列單片機(jī)支持 ISP 在線編程功能，可以不用昂貴的編程器。 本次采用的芯片是 STC89C52。STC89C52 可以支持串口直接下載程序

17、，而 AT 公司的 89C 系列單片機(jī)需要價格昂貴的專門編程器才可燒寫程序，除此這外兩 種單片機(jī)在功能上完全一樣。STC89C52 單片機(jī)除了完全兼容 AT89C51 外，還有 許多擴(kuò)展功能可以自己發(fā)揮使用。 光信息采集 A/D 轉(zhuǎn)換 手動/自動切換 LED 亮度顯示 3.1.13.1.1 單片機(jī)芯片單片機(jī)芯片 （一）STC89C52 主要性能參數(shù) 1).與 MCS-51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 2).8K 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器 3).全靜態(tài)操作：0Hz33MHz 4).三級加密程序存儲器 5).1000次擦寫周期 6).32個可編程I/O口線 7).3個16位定時/計(jì)數(shù)器 8

18、).8個中斷源 9).全雙工UART串行通道 10).低功耗空閑和掉電模式 （二）功能性概述 8k字節(jié)Flash， 32 位I/O 口線，3個16位定時/計(jì)數(shù)器，一個6向量兩級中斷結(jié) 構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，STC89C52可降至 0Hz的靜態(tài)邏輯操作，支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工 作，但允許RAM、定時/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。 STC89C52引腳圖如圖3-1所示。 圖 3-1 STC89C52 引腳圖 3.1.23.1.2 復(fù)位電路

19、復(fù)位電路 復(fù)位使單片機(jī)處于起始狀態(tài)，并從該起始狀態(tài)開始運(yùn)行。復(fù)一般需要在系統(tǒng) 上電，或者程序死機(jī)的時候需要進(jìn)行單片機(jī)的復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)是單片機(jī) 在上電時，首先進(jìn)入的一個特定的狀態(tài)。在復(fù)位狀態(tài)下，CPU 和整個硬件資源， 特別是特殊功能寄存器都處于初始化的狀態(tài)。單片機(jī)的復(fù)位電路是促使單片機(jī)進(jìn) 入復(fù)位狀態(tài)的硬件結(jié)構(gòu)。單片機(jī)的復(fù)位電路是很重要的，復(fù)位操作可以完成單片 機(jī)的初始化，也可使處于死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新開始運(yùn)行5。 STC89C52 的 RST 引腳為復(fù)位端，該引腳連續(xù)保持 2 個機(jī)器周期（24 個時 鐘振動周期）以上高電平，則可使單片機(jī)復(fù)位。內(nèi)部復(fù)位電路在每一個機(jī)器周期 的 S5P2

20、 期間采樣斯密特觸發(fā)器的輸出端，該觸發(fā)器可抑制 RST 引腳的噪聲干擾， 并在復(fù)位期間不產(chǎn)生 ALE 信號，內(nèi)部 RAM 處于不斷電狀態(tài)。其中的數(shù)據(jù)信息不 會丟失，也即復(fù)位后，只影響 SFR 中的內(nèi)容，內(nèi)部 RAM 中的數(shù)據(jù)不受影響。外 部復(fù)位有上電復(fù)位和按鍵電平復(fù)位。由于單片機(jī)運(yùn)行過程中，其本身的干擾或外 界干擾會導(dǎo)致出錯，此時我們可按復(fù)位鍵重新開始運(yùn)行。為了便于本設(shè)計(jì)運(yùn)行調(diào) 試，復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位方式。按鍵復(fù)位電路如圖 3-2 所示： 圖 3-2 復(fù)位電路 3.1.33.1.3 時鐘電路時鐘電路 單片機(jī)的時鐘電路6是用于產(chǎn)生單片機(jī)正常工作時所需要的時鐘信號。 STC89C52 單片機(jī)內(nèi)部

21、包含有一個振蕩器，可以用于 CPU 的時鐘源。另外也可以 采用外部振蕩器，由外部振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號來供內(nèi)部 CPU 運(yùn)行使用。 1). 內(nèi)部時鐘模式 內(nèi)部時鐘模式是采用單片機(jī)內(nèi)部振蕩器來工作的模式。51 系列單片機(jī)內(nèi)部包 含有一個高增益的單級反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別為片內(nèi)放大器的 輸入端口和輸出端口,其工作頻率為 033MHz。 當(dāng)單片機(jī)工作于內(nèi)部時鐘模式的時候，只需在 XTAL1 引腳和 XTAL2 引腳連 接一個晶體振蕩器或陶瓷振蕩器，并聯(lián)兩個電容后接地即可，如圖 3.5 所示。使用 時對于電容的選擇有一定得要求，具體如下： A 當(dāng)外接晶體振蕩器的時候，電容值一

22、般選擇 C1=C2=3010pF； B 當(dāng)外接陶瓷振蕩器的時候，電容值一般選擇 C1=C2=4010pF。 在實(shí)際電路設(shè)計(jì)時，盡量保證外接的振蕩器和電容盡可能接近單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 引腳，這樣可以減少寄生電容的影響，使振蕩器能夠穩(wěn)定可靠 地為單片機(jī) CPU 提供時鐘信號。 2). 外部時鐘模式 外部時鐘模式是采用外部振蕩器產(chǎn)生時鐘信號，直接提供給單片機(jī)使用。對 于不同的結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，外部時鐘信號接入的方式有所不同。 對于普通的 8051 單片機(jī)，外部時鐘信號由 XTAL2 引腳接入后直接送到單片 機(jī)內(nèi)部的時鐘信號發(fā)生器，而引腳 XTAL1 則應(yīng)直接接地。這里需要注意，由于 X

23、TAL2 引腳的邏輯電平不是 TTL 信號，因此外接一個上拉電阻。 對于 CMOS 型的 80C51, 80C52, AT89S52 等單片機(jī)，和普通的 8051 不同的是 其內(nèi)部的時鐘信號取自于反相放大器的輸入端。因此外部的時鐘信號應(yīng)該接到單 片機(jī)的 XTAL1 引腳，而 XTAL2 引腳懸空即可。 根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，我們選擇內(nèi)部時鐘電路，外接頻率 12.000MHz 的晶體振蕩器， 選擇兩個電容值為 30pF 的陶瓷電容。外部時鐘電路如圖 3-3 所示： 圖 3-3 時鐘電路 3.1.43.1.4 系統(tǒng)按鍵電路系統(tǒng)按鍵電路 單片機(jī)的按鍵電路分為獨(dú)立式按鍵接口電路和矩陣式鍵盤電路，考慮本設(shè)計(jì) 只

24、需三個按鍵，結(jié)構(gòu)簡單，故選擇獨(dú)立式按鍵接口電路。本設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要設(shè) 置為自動/手動切換按鍵、手動增加按鍵及手動減少按鍵三個按鍵，系統(tǒng)默認(rèn)為自 動狀態(tài)，考慮到自動可能會失靈，設(shè)置手動按鍵來調(diào)節(jié) LED 燈的亮度等級，當(dāng)自 動/手動檔處于自動狀態(tài)時，系統(tǒng)會跳轉(zhuǎn)自動部分執(zhí)行，當(dāng)處于手動狀態(tài)時，可人 為的通過手動增和手動減調(diào)節(jié)亮度等級。按鍵電路如圖 3-4 所示： 圖3-4 按鍵電路 3.23.2 光信息采集及光信息采集及 A/DA/D 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換模塊 本次設(shè)計(jì)的光信息采集模塊7是整個系統(tǒng)的輸入模塊，由光電轉(zhuǎn)換電路和模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。 3.2.13.2.1 光電轉(zhuǎn)換電路光電轉(zhuǎn)換電路 1)光敏傳

25、感器簡介 光敏傳感器是利用光敏元件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器.它的敏感波長在 可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對光的探 測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進(jìn)行檢測，只要將這 些非電量轉(zhuǎn)換為光信號的變化即可。光電檢測方法具有精度高,反應(yīng)快,非接觸等優(yōu) 點(diǎn),而且可測參數(shù)多,傳感器的結(jié)構(gòu)簡單,形式靈活多樣,因此,光敏傳感器在檢測和控 制中應(yīng)用非常廣泛。 光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改 變的電阻器；入射光強(qiáng)，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)換為電的變化） 。

26、光敏電阻器的阻 值隨入射光線（可見光）的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻） 可達(dá) 110M 歐,在強(qiáng)光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。 根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和器件性價比，我們選擇常用的光敏電阻 GL5549 它具有體積小， 反應(yīng)速度快，靈敏度高，可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。 2)光電轉(zhuǎn)換電路 光電轉(zhuǎn)換電路如圖 3-5 所示： 圖 3-5 光電轉(zhuǎn)換電路 光敏電阻與 1K 電阻串聯(lián)，經(jīng)限流電阻與模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，光照越強(qiáng)，光 敏電阻阻值越小，則光電轉(zhuǎn)換電路輸出電壓越大，反之越小。 3.2.23.2.2 A/DA/D 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 1)A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0804 介紹 A

27、DC0804 是一個早期的用來實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換8的轉(zhuǎn)換器，因其價格低廉而在要 求不高的場合得到廣泛應(yīng)用。ADC0804 是一個 8 位、單通道、低價格 A/D 轉(zhuǎn)換器， 主要特點(diǎn)是：摸數(shù)轉(zhuǎn)換時間大約 100us；方便的 TTL 或 CMOS 標(biāo)準(zhǔn)接口；可以滿 足差分電壓輸入；具有參考電壓輸入端；內(nèi)含時鐘發(fā)生器；單電源工作時 （0V5V）輸入信號電壓范圍是 0V5V；不需要調(diào)零等等。 由于單片機(jī)只能識別數(shù)字量，需要我們把光電轉(zhuǎn)換后的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為 相應(yīng)的數(shù)字信號送給單片機(jī)。在實(shí)際中常用的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片有 ADC0804、ADC0809、AD574 等，考慮外圍電路的簡單，且 ADC0804

28、的功能能 基本達(dá)到本次設(shè)計(jì)的要求，我們選擇它作為本次設(shè)計(jì)的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。 ADC0804 芯片的引腳圖如圖 3-6： 圖 3-6 ADC0804 所有引腳定義如下： （引腳 1）：片選信號。低電平有效，高電平時芯片不工作。 （引腳 2）：外部讀數(shù)據(jù)控制信號。此信號低電平時 ADC0804 把轉(zhuǎn)換完成的 數(shù)據(jù)加載到 DB 口。 （引腳 3）：外部寫數(shù)據(jù)控制信號。此信號的上升沿可以啟動 ADC0804 的 A/D 轉(zhuǎn)換過程。 CLK IN（引腳 4）：時鐘輸入引腳。ADC0804 使用 RC 振蕩器作為 A/D 時鐘， CLK IN 是振動器的輸入端。 （引腳 5）：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號。ADC

29、0804 完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換后，此引腳輸 出一個低脈沖。對單片機(jī)可以稱為中斷觸發(fā)信號。 Vin（+） （引腳 6）：輸入信號電壓的正極。 Vin（） （引腳 7）：輸入信號電壓的負(fù)極?？梢赃B接到電源地。 AGND（引腳 8）：模擬電源的地線。 Vref/2（引腳 9）：參考電源輸入端。參考電源取輸入信號電壓（最大值）的 二分之一。例如輸入信號電壓是 0V5V 時，參考電源取 2.；輸入信號電壓是 0V4V 時，參考電源取 2. 0V。 DGND（引腳 10）：數(shù)字電源的地線。 DB8DB0（引腳 11引腳 18）：數(shù)字信號輸出口，連接單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線。 CLK R（引腳 19）：時鐘輸入端

30、。 VCC（引腳 20）：5V 電源引腳。 補(bǔ)充說明：CLKI（引腳 4）和 CLKR（引腳 19）：ADC08010805 片內(nèi)有時 鐘電路，只要在外部“CLKI”和“CLKR”兩端外接一對電阻電容即可產(chǎn)生 A/D 轉(zhuǎn)換 所要求的時鐘，其振蕩頻率為 fCLK1/1.1RC。其典型應(yīng)用參數(shù)為： R=10K，C=150PF，fCLK640KHz，轉(zhuǎn)換速度為 100。若采用外部時鐘，則 外部 fCLK 可從 CLKI 端送入，此時不接 R、C。允許的時鐘頻率范圍為 100KHz1460KHz。 主要電氣特性有，工作電壓為5V，模擬輸入電壓范圍為 05V，分辨率 為 8 位，即分辨率為 1/28=1

31、/256，轉(zhuǎn)換時間為 100us（fck640KHz 時） ，轉(zhuǎn)換誤 差約1LSB。ADC0804 是屬于逐次逼近型（Successive Approximation Method）的 A/D 轉(zhuǎn)換器，這類型的 A/D 轉(zhuǎn)換器除了轉(zhuǎn)換速度快（幾十至幾百 us） 、分辨率高 外，還有價錢便宜的優(yōu)點(diǎn)，普遍被應(yīng)用于單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)上。 ADC0804 時序圖如圖 3-7 所示： 圖 3-7 ADC0804 時序圖 2) ADC0804 接口電路 ADC0804 與 STC89C52 的連接方法如圖 3-8 所示。ADC0804 的片選信號線 由 51 單片機(jī)的 P2.7 口控制，ADC0804 的讀

32、寫信號控制線 WR、RD 由單片機(jī)的 P3.6、P3.7 控制，ADC0804 的 8 位數(shù)據(jù) DB0DB7 連接單片機(jī)的 P1 口， ADC0804 的內(nèi)部轉(zhuǎn)換頻率由 R4、C4 確定。 圖 3-8 ADC0804 接口電路 3.33.3 LEDLED 亮度調(diào)節(jié)模塊亮度調(diào)節(jié)模塊 1)三極管 NPN9013 介紹 三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心 元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個相距很近的 PN 結(jié)，兩個 PN 結(jié)把正 塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式 有 PNP 和 NPN 兩種。s9013 NPN 三極管主要用

33、途：作為音頻放大和收音機(jī) 1W 推 挽輸出。 三極管 9013 主要參數(shù)： 結(jié)構(gòu)：NPN 集電極-發(fā)射極電壓 25V 集電極-基電壓 45V 射極-基極電壓 5V 集電極電流 0.5A 耗散功率 0.625W 結(jié)溫 150 特怔頻率 最小 150MHZ 放大倍數(shù)：D64-91 E78-112 F96-135 G122-166 H144-220 I190-300 主要用途：放大電路 圖 3-9 9013 引腳圖 2) LED 亮度調(diào)節(jié)電路 該電路作為本次設(shè)計(jì)的輸出顯示模塊，用于調(diào)節(jié) LED 的亮度，由三極管和 16 個 LED 構(gòu)成。電路圖如圖 3-10 所示： 圖 3-10 LED 亮度調(diào)節(jié)電

34、路 3.43.4 電源模塊電源模塊 目前我國居民最常用為 220V,50HZ 的交流電，而系統(tǒng)需+5v 直流電和+12V 交流電，故電源模塊采用 220V 轉(zhuǎn) 12V 變壓器，可以輸出 12V 交流電，然后經(jīng) 橋式整流及 7805 穩(wěn)壓芯片處理，最后經(jīng)濾波后輸出+5v 直流電壓910。 1)穩(wěn)壓芯片 L7805 簡介 L7805 是日本三洋公司生產(chǎn)的三端固定穩(wěn)壓集成電路。該電路內(nèi)置短路保護(hù)及 熱保護(hù)電路，具有輸出電壓固定的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種電視機(jī)、收錄機(jī)、電子 儀器等設(shè)備中作電源穩(wěn)壓用。 L7805 集成電路的引腳功能及數(shù)據(jù)如表 3.9 所示 表表 3.1 L7805 集成電路的引腳功能及數(shù)

35、據(jù)集成電路的引腳功能及數(shù)據(jù) 引腳符號功能電壓（V） 1IN電壓輸入12 2GND接地線端0 3OUT電壓輸出5 2)典型穩(wěn)壓電路如圖 3-11 所示： 5V CP4 103 CP3 47uF CP1 220uF CP2 105 SW1A SW-2X2WAY Vin 1 5V 3 GND 2 U3 L7805 GND + 1 - 2 J6 POWER-INPUT 圖 3-11 典型穩(wěn)壓電路 CP1、CP2、CP3、CP4 分別為輸入端和輸出端濾波電容。當(dāng)輸出電較大時， 7805 應(yīng)配上散熱板。 4 4 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 4.14.1 系統(tǒng)程序開發(fā)軟件簡介系統(tǒng)程序開發(fā)軟件簡介 隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的

36、不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言 開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil 軟件是目前最流行開發(fā) MCS-51 系 列單片機(jī)的軟件，這從近年來各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持 Keil。該軟件是美 國 Keil Software 公司出品的軟件開發(fā)系統(tǒng)，其允許用戶使用匯編或者 C 語言來開 發(fā) MCS-51 單片機(jī)（或與 MSC-51 指令兼容的其它單片機(jī)）的應(yīng)用軟件。功能上， Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，包括 C 編譯器、 宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)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

37、部份組合在一起。外觀上采用全 Windows 界面，容易上手。性能上，即便是使用高級語言開發(fā)應(yīng)用程序，其生成 的目標(biāo)代碼效率也非常高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊。 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用了 Keil C51 這種單片機(jī) C 語言，Keil C51 軟件是眾多 單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯、編譯、仿真于一體，支持匯編，和 C 語言的程序設(shè)計(jì)，界面友好，易學(xué)易用。單片機(jī)開發(fā)軟件 KeilC 編程界面如圖 4.1 所示。 采用 Keil C51 開發(fā) 8051 單片機(jī)應(yīng)用程序一般需要以下步驟。 1). 在 u Vision4 集成開發(fā)環(huán)境中創(chuàng)建一個新項(xiàng)目（Project） ，并位該項(xiàng)目選定

38、 合適的單片機(jī) CPU 器件，本系統(tǒng)選擇 STC89C52 芯片。 2). 利用 u Vision4 的文件編輯器編寫 C 語言源程序文件，并將文件添加到項(xiàng) 目中去。一個項(xiàng)目可以包含多個文件，除源程序文件外還可以由庫文件或文本說 明文件。 3). 通過 u Vision4 的各種選項(xiàng)，配置 Cx51 編輯器，Ax51 宏編輯器， BL51/Lx51 連接定位器以及 Debug 調(diào)試期的功能。 4). 利用 u Vision4 的構(gòu)造（Build）功能對項(xiàng)目中的源程序文件進(jìn)行編譯連接， 生成絕對目標(biāo)代碼和可選的 HEX 文件，如果出現(xiàn)編譯連接錯誤則返回到第 2 步， 修改源程序中的錯誤后重新構(gòu)造

39、整個項(xiàng)目。 5). 將沒有錯誤的絕對目標(biāo)代碼裝入 u Vision4 調(diào)試器進(jìn)行仿真調(diào)試，調(diào)試成 功后，將 HEX 文件寫入到單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的 EPROM 中。 4.24.2 系統(tǒng)總流程圖系統(tǒng)總流程圖 硬件的結(jié)構(gòu)一經(jīng)確定，大的功能框架也就形成了。軟件在硬件構(gòu)筑的平臺上， 完成各部分硬件的控制及協(xié)調(diào)。系統(tǒng)功能是由軟件硬件共同實(shí)現(xiàn)的，由于軟件的 可伸縮性，最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強(qiáng)可弱，差別可能會很大。所以，軟件是本系 統(tǒng)的靈魂。軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，這樣不僅易于編程和調(diào)試，也可 以減小軟件的故障率，還有提高軟件的可靠性。因此，對軟件進(jìn)行全面的測試是 檢驗(yàn)錯誤、排除故障很重要的手段。 硬件電

40、路設(shè)計(jì)完成后的工作是通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能，也就是 進(jìn)行軟件開發(fā)。對于電子系統(tǒng)，軟件設(shè)計(jì)建立在具體硬件電路基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)功 能的實(shí)現(xiàn)以及工作的可靠性不僅需要合理的硬件設(shè)計(jì)，很大程度上取決于功能完 善、算法先進(jìn)的軟件設(shè)計(jì)。一個合理的軟件設(shè)計(jì)能夠充分發(fā)揮微控制器的運(yùn)算和 邏輯控制功能，可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。 圖 4-1 系統(tǒng)主程序流程圖 本設(shè)計(jì)采用 C 語言編程，先設(shè)定當(dāng)下的環(huán)境亮度為設(shè)定亮度，當(dāng)環(huán)境的亮度 變亮的時候，即大于那設(shè)定亮度時，減少 LED 燈點(diǎn)亮的個數(shù)，并且以此當(dāng)下的環(huán) 境作為設(shè)定的亮度；當(dāng)環(huán)境亮度再次改變，變暗的時候，增加 LED 燈點(diǎn)亮的個數(shù)， 并且以此為設(shè)定的環(huán)境

41、亮度；通過設(shè)定環(huán)境亮度的標(biāo)準(zhǔn)來自動調(diào)節(jié) LED 亮度。 4.34.3 光強(qiáng)判斷流程圖光強(qiáng)判斷流程圖 ADC0804 精度為 8 位，用 0-255 表示 0-5V，即 1V=51。 光強(qiáng)判斷子程序流程圖如圖 4-2 所示： 圖 4-2 光強(qiáng)判斷子程序流程圖 5 5 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試 5.15.1 調(diào)試調(diào)試 5.1.15.1.1 硬件調(diào)試硬件調(diào)試 采用 Protel99Se 畫出原理圖和 PCB 圖5，再進(jìn)去制版。電路板做完以后，首 先要檢查電路是不是存在斷路、短路，還有焊點(diǎn)是不是存在虛焊，用到的儀器是 萬用表；接著就要檢測光電轉(zhuǎn)換電路是否能隨光照強(qiáng)度的變化而變化，LED 是否 能點(diǎn)亮。 5.1

42、.25.1.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試 利用軟件調(diào)試的常用的 keil 仿真器，對 C 語言進(jìn)行調(diào)試。 5.1.35.1.3 整體調(diào)試整體調(diào)試 將調(diào)試好的軟件和硬件一起結(jié)合起來，進(jìn)行調(diào)試，能實(shí)現(xiàn)手動和自動控制 LED 亮燈個數(shù)，那就已基本完成。需把程序用燒寫器燒到單片機(jī)中，然后再對電 路進(jìn)行操作。若沒達(dá)到預(yù)期效果，則需善加修改。 5.1.45.1.4 操作指南操作指南 1).接上+5V 的電源，開機(jī)即為工作狀態(tài)，系統(tǒng) led 亮度根據(jù)外界光照強(qiáng)度變化 而變化（光照強(qiáng)，led 燈點(diǎn)亮個數(shù)減少，反之增加） 。 2).按下“手動/自動切換”鍵，切換到手動調(diào)整系統(tǒng) led 亮度，按下“+”鍵增加亮 度等級，

43、按下“-”鍵減小亮度等級（亮度等級為 led 點(diǎn)亮個數(shù)的不同） 3).按下“復(fù)位”鍵，回到開機(jī)準(zhǔn)備狀態(tài)。 6 6 結(jié)束語結(jié)束語 6.16.1 總結(jié)總結(jié) 在當(dāng)今社會大力提倡節(jié)能減排的大背景下, 發(fā)展 LED 照明具有不可估量的經(jīng) 濟(jì)價值及社會價值。目前世界上許多國家都在研究 LED 的應(yīng)用，本課題選取了 LED 應(yīng)用的一個部分，基于單片機(jī)的自動調(diào)光。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)由于時間、經(jīng)驗(yàn)、水平等局限，做出的東西并不完美。雖然能 夠做出了實(shí)物，簡單的功能也能夠運(yùn)用；但是有很多地方都沒做到位。最主要的 是以下 2 點(diǎn)： 1).當(dāng)初設(shè)計(jì)的時候是想產(chǎn)生白光的，但由于時間緊張，技術(shù)要求比較高，沒 有達(dá)到這個要求。

44、2).有個 LED 會一閃一閃的，主要是采用的 AD 是 8 位精度的，當(dāng)初在選擇芯 片的時候考慮的不夠周到，下次有時間一定把它完善。 6.26.2 體會體會 畢業(yè)論文的撰寫也是一個堅(jiān)辛與快樂地過程。在這個過程中我查找了許多相 關(guān)的資料和文獻(xiàn)，真的覺得自己學(xué)到了不少東西，比如學(xué)會了資料的查找和使用 及學(xué)會了合作與交流。當(dāng)然，這也不單單只是學(xué)會如何查閱資料和利用工具書， 主要的還是對自身的知識水平及動手能力的提高。此外，我也真正體會到了要做 好一件事情并不是只有熱情和激情就可以的，還需要一定的專業(yè)知識和能力。但 不管如何，態(tài)度決定一切，只要有心，任何困難都是可以克服的。本論文是在鄭 金菊老師的悉

45、心指導(dǎo)下完成的，在整個課題的總體設(shè)計(jì)思想和很多具體的細(xì)節(jié)方 面都得到了鄭老師的精心指導(dǎo)、幫助。鄭老師不僅在學(xué)習(xí)和科研上給予了我教誨， 也在對待人生態(tài)度與工作態(tài)度上給了我很大的指導(dǎo)。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博 的學(xué)識、豐富的科研經(jīng)驗(yàn)使我終生受益。導(dǎo)師在畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個過程中始終給予 了我最大的鼓勵和支持，并時時給予必要的關(guān)心和啟迪。在此，向?qū)熗魰詵|老 師表示我最衷心的感謝。同時我還要感謝畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中所有給我真誠幫助的老 師和同學(xué)。 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1李兵. 國外照明技術(shù)的發(fā)展. 光源與照明, 2004(4):36-37 2易安.半導(dǎo)體照明 21 世紀(jì)的節(jié)能新光源J.中國創(chuàng)業(yè)投資與高科技,200

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