LabVIEW程序设计从入门到精通教学及习题

目录1 引言 .22 系统总体设计方案 .32.1 设计思路 .32.2 设计方案 .33 系统硬件的设计 .43.1 单片机原理及介绍 .43.1.1 单片机定义及特点 .43.1.2 单片机发展历史及应用 .63.2 光敏电阻的原理及介绍 .73.2.1 光敏电阻的构造 .73.2.2 光敏电阻的主要参数 .83.2.3 光敏电阻工作原理 .83.3 A/D 模数转换电路的设计 .103.4 数码管显示电路的设计 .114 系统软件设计 .124.1 软件简介及程序调试 .124.2 Keil 工程的建立及编译 .124.3 程序调试 .135 元件清单 .146 系统调试与测试结果 .156.1 系统调试 .156.2 测试结果 .157 测量结果分析 .158 总结 .16参考文献： .1611 引言本系统是一个基于单片机的数字式光照检测仪，通过数码管显示光度，并且具有判断光照方位能力。以 89C51 单片机为核心，控制 A/D 芯片采集数据，辅以数码管数实现功能。本系统采用光敏电阻采集光照强度信息。光照强度直接反映在光敏电电阻阻值上，进而反映在光敏电阻两端的电压值上。然后通过单片机控制 A/D 模数转换对电压信号进行采集。本设计适当地利用了光敏电阻的特性以及单片机的强大的运算控制功能，实现了光照强度的检测，并在数码管上显示。本系统充分利用了现有资源，结构合理，性能稳定，成本低，满足题目要求。加强对单片机的学习和认识，正确运用所学单片机的理论知识，将理论与实际相结合，单片机在我们的生活。中得到越来越广泛的应用，单片机注定影响一个时代，只要存在计算机的地方就会有他的存在，学好单片机对今后的学习与工作有很多益处。采用光敏电阻为光传感器，利用光敏电阻的光照特性完成光强的检测。具体方法是将利用光敏电阻值随光照强度变化的特性，使得电路的输出电压而变化。根据这一特性，结合光照强度和输出模拟电压之间的关系，分别对三路电压值进行采集得到某一光强度下对应的模拟电压，将模拟电压通过 ADC0804 模数转换器转换为数字电压，通过 C 语言编程，将其集于单片机中。从 ADC0804 的模拟量通道输入 05V 之间的模拟量，通过 ADC0804 转换成数字量送给单片机，经单片机处理后在数码管上以十进制形成显示出来，学习用单片机控制 A/D 模数转换。光照强度检测仪的主体是光敏电阻，光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。光敏电阻的特性是光照变化时其电阻值随着变化，所以可以通过光照强度2的变化得出阻值的变化，而电阻值的变化可以反映在电阻两端的电压值的变化情况上，这样可以设计一个简单的电路，该电路由光敏电阻分压并可以将光敏电阻两端的电压信号作为输入信号输入单片机，然后进行数模转换，将输入单片机的电压模拟信号转换成数字信号，在 led 上显示。2 系统总体设计方案2.1 设计思路通过 LED 灯距离光敏电阻的远近，反应出光敏电阻所受的光强，进而影响光敏电阻的阻值变化，通过 AD0804 转换成数字量，在四位数码管上显示出数值，从而出光敏电阻对光电信号的检测。2.2 设计方案采用光敏电阻支路串联检测光照强度，可以得到一个模拟采样电压，将这三如下图 2.1 所示：3单片机 数码管显示模块A/D 模数转换光照 光敏电阻 输出选择4图 2.1 设计方案三原理图本方案采用性能稳定且便宜的光敏电阻作为光照传感器，STC89C51 单片机作为主控制器。性能稳定，抗干扰能力强，不易受外界环境温度等因素影响，灵敏度也较高，但是由于光照传感器采用光敏电阻且为三条支路并联采集模拟电压信号，会存在一定的误差。总体上来说，本方案电路结构简单、所用元器件供给充足、成本造价低、性能稳定且误差范围也在设计选题的要求之内，能在简单低成本的基础上很好的完成设计选题的任务，故实验中采用本方案。3 系统硬件的设计3.1 单片机原理及介绍3.1.1 单片机定义及特点在一块芯片上集成 CPU、数据存储器、程序存储器、输入输出和定时/计数器等部件的一台小型计算机，它体积小、结构紧凑、功耗低，嵌入到某应用系统中，主要完成信号控制功能，又称“嵌入式微控制器”。本设计采用 89C51 单片机，89C51 单片机引脚图如图 3.1 所示。图 3.1 89C51 单片机引脚图589C51 单片机各个引脚介绍：输入输出引脚：（1）P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/ 地址的低八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。(2) P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。(3) P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。(4) P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 其它的控制或复用引脚：XTAL1/XTAL2： XTAL1 是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2 则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到 XTAL1，而 XTAL2 悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为 12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率最高可以达到 33MHz。电容取 30pF10pF。单片机程序指令的执行是以振荡器的振荡来驱动的。在 MCS-51 架构中，每12 个振荡器周期组成一个指令周期（或称机器周期）。单片机执行指令的时间6是以指令周期为单位的。不同指令的执行时间可能是不同的，一条指令的执行时间最短为一个指令周期。因此，单片机所接的振荡器频率越高，它执行指令的速度就越快RST： 复 位 输 入 。 当 振 荡 器 复 位 器 件 时 ， 要 保 持 RST 脚 两 个 机 器 周 期 的高 电 平 时 间 。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。 EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP）。 3.1.2 单片机发展历史及应用单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。单片机诞生于 1971 年，经历了 SCM、MCU、ScO 三大阶段。20 世纪 80 年代初，Intel 公司在 MCS-48 系列单片机的基础上，推出了 MCS-51 系列 8 位高档单片机。MCS-51 系列单片机无论是片内 RAM 容量，I/O 口功能，系统扩展方面都有了 很 大 的 提 高 。 我 国 单 片 机 起 步 较 晚 ， 我 国 使 用 最 多 的 是 Intel 公7司 的 MCS-51 系 列 单 片 机 及 其 增 强 型 、 拓 展 型 的 衍 生 机 型 ， MCS-51 是 最 早进 入 我 国 的 单 片 机 主 流 品 种 之 一 ， 在 我 国 得 到 广 泛 应 用 ， 直 到 现 在 仍 为 单 片机 主 流 系 列 。当今社会，应用单片机的产品已经渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的足迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。单片机的应用从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法，从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已能使用单片微机通过软件方法实现了。这种以软件取代硬件，并能提高系统性能的控制技术，称之为微控制技术。这标志着一种全新概念的建立。常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上。增强型的单片机集成了如 A/D 转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将 LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能也就越强大。从单片机的发展历程看，未来单片机技术将向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、外围电路内装化及片内储存器容量增加的方向发展。3.2 光敏电阻的原理及介绍3.2.1 光敏电阻的构造光敏电阻器件是光信号转换类传感器,它的敏感波长在可见光波长附近,包括红外线波长和紫外线波长。光敏电阻不只局限于对光的探测,它还可以作为探测元件组成其他传感器,对许多非电量进行检测,只要将这些非电量转换为光信号的变化即可,因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。本课题主要用于光敏电阻的光照特性等的研究。根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。红外光8敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器” ，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。3.2.2 光敏电阻的主要参数光电流、亮电阻：光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。暗电流、暗电阻：光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。灵敏度：灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。光谱响应：光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。光照特性：光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。伏安特性曲线：伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的