单片机智能路灯控制器.doc

中文摘要1英文摘要21引言32路灯控制器42.1自动开关42.2分时控制52.3电压监控63系统总体分析与设计73.1系统设计主要内容73.2机型及器件选择73.2.2 晶闸管触发集成电路TCA78593.2.3A/D转换器ADC0809143.2.4D/A转换器0832153.2.5可编程键盘/显示接口8279163.2.6光强检测部分电路设计193.2.7单相桥式全控整流电路203.2.8看门狗电路的设计213.2.9时钟芯片DS1302223.2.10电源电路设计234软件设计方案25结论27谢辞28参考文献29单片机智能路灯控制系统摘 要:当前所用的路灯系统大多存在着浪费能源的不合理现象，在能源日益紧缺的今天，设计一种节能的路灯控制系统具有现实的意义。本设计根据现实需要，基于单片机控制与电力电子技术，以8051AH单片机为核心，采用光控与时控相结合的基本方法，同时采取路灯软启动和动态调压技术，构成了通用型智能路灯控制系统，能够减少电能的浪费，延长灯具的寿命，提高路灯的效率。该设计具有成本低、操作方便等特点。本文介绍了其工作原理和设计方法，首先介绍了研究意义及背景,说明该设计的实用性，然后论述总体设计思路,确定系统技术指标，接着着重描述了所使用的各种器件功能并进行了系统的硬件设计，最后重点描述了软件实现流程。关键词:单片机;A/D转换;路灯The Intelligent Control System of Street Lamp Based on MCUAbstract: At present, most street lamp system have the phenomenon of wasting power, nowadays the sources of energy are in short supply increasingly, and designing an intelligent street lamp control system is very important,. according to the reality needs, based on computer control technology and power electronic technology, adopting the basic method is to control the system by light and time, with MCS8051 as the core, adopting soft- starting and dynamic-voltage-adjusting method of street lamp,build the intelligent street lamp control system, this design can reduce power waste and lengthen lamps service life, and raises the work efficiency of street lamp. This design possesses the characteristics such as the cost is low and operates convenient etc, this paper introduces its work principle and design method ,first explains practical meaning and background of the design ,then mainly describes the total design mode and defines the technology goal of this system ,next the hardware design of the system and the functions and characteristics of various kinds of parts used is introduced, finally we have mainly described the flow chart of the software. Keywords: MCU; Analog Digital conversion; Streetlamp1引言随着我国经济高速发展，人民生活大幅提高，能源和资源日益紧缺，电能短缺已成为制约国民经济发展的一个突出因素。目前我国照明消耗的电能约占电力生产总量的10%-20%，而城市公共照明则在照明耗电中占有30%的比例。而且随着“让城市亮起来”口号的提出，近几年全国路灯的数量正在迅猛地增加，到2003年，全国路灯总数已超过1800万只。在电力资源紧张的情况下，路灯节能成了一个热门话题。当前绝大多数的路灯系统都存在着电能浪费现象，路灯节能的弹性很大，如果全国都使用合理的路灯系统，至少可以节能20%，那么对日益紧缺的能源将有着重大的意义。合理的路灯系统，应该具有合理的供电线路、高效率的控制系统以及节能灯具。现在我将介绍一款基于51单片机的节能型智能路灯控制系统就是从上述第二方面实现路灯节能。它能在无人操作下自动控制路灯的开通与关闭，这不是根据时间的预设定，而是依据外界实际光照而做出正确的判断；能够在交通高峰期全压运行以保证交通安全，又可以在夜间电压高峰时分降低电压来节电。使用该控制器在不影响交通与治安的前提下不仅有效地节约电能，还能延长灯具的使用寿命，具有双重经济效益，而从节约能源的角度上说更是意义非常。2路灯控制器在供电系统中，为了降低送电过程中的线路损耗和避免用电高峰时末端电压过低，供电部门均采用较高的电压进行传输。因此，路灯工作时承受的电压多高于灯具的额定电压。特别是在夜深用电低峰时，电压经常会升至240V260V。然而据调查，我国小型城市晚上21:00后，大中城市在午夜00：00后，道路上几乎空无一人，即便是北京、上海这样的大城市，凌晨01：00后道路上也罕有行人车辆，从而造成了“人少车稀灯更亮”的不合理情况。为了避免这种情况，有的城市和地区采用了发达国家早已淘汰的隔盏关灯的原始路灯控制方法。这样不仅导致路面照度分布不均，给治安和交通安全埋下了隐患，而且不能避免电网电压升高对路灯寿命的减损（实验表明：路灯的工作电流比额定电流每增加10%，寿命就减少14%左右），因此这种做法不能称为真正意义上的节电。近年来，国际照明领域提出了TPO（Time/Place/Occasion）的照明新观念，即“按需供电，在保证照明效果的情况下亮着灯节电”，这种观念才是科学的，合理的。本文将要介绍的路灯控制器就是这种设计思想的具体体现，它可根据不同地区不同季节段对路灯照明的不同要求来设定工作时间段，在不同的时间段使用不同的电压来对路灯供电。这样既可满足在前半夜交通高峰期对路灯照度的要求，又可避免在后半夜交通低谷时电能的浪费。对该控制器的功能描述如下。2.1自动开关在日常生活中，常常会遇到这样的情况，由于季节的转变，白天变短，而路灯的开关并没有作相应的调整，当天已经完全黑了，路灯却没有亮，严重影响交通，埋下安全隐患。同样，有时候路灯又开得过早，关得太迟，浪费电力资源。在暴风雨时，白天的可见度也很低，同样需要路灯来照明。但是传统的路灯开关根本无力满足这些需要。解决上述问题，只要在路灯的控制线路里装上光控开关就行了。可以根据预定的照度，当低于这个值时就开通路灯；而外界照度高于这个值时，就关闭路灯。为了避免路灯的光照对光控开关的干扰，应该将光控开关安装在远离路灯的郊区。2.2分时控制路灯控制器能根据时间来调整路灯的工作电压。在误差允许范围内，可以将一年大致分为3个季节段来对路灯进行控制。从开灯到关灯，根据当地交通情况，又可大致分为3个阶段来对路灯进行控制，比如：交通高峰期（晚上20：0021：00以前），交通正常期（晚上21：0023：00）和交通低谷期（凌晨23：00天亮）。交通高峰期，为保证足够的照度，应让路灯工作在最佳状态，此时路灯的工作电压应为其额定电压的87%。这是因为灯具的寿命随着工作电压的升高而减少，当路灯工作在87%额定电压时，其寿命提高两倍，照度只降低5。而人眼对光线的感觉与光线照度成对数关系，当光线照度减少10%时，人的视觉感觉减少还不到1%，人眼很难觉察到。所以路灯工作在额定电压的87%（即191V时），既能保证照度，又可使路灯寿命大大延长，是路灯的最优工作状态。交通正常期和交通低谷期则分别将路灯工作电压控制在额定电压的85%和78%。分时控制各时段的具体分配形式如下表所示。表2.1路灯工作时刻表各季节段起始月份路灯启时刻全压启动时间第一档起始时刻第二档起始时刻第三档起始时刻路灯关闭时刻季节段月份一1月取决于光控开关5分取决于开启时刻及启动时间21点23点取决于光控开关二5月5分22点24点三10月5分20点22点表中所给数据仅供参考用户可根据当地情况做适当修改。第一、二、三档分别为降压13%、15%和22%运行，对应于交通状况从忙到闲的3个阶段。从路灯开启到投入第一档运行之间的时间为全启动时间，即路灯从启动至光通道输出为87%所需要的启动时间，对高压钠灯来说，一般为4-5分钟。表2.2路灯工作控制线路参数表/第一阶段220V191v150.9687%第二阶段186v200.9485%第三阶段171v300.8778%2.3电压监控一般情况下，路灯的分时控制可以取得不错的节电效果。但是由于各地区的电力供应略有差别，有些地区电网电压偏高，并且电网电压还会随着负载的变化而产生波动。这时单纯的分时控制就显得力不从心了。这里介绍的控制器由于对路灯工作电压进行实时监控，与分时控制配合起来，取得了良好的效果，具体做法如下。当路灯正常工作时，在路灯两端通过分压网络测量该时刻的电压值，模拟信号送AD转换器经模数转换后,得相应的数字量送至单片机进行判断和运算,再由单片机输出数字信号到DA转换器，其输出的模拟信号控制单相桥式全控整流电路的触发电路，改变触发电路的输出脉冲以调节晶闸管的导通角，从而实现对路灯两端电压的精确控制。也就是说正常情况下，晶闸管的导通角由单片机的给定值确定，但是当路灯两端的电压有所改变时就应该由反馈回路通过单片机的具体计算来控制路灯的工作电压，为了达到预期效果，不管电网电压如何变化，路灯的工作电压都应该符合表2.2相关数值，而这些都是通过改变整流电路中晶闸管的导通角来实现的。（注：为了防止因某些电压波动而导致晶闸管导通角的频繁转换，应该在取样电路中加一滞后环节，此项可以通过程序实现；同时，因路灯为感性负载，为防止电压急剧变化导致线路电流的突变而产生的高压反电动势损坏设备，电压的转变应经过一定时间）3系统总体分析与设计3.1系统设计主要内容本设计为单片机智能路灯控制器系统。要求在不影响交通安全的前提下实现节约用电。能够实现分时控制，使得路灯在不同时刻有相应的照度；当路灯两端电压与需求不符时能通过控制器系统自动调整直至符合为止；采用光控开关作为路灯的总开关，真正做到天黑开灯、天亮关灯。设计总体方案:以单片机为核心,利用光电传感器作为控制线路的总开关；采用电阻网络分压，对路灯工作电压进行采样，模拟信号送A/D转换后,得相应的数字量再送至单片机CPU进行判断和运算,从而实现对线路电压的适时控制。同时需要考虑其他一些技术,如:分压技术,单片机工作电源，滞后环节等。该系统工作流程如下框图。图3.1系统概图3.2机型及器件选择本着方便、实用、易于扩展的设计思想，选择如下：3.2.1单片机采用MCS-51系列的微机 以8051单片机负责整个系统的全部运算处理工作，是整个系统的核心。MCS-51系列是我国较早引进的Intel公司的单片机产品.具有体积小、功能全、价廉、应用软件丰富、技术不断更新、开发应用方便等优点,可以适应各个应用领域的不同需要,因而具有较强的竞争能力,应用前景广阔,已被国内用户广泛认可和采用。 MCS-51系列单片机最早的典型代表是8051、8751、8031,其指令系统完全兼容,仅在内部结构和应用特性方面稍有差异,主要功能特点如下:图3.2 8051引脚图(1)8位CPU(2)片内128BRAM(3)片内4KBROM/EPROM(8051/8751);(4)特殊功能寄存器区;(5)2个优先级的5个中断源结构;(6)4个8位并行I/O口(P0,P1,P2,P3)； (7)2个16位定时/计数器(8)全双工串行口;(9)布尔处理器;(10)64KB外部数据存储器地址空间;(11)64KB外部程序存储器地址空间;(12)片内振荡器及时钟电路。 MCS-51系列单片机适合于实时控制、可构成工业控制器、智能化仪表、智能接口、智能武器装置以及通用测控单元等等。目前世界上各大半导体公司推出的系列化新型兼容单片机,都是以最早的8051为内核,增加一定的功能部件构成的,不仅具有相同的指令系统,地址空间和寻址方式,有些甚至连引脚功能也完全兼容,而且各具特色,阵容强大,品种齐全,可以满足各类用途的系统设计需要。键盘、显示器与单片机接口：MCS-51有四个8位I/O,但真正能够提供给用户使用的只有P1口和部分P3口，因为P0和P2口通常需要用来传送外部存储器的地址和数据，P3口也需要使用它的第二功能。因此选用Intel8279可编程键盘/显示接口。它用硬件完成对显示器和键盘的扫描。在硬件上它只占用两个地址，在软件上省去了显示和键盘扫描，大大方便了用户，使得用户程序变的简洁，易读和模块化。总线驱动：采用常用总线驱动器74LS244。3.2.2 晶闸管触发集成电路TCA785TCA785是德国西门子(Siemens)公司于1988年前后开发的第三代晶闸管单片移相触发集成电路。它是取代TCA780及TCA780D的更新换代产品，其引脚排列与TCA780、TCA780D和国产的KJ785完全相同，性能参数可以互换。目前，它在国内变流行业中已广泛应用。与原有的KJ系列或KC系列晶闸管移相触发电路相比，它对零点的识别更加可靠，输出脉冲的齐整度更好，而移相范围更宽，且由于它输出脉冲的宽度可人为自由调节，所以适用范围较广图3.3 TCA785的引脚1引脚排列、各引脚的名称、功能及用法TCA785采用标准的双列直插式16引脚(DIP-16)封装，它的引脚排列如下图各引脚的名称、功能及用法如下。引脚16(US)：电源端。使用中直接接用户为该集成电路工作提供的工作电源正端。 引脚1(OS)：接地端。应用中与直流电源、同步电压USYNC及移相控制信号U11的地端相连接。 引脚4()和引脚2()：输出脉冲1与2的非端。该两端可输出宽度变化的脉冲信号，其相位互差180，两路脉冲的宽度均受非脉冲宽度控制端引脚13(L)的控制。它们的高电平最高幅值为电源电压US，允许最大负载电流为10mA。若该两端输出脉冲在系统中不用时，电路自身结构允许其开路。引脚14(Q1)和引脚15(Q2)：输出脉冲1和2端。该两端也可输出宽度变化的脉冲，相位同样互差180，脉冲宽度受它们的脉宽控制端(引脚12)的控制。两路脉冲输出高电平的最高幅值为US。引脚13(L)：非输出脉冲宽度控制端。该端允许施加电平的范围为-0.5VUS，当该端接地时，Q1、Q2为最宽脉冲输出，而当该端接电源电压US时，Q1、Q2为最窄脉冲输出。引脚12(C12)：输出Q1、Q2的脉宽控制端。应用中，通过一电容接地，电容C12的电容量范围为1504700pF，当C12在1501000pF范围内变化时，Q1、Q2输出脉冲的宽度亦在变化，该两端输出窄脉冲的最窄宽度为100s，而输出宽脉冲的最宽宽度为2000s。引脚11(U11)：输出脉冲Q1、Q2及Q1、Q2移相控制直流电压输入端。应用中，通过输入电阻接用户控制电路输出，当TCA785工作于50Hz，且自身工作电源电压US为15V时，则该电阻的典型值为15k，移相控制电压U11的有效范围为(0.2Us-2)V，当其在此范围内连续变化时，输出脉冲Q1、Q1及Q1、Q1的相位便在整个移相范围内变化，其触发脉冲出现的时刻为trr=(U11R9C10)/(UREFK),式中R9、C10、UREF分别为连接到TCA785引脚9的电阻、引脚10的电容及引脚8输出的基准电压,K常数，为降低干扰。应用中引脚11通过0.1F的电容接地，通过2.2F的电容接正电源。引脚10(C10)：外接锯齿波电容连接端。C10的实用范围为500pF1F。该电容的最小充电电流为10A，最大充电电流为1mA，它的大小受连接于引脚9的电阻R9控制，C11两端锯齿波的最高峰值为(US-2)V，其典型后沿下降时间为80s。引脚9(R9)：锯齿波电阻连接端。该端的电阻R9决定着C10的充电电流，其充电电流可按下式计算I10=UREFK/ R9连接于引脚9的电阻亦决定了引脚10锯齿波电压幅值的高低，锯齿波幅值为U10=UREFK/( R9C10)电阻R9的应用范围为3300k。引脚8(UREF)：TCA785自身输出的高稳定基准电压端。该端负载能力为驱动10块CMOS集成电路。随着TCA785应用的工作电源电压US及其输出脉冲频率的不同，UREF的变化范围为2.83.4V，当TCA785应用的工作电源电压为15V，输出脉冲频率为50Hz时，UREF的典型值为3.1V。如用户电路中不需要应用UREF，则该端可以开路。引脚7(QZ)和引脚3(QV)：TCA785输出的两个逻辑脉冲信号端。其高电平脉冲幅值最大为（US-2）V，高电平最大负载能力为10mA。QZ为窄脉冲信号，它的频率为输出脉冲Q2与Q1或Q1与Q2的两倍，是Q1与Q2或Q1与Q2的或信号，QV为宽脉冲信号，其宽度为移相控制角+180，它与Q1、Q2或Q1、Q2同步，频率与Q2、Q2或Q1、Q2相同，该两逻辑脉冲信号可用来提供给用户的控制电路作为同步信号或其它用途的信号，不用时该两端可开路。引脚6(I)：脉冲信号禁止端。该端的作用是封锁Q1、Q2及Q1、Q2的输出脉冲，该端通常通过阻值10k的电阻接地或接正电源，允许施加的电压范围为-0.5VUS。当该端通过电阻接地或该端电压低于2.5V时，则封锁功能起作用，输出脉冲被封锁；而该端通过电阻接正电源或该端电压高于4V时，则封锁功能不起作用。该端允许低电平最大灌电流为0.2mA，高电平最大拉电流为0.8mA。引脚5(USYNC)：同步电压输入端。应用中，需对地端接两个正、反向并联的限幅二极管。随着该端与同步电源之间所接电阻阻值的不同，同步电压可以取不同的值。当所接电阻为200k时，同步电压可直接取交流220V。2内部结构及工作原理简述TCA785的内部结构框图如图2所示。它由零点鉴别器ZD、同步寄存器SR、恒流源SC、控制比较器CC、放电晶体管V、放电监控器DM、电平转换及稳压电路PC、锯齿波发生器RG及输出逻辑网络LN等9个单元组成。图3.4给出TCA785各主要引脚的输入、输出电压波形。图3.4TCA785的内部结构原理示图图3.5TCA785 各主要引脚的输入、输出电压波形a)同步电压;b)锯齿波电压U10及移相控制电压U11(U101为最小锯齿波电压，U102为最大锯齿波电压) c) Q2(引脚12接电容);d) Q1 (引脚12接电容);e) Q2 (引脚12接地);f) Q1 (引脚12接地) d) Q2 (引脚13接地);h) Q1 (引脚13接地);i) Q2(引脚13接US);j) Q1 (引脚13接US;)k)QV1)QZ3主要设计特点和极限参数(1)主要设计特点TCA785的主要设计特点有：能可靠地对同步交流电源的过零点进行识别，因而可方便地用作过零触发而构成零点开关；它具有宽的应用范围，可用来作为普通晶闸管、快速晶闸管、双向晶闸管及电力晶体管的控制脉冲形成单元，故可用于由这些电力电子器件组成的单管斩波、单相半波、半控桥、全控桥或三相半控、全控整流电路，单相或三相逆变系统及其它拓扑结构电路的变流系统；它的输入、输出与CMOS及TTL电平兼容，具有较宽的应用电压范围和较大的负载驱动能力，每路可直接输出250mA的驱动电流；其电路结构决定了自身锯齿波电压的范围较宽，对环境温度的适应性较强，可应用于较宽的环境温度范围(T=-25+85)和工作电源电压范围(-0.5+18V)。（2)极限参数1)电源电压US：+818V或49V；2)移相控制电压范围U11：0.2V(US-2)V；3)输出脉冲最大宽度：180；4)最高工作频率：10500Hz；5)高电平脉冲负载电流：400mA；6)低电平允许最大灌电流：250mA；7)输出脉冲高、低电平幅值分别为：US和0.3V；8)同步电压随限流电阻不同可为任意值；9)最高工作频率：10500Hz；10)工作温度范围TA：军品-55+125，工业品-25+85，民品0+70。图3.6 ADC0809引脚图3.2.3A/D转换器ADC0809ADC0809是采用CMOS工艺制造的双列直插式单片8位A/D转换器。分辨率8位，精度7位，带8个模拟量输入通道，有通道地址译码锁存器，输出带三态数据锁存器。启动信号为脉冲启动方式，最大可调节误差为1LSB，ADC0809内部没有时钟电路，故CLK时钟需由外部输入，fclk允许范围为500kHz1MHz，典型值为640kHz。每通道的转换需6673个时钟脉冲，大约100110s。工作温度范围为-40+85。功耗为15mW，输入 电压范围为05V，单一+5V电源供电。ADC0809模数转换器的引脚功能：N0IN7:路模拟量输入。 A、B、C:位地址输入，个地址输入端的不同组合选择八路模拟量输入。ALE:地址锁存启动信号，在ALE的上升沿，将A、B、C上的通道地址锁存到内部的地址锁存器。D0D7:八位数据输出线，A/D转换结果由这根线传送给单片机。OE:允许输出信号。当OE=1时，即为高电平，允许输出锁存器输出数据。START:启动信号输入端，START为正脉冲，其上升沿清除ADC0808的内部的各寄存器，其下降沿启动A/D开始转换。EOC:转换完成信号，当EOC上升为高电平时，表明内部A/D转换已完成。3.2.4D/A转换器0832图3.7 DAC0832管脚DAC0832是有双缓冲器的8位D/A转换芯片，具有价廉，接口简单和转换控制方便等优点，是目前国内用得较普遍的D/A转换器。DAC0832主要特性：DAC0832是采用CMOS/Si-Cr工艺制成的双列直插式单片D/A转换器。它可直接与Z80，8085，8080等CPU相连，也可同8031相连，以电流形式输出；当需要转换为电压输出时，可外接运算放大器。其主要特性如下：1转换时间为1s；2输出电流线性度可在满量程下调节； 3数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式；4增益温度补偿为0.02%FS/0C；5每次输入数字为8位二进制数；6功耗20mW；7逻辑电平输入与TTL兼容；8供电电源为单一电源，可在515V内。DAC0832由一个数据寄存器、DAC寄存器和D/A转换器三大部分组成。其内部采用R-2R梯形电阻网络。两个寄存器（输入数据寄存器和DAC寄存器）用以实现两次缓冲，故在输出的同时，尚可采集一个数字，这就提高了转换速度。当多芯片同时工作时，可用同步信号实现各模拟量同时输出。DAC0832为20引脚双列直插式封装，各引脚定义如下：CS：片选信号，高电平有效。与ILE相配合，可对写信号WR1是否有效起到控作用。ILE：输入锁存使能信号，高电平有效。输入寄存器的锁存信号LE1由ILE，CS，WR1的逻辑组合产生，当ILE为高电平，CS为高电平，WR1输入为正脉冲时，在LE1产生负脉冲，输入锁存器状态随数据输入线状态变化。当LE1=1，则锁存输入数据。WR1：写信号1，高电平有效。当WR1，CS，ILE均有效时，可将数据写入8位输入寄存器。WR2：写信号2，高电平有效。当WR2，CS，ILE均有效时，在XFER传送控制信号的作用下，可将锁存在输入寄存器的8位数据送到DAC寄存器。XFER：数据传送信号，高电平有效。当WR2，XFER均有效时，则在LE2产生负脉冲；LE2为低电平时，DAC寄存器的输入寄存器的状态一致，LE2的正跳变，输入寄存器的内容打入DAC寄存器。：基准电源输入端，它与DAC的R-2R梯形网络相接，Vref可在+/-10V范围内调节。DI0DI7：8位数字量输入端，DI7为最高位，DI0为最低位。Iout1：DAC的电流输出1，当DAC寄存器各为1时，输出电流为最大。当DAC寄存器各位为0时，输出电流为0。Iout2：DAC的电流输出，Iout1与Iout2之和为一常数。一般在单极性输出时Iout2接地，在双极性输出时接运放。：反馈电阻。在DAC0832芯片内有一个反馈电阻，可用外部运放的分路反馈电阻。Vcc：电源输入线（+5v+15v）。DGND：为数字地。AGND：为模拟信号地。3.2.5可编程键盘/显示接口8279键盘/显示电路是应用系统与操作人员之间交互的窗口，是系统与外界联系的纽带。一个安全可靠的应用系统必须具有方便、灵活的交互功能，即能及时反映系统运行的状态，又能在不要时实现适当的人工干预。在这部分的设计中，选用可编程键盘/显示接口芯片8279进行电路的设计。用锁存器或用8155都可以作键盘显示器的接口。但它们的共同缺点是，需要编制定时扫描显示和扫描键盘程序，使整个系统软件变的比较复杂。而Intel8279是一个专用的显示器键盘接口，它用硬件完成对显示器和键盘的扫描，在硬件上只占两个地址，在软件上省去了显示和键盘扫描，大大方便了用户，使用户程序变的简洁、易读和模块化。（1）其主要特性如下：图3.8 8279引脚1与MCS85，MCS48，MCS51等微处理器兼容，2能同时执行键盘与显示器操作；3扫描式键盘工作方式；4有8个键盘FIFO(先入先出)存储器5带触点去抖动的二键锁定或N键巡回功能； 6两个8位或16位的数字显示器；7可左/右输入的l6字节显示用RAM；8由键盘输入产生中断信号；9扫描式传感器工作方式；10用选通方式送入输入信号； 11单个16字符显示器； 12工作方式可由CPU编程；13可编程扫描定时。（2）8279的引脚与功能 8279具有40个引脚，采用双列直插式封装，引脚分布图如上所示，其功能定义如下。1.DBo7是双向外部数据总线。用于传送8279与CPU之间的命令、数据和状态。可直接与MCS-51系列芯片连接。2.CS为选片信号。当CS为低电平时，CPU才选中8279芯片，并对其进行操作。3.A0区分信息的特性位。当A0为1时，CPU写入8279的信息为命令，CPU从8279读出的信息为8279的状态。当A0为0时，I/O信息都为数据。4.RD、WR是读、写选通信号，低电平有效。5.IRQ为中断请求输出线。高电平有效。在键盘工作方式下，当FIFO/传感器RAM中有数据时，此中断线变高电平。在FIFO/传感器RAM每次读出时，中断线就下降为低电平，若在RAM中还有信息，则此线又重新变为高电平。在传感器工作方式中，每当传感器信号变化时，中断线就变为高电平。6.RL0RL7为反馈输入线，作为键输入线，由内部拉高电阻拉成高电平，也可由键盘上按键拉成低电平。7.SL03为扫描输出线，用于对键盘显示器扫描。8.OUTB03，OUTA03为显示段数据输出线，可分别作为两个半字节输出，也可作为8位段数据输出口，此时OUTB0为最低位，OUTA3为最高位。9.BD为消隐输出线，低电平有效，当显示器切换时或使用显示消隐命令时，将显示消隐。10.RESET为复位输入线，高电平有效。当RESET输入端出现高电平时，8279被复位，复位后8279被置于下列方式：A.16个8位字符显示为左端输入。B.编码的扫描键为两键连锁、与此同时，程序时钟前置分频器被置为31。11.SHIFT，CNTL/STB为控制键输入线，由内部拉高电阻拉成高电平，也可由外部控制按键拉成低电平，SHIFT为换档，CNTL为控制，STB为选通。12.CLK为外时钟输入端，CLK信号由外部振荡器提供。需说明的一点是：CLK是系统来的外时钟，8279靠设置定时器将外部时钟变为内时钟。其内部基频外时钟/定时器值。内部时钟的高低控制着扫描时间和键盘去抖动时间的长短，若8279内部时钟为100kHz，则扫描时间为5.1ms，去抖动时间为10.3ms。功能说明：由于数据输入和显示乃是许多微处理机外设的一个不可分离部分。系统设计者需要种能够控制这些功能，而又不致于使CPU负载过重的接口。8279为8位微处理机提供这种功能。8279有两个部分，键盘部分和显示器部分。键盘部分能够与通常的打字机型键盘或随机乒乓开关，或钮子开关相联接。显示部分驱动字母数字显示或一排指示灯。从而减轻了CPU在扫描键盘和刷新显示时的负担。3.2.6光强检测部分电路设计感光部分由光敏传感器、555时基集成电路等几部分组成。时基集成电路IC接成施密特触发器，白天外界的光线较强，光敏电阻器RL呈低电阻，IC的2，6两脚为高电平，大于2VDD/3，处于复位状态。其输出端3脚输出低电平，电灯不会亮。晚上RL呈高电阻，使IC的触发端即2脚处于低电平（小于VDD/3），时基集成电路置位，其输出端3满足脚跳变为高电平，此时电灯才能亮。R2与C3组成干扰脉冲吸收电路，可防止因短暂光线（如雷电闪光、车辆灯光等）干扰电路的正常工作。由于时基集成电路组成的施密特触发器具有VDD/3的回差电压，从而可避免3脚在光控临界点处的频繁跳动而造成电灯的闪亮。图3.9 光强检测部分电路图3.2.7单相桥式全控整流电路图3.10 单相桥式全控整流电路图电路如上图所示，为便于说明，假设电路已经工作于稳态。在正半周期，触发角a处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通，=。负载中有电感存在使负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，负载电流连续且波形近似为一水平线。过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流，并不关断。至t=+a时刻，给VT2和VT3本已承受正电压，故两管导通。VT2和VT3导通后，通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称为换相，亦称换流。至下一周期重复上述过程，如此循环下去，波形如图所示，其平均值为当=0时，=0.9。时，=0。角的移相范围为3.2.8看门狗电路的设计由硬件组成的“看门狗”电路可以有效的克服主程序或中断服务程序因陷入死循环而带来的不良后果。可以使系统工作更安全。本系统中选用MAX705作为看门狗芯片。主要目的是可靠复位、不正常低压供电时产生一个复位输出和利用其“看门狗”(Watchdog)功能防止系统长时间“死机”。MAX705引脚描述如下：(1):手动复位输人，输人低于0.8V时即产生复位信号。(2)Vcc:+5V电源输人。(3)GND:地。(4)PFI:电源故障电压监控输人。低于1.25V 时，输出低电平。(5):电源故障输出。(6)WDI:监视跟踪定时器输人。若WDI保持高电平或低电平1.6s, 就输出低电平。有三种情况可使内部监视跟踪定时器清零:发生复位、WDI处于三态及WDI检测到一个上升沿或下降沿。 (7):复位输出。 (8) :监视跟踪定时器输出。当内部监视跟踪定时器完成1.6s计数后，输出低电平直到定时器被清零。Vcc低于复位门限电压时，也保持低电平直到Vcc上升到复位门限电压以上。3.11 看门狗电路看门狗工作原理为：加电时，只要Vcc达到1V，就能使复位信号/RESET变为低电平，当Vcc上升到门限电压4.4V后，继续保持有效200ms，以便单片机可靠复位。当电源降至4.40V以下时，变为低电平，向单片机发出 复位信号，直到Vcc升到4.40V以上。仍保持低电平200ms，保证单片机可靠复位，然后升为高电平，单片机再次正常工作。单片机每隔一定间隔(1.6s以内)向WDI发出跳变，以便使内部监视跟踪定时器清零，如果1.6s还没有使WDI的电平发生变化，则被认为是程序运行有故障，即系统“死机”。此时变为低电平，经过二极管给/MR，相当于产生手动复位信号，使单片机复位后重新进人正常运行状态，同时又使变为高电平。3.2.9时钟芯片DS1302图3.12 时钟芯片引脚DS1302是美国Dallas公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小于31日时可自动调整，包括闰年，有效至2100年。可采用12h或24h方式计时，采用双电源（主电源和备用电源）供电，可设置备用电源充电方式。芯片为8引脚