光照度的测控系统设计(要图给我留言).doc

摘要：3一、设计任务与要求31.1设计任务31.2设计要求3二、系统原理与方案设计4.原理描述4.系统原理框图4三、电路元件的选择说明43.1 光照度的概念43.2单片机的选择43.2.1查阅文献发现各种环境照度值如下：单位lux53.2.2 8051单片机的引脚分布图及功能说明53.3.1 光敏三极管的工作原理和结构53.3.2光敏三极管的光照特性63.3.3 光敏三极管的型号选择63.4前置运算放大电路63.5 AD转换器的选择73.5.1 AD转换器的选型73.5.2 TLC549引脚图及各引脚功能73.6 DA转换器的选择73.6.1 DA转换器的选型83.6.2 DA0832转换器引脚说明83.6.3 DAC0832工作方式的选择83.7 后置放大器93.8 发光二极管的选择93.9 外部程序存储器的扩展型号选择103.9.1 程序存储器的选型103.9.2 EPROM2726的引脚说明103.10 地址锁存器的选择103.10.1 锁存器的选型103.10.2 74LS373的引脚说明103.11 扩展输入/输出口的型号选择113.11.1 扩展输入/输出口的选型113.11.2 8255的引脚说明113.12 电路元件型号列表12四、电路的设计124.1 单片机复位电路的设计124.2 单片机的时钟电路设计134.3 单片机扩展EPROM电路设计134.4 单片机扩展输入/输出口电路设计144.5 LED显示器和键盘电路设计154.5.1 显示器的工作原理154.5.2 键盘的工作原理154.5.3 键盘和显示器连接电路设计164.6 总电路设计图（见附件）16五、 系统软件设计175.1 主程序流程图175.2 显示功能流程图175.3 键盘功能流程图18六、 心得体会20参考文献20摘要：本系统以LED显示器为控制系统的研究对象，设计了以MCS-51单片机为控制核心的光照测控系统。利用负反馈调节原理对发光二极管的发光强度进行稳定，二极管发出光的物理信号，利用光敏三极管将物理信号转变成电信号，再用放大器将微弱的电信号放大成需要的0到5V电压，再经过AD转换器将模拟信号转化为数字信号，再将数字信号输入单片机，单片机进行处理后输出控制信号，此信号需要经过DA转换器转换成模拟信号，再用放大器将此微弱的模拟信号放大成到的电压加在二极管上。中途利用键盘键入标准值，并利用段LED显示器显示光源的发光强度，从而实现反馈控制功能，达到稳定光源的作用关键词：单片机 传感器 光照测控系统 反馈控制一、设计任务与要求1.1设计任务要求设计一个以单片机为核心部件的光照测控系统，发光零件采用发光二极管，光电传感器可以采用光敏三级管，此传感器根据光照强度而转化为相应的电流输出，再经过放大器转变为0到5V的电压输出，再经过AD转换器转换成数字信号，进入CPU，然后通过显示器显示光照强度值。其标注值通过键盘输入到CPU，让测量值与标准值比较，通过CPU控制使DA转换器的输出电压相应的增加和减少，经过放大器使输出电压加到发光二极管上，从而达到稳定光源的目的，使系统具有反馈控制的作用。1.2设计要求（1） 设计显示器与接口电路：显示用8位7段显示器或显示器；（2） 设置键盘及接口电路：键盘采用矩阵结构；（3） 片外扩展数据存储器及程序存储器；（4） 扩展相应的接口芯片；（5） 选用合适的转换器和转换器；（6） 选择合适的传感器和信号放大电路；（7） 绘制原理框图、原理电路图，要有必要的计算及元件选择说明。二、系统原理与方案设计.原理描述利用负反馈调节原理对发光二极管的发光强度进行稳定，就是对发光二极管进行测控的过程。二极管发出的光的强弱是物理信号，先得利用传感器将物理信号转换为电信号，这里可以选用光敏三极管来实现，然而光敏三极管的输出电流信号是很微弱的，需要利用放大电路放大为到的电压信号，再经过转换器将模拟信号转化为数字信号，再将数字信号输入单片机。单片机进行处理后输出控制信号，此信号需要经过转换器转换成模拟信号，此模拟信号是很微弱的，不能直接点亮二极管，所以需要用放大电路放大成到的电压加在二极管上。中途利用键盘键入标准值，并利用段显示器显示光源的发光强度。从而实现反馈控制功能，达到稳定光源的作用。.系统原理框图图系统原理框图三、电路元件的选择说明3.1 光照度的概念光照度，即通常所说得勒克司度（lux），表示被摄主体表面单位面积上受到的光通量。1勒克司相当于1流明/平方米，即被摄主体每平方米的面积上，受距离一米、发光强度为1烛光的光源，垂直照射的光通量。光照度是衡量拍摄环境的一个重要指标。3.2单片机的选择3.2.1查阅文献发现各种环境照度值如下：单位lux 黑夜：0.0010.02；月夜：0.020.3；阴天室内：550；阴天室外：50500；晴天室内：1001000；夏季中午太阳光下的照度：约为106次方；阅读书刊时所需的照度：5060；家用摄像机标准照度：1400一个发光二极管的光照度一般不会超过200lux，如果分度值取1lux，则一个8位的单片机有28=256种情况，即可以满足使用要求。所以在此选用MCS-51系列的8051单片机。3.2.2 8051单片机的引脚分布图及功能说明MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚分布图如下：图2 8051引脚（1）P0.0P0.7 P0口8位双向口线（在引脚的3932号端子）。 （2）P1.0P1.7 P1口8位双向口线（在引脚的18号端子）。 （3）P2.0P2.7 P2口8位双向口线（在引脚的2128号端子）。 （4）P3.0P3.7 P3口8位双向口线（在引脚的1017号端子）。（5）Vss和Vcc 主电源引脚。（6）XTAL1和XTAL2 时钟电路引脚。（8）RST复位控制，ALE允许地址锁存输出。3.3 光敏三极管的选型3.3.1 光敏三极管的工作原理和结构光敏三极管集电结反向偏置，发射结正向偏置当光线通过透明窗口照射发射结时，由于光照所产生的光电流相当于普通三极管的基极电流，因此集电极电流是原始光电流的倍。它具有两个PN结，可以获得电流增益，具有比光敏二极管更高的灵敏度。3.3.2光敏三极管的光照特性光敏三极管的光电流与光照度的关系如图；光照特性的线性没有二极管的好；照度小时，光电流随照度的增加而增加得较小，当光照足够大时，输出电流又有饱和现象（图中未画出），这是因为三极管的电流放大倍数在小电流和大电流时都下降。3.3.3 光敏三极管的型号选择下表为3DU912型高灵敏度光敏三极管，可用于光电计数、自动控制、转速测量、自动报警、近红外通信与测量等装置，还可用于电子计算机的纸带读取、文字读取等输入装置以及光耦合线路、光符号传感器中。表 1 3DU912型高灵敏度光敏三极管型号参数根据上表，选择3DU912型的光敏三极管即可满足使用要求。3.4前置运算放大电路一个线性度好、稳定度度高的光电转换与信号放大电路对于整个测试系统统是至关重要的。它直接影响整个系统的测量精度、灵敏度、稳定性及系统的测试速度等指标。由于3DU912具有高灵敏度的特点，所以容易引起高频噪声。此处采用低低通滤波器，过滤掉部分高频噪声，同时采用运运算放大器，将微弱电信号放大至 A/D转换器可可用范围。第一确保了 A/D转换器的转换精度，第二确保了信号不失真。 1)原理图 （右图） 其中 R与 C构成了低通滤波器 2)参数与芯片选择。 考虑到整个系统采用 5.0V电压统一供电，所以运算放大器应选用低电压型号。经过挑选选择了 LMV321。该运放的特点是工作电压低(2.7V-5.5V)，可适应本产品的需求。 输出的电压信号连入单单片机的 A/D转换电路，而A/D转换输入电压最大值为 VREF也就是 5.0V，而硅光电电池产生的电流在 0-2mA之间，所以 R=30K为宜。所选截断频率为 200Hz，故 C=30u为宜。 左图为 5-Pin SC70封的 LMV321芯片。其中 1接光敏三极管的发射极，2接地，3接光敏三极管的集电极，同时接地，5接5.0V供电电压，4接A/D转换。并在 1与 4之间并联电阻与电容。 3.5 AD转换器的选择模拟信号只有转换为数字信号才能送入单片机进行处理，所以在把模拟信号送入单片机前进行AD转换。3.5.1 AD转换器的选型考虑到单片机8051为8位，所以AD转换器也选8位的，在此选择的是TLC549串行模数转换器。TLC549是 TI公司生产的一种低价位、高性能的8位 A/D转换器，它以8位开关电容逐次逼近的方法实现 A/D转换，其转换速度小于 17us，最大转换速率为 40000HZ，4MHZ典型内部系统时钟，电源为 3V至 6V。它能方便地采用三线串行接口方式与各种微处理器连接，构成各种廉价的测控应用系统。 3.5.2 TLC549引脚图及各引脚功能 REF+：正基准电压输入 2.5VREF+Vcc+0.1。 REF：负基准电压输入端，-0.1VREF-2.5V。且要求：（REF+）（REF-）1V。 VCC：系统电源3VVcc6V。 GND：接地端。 CS：芯片选择输入端，要求输入高电平 VIN2V，输入低电平 VIN0.8V。 TLC549引脚图DATA OUT：转换结果数据串行输出端，与 TTL 电平兼容，输出时高位在前低位在后。 ANALOGIN：模拟信号输入端，0ANALOGINVcc，当 ANALOGINREF+电压时，转换结果为全“1”(0FFH)，ANALOGINREF-电压时，转换结果为全“0”(00H)。 I/O CLOCK：外接输入/输出时钟输入端，同于同步芯片的输入输出操作，无需与芯片内部系统时钟同步。3.6 DA转换器的选择单片机输出的信号为数字信号，只有先转换成模拟信号才能对执行机构进行控制，所以在此需要选用DA转换器。3.6.1 DA转换器的选型考虑到单片机8051为8位，所以DA转换器也选8位的，在此选择的是DAC0832。DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。3.6.2 DA0832转换器引脚说明D0-D7：数字信号输入端。 ILE：输入寄存器允许，高电平有效。 CS：片选信号，低电平有效。 WR1：写信号1，低电平有效。 XFER：传送控制信号，低电平有效。 WR2：写信号2，低电平有效。 IOUT1、IOUT2：DAC电流输出端。 Rfb：是集成在片内的外接运放的反馈电阻。 Vref：基准电压（-1010V）。 DAC0832引脚图Vcc：是源电压（+5+15V）。 AGND：模拟地 NGND：数字地，可与AGND接在一起使用。 DAC0832输出的是电流，一般要求输出是电压，所以还必须经过一个外接的运算放大器转换成电压。3.6.3 DAC0832工作方式的选择 DAC0832有如下3种工作方式：单缓冲方式。单缓冲方式是控制输入寄存器和DAC寄存器同时接收资料，或者只用输入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。此方式适用只有一路模拟量输出或几路模拟量异步输出的情形。 双缓冲方式。双缓冲方式是先使输入寄存器接收资料，再控制输入寄存器的输出资料到DAC寄存器，即分两次锁存输入资料。此方式适用于多个D/A转换同步输出的情节。 直通方式。直通方式是资料不经两级锁存器锁存，即 CS*，XFER* ，WR1* ，WR2* 均接地，ILE接高电平。此方式适用于连续反馈控制线路和不带微机的控制系统，不过在使用时，必须通过另加I/O接口与CPU连接，以匹配CPU与D/A转换。考虑到控制发光二极管的亮度只有一路模拟信号输出，所以选择单缓冲工作方式。原理图如下： 如右图所示, 由运算放大器进行电流电压转换，使用内部反馈电阻。输出电压值VOUT和输入数字量D的关系： VOUT = -VREF D/256 D = 0255， VOUT = 0 VREF 255/256 VREF = -5V， VOUT = 0 +（255/256）V VREF = +5V， VOUT = 0 （255/256）V 单极性电压输出电路 3.7 后置放大器 DA转换器的输出电压是很微弱的，要想驱动二极管 还需要对信号进行放大，使之成为0到5V的电压源供电。在此选用LM2904放大电路。其基本参数如下：放大器类型：通用 转换速率：0.6 V/s 增益带宽积：1.1MHz 电流-输入偏压：20nA 电压-输入偏移：2000V 电流-电源: 700A 电流-输出/通道: 40Ma 安装类型：表面贴装 运放类型:低功率 变化斜率:0.6V/s 工作温度范围:-40C to +125C 封装类型:SOIC 增益带宽:1.1MHz 电源电压 最大:30V 电源电压 最小:3V 表面安装器件:表面安装 3.8 发光二极管的选择普通发光二极管属于电流控制型器件，在使用时需串接适当阻值的限流电阻，电压控制型发光二极管（BTV），是将发光二极管和限流电阻集成制作为一体，使用时可直接并接在电压源两端。下表为电压控制型发光二极管的一些型号，根据使用电压5V，又没有其它特别的要求，故选择发光二极管的型号为HTV314055。 电压控制型发光二极管的外形和内部图 表 电压控制型发光二极管的部分型号工作电压/V耗散功率/W正向电流/mA反向电压/V波长/nm发光颜色HTV31405550.1155700红HTV33405990.1105585黄HTV344052120.12105565绿HTV314051150.15105700红HTV314058180.15105700红HTV314054240.2105700红3.9 外部程序存储器的扩展型号选择3.9.1 程序存储器的选型题目要求扩展外部程序存储器，为了编程的方便，选择紫外线擦出电可写入的只读存储器EPROM。能与MCS51系列的单片机的典型产品有2712、2732、2764、27128、27256等，考虑到本系统的程序内容不是很多，8K的空间就够用了，故选择2764（8K * 8）。3.9.2 EPROM2726的引脚说明 A0A12：地址线I/O0I/O7:数据输出线CS：片选线OE：数据输出选通线PGM：编程脉冲输入VPP：编程电压输入3.10 地址锁存器的选择3.10.1 锁存器的选型 2764引脚配置 因为8051单片机的Po口为地址/数据分时复用口，扩展外部程序存储器的低八位地址从此口输出，如果没有锁存器，则低八位的地址会被数据信息冲洗掉。为了与8051和2764相配，故可选74LS 373作为此系统的地址锁存器。3.10.2 74LS373的引脚说明 74LS373端 Q0Q7 可直接与总线相连。 当三态允许控制端 OE 为低电平时，Q0Q7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 OE 为高电平时，Q0Q7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。 当锁存允许端 LE 为高电平时，Q 随数据 D 而变。当 LE 为低电平时，D 被锁存在已建立的数据电平。当 LE 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善 400mV。 引出端符号说明：D0D7 数据输入端 OE 三态允许控制端（低电平有效） LE 锁存允许端 Q0Q7 输出端 3.11 扩展输入/输出口的型号选择3.11.1 扩展输入/输出口的选型为了与8051匹配，扩展输入/输出口选用8255。3.11.2 8255的引脚说明 8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口。具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。 其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分：与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。 1）与CPU连接部分 根据定义，8255能并行传送8位数据，所以其数据线为8根D0D7。由于8255具有3个通道A、B、C，所以只要两根地址线就能寻址A、B、C口及控制寄存器，故地址线为两根A0A1。此外CPU要对8255进行读、写与片选操作，所以控制线为片选、复位、读、写信号。各信号的引脚编号如下： （1）数据总线DB：编号为D0D7，用于8255与CPU传送8位数据。 8255引脚配置图（2）地址总线AB：编号为A0A1，用于选择A、B、C口与控制寄存器。 （3）控制总线CB：片选信号、复位信号RST、写信号、读信号。当CPU要对8255进行读、写操作时，必须先向8255发片选信号选中8255芯片，然后发读信号或写信号对8255进行读或写数据的操作。 2）与外设接口部分 根据定义，8255有3个通道A、B、C与外设连接，每个通道又有8根线与外设连接，所以8255可以用24根线与外设连接，若进行开关量控制，则8255可同时控制24路开关。各通道的引脚编号如下： （1）A口：编号为PA0PA7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。 （2）B口：编号为PB0PB7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。 （3）C口：编号为PC0PC7，用于8255向外设输入输出8位并行数据，当8255工作于应答I/O方式时，C口用于应答信号的通信。 3）控制器 8255将3个通道分为两组，即PA0PA7与PC4PC7组成A组，PB0PB7与PC0PC3组成B组。如图7.5所示，相应的控制器也分为A组控制器与B组控制器，各组控制器的作用如下： （1）A组控制器：控制A口与上C口的输入与输出。 （2）B组控制器：控制B口与下C口的输入与输出。 引脚功能RESET:复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。 CS:芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0时,表示芯片被选中，允许8255与CPU进行通讯;/CS=1时,8255无法与CPU做数据传输. RD:读信号线，当这个输入引脚为低跳变沿时,即/RD产生一个低脉冲且/CS=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。 WR:写入信号，当这个输入引脚为低跳变沿时,即/WR产生一个低脉冲且/CS=0时,允许CPU将数据或控制字写入8255。 D0D7:三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道，当CPU 执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。 3.12 电路元件型号列表表 电路元件型号列表光敏三极管前置放大器AD转换器单片机（CPU）DA转换器3DU912LMV321TLC5498051DAC0832发光二极管扩展I/O口扩展EPROM地址锁存器HTV3140558255276474LS373四、电路的设计4.1 单片机复位电路的设计为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5%，即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。复位电路工作原理：VCC上电时，C充电，在10K电阻上出 单片机的复位电路现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下S，C放电。 S松手，C又充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。几个毫秒后，单片机进入工作状态。4.2 单片机的时钟电路设计时钟电路用于产生MCS-51单片机工作时所必须的时钟控制信号，MCS-51单片机的内部电路在时钟信号的控制下，严格的执行指令进行工作，在执行指令时，CPU首先要到程序存储器中取出所需要的指令操作码，然后译码，并由时序电路产生一系列控制信号去完成指令所规定的操作。CPU发出的时序信号有两类，一类用于片内对各个功能部件的控制，另一类用于对片外存储器或I/O端口的控制。 MCS-51单片机各功能部件的运行都是以时钟信号为基准，有条不紊地一拍一拍地工作，因此时钟频率直接影响单片的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟设计电路有两种方式，一种是内部时钟方式，一种是外部时钟方式。由于只有一个CPU，不需要处理器之间的同步，所以我们这里采用内部时钟控制。MCS-51单片机内部由一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为51单片机的引脚XTAL1，输出为XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。电路如下图所示。 电路中的电容C1和C2的典型值通常取为30pF左右，对外接电容的值虽然没有严格的要求，但是电容的大小会影响石英晶体振荡器频率的高低，振荡器的稳定性和起振的快速性。晶振的振荡器的频率范围通常是在1.2 MHz-12 MHz之间，晶振的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快，晶振和电容应该尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定，可靠地工作，为了提高温度稳定性，应该采用温度稳定性能好的电容。 内部时钟电路 4.3 单片机扩展EPROM电路设计程序存储器用来存放编制好的始终保留的固定程序和表格常数。程序存储器以程序计数器PC作为地址指针，通过16位地址总线，可寻址的地址空间为64KB。 在 8051片内，分别内置最低地址空间的4KB ROM程序存储器（内部程序存储器），8051单片机中64KB内、外程序存储器的地址是统一编排的。对于内部有ROM的单片机（5l、52系列），该引脚接高电平，使程序从内部ROM开始执行。当PC值超出内部ROM的容量时，会自动转向外部程序存储器空间。访问程序存储器使用MOVC指令。下图为扩展8KB8的程序存储器2764与单片机的连接电路。图 8051扩展EPROM线路图图中74LS373是带三态输出的8D锁存器，三态控制接地。G端与8051的ALE连接，每当ALE下跳变时，74LS373锁存低8位地址信号，并输出供系统使用。地址线的连接：2764是8KB8位EPROM器件，有13根地址线A0A12输入，它能区分13位二进制地址信息。这13根地址线分别与8051的P2口和P2.0P2.4连接，当8051系统发出 13位地址信息时，分别选中2764片内8KB存储器中的各单元。 数据线的连接：存储器的8位数据线D0D7接P0口（P0.0P0.7）。单片机规定指令码和数据都由P0口读入，数位对应相连即可。 2764的/CE引脚为片选信号输入端，低电平有效，表示选中该2764芯片。该片选信号决定了2764这块芯片的8KB存储器在整个8051扩展程序存储器64KB空间中的位置。根据上述电路接法，27C64占有的扩展程序存储器空间为0000H1FFFH地址空间。控制线的连接：/PSEN（外部程序存储器取指信号）接/OE（存储器读信号）。ALE地址锁存允许信号，通常接至地址锁存器锁存信号。 此外，2764的/OE和Vpp端及/CE端可组合成2764的各种工作方式（读、待机、写即编程、校对等）。当/PSEN选通信号为低电平，选通2764，即读2764中的程序或常数，当/PSEN选通信号为高电平，即无效，则2764处于低功耗待机状态。4.4 单片机扩展输入/输出口电路设计在单片机应用系统中，单片机本身的提供的I/O口是有限了，为了满足需要，还需要对I/O口进行扩展。8255是Intel公司常用的外围扩展件，它可以与8051直接连接，可以扩展24条I/O口，分为A、B两大组。8255和8051的电路图设计如下：图 8051与8255电路连接图8255的数据总线D0D7与8051的Po口连接，8255的片选信号/CS、A0、A1分别与8071的P2.6、P0.0、P0.1连接。4.5 LED显示器和键盘电路设计4.5.1 显示器的工作原理此光照测控系统需要有一个显示器来动态显示光敏三极管所测量的光度值。发光二极管显示器是单片机运用中最最常用的显示设备，所以此次显示设备采用8位7段LED显示器。它们是由若干个发光二极管组成的，当发光二极管导通时，相应的一笔画发光，控制不同组合的二极管发光，就能显示出各种不同的字符。常用7段显示器有共阴极和共阳极两种，结构如下： 点亮显示器有动态和静态两种。所谓静态显示就是当显示器显示某一字符时，相应的二极管恒定的导通或截止。这种显示方式，每一位都需要一个八位的输出口控制，占用的硬件较多，所以此次显示采用动态显示。动态显示就是一位一位的轮流点亮各位显示器，对于每一位显示器来说，每 7段LED结构图隔一段时间点亮一次。显示器的点亮既跟通电电流有关，又和点亮时间和间隔时间的比例有关。4.5.2 键盘的工作原理此测控系统需要用到键盘来向单片机输入光照度的标准值。用于计算机的键盘形式有两种，一是编码键盘，即键盘上的闭合键的识别由专用的硬件来实现；另一种是非编码键盘，即键盘上闭合键的识别由软件来实现。2X8的键盘结构如下图所示，其中行线通过电阻接+5V的电压，当键盘上没有键闭合时，所有的行线和列现都断开，行线X、X都成高电平。当键盘上某一个键闭合时，则该键所在的行和列线都短路。如果把行线接到计算机的输入口。此次采用中断的方式工作，每当键盘有闭合时，向单片机发出请求，单片机响应键盘发出中断，对键盘扫描，以识别哪一个键处于闭合状态，并对键盘输入的信号做出相应的处理。单片机对闭合键号的确定可以根据行线和列线的状态计算求的，也可以根据行线和列线状态查表求的。 图X键盘结构图4.5.3 键盘和显示器连接电路设计下图为2X8键盘，8位7段LED显示器和8051的接线图，8051外接一片8255，8255的PB口为输出口控制显示器字形，PA口为输出口控制键盘扫描作为键扫描口，同时又是8位显示器的扫描输出口，8255的PC口作为输入口，PC0和PC1读入键盘数，称为键输入口。图 8051通过8255与键盘显示器接口电路图4.6 总电路设计图（见附件）五、 系统软件设计系统软件设计采用模块化结构，整个程序由主程序、显示、键盘扫描、测光照度、AD转换、DA转换、读取EPROM程序模块组成。系统使用地址单元分配如下：（1）显示缓冲区设在内存RAM的61H、62H、63H单元中；（2）键盘行扫描代码设在片内RAM的40H、41H、42H单元中；（3）键值代码设在RAM的44H到4FH中。由于键盘较少，安排命令键有困难，我们采用数字代码和命令执行键A，退出命令执行键B组合而成。（1）12H对应AD转换功能，13H对应DA转换功能；（2）41H对应测量光照度值功能。例如：先按下1、2、0三个键，显示器显示120，此时按下A键就转入执行AD、DA子程序。在执行相应各功能时，扫描退出功能键B，如果按下B，则退出各相应功能程序，转入键盘扫描程序，否则继续执行原功能。键盘值对应8位代码列表如下：表 键盘值的对应8位代码键值8位代码键值8位代码04EH68NH127H72DH247H84DH387H98DH42BHA2EH(执行键)54BHB8EH(退出键)5.1 主程序流程图5.2 显示功能流程图本程序段使用显示缓冲区为8051片内RAM中的63H（百位）、62H（十位）61H（个位）。程序流程图如右：5.3 键盘功能流程图键输入程序应具有以下四个功能：1，判断键盘上有无键闭合，其方法为扫描口PA0到PA7输出全0，读PC口的状态，若PC0、PC1全为1，则键盘上没有闭合键，若有一个为0，则有键处于闭合状态。2，去除键的机械抖动，方法为判断到有键闭合以后，延迟一段时间再去判断，若仍然有键处于闭合状态，