路灯控制系统的设计(毕业设计)

扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 1 路灯控制系统的设计 摘要摘要 随着中国经济的快速发展 人类对电力能源的需求日益增大 电力资源日益缺乏 因此如何节能降耗已成为近几年来人们关注讨论和研究的话题 本文研究的路灯控制系统是针对我国城市在路灯照明的控制方面产生的巨大能源 消耗和浪费而开发出的新的智能型的路灯控制系统 本文详细介绍了该系统的设计与实 现 本文详细介绍并分析了以单片机芯片 AT89S52 时钟芯片 DS1302 光敏电阻为主要 部件的硬件电路和在以 keil 软件为主要编程环境的软件部分 通过时间控制和环境参 数控制相结合的方法去控制路灯 实现随着光照强度的大小和在一定时间段内路灯都有 着的不同表现 午夜路灯间隔开以节省电源 光照很足时路灯全部自动断开不工作等功 能 实验表明 该路灯控制系统是一种智能型控制系统 电力资源既能够得到合理利用 也不会影响人类的交通安全 随着社会的发展 路灯控制系统会得到更广泛的应用 关关键词键词 路灯控制 单片机 时钟芯片 光敏电阻 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 2 Abstract With China s rapid economic development human electricity demand growing the power resource scarce Therefore how energy consumption has become a topic of discussion and research attention In this paper the street light control system for street lighting in the Chinese cities control the enormous energy consumption and waste and to develop new intelligent street lights control system This paper describes the design and implementation of the system This paper introduced and analyzed in single chip AT89S51 clock chip DS1302 photosensitive resistance as the main components of hardware circuitry and with keil as the main programming environment software Time control and the environment through the combination of parameter control methods to control the lights As the light intensity to achieve a certain period of time the size and all have different performance lamps night lights spaced to save power light is enough to automatically disconnect when the lights do not work all the functions Experiments show that the street light control system is an intelligent control system Power can be both rational utilization of resources will not affect the safety of mankind With the social development street lighting control system will be more widely used Key words street lighting control single chip clock chips light resistance 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 3 目目 录录 第一章第一章 绪绪 论论 5 5 1 11 1 路灯控制器系统设计的意义路灯控制器系统设计的意义 5 5 1 21 2 路灯控制器系统设计的前景路灯控制器系统设计的前景 6 6 第二章第二章 路灯控制系统设计的总体方案路灯控制系统设计的总体方案 7 7 第三章第三章 路灯控制系统的硬件设计路灯控制系统的硬件设计 8 8 3 13 1 光照信号测量电路的设计光照信号测量电路的设计 9 9 3 23 2 时钟信号测量电路的设计时钟信号测量电路的设计 1313 3 33 3 单片机控制部分单片机控制部分 1717 3 3 13 3 1 AT89S52AT89S52 的介绍的介绍 1717 3 3 23 3 2 复位电路的设计复位电路的设计 2020 3 3 33 3 3 晶振电路的设计晶振电路的设计 2020 3 43 4 显示电路的设计显示电路的设计 2121 第四章第四章 路灯控制器的软件设计路灯控制器的软件设计 2323 4 14 1 KeilKeil 软件的介绍软件的介绍 2323 4 24 2 路灯控制器设计的功能路灯控制器设计的功能 2626 4 34 3 路灯控制器的流程图路灯控制器的流程图 2727 第五章第五章 路灯控制系统的调试路灯控制系统的调试 2929 5 15 1 电路调试电路调试 2929 5 1 15 1 1 硬件调试硬件调试 2929 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 4 5 1 25 1 2 软件调试软件调试 2929 5 25 2 调试过程中出现的问题和解决方法调试过程中出现的问题和解决方法 3030 第六章第六章 自己的心得体会自己的心得体会 3131 致谢致谢 3232 参考文献参考文献 3333 附录附录 3434 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 5 第一章第一章 绪论绪论 随着社会的不断发展 人类的生活水平不断提高 电力能源已经成为人们日常生 活中不可缺少的部分 展望未来 再用 50 年的时间 在本世纪中叶我国基本实现现代 化 使人民享有更高的物质与精神文明 这一宏伟目标能否顺利实现 在相当大的程 度上取决于电力能源在未来 50 年稳健的发展 在我国电力能源应用方面 城市路灯所消耗的能源占用了很大的比重 据不完全 统计 城市公共照明在我国照明耗电中占 30 的比例 目前 全国 660 多座城市约有 各种路灯 400 万盏 为了提高路面亮度 若平均每盏灯增加 50W 则共需增容 20 万千 瓦 全年多耗电约 7 亿千瓦时由于多增加光源 灯具 灯杆等照明设施 带来的初次 购置费及日常的维护费也会明显增加 从绿色照明角度考虑 多发出 7 亿千瓦时的电 力 增排的二氧化碳和二氧化硫等有害气体对空气质量会产生巨大的影响 将破坏空 气质量 不利于环保 但是城市的发展离不开路灯照明 它服务于交通安全和人们的生活 美化了城市 容貌 为创造良好的投资环境起着举足轻重的作用 随着我国经济的快速发展 城市 市政建设步伐加快 城市道理照明工程建设受到越来越多的重视 而在城市夜晚变得 灯火辉煌 绚丽多彩的同时 电能消耗也逐年攀升 作为城市道路的路灯照明 一方 面耗能增大 另一方面维护量也增大 因此如何采取节能技术 降低城市公共照明能 耗 成为人们关注讨论和研究的问题 1 11 1路灯控制器路灯控制器系统系统设计的意义设计的意义 目前各大城市的交通路灯的能源利用率存在一个普遍的问题 这就是路灯的能源 利用率不高 我国小型城市在夜晚 9 点后 我国大中型城市在午夜 12 点后 道路上几 乎空无一人 可城市照明从这一时段直至清晨 6 点路灯熄灭 即使是在北京 上海等 大城市的繁华地点 凌晨 2 点以后 道路上也是人烟稀少 在这样低交通流量的道路 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 6 上仍然保持较高的照度是明显没有必要的 因此 设计出一种智能型的路灯控制系统 是相当重要的 它不但要求能够在节能的同时也要求对人们的出行和对城市的发展没 有大的影响 本设计是以单片机 AT89S51 时钟芯片 DS1302 光敏电阻为主要控制单 元的硬件电路 采用了时间控制和环境参数控制相结合的控制策略 实现了路灯定时 开关 根据天气情况光照强度决定路灯的开启 午夜 12 点以后路灯隔着开启 此控制 系统大大节省了电力资源使其充分利用 具有可靠 使用寿命长 稳定性高 价格便 宜的特点 能满足路灯控制的需要 具有广泛的应用前景 1 21 2路灯控制器路灯控制器系统设计的前景系统设计的前景 跟传统的路灯控制系统相比 传统路灯控制系统就是采用人工控制 到了一定时 间就拉电开启路灯 到了一定时间关闭路灯 完全是人工控制路灯的开关 一个国家路灯市场规模与当地道路长度与种类 国民生活水平有关 理论上道路 长度愈长 愈宽 重要道路 如高速公路 比率愈高 路灯需求数量将随之增长 不过 路灯需求与实际装置数量 会受到国民生活水平影响 国民生活水平愈高国家 民众 对于道路使用频率与道路安全要求越高 相对的路灯装置数量也较多 中国基本上是 能源缺乏国家 随着经济发展 能源供给问题更加严重 2008 年 10 月中国政府启动 公共机构节能条例 要求各级政府单位应当将节能产品 设备纳入政府集中采购目 录 并严格监控能源消耗状况 同时 也公布了 民用建筑节能条例 规定建设单位 应当选择合适的可再生能源 用于采暖 制冷 照明和热水供应等 正因为这两项法 规的实行 提供地方政府采购 LED 等相关节能产品的法源依据 虽然国家积极地在倡 导节能环保也采取了许多措施 例如采用人工控制手动进行开关灯的工作 还有采用 定时控制的措施 天天定时开定时关不论气候季节变化 还有的在夜晚降低路灯的供 电电压使其变暗来减小能源消耗 这些控制方式明显存在着较大的问题 人工控制不仅浪费了人力资源 而且还容 易引起不必要的安全隐患 定时控制存在着在天气不好或季节变化天黑的早或晚的情 况下光照条件没得到及时改善 降低供电电压会影响路灯的使用寿命和出行安全 所 以说 设计出一个智能型的路灯控制系统在社会会有个广泛的应用前景 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 7 第二章第二章 路灯控制系统路灯控制系统设计设计的总体的总体方案方案 本设计以单片机芯片 AT89S52 时钟芯片 DS1302 光敏电阻为主控单元的硬件电 路和以 keil 软件为编程环境下的软件部分组成 采用了时间控制和环境参数控制相结 合的策略 实现了光照不好的情况下路灯自动开启 深夜路灯隔着开启 白天路灯熄 灭停止工作 随着季节的变化改变路灯的开关时间等功能 光测电路部分 一年四季天气状况都在不断变化着 天气情况的变化影响着光照 强度的变化 我们希望在光照强度不够好时路灯能自动开启 因此我们需要一个传感 器来感应光照强度从而做出相应变化 光敏电阻是一种很优良的感应光照强度的传感 器 时钟电路部分 天气的变化是不可预测的 因此有时我们有时需要根据每个季节 的天黑的迟早人工的去修改预先设定的时间控制路灯的开关 从而我们会使用到专用 的时钟芯片 最后可以由单片机系统对这两部分进行不同的控制 根据以上分析以及设计要求得出本设计硬件构成框图如图 2 1 所示 时钟信号 光照信号 单片机 路灯开 关 数码管 显示 图 2 1 硬件构成 硬件电路主要由光照信号测量电路和时钟信号测量电路组成 它们均通过单片机 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 8 去对数码管显示和路灯开关进行控制 从而达到预想的要求 第三章第三章 路灯控制系统的硬件路灯控制系统的硬件设计设计 整体硬件设计原理图见图整体硬件设计原理图见图 3 13 1 该设计电路主要通过单片机和按键对时钟芯片 DS1302 进行时间设置控制路灯的开 关时间 和通过光敏电阻感应外界的光照情况从而控制路灯的开关 还有构成复位和 晶振电路对该系统进行初始化和起振电路让其运行 通过电阻和三极管驱动路灯点亮 再经过单片机后通过驱动器 SN7404 驱动数码管显示时间 路灯断电后 充电电池给时 钟芯片 DS1302 供电让其继续工作 让时间继续走下去 等其再次通电后 时间显示当 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 9 前时间 根据当前时间路灯会作出不同的响应 下面就对硬件的各个部分进行详细的分析 3 13 1 光照信号测量电路的设计光照信号测量电路的设计 光照信号测量电路如图 3 1 2 所示 图 3 1 2 该电路主要由光敏电阻和比较器 LM358 组成 电路中有两个分压电路 其中 R1 和 光敏电阻组成一个 R2 和滑阻组成另外一个 在光照强度正好达到需要打开路灯的时 候 调节电位器 R3 使比较器 LM358 同向端 3 脚 电压等于反相端 2 脚 电压 由于光 敏电阻会随着光照强度的变化而改变电阻值 当光照强度高时 光敏电阻的阻值就会 降低 就会引起 LM324 的 2 脚 电压变小 低于所设定的 2 脚 电压 使输出端 1 脚 输出高电平 当光照强度低时 光敏电阻的阻值就会变大 就会引起 LM324 的 2 脚 电 压变大 比较器 LM324 中 2 脚 电压高于 3 脚 电压 1 脚 脚输出低电压 从而输出 端 1 脚 上的高低电平的改变 就能反应为光照亮暗的变化 进而作为单片机的一路输 入信号 控制路灯的点亮和关闭 输出端连在单片机 P1 3 口上 LM358 LM358 内部包括有两个独立的 高增益 内部频率补偿的双运算放大器 适合 于电源电压范围很宽的单电源使用 也适用于双电源工作模式 在推荐的工作条件下 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 10 电源电流与 电源电压无关 它的使用范围包括传感放大器 直流增模组 音频放大器 工业控制 DC 增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用 LM358 的 封装形式有塑封 8 引线双列直插式和贴片式 LM358的特性 特性 Features 内部频率补偿 直流电压增益高 约 100dB 单位增益频带宽 约 1MHz 电源电压范围宽 单电源 3 30V 双电源 1 5 一 15V 低功耗电流 适合于电池供电 低输入偏流 低输入失调电压和失调电流 共模输入电压范围宽 包括接地 差模输入电压范围宽 等于电源电压范围 输出电压摆幅大 0 至 Vcc 1 5V 参数 输入偏置电流 45 nA 输入失调电流 50 nA 输入失调电压 2 9mV 输入共模电压最大值 VCC 1 5 V 共模抑制比 80dB 电源抑制比 100dB 引脚图如图引脚图如图 3 1 3 所示 所示 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 11 图 3 1 3 光敏电阻 光敏电阻 光敏电阻器 photovaristor 又叫光感电阻 是利用半导体的光电效应制成的一 种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器 入射光强 电阻减小 入射光弱 电阻增 大 光敏电阻器一般用于光的测量 光的控制和光电转换 将光的变化转换为电的变 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 12 化 常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器 它是由半导体材料制成的 光敏电阻器的 阻值随入射光线 可见光 的强弱变化而变化 在黑暗条件下 它的阻值 暗阻 可 达 1 10M 欧 在强光条件 100LX 下 它阻值 亮阻 仅有几百至数千欧姆 光敏电 阻器对光的敏感性 即光谱特性 与人眼对可见光 0 4 0 76 m 的响应很接近 只 要人眼可感受的光 都会引起它的阻值变化 设计光控电路时 都用白炽灯泡泡 小 电珠 光线或自然光线作控制光源 使设计大为简化 光敏电阻的工作原理 光敏电阻的工作原理是基于内光电效应 在半导体光敏材 料两端装上电极引线 将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻 为了增加灵 敏度 两电极常做成梳状 用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物 硒化物和 碲化物等半导体 通常采用涂敷 喷涂 烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电 阻体及梳状欧姆电极 接出引线 封装在具有透光镜的密封壳体内 以免受潮影响其 灵敏度 在黑暗环境里 它的电阻值很高 当受到光照时 只要光子能量大于半导体 材料的禁带宽度 则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带 并在价带中 产生一个带正电荷的空穴 这种由光照产生的电子 空穴对了半导体材料中载流子的 数目 使其电阻率变小 从而造成光敏电阻阻值下降 光照愈强 阻值愈低 入射光 消失后 由光子激发产生的电子 空穴对将复合 光敏电阻的阻值也就恢复原值 在 光敏电阻两端的金属电极加上电压 其中便有电流通过 受到波长的光线照射时 电 流就会随光强的而变大 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 也加交流电压 半导体的导电能力取决于半导体导带内 载流子数目的多少 光敏电阻光敏电阻的特性 一一 温度特性温度特性 光敏电阻和其他半导体器件一样 受温度影响较大 当温度升高时 它的暗电阻会下降 温度的变化对光谱特性也有很大影响 因此 有时为了提高灵敏 度 或为了能接受远红外光而采取降温措施 见图 3 1 4 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 13 图 3 1 4 二二 伏安特性伏安特性 伏安特性在一定照度下 流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压 的关系称为光敏电阻的伏安特性 图 3 5 为硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线 由图可 见 光敏硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线电阻在一定的电压范围内 其 I U 曲线为直 线 说明其阻值与入射光量有关 而与电压 电流无关 图 3 5 硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线图 三三 光谱特性光谱特性 光谱特性光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光谱特性 亦称为光谱响应 图 3 6 为几种不同材料光敏电阻的光谱特性 对应于不同波长 光敏电阻的灵敏度是不同的 从图中可见硫化镉光敏电阻的光谱响应的峰值在可见光 区域 常被用作光度量测量 照度计 的探头 而硫化铅光敏电阻响应于近红外和中 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 14 红外区 常用做火焰探测器的探头 图 3 6 光敏电阻的光谱特性 3 23 2 时钟信号测量电路的设计时钟信号测量电路的设计 时钟信号测量电路如图 3 2 1 所示 图 3 2 1 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 15 时钟信号测量电路主要由时钟芯片 DS1302DS1302 和晶振晶振组成 通过按键对时钟芯片进行 时间设置从而去控制路灯的开关时间 由 2 个电容和晶振构成的晶振电路在整个系统 工作时起起振作用 DS1302 与 CPU 的连接仅需要三条线 即 SCLK 7 I O 6 RST 5 DS1302 与 CPU 连接的电路原理图 3 2 1 所示 Vcc2 在单电源与电池供电的系统中提供低电源并 提供低功率的电池备份 Vcc2 在双电源系统中提供主电源 在这种运用方式下 Vcc1 连接到备份电源 以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 两者中的较大者供电 当 Vcc2 大于 Vcc1 0 2V 时 Vcc2 给 DS1302 供 电 当 Vcc2 小于 Vcc1 时 DS1302 由 Vcc1 供电 DS1302DS1302 时钟芯片是该电路最主要的器件 现在流行的串行时钟电路很多 如 DS1302 DS1307 PCF8485 等 这些电路的接口简单 价格低廉 使用方便 被广泛 地采用 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片 内含有一个实时时钟 日历和 31 字节静态 RAM 通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟 日历电路 提供秒分时 日日期 月年的信息 每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过 AM PM 指示 决定采用 24 或 12 小时格式 DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行 通信 仅需用到三个口线 1 RES 复位 2 I O 数据线 3 SCLK 串行时钟 时钟 RAM 的读 写数据以一个字节或多达 31 个字节的字符组方式通信 DS1302 工作时功耗很低 保 持数据和时钟信息时功率小于 1mW DS1302 是由 DS1202 改进而来 增加了以下的特性 双电源管脚用于主电源和备份电源供应 Vcc1 为可编程涓流充电电源附加七个字节存储 器 它广泛应用于电话传真便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域 一一 DS1302DS1302 的结构及其引脚功能 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 16 DS1302 的结构 DS1302DS1302 的引脚功能 X1 X2 32 768KHz 晶振管脚 GND 地 RST 复位脚 I O 数据输入 输出引脚 SCLK 串行时钟 Vcc1 Vcc2 电源供电管脚 二二 1 1 DS1302DS1302 的控制字 DS1302 的控制字如图 3 2 2 所示 控制字节的最高有效位 位 7 必须是逻辑 1 如果它为 0 则不能把数据写入 DS1302 中 位 6 如果为 0 则表示存取日历时钟数据 为 1 表示存取 RAM 数据 位 5 至位 1 指示操作单元的地址 最低有效位 位 0 如为 0 表示 要进行写操作 为 1 表示进行读操作 控制字节总是从最低位开始输出 图 3 2 2 2 2 DS1302DS1302 的数据输出口 I O 在控制指令字输入后的下一个 SCLK 时钟的上升沿时 数据被写入 DS1302 数据输 入从低位即位 0 开始 同样 在紧跟 8 位的控制指令字后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿 读出 DS1302 的数据 读出数据时从低位 0 位到高位 7 3 3 DS1302DS1302 的寄存器 DS1302 有 12 个寄存器 其中有 7 个寄存器与日历 时钟相关 存放的数据位为 BCD 码形式 其日历 时间寄存器及其控制字见表 1 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 17 此外 DS1302 还有年份寄存器 控制寄存器 充电寄存器 时钟突发寄存器及与 RAM 相关的寄存器等 时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器 内容 DS1302 与 RAM 相关的寄存器分为两类 一类是单个 RAM 单元 共 31 个 每个 单元组态为一个 8 位的字节 其命令控制字为 C0H FDH 其中奇数为读操作 偶数为 写操作 另一类为突发方式下的 RAM 寄存器 此方式下可一次性读写所有的 RAM 的 31 个字节 命令控制字为 FEH 写 FFH 读 DS1302DS1302 的内部寄存器 CH 时钟停止位 存器 2 的第 7 位 12 24 小时标志 CH 0 振荡器工作允许 bit7 1 12 小时模式 CH 1 振荡器停止 bit7 0 24 小时模式 WP 写保护位 寄存器 2 的第 5 位 AM PM 定义 WP 0 寄存器数据能够写入 AP 1 下午模式 WP 1 寄存器数据不能写入 AP 0 上午模式 TCS 涓流充电选择 DS 二极管选择位 TCS 1010 使能涓流充电 DS 01 选择一个二极管 TCS 其它 禁止涓流充电 DS 10 选择两个二极管 DS 00 或 11 即使 TCS 1010 充电功能也被禁止 3 33 3 单片机控制部分单片机控制部分 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 18 3 3 13 3 1AT89S52AT89S52 的介绍 AT89S52 是一个低功耗 高性能 CMOS 8 位单片机 片内含 8k Bytes ISP In system programmable 的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存储技术制造 兼容标准 MCS 51 指令系统及 80C51 引 脚结构 芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元 功能强大的微型 计算机的 AT89S52 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案 AT89S52 具有如下特点 40 个引脚 8k Bytes Flash 片内程序存储器 256 bytes 的随机存取数据存储器 RAM 32 个外部双向输入 输出 I O 口 5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断 2 个 16 位可编程定时计数器 2 个 全双工串行通信口 看门狗 WDT 电路 片内时钟振荡器 AT89S52 的引脚图如图 3 2 1 1 所示 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 19 图 3 2 1 1 AT89S52 的引脚介绍 外部拉低的引脚由于内部电阻的原因 将输出电流 IIL 此外 P1 0 和 P1 2 分别作定时器 计数器 2 的外部计数输入 P1 0 T2 和时器 计数 器 2 的触发输入 P1 1 T2EX 在 flash 编程和校验时 P1 口接收低 8 位地址字节 引脚号第二功能 P1 0 T2 定时器 计数器 T2 的外部计数输入 时钟输出 P1 1 T2EX 定时器 计数器 T2 的捕捉 重载触发信号和方向控制 P1 5 MOSI 在系统编程用 P1 6 MISO 在系统编程用 P1 7 SCK 在系统编程用 P2 口 P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 输出缓冲器能驱 动 4 个 TTL 逻辑电平 对 P2 端口写 1 时 内部上拉电阻把端口拉高 此时可以作 为输入口使用 作为输入使用时 被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因 将输出电 流 IIL 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器 例如执行 MOVX DPTR 时 P2 口送出高八位地址 在这种应用中 P2 口使用很强的内部上拉发送 1 在使用 8 位地址 如 MOVX RI 访问外部数据存储器时 P2 口输出 P2 锁存器的内 容 在 flash 编程和校验时 P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号 P3 口 P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 p2 输出缓冲器能驱 动 4 个 TTL 逻辑电平 对 P3 端口写 1 时 内部上拉电阻把端口拉高 此时可以作 为输入口使用 作为输入使用时 被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因 将输出电 流 IIL P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能 第二功能 使用 如下表所示 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 20 在 flash 编程和校验时 P3 口也接收一些控制信号 引脚号第二功能 P3 0 RXD 串行输入 P3 1 TXD 串行输出 P3 2 INT0 外部中断 0 P3 3 INT0 外部中断 0 P3 4 T0 定时器 0 外部输入 P3 5 T1 定时器 1 外部输入 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 RD 外部数据存储器写选通 RST 复位输入 晶振工作时 RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位 看门狗计时完成后 RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平 特殊寄存器 AUXR 地址 8EH 上的 DISRTO 位可以使此功能无效 DISRTO 默认状态下 复位高电平有效 ALE PROG 地址锁存控制信号 ALE 是访问外部程序存储器时 锁存低 8 位地址 的输出脉冲 在 flash 编程时 此引脚 PROG 也用作编程输入脉冲 在一般情况下 ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲 可用来作为外部定时 器或时钟使用 然而 特别强调 在每次访问外部数据存储器时 ALE 脉冲将会跳过 如果需要 通过将地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位置 1 ALE 操作将无效 这一位置 1 ALE 仅在执行 MOVX 或 MOVC 指令时有效 否则 ALE 将被微弱拉高 这个 ALE 使能标 志位 地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位 的设置对微控制器处于外部执行模式下无效 PSEN 外部程序存储器选通信号 PSEN 是外部程序存储器选通信号 当 AT89S52 从外部程序存储器执行外部代码时 PSEN 在每个机器周期被激活两次 而在访问外部数据存储器时 PSEN 将不被激活 EA VPP 访问外部程序存储器控制信号 为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储 器读取指令 EA 必须接 GND 为了执行内部程序指令 EA 应该接 VCC 在 flash 编程期间 EA 也接收 12 伏 VPP 电压 XTAL1 振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端 XTAL2 振荡器反相放大器的输出端 AT89S52 的存储器结构 MCS 51 器件有单独的程序存储器和数据存储器 外部程序存储器和数据存储器都 可以 64K 寻址 程序存储器 如果 EA 引脚接地 程序读取只从外部存储器开始 对于 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 21 89S52 如果 EA 接 VCC 程序读写先从内部存储器 地址为 0000H 1FFFH 开始 接 着从外部寻址 寻址地址为 2000H FFFFH 数据存储器 AT89S52 有 256 字节片内数据存储器 高 128 字节与特殊功能寄存 器重叠 也就是说高 128 字节与特殊功能寄存器有相同的地址 而物理上是分开的 当一条指令访问高于 7FH 的地址时 寻址方式决定 CPU 访问高 128 字节 RAM 还 是特殊功能寄存器空间 直接寻址方式访问特殊功能寄存器 SFR 3 3 23 3 2复位电路的设计复位电路的设计 复位电路的设计如图复位电路的设计如图 3 3 2 1 所示 所示 图图 3 3 2 1 复位电路复位电路 主要由按键电解电容 和电阻构成 当按下按键时 9 号脚会产生一个 高电平送入 RST 端 产生复位信 从而达到复位的作用 3 3 33 3 3晶振电路的设计晶振电路的设计 晶振电路的设计如图晶振电路的设计如图 3 3 2 2 所示 所示 图图 3 3 2 2 晶振电路 晶振电路 主要由 32 768 的晶振和电容组成 单片机工作时能产生振荡 其特点 是固有频率十分稳定 而且震动具有多谐性 除了其频震动外还有奇次谐波泛音震动 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 22 性能上 晶振的品质因素 Q 和特性阻抗都非常高 而且接入系数很小 因此具有很高 的频率稳定度 3 43 4 显示电路的设计显示电路的设计 显示电路显示电路的设计如图 3 4 1 所示 显示电路显示电路主要由数码管 驱动器 SN7407 和二极管 三极管 LED 显示灯 4 7K 排阻等组成 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 23 图 3 4 1 在本设计中 显示电路用到的元件很多 二极管 三极管 电阻 数码管的原理 和作用都很普通 在这我就不一一介绍 在这里我重点介绍一下 SN7407 SN7407 如图 3 4 2 所示 图 3 4 2 LED 的驱动问题是显示设计中的一个非常重要的环节 如果在电路中没有驱动或驱 动过低 就会导致液晶数码管显示不够亮 SN7407 能够改善这一缺点 它能够提供稳 定的恒流源输出 保证数码管的驱动 本课题设计了 2 路 LED 路灯 分别接 AT89S52 单片机 P2 0 P2 1 口 2 路都用 4 个 LED 灯并联模拟 一个灯分别连接一个三极管 三极管基极 发射极分别连一个电 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 24 阻 电阻做限流作用 如图所示当 P2 1 口为高电平时 三极管 Q1 Q2 Q3 Q4 导通 驱动灯亮 当 P2 1 为低电平时 三极管 Q1 Q2 Q3 Q4 截止 达到断开作用 灯不亮 第四章第四章 路灯控制器的软件设计路灯控制器的软件设计 4 14 1 KeilKeil C C 软件的介绍软件的介绍 单片机开发中除必要的硬件外 同样离不开软件 我们写的汇编语言源程序要变 为 CPU 可以执行的机器码有两种方法 一种是手工汇编 另一种是机器汇编 目前己 极少使用手工汇编的方法了 机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码 用于 MCS 51 单机的汇编软件有早期的 A51 随着单片机开发技术的不断发展 从普遍使用汇编 语言到逐渐使用高级语言开发 单片机的开发软件也在不断发展 Keil 软件是目前最 流行开发 MCS 51 系列单片机的软件 这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持 Kei1 即可看出 Keil 提供了包括 C 编译器 宏汇编 连接器 库管理和一个功能强大 的仿真调试器等在内的完整开发方案 通过一个集成开发环境 uVision 将这些部份 组合在一起 运行 Keil 软件需要 Pentium 或以上的 CPU 16MB 或更多 RAM 20M 以 上空闲的硬盘空间 WIN98 NT WIN2000 WINXP 等操作系统 掌握这一软件的使用对 于使用 51 系列单片机的爱好者来说是十分必要的 如果你使用 C 语言编程 那么 Keil 几乎就是你的不二之选 即使不使用 C 语言而仅用汇编语言编程 其方便易用的集成 环境 强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍 一 一 Keil 工程文件的建立 设置与目标文件的获得 首先启动 Keil 软件的集成开发环境 UVison 启动后 程序窗口的左边有一个工程 管理窗口 该窗口有 3 个标签 分别是 Files Regs 和 Books 这三个标签页分别显示 当前项目的文件结构 CPU 的寄存器及部分特殊功能寄存器的值 调试时才出现 和所选 CPU 的附加说明文件 如果是第一次启动 Keil 那么这三个标签页全是空的 二 二 源文件的建立源文件的建立 使用菜单 File New 或者点击工具栏的新建文件按钮 即可在项目窗口的右侧 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 25 打开一个新的文本编缉窗口 在该窗口中输入源程序 保存文件 注意必须加上扩展名 汇编语言源程序一般用 asm 或 a51 为扩展名 需要说明的是 源文件就是一般的文本文件 不一定使用 Keil 软件编写 可以使 用任意文本编缉器编写 而且 Keil 的编缉器对汉字的支持不好 建议使用 U1traEdit 之类的编缉软件进行源程序的输入 1 1 建立工程文件 建立工程文件 在项目开发中 并不是仅有一个源程序就行了 还要为这个项目选择 CPU Keil 支 持数百种 CPU 而这些 CPU 的特性并不完全相同 确定编译 汇编 连接的参数 指 定调试的方式 有一些项目还会有多个文件组成等 为管理和使用方便 Keil 使用工 程 Project 这一概念 将这些参数设置和所需的所有文件都加在一个工程中 只能对 工程而不能对单一的源程序进行编译 汇编 和连接等操作 点击 Project New Project 菜单 出现一个对话框 要求给将要建立的工 程起一个名字 可以在编缉框中输入一个名字 设为 examl 不需要扩展名 点击 保 存 按钮 出现第二个对话框 这个对话框要求选择目标 CPU 即你所用芯片的型号 Keil 支持的 CPU 很多 我们选择 Atmel 公司的 89C51 芯片 点击 ATMEL 前 ICI 的 号 展开该层 点击其中的 89C51 然后再点击 确定 按钮 回到主界面 此时 在 工程窗口的文件页中 出现了 Target1 前面有 号 点击 号展开 可以 看到下一层的 Source Groupl 这时的工程还是一个空的工程 里面什么文件也没 有 需要手动把刚才编写好的源程序加入 点击 Source Groupl 使其反白显示 然 后 点击鼠标右键 出现一个下拉菜单 选中其中的 Add file toGroup Source Groupl 出现一个对话框 要求寻找源文件 注意 该对话框下面的 文件类型 默 认为 C source file c 也就是以 C 为扩展名的文件 而我们的文件是以 asm 为扩 展名的 所以在列表框中找不到 examl asm 要将文件类型改掉 点击对话框中 文件 类型 后的下拉列表 找到并选中 Asm Source File a51 asm 这样 在列表 框中就可以找到 examl asm 文件了 双击 exam l rim 文件 将文件加入项目 注意 在文件加入项目后 该对话框 并不消失 等待继续加入其它文件 但初学时常会误认为操作没有成功而再次双击同 一文件 这时会出现一对话框 提示你所选文件己在列表中 此时应点击 确定 返 回前一对话框 然后点击 Close 即可返回主界面 返回后 点击 SourceGroup 1 前的加号 会发现 exam l asm 文件己在其中 双击文件名 即打开该源程序 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 26 三 工程的详细设置 工程建立好以后 还要对工程进行进一步的设置 以满足要求 首先点击左边 Project 窗口的 Target 1 然后使用菜单 Project Option for target targetl 即出现对工程设置的对话框 这个对话框可谓非常复杂 共有 8 个页面 要全部搞清可不容易 好在绝大部份设置项取默认值就行了 我们主要设置对话框中的 Tayet 页面 Xtal 后面的数值是晶振频率值 默认值是 所选目标 CPU 的最高可用频率值 对于我们所选的 AT89C51 而言是 24M 该数值与最终 产生的目标代码无关 仅用于软件模拟调试时显示程序执行时间 正确设置该数值可 使显示时间与实际所用时间一致 一般将其设置成与硬件所用晶振频率相同 如果没 必要了解程序执行的时间 也可以不设 这里设置为 12 设置完成后按确认返回主界 面 工程文件建立 设置完毕 四 编译与连接 在设置好工程后 即可进行编译 连接 选择菜单 Project Build target 对当 前工程进行连接 如果当前文件己修改 软件会先对该文件进行编译 然后再连接以产 生目标代码 如果选择 Rebuild All target files 将会对当前工程中的所有文件重新 进行编译然后再连接 确保最终生产的目标代码是最新的 而 Translate 项则仅对 该文件进行编译 不进行连接 以上操作也可以通过工具栏按钮直接进行 编译过程中的信息将出现在输出窗 口中的 Build 页中 如果源程序中有语法错误 会有错误报告出现 双击该行 可以定 位到出错的位置 对源程序反复修改之后 最终会得到如图 4 1 所示的结果 提示获得 了名为 examl hex 的文件 该文件即可被编程器读入并写到芯片中 同时还产生了一些 其它相关的文件 可被用于 Keil 的仿真与调试 这时可以进入下一步调试的工作 图 4 1 正确编译 连接之后的结果 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 27 4 24 2 路灯控制器软件路灯控制器软件设计所需要实现的功能设计所需要实现的功能 一 能够根据光照强度从而去路灯的开启与关闭 天气的光照强度弱时路灯自动 开启 光照强度强时路灯自动关闭 二 在夜晚 12 点的时候路上行人很少 为避免不必要的资源浪费 12 过后采取路 灯间隔开关的方式来节省资源 三 随着季节的不同变化 天气的不同 路灯控制器会自动改变路灯开启 关闭的 时间 比如夏季开灯晚 关灯早 冬季开灯早 关灯晚 这样就能节约很多电能 具体软件设计功能见图 4 1 1 读 DS1302 开 始 6 00 00 0000 00 6 00 间隔点亮 光照信号 0 路灯不亮 路灯全亮 NY 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 28 路灯定时开关 午夜 12 点间隔 开关 天气暗时开 单片机系统 图 4 1 1 4 4 3 3 路灯控制器设计流程图 路灯控制器设计流程图 单片机 AT89S52 对时钟芯片 DS1302 的控制需要通过程序驱动来实现 程序主要完 成两个方面的任务 利用单片机实现对 DS1302 寄存器的地址定义和控制字的写入 实现对 DS1302 的数据读取 路灯控制器的软件主流程图如图 4 2 1 所示 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 29 图 4 2 1 由图由图 4 2 1 可知 可知 程序开始运行时先判断电缆信号 GXH 是否为 0 若为 0 则关闭 所有路灯 反之 打开所有路灯 同时判断时钟信号是否是 00 00 以后 是则间隔关闭 路灯 不是则保持原来路灯的点亮状态 接着判断天气是否暗 若暗 则点亮路灯 开 始 系统初始化 变量 时钟芯片 GXH 0 00 00 6 00 关闭路灯 Y 间隔点亮 N 路灯不亮 点亮路灯 正常点亮 Y N N Y 天气暗 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 30 第五章第五章 路灯控制系统的调试路灯控制系统的调试 5 15 1 电路调试电路调试 在此设计中 电路调试包括硬件调试和软件调试 5 1 15 1 1硬件调试硬件调试 电路焊接完成之后 就要进行硬件电路的调试 在做本次设计的过程中 遇到了 一些故障并作了相应的排除 一 一 避免电路板虚焊 电路板的虚焊会导致电路不通 不能实现所需要的功能 二 二 要用电压表对数码管的每个脚进行识别 识别每个脚所控制的哪一位 以便 进行与单片机的连线 三 三 在系统上电之前先检查芯片的电源线是否与接进电源口的电源线相连 芯片 的接地线是否与电源的地线相连 并确认没有出现电源线与地线短接的情况 然后给 整个系统上电 检查各个芯片上的电源电压是否符合要求 如果出现芯片异常发热的 情况 就必须立刻切断电源 重新检查电路 直至完全达到要求为止 5 1 25 1 2软件调试软件调试 在硬件电路完成之后 就要根据所需实现的功能去进行编程 首先要对各个芯片 的引脚进行定义 在对每个模块所要实现的功能编写相应的主程序和子程序 在这里 我们要用到 KEIL 软件环境下进行编程 编写好程序后要检查其是否有语法错误或者其 它的错误 如有错误要进行改正 直到正确为止 再把编写好的程序烧到 AT89S52 芯 片中 运行看是否能实现相应的功能 可以通过改变程序中的对硬件电路的某个设置来确定电路是否正常 例如改变定 时的时间等等 经调试各个部分运行正常 这样整个电路接上电源就能脱机进行工作了 我们也 就完成了个毕业设计 扬州大学广陵学院本科生毕业设计 论文 31 5 25 2调试过程中出现的问题和解决方法调试过程中出现的问题和解决方法 在做此设计的过程中 硬件和软件部分都出现了相应的问题 硬件部分 硬件部分 一一 系统上电之后 数码管没有显示 解决方法 数码管没有显示有可能是程序或数码管本身有问题 但最有可能的是 电源接口部分出现问题 用万用表测量了下接口的电源线和地线的电压 发现其电压 很小 说明没有足够的电压供数码管显示 查看硬件电路发现其他芯片的电源线没有 与电源口的电源线相连 二二 在电路断电后再插上电源数码管不显示现在的准确时间 总是显示设定的初始时 间 解决方法 在直流电源不供电的情况下芯片 DS1302 不能正常工作 只有 2 个原因 芯片 DS1302 损坏 充电电池没有给其供电 经过检查发现充电电池的正极引脚与电路 中全部芯片的电源引脚相连 消耗大部分电源 不能供 DS1302 工作 软件部分 软件部分 一一 数码管的显示不正常 解决方法 数码管显示不正