基于双传感器的太阳光线入射角测量记录仪设计论文

郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）题目基于双传感器的太阳光线入射角测量仪设计学生姓名专业班级学号院（系）电气信息工程学院指导教师完成时间郑州轻工业学院毕业设计（论文）任务书题目基于双传感器的太阳光线入射角测量记录仪设计专业电子信息工程学号姓名一、主要内容两个传感器的光强检测结果可以综合反映光线的入射角，本设计要求记录一天内太阳入射角度的时间变化规律。二、基本要求1、用四个同特性的光电池构成两对垂直受光体，这两对受光体也相互垂直，分别测量太阳入射的高度角和方位角，5分钟为测量周期，测量并记录结果，方位角记录范围为0180度，高度角为090度；2、设计相关的测试系统框图；3、设计以单片机为核心的硬件电路；4、设计单片机软件流程图和程序；6、撰写设计报告。三、主要参考资料1、王庆有编著，光电传感器应用技术，机械工业出版社2、单片机类教材3、电子技术类教材4、有关光电器件的产品数据手册5、周朕等，“硅光电池特性研究”，实验室研究与探索完成期限指导教师签章专业负责人签章基于双传感器的太阳光线入射角测量记录仪设计摘要本论文提出了一种太阳角度测量方法,即采用太阳位置光电传感器实时检测太阳位置偏差信号,通过特定的电路进行信号处理后再经过模数转换输入单片机,经过单片机再进行进一步的处理得到反馈的太阳位置角度。论文首先设计并制造了一种基于太阳位置测量宽范围并且稳定性好的太阳位置传感器,在此基础上设计了基于单片机的外围硬件电路和软件设计,并且能记录太阳光线的实时角度，完成了软件编程和系统调试工作。关键词太阳角度光电传感器单片机THESUNSRAYSINCIDENTANGLEMEASUREMENTDATARECORDERBASEDONDOUBLEREFLECTORDESIGNABSTRACTTHISPAPERPUTSFORWARDAKINDOFTHESUNANGLEMEASUREMENTMETHOD,WHICHADOPTSTHESUNPOSITIONPHOTOELECTRICSENSORREALTIMEDETECTIONPOSITIONDEVIATIONSIGNAL,THROUGHTHESPECIFICCIRCUITSIGNALPROCESSINGBEFORETHEADCINPUTSCM,THROUGHSINGLECHIPMICROCOMPUTERTOGETFEEDBACKFORFURTHERPROCESSINGTHEPOSITIONOFTHESUNANGLETHESISFIRSTDESIGNEDANDMANUFACTUREDAKINDOFBASEDONTHESUNPOSITIONMEASURINGWIDERANGEANDSTABILITYGOODPOSITIONSENSOR,ONTHEBASISOFTHEDESIGNBASEDONMCUPERIPHERALHARDWARECIRCUITANDSOFTWAREDESIGN,ANDCANRECORDTHEREALTIMEANGLEOFTHESUNSRAYS,COMPLETEDTHESOFTWAREPROGRAMMINGANDSYSTEMDEBUGGINGKEYWORDSTHESUNANGLEPHOTOELECTRICSENSORSINGLECHIP目录中文摘要I英文摘要II1绪论111课题研究背景112课题研究的目的和意义213设计的主要内容和任务32设计方案选择321方案拟定322方案选择33硬件电路的设计431光电传感器总体设计4311传感器介绍4312光敏元件选择5313光电池的工作原理6314光电池特性7315结构设计与算法832模拟信号电路1033A/D转换模块12331ADC0809的内部逻辑结构12332ADC0809引脚结构12333ADC0809应用说明1434单片机模块15341主要特性15342管脚说明15343单片机时钟电路18344单片机复位电路1835数码管显示模块184系统软件设计195设计总结20致谢20参考文献22附录241绪论11课题研究背景人类主要能源有煤、石油、天然气等矿物燃料,它们是人类生产、生活的主要依赖能源,我们平时生活中随处可见其产物,不可或缺。但是这些不可再生能源是经过几十万年的自然力的作用产生并储存在地层中,用完就不复存在的。然而随着经济迅猛发展以及人口的急剧增多,人类对能源的需求也增多,传统能源将很快会被耗尽。根据2004年BP能源统计,2003年世界一次能源消费量已达到974亿吨油当量,世界能源消费量在过去30年中年均增长率为18左右。预计,2010年世界能源需求量将达到10599亿吨油当量,2025年达到13650亿吨油当量,年均增长率为12。能源问题始于上世纪70年代就己经被提出来了。1973年的石油危机爆发使得全球能源价格飞涨,“开源节流”被提上日程21世纪以来,能源问题日益突出。据有关资料显示石油储量大约在2050年宣告枯竭,天然气资源能用六十年,煤炭资源也只能用两百多年。太阳能是由太阳内部或者太阳表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生出来的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1367W/可,而地球赤道的周长约为40000LAM,从而可以计算出,地球上获得的太阳能量可达173000TW。地球内部组织因热核反应聚合成氦,它的寿命约为50亿年根据目前太阳产生核能的速率估算,其中氢的储量足够维持600亿年,因此,可以说太阳的能量是取之不尽、用之不竭的。太阳总辐射能量大约是375、1护7KW,而地球上每年接受的太阳能量约为168、1034卡/年或151XL08度的电力,这个能量比全世界每年消耗的总能量多3万倍,因此太阳能资源有可能成为解决人类能源短缺的最有效途径。同时,太阳能在地球上分布广泛,具有普遍性,可就地取用,使得各国不会因为能源争夺而发生冲突。太阳能和风能、潮汐能、生物能等都是绿色能源,不会产生污染环境。全球潜在的太阳能资源为25一SOTW131,参考图1一1,而相比较起来,现有全球耗能约为137TW,预测2030年全球耗能为ZI84TW。可见全球潜在的太阳能资源量很大。从现有能源消费结构上看,采暖、空调、以及工农业中低温水所需的能量占总能耗的3040,而能源中的这部分能量可以使用太阳能来代替。太阳能利用除了室内采光、供暖外,还可以被转化为其它形式的能源而被储存用。太阳能转换有多种途径。其基本利用方式为光热利用,太阳能发电,光化学利用,光生物利用等。光电跟踪原理是使用光电传感器作为探测元件,实时探测太阳位置并将信号送达核心处理芯片进行处理后来完成对太阳位置的探测和跟踪。当太阳位置变化时,这些传感器元件会得到不同的输出结果,根据这样的变化情况就可以知道太阳的变化情况或者知道太阳具体的偏差位置。有些系统直接使用太阳能接收器作为传感元件,比如太阳能电池板。这些系统的工作原理是先给定一个方向让转动轴转动,如果太阳能电池板上的输出增高,说明太阳在这这个方向上,则相应电机继续转动下去反之如果输出降低,说明太阳在相反方向,则控制相应电机反转。这样的系统简单,但是稳定性差,跟踪精度低,跟踪响应慢。其它的系统都是采用单独的光电传感器来检测太阳位置,这些传感器采用不同的光感元件,有光电二极管、光电三极管、光电池、光敏电阻等。其中光电管和光敏电阻都是点元件,仅能判断太阳的大体方位,无法进行量上的判断,更无法进行精确的跟踪。即使把他们做成面元件也是成本高或者性能差。所以光电池的应用相对较多。光电跟踪方式的优点很多,在国内外受到高度的关注。一方面,这种跟踪方式属于闭环控制方式,可以时刻检测太阳位置,对系统的初始安装精度要求较低,不会受到累积误差的影响另一方面,这种传感器信号少,运算处理简单,普通的单片机即可完成信号处理及运动控制,使得系统的成本降低。12课题研究的目的和意义众所周知,太阳能是一种储量极为丰富而且清洁无污染的可再生能源,一旦太阳能成为可以被广泛利用的能源,它将极大的缓解人类的能源危机,改善人居环境,推动人类社会的重大进步。我国是以煤炭为主的能源消费大国,占世界煤炭消费量的27,我国二氧化碳的排放量也仅次于美国而居世界第二位。因此,用新的可再生能源代替化石能源具有非常重大的意义。太阳能是理想的替代能源之一,太阳能的开发利用是解决能源短缺问题、实现可持续发展的有效途径之一。但是,由于太阳能的能量密度小,光照过程不连续,使太阳能的利用有着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题,由此对太阳能的收集和利用提出了更高的要求,阻碍了太阳能的广泛性和普适性应用,当前太阳能仍然作为传统能源利用的辅助性能源。对于目前大型光伏电站的设计,特别是在国内,很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的,存在余弦效应的影响,无法保证太阳光的垂直照射,光伏电池不能充分利用太阳能资源,使其发电效率低下。研究表明跟踪系统应用到平板光伏发电阵列,可以比固定模式提高33的效率。而对于高聚焦比的系统能够提高大约28的效率。若采用跟踪系统虽增加了建设成本但获得的效益是相当可观的。尤其对聚光发电和集热类的系统,为了降低了系统成本或者获得中高温热利用采用跟踪技术是势在必行的,因此,研究太阳跟踪技术是有重要意义的。13设计的主要内容和任务采用太阳位置光电传感器实时检测太阳位置偏差信号,通过特定的电路进行信号处理后再经过模数转换输入单片机,经过单片机再进行进一步的处理得到反馈的太阳位置角度。论文首先设计并制造了一种基于太阳位置测量宽范围并且稳定性好的太阳位置传感器,在此基础上设计了基于单片机的外围硬件电路和软件设计,并且能记录太阳光线的实时角度，完成了软件编程和系统调试工作。2设计方案选择21方案拟定方案一本方案是由检测电路、放大电路、AT89C51单片机、时钟电路、A/D转换电路等主要模块组成。传感器部分采用硅光电池，将光信号变换成电信号、经过A/D转换将其转化为离散的数字信号。控制电路以单片机为核心，能够采集数字信号进行计算得出角度并显示在数码管上。方案二本方案用以单片机STC12C5A60S2为核心，光强度检测模块、时钟模块、和液晶显示等主要模块组成。传感器采用光敏电阻，STC12C5A60S2单片机自带10位A/D，能够识别模拟信号，控制电路以单片机为核心，能够对采集的模拟信号进行处理和判断。22方案选择比较以上两方案可知，系统的工作原理是一致的，都是通过传感器采集太阳光并间接或直接将其转化成单片机能够识别的信号，通过单片机处理信号并进行判断。所不同的是采用元器件差异，但从单片机方面考虑，方案一所使用的传统单片机方案二使用的系列成本低，根据实际情况方案一的元器件基本都是简单上手的器件，运用起来比较灵活，原理简单容易理解方便写程序代码。综合考虑，最后确定选择方案一。系统组成及工作原理以单片机为控制核心，采用光强度检测电路测量，以光电池传感器为测量元件，构成光电测量模块。该系统可分为电源模块电路，光电测量电路，时钟电路，放大电路，单片机，A/D转换电路，数码管显示电路等。系统设计框图如图21图21系统设计框图图21系统设计框图3硬件电路的设计31光电传感器总体设计311传感器介绍国标GB7665一87中定义的传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用信号的器件或装置,它通常由敏感元件和转换元件组成。传感器是一种检测装置或器件,能够感受到被测量的信息,并能将其按一定规律变换成为电信号或者其他所需形式的信号进行输出,以能满足信息的传输、处理、存储、光源光电传感器放大电路A/D转换单片机控制模块显示记录和控制等要求。传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的种类很多,分类形式也不一样,通常按照外界信息及变换效应将传感器分为三大类物理传感器、化学传感器、生物传感器。物理传感器是基于力、热、光、电、磁和声等物理效应,化学传感器是基于化学反应的原理,生物传感器是基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。其核心元件基本可以分为热敏元件、光敏元件、力敏元件、气敏元件、磁敏元件、声敏元件、湿敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。312光敏元件选择光传感器是最常见的传感器之一,是以光电器件作为转换元件的传感器,可以直接检测光量的变化,也可以用来检测引起光量变化的其它非电量如零件直径、应变、位移、速度等。光传感器可以检测光的变化,作为探测元件组成其他传感器又可以对许多非电量进行检测,只需要将这些非电量变化转换为光信号的变化即可。光传感器的特点有非接触、响应快、性能可靠等。目前光传感器是使用最多、应用最广的传感器之一,它在自动控制和检测技术中占有非常重要的地位。光传感器经常利用的效应是半导体的光导效应、光生伏特效应或者光电效应。光导效应的代表是光敏电阻,其电阻值受光照情况不同发生变化。光生伏特效应光照射下半导体的P一N结处产生电压或电流,这类元件有光敏二极管、光敏三极管等。光电效应指的是光照射情况下物质内电子获得能量进而飞离物质产生电流,这类元件有光电管、光电倍增管等。光敏电阻又称为光导管,是由半导体材料制成。常见的是硫化福材料制成,也有硫化铝、硫化铅、硒化福等材料制成的。光敏电阻可以在交、直流电压正式作,阻值在无光照时是兆欧级的,在有光照时变的很小,使得电路中的电流值变化,便可以计算出来光线强弱变化情况。光敏二极管又称为光电二极管,它与一般的半导体二极管在结构上是类似的,具有P一N结结构又具有光电转化功能,故称为P一N结光电二极管。它的PN结也是具有单向导电性,因此在电路中工作时一般加上反向电压。没有光照时反射电阻很大,电路中仅有很小的反向暗电流。当有光照时在反向电压的作用下,反向饱合漏电流增加形成光电流。光照越大,光电流就越大。光敏三极管是具有NPN或PNP结构的半导体管,与普通三极管在结构上类似。它的发射结与光敏二极管一样具有光敏特性。光照射在发射结上产生光电流,可以看为基极电流,则集电极的电流是光电流的P倍。可以看到光敏三极管比光敏二极管有更高的灵敏度。电路中,光敏三极管的集电极接正电压,发射极接负电压。光电池基于光生伏特效应,是一种直接将光能转换成电能的有源半导体器件。使用的较多的有硒光电池、硅光电池、砷化稼光电池、锗光电池等,其中硅光电池因为光电转换效率较高、寿命较长、成本较低等优点应用最为普遍。考虑到光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻均为“点光源”的光敏元件,选取硅光电池作为本课题设计的基本光敏元件。硅光电池的输出电流和接收光线总能量成线性关系,当光强增强时电池的输出电流会相应增强。同一时刻光强变化不大时,光电池的输出就和其表面上接收到光照的绝对面积成线性关系。现在有的太阳位置传感器种类很多,隔板式是一种简单的太阳位置传感器,利用左右两边光敏元件感受到的光强不同来判断太阳的位置。当太阳位置在隔板的左侧时,右侧的光线受到遮挡,光敏元件感应信号低于左侧光敏元件,可以判断出来太阳的位置在左侧。光敏元件可以是点光源元件如便宜的光敏二极管、光敏三级管等,也可以是面光源元件如硅光电池。一般直接将两边输出端接到一个比较器的正负输入端,根据比较器输出值的符号就能判断出太阳位置,继而进行跟踪。这种装置结构简单,操作方便,价格低廉,适合中小型成本低的光伏发电系统使用。但是他的缺点也很明显,就是跟踪精度低,且能受到各方向上光线的干扰,使得系统稳定性相对较差。另外一种也比较简单的太阳位置传感器是金字塔式,这种方式虽然没有隔板来遮挡太阳光线,但同样可以产生光敏元件上光线能量的变化。其原理是利用余弦效应,即光线密度不变,则照射到固定面积的硅光电池上的光线是面积乘光线入射角的余弦。根据入射角度的不同,两边的光敏元件接受到不同的光线能量,输入不同的电流值,根据输出可以判断出太阳位置。当太阳向左移动时,相对左边电池的入射角减小,电池输出增多相对右边电池的入射角增加,电池输出降低。可以将信号进行模数转换,进行量上的运算进而算出入射角。313光电池的工作原理根据PN结的特性,由于多数载流子的扩散作用,PN结势全区存在一个较强的内电场,这个内电场的方向是由PN结的N区指到P当入射光照射在PN结面时,能量大于禁带宽度的光子,由于本证吸收在PN结的两边产牛光生电子空穴对。在光照下,P区和N区的光生多数载流子被PN结势傘区内电场阻挡,而光生少数载流子由于内电场的作用,各自向相反的方向运动。电子从PK穿过PN结势全进入N区,而N少数载流子空穴穿过PN结势垒区进入P区,这使得P的积累的空穴越来越多,N区的积累的电子越来越多,最后形成了P端为正N端为负和内电场方向相反的电动势,这就是PN结的光生伏特效应。根据光生伏特效应,光电池上光生少数载流子相反方向的运动产生光生电流IL。结两端积累的光生少数载流子相当于在PN结面加上了正电压V,从而使得PN结势全降低,并产生正向电流IF。在PN结没有加载负载的情况下,正向电流IF和光生电流IL相等,PN结两端建立起来一个稳定的电动势,这个电动势就是光电池的开路电压VOC。当PN结两端接通负载时,光电池就相当于一个电流源,只要光照连续,光电池就会一直产生着电流,这就是光电池的工作原理,图31为光电池工作原理示意图,实心圆表示电子,空心圆表示空穴。图31光电池工作原理示意图314光电池特性图32硅光电池光照特性图33硒光电池在不同负载时的光照特性短路电流曲线是指当光电池两端短路时电流与照度之间的关系称为短路电流曲线。这里短路是指外接负载相对光电池内阻很小时。实验证明，负载电阻越小，曲线线性度越好，线性范围越宽。从短路电流曲线可以看出，短路电流曲线在很大范围内与光照度成线性关系。因此，光电池作为测量元件使用时，一般不做电压源使用，而应作为电流源的形式使用。315结构设计与算法图34光电池传感器结构如图34所示，直角三角形的两条直角边上摆放两个相同型号的光电池A和B，根据光电效应1COS1EKUA2B因为90所以3SIN13/1得到（4）TA1ABKUK为光电池灵敏度，E为光照度。另放一个与图34一样的传感器，A和B在其相反的位置如图35所示BA图35同理得到（5）COS2EKUB（6）INA（6）/（5）得（7）TA2B（4）与（7）两边相乘得，（8）21TNBAU由此算出（9）21ARCTBA得到光线角度432模拟信号放大电路电流信号调理成相对应的合适量程的电压值通常需要运算放大器简称运放,运算放大器分为通用型运放、高阻型运放、低温漂型运放等。LM324系列器件带有差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到30伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“”、“”为两个信号输入端，“V”、“V”为正、负电源端，“VO”为输出端。两个信号输入端中，VI（）为反相输入端，表示运放输出端VO的信号与该输入端的相位相反；VI（）为同相输入端，表示运放输出端VO的信号与该输入端的相位相同。LM324系列由四个独立的，高增益，内部频率补偿运算放大器，其中专为从单电源供电的电压范围经营。从分裂电源的操作也有可能和低电源电流消耗是独立的电源电压的幅度。应用领域包括传感器放大器，直流增益模块和所有传统的运算放大器可以更容易地在单电源系统中实现的电路。例如，可直接操作的LM324系列，这是用来在数字系统中，轻松地将提供所需的接口电路，而无需额外的15V电源标准的5V电源电压。LM324参数1运放类型低功率2放大器数目43带宽12MHZ4针脚数145工作温度范围0CTO70C6封装类型SOIC73DB带宽增益乘积12MHZ8变化斜率05V/S9器件标号32410器件标记LM324AD11增益带宽12MHZ12电源电压最大32V13电源电压最小3V14芯片标号32415表面安装器件表面安装16输入偏移电压最大7MV17运放特点高增益频率补偿运算18额定电源电压15VLM324特点1短路保护输出2真差动输入级3可单电源工作3V32V4低偏置电流最大100MA5每封装含四个运算放大器6具有内部补偿的功能7共模范围扩展到负电源8行业标准的引脚排列9输入端具有静电保护功能这个是最常用的运算放大器1，2，3脚是一组5，6，7脚是一组，8，9，10脚是一组，12，13，14脚是一组，剩下的两个脚是电源，1，7，8，14是各组放大器的输出脚，其它的就是输入脚。至于使用地方，那就是你需要比较器和运算放大器的所有地方你都可以用，只是当你所需要用到运算放大器的地方对运算放大器的性能要求很高的时候那你就得看看LM324是不是满足性能要求了单位增益内部频率补偿大直流电压增益100DB的高带宽（单位增益）1兆赫（温度补偿）电源范围宽单电源3V至32V电源或双电源15V至16V极低的电源漏电流（700A）基本上是独立的电源电压低输入偏置电流45NA（温度补偿）低的输入失调电压为2MV和失调电流5NA输入共模电压范围包括地面差分输入电压范围的电源电压等于大输出电压摆幅0V至V15V图35光电信号放大电路33A/D转换模块331ADC0809的内部逻辑结构ADC0809有一个8路模拟开关，一个地址锁存与译码器，一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成，多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁存器用于所存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。332ADC0809引脚结构ADC0809各脚功能如下D7D08位数字量输出引脚，IN0IN78位模拟量输入引脚，VCC5V工作电压，GND地，REF（）参考电压正端，REF（）参考电压负端，STARTA/D转换启动信号输入端，ALE地址锁存允许信号输入端，（以上两种信号用于启动A/D转换）。EOC转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。OE输出允许控制端，用于打开三态数据输出锁存器。CLK时钟信号输入端（一般为500KHZ）。A、B、C地址输入线图36ADC0809引脚图ADC0809对输入模拟量要求信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大，输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前段增加采样保持电路。地址输入和控制线4条ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A、B、C三条地址线信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进入转换器进行转换。A、B、C用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。数字量输出及控制线11条ST为转换启动信号，当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平，EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据OE0,输出数据线呈高阻状态。D7D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号，因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外部提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（），VREF（）为参考电压输入。333ADC0809应用说明1ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89C51单片机直接相连。2初始化时，使ST和OE信号全为低电平。3要转换的哪一通道的地址到A、B、C端口上。4在ST端给出一个至少有100NS宽的正脉冲信号。5是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。6当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。图37ADC0809与单片机接口电路34单片机模块AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFLASHPROGRAMMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORY）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。341主要特性与MCS51兼容4K字节可编程FLASH存储器寿命1000写/擦循环数据保留时间10年全静态工作0HZ24MHZ三级程序存储器锁定1288位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路342管脚说明VCC供电电压。GND接地。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P0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外部必须接上拉电阻。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口作为低八位地址接收。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。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。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示P30RXD（串行输入口）P31TXD（串行输出口）P32/INT0（外部中断0）P33/INT1（外部中断1）P34T0（计时器0外部输入）P35T1（计时器1外部输入）P36/WR（外部数据存储器写选通）P37/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。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低位字节。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（0000HFFFFH），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）。XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2来自反向振荡器的输出。图310单片机管脚封装分布图343单片机时钟电路AT89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，它的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端的引脚为XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器，电路如图311图311时钟电路344单片机复位电路按键手动电平复位是通过RST端经电阻与电源VCC接通来实现，具体电路如图312所示。当时钟频率选用6MHZ时，C的典型取值为10UF，R取值为2K。图312复位电路35数码管显示模块选用了一片集成的共阴极数码管，每片是由4块8段数码管组成（包括小数点位）。这4块8段数码管共用相同的数据输入线，每块有一根片选线，只有选中了该数码管，他才会点亮并显示。而通过动态扫描原理可以使接在同一数据线的几块数码管显示不同的数。输入BCD码值，就可以在数码管上显示十进制数字。图39数码管显示模块4系统软件设计本设计程序采用C语言进行设计。程序中主要有以下几个主要子程序主程序，ADC0809初始化，采集转换数据程序，数码管显示程序。主程序流程图如图313所示图3135设计总结本次课程设计使我对设计一个完整的单片机控制系统有了更全面的体会，通过绘制电路原理图，温故了ALTIUM软件，提高了我的动手设计能力，采用AT89C51单片机进行数据控制，处理，结构简单，元件较少，成本较低，软件采用C语言实现，程序简单可读写性强，效率高，与传统的电路相比，具有方便操作，处理速度快，稳定性高，性价比高的优点，具有一定的使用价值。通过本次课程设计，我对模数转换芯片ADC0809有进一步的了解，通过网上资料及课本信息，学会了简单的编程