光照强度检测装置要点

1、课程设计W题 目光照强度检测装置学生姓名学号所在学院 专业班级指导教师完成地点合作者 2014年1月5日目录0 / 201. 课题的意义、目的 31.1 课题的意义31.2 课程设计目的32. 光照检测装置硬件电路设计 52.1 总体方案设计52.2 单片机的选择52.3 单元电路的设计62.3.1 光敏电阻电路62.3.2 晶振电路和复位电路72.3.3 数模转换电路72.3.4 报警电路82.3.5 显示电路83. 光照检测装置软件设计 93.1 软件主程序03.2 显示程序103.3 报警程序114. 电路仿真调试 125. 总结与心得 13附录 13源程序 14摘要该数字式光照强度检测

2、仪以STC89C5单片机和模数转换为技术核心，具体由单片机最小系统、A/D模数转换模块、光照强度检测模块、输出模块和数码管显示模块组成。 在本系统的设计中 , 利用光敏电阻阻值随光强的变化特性来检测光强 ,采用单片机控制 输出模块和数模转换芯片依次测量不同的光照强度 , 并通过编程处理数据进行光强的 比较, 最后通过数码管显示检测结果，过低或者过高将会使报警电路蜂鸣。总之,通过对电路的设计和实际装调 , 最终基本实现了基于单片机的数字式光照强度检测仪的整 体功能, 可显示最大光照强度。关键字：STC89C5单片机：模数转换；光敏电阻；报警9 / 201. 课题的意义、目的1.1 课题的意义本系

3、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。以89C52单片机为核心，控制A/D芯片采集数据，辅以数码管、数据 选择器等器件，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，经换算后通过数码管显示光强强度。 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

4、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。1.2 课程设计目的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。 设计目的如下：1.对于光照强度的检测结果能够处理后在液晶屏上显示 （光照过强、 光 照强、光照一般、光照弱）；2.当光强太弱或者太强的时候，系统报警。操控简易实用2. 光照检测装置硬件电路设计2.1总体方案设计总体设计方框图设计原理光敏电阻在不同光照下的不同阻值通过数模转换和单片机处理用数字表示出光照 强弱的区别，当光照过强或者过弱时会触发警报。总体上来说，本方案

5、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,故实验中米用本方案。2.2单片机的选择本次课设选用的是STC89C5单片机，它是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMoS位微控制器，具有8K在系统可编程FlaSh存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥 有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash ,使得STC89C5为众多嵌入式控制应用系统 提供咼灵活、超有效的解决方案。WPT.CC140 VOCT2E Ptj C L3

6、CJFC C -AEC FlJC岂3«JPC 1 ,AD'IPlJC4ST PC2ACC!PmCS10 PC 3 4AD3rC5 pi.sc3RFC和心*dkC P* 4C734 FCfnAD*.15> P* 7C33 PCCAMiHSTCi32JFC7-AO>丹上P3 2CTa31 5Z庐P(TC Fl和亡11X!T PJ2C1229 FTrr P： JCt328 F2 7A15)ojp3c1427JP2QAU（Th円月巧K F： f At3T Pj-: Ct尊3P24 <A12死円y173F2 3iA111CTALlrIa P2 00XTi CY9Z1

7、A>M3匚221 F2 CSTC89C5单片机引脚图STC89C5具有以下标准功能：8k字节FIaSh , 512字节 RAMl 32 位 I/O 口线，内置 4KBEEPRQM MAX81（复位电路，3个16位定时器/计数器，4个 外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51 的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52可降至OHZ静态逻辑操作，支持 2种软 件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作， 允许RAM定时器/计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位 为止。最高运作频率3

8、5MHz 6T/12T可选。2.3单元电路的设计2.3.1光敏电阻电路光敏电阻模块光敏电阻又称光导管，常用的制作材料 为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫 化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长 的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由 于光照产生的载流子都参与导电 ，在外加电 场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正 极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器 的阻值迅速下降。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

9、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。光敏电阻的入射光强，电 阻减小；入射光弱，电阻增大。232晶振电路和复位电路单片机需要一个时间基准来为各种操作提供秩序，此电路叫时钟电路，采用不同 的接线方式可以获得不同时钟电路，有内部时钟电路和外部时钟电路，外部时钟电路 会使电路复杂，故采用的是内部时钟电路。时钟电路在单片机的外部通过两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，构成稳定的自激振荡器。复位电路和晶振电路233数模转换电路A/D转换器就是模拟/数字转换器是将输入的模拟信号转换成为数字信号。本实验中利用模数转换将模拟电压值转换为离散的数字量再送入单片机进行数据处理。制作 中选

10、用芯片PCF8591为8位CMo逐次比较型模数转换器。模数转换包括采样、保持、 量化和编码四个过程。在某些特定的时刻对这种模拟信号进行测量叫做采样，量化噪声及接收机噪声等因素的影响，采样速率一般取。通常采样脉冲的宽度是很短的，故采样输出是断续的窄脉冲。要把一个采样输出信 号数字化,需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间，这就是保持过程。 量化 是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号，量化的主要问题就是 量化误差。假设噪声信号在量化电平中是均匀分布的，则量化噪声均方值与量化间隔和模数转换器的输入阻抗值有关。编码是将量化后的信号编码成二进制代码输出。这 些过程有些是合并进行

11、的，例如,采样和保持就利用一个电路连续完成，量化和编码也是在转换过程中同时实现的AlNO TUWl VUDAfNI |_2_词 AOlJTA*N2 1Jj VFtFrA1N3 4百AaNDF*CSo T回EXTAl区ClSCA2叵lo SCLySS叵Vl SDArno9ss f PCFI6N且所用时间又是保持时间的一部分234报警电路RJLK(JM)蛭鸣器模块一般所指的蜂鸣器是以压电陶瓷为主要元件 的。压电陶瓷是一类有将压力与电流相互转换能力 的特殊陶瓷。这种能力缘于其特殊的晶体结构。当 压电陶瓷在一定方向上受到一个压力使其晶体结 构发生形变时，它就会在内部产生一个电流，并且 电流的变化与压力

12、的变化密切相关。反之亦然。所 以利用这一特性，在压电陶瓷上通过一定频率的电 流，就会引起压电陶瓷微小形变，这一形变带动空 气发生振动，如果频率适当，就可以被人耳所听见，也就是产生了蜂鸣声。由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O 口是无法直接驱动的,所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。当光照强度过高或过弱时，蜂鸣器会开始报警。2.3.5显示电路显示电路采用的是1602液晶1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点 阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以 显示一个字符，每位之间有一个

13、点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和 行间距的作用。1602LCc是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块(显 示字符和数字)。市面上字符液晶大多数是基于 HD44780ft晶芯片的，控制原理是完全相同的，因 此基于HD4478C写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。1 602显示校块LCrMSS 二-二 £一 Y= H一>2"6()U h二hUrE-LE LE LEr LS 気学一 兰l- ll一一 IL 二I-:- 一 UP.-一*1 4 J液晶显示内谷有光照的强度：“Light TeXt : XXX ”亮度等级

14、：“No Light! （无 光）、“LOWLight ”（低光照）”、“MiddIe Light ”（中等光照）、“High Light ” （高亮度）、“So High! ”（太高）四个等级。由于本系统采用的是8位AD芯片。所以显示亮度的数值范围是0256,即最低亮度检测显示为0,最高亮度检测显示为256。测试图如上可以看出当数字显示过小时表明光照过低，系统发出警报3. 光照检测装置软件设计3.1软件主程序主程序流程图报警器报警3.2显示程序while LCD_Write_Stri ng(O, 0,"Light Test:");num=255-ReadADC(0);/值

15、取差值，用于显示光强越小，数值越小 aaa=( nu m/100);bbb=( nu m%100)10;ccc=( nu m%100)%10;LCD_Write_Char ( 12,0, 0x30+aaa);LCD_Write_Char ( 13,0, 0x30+bbb);LCD_Write_Char ( 14,0, 0x30+ccc);DeIayMS(500);if (n um<30)LCD_Write_Stri ng(1, 1,"No Light!");Warn();else if (n um>=30&&nu m<80)LCD_Writ

16、e_Stri ng(1, 1,"Low Light ");else if (nu m>=80&&n um<130)LCD_Write_Stri ng(1, 1,"Middle Light ");else if(num >=130&&n um<180)LCD_Write_Stri ng(1, 1,"High Light ");elseLCD_Write_String(1, 1,"So High! "); warn();3.3 报警程序#include<re

17、g52.h>#include"spk.h"void DelayUs2x(unsigned char t);/ 函数声明 void DelayMs(unsigned char t);void warn(void)unsigned int i;/ while(1)/ for(i=0;i<200;i+) DelayUs2x(200);spk=!spk;spk=0;/ 防止一直给喇叭通电造成损坏 for(i=0;i<200;i+)DelayMs(1);/ 15 / 204.电路仿真调试XTALl<TEK1>C2IlIJl:XTJBLlP3* 1 TTV

18、eIOP HDc： LKCHIDIIOVlPDQ23FT7CTEKrILoDl LJ©血 ETE<1h XTALIF0.1D1PAD2XTALZPblPQiHPnSAXfSP0JWtIcgTMarASF.1fBF>1QPsEiPZlA11ALEP2.WA1EP7SA13PZjSAUP1.T15lDrRF3.1fTXtFIZP3Z,HTF13PWP1単R STl川P3iPljSFWFPiljlF3.7IInr C-Z ITEMrnI-=q"!S-m-37PnZ+-ii-35!口pB,J-P DSSa"S-p7sBIaH *117 3 1*pr '

19、 "is5.总结与心得本设计主要完成了以下内容：数字式光照强度检测系统的工作原理及应用、基本 方案的选择、单片机系统的硬件设计、单片机系统的软件设计、系统各个模块的设计 以及系统的仿真调试。设计的要求是检测光照强度，光敏电阻在光照下电阻两端电压 改变电压式模拟量需要转换成数字量这样单片机才能采集到信号因而选择 A/D 模数转 换。在设计过程中设计的前一部分也就是系统的硬件设计比较顺利，但到了系统仿真 调试的时候出现了一定困难，包括软件绘图方面以及软件编程方面。经过不懈努力还 是完成了老师要求的内容，通过这次课程设计认识到了自己的不足，我会努力完善自 己的知识基础和实践能力，相信以后会

20、更好。感谢我的队友王轶超，感谢老师对我们 课程设计中的指导，我会更加努力，在专业上取得更大进步！附录参考文献1 阎石.数字电子技术基础（第四版） M. 高等教育出版社 .1998.112 张毅刚等 .MCS-51 单片机应用设计 .哈尔滨工业电子出版社， 19963 何立民 .单片机应用技术选编 .北京航空航天大学出版社， 20004 张友德等 .单片微型机原理应用与实验，复旦大学出版社，1996源程序#include<reg52.h>/包含单片机寄存器的头文件#include<intrins.h> /包含_nop_()函数定义的头文件Sbit CS=P34;/将CS位

21、定义为P3.4引脚Sbit CLK=P10;/将 CLK位定义为 P1.0 引脚定义字符数组显示数字说明显示的是电压Sbit DIo=P11; /将 DIo位定义为 P1.1 引脚unsigned char code digit10="0123456789" /unSigned char code Str1="Volt= . V"/unSigned char code Str2="SLG I LoVE YoU"以下是对液晶模块的操作程序*/Sbit RS = P20; / 定义端口Sbit RW = P21;Sbit E= P22;/

22、 使能信号位，将E位定义为P2.2弓I脚Sbit BF=P07; /忙碌标志位，将BF位定义为P0.7引脚函数功能：延时1ms (3j+2)*i=(3× 33+2) × 10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒 void delay1mS()unSigned char i,j; for(i=0;i<10;i+) for(j=0;j<33;j+);/* 函数功能：延时若干毫秒 入口参数： n */void delaynmS(unSigned char n)unSigned char i;for(i=0;i<n;i+)delay1mS();/*函数功能：判断液

23、晶模块的忙碌状态返回值： reSult 。result=1 ，忙碌 ;result=0 ，不忙 */ bit BusyTest(void)bit result;RS=O; Zz根据规定，RS为低电平，RW为高电平时，可以读状态RW=1;E=1; ZZE=1 ，才允许读写_nop_(); ZZ 空操作_nop_();_nop_();_nop_(); ZZ 空操作四个机器周期，给硬件反应时间 result=BF; ZZ 将忙碌标志电平赋给 resultE=0; ZZ 将E恢复低电平return O; Z* 函数功能：将模式设置指令或显示地址写入液晶模块 入口参数： dictate*Z void W

24、riteInstruction (unsigned char dictate) while(BusyTest()=1); ZZ 如果忙就等待RS=O; ZZ根据规定，RS和RZW同时为低电平时，可以写入指令RW=0;E=0; ZZE置低电平(根据表8-6 ,写指令时，E为高脉冲，ZZ就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0" _nop_();_nop_(); ZZ 空操作两个机器周期，给硬件反应时间P0=dictate; ZZ将数据送入P0 口，即写入指令或地址_nop_();_nop_();_nop_(); ZZ 空操作四个机器周期，给硬件反应时间E=1; ZZE 置高

25、电平_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); ZZ 空操作四个机器周期，给硬件反应时间E=0; ZZ当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令Z* 函数功能：指定字符显示的实际地址 入口参数： x*/void WriteAddress(unsigned char x)Writelnstruction(x0x80); /显示位置的确定方法规定为"80H+地址码x"/* 函数功能：将数据 (字符的标准 ASCll 码)写入液晶模块 入口参数： y( 为字符常量 )*/void WriteData(unsigned char y)while(Busy

26、Test()=1);RS=1; /RS 为高电平，RW低电平时，可以写入数据RW=0;E=0; /E置低电平(根据表8-6 ,写指令时，E为高脉冲，/就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0"P0=y; /将数据送入P0 口，即将数据写入液晶模块_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); / 空操作四个机器周期，给硬件反应时间E=1;/E 置高电平_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); / 空操作四个机器周期，给硬件反应时间E=0; /当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令/*函数功能：对LCD的显示模式进行初始化

27、设置*/void Lcdlnitiate(void)delaynms(15); / 延时15ms首次写指令时应给LCC一段较长的反应时间WriteInstruction(0x38); /显示模式设置：16× 2显示，5× 7点阵，8位数据接口delaynms(5); /延时5ms给硬件一点反应时间WriteInstruction(0x38);delaynms(5); /延时5ms给硬件一点反应时间WriteInstruction(0x38); / 连续三次，确保初始化成功 delaynms(5); /延时5ms给硬件一点反应时间WriteInstruction(0x0c);

28、 /显示模式设置：显示开，无光标，光标不闪烁delaynms(5); /延时5ms给硬件一点反应时间WriteInstruction(0x06); /显示模式设置：光标右移 字符不移delaynms(5); / 延时 5ms 给硬件一点反应时间WriteInstruction(0x01); /清屏幕指令 将以前的显示内容清除20 / 20delaynms(5); / 延时5ms给硬件一点反应时间以下是电压显示的说明函数功能：显示电压符号void display_volt(void)unsigned char i;写显示地址，将在第 2 行第 1列开始显示 从第一个字符开始显示 只要没有写到结束

29、标志，就继续写将字符常量写入 LCDWriteAddress(0x01); / i = 0; / while(Str1i != '0') / WriteData(Str1i); / i+; / 指向下一个字符void display3(void)unsigned char i;WriteAddress(0x80+0x41); / 写显示地址，将在第 2 行第 1列开始显示 i = 0; / 从第一个字符开始显示只要没有写到结束标志，就继续写while(Str2i != '0') /WriteData(Str2i); / i+; / 指向下一个字符将字符常量写入

30、LCD函数功能：显示电压的小数点*/ void display_dot(void)1 行第 10 列开始显示LCDWriteAddress(0x0d); / 写显示地址，将在第 WriteData('.'); / 将小数点的字符常量写入 /* 函数功能：显示电压的单位 (V)*/ void display_V(void)WriteAddress(0x0e); / 写显示地址，将在第 2 行第 13 列开始显示 WriteData('V'); / 将字符常量写入 LCDI*函数功能：显示电压的整数部分入口参数： x*void display1(unsigned char x)WriteAddress(0x08); / 写显示地址 , 将在第 2 行第 7 列开始显示 WriteData(digitx); / 将百位数字的字符常量写入 LCD /* 函数功能：显示电压的小数数部分 入口参数： x*/ void display2(unsigned char x)unsigned char i,j;i=x/10; / 取十位（小数点后第一位） j=x%10; / 取个位（小数点后第二位）WriteAddress(0x0a); /WriteData(digiti); /Writ