基于单片机智能路灯控制器设计和实现.doc
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1、摘 要当前,随着微电子技术和集成电路技术迅速发展,单片机技术无处不在。单片机作为计算机科学与技术重要构成某些,作为嵌入式系统先头兵,片上系统先行者,已经被广泛应用到了各行各业,特别是与控制有关领域,极大提高了产品智能化限度和技术水平,已经成为了当今社会十分重要技术领域。随着社会需求和单片机应用领域不断扩展,各类智能产品、控制系统都是以单片机技术为核心来进行开发设计。本系统采用MSC51系列单片机89C51和有关光电检测设备及设计智能路灯控制器,实现了能依照实际光线条件通过8051芯片P1口控制路灯开关功能。随着社会文明不断发展,都市照明已不但局限于街道照明,并且发展成了都市景观等装饰性照明综合
2、市政工程。核心词:路灯 单片机技术 设计ABSTRACTNowadays,with the rapid development of micro-electronic technology and integrated circuit technology,Single Chip Micro-computer (MCU) technology is being used everywhere. MCU has been used in all kinds of industries,especially in the areas concerning the controlling as th
3、e important ingredient in the computer science and technology,the front-runner in the embedded system. It has improved products Intellectualized and technical standards and been a quite important technical area in our recent social needs and the applied areas of MCU expanding,types of mental produce
4、 and control systems are designed with MCU as the central technology.The system uses MSC MSU-51 and Relevant photo electric equipment to design intelligentized controller of streets lights and realize the function of controlling the switches according to the actual conditions of light through P1 por
5、t of 8051 chip. As the ever-accelerated development of social civilization,City light is not only confined to the street lighting but also developed into the urban landscape and decorative Keywords: lamp MCU-technology design目 录第一章 绪论11.1 引言11.2 单片机概述1第二章 芯片简介32.1 89C51芯片简介32.1.1 89C51单片机内部构造32.1.2
6、中断系统52.1.3 时钟电路52.1.4 89C51引脚阐明62.1.5 单片机系统资源82.1.6 运算器92.1.7 控制器92.1.8 89C51单片机存储器系统102.2 232串口芯片简介112.3 光敏电阻142.3.1 光敏电阻简介142.3.2 基本特性及其重要参数162.4 继电器202.4.1 继电器作用202.4.2 继电器电符号和触点形式202.4.3 继电器(relay)工作原理和特性212.4.4 继电器重要产品技术参数222.4.5 继电器测试22第三章 系统设计方案论证253.1 传感电路某些253.2 执行电路某些25第四章 系统硬件设计及原理图绘制274.
7、1 Altium Designer电路设计软件简介274.2 光电检测电路294.3 单片机控制电路294. 4 继电器执行电路294. 5 串口通信电路294.5.1 串口通信电路原理图304.5.2 串口通信电路在系统中优势30第五章 系统总电路原理图31第六章 调试及最后完毕336.1 硬件电路安装调试336.2 软件调试336.3 程序流程图346.4 程序某些34第七章 心得体会37致 谢39参照文献41第一章 绪论1.1 引言随着国内加入世界贸易组织(WTO),为了创造一种良好投资环境,塑造一种美丽国际化都市,更好与国际接轨,全国各大都市市政建设步伐都逐渐加快,公路系统蓬勃发展,因
8、而装扮美丽都市夜景路灯照明工程得以迅猛发展。由于单片机具备集成度高,解决能力强,可靠性高,系统构造简朴,价格低廉等长处,因而在路灯照明工程中被广泛应用。近年来随着计算机在社会领域渗入,单片机应用正在不断走向进一步。单片机技术中计时系统是单片机一种典型应用。夜晚都市里花灯初上,人们消除了白天繁忙,漫步穿行于都市街道上,路灯已经成为一种都市照明系统不可分割更是无可代替一某些,在都市照明中发挥着举足轻重作用,靠就是路灯自动控制系统,路灯控制方式诸多。本系统采用MSC-51系列单片机89C51和有关光电检测设备及继电设备来设计智能光控路灯控制器,实现了能依照实际光线条件通过8051芯片P1口控制路灯开
9、关功能。随着社会文明不断发展,都市照明已不但局限于街道照明,并且发展成了都市景观等装饰性照明综合市政工程。社会对亮灯率,开关灯精确率,故障检测实时性和维护及时性规定不断提高,运用51系列单片机可编程控制八位逻辑I/O端口实现路灯智能化,达到节能,自动控制目。避免了老式电路对能源挥霍,路灯自动控制更以便了工作人员管理。本系统实用性强,操作简朴,扩展功能强。1.2 单片机概述单片机微型计算机是微型计算机一种重要分支,也是颇具生命力机种,单片机微型计算机简称单片机,特别合用于控制领域,故又称为微控制器。普通,单片机由单块集成电路芯片构成,内部包具有计算机基本功能部件:中央解决器、存储器和I/O接口电
10、路等。因而,单片机只需要和恰当软件及外部设备相结合,便可成为一种单片机控制系统。单片机通过1、2、3代发展,当前单片机正朝着高性能和多品种方向发展,她们CPU功能在增强,内部资源在增多,引脚多功能化,以及低电压低功耗。第二章 芯片简介2.1 89C51芯片简介2.1.1 89C51单片机内部构造所谓单片机(Single Chip Microcomputer或 MCU)是指在一块芯片中,集成有中央解决器(CPU)、存储器(RAM和ROM)、基本I/O端口以及定期器/计数器等部件并具备独立指令系统智能器件,即在一块芯片上实现一台微型计算机基本功能。 不同单片机有着不同硬件构造和指令系统,即它们技术
11、特性不尽相似,硬件特性取决于单片机芯片内部构造,设计人员必要理解其性能与否满足需要功能和应用系统所规定特性指标。这里技术特性涉及功能特性、控制特性和电气特性等,这些信息可以从生产厂商技术手册中得到。指令特性即咱们熟悉单片机寻址方式,数据解决和逻辑解决办法,输入输出特性等。开发环境涉及指令兼容性及可移植性,软、硬件资源等。单片机及应用系统有如下特点:(1)单片机具备独立指令系统,可以将咱们设计思想充分体现出来,使产品智能化;(2)系统配备以满足控制对象规定为出发点,使得系统具备较高性能价格比;(3)应用系统普通将程序驻留在片内(外)ROM中,抗干扰能力强,可靠性高,使用以便;(4)单片机自身不具
12、备自我开发能力,普通需借助专用开发工具进行系统开发和调试,但最后形成产品简朴实用,成本低,效益高;(5)应用系统所用存储器芯片可选用EPROM、E2PROM、OTP芯片或运用掩膜形式生产,便于批量开发和应用。大多单片机如51系列,开发芯片和扩展应用芯片互相配套,减少了系统成本;(6)系统小巧玲珑,控制功能强、体积小,便于嵌入被控设备之内,大大推动了产品智能化。89C51单片机包括中央解决器、数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)、定期/计数器、并行接口、串行接口和中断系统几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,当前加以阐明: 中央解决器(CPU): 中央解决器(CPU)是整个单片
13、机核心某些,是八位数据解决器,能解决八位二进制数据或者代码,CPU负责控制,指挥和调度整个单元系统协调工作,完毕运算和控制输入输出功能等操作。数据存储器(RAM): 89C51内部有128个8位顾客数据存储单元和128个专用寄存器单元,她们是统一编址,专用寄存器只能用于存储控制指令数据,顾客只能访问,而不能用于存储顾客数据。因此,顾客使用RAM只有128个,可存储读写数据,运算中间成果或顾客定义字形表。程序存储器(ROM):程序存储器是用来存储已调试完毕程序和常数表格。为了提高系统可靠性,应用程序普通固化在片内ROM中。CPU设立了一种专用寄存器程序计数器PC,用以存储将要执行指令地址。PC长
14、度为16位,故程序存储器寻址范畴为64KB(0000HFFFFH),也就是说,51系列单片机具备64KB程序存储器空间。定期/计数器(ROM): 89C51单片机有两个16位定期器/计数器,通过对机器周期计数达到定期目,通过对外部事件计数达到计数之目。并行输入输出(I/O)口: 89C51共有四组8位I/O口(P0、P1、P2或P3),用于对外部数据传播。数据在整个传播过程中,并排迈进,有多少个数据线就能同步传送多少位数据。并行通信特点是硬件连线多、传送速率高,普通合用于近距离、高速率通信领域。如:计算机主板与硬盘、打印机等之间通信。双全双工串行口:89C51内置一种全双工串行通信口,用于与其
15、他设备间串行数据传送,该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。数据在传播过程中一位一位串行传播,硬件连接比较简朴。最简朴时只需3根连线即可实现串行通信,相对于并行通信来讲其通信速率低,普通合用于短距离数据通信。在单片机应用系统中常采用串行通信方式。2.1.2 中断系统所谓中断是指计算机在执行某一程序过程中,由于计算机系统内部或外部某种因素,CPU必要暂时停止现行程序执行,而自动转去执行预先安排好解决该事件服务子程序,待解决结束之后,再回来继续执行被中断程序过程。实现这种中断功能硬件系统和软件系统统称为中断系统。89C51具备较完善中断功能,有两个外中断、两个定期/计数器中断和
16、一种串行中断,可满足不同控制规定,并具备2级优先级别选取。2.1.3 时钟电路89C51内置最高频率达12MHZ时钟电路,用于产生整个单片机运营脉冲时序,但89C51单片机需外置振荡电容。单片机构造有两种类型,一种是程序存储器和数据存储器分开形式,即哈佛(Harvard)构造,另一种是采用通用计算机广泛使用程序存储器与数据存储器合二为一构造,即普林斯顿(Princeton)构造。INTEL89C51系列单片机采用是哈佛构造形式,而后续产品16位MCS-96系列单片机则采用普林斯顿构造。下图是89C51系列单片机内部构造示意图图2.1 89C51系列单片机内部构造图2.1.4 89C51引脚阐明
17、89C51单片机采用40PIN封装双列直接DIP构造,下图是它们引脚配备,40个引脚中,正电源和地线两根,外置石英振荡器时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中断口线与P3口线复用。当前咱们对这些引脚功能加以阐明:图2.2 89C51 系列单片机引脚 电源引脚(40、20):这固然是必不可少了。单片机使用是5V电源,其中40引脚接正极(VCC),20引脚接负极(VSS)或地(GND)。振荡电路(18、19):单片机是一种时序电路,必要提供脉冲信号才干正常工作,在单片机内部已集成了振荡器,使用晶体振荡器,接18、19脚。这两个脚定义是: (1)时钟电路引脚(XTAL2)(18脚):该脚接外部晶体
18、和微调电容一段,在89C51内部,它是振荡电路反相放大器输出端。振荡电路频率就是固有频率。若采用外部时钟电路,该引脚输入外部脉冲。 (2)时钟电路引脚(XTEL1)(19脚):该脚接外部晶体和微调电容另一端。在片内,它是反相放大器输入端。在采用外部时钟时,该脚必要接地。 复位引脚(RESET)(9脚):它是复位信号输入端,高电平有效,当此脚保持两个机器周期,即24个时钟振荡周期为高电平时,即可完毕复位操作。她还具备第二功能,即当主电源VCC发生故障,减少到低电平规定值时,将5V电源自动接入RST端,为单片机提供备用电源。以保证信息不丢失,电源恢复后,可以正常工作。EA/VPP引脚(31脚):访
19、问程序存储器控制信号端(又:外部存储器地址容许输入端)。(1)当EA引脚接高电平时,CPU访问片内EPROM(CPU读取内部程序存储器),并执行内部程序存储器中指令。(2)当EA脚接低电平时,CPU只访问外部EPROM,并执行外部程序存储器中指令。而不论与否有片内程序存储器。 (3)此脚还具备第二功能VPP:是对89C51片内同化编程时,作为施加较高编程电压输入端。即:89C51烧写内部EPROM时,运用此脚输入21 V烧写电压。 PSEN(29脚):程序存储器容许输入端(也叫:外部程序存储器读选通信号端):在读外部ROM时PSEN低电平有效,以实现外部ROM单元读操作: (1)内部ROM读取
20、时,PSEN不动作; (2)外部ROM读取时,在每个机器周期会动作两次; (3)外部RAM读取时,两个PSEN脉冲被跳过不会输出; (4)外接ROM时,与ROMOE脚相接。 要检查一种89C51小系统上电后能否对的到EPROM中读取指令,可用示波器看PSEN端有无脉冲,如有,阐明基本工作正常。 ALE(30脚):地址锁存控制信号端。89C51正常工作时,ALE脚不断向外输出正脉冲信号,频率为振荡器频率fosc六分之一,CPU访问外部数据存储器时,ALE作为锁存8位地址控制信号。平时不访问外部存储器时,ALE也以六分之一振荡频率固定输出正脉冲。因而,ALE信号可以作为对外输出时钟或定期信号。 此
21、外尚有四个8位并行通讯端口: P0口:8位双向I/O端口(3932引脚)。即:P0.0P0.7 P1口:8位双向I/O端口(18引脚)。即:P1.0P1.7 P2口:8位双向I/O端口(2128引脚)。即:P2.0P2.7P3口:8位双向I/O端口(1017引脚)。即:P3.0P3.7P0口有三个功能: (1)外部扩展存储器时,当做数据总线。 (2)外部扩展存储器时,当做地址总线。 (3)不扩展时,可做普通I/O使用,但内部无上拉电阻,作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。 P1口只做I/O口使用:其内部有上拉电阻。P2口有两个功能:(1)扩展外部存储器时,当作地址总线使用;(2)做普通I/O口
22、使用,其内部有上拉电阻。P3口有两个功能:除了作为I/O使用外(其内部有上拉电阻),尚有某些特殊功能,由特殊寄存器来设立。有内部EPROM单片机芯片,为写入程序需提供专门编程脉冲和编程电源,这些信号也是由信号引脚形式提供。即:编程脉冲:30脚(ALE/PROG)编程电压(25V):31脚(EA/Vpp)2.1.5 单片机系统资源1.CPU(即控制器)。2.运算器。3.片内数据存储器(RAM):用以存储可以读写数据。如运算成果、最后成果、欲显示数据。4.片内程序存储器(ROM):用以存储原始程序、数据和表格。5.四个8位并行输入输出接口:P0P3。6.两个定期计数器:每个计数器都可以设立成计数方
23、式,用以对外部事件进行计数,也可以设立成定期方式,并可以依照定期或计数成果实现计算机控制。7.五个中断源中断控制系统。8.一种全双工UAST串行I/O口,可以实现单片机与单片机或其她微机系统串行通讯。9.片内振荡器和时钟产生电路。10.片内系统总线:涉及数据总线、低8位地址总线、高8位地址总线和控制总线。2.1.6 运算器运算器构成:算数逻辑单元ALU、累加器、寄存器。算数逻辑单元ALU作用:把传送到解决器数据进行算数或逻辑运算,它具备两个输入来源,一来自累加器,二来自数据寄存器。ALU执行不同运算操作是由不同控制线上信息所决定。普通ALU接受来自累加器或寄存器2组8位二进制数。由于要对这两个
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