单片机课程设计自动光控窗帘完成版.docx

燕山大学课 程 设 计 说 明 书题目： 窗帘自动开关掌握器学院系：电气工程学院自动化系年级专业： 11 级计控 2 班学号： 学生姓名：指导教师：蔡满军 梁振虎教师职称：教授窗帘自动开关掌握器摘要：窗帘在人们的日常生活中有着不行替代的作用，窗帘在室内装修中，分别起着保护私隐、利用光线、装饰墙面、吸音隔噪的作用。到目前为止， 窗帘已经进展到相当水平，其中布艺帘以它的独有的时代魅力深受人们欢 迎。当窗户面积大、窗户高或安装厚重的窗帘布时，使用手动或拉绳都比 较费力，并且简洁导致帘布损坏，所以现在承受光控电动自动掌握布帘的 方式代表时代进展的潮流。由于其质量技术等各方面的全面改进，理所当 然，光控自动窗帘成为科技不断进步，社会飞速进展的必定产物。为了让 室内居住、工作或者学习的人拥有一个更舒适的环境，我们设计了一个自 动光控窗帘的系统，它能够感应四周环境的光照强度，当光照低于某一数 值时窗帘会自动放下，等到光照又回到某一数值时窗帘又会自动地收起。 本课题设计分为三大模块，分别是光照采集模块、A/D 转换模块以及电机正反转掌握模块。光照采集模块我们用光敏电阻串联另一个电阻进展分压， 以此转变输入信号来转变掌握信号；A/D 转换模块我们用芯片 ADC0809 来转换信号，之后将信号送入单片机 MCS-8051 中进展掌握；电机正反转掌握模块我们用 MCS-8051 输出的信号接芯片 L298N 的两个掌握端，从而掌握直流电机的正转和反转。关键词：自动光控窗帘、ADC0809、MCS-8051、L298N- 1 -名目摘要 .-1- 课程设计任务.-1.1 功能要求.-1.2 元器件清单.-二整体方案.-4-2.1 设计思路.-2.2 整体框图.-2.3 各模块简介.-三 硬件电路设计.-3.1 光照采集模块硬件电路.-3.2 A/D 转换模块硬件电路.-3.3 电机正反转掌握模块硬件电路.-四 掌握软件设计.-4.1 光照采集模块软件设计.-4.2 A/D 转换模块软件设计.-4.3 电机正反转掌握模块软件设计.-主要参考文献.-结论错误!未定义书签程序 .-15- 课程设计任务1.1 功能要求本组设计的自动光控窗帘可以通过四周环境的光照变化来掌握电压变化，从而掌握直流电机的正转和反转。当四周光照降低到某一数值时，电机开头正转，数秒后停顿。此时电机处于停顿状态。当四周光照上升到某一数值时，电机开头反转，数秒后停顿。这一个来回的过程就到达了自动光控窗帘的效果了。1.2 元器件清单元器件数量光敏电阻1ADC08091MCS-80511L298n1CD40131三极管 90131直流电机1其他元件假设干二 整体设计方案2.1 设计思路本课题的设计思路是由光敏电阻与一个电阻串联构成分压电路，当光照强度转变时，光敏电阻电阻值转变，电压也会转变，由此构成了变化的输入电压信号。信号经 ADC0809 进展 A/D 转换，将信号送入单片机MCS-8051 中，用来掌握2 个输出端的电平凹凸，这2 个输出端与芯片L298N 的输入相连，用于掌握电机的正反转，这就实现了自动光控窗帘的效果了2.2 整体框图2.3 各模块简介1） 光照采集模块：由光敏电阻阻值的转变来实现输入电压的变化。光敏电阻器又称光导管，特性是在特定光的照耀下，其阻值快速减小，可用于检测可见光。 光敏电阻器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转变的电阻器；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、光的掌握和光电转换将光的变化转换为电的变化。 通常，光敏电阻器都制成薄片构造，以便吸取更多的光能。当它受到光的照耀时，半导体片光敏层内就激发出电子 空穴对，参与导电，使电路中电流增加。光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的- 4 -光敏电阻器强弱而转变的电阻器。主要用于光的测量、光的掌握、和光电转换。如图：光敏电阻器都制成薄片构造，以便能够吸取更多的光能。该类电阻器的特点是入射光越强，电阻值就越小，入射光越弱，电阻值就越大。如声控灯中承受了光敏电阻器作为白天掌握灯光的装置。构造：通常由光敏层、玻璃基片或树枝防潮膜和电极等组成的。特性：光敏电阻器是利用半导体光电导效应制成的一种特别电阻器，对光线格外敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱明暗变化而变化。它在无光照耀时，呈高阻状态；当有光照耀时，其电阻值快速减小。2） A/D 转换模块：将光敏电阻与一般电阻分压进来的电压转换成单片机MCS-8051 需要的信号。本设计中承受 ADC0809。ADC0809 是美国国家半导体公司生产的 CMOS 工艺 8 通道，8 位逐次靠近式 A/D 模数转换器。其内部有一个 8 通道多路开关， 它可以依据地址码锁存译码后的信号，只选通 8 路模拟输入信号中的一个进展 A/D 转换。目前仅在单片机初学应用设计中较为常见。- 5 -a 主要特性编辑18 路输入通道，8 位 A/D 转换器，即区分率为 8 位。2） 具有转换起停掌握端。3） 转换时间为 100s(时钟为 640KHz 时)，130s时。4） 单个+5V 电源供电。时钟为 500KHz5） 模拟输入电压范围 0+5V，不需零点和满刻度校准。6） 工作温度范围为-40+85 摄氏度。7） 低功耗，约 15mW。b内部构造编辑ADC0809 是 CMOS 单片型逐次靠近式 A/D 转换器，内部构造如下图，它由 8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8 位开关树型 A/D 转换器、逐次靠近存放器、规律掌握和定时电路组成。外部特性引脚功能- 6 -ADC0809 芯片有 28 条引脚，承受双列直插式封装，如下图。下面说明各引脚功能：···IN0IN7：8 路模拟量输入端。2-12-8：8 位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中的一路。··ALE：地址锁存允许信号，输入端，高电平有效。START： A/D 转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲至少 100ns宽使其启动脉冲上升沿使 0809 复位，下降沿启动 A/D 转换。·EOC： A/D 转换完毕信号，输出端，当 A/D 转换完毕时，此端输出一个高电平转换期间始终为低电平。·OE：数据输出允许信号，输入端，高电平有效。当 A/D 转换完毕时，此端输入一个高电平，才能翻开输出三态门，输出数字量。····CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于 640KHz。REF+、REF-：基准电压。 Vcc：电源，单一+5V。GND：地。c 工作过程编辑首先输入 3 位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通 8 路模拟输入之一到比较器。START 上升沿将逐次靠近存放器复位。下降沿启动 A/D 转换，之后 EOC 输出信号变低，指示转换正在进展。直到 A/D 转换完成，EOC 变为高电平，指示 A/D 转换完毕，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE 输入高电平 时，输出三态门翻开，转换结果的数字量输出到数据总线上。转换数据的传送 A/D 转换后得到的数据应准时传送给单片机进展处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D 转换的完成，由于只有确认完成后，才能进展传送。为此可承受下述三种方式。（1） 定时传送方式对于一种 A/D 转换器来说，转换时间作为一项技术指标是的和固定的。例如ADC0809 转换时间为 128，s 相当于6MHz 的 MCS-51 单片机共 64 个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D 转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换确定已经完成了，接着就可进展数据传送。（2） 查询方式A/D 转换芯片有说明转换完成的状态信号，例如 ADC0809 的 EOC 端。因此可以用查询方式，测试 EOC 的状态，即可确认转换是否完成，并接着进展数据传送。- 8 -3中断方式把说明转换完成的状态信号EOC作为中断恳求信号，以中断方式进展数据传送。不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进展数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE 信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机承受。单片机 MCS-8051：信号掌握。电机正反转掌握模块：由输入信号掌握直流电机的正转和反转。2.4 单片机口线分布P0 口：作为输入口，接收 ADC0809 送出的信号P1 口：掌握 ADC0809 的 ALE、OE、START、OEC 端口P2 口：作为输出口，发送掌握信号给L298N，从而掌握直流电机正转和反转其余 Vcc、Gnd、Rst、XTAL 等端口与经典电路接法一样。3） L298 简介恒压恒流桥式 2A 驱动芯片 L298N L298 是 SGS 公司的产品，比较常见的 是 15 脚 Multiwatt 封装的 L298N ，内部 同样包 含 4 通道. L298N 为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片( Dual Full-Bridge Driver ) ，内部包含 4 信道规律驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动 2 个二相或 1 个四相步进电机. 内含二个 H-Bridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准 TTL 规律准位信号，可驱动 46V、2A 以下的步进电机，且 可以直接透过电源来调整输出电压；此芯片可直接由单片机的 IO 端口来供给模拟时序信号，但在本驱动电路中用 L297 来供给时序信号，节约了单片机 IO 端口的使用。L298N 之接脚如图 9 所示，Pin1 和 Pin15 可与电流侦测用电阻连 接来掌握负载的电路； OUTl、OUT2 和 OUT3、OUT4 之间分别接2 个步进电机；input1input4 输入掌握电位来掌握电机的正反转； Enable 则掌握电机停转。4 8051 芯片简介单片微型计算机简称为单片机，又称为微型掌握器，是微型计算机的一个重要分支。单片机是 70 年月中期进展起来的一种超大规模集成电路芯片，是集成 CPU、RAM、ROM、I/O 接口和中断系统于同一硅片上的器件。80 年月以来，单片机进展快速，各类产品不断涌现，消灭了很多高性能型型号，现已渐渐成为工厂自动化和各掌握领域的支柱产业之一。MCS-51 是标准的 40 引脚双列直插式集成电路芯片，l P0.0P0.7 P0 口 8 位双向口线在引脚的 3932 号端子。l P1.0P1.7 P1 口 8 位双向口线在引脚的 18 号端子。l P2.0P2.7 P2 口 8 位双向口线在引脚的 2128 号端子。l P3.0P3.7 P3 口 8 位双向口线在引脚的 1017 号端子。P0 口有三个功能1、外部扩展存储器时，当做数据总线如图 1 中的 D0D7 为数据总线接口2、外部扩展存储器时，当作地址总线如图 1 中的 A0A7 为地址总线接口3、不扩展时，可做一般的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、做一般 I/O 口使用，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，还有一些特别功能，由特别存放器来设置，具体功能请参考我们后面的引脚说明。有内部 EPROM 的单片机芯片例如8751，为写入程序需供给特地的编程脉冲和编程电源，这些信号也是由信号引脚的形式供给的，即：编程脉冲：30 脚ALE/PROG 编程电压25V：31 脚EA/Vpp接触过工业设备的兄弟可能会看到有些印刷线路板上会有一个电池， 这个电池是干什么用的呢？这就是单片机的备用电源，当外接电源下降到下限值时，备用电源就会经其次功能的方式由第 9 脚即 RST/VPD引入，以保护内部 RAM 中的信息不会丧失。三 硬件电路设计3.1 光照采集模块硬件电路a、电路图：b、设计原理：由光敏电阻和一个一般电阻串联构成分压电路，当四周环境的光照强度转变时间敏电阻阻值转变，从而转变了输入电压3.2 A/D 转换模块硬件电路a、电路图：- 10 -b、设计原理：将采集的电压信号送入芯片 ADC0809 中，由芯片内部对数据进展锁存、译码、转换、比较等步骤，从而得到单片机 MCS-8051 所需要的信号。3.3 电机正反转掌握模块硬件电路a、电路图：- 11 -b、设计原理：单片机 2 个输出端口连接 L298N 的 2 个输入掌握端，IN1和 IN2。单片机收到 ADC0809 的输入信号后推断此时的电压值，假设小于某一数值，输出端 P2.1 和 P2.2 此时为1 和 0，信号送到正反转掌握芯片 L298N 后掌握端 IN1 和IN2 掌握电机正转，数秒后停顿；假设大于某一数值，输出端变为 0 和 1，经 L298N 掌握电机反转。四 掌握软件设计4.1 光照采集模块软件设计a、功能：用光敏电阻和一个一般电阻构成分压电路，当光照强度转变时间敏电阻阻值转变，电压转变，从而转变输入电压的大小。b、流程图：- 12 -4.2 A/D 转换模块软件设计a、功能：电压输入信号送入芯片 ADC0809 后进展转换，将采集信号转换成单片机 89C51所需要的信号。b、流程图：- 13 -4.3 电机正反转掌握模块软件设计a、功能：由单片机 2 个输出端口掌握 L298N 的 2 个输入掌握端，IN1 和IN2。当 IN1=1 且 IN2=0 时掌握电机正转；当 IN1=0 且 IN2=1时掌握电机反转。b、流程图：- 14 - 15 -总结为期一周的单片机课程设计马上完毕，在这一周的时间里，我为课程设计规划好了思路和流程，争论这些东西是如何结合在一起实现一个功能的，然后画好了一张完整的电路图。在做好了资料的预备后，我就开头了劳碌的设计过程。整个的课程设计过程是布满艰辛的，有很多能困扰我们的问题，更有些是绞尽脑汁也没有抑制的，但乐趣和意义就在这之中。我觉察遇到了问题要不断地想问题是从何而来的，要想的广泛，而且要多关心别人做的同类型的东西，由于可能只需要点拨一下，只要一个灵感就能联想到很多东西，问题的答案或许就在其中。为期一周的单片机实训完毕了，不仅学习到了很多单片机的学问，并且了解了 AD,异步电机等程序的录入和运行，而且还暴露出来很多学习上的问题，这些问题的觉察将为我们以后的学习和工作找明道路，查漏补缺为进一步学习作好预备！ 本次试验我们组做的课题是光控窗帘，这是一个有用性质格外强的题目。首先，它格外联系我们日常生活，每个人家里都有窗帘，有的人宠爱屋里偏暗，假设他装上了光控窗帘，则能通过光照强度来实现窗帘的自动收放功能 其次，光控窗帘是涉及到单片机、电路、信号、数学数字运算等多学科的一门综合性应用格外强的课题，这个课题的成功实践必将在肯定程度上极大地激发我们在这些相关学科的学习兴趣，也会促使我们去向多学科综合应用的方面进展，这也是当今科学科技领域一个显著的特点。从这一点上来说这个课题的选取对全部参与这个课题争论的同学们来说都是一个格外好的熬炼。 其次也培育了我们每个人在对待科学问题上孜孜不倦、严谨求实的科学作风，这对我们每个人来说都是相当有益的！固然，通过做这个课题，也暴露出来了很多问题值得我们去探讨解决和抑制：第一，时间利用问题。由于课题难度较大，再一个有关时间的问题就是时间利用率太低。其次，课题争论不够深刻。课题争论总是浮于外表文章，对程序对最终结果争论不够造成虽然某一块地方做的比较好但是在大脑中没有一个总体的印象，无法理论联系实际，争论成果的应用严峻背离实际现实，影响使用。根本上，这次实训暴露出来的问题就这些，我且先总结到这里。这些问题的觉察，有助于提高我们在以后的工作和学习中对此类问题的生疏，确保不在同一问题上再次犯错。最终，诚意感谢蔡教师和梁教师教师给我们供给了这次难得的实训时机， 给了我这么深刻的人生体会，这一切一切对我我来说是有益而无害！- 18 -主要参考文献1反响掌握理论2电气技术3 电力拖动及自动化4微机原理5 L298N 电机驱动器使用说明书 :/ docin /p-100398884.html6 ADC0809 中文资料 :/wenku.baidu /view/8a3fe7c20c22590102029d45.html7 L298N 的说明及应用 :/wenku.baidu /view/e7a0720e52ea551810a687bb.htm l8 论坛 主题：ADC0809 的工作频率 :/bbs.21ic /icview-47094-1-1.html结论将开关翻开，正常状态电机处于停顿状态，用手或物体遮住光敏电阻，将其四周的光照强度变弱，当光照强度降低到某一数值时电机开头正转，放下窗帘，数秒后停顿。拿开手或物体，使光敏电阻四周恢复光亮，当光照强度上升到某一数值时电机开头反转，收起窗帘，数秒后停顿。程序清单#include<reg51.h>#define uchar unsigned char unsigned char flag;unsigned int count; sbit start=P15; sbit oe=P16;sbit eoc=P17; sbit in1=P21; sbit in2=P22; int rx;int i; float v; float r; uchar d; int adc;void display; mainin1=0; in2=0; start=0;oe=0;IE=0;/关闭全部中断while(1);d=adc; display;/调用A/D 转换函数/掌握输出信号int adcstart=1; for(i=0;i<=200;i+); start=0;while(eoc=0); oe=1;d=P0;oe=0; return d;/等待转换完毕/转换完毕，设置读允许/读采集信号值/关闭读允许/返回电压值void displayif(d<105)/输入电阻小于 2Vin1=1;in2=0; if(d<240)in1=0;in2=1;elsein1=0;in2=0;/直流电机正转/输入电压大于 4.6V/直流电机反转/正常状态直流电机停顿