2022年2022年节能路灯智能控制系统设计 .pdf

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1、前言第 1 页 （共50 页）前言随着时代的发展， 城市现代化建设步伐不断加快， 对城市道路照明及城市亮化工程需求也更大，而能源的供需问题矛盾也越来越突出。节能节电的要求越来越迫切，越来越高。现在再采用那些传统的受控，钟控城市照明系统的方法已不能满足要求。如何充分利用先进的科学技术解决上述矛盾, 节约能源，提高路灯能源的利用率已成为当前照明技术领域一个新的和紧要的课题。城市道路照明自动化控制作为现代化的标志之一，它所带来的经济和社会效益是十分显著的。目前一般的传统路灯一般采用钠灯、水银灯、金卤灯等灯具，这类灯具有发光效率高、光色好、安装简便等优点被广泛应用，但也存在功率因子低、对电量要求严格、

2、耗电量大等缺点。我国大部分城市街道都采用“全夜灯”的方式进行照明， 这些街道在夜晚人流量和车流量都比较小，即使没有人或车经过， 这些路灯也是长期点亮着的，这时电能就被白白浪费掉了。 很多路段真正有效的照明时间只占到整个照明时间的20% 30% 。 因此有些地方采用 “半夜灯”前半夜全亮后半夜全灭的方式，此方法虽然节约了用电量， 却带来许多社会治安和交通安全问题。也有的采取“亮一隔一”或“亮一隔二”的措施，关闭部分光源。因为， “亮一隔一”或“亮一隔二”不仅减小照度，同时区别于不同的灯杆布置方式，照度均匀度将不同程度、甚至是严重的下降，对交通、行人安全、对维护社会治安产生不利影响。“在保证照明效

3、果下点着灯节电”，这样的概念才是科学的，合理的，这是发达国家道路照明系统的设计思想之一。目前道路照明仍以高压钠灯或金卤灯光源为主，LED照明主要采用LED作为发光光源 LED路灯尚处于示范推广向大规模应用的过渡阶段但是随着产品稳定性的提升和产品价格的下降， LED路灯具有非常强的成长性相对于传统路灯，LED照明道路具有以下优势：1) 扩大了照明范围， 2) 提高了照明均匀度， 3) 低能耗 (相同照度下能耗仅为高压钠灯的 40，节能 50以上 ) ，一个 LED路灯，如果要达到和普通的高压钠灯和高压水银灯那样的亮度，大约需要消耗的40W以上功耗，只有传统路灯的25% 40% 。因此该设计应用光

4、控制LED灯的方法来管理路灯照明， 这节约了很大的资源。 4) 寿命长(有效使用寿命长达70 000h) ，5)智能控制，免维护，环保无污染等名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 48 页 - - - - - - - - - 节能路灯智能控制系统设计第 2 页 （共50 页）智能控制型路灯是运用先进的通讯手段，计算机网络技术、 自动控制技术、 新型传感技术与自动检测技术等构成的监控系统，快速准确地对道路照明、 城市灯饰工程、广场照明、桥梁和隧道照明等系统进行智能

5、监控，实现对远程路灯和电源实施遥控、遥测、遥监、遥视、遥信等功能，便于了解路灯运行状况以及它的维修和保养，能提高路灯运行质量和效率，为能源节约和创造节约型社会打下基础。路灯智能控制系统一般由控制中心主站、各点测控分站、通讯系统三大部分组成。主站主要负责管理、 控制整个系统的运行， 其兼容性和容量大小可灵活配置；通讯一般采用有线或无线与的方式， 目前技术有利用单片机实现路灯控制器的TCP IP 协议(实现自己数据的高速传输和实时控制) 等技术；无线技术有GSM 短信息网、 GPRS 数传电台、 CDPD公共无线数据网，或而各分站点通过安装单片机或新技术装备(如LONWORKS技术) 构成其控制器

6、，从而达到与主站通讯、接受命令、执行开关、控制电压、控制时间、反馈数据信息等功能。智能控制型路灯实现过程可以是多种多样，一般都是：主站电脑控制中心+合适的通讯手段或方式 +各分站集中智能控制器 +路灯控制系统的模式。 随着科技和信息产业的发展，任一个环节实现起来都可以采用多种方式或方法，在此不赘述。采用本系统以后，全区范围的景观灯的开/ 关均可实现自动控制。同时，由于城市照明监控系统具有自动报警和巡测、选测功能，同时结合显示界面维护人员可以在故障发生后的数秒钟内及时了解故障的地点和状态，为及时进行修复提供了有力的保障。1 绪论1.1 题目来源来源于生产 / 社会实际1.2 研究目的和意义1目前

7、单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 48 页 - - - - - - - - - 绪论第 3 页 （共50 页）等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、

8、医疗器械了。因此，单片机的学习、 开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机是靠程序运行的，并且程序可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50 年代开发的 74系列，或者 60年代的 CD4000 系列这些纯硬件来解决的话， 电路一定是一块大 PCB板！但是如果要是用美国70 年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性的转变。鉴于单片机的这些广泛用途及如此简便的使用方法，作

9、为本专业的学生我们更应该好好学习单片机。 本次毕业设计的目的就是为了进一步熟悉单片机语言及单片机工作原理，煅炼单片机与信号检测的综合应用能力，为以后在工作中解决各种问题打好基础。2现代城市飞速发展对城市道路照明和管理提出了更高的要求，城市路灯照明不仅要确保足够的照度，保障城市人民正常的生产和生活，而且要亮化、美化城市。同时，随着城市基础设施投资的不断加速，路灯的数量也在逐年增加， 维护和检修的工作量也随之加大。在这一新形势下，实施新的路灯监控系统网络化、遥控化、精确化的微机监控系统， 对提高城市路灯照明的现代化控制和管理水平，显然十分必要。根据现存照明事业管理的现状，本课题研究的路灯智能控制系

10、统由PC机、主机、电力线载波通讯模块 （PLC ） 、从机等构成。 进行本课题研究的目的和意义在于以下几个方面： （1）对公共照明管理者和使用者来说，本系统给他们带来了极大的方便，他们只需在管理中心的微机上进行简单操作就可以对线路上的任意路灯节点进行控制以及所有路灯的状态和相关信息的控制，使用少量人力进行维修。（2）对于政府管理部门来说，也是一件一劳永逸的事情。 只要进行一次投入， 安装了必要的路灯设备和本控制系统，在以后的运行当中就不需要再投入较大的人力和物力，因为本系统具有自动检测和报警功能，并且可以落实到具体的一个灯，可以省去了大量的人力。（3）对于城市的美化和亮化工程来说，提高城市的形

11、象和人民的满意度将有十分积极的作用。提高市政硬件水平，与现代科技接轨，增强城市照明可靠性和可控性。（4）结合城市夜景设置，通过智能控制，创造城市新景观，根据不同季节合理利用电能资源，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 48 页 - - - - - - - - - 节能路灯智能控制系统设计第 4 页 （共50 页）杜绝电能浪费。（5）及时发现线路故障和单个路灯故障，提高路灯系统工作质量。减轻工人线路巡检工作量，提高工作效率。天气变化或有特殊事件，路灯可快速投切，

12、方便人民生活，消除不良影响。1.3 国内外现状和发展趋势目前，国内城市路灯运行的控制方式有专用控制线、带负荷控制线、时控、光控以及模拟日照开关等。他们共同的缺点是（1）只有控制功能，并且是对整条线路进行控制，不能对具体的路灯节点进行控制。 （2）半夜使灯具的使用寿命大大缩减，维修费用增大。 没有精确检测功能， 这对道路照明管理部门来说是无法做到随时掌握全市路灯的运行状况， 管理部门只有通过不断派人派车巡回检查或群众报警才能知道路灯大致故障情况。（4）巡视工作被动且工作量大，人力成本高，效率很低，市民的满意度不高。根据以上对目前国内路灯监控系统实际现状的分析，可以发现，现存问题很多。就路灯监控系

13、统的功能实现而言， 虽然已经可以通过远程计算机控制整条路灯线路的开和关，并将有关的状态返回给计算机，实现所谓的监控功能。但是，要将路灯监控提升到路灯管理的层次， 并紧密的与节约能源及绿色照明结合起来，还需要在技术上有更高的进步。不难发现，上述问题存在一些共同点（即造成上述问题的共同因素），主要是不能够对单个路灯的功率等重要参数进行有效的控制，单个路灯之间没有信息通道， 不能及时反映灯的状态， 以及系统的稳定性问题。 要解决这些问题， 不仅需要计算机网无线通信网络等技术的应用，更需要新的电力电子技术和信息技术的应用。路灯照明系统是城市建设中不可缺少的功用设施，设计自动化程度高、运行可靠、高效节电

14、、 使用维护方便的监控系统， 是路灯控制与管理现代化的必然要求。传统的路灯开 / 关控制完全依赖光电控制或操作人员根据时钟定时控制，不但亮灯与关灯的时刻不准确， 而且很可能会由于人为或其他因素（如某处控制线断） 造成大面积路灯不亮，造成不良影响，给人民的生活带来不便。微机监控系统通过监控中心的实时监控，检测各分控点的工作情况、运行状态，包括实时电压、 电流以及开关状态等。 当路灯站点出现故障的时候，报警信息能够及时反馈给监控中心进行处理， 保证路灯处于良性状态， 方便人民生活， 减少交通事故，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - -

15、- - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 48 页 - - - - - - - - - 绪论第 5 页 （共50 页）遏制夜间作案， 改善投资环境， 促进经济腾飞， 提高城市道路照明的现代化控制和管理水平，社会效益也非同一般。随着城市市政建设的发展， 传统的路灯控制与维护手段已远远不能适应城市现代化发展的速度。 城市市政建设日新月异， 宽阔的街道， 各种各样的路灯给城市带来了光明的同时也增添了城市夜间的魅力。但是由于道路、 路灯众多，传统的人工管理模式已经和快速、 现代化的城市建设不相适应。 现代计算机集控技术的发展给城市市政管理带来了福音。城市路灯智能控制系统是现

16、代计算机技术运用于城市市政建设中有效、必然的产物，实现了城市路灯系统的计算机集中控制、检测和管理。操作人员只需通过计算机即可了解整个系统路灯的工作状态，并可通过计算机人工或自动控制所有路灯的开关。 即使是在全无人过问的情况下，系统也将严谨有序的工作。 在各种管理自动化的大潮下， 加上我国各个城市的大规模建设，路灯只能控制系统必然有着广阔的市场空间！ 据测算，一个城市的街道数量大于100 条就很有必要由一套信息管理系统与之相配套来实现管理和系统维护，而中国一定规模的市级城市非常多，因此可以肯定的是国内需求会很旺盛！2 系统硬件设计2. 1 系统总体结构设计根据题目要求和单片机的工作原理，以AT8

17、9C51 作为主控制器，进行主要的信息处理，包括路灯控制模块，检测模块，时钟模块。本系统的总体框架图如图1 所示。图 1 系统总体结构框图单片机光检测路灯控制时钟显示L E D 驱动名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 48 页 - - - - - - - - - 节能路灯智能控制系统设计第 6 页 （共50 页）2.2 各模块器件选择2.2.1 单片机的选择【方案一】：采用数字电路实现。数字电路结构简单，响应速度快。但处理能力有限，题目要求支路控制器需实现的功

18、能很多，数字电路不易实现。【方案二】：采用 STC89C51作为主控制单片机。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、 自由度大， 可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。综合题目要求和性价比我们选择方案二为本系统的最终方案，用 STC89C51 制作的最小系统板，结构紧凑，工作稳定，性价比很高。2.2.2 时钟的选择【方案一】：采用软件编程实现时钟。利用单片机定时器中断，产生1 秒信号，实现时钟。此方案不需硬件，但占用太多程序存储器、中断源等单片机资源。【方案二】：利用 DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行

19、通信仅需用到三个口线（其引脚图如图4 所示） RES （复位） 、I/O （数据线）、SCLK （串行时钟） 。SCLK/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芯片体积小、占用空间小，引脚也很少，操作起来非常方便，因此我采用此方案。2.2.3 检测光源的选择检测光源模块是用来判断光线明暗变化。为了确保路灯在工作过程中光线明暗变化，自动开灯和关灯，系统需要利用感光元件来检测出光线明暗，充分节能。对于感光元件的选择有以下几种方案。【方案一】：采用线性光敏传感器。其对光线的强弱呈线性变化、灵敏

20、度高、高可靠性、高稳定性，其价格相对较贵。【方案二】：方案二：采用光敏电阻。灵敏度较低，价格低。在本设计中，选用方案二，通过相应电路设计计算，能够完成环境明暗变化判断要求。2.2.4 显示方案的选择【方案一】：采用 LED数码管显示。该方案控制简单，且LED数码管亮度高，醒名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 48 页 - - - - - - - - - 系统硬件设计第 7 页 （共50 页）目，但是数码管只能显示有限的数字和符号，占用资源较多且信息量较少， 为

21、了方便观察，因此我们不采用此方案。【方案二】：采用诺基亚 5110 LCD显示。完成参数与状态显示要求有较大的显示容量，因此选用诺基亚5110 LCD显示模块，它可显示汉字及图形，方便好用。2.3 AT89C51简介及其工作原理2.3.1 AT89C51主要特性与 MCS-51单片机产品兼容4K字节可编程闪存储器寿命： 1000 写/ 擦循环，数据保留时间：10年全静态工作： 0HZ-24HZ 三级程序存储器锁定128*8 位内部 RAM 32 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和时钟电路2.3.2 AT89C51管脚说明

22、 AT 89C51管脚如图 2：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 48 页 - - - - - - - - - 节能路灯智能控制系统设计第 8 页 （共50 页）P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESET/VPDRXD 、 P3.0TXD 、P3.1INT0 、P3.2INT1 、P3.3T0、 P3.4T1、P3.5WR 、 P3.6RD 、P3.7XTAL1XTAL2GNDP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P

23、2.6P2.7PSENALE/PROGEA/VPPP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0VCC12345678910111213141516171819202128293031323334353637383940图2-1 AT89S51 引脚图222324252627图 2 AT89C51 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P1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 / 地址的第八位。在FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口

24、，当FIASH进行校验时， P0输出原码，此时 P0外部必须被拉高。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口作为第八位地址接收。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

25、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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 48 页 - - - - - - - - - 系统硬件设计第 9 页 （共50 页）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

26、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，如下表所示：口管脚备选功能P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （串行输出口）P3.2 /INT0 （外部中断 0）P3.3 /INT1 （外部中断 1）P3.4 T0（记时器 0 外部输入）P3.5 T1（记时器 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。

27、 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地位字节。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。 /

28、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（0000H-FFFFH ），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，此名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - -

29、 - 第 9 页，共 48 页 - - - - - - - - - 节能路灯智能控制系统设计第 10 页 （共50 页）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。2.3.3 振荡器特性XTAL1和 XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2.3.4 芯片擦除整个 PEROM

30、 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但 RAM ，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。 在掉电模式下， 保存 RAM 的内容并且冻结振荡器， 禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。2.3.5 单片机的 CPU MCS-51 单片机的 CPU 由运算器、控制器和若干个特殊功能寄存器组成，运算器可以加、减以及各种

31、逻辑运算， 还可以进行乘除运算。 控制器在单片机内部协调各功能部件之间的数据传送、数据运算等操作，并对单片机外部发出若干控制信息。CPU中使用的特殊功能寄存器ACC 、B、PSW 、SP和 DPTR 。ACC 就是累加器，在指令中一般写为 A。在做乘除运算时， B 寄存器用来存放一个操作数，也用来存放运算后的一部分结果；若不作乘除操作时，则B可用做通用寄存器。程序状态字寄存器PSW 相当于一般微处理器中的状态寄存器，其中各位的定义如表 1 所示。表 1 PSW 状态寄存器位地址D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 符号CY AC F0 RS1 RS0 OV P 名师资料总结 - -

32、-精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 48 页 - - - - - - - - - 系统硬件设计第 11 页 （共50 页）其中各位的意义如下：CY （PSW.7 ） ：高位进位标志位。常用“C ”表示。AC （PSW.6 ） ：辅助进位标志。F0（PSW.5 ） ：用户标志位。RS1 （PSW.4 ） 、RS0 （PSW.3 ） ：寄存器组选择控制位。8051 共有 4 个 8 位工作寄存器，分别命名为 R0R7 。用户通过改变 RS1和 RS0 的状态可以方便地决定R0 R7的

33、实际物理地址。 RS1和 RS0与寄存器区的对应关系如表2 所示。表 2 RS1 、RS2与工作寄存器组的关系RS1 RS0 寄存器组RAM 中的地址0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 2 3 00H-07H 08H-0FH 10H-17H 18H-1FH OV （PSW.2 ） ：溢出标志位。（PSW.1 ） ：保留位，无定义。P（PSW.0 ） ：奇偶校验位，在每一个指令周期中，若累加器（A）中的“ 1”的位个数是奇数个则 P1，偶数个则 P0。3.AT89C51内存空间从物理地址空间看， 89C51有 4 个存储器地址空间，片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储

34、器，其存储情况如下：（1）内部程序存储器（ ROM ）4K字节。（2）外部程序存储器（ ROM ）64K字节。（3）内部数据存储器（ RAM ）256 字节。（4）外部数据存储器（ RAM ）64K字节。表 3 9C51单片机的特殊功能寄存器一览表寄存器符号名称字节地址名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 48 页 - - - - - - - - - 节能路灯智能控制系统设计第 12 页 （共50 页）*ACC 累加器E0H *B B寄存器F0H *PSW 程

35、序状态字D0HH SP 堆栈指针81H DPTR 数据指针（ DPH 、DPL ）83H （高） 、 82H （低）*P0 P0口锁存器80H *P1 P1口锁存器90H *P2 P2口锁存器A0H *P3 P3口锁存器B0H *IP 中断优先级控制寄存器B8H *IE 中的允许控制寄存器A8H TMOD 定时器 / 计数器方式控制寄存器C8H *TCON 定时器 / 计数器控制寄存器88H TH0 定时器 / 计数器 0（高字节）8CH TL0 定时器 / 计数器 0（低字节）8AH TH1 定时器 / 计数器 1（高字节）8DH TL1 定时器 / 计数器 1（低字节）8BH *SCON

36、串行控制寄存器98H SBUF 串行数据缓冲器99H PCON 电源控制寄存器97H 89C51单片机的片内RAM 虽然字节数虽然不很多，但却起着很重要的作用。256个字节被分为两个区域： 117FH是真正的 RAM 区，可以读写各种数据； 80FFH是专用寄存器（ SFR ）区。对于 51 系列单片机安排里21 个特殊功能寄存器。每个寄存器均为 8 位（一个字节），所以实际上这 128 个字节并未全部利用。 表 3 所示为 89C51单片机特殊功能寄存器地址及符号表。表中带*号的为可位寻址的特殊功能寄存器。2.3.6 单片机的中断系统单片机与外部设备交换信息一般采用两种方式，即查询方式和中断

37、方式。 由于中断方式具有 CPU 效率高，适合于实时控制系统等优点，因而更为常用。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 48 页 - - - - - - - - - 系统硬件设计第 13 页 （共50 页）89C51单片机的中断系统从面向用户的角度来看，就是若干搁特殊功能寄存器：定时器控制寄存器TCON 、中断允许寄存器 IE、中断优先级寄存器IP、串行口控制器SCON 。89C51单片机是一个多中断源系统。有5 个中断源，即两个外部中断，两个外部中断、两个定

38、时器 / 计数器中断和一个串行口中断。（1）方式控制寄存器TMOD 的控制字格式如下：表 4 TMOD控制字位地址D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 符号GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 低 4 位为 T0的控制字，高 4 位为 T1的控制字。 GATE 为门控位，对定时器 / 计数器的启动起辅助控制作用。 GATE=1 时，定时器 / 计数器的计数受外部引脚输入电平的控制，此时只有 P3口的 P3.2（或 P3.3）引脚即 INT0（或 INT1）为 1 才启动计数；GATE=0 时，定时器 / 计数器的运行不受外部输入引脚的控制。C/T 为方式选择位。

39、 C/T=0为定时器方式， 采用单片机内部振荡脉冲的12 分频信号人作为时钟计数脉冲，若采用12MHz的振荡器，则定时器的计数频率为1MHz ，从定时器的计数值便可得定时时间。（2）M1 、M0二位的状态确定定时器的工作方式，详见下表：表 5 M1 、M0功能说明M1 M0 功能说明0 0 方式 0，为 13 位定时器 / 计数器0 1 方式 1，为 16 位定时器 / 计数器1 0 方式 2，为常数自动重新装入的8 位定时器 / 计数器1 1 方式 3，仅适用于 T0，分为二个 8 位计数器（3）TCON 定时/ 计数器工作方式控制寄存器表 6 TCON 控制字位地址8FH 8EH 8DH

40、8CH 8BH 8AH 89H 88H 符号TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 TF1 （TCON.7 ） ： 计时器 1 溢出标志，当计时溢出时，由硬件设定为 1 ， 在执行相名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 48 页 - - - - - - - - - 节能路灯智能控制系统设计第 14 页 （共50 页）对的中断服务程序后则自动清 0 。TR1 （TCON.6 ） ：计时器 1 启动控制位，可以由软件来设定或清除。TR1时启

41、动计时器工作， TRl=0 时关闭。TF0（TCON.5 ） ：计时器 0 溢出标志，当计时溢出时，由硬件设定为 1 ，在执行相对的中断服务程序后则自动清 0 。TR0 （TCON.4 ） ：计时器 0 启动控制位，可以由软件来设定或清除。TR0=1时，启动计时器工作， TR0= 时关闭。IE1（TCON.3 ） ：外部中断 1 工作标志，当外部中断被检查出来时，硬件自动设定此位，在执行中断服务程序后，则清 0 。IT1（TCON.2 ） ：外部中断 1 工作形式选择， IT1=1 时，由下降缘产生外部中断，IT1=0 时，则为低电位产生中断。IE0（TCON.1 ） ：外部中断 0 工作标志

42、，当外部中断被检查出来时，硬件自动设定此位，在执行中断服务程序后，则清 0 。IT0（TCON.0 ） ：外部中断 0 工作形式选择， IT1=1 时，由下降缘产生外部中断，IT1=0 时，则为低电位产生中断。（4） SCON 串行口控制寄存器SM0 （SCON.7 ） ：串行通讯工作方式设定位0。SM1 （SCON.6 ） ：串行通讯工作方式设定位 1 。表 7 SCON 控制字位地址9FH 9EH 9DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H 符号SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM2 （SCON.5 ） ： 允许方式 2 或方式 3 多机通讯控制位。在方式

43、2 或方式 3 时，如 SM2=1 ，REN=1 ，则从机处于只有接收到 RB8=1(地址帧 )才激发中断请求标志RI=1，向主机请求中断处理。被确认为寻址的从机复位SM2=0 ，才能接收 RB8=0 的数据帧；在方式 1 时， 如 SM2=l， 则只有在接收到有效停止位时才置位中断请求标志位RI=1；在方式 0 时，SM2应为 0 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 48 页 - - - - - - - - - 系统硬件设计第 15 页 （共50 页）

44、REN （SCON.4 ） ：REN ，允许 / 禁止串行接收控制位。由软件置位REN=1 为允许串行接收状态，可启动串行接收器RXD ，开始接收信息。 软件复位 REN 0，则禁止接收。TB8 （SCON.3 ） ：在方式 2 或方式 3，它为要发送的第 9 位数据，按需要由软件置位。（5）IE 中断允许寄存器表 8 IE控制字位地址AF AD AC AB AA A9 A8 符号EA ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 EA （IE.7 ） ：EA 0 时，所有中断停用（禁止中断） 。EA 1 时，各中断的产生由个别的允许位决定。（IE.6 ） ：保留位，无定义。ET2 （IE.5

45、 ） ：允许计时器 2 溢出的中断（ 8052使用） 。ES （IE.4 ） ：允许串行端口的中断（ES 1 允许， ES 0 禁止） 。ET1 （IE.3 ） ：允许计时器 1 中断（ ET1 1 允许， ET1 0 禁止） 。EX1 （IE.2 ） ：允许外部中断 INT1 的中断（ EX1 1 允许， EX1 0 禁止） 。ET0 （IE.1 ） ：允许计时器 0 中断（ ET0 1 允许， ET0 0 禁止） 。EX0 （IE.0 ） ：允许外部中断 INT0 的中断（ EX0 1 允许， EX0 0 禁止） 。（6）IP 中断优先级寄存器表 9 IP控制字位地址BD BC BB BA

46、 B9 B8 符号PT2 PS PT1 PX1 PT0 PX0 （IP.7 ） ：保留位，无定义。（IP.6 ） ：保留位，无定义。PT2 （IP.5 ） ：设定计时器 2 的优先次序（ 8052使用） 。PS （IP.4 ） ：设定串行端口的中断优先次序。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 48 页 - - - - - - - - - 节能路灯智能控制系统设计第 16 页 （共50 页）PT1 （IP.3 ） ：设定时计时器 1 的优先次序。PX1 （IP

47、.2 ） ：设定外部中断 INT1 的优先次序。PT0 （IP.1 ） ：设定计时器 0 的优先次序。PX0 （IP.0 ） ：设定外部中断 INT0 的优先次序。上述每位 IP.* 1 时，则定义为高优先级中断， IP.* 0 时，则定义为低优先级中断。如果同时有两个或两个以上优先级相同的中断请求时，则由内部按查询优先顺序来。2.3.7 单片机最小系统一块单片机芯片不是一拿来就可以用的，那么单片能正常工作的基本要求有哪些呢？下面就说一下最小系统。（1） 振荡电路单片机是一种时序电路， 必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19 脚。如图 3 所示，

48、外部时钟振荡电路由晶体振荡器和电容 C1 、C2构成并联谐振电路，连接在XTAL1 、XTAL2脚两端。对外部 C1 、C2 的取值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响到振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性。 C1、C2通常取值 C1=C2=30 30PF ；8051的晶振最高振荡频率为 12M ，AT89C51的外部晶振最高频率可到24M 。典型的晶振取 11.0592MHz(因为可以准确地得到 9600 波特率和 19200 波特率，用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的 us 级时歇，方便定时操作 )。（2）电源电路这当然是必不可少的了。 单片机使用的是 5V电源，

49、其中正极接 40引脚， 负极 （地）接 20 引脚。（3） 复位电路由电容串联电阻构成，由图并结合“电容电压不能突变”的性质，可以知道，当系统一上电， RST脚将会出现高电平，并且，这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的 51 单片机当 RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 48 页 - - - - - - - - - 系统硬件设计第 17 页 （共50 页）适当组合 RC的取值就可以保证可靠的复位

50、。一般教科书推荐C 取 10u，R取 10K。当然也有其他取法的，原则就是要让RC组合可以在 RST脚上产生不少于2个机周期的高电平。至于如何具体定量计算，可以参考电路分析相关书籍。（4） EA访问程序存储器控制信号，当EA为低电平时，对ROM 的读操作限制在外部程序存储器；当 EA为高电平时，则对ROM 的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。高电平就是选用内部ROM ，低电平就是不选用内部ROM ，8031内部根本没有 ROM ，需接外接 ROM ，所以要低电平。至此，一个单片机就接好，通上电，单片机就开始工作了。图 3 单片机最小系统2.4 DS1302 的电路设计2.4