基于51单片机的智能台灯设计(共36页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上摘要LED台灯作为LED绿色照明光源产品，作为国家绿色照明推广使用的产品。随着时代发展，节能环保、健康与人们的日常生活变得密不可分，科技的进步，也使家电更加智能化和人性化。台灯作为家电中基础的，也是必不可少的，所以，提出PWM调光灯设计。该设计是以STC89C51RC单片机为控制核心的集多种功能于一体的智能LED台灯。该台灯实现了光亮度具有手动、自动两种调节方式；具有呼吸模式功能，还具有红外遥控功能。硬件设计部分分为单片机控制模块、按键模块、照明模块、光敏模块、LED指示模块、遥控模块等多个部分。单片机主控制芯片选用STC89C51RC，LED指示模块选用三种不同颜色

2、的小LED来指示不同的工作模式，通过按键模块来调整工作模式和LED的亮度，照明模块选用12草帽型白光LED，光敏模块选用ADC0809芯片实现对光敏信号的采集，并利用PWM调光技术对LED进行光度的自动调节。可以通过红外遥控远距离无线遥控，通过单片机C语言编程进行软件设计，综合实现了全部控制功能。关键词LED台灯 光度 PWM调光 自动调节AbstractLED lampas LEDgreen lightingproducts,as thecountryto promote the use ofgreenlightingproducts.With the development of the

3、times,energy saving and environmental protection,health and the peopledaily lifeare inseparable,the progress of science and technology,also makes home appliancesmore intelligent and humanized.The lampashome appliancesbased,sois also essential,put forward PWMdimming the lightsdesign.Thedesign is base

4、d on STC89C51RCSCM ascontrolcoreand multi functionsin one of theintelligentLED lamp.Thetable lamp realizes thebrightnesswith manual,automatic twotypes of regulation;respiratorymode function,but also hasthe function of infrared remote control.The design of the hardwarepartconsists ofMCU control modul

5、e,keyboard module,lighting module,photosensitivemodule,LEDmodule,remote controlmoduleinstruction.The MCU main controlchipSTC89C51RC,LEDindicating modulewith three kinds ofdifferent colors of smallLEDto indicate differentworking modes,brightnessthrough the keymodule to adjust theworkingmode and the L

6、EDlightingmodule,using 12straw hat typewhite LED,photosensitivemodule uses ADC0809chip implementation ofasignal acquisition,automatic regulationandluminosityofLED usingPWM dimmingtechnology.Through theinfrared remote control,wireless remote control,software design oftheMCU Clanguage programming,inte

7、gratedcontrol functions are realized by.Key wordLED lampdimmingautomatically adjustluminosity of PWM目录前言LED照明又称固态照明，作为继白炽灯、荧光灯后的第三代照明技术，具有节能、环保、安全可靠的特点，固态光源是被业界看好的未来十年替换传统照明器具极具潜力的新型光源，代表照明技术的未来。发展新固态照明，不仅是照明领域的革命，而且符合当前政府提出的“建设资源节约型和环境友好型社会”的要求。LED台灯就是以LED(Light Emitting Diode)即发光二极管为光源的台灯，LED是一种固态

8、的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED台灯是典型的绿色照明光源产品，作为国家绿色照明推广使用的产品，具有广阔的应用前景。随着时代发展，节能、环保、健康等一系列话题被人们日益关注，照明是人们生活必不可少的一部分，我国年用电量5185.9万兆瓦，其中照明占到总用电量的12%，并且以每年3.44%的速度持续增长，如何更好地节约能源？作为照明，照明灯具的损耗，剩余材料丢弃，势必会造成环境的污染，如何才能使照明更加环保？据统计，我国39.3%的人有不同程度视力问题，由于不正确的用眼方式造成近视人数占到总人数的30%左右，因此用眼健康越来越被人重视。如何才能使照明更加健康，保护视力？本文介绍了以ST

9、C89C51为控制核心，通过光敏电阻感应光度，并利用PWM调光技术对LED进行光度的自动调节。同时设置手动控制。该LED台灯电路简单，很大程度上节省电能，延长LED灯寿命，适宜阅读。第1章 绪论1.1课题研究背景台灯已是千家万户的必需生活电器，经常由于忘记关灯而造成巨大的能源浪费。在我国,照明耗电占年发电总量的12%(超过100亿千瓦每小时),现在的台灯绝大部分是采用普通的白炽灯、荧光灯、节能灯和螺旋节能灯,并且控制方式多采用手动开关,不能连续调节，更不能自动调节。当夜晚来临时，人们又摸黑去开灯，非常不方便，与现在家电的智能化，人性化，低碳设计理念相违背。LED被认为是21世纪的照明光源。LE

10、D发光器件是冷光源，光效高，工作电压低，而且能耗低，可控制好、无辐射，同样亮度下，LED能耗为白炽灯的10，荧光灯的50。LED寿命可达10万小时，是荧光灯的10倍，白炽灯的100倍。随着能源紧缺、电价越来越高、环保要求及LED的光效的提高,用LED替代现在台灯普遍使用的白炽灯或荧光灯，环保无污染。另外，LED的光谱几乎全部集中于可见光频段,其发光效率可达8090%，并且传统的台灯中的光源体使用的是交流电，所以每秒钟会产生100120次的频闪。LED灯是把交流电直接转换为直流电，不会产生闪烁现象，保护眼睛，可以获得“柔和”的灯光环境。另外一个情况是现在中国约30%的人有不同程度的视力问题，其中

11、近视是主要问题，近年来，我国的近视率已上升为全球第二，仅次于日本，但近视的总人数确是全球第一。引起近视的主要原因是用眼不健康，如看书的光线不在正常范围时，学习时的坐姿不正确等。解决以上问题迫在眉睫。1.2系统方案的提出通过采用LED照明，提高电能利用率，利用传感器检测，微处理器控制，实现自动调光、视力保护、安全合理多项功能的智能台灯。1.2.1LED优势相较于普通照明，LED照明有以下主要优点：（1）较长的使用寿命。白炽灯的发光机理是：通电时，电能流过发光钨丝，产生热能，使钨丝加热发光。因此，当经过相当长时间加热，钨丝就会发生老化甚至烧断，那么，白炽灯的寿命也就告终了。发光二极管（LED）的发

12、光机理是由它的特殊结构决定的，它是由PN结晶片、两个电极和光学系统构成，当在电极两端加上正向偏置电压时，空穴和电子分别被注入到P区和N区，非平衡少数载流子和多数载流子发生复合，多余的能量以辐射光子的形式转化为光能，二极管是依赖于载流子的不断移动发光的，所以不存在老化或烧断，它的发光寿命可长达510万小时。（2）发光效率高。实验测定，当LED通电发光时，可以把10%左右的电能转成光能，而普通白炽灯的转化效率仅有7%8%，所以，当需要达到同等的照明效果时，LED灯比普通白炽灯更节能。（3）发光响应速度快。LED灯的响应时间为10-710-9S，具有很好的高频特性，能显示脉冲信号，而白炽灯响应时间在

13、ms级，高频特性差；（4）发光有较强的方向性，适用于定向照明。（5）易控制。LED驱动可采用模拟调光、PWM脉宽调制、TRICA双向晶闸管调光方式、带总线接口LED驱动器、适配微控制（单片机或其他微处理器）等多种方式进行调光。（6）绿色环保。普通节能灯（如荧光灯）工作原理是加热电阻丝，所以容易产生汞或其他重金属污染。（7）使用灵活。因为LED的体积较小，所以可根据应用需求对LED灯进行灵活组合，其颜色也可进行灵活搭配。（8）尺寸较小，防震动及抗冲性能好。因此，我们提出新型LED智能多功能台灯方案。1.2.2方案简述针对上述节能、环保、健康等问题研究，基于C51单片机和PWM调光的LED台灯以S

14、TC89C51作为主控芯片，设置了手动控制、自动控制和呼吸模式。在手动控制时，分为十个档，输出不同的PWM占空比对LED的电流进行控制，从而实现了对光度的手动调节。在自动控制时，通过ADC0809模拟-数字转换芯片不断检验光敏电阻的电压来间接测量感应光度，将电压和预设的阈值进行对比，调整PWM的占空比对LED的电流进行控制，从而实现了对光度的自动调节。总体框图如下（图1.1）:图1.1第2章系统方案的选择2.1控制芯片的选择方案选择嵌入式微处理器主要考虑因素有以下几个方面：应用领域：一个产品的功能、性能一旦定制下来，其所在的应用领域也随之确定。应用领域的确定将缩小选型的范围。自带资源：芯片自带

15、资源越接近产品的需求，产品开发相对就越简单。可扩展资源，要求芯片可扩展存储器。低功耗：低功耗的产品即节能又节财，甚至可以减少环境污染，还能增加可靠性，它有如此多的优点，因此低功耗也成了芯片选型时的一个重要指标。芯片的可延续性及技术的可继承性，芯片的价格和供货也是必须考虑的因素，所以选型时尽量选择有量产的芯片，选择市面上使用较广的芯片，将会有比较多的共享资源，给开发带来许多方便。2.1.1STC89C51RCSTC89C51RC为40引脚双列直插式芯片，增强型8051单片机，工作电压3.3V5.5V，片内集成4K字节ROM和256字节RAM，具有EEPROM功能，两个定时/计数器，具有看门狗功能

16、，工作频率范围为040MHz，实际工作频率可达48MHz，有32个通用I/O口，可采用在系统编程（Insystemprogramming，简称ISP）或在应用编程（Inapplicationprogramming，简称IAP），无需专用编程器和仿真器，指令代码完全兼容传统8051。具有价格低廉、兼容性强、超强抗干扰能力、超低功耗等优点。2.1.2AVR单片机AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆(32个寄存器文件)和单体高速输入/输出的方案(即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑)。提高了指令执行速度(1Mips/MHz)，克服了瓶颈现象，增强了功

17、能；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。故AVR单片机在软/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机。AVR单片机内嵌高质量的Flash程序存储器，擦写方便，支持ISP和IAP，便于产品的调试、开发、生产、更新。内嵌有长寿命EEPROM，可长期保存关键数据，避免断电丢失。片内大容量的RAM不仅能满足一般场合的使用，同时也更有效的支持使用高级语言开发系统程序，并可像MCS-51单片机那样扩展外部RAM。AVR单片机的I/O线全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可设定（初始）高阻输入、驱动能力强（可省去功率驱动器件）等特性，使的得I

18、/O口资源灵活、功能强大、可充分利用。AVR单片机片内具备多种独立的时钟分频器。AVR单片机有自动上电复位电路、独立的看门狗电路、低电压检测电路BOD，多个复位源(自动上电复位、外部复位、看门狗复位、BOD复位)，可设置的启动后延时运行程序，增强了嵌入式系统的可靠性。AVR单片机具有多种省电休眠模式，且可宽电压运行（5-1.8V），抗干扰能力强，可降低一般8位机中的软件抗干扰设计工作量和硬件的使用量。AVR单片机技术体现了单片机集多种器件(包括FLASH程序存储器、看门狗、EEPROM、同/异步串行口、TWI、SPI、A/D模数转换器、定时器/计数器等)和多种功能(增强可靠性的复位系统、降低功

19、耗抗干扰的休眠模式、品种多门类全的中断系统、具输入捕获和比较匹配输出等多样化功能的定时器/计数器、具替换功能的I/O端口)于一身，充分体现了单片机技术的从“片自为战”向“片上系统SOC”过渡的发展方向。2.1.3FPGAFPGA（FieldProgrammableGateArray），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。是专门作为（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片

20、里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。FPGA一般来说比ASIC（专用集成芯片）的速度要慢，无法完成复杂的设计，但是功耗较低。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD（复杂可编程逻辑器件备）。2.1.4主控制芯片的确定STC89C51RC可以满足系统开发需要，而且使用普遍，开发编程环境容易实现，

21、与其他系统兼容性强，开发成本低，较AVR和FPGA具有明显的价格优势，超强抗干扰能力、超低功耗、价格低廉等优点，最终选择作为系统控制芯片。2.2照明模块的选择LED功率的大小，首先要选择具有足够的输出功率的芯片，能够驱动所要求的LED功率。输入电压的高低，输入电压的稳定度，LED的连接通常可以是串联或是并联，串联的数目越多，所需的驱动芯片数目就越少。LED驱动器通用要求，选择LED驱动方式，LED驱动器标准，进一步提高能效、增加功能及功率密度。产品寿命周期及可靠性问题，考虑更好的散热功率管发热功率管的功耗分成两部分，开关损耗和导通损耗。工作频率降频，电感或者变压器的选择，LED电流大小。2.2

22、.1三极管驱动三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。IC的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数（=IC/IB,表示变化量。），三极管的放大倍数一般在几十到几百倍。三极管在放大信号时，首先要进入导通状态，即要先建立合适的静

23、态工作点，也叫建立偏置，否则会放大失真。选择合适放大倍数三极管，通过放大电流驱动LED，三级管放大有成本低，易实现，易控制等优点。2.2.2PWM芯片控制LED的调光控制，传统上LED的调光是利用一个DC信号或滤液PWM对LED中的正向电流进行调节来完成的。减小LED电流将起到调节LED光输出强度的作用，然而，正向电流的变化也会改变LED的彩色，因为LED的色度会随着电流的变化而变化。许多应用（例如汽车和LCD背光照明）都不能允许LED发生任何的色彩漂移。在这些应用中，由于周围环境中存在不同的光线变化，而且人眼对于光强的微小变化都很敏感，因此宽范围调光是必需的。通过施加一个PWM信号来控制LE

24、D亮度的做法允许不改变彩色的情况下完成LED的调光。PWM是脉冲宽度调制信号，注意其中的“宽度”，就是脉冲的高电平的时间。PWM信号调节LED亮度时，信号频率是不变的，改变的是脉冲的高电平的时间，即LED的导通时间。这种信号调节亮度相当于调节LED的平均电流，所以电流会变化。采用LM3410X串联驱动LED灯，具体电路图如图2.1所示。图2.1 LM3410X串联驱动电路LM3410恒流LED驱动器是单片频率，PWM升压型DC/DC转换器，5引脚或6引脚封装。它可以驱动典型2.5A峰值电流与内部160MNMOS切换。开关频率在内部设置为525kHz或1.60MHz，允许使用极小的表面贴装电感器

25、和片式电容器。即使操作频率高，高达88的效率很容易实现的。外部关闭包括在内，具有超低待机电流为80nA。LM3410采用电流模式控制和内部补偿功能，提供高性曼斯在广泛的操作条件。额外功能包括调光，脉冲的脉冲电流限制，热关断。2.2.3照明方案的确定考虑照明需要，需要驱动电压5V,驱动电流3A，需要驱动16个大草帽白光LED，因为三极管驱动具有成本低，易控制，易实现等优点，而LM3410X成本高且不易寻找，最终选用大功率三极管SS8550驱动照明模块。2.3遥控模块的选择本设计添加遥控功能，可以更加方便使用。遥控主要有红外式遥控，超外差式无线遥控等等都有很广泛的应用。2.3.1超再生无线模块超再

26、生无线模块是由编码发射模块和解码接收部分组成。无线信号的编码由SC2262集成电路完成，该电路具有8位地址信号和4位数据信号，不同的地址与数据的组合，可以编制上万种编码，完全可以满足同一区域内互不影响地工作。发射芯片地址编码输入有“1”、“0”和“开路”三种状态，数据输入有“1”和“0”两种状态。由各地址、数据的不同接脚状态决定，编码从输出端Dout输出，通过红外发射管发射出去。 Dout输出的编码信号是调制在38kHz载波上的，OSC1、OSC2外接的电阻决定载频频率，一般电阻可在430k820k之间选择即可。SC2262-IR是2262系列用于红外遥控的专用芯片，它是一种CMOS工艺制造的

27、低功耗低价位通用编码电路，SC2262-IR最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空，接高电平，接低电平)，任意组合可提供地址码，SC2262-IR最多可有6位(D0-D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于遥控发射电路。编码芯片SC2262-IR发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，当有按键按下时，SC2262-IR得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号。SC2262-IR的管脚图如图1所示，管脚说明如表1所示，性能参数如表2所示。SC2262-IR特点：CMOS工艺制造，低功耗，外部元器件少，RC振荡电阻，工作电压范围宽：2.61

28、5v ，数据最多可达6位，地址码最多可达种。应用范围：车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控。接收电路的无线接收与解调部分采用的是现成的高频接收模块，可以简化设计工作，而且可靠性较好,接收模块采用的是超再生接收，具体的解调过程为：当发射器发送1时，相应的发射高频电路工作，接收部分就会相应地收到一个315 M的高频信号，使模块输出为1，当发射部分发送的是0时，发射高频部分停止工作，接收部分就输出为0，这样就实现了无线信号的传输。经高频接收且解调出来的信号是编码集成电路SC2262编码后的串行信号，必须经相应的解码电路解码才能还原出控制信号数据。SC2272就担任了这个解码任务。SC2

29、262和SC2272是一对专用的编、解码集成电路，当接收部分SC2272的8位地址数据与发射部分的8位地址数据相同时，就会在SC2272的17脚输出一个高电平，表示解码成功，同时在4位数据位上输出相应的数据信号，后续的输出控制电路就根据解码输出的数据位。SC2272的暂存功能是指当发射信号消失时，SC2272的对应数据输出位即变为低电平。而锁存功能是指，当发射信号消失时，SC2272的数据输出端仍保持原来的状态，直到下次接收到新的信号输入。为了能正确解调出调制的编码信号，接收端需加一级前置放大级，保证输入SC2272的信号幅度足够大。SC2272各输出端通过各种接口即可控制相应的负载。2.3.

30、2 红外遥控又称红外光波，在电磁波谱中，光波的波长范围为0.01um1000um。根据波长的不同可分为可见光和不可见光，波长为0.38um0.76um的光波可为可见光，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。光波为0.01um0.38um的光波为紫外光(线)，波长为0.76um1000um的光波为红外光(线)。红外光按波长范围分为近红外、中红外、远红外、极红外4类。红外线遥控是利用传送遥控指令的，波长为0.76um1.5um。用近红外作为遥控光源，是因为目前红外发射器件(红外发光管)与红外接收器件(光敏二极管、三极管及光电池)的发光与受光峰值波长一般为0.8um0.94um，在近红外光波段内

31、，二者的光谱正好重合，能够很好地匹配，可以获得较高的传输效率及较高的可靠性。的发射电路是采用来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由、或硅光电池组成，它们将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。发射机一般由指令键(或操作杆)、指令编码系统、调制电路、发射电路等几部分组成。当按下指令键或推动操作杆时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载波进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定的指令编码信号。接收电路一般由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路(机构)等几部分组成。接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来

32、，并进行放大后送解调电路，解调电路将已调制的指令编码信号解调出来，即还原为编码信号。指令译码器将编码指令信号进行译码，最后由驱动电路来驱动执行电路实现各种指令的操作控制（机构）。由于红外线遥控不具有像那样穿过障碍物去控制被控对象的能力，所以，在设计家用电器的时，不必要像无线电遥控器那样，每套(发射器和接收器)要有不同的遥控频率或编码(否则，就会隔墙控制或干扰邻居的家用电器)，所以同类产品的红外线遥控器，可以有相同的遥控频率或编码，而不会出现遥控信号“串门”的情况。这对于大批量生产以及在家用电器上普及红外线遥控提供了极大的方便。由于红外线为不可见光，因此对环境影响很小，再由红外光波动波长远小于无

33、线电波的波长，所以红外线遥控不会影响其他家用电器，也不会影响临近的无线电设备。2.3.3遥控方案的确定考虑到设计的成本和简便问题，本设计采用红外遥控方式。红外遥控电路简单方便，通过程序控制相应的按键识别，更能锻炼编写程序的能力。第3章 硬件设计硬件设计总体框图如下：图3.1硬件设计总体框图3.1 单片机STC89C51芯片简介STC89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Fl

34、ash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位 /计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X51 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种可选择节电模式。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35Mhz，6T/12T可选。图3.2 STC89C51单片机引脚图单片机是美国STC公司最新推出的一种新型51内核的单片机。片内含有Flash程序存储器、SRAM、UART、

35、SPI、PWM等模块。（一）STC89C51主要功能、性能参数如下：（1）内置标准51内核，机器周期：增强型为6时钟，普通型为12时钟;（2）工作频率范围：040MHZ，相当于普通8051的080MHZ;（3）STC89C51RC对应Flash空间：4KB;（4）内部存储器（RAM)：512B;（5）定时器计数器：3个16位；（6）通用异步通信口（UART）1个；（7）中断源:8个；（8）有ISP(在系统可编程）IAP(在应用可编程),无需专用编程器仿真器；（9）通用IO口：3236个；（10）工作电压：3.85.5V；（11）外形封装：40脚PDIP、44脚PLCC和PQFP等。（二）STC

36、89C51单片机的引脚说明：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，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

37、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

38、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。 P3.0 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） I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读

39、端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。这是由硬件自动完成的，不需要我们操心，1然后再实行读引脚操作，否则就可能读入出错，为什么看上面的图，如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为0Q为1加到场效应管栅极的信号为1，该场效应管就导通对地呈现低阻抗，此时即使引脚上输入的信号为1，也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1。若先执行置1操作，则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入，由于在输入操作时还必须附加一个准备动作，所以这类I/O口

40、被称为准双向口。89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口。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

41、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（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。（三）STC8

42、9C51单片机最小系统：最小系统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件，能使单片机始终处于正常的运行状态。电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D扩展等，使单片机完成较复杂的功能。STC89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单可靠。用STC89C52单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，结构如图3.3所示，由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。时钟电路复位电路STC89C51单片机I/O口时钟电路复位电路51系列单片机I/O接口

43、图3.3 单片机最小系统原理框图(1) 时钟电路STC89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。内部时钟方式如图3.4所示。在STC89C51单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1(18)和XTAL2(19)引脚外接石英晶体(简称晶振)，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在530pF，典型值为30pF。晶振CYS的振荡频率范围在1.212MHz间选择，典型值为12MHz和6MHz。图3.4 STC89C51内部时钟电路(2) 复位电路当在STC89C51单片机的RST引脚引入高

44、电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作(若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态)。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充放电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST(9)端与电源Vcc接通而实现的。按键手动复位电路见图3.5。时钟频率用11.0592MHZ时C取10uF,R取10k。图3.5 STC89C51复位电路（四） STC89C51中断

45、技术概述中断技术主要用于实时监测与控制，要求单片机能及时地响应中断请求源提出的服务请求，并作出快速响应、及时处理。这是由片内的中断系统来实现的。当中断请求源发出中断请求时，如果中断请求被允许，单片机暂时中止当前正在执行的主程序，转到中断服务处理程序处理中断服务请求。中断服务处理程序处理完中断服务请求后，再回到原来被中止的程序之处（断点），继续执行被中断的主程序。图3.6为整个中断响应和处理过程。图3.6 中断响应和处理过程如果单片机没有中断系统，单片机的大量时间可能会浪费在查询是否有服务请求发生的定时查询操作上。采用中断技术完全消除了单片机在查询方式中的等待现象，大大地提高了单片机的工作效率和

46、实时性。3.2 LED驱动电路常见的三极管为9012、s8550、9013、s8050.单片机应用电路中三极管主要的作用就是开关作用。其中9012与8550为pnp型三极管，可以通用。其中9013与8050为npn型三极管，可以通用。区别引脚：三极管向着自己，引脚从左到右分别为ebc，原理图中有箭头的一端为e，与电阻相连的为b，另一个为c。箭头向里指为PNP(9012或8550)，箭头向外指为NPN（9013或8050）。三极管的工作原理 三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。分成NPN和PNP两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电

47、路的基本原理。 （1）电流放大 下面的分析仅对于NPN型硅三极管。如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib；把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流 Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源 能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变 化量的倍，即电流变化被放大了倍，所以我们把叫做三极管的放大倍数（一般远大于1，例如几十，几百）。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射 极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。（2）偏置电路 三极管在实