智能照明实验报告.pdf

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1、 物理与电子科学系 单片机原理与应用课程设计 题目：公共照明智能控制系统 专业：电子信息工程 班级：1 姓名：学号：任课教师：成绩：2013 年 12 月 13 日 目录 1、系统设计.3 1.1 设计.3 1.2 方案.4 2、系统硬件设计.4 2.1 AT89C51 介绍.4 2.2 LCD1602 介绍.6 2.3 照明系统硬件连接.8 3、系统软件设计.9 3.1流程图.9 3.2 万年历设计：.9 3.2 液晶显示设计：.9 3.4 接键可调部分.9 3.1 照明控制的设计.9 参考文献:.9 公共照明智能控制系统 课题研究的背景：随着现代科技的飞速发展，单片机已经在各个领域得到越来

2、越广泛的应用。单片机由于体积小，功耗低两个基本特征，在通讯，家电，工业控制，仪器仪表，汽车等产品中都可以看到单片机的身影。单片机技术也随着集成电路技术的进步在近几年飞速的发展，这种发展可以分为两方面 1：一方面在硬件上单片机内部集成了越来越多的功能部件，如A/D，D/A，PWM，WATCHDOG，LCD驱动，串行口，大容量FLASH存储器等；另一方面在开发手段上从汇编语言向高级C语言过度，计算机仿真调试，IAP，ISP技术的应用使单片机开发周期大大的缩短，为各类产品更新，软件的升级提供了可靠的技术保障。在设计单片机应用系统时，由于历史的原因，目前在国内仍然以8051系列单片机为主。作为电子专业

3、的学生，非常有必要通过实际产品的设计和制作，了解现代IT产品的开发全流程。全面提高机，电，光，算知识的综合应用能力，掌握从系统级，电路级，到芯片级各个层次的设计和实现手段。基于上述原因，选择此设计课题，在此设计过程中，我们将会用到多门学科的理论知识，将对以前所学的知识做一个全面的复习和巩固，更重要的是培养了发现问题，分析问题，解决问题的能力，还有动手能力，也是一次很好的实践，对以后的学习和工作也会有所帮助。1、系统设计 11 设计 1.11 系统功能要求：本系统要求以单片机为核心，设计一个校园公共照明智能控制系统。该控制系统应具备以下功能：a 万年历及显示；b 定时开、关校园公共照明；c 深夜

4、节能；d 键盘输入，通过键盘可以修改时间；1.12 系统设计内容：a 系统方案设计；b 利用 Protues 完成系统硬件电路设计；c 利用 Keil 完成系统软件设计；d 完成系统调试；1.2 方案 a、采用 NE555 时基电路来进行定时，以便控制开关的时间，其他各系统单元分别用相应独立的电路来完成，但精度较低，而且各部分全部采用模拟器件来组成部分，制作复杂。b、采用 AT89C52 微处理芯片,来控制智能照明系统，制作调试方便、控制时间准却，电路工作稳定，而且非常简单(硬件部分)、使用范围广。本实验采用第二种方式。2、系统硬件设计 2.1 AT89C51 2.11 芯片介绍及功能 AT8

5、9C51 是一种低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节 Flash 闪速存储器，128 字节内部 RAM，32 个 I/O 口线，两个 16 位定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器

6、及时钟电路。同时，AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。2.12 管脚说明 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 P0 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/地址的低八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIA

7、SH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须接上拉电阻。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 口作为低八位地址接收。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

8、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

9、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（计时器 0 外部输入）P3.5 T1（计时器 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 2.2 LCD1602 2.21 主要功能：A、40 通道点阵 LCD 驱动;B、可选择当作行驱动或列驱动;C、输入/输出信号:输出,能产生 202 个 LCD 驱动波形;输入,接受控制器送出的串行数据和控制信号,偏压(V1V6);D、通过单片机控制将所测的频率信号读数显示出来 主要技术参数：显示容量：162

10、个字符 芯片工作电压：4.55.5V 工作电流：20mA(5.0V)模块最佳工作电压：5.0V 字符尺寸：2.4.35(WXH)mm 时序特性表：项 目 符 号 测试条件 标 准 值 单位 MIN TYPE MAX 允许时间周期 TCYCE 5.1a 5.1b 1000 ns 允许脉冲宽度,高电平 PWEH 450-ns 允许上升和下降时间 tEr tEf-25 ns 地址建立时间 tAS 140-ns 数据延迟时间 tDDR-320 ns 数据建立时间 tDSW 195-ns 数据保持时间 tH 10-ns DATA HOLD TIME tDHR 20-ns 地址保持时间 tAH 10-ns

11、 模块引脚功能表：符 号 名 称 功 能 1 Vss 接地 0V 2 VDD 电路电源 5V10%3 VEE 液晶驱动电压 保证 VDD-VEE=4.55V 电压差 4 RS 寄存器选择信号 H:数据寄存器 L:指令寄存器 5 R/W 读/写信号 H:读 L:写 6 E 片选信号 下降沿触发,锁存数据 7-14 DB0-DB7 数据线 数据传输 寄存器选择功能表：RS R/W 操 作 0 0 指令寄存器(IR)写入 0 1 忙标志和地址计数器读出 1 0 数据寄存器(DR)写入 1 1 数据寄存器读出 （注:忙标志为1时,表明正在进行内部操作,此时不能输入指令或数据,要等内部操作结束,即忙标志

12、为0时。）2.22指令功能 格式:RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 共 11 种指令:清除,返回,输入方式设置,显示开关,控制,移位,功能设置,CGRAM 地址设 置,DDRAM 地址设置,读忙标志,写数据到 CG/DDRAM,读数据由 CG/DDRAM。2.23 初始化方法 延时 15ms 写指令 38H(不检测忙信号)延时 5ms 写指令 38H(不检测忙信号)延时 5ms 写指令 38H(不检测忙信号)(以后每次写指令、读/写数据操作之前均需检测忙信号)写指令 38H：显示模式设置 写指令 08H：显示关闭 写指令 01H：显示清屏 写指令 0

13、6H：显示光标移动设置 写指令 06H：显示开及光标设置 2.3 照明系统硬件连接 如图所示：本系统定时亮/灭,利用Protues仿真，在P36和P37端口接LED灯，通过软件定时控制灯的灭亮；在P2口前四个口接按键，分别为移位，加键，减键，功能键；液晶显示模块(LCD1602)连接方式，微处理器AT89C51的0P口通过数据RP分别与液晶显示模(LCD1602)的数据端(DB)相连接,数据命令选择端(RS)、使能信号端(E)分别与微处理器的P34、P35口相连接。如图(LCD1602)显示部分 AT89C51 微处理器 按键设置部分 基本外围 (晶振和复位)电路(LED)发光二极管 ERSR

14、SEGNDGNDVCCll1GNDll1ll1lGNDl1l1ll1ll1lXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.

15、2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3LCD1LM016L234567891RP1RESPACK-8移位加减功能D1LED-BIRGD2LED-BIGYD3LED-BIGYD4LED-BIGYD5LED-BIGYD6LED-BIRGD7LED-BIRGD8LED-BIGYD9LED-BIRGD10LED-BIGYD11LED-BIRGD12LED-BIGY 3、系统软件设计 3.1 流程图 3.2 软件设计：软件主要包含时钟

16、判断和显示程序，调用不同指令来完成相应的功能。本单片机夜用照明系统采用单片机 C 语言来编写，在其编写过程当中比较方便的调用单片机内部的资源，从而比较容易控制与单片机相联系的外围电路液晶显示，用 write_com()写指令，用write_date（）写数据，write_nyr()写年月日,write_sfm()写时分秒；按键用 if 语句来判断，实现加减移位功能；最后用 if 语句判断时间，控制灯的亮灭。4 展望 尽管本系统能够完成我们所要求的任务来控制照明系统，并且体现出了物优价廉的优越性，但由于本人水平和开发时间有限，离一个完全实用的，能够完全符合市场需求的单片机夜用照明显示系统还有一定

17、的差距。因此，在以后的研制过程中，还需要在系统抗干扰方面、增强显示效果、提高其灵敏度及功能上做大量工作，以满足更高使用要求。开始 P36 P37 灭 亮 时间 If 判断按键 参考文献:1 刘文涛 单片机语言 C51 典型应用设计M 人民邮电出版社 2005,1(1):5-8 2 求是科技 单片机典型模块设计实例导航M 人民邮电出版社 1995,1(4):32-34 3 赵亮 侯国锐 单片机 C 语言编程与实例M 人民邮电出版社 1995,1(6):37-38 4 稻叶 保日 振荡电路的设计与应用M 科学出版社 1997,19(3):71-72 5 猪饲国夫 本多中二日 数字系统设计M 科学出版社 1998,1(2):122-124