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文檔簡(jiǎn)介
1、<p><b> 交通與汽車(chē)工程學(xué)院</b></p><p><b> 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p> 課 程 名 稱(chēng): 微機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) </p><p> 課 程 代 碼: 8234570 </p><p>
2、題 目: 智能路燈控制 </p><p> 年級(jí)/專(zhuān)業(yè)/班: 09級(jí)/車(chē)輛工程/汽電09(3) </p><p> 學(xué) 生 姓 名: 馮 敏 </p><p> 學(xué) 號(hào): 332009030606103 </p><p&g
3、t; 開(kāi) 始 時(shí) 間: 2012 年 07 月 02 日</p><p> 完 成 時(shí) 間: 2012 年 07 月 06 日</p><p><b> 課程設(shè)計(jì)成績(jī):</b></p><p> 指導(dǎo)教師簽名: 年 月 日</p><p>
4、;<b> 目 錄</b></p><p><b> 摘 要1</b></p><p><b> 1 引 言2</b></p><p> 1.1 問(wèn)題的提出2</p><p> 1.2任務(wù)與分析2</p><p> 2 系統(tǒng)
5、方案設(shè)計(jì)3</p><p> 2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3</p><p> 2.2 系統(tǒng)總體框圖4</p><p> 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)5</p><p> 3.1 AT89c51簡(jiǎn)介5</p><p> 3.2 紅外線(xiàn)傳感器的介紹9</p><p> 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
6、11</p><p> 4.1 proteus軟件環(huán)境介紹11</p><p> 4.2 Protel軟件環(huán)境介紹11</p><p> 4.3 keil c51簡(jiǎn)介12</p><p> 4.4系統(tǒng)軟件分析13</p><p> 4.5程序流程圖13</p><p> 5
7、 系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程17</p><p> 5.1 Protel 99 SE中調(diào)試17</p><p> 5.2 keil C51程序調(diào)試結(jié)果18</p><p> 5.3 proteus調(diào)試19</p><p><b> 總 結(jié)21</b></p><p><b>
8、 參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b> 摘 要</b></p><p> 隨著社會(huì)需求和單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展,各類(lèi)智能產(chǎn)品、控制系統(tǒng)都是以單片機(jī)技術(shù)為核心來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的。本設(shè)計(jì)是基于89C51單片機(jī)為控制核心的走廊路燈控制。本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)AT89C51和相關(guān)的傳紅外線(xiàn)感器智能路燈控制器,實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際光線(xiàn)條件
9、通過(guò)8951芯片的P1口控制路燈開(kāi)關(guān)的功能。本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)對(duì)該系統(tǒng)的硬件電路,工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。同時(shí)給出了軟件設(shè)計(jì)的流程圖和主要源代碼。</p><p> 關(guān)鍵詞: 89C51單片機(jī) 紅外線(xiàn)傳感器 開(kāi)關(guān)</p><p><b> 1 引 言 </b></p><p> 1.1 問(wèn)題的提出 </p>&l
10、t;p> 隨著夜晚的來(lái)臨,城市里華燈初上,人們消除了白天的繁忙,漫步穿行于城市的街道上。在那霓虹漫彩的燈光下,一個(gè)個(gè)孩子歡快的玩耍著,一對(duì)對(duì)男女漫步于小道里、花園中,一輛輛汽車(chē)奔馳于公路上。路燈已經(jīng)成為一個(gè)城市的照明系統(tǒng)不可分割更無(wú)可替代的一部分,在城市照明中發(fā)揮著舉足輕重的作用,而其所依靠的就是路燈自動(dòng)控制系統(tǒng)。路燈控制方式很多,本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)AT89C51和相關(guān)的傳感器設(shè)備來(lái)設(shè)計(jì)智能路燈控制器,實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)
11、實(shí)際行人情況通過(guò)8051芯片的P1口控制路燈開(kāi)關(guān)的功能。隨著社會(huì)文明的不斷發(fā)展,城市照明已不僅局限于街道的照明,而且發(fā)展成了了城市景觀(guān)等裝飾性照明的綜合市政工程。利用51系列單片機(jī)可編程控制八位邏輯I/O端口實(shí)現(xiàn)路燈的智能化,達(dá)到節(jié)能、自動(dòng)控制的目的,避免了傳統(tǒng)電路對(duì)能源的浪費(fèi),且路燈的自動(dòng)控制更方便了工作人員的管理。本系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單。而且所用的路燈采用LED燈。眾所周知,LED是目前最為節(jié)能的發(fā)光元件,通過(guò)采用LED發(fā)光可以節(jié)
12、省大量的電能,而且LED發(fā)光柔和,亮度適中,對(duì)環(huán)境無(wú)污染,已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各種照明場(chǎng)合。因此,智能光控節(jié)能路燈必將在未來(lái)得到廣泛的應(yīng)用。</p><p><b> 1.2任務(wù)與分析 </b></p><p> 本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的控制中心是89C51單片機(jī)。首先,在Protel軟件環(huán)境中進(jìn)行硬件電路圖的設(shè)計(jì)。然后在proteus軟件環(huán)境中進(jìn)行系統(tǒng)的軟件編程,并進(jìn)行程序
13、源文件的編譯和調(diào)試,最后生成.hex文件。此.hex文件是硬件電路運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的源代碼來(lái)源。把.hex文件加載到AT89C51單片機(jī)芯片,然后在Proteus軟件環(huán)境中運(yùn)行硬件電路,控制電路的功能就能夠?qū)崿F(xiàn)了。 </p><p> 本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要由:AT89C51為中央處理芯片,用于信號(hào)采集,初值設(shè)定。</p><p> 本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能:</p><p>
14、 (1)、路燈的傳統(tǒng)手動(dòng)全開(kāi)或全關(guān)。(此情況可做應(yīng)急時(shí)處置)</p><p> ?。?)、當(dāng)有人通過(guò)時(shí)路燈才會(huì)點(diǎn)亮,且點(diǎn)亮的路燈個(gè)數(shù)視行人所處的位置決定,當(dāng)行人進(jìn)入只能路燈路面時(shí)點(diǎn)亮路人所處位置相鄰的兩盞燈。</p><p> (3)、路人走過(guò)路段的路燈在行人走過(guò)后自動(dòng)熄滅。</p><p><b> 2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</b></p&
15、gt;<p> 2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</p><p> ,本次課程設(shè)計(jì)題目是《基于單片機(jī)的智能路燈的設(shè)計(jì)》。此課題要求以路燈控制器為對(duì)象,完成硬件系統(tǒng)和軟件程序的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)以傳統(tǒng)手動(dòng)和以行人通過(guò)控制兩種方式來(lái)控制路燈的亮滅功能,屬于軟硬件相結(jié)合的題目。其中硬件電路部分主要包括以下幾個(gè)部分:?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、路燈控制電路部分、行人檢測(cè)電路部分;軟件部分主要包括三個(gè)電子軟件Proteus、 Keil-
16、C51軟件、protel99。工作原理如下圖所示:</p><p> 圖2-1 工作原理簡(jiǎn)圖</p><p> 本系統(tǒng)需要如下電路元器件,其中電路元器件及相關(guān)參數(shù)的需求:</p><p> ?。?)AT89C51實(shí)驗(yàn)板一塊。</p><p> (2)單片機(jī)最小系統(tǒng)所需的12M晶振一個(gè)。</p><p> (3)
17、路燈控制電路部分所需的LED燈八個(gè),470歐姆電阻八個(gè),單刀單置開(kāi)關(guān)兩個(gè)。</p><p> ?。?)行人檢測(cè)電路所需的2K電阻八個(gè),紅外線(xiàn)傳感器八個(gè)。</p><p> ?。?)+5V直流電壓源一個(gè)。</p><p><b> 實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備器材:</b></p><p> PC機(jī)一臺(tái)及相關(guān)軟件。</p>
18、<p> 最小系統(tǒng)是51單片機(jī)的最基本的組成部分,51單片機(jī)的引腳雖然只有四十,但它有很多的擴(kuò)展功能,根據(jù)相應(yīng)的課題設(shè)計(jì)要求可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的外圍電路。此外,在本課題的設(shè)計(jì)過(guò)程中,還應(yīng)注意P0口,通常P0-P3口用作通用I/OK口,當(dāng)P0接口用于I/O口時(shí),必須接上拉電阻,而其他接口不需要。</p><p> 2.2 系統(tǒng)總體框圖</p><p> 圖2-2 系統(tǒng)總體框圖&
19、lt;/p><p> 當(dāng)啟動(dòng)程序后,單片機(jī)處于設(shè)置的初始狀態(tài):所有燈全關(guān),所有紅外傳感器打開(kāi)。手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)處于處于關(guān)燈狀態(tài)。此時(shí)系統(tǒng)正常工作,如果有行人進(jìn)入智能路燈路面時(shí),紅外傳感器監(jiān)測(cè)到信號(hào),并以電壓的形式把信號(hào)傳送給單片機(jī),單片機(jī)根據(jù)傳感器送來(lái)的信號(hào)個(gè)傳感器的布置,點(diǎn)亮相應(yīng)的傳感器所處的位置的LED路燈。當(dāng)行人通過(guò)這個(gè)路燈后,并到達(dá)下個(gè)路燈時(shí),上一個(gè)路燈熄滅,所處位置處和所處位置下一個(gè)路燈亮。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,達(dá)到
20、節(jié)能的目的,當(dāng)行人通過(guò)最好一個(gè)路燈后最后一個(gè)路燈延時(shí)8S左右熄滅。在緊急情況下,需要所有的路燈都要打開(kāi),此時(shí)可以通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)所遇路燈,緊急情況過(guò)后,通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉所有路燈。系統(tǒng)回復(fù)正常運(yùn)行。</p><p> 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p> 3.1 AT89c51簡(jiǎn)介</p><p> MCS-51系列單片機(jī)是由美國(guó)的Intel公司開(kāi)發(fā)研制,并
21、于1980年推出的產(chǎn)品。與MCS-48系列單片機(jī)相比,其以典型的體系結(jié)構(gòu)和完善的專(zhuān)用寄存器集中管理方式,方便的邏輯位操作功能及豐富的指令系統(tǒng)[5],堪稱(chēng)一代“名機(jī)”,為之后的其他單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。因此,MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)先進(jìn),功能強(qiáng)大,增加了更多的電路單元和功能模塊,指令數(shù)達(dá)111條。其中的代表作便是AT89C5x系列單片機(jī),而本文所用的便是AT89C51單片機(jī)?,F(xiàn)簡(jiǎn)要介紹如下: </p><p>
22、<b> 1. 中斷系統(tǒng)</b></p><p> 8051具備較完善的中斷功能,有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷,可滿(mǎn)足不同的控制要求,并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。</p><p><b> 2. 時(shí)鐘電路</b></p><p> 8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路,用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)
23、運(yùn)行的脈沖時(shí)序,但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。</p><p> 3. 8051的引腳說(shuō)明</p><p> 8051系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu),右圖是它們的引腳配置,40個(gè)引腳中,正電源和地線(xiàn)兩根,外置石英振蕩器的時(shí)鐘線(xiàn)兩根,4組8位共32個(gè)I/O口,中斷口線(xiàn)與P3口線(xiàn)復(fù)用。現(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明:</p&g
24、t;<p> 圖3-1 AT89C51引腳</p><p><b> VCC:供電電壓。</b></p><p><b> GND:接地。</b></p><p> P0口:P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí),被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程
25、序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí),P0 口作為原碼輸入口,當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí),P0輸出原碼,此時(shí)P0外部必須被拉高[3]。</p><p> P1口:P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時(shí),將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí),P
26、1口作為第八位地址接收。 </p><p> P2口:P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個(gè)TTL門(mén)電流,當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí),其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時(shí),P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí),P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí),它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì),當(dāng)對(duì)外部
27、八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí),P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p> P3口:P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。</p><p> RST
28、:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí),要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p> ALE/PROG:當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí),地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí),ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào),此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是:每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止
29、ALE的輸出可在SFR 8EH地址上置0。此時(shí), ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無(wú)效。</p><p> /PSEN:外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間,每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p> /EA:當(dāng)
30、/EA保持低電平時(shí),則在此期間CPU只訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器(0000H-FFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí),/EA將內(nèi)部鎖定為RESET;當(dāng)/EA端保持高電平時(shí),則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的程序。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。</p><p> XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p> XTAL2:來(lái)
31、自反向振蕩器的輸出。 </p><p> 8051的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位,也可以是手動(dòng)復(fù)位,見(jiàn)下圖。此外,RESET/還是一復(fù)用腳,Vcc掉電其間,此腳可接上備用電源,以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p> 圖3-2 AT89C51的復(fù)位方式</p><p> ·Pin30:ALE當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序器時(shí),ALE(地址鎖存)的輸
32、出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí),ALE端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào),這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作,也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn),當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器,ALE會(huì)跳過(guò)一個(gè)脈沖。如果單片機(jī)是EPROM,在編程其間,將用于輸入編程脈沖。</p><p> ·Pin29:當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí),此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào),PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上,外部程
33、序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上,由CPU讀入并執(zhí)行。</p><p> ·Pin31:EA/程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線(xiàn),8051和8751單片機(jī),內(nèi)置有4kB的程序存儲(chǔ)器,當(dāng)EA為高電平并且程序地址小于4kB時(shí),讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù),而超過(guò)4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如EA為低電平,則不管地址大小,一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。顯然,對(duì)內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器的8031,EA端必須接地。</p&g
34、t;<p> 存儲(chǔ)器系統(tǒng):8051單片機(jī)存儲(chǔ)器在的物理結(jié)構(gòu)上分為程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間,程序存儲(chǔ)器ROM:我們?yōu)榱俗寙纹瑱C(jī)實(shí)現(xiàn)某一功能,需要利用利用匯編語(yǔ)言或其他語(yǔ)言編寫(xiě)一些源程序,然后再燒錄到芯片中。</p><p> 我們編寫(xiě)的這些程序,就存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器空間中。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM:我們編寫(xiě)的源程序,在運(yùn)行的過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生一些臨時(shí)的運(yùn)算結(jié)果,這些結(jié)果需要臨時(shí)存放在一個(gè)地方,這個(gè)地方就是
35、數(shù)據(jù)寄存器。</p><p> 8051單片機(jī)具有四個(gè)存儲(chǔ)器空間:</p><p> (1)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器,即單片機(jī)芯片內(nèi)置的存儲(chǔ)空間</p><p> ?。?)片外程序存儲(chǔ)器,即當(dāng)單片機(jī)芯片內(nèi)置的存儲(chǔ)空間不夠使用時(shí),我們需要外加的一個(gè)存儲(chǔ)器芯片</p><p> (3)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,即單片機(jī)芯片內(nèi)置的存儲(chǔ)空間</p>
36、<p> ?。?)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,即當(dāng)單片機(jī)芯片內(nèi)置的存儲(chǔ)空間不夠使用時(shí),我們需要外加的一個(gè)存儲(chǔ)器芯片</p><p> 但從用戶(hù)使用的角度,8051存儲(chǔ)器地址空間分為三類(lèi):</p><p> 1.片內(nèi)片外統(tǒng)一編址的0000H--FFFFH的64K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器地址空間,用16位地址。2.64K字節(jié)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間,地址也是從0000H--FFFFH用16位地址。3.25
37、6字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間,用8位地址。</p><p> 程序存儲(chǔ)器地址空間:8051程序存儲(chǔ)器用于存放編寫(xiě)好的程序和表格常數(shù)。程序存儲(chǔ)器通過(guò)16位程序計(jì)數(shù)器PC尋址。尋址能力為64K字節(jié)。片內(nèi)ROM為4KB。地址為0000H--0FFFH。片外最多可擴(kuò)至64K字節(jié)。地址為1000H--FFFFH。片內(nèi)片外是統(tǒng)一編址的。當(dāng)引腳EA接高電平時(shí),8051程序計(jì)數(shù)器PC在0000H--0FFFH范圍內(nèi),即前4K字節(jié)地址執(zhí)
38、行片內(nèi)ROM中的程序。當(dāng)指令地址超過(guò)0FFFH后,就自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外ROM中取指令。</p><p> 程序存儲(chǔ)器的某些單元是留給系統(tǒng)使用的。存儲(chǔ)單元0000H--0002H用作8051上電復(fù)位后引導(dǎo)程序存放單元。因?yàn)?051上電復(fù)位后程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容為0000H,所以CPU總是從0000H開(kāi)始執(zhí)行程序,如果在這三個(gè)單元中有跳轉(zhuǎn)指令,那么,程序就被引導(dǎo)到轉(zhuǎn)移指令所指的ROM空間去執(zhí)行。</p>&
39、lt;p> 0003H--0023H單元被均勻的分為5段。用作5個(gè)中斷服務(wù)程序的入口。因?yàn)?個(gè)入口之間間隔較小,因此一般來(lái)說(shuō),這五個(gè)入口都是存放著一條跳轉(zhuǎn)指令,而把真正的中斷服務(wù)程序安排在后面的存儲(chǔ)單元中。</p><p> 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間:數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM用于存放運(yùn)算中的結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存或緩沖、標(biāo)志位等。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間也分為片內(nèi)和片外兩大部分,即片內(nèi)RAM和片外RAM。</p><p&
40、gt; (1) 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</p><p> 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器又稱(chēng)為外部數(shù)據(jù)RAM,當(dāng)805l片內(nèi)256個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM不能滿(mǎn)足數(shù)量上的要求時(shí),可通過(guò)總線(xiàn)端口和其它I/O端口擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)RAM(擴(kuò)展方法見(jiàn)相關(guān)章節(jié)),其最大容量可達(dá)64K字節(jié)。地址從0000H--FFFFH。外部數(shù)據(jù)RAM與內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM的功用基本相同,但外部數(shù)據(jù)RAM不能進(jìn)行堆棧操作[8]。</p><p> (
41、2) 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</p><p> 片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器最大尋址空間為256字節(jié)。他們又分為兩個(gè)部分。</p><p> 低128字節(jié)00H--7FH是真正的RAM區(qū)</p><p> 低128字節(jié)中地址00H一1F的32個(gè)單元,安排為四組工作寄存器。每組又分為8個(gè)寄存器區(qū)R0--R7。</p><p> 3.2 紅外線(xiàn)傳感器的介
42、紹</p><p> 熱釋電紅外傳感器通過(guò)目標(biāo)與背景的溫差來(lái)探測(cè)目標(biāo),其工作原理是利用熱釋電效應(yīng),即在鈦酸鋇一類(lèi)晶體的上、下表面設(shè)置電極,在上表面覆以黑色膜,若有紅外線(xiàn)間歇地照射,其表面溫度上升△T,其晶體內(nèi)部的原子排列將產(chǎn)生變化,引起自發(fā)極化電荷,在上下電極之間產(chǎn)生電壓△U。常用的熱釋電紅外線(xiàn)光敏元件的材料有陶瓷氧化物和壓電晶體,如鈦酸鋇、鉭酸鋰、硫酸三甘肽及鈦鉛酸鉛等。熱釋電紅外傳感器內(nèi)部由光學(xué)濾鏡、場(chǎng)效應(yīng)
43、管、紅外感應(yīng)源(熱釋電元件)、偏置電阻、EMI電容等元器件組成,其內(nèi)部電路框圖如下圖所示。</p><p> 圖 3-3 紅外傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p> 光學(xué)濾鏡的主要作用是只允許波長(zhǎng)在10μm左右的紅外線(xiàn)(人體發(fā)出的紅外線(xiàn)波長(zhǎng))通過(guò),而將燈光、太陽(yáng)光及其他輻射濾掉,以抑制外界的干擾。 </p><p> 紅外感應(yīng)源通常由兩個(gè)串聯(lián)或者并聯(lián)的熱
44、釋電元件組成,這兩個(gè)熱釋電元件的電極相反,環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋電元件幾乎具有相同的作用,使其產(chǎn)生的熱釋電效應(yīng)相互抵消,輸出信號(hào)接近為零。一旦有人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi),人體紅外輻射通過(guò)部分鏡面聚焦,并被熱釋電元件接收,由于角度不同,兩片熱釋電元件接收到的熱量不同,熱釋電能量也不同,不能完全抵消,經(jīng)處理電路處理后輸出控制信號(hào)。</p><p> 熱釋電效應(yīng)同壓電效應(yīng)類(lèi)似,是指由于溫度的變化而引起晶體表面電荷的現(xiàn)象。熱釋
45、電紅外傳感器由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成,在元件兩個(gè)表面做成電極,在傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有△T的變化時(shí),熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上產(chǎn)生電荷△Q,即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱的電壓△V。由于它的輸出阻抗極高,在傳感器中有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷△Q會(huì)被空氣中的離子所結(jié)合而消失,即當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí),△T=O,傳感器無(wú)輸出。</p><p> 在自然界,任何高于絕對(duì)溫度(-273℃)時(shí)物體都將
46、產(chǎn)生紅外光譜,不同溫度的物體,其釋放的紅外能量的波長(zhǎng)是不一樣的,因此紅外波長(zhǎng)與溫度的高低有關(guān)。</p><p> 人體或者體積較大的動(dòng)物都有恒定的體溫,一般在37度,所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10μm左右的紅外線(xiàn),當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū),因人體溫度與環(huán)境溫度有差別,人體發(fā)射的10μm左右的紅外線(xiàn)通過(guò)菲涅耳透鏡濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源(熱釋電元件)上,紅外感應(yīng)源在接收到人體紅外輻射時(shí)就會(huì)失去電荷平衡,向外釋放電荷,進(jìn)而產(chǎn)生
47、△T并將△T向外圍電路輸出,后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。 若人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后不動(dòng),則溫度沒(méi)有變化,傳感器也沒(méi)有信號(hào)輸出,所以這種傳感器適合檢測(cè)人體或者動(dòng)物的活動(dòng)情況</p><p><b> 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p> 4.1 proteus軟件環(huán)境介紹</p>&
48、lt;p> 本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)首先是在Proteus軟件環(huán)境中仿真實(shí)現(xiàn)的。Proteus軟件是來(lái)自英國(guó)Labcenter electronics公司的EDA工具軟件,Proteus軟件有十多年的歷史,在全球廣泛使用,除了具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動(dòng)或人工布線(xiàn)及電路仿真的功能外,其革命性的功能是,它的電路仿真是互動(dòng)的。針對(duì)微處理器的應(yīng)用,還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程,并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級(jí)的實(shí)時(shí)調(diào)試。如果有顯示
49、及輸出,配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等,還能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境,尤其重要的是Proteus Lite可以完全免費(fèi),也可以花微不足道的費(fèi)用注冊(cè)達(dá)到更好的效果。</p><p> Proteus是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具。可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU及其外圍電路(如LCD,RAM,ROM,鍵盤(pán),馬達(dá),LED,AD/DA,部分
50、SPI器件,部分IIC器件...)。其實(shí)Proteus 與 multisim比較類(lèi)似,只不過(guò)它可以仿真MCU,當(dāng)然,軟件仿真精度有限,而且不可能所有的器件都找得到相應(yīng)的仿真模型,用開(kāi)發(fā)板和仿真器當(dāng)然是最好選擇,可是初學(xué)者擁有它們的可能性比較小。當(dāng)然,硬件實(shí)踐還是必不可少的。在沒(méi)有硬件的情況下,Proteus能像pspice 仿真模擬/數(shù)字電路那樣仿真MCU及外圍電路。另外,即使有硬件,在程序編寫(xiě)早期用軟件仿真一下也是很有必要的。Prot
51、eus軟件主要具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn):</p><p> 1、設(shè)計(jì)和仿真軟件Proteus 是一個(gè)很有用的工具,它可以幫助學(xué)生和專(zhuān)業(yè)人士提高他們的模擬和數(shù)字電路的設(shè)計(jì)能力。</p><p> 2、它允許對(duì)電路設(shè)計(jì)采用圖形環(huán)境,在這種環(huán)境中,可以使用一個(gè)特定符號(hào)來(lái)代替元器件,并完成不會(huì)對(duì)真實(shí)電路造成任何損害的電路仿真操作。</p><p> 3、它可以仿真儀表以
52、及可描述在仿真過(guò)程中所獲得的信號(hào)的圖表。</p><p> 4、它可以仿真目前流行的單片機(jī),如PICS, ATMEL-AVR, MOTOROLA, 8051 等。</p><p> 5、在設(shè)計(jì)綜合性方案中,還可以利用ARES開(kāi)發(fā)印制電路板。</p><p> 4.2 Protel軟件環(huán)境介紹</p><p> Protel印制板設(shè)計(jì)軟
53、件包是澳大利亞protel technology公司與1990年推出的電子CAD產(chǎn)品,具有方便、易學(xué)、實(shí)用、快速以及高速度、高步通率的特點(diǎn)。它采用了分層次下拉窗口菜單結(jié)構(gòu)形式,用戶(hù)基本上不需要記背太多的鍵盤(pán)命令,用鼠標(biāo)點(diǎn)擊菜單命令就能操作,protel有著很高的自動(dòng)布線(xiàn)布通率。布通率是電子產(chǎn)CAD產(chǎn)品的一項(xiàng)重要指標(biāo),它反映電子元件在電路圖中連接關(guān)系有多少能在印刷版圖中實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)常用的單、雙面印制板時(shí)只要選擇適當(dāng)?shù)脑季趾筒季€(xiàn)策略方法
54、,protel就可以輕易的達(dá)到98%-100%的布通率。對(duì)于極少數(shù)不能布通的定方,protel可以用飛線(xiàn)指示出來(lái),引導(dǎo)用戶(hù)用手工方法連通。另外,protel有強(qiáng)大的宏命令設(shè)置功能,利用宏命令功能多定義的熱鍵可以大大提高操作速度。</p><p> Protel對(duì)微機(jī)的軟硬件配置要求很低:cpu在8088以上,dos2.0以上版本,內(nèi)存640kb以上,雙軟件(或一個(gè)軟件一個(gè)硬盤(pán)),單色顯示器(多層板設(shè)計(jì)時(shí)最好用彩
55、色),各種兼容打印機(jī)。也能在Windows9X平臺(tái)的模擬DOS下運(yùn)行。</p><p> Protel已成為印制板設(shè)計(jì)加工方面的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)protel在CAD的市場(chǎng)占有率達(dá) 95%,成為電子產(chǎn)品制造業(yè)界的首選CAD軟件。</p><p> 4.3 keil c51簡(jiǎn)介</p><p> Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系
56、列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng),與匯編相比,C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì),因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開(kāi)發(fā),體會(huì)更加深刻。</p><p> Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具,全Windows界面。另外重要的一點(diǎn),只要看一下編譯后生成的匯編代碼,就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高,多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊,容易理解。在開(kāi)發(fā)
57、大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹Keil C51開(kāi)發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。</p><p> Keil C51單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu):</p><p> C51工具包的整體結(jié)構(gòu),其中uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE),可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)人員可用IDE本身或其它
58、編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件,也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件,以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試,也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試,也可以直接寫(xiě)入程序存貯器如EPROM中。使用獨(dú)立的Keil仿真器時(shí),注意事項(xiàng):</p>&
59、lt;p> 仿真器標(biāo)配11.0592MHz的晶振,但用戶(hù)可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。</p><p> 仿真器上的復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片,不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng)。</p><p><b> 4.4系統(tǒng)軟件分析</b></p><p> 任何一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng),它們都有著自己的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng),少了任何一個(gè)部分都不可能稱(chēng)之為一
60、個(gè)完整的應(yīng)用系統(tǒng),它們之間是相互依存的一個(gè)整體,硬件系統(tǒng)是軟件系統(tǒng)的一個(gè)基礎(chǔ)和前提,為軟件系統(tǒng)提供了一個(gè)操作平臺(tái);而軟件系統(tǒng)是硬件系統(tǒng)的靈魂,它對(duì)硬件系統(tǒng)起到擴(kuò)充和完善的作用??上攵浖到y(tǒng)與硬件系統(tǒng)同等重要,下面為系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程:</p><p> 行人檢測(cè)的程序設(shè)計(jì)過(guò)程 </p><p> 在設(shè)計(jì)此部分的時(shí)候,主要是用高低電平來(lái)模擬紅外傳感器的檢測(cè)信號(hào),當(dāng)有人通過(guò)是為低電平,沒(méi)
61、有人通過(guò)時(shí)為高電平。在開(kāi)始時(shí)單片機(jī)就初始狀態(tài)P1口即為高電平,模擬情況下接了8個(gè)按鈕。但是在調(diào)試是發(fā)現(xiàn),在實(shí)際的電路中根本沒(méi)有電源給傳感器供電,為了提高電源給傳感器,此處提供了上拉電源。</p><p> 路燈控制電路程序設(shè)計(jì)</p><p> 在進(jìn)行路燈控制程序設(shè)計(jì)的時(shí)候,主要考慮從傳感器獲取的信號(hào),在設(shè)計(jì)初期,采用了高電平控制LED燈,調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn):燈的亮度相當(dāng)?shù)停樵?xún)資料顯示,單片
62、機(jī)高電平帶負(fù)載能力很弱,逐采用低電平控制LED路燈。此時(shí)采用共陽(yáng)極接線(xiàn)法。</p><p> 路燈自動(dòng)熄滅控制程序</p><p> 設(shè)計(jì)初期考慮用延時(shí)程序來(lái)達(dá)到路燈自動(dòng)熄滅的目的,在結(jié)合了實(shí)際情況分析后發(fā)現(xiàn),延時(shí)程序根本不能根據(jù)行人通過(guò)的速度來(lái)達(dá)到自動(dòng)控制的目的。要是行人快速通過(guò),那么延時(shí)程序所延時(shí)時(shí)間不可能每次都能夠調(diào)整,所以,在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中除最后一個(gè)路燈外沒(méi)有采用延時(shí)控制。而是才
63、用程序控制。</p><p><b> 4.5程序流程圖</b></p><p><b> ?。?)主程序流程圖</b></p><p> (2)中斷程序流程圖</p><p> ?。?)延時(shí)程序流程圖</p><p><b> 5 系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程</b&
64、gt;</p><p> 通過(guò)上面的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)過(guò)程,設(shè)計(jì)的工作已經(jīng)基本完成,接下來(lái)的工作就是對(duì)所設(shè)計(jì)好的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。通過(guò)調(diào)試可以檢查出系統(tǒng)出現(xiàn)的一些錯(cuò)誤,從而進(jìn)行下一步的修改。</p><p> 5.1 Protel 99 SE中調(diào)試</p><p> 圖 5-1 protel 99 電氣檢查</p><p> 圖
65、5-2 電氣檢查結(jié)果顯示</p><p> 對(duì)電路的原理圖進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整后結(jié)果如下:</p><p> 圖 5-3 修改檢查后的電路</p><p> 圖 5-4 調(diào)試后的ERC檢查結(jié)果顯示</p><p> 5.2 keil C51程序調(diào)試結(jié)果</p><p><b> 調(diào)試前:</b&g
66、t;</p><p> 圖 5-5 keil編譯首次結(jié)果</p><p> 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示程序有一個(gè)警告,警告內(nèi)容為有一個(gè)子程序沒(méi)有被調(diào)用。經(jīng)調(diào)試后無(wú)錯(cuò)誤也無(wú)警告(如下圖):</p><p> 圖 5-6 keil 調(diào)試后編譯結(jié)果</p><p> 5.3 proteus調(diào)試</p><p> 圖5-7 pr
67、oteus電路調(diào)試</p><p> 5.4 PCB調(diào)試</p><p><b> c</b></p><p> 圖 5-8 PCB 布線(xiàn)效果</p><p><b> 總 結(jié)</b></p><p> 本次課程是以基于單片機(jī)的智能控制路燈控制器為研究對(duì)象,通過(guò)
68、對(duì)控制系統(tǒng)所要完成的功能進(jìn)行分析,從而確定所要用到的元器件,然后根據(jù)其工作原理將各個(gè)功能部分進(jìn)行組合連接,完成其硬件圖。然后利用C51編程軟件根據(jù)系統(tǒng)的功能要求進(jìn)行編程,導(dǎo)入單片機(jī)中,最后進(jìn)行調(diào)試及仿真。</p><p> 在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,我遇到了大量的問(wèn)題。比如說(shuō),所要用到的元器件找不到、編程有錯(cuò)誤等。但是在老師及同學(xué)們的無(wú)私幫助下,這些問(wèn)題都得到了及時(shí)的解決。同時(shí),我要特別感謝我的課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師陳飛老師
69、,他從開(kāi)始選題的時(shí)候就開(kāi)始對(duì)我進(jìn)行不懈的指導(dǎo),幫我剖析課程設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)思路,給予我大量的參考資料。同時(shí),不斷地檢查我們的設(shè)計(jì)進(jìn)度,督促我們更好更快的完成。在我遇到問(wèn)題時(shí),也會(huì)及時(shí)的給予指導(dǎo),用生動(dòng)的比喻和到位的剖析為我排憂(yōu)解難。在此,向陳飛老師表示最誠(chéng)摯的謝意。</p><p> 總而言之,本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我收獲頗多。不僅學(xué)會(huì)了兩款新的軟件protues和KEIL C51,也了解了單片機(jī)的一些工作原理及常見(jiàn)的用
70、途。最重要的,本次設(shè)計(jì)教會(huì)了我一種解決問(wèn)題的方法,這對(duì)我以后的工作及學(xué)習(xí)絕對(duì)是大有幫助。最后,在此對(duì)所有幫助過(guò)我的老師和同學(xué)再次表示真摯的感謝。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1] 王靜霞,楊宏麗. 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)(C語(yǔ)言版). 電子工業(yè)出版社, 2009年12月第2版</p><p> [2] 張毅
71、剛,彭喜元. 單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù). 電子工業(yè)出版社, 2009年6月第2版</p><p> [3] 徐崢?lè)f,孫海維. Protel99SE EDA 技術(shù)及應(yīng)用. 機(jī)械工業(yè)出版社,2010年2月第1版</p><p><b> 附錄一:程序清單</b></p><p> #include<reg51.h></p>
72、<p> #include<stdio.h></p><p> sbit P1_0=P1^0;</p><p> sbit P1_1=P1^1;</p><p> sbit P1_2=P1^2;</p><p> sbit P1_3=P1^3;</p><p> sbit P1
73、_4=P1^4;</p><p> sbit P1_5=P1^5;</p><p> sbit P1_6=P1^6;</p><p> sbit P1_7=P1^7;</p><p> void delay1s();</p><p> void int_0() interrupt 0</p>&
74、lt;p><b> {</b></p><p><b> P0=0X00;</b></p><p><b> }</b></p><p> void int_1() interrupt 2</p><p><b> {</b></p&
75、gt;<p><b> P0=0XFF;</b></p><p><b> }</b></p><p> void main()</p><p> { unsigned int j,k;</p><p><b> P1=0xFF;</b></p&g
76、t;<p> EA=1; //打開(kāi)總允許</p><p> EX0=1; //打開(kāi)外部中斷0允許</p><p> IT0=0; //設(shè)置外部中斷為低電平觸發(fā)</p><p><b> EX1=1;</b></p><p><b> IT1=0;</b></p>
77、<p><b> while(1)</b></p><p> { if(P1_0==0)</p><p> { P0=0xFC;}</p><p> else if(P1_1==0)</p><p> { P0=0xF9;}</p><p> else if(P1
78、_2==0)</p><p> { P0=0xF3;} </p><p> else if(P1_3==0)</p><p> { P0=0xE7;} </p><p> else if(P1_4==0)</p><p> { P0=0xCF;} </p><p> else
79、 if(P1_5==0)</p><p> { P0=0x9F;} </p><p> else if(P1_6==0)</p><p> { P0=0x3F;} </p><p> else if(P1_7==0)</p><p> { P0=0x7F;</p><p> f
80、or(k=0;k<400;k++)</p><p> for(j=0;j<3223;j++);</p><p><b> P0=0XFF;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p&
81、gt;<b> }</b></p><p> void delay1S()</p><p> { int t0;</p><p> for(t0=0;t0<0x10;t0++)</p><p><b> {</b></p><p><b> T
82、H0=0X3C;</b></p><p><b> TL0=0X2B;</b></p><p><b> TR0=1;</b></p><p> while(!TF0);</p><p><b> TF0=0;</b></p><p>
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