智能灯控开关的设计.docx
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智能灯控开关的设计.docx
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智能灯控开关的设计
智能灯控开关的设计与制作
[摘要]智能灯控开关在现代生活中越来越常见,应用也越来越广泛。
本次设计主要就是设计一款能通过声音、触摸、光等方式来控制灯亮、灭的开关。
以STC89C52单片机为核心,利用被动红外探测装置接收信号并将信号传给555集成块进行处理,由可控硅完成开关的开启与关闭,同时采用电容作为延时装置,应用光敏电阻元件进行数字逻辑电路的控制。
文次设计的核心主要从硬件设计和软件编程两个大的方面。
硬件电路设计主要包括中央处理单元电路、延时电路、控制电路等几部分组成。
软件用C语言来实现,主要包括主程序、延时子程序等软件模块。
[关键词]智能灯控开关单片机C语言
DesignofcymometerdisplayedbyLCD
[Abstract]Intelligentlampcontrolswitchismorecommoninmodernlife,appliedmoreandmorewidely.Thisdesignismainlydesignoneparagraphcanpassvoice,touch,light,andotherwaystocontrollights,destroytheswitch.ToSTC89C52singlechip,usingpassiveinfrareddetectiondevicetoreceivesignalsandsignalprocessing,the555integratedblocksbysilicon-controlledcompleteswitch,openedandclosedbyadoptingcapacitanceasdelaydevice,applicationphotoconductiveresistancecomponentsondigitallogiccircuitcontrol.
Thedesignofthecore,mainlyfromthehardwaredesignandsoftwareprogrammingintwoaspects.Hardwarecircuitdesignincludesthecentralprocessingunitcircuit,delaycircuit,controlcircuitandseveralotherparts.SoftwarebyClanguagetorealize,mainlyincludingthemainprogram,delaysubroutinessoftwaremodules.
[Keywords]IntelligentlampcontrolswitchmicrocontrollerClanguage
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摘要...............................................................I
Abstract..........................................................II
1绪论.............................................................4
1.1课题背景.....................................................4
1.1.1智能灯控开关的背景.......................................4
1.12智能灯控开关的意义........................................4
1.1.3智能灯控开关的应用.......................................5
1.2应用知识简介.................................................5
2设计基本原理简介.................................................7
2.1设计基本方法.................................................7
2.2设计基本技术................................................8
2.21单片机位寻址区的使用.....................................8
2.22检测开关时需要注意的问题.................................8
2.23系统资源分配与使用.......................................8
3整体设计方案....................................................8
3.1单片机的选择.................................................8
3.2单片机的基本结构............................................10
3.3触控电路....................................................14
3.4光控电路....................................................15
3.5声控电路....................................................16
4电路的硬件设计..................................................18
4.1复位电路....................................................18
4.2时钟电路....................................................18
4.3开关电路....................................................19
4.4总电路原理图................................................19
5电路的软件设计..................................................20
5.1软件流程图..................................................20
5.2源程序......................................................21
5.3仿真图......................................................22
6调试与功能说明...................................................23
6.1硬件调试....................................................23
6.2软件调试问题及解决..........................................23
总结..............................................................25
致谢..............................................................26
参考文献..........................................................27
附录..............................................................28
1绪论
1.1课题背景
1.11智能灯控开关的背景
20世纪末,电子技术获得了飞速的发展,在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一步提高,产品更新换代的节奏也越来越快。
智能化对人们来说越来越重要,智能化已经在生活中的各个地方都得到应用,有力的推动着社会的发展和进步。
电灯对于人们家居来说是不可缺少的,将灯与智能化有机的结合,是家居智能的一个开始。
目前,单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。
下面是单片机的主要发展趋势。
单片机应用的重要意义还在于,它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。
从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在已能用单片机通过软件方法来实现了。
这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术,是传统控制技术的一次革命。
本次设计采用单片机实现灯控开关的智能化,与机械式的电路相比具有更高的准确性和直观性,且无过复杂的物理电路装置,使得体积更小,具有更更长的使用寿命,因此得到了广泛的使用。
1.12智能灯控开关的意义
智能灯控开关是采用软、硬件实现对声音、光、触摸等方式来控制灯的亮、灭的装置,广泛用于家庭,车站,码头、办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于单片机的发展和软件的广泛应用,使得智能灯控开关的准确度和方便程度远远超过普通灯控开关,灯的智能化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了灯控开关原先的功能。
诸如定时自动开关、自动感应声音、光、触摸来自动控制灯的亮、灭。
所有这些,都是家居智能化的开始,是人类迈向智能化的第一步。
因此,研究智能灯控开关及扩大其应用,有着非常现实和重要的意义。
1.13智能灯控开关的应用
智能灯控开关已成为人们日常生活中必不可少的必需品,广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所,给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。
由于单片机和软件技术发展越来越快,使智能化判断更准确、性能更稳定、携带更方便。
1.2应用知识简介
单片机
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
作为嵌入式系统控制核心的单片机具有其体积小、功能全、性价比高等诸多优点。
51系列单片机是国内目前应用最广泛的单片机之一,随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出和普遍接受及应用,51系列单片机的发展又进入了一个新的阶段。
在今后很长一段时间内51系列单片机仍将占据嵌入式系统产品的中低端市场。
C语言
C语言是一种由ALGOL语言派生和发展起来通用流行的程序设计语言,许多大型软件均采用C语言编写,它同时具有汇编语言和高级语言的特性。
具体地说,它具有如下特点:
⑴ 语言简洁,结构紧凑,使用方便、灵活。
C语言一共只有32个关键字和9条控制语句,且源程序书写格式自由。
⑵ 运算符极其丰富,数据处理能力强。
C语言一共有45种运算符,它把括号、赋值符号、强制类型转换符号等都作为运算符处理,使得C语言的运算符类型极为丰富,表达式类型多样化。
灵活使用可以实现其他高级语言难以实现的运算和操作。
⑶ 数据结构丰富。
C语言的数据类型有:
整型、实型、字符型、数组类型、指针类型、结构体类型、共用体类型等,用它们可以实现各种复杂的数据结构(如链表、树等)。
特别是指针类型,使用起来灵活多变。
⑷ 具有结构化的控制语句,是一种模块化的程序设计语言。
如if…else语句、while语句、for语句等,可以在程序中使用所有的控制语句。
另外,函数是C语言的基本单位,用函数作为程序模块的基本单位,以实现程序的模块化。
⑸ 可移植性好。
C程序本身基本上可以不作任何修改,就能运行在各种不同型号的计算机和各种操作系统环境上。
⑹C语言提供了某些接近汇编语言的功能,能直接访问物理地址,直接对硬件操作,从而有利于编写系统软件。
这些是C语言的一般特点。
正是由于这些特点,使得它的应用非常广泛。
根据C语言注重实践的特点,和实际的教学情况,该次设计使用的C语言具有如下特点:
● 首次真正地在(C语言)程序设计教材中突出讲授程序设计而不是程序,明确地给出了程序设计主要过程:
将非计算机语言表述的算法改写成带计算过程和计算条件的计算公式的过程。
● 突出算法在计算学科中的灵魂作用。
强调程序设计之前,应将解决问题的办法抽象成带有计算过程和计算条件的数学公式,即使枚举法也应该用带计算过程和计算条件的数学公式来表示枚举过程和方法。
● 将所有带计算过程和计算条件的数学公式按基本程序模块分成了递推算法、迭代算法和尝试算法三类,使程序规范化、规律化,大大降低了程序设计难度。
● 所有需要设计的程序都给出了设计过程,都给出了带计算过程和计算条件的数学公式,以及和算式有关的重要的数据字典,使程序设计教材和软件工程并轨。
ISP
ISP(In-SystemProgramming)在系统可编程,是当今流行的单片机编程模式,指电路板上的空白元器件可以编程写入最终用户代码,而不需要从电路板上取下元器件。
已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程。
本次课程设计便使用ISP方式,直接将编写好的程序下载到连接好的单片机中进行调试。
2设计基本原理简介
2.1设计基本方法
智能灯控开关的设计首先要保证控制尽可能准确,其次再根据设计要求来设定其附加功能。
在设计中需要用到许多技巧。
以下为我在学习单片机课程中总结的一些设计思想或方法:
2.2设计基本技术
2.21单片机位寻址区的使用
单片机内部数据存储器由20H到2FH共有16个字节的位寻址区可以被作为程序执行过程中的状态参数,许多程序模块至于两个状态(比如闪烁与正常显示,报时与不报时等)用位寻址区中的某一位来记录程序执行状态,在需要对状态进行判断的时候十分方便并且节约空间,一个字节便可以判断八个状态,而非位寻址区的地址记录程序状态时可能需要先进行变换,增加了执行成本且容易出错。
2.22检测开关时需要注意的问题
对于用各种开关控制程序执行状态的程序设计中,需要注意实时地进行开关的检测,以确保一旦有开关动作,程序状态立即随之改变。
此外,在用多个开关控制不同执行状态时,应注意设置开关检测的优先级以防止多个开关同时按下时出现错误。
2.23系统资源分配与使用
单片机有许多资源是有限的不能滥用,比如定时计数器T,外部中断等,在设计一个多模块程序时,要注意先做一个整体规划,把稀缺资源用在最需要用的地方。
此外在有多个模块时,要注意模块间的数据传递,比如累加器A和进位标志C,在使用时要注意不能让前一个模块的数据对下一个模块产生不希望有的影响。
在模块间的数据传递比较多时最好用固定的内部数据存储器,以避免冲突发生错误。
3整体设计方案
3.1单片机的选择
单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。
单片机微型计算机简称单片机,特别适用于控制领域,故又称为微控制器。
通常,单片机由单块集成电路芯片构成,内部包含有计算机的基本功能部件:
中央处理器、存储器和I/O接口电路等。
因此,单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合,便可成为一个单片机控制系统。
单片机经过1、2、3三代的发展,正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强I/O功能及较好的结构兼容性方向发展。
其发展趋势不外乎以下几个方面:
1、多功能
单片机中尽可能地把所需要的存储器和I/O口都集成在一块芯片上,使得单片机可以实现更多的功能。
比如A/D、PWM、PCA(可编程计数器阵列)、WDT(监视定时器---看家狗)、高速I/O口及计数器的捕获/比较逻辑等。
有的单片机针对某一个应用领域,集成了相关的控制设备,以减少应用系统的芯片数量。
例如,有的芯片以51内核为核心,集成了USB控制器、SMARTCARD接口、MP3解码器、CAN或者I*I*C总线控制器等,LED、LCD或VFD显示驱动器也开始集成在8位单片机中。
2、高效率和高性能
为了提高执行速度和执行效率,单片机开始使用RISC、流水线和DSP的设计技术,使单片机的性能有了明显的提高,表现为:
单片机的时钟频率得到提高;同样频率的单片机运行效率也有了很大的提升;由于集成度的提高,单片机的寻址能力、片内ROM(FLASH)和RAM的容量都突破了以往的数量和限制。
由于系统资源和系统复杂程度的增加,开始使用高级语言(如C语言)来开发单片机的程序。
使用高级语言可以降低开发难度,缩短开发周期,增强软件的可读性和可移植性,便于改进和扩充功能。
3、低电压和低功耗
单片机的嵌入式应用决定了低电压和低功耗的特性十分重要。
由于CMOS等工艺的大量采用,很多单片机可以在更低的电压下工作(1.2V或0.9V),功耗已经降低到uA级。
这些特性使得单片机系统可以在更小电源的支持下工作更长的时间。
4、低价格
单片机应用面广,使用数量大,带来的直接好处就是成本的降低。
目前世界各大公司为了提高竞争力,在提高单片机性能的同时,十分注意降低其产品的价格。
下面大致介绍一下单片机的主要应用领域和特点。
(1)家用电器领域
用单片机控制系统取代传统的模拟和数字控制电路,使家用电器(如洗衣机、空调、冰箱、微波炉、和电视机等)功能更完善,更加智能化和易于使用。
(2)办公自动化领域
单片机作为嵌入式系统广泛应用于现代办公设备,如计算机的键盘、磁盘驱动、打印机、复印机、电话机和传真机等。
(3)商业应用领域
商业应用系统部分与家用和办公应用系统相似,但更加注重设备的稳定性、可靠性和安全性。
商用系统中广泛使用的电子计量仪器、收款机、条形码阅读器、安全监测系统、空气调节系统和冷冻保鲜系统等,都采用了单片机构成的专用系统。
与通用计算机相比,这些系统由于比较封闭,可以更有效地防止病毒和电磁干扰等,可靠性更高。
(4)工业自动化
在工业控制和机电一体化控制系统中,除了采用工控计算机外,很多都是以单片机为核心的单片机和多机系统。
(5)智能仪表与集成智能传感器
目前在各种电气测量仪表中普遍采用了单片机应用系统来代替传统的测量系统,使得测量系统具有存储、数据处理、查询及联网等智能功能。
将单片机和传感器相结合,可以构成新一代的智能传感器。
它将传感器变换后的物理量作进一步的变化和处理,使其成为数字信号,可以远距离传输并与计算机接口。
(6)现代交通与航空航天领域
通常应用于电子综合显示系统、动力监控系统、自动驾驶系统、通信系统以及运行监视系统等。
这些领域对体积、功耗、稳定性和实时性的要求往往比商用系统还要高,因此采用单片机系统更加重要。
目前,我国生产很多型号的单片机,在此,我们采用型号为STC89C52的单片机。
因为:
STC89C52是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-52指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,内置功能强大的微型计算机的AT89C52提供了高性价比的解决方案。
STC89C52是一个低功耗高性能单片机,40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,STC89C51可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
3.2单片机的基本结构
MCS-52单片机内部结构
8052单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明:
中央处理器:
中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是8位数据宽度的处理器,能处理8位二进制数据或代码,CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。
数据存储器(RAM)
8052内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的RAM只有128个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。
图3-1单片机8052的内部结构
程序存储器(ROM):
8052共有4096个8位掩膜ROM,用于存放用户程序,原始数据或表格。
定时/计数器(ROM):
8052有两个16位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
并行输入输出(I/O)口:
8052共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3),用于对外部数据的传输。
全双工串行口:
8052内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间的串行数据传送,该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。
中断系统:
8052具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断,可满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别选择。
时钟电路:
8052内置最高频率达12MHz的时钟电路,用于产生整个单片机运行的脉冲时序,但8052单片机需外置振荡电容。
单片机的结构有两种类型,一种是程序存储器和数据存储器分开的形式,即哈佛(Harvard)结构,另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构,即普林斯顿(Princeton)结构。
INTEL的MCS-52系列单片机采用的是哈佛结构的形式,而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。
下图是MCS-52系列单片机的内部结构示意图。
图3-2MCS-52系列单片机的内部结构
MCS-52的引脚说明:
MCS-52系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构,右图是它们的引脚配置,40个引脚中,正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中断口线与P3口线复用。
现在我们对这些引脚的功能加以说明:
MCS-51的引脚说明:
MCS-52系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构,右图是它们的引脚配置,40个引脚中,正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中断口线与P3口线复用。
现在我们对这些引脚的功能加以说明:
图3-3单片机的引脚图
Pin9:
RESET/Vpd复位信号复用脚,当8052通电,时钟电路开始工作,在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平,系统即初始复位。
初始化后,程序计数器PC指向0000H,P0-P3输出口全部为高电平,堆栈指针写入07H,其它专用寄存器被清“0”。
RESET由高电平下降为低电平后,系统即从0000H地址开始执行程序。
然而,初始复位不改变RAM(包
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