基于单片机的光控智能路灯控制器设计

基于单片机的光控智能路灯控制器设计内容摘要：

物理结构上分为程序存储器空间和数据存储器空间。 程序存储器 ROM：我们为了让单片机实现某一功能，需要利用利用汇编语言或其他语言编写一些源程序，然后再烧录到芯片中， 我们编写的这些程序，就存储在程序存储器空间中。 数据存储器 RAM：我们编写的源程序，在运行的过程中，会产生一些临时的运算结果，这些结果需要临时存放在一个地方，这个地方就是数据寄存器。 8051 单片机具有四个存储器空间： 片内程序存储器，即单片机芯片内置的存储空间 片外程序存储器，即当单片 机芯片内置的存储空间不够使用时，我们需要外加的一个存储器芯片 基于 89C51 单片机的智能光控路灯的设计 13 片内数据存储器，即单片机芯片内置的存储空间 片外数据存储器，即当单片机芯片内置的存储空间不够使用时，我们需要外加的一个存储器芯片 但从用户使用的角度， 8051 存储器地址空间分为三类： 片内片外统一编址的 0000HFFFFH 的 64K 字节的程序存储器地址空间，用 16 位地址。 64K 字节片外数据存储器空间，地址也是从 0000HFFFFH 用 16 位地址。 256 字节数据存储器空间，用 8 位地址。 一、程序存储器地址空间 8051 程 序存储器用于存放编写好的程序和表格常数。 程序存储器通过 16 位程序计数器 PC寻址。 寻址能力为 64K字节。 片内 ROM为 4KB。 地址为 0000H0FFFH。 片外最多可扩至 64K 字节。 地址为 1000HFFFFH。 片内片外是统一编址的。 当引脚 EA 接高电平时， 8051 程序计数器 PC 在 0000H0FFFH 范围内，即前 4K 字节地址执行片内 ROM 中的程序。 当指令地址超过 0FFFH 后，就自动转向片外 ROM中取指令。 程序存储器的某些单元是留给系统使用的。 存储单元 0000H0002H 用作8051 上电复位后引导程序 存放单元。 因为 8051 上电复位后程序计数器 PC 的内容为 0000H，所以 CPU 总是从 0000H 开始执行程序，如果在这三个单元中有跳转指令，那么，程序就被引导到转移指令所指的 ROM 空间去执行。 0003H0023H 单元被均匀的分为 5 段。 用作 5 个中断服务程序的入口。 因为5 个入口之间间隔较小，因此一般来说，这五个入口都是存放着一条跳转指令，而把真正的中断服务程序安排在后面的存储单元中。 二、数据存储器空间 数据存储器 RAM 用于存放运算中的结果、数据暂存或缓冲、标志位等。 数据存储空间也分为片内和片外两大部分，即片 内 RAM 和片外 RAM。 片外数据存储器 外部数据存储器又称为外部数据 RAM，当 805l 片内 256 个字节的数据 RAM不能满足数量上的要求时，可通过总线端口和其它 I／ O 端口扩展外部数据RAM(扩展方法见相关章节 )，其最大容量可达 64K 字节。 地址从 0000HFFFFH。 基于 89C51 单片机的智能光控路灯的设计 14 外部数据 RAM 与内部数据 RAM 的功用基本相同，但外部数据 RAM 不能进行堆栈操作。 片内数据存储器 片内 RAM 数据存储器最大寻址空间为 256 字节。 他们又分为两个部分。 （ 1）、低 128 字节 00H7FH 是真正的 RAM 区 低 128 字节中地 址 00H 一 1F 的 32 个单元，安排为四组工作寄存器。 每组又分为 8 个寄存器区 R0R7 寄存器 0 组 地址 00H 一 07H 寄存器 1 组 地址 08H 一 0FH 寄存器 2 组 地址 10H 一 17H 寄存器 3 组 地址 18H 一 1FH 232 串口 芯片介绍 由于电脑串口 rs232 电平是 10v +10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是 ttl 电平 0 +5v,max232 就是用来进行电平转换的 ,该器件包含 2 驱动器、 2接收器和一个电压发生器电路提供 TIA/EIA232F 电平。 该器件符合 TIA/EIA232F 标准 ，每一个接收器将 TIA/EIA232F 电平转换成 5V TTL/CMOS 电平。 每一个发送器将 TTL/CMOS 电平转换成 TIA/EIA232F电平。 主要特点 ： 单 5V 电源工作 LinBiCMOSTM 工艺技术 两个驱动器及两个接收器 177。 30V 输入电平 低电源电流：典型值是 8mA 符合甚至优于 ANSI 标准 EIA/TIA232E 及 ITU 推荐标准 ESD 保护大于 MILSTD883 标准的 2020V 232 是电荷泵芯片，可以完成两路 TTL/RS232 电平 的转换，它的的 基于 89C51 单片机的智能光控路灯的设计 15 1 12 引脚是 TTL 电平端，用来连接单片机的。 MAX232 获得正负电源的另一种方法 在单片机控制系统中，我们时常要用到数 /模（ D/A）或者模 /数 (A/D)变换以及其它的模拟接口电路，这里面要经常用到正负电源，例如： 9V,9V。 12V,口部件的小功率电源。 在控制板上，我们有的只是 5V 电源，可又有很多方法获得非 5V 电源。 ； 变换 ......在这里我介绍一块大家常用的芯片：MAX232. MAX232 是 TTLRS232 电平转换的典型芯片，按照芯片的推荐电路，取振荡电容为 uF 的时候，若输入为 5V,输出可以达到 14V 左右，输入为 0V ,输出可以达到 14V,在扇出电流为 20mA 的时候，处处电压可以稳定在 12V 和 此，在功耗不是很大的情况下，可以将 MAX232 的输出信号经稳压块后作电源使用。 串口通信的概念非常简单，串口按位（ bit）发送和接收字节。 尽管比按字节（ byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。 它很简单并且能够实现远距离通信。 比如 IEEE488 定义并行通 行状态时，规定设备线总常不得超过 20 米，并且任意两个设备间的长度不得超过 2米；而对于串口而言，长度可达 1200 米。 典型 的 串口用于 ASCII 码字符的传输。 通信使用 3 根线完成： （ 1） 地线，（ 2）发送，（ 3）接收。 由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。 其他线用于握手，但是不是必须的。 串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。 对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配： a， 波特率：这是一个衡量通信速度的参数。 它表示每秒钟传送的 bit 的个数。 例如 300 波特表示每秒钟 发送 300 个 bit。 当我们提到时钟周期时，我们就是指波特率例如如果协议需要 4800 波特率，那么时钟是 4800Hz。 这意味着串口通信在数据线上的采样率为 4800Hz。 通常电话线的波特率为 14400， 28800 和36600。 波特率可以远远大于这些值，但是波特率和距离成反比。 高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通信，典型的例子就是 GPIB 设备的通信。 基于 89C51 单片机的智能光控路灯的设计 16 b， 数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数。 当计算机发送一个信息包，实际的数据不会是 8 位的，标准的值是 7 和 8 位。 如何设置取决于你想传送的信息。 比如，标准的 ASCII 码是 0～ 127（ 7 位）。 扩展的 ASCII 码是 0～ 255（ 8位）。 如果数据使用简单的文本（标准 ASCII 码），那么每个数据包使用 7 位数据。 每个包是指一个字节，包括开始 /停止位，数据位和奇偶校验位。 由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语 “ 包 ” 指任何通信的情况。 c， 停止位：用于表示单个包的最后一位。 典型的值为 1， 和 2 位。 由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。 因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。 适用于停止位的 位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。 d， 奇偶校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。 有四种检错方式：偶、奇、高和低。 当然没有校验位也是可以的。 对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。 例如，如果数据是 011，那么对于偶校验，校验位为 0，保证逻辑高的位数是偶数个。 如果是奇校验，校验位位 1，这样就有 3 个逻辑高位。 高位和低位不真正的检查数据，简单置位逻辑高或者逻辑低校验。 这样使得接收设备能够知道一个位的状态，有机会判断是否有 噪声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步 . 光敏电阻 光敏电阻介绍 光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。 在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻如图所示。 为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。 构成光敏电阻的材料有金属的硫化物、硒化物、碲化物等半导体。 半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。 当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子 —空穴对的出现使电阻率变小。 光照愈强，光生电子 —空穴对就越多，基于 89C51 单片机的智能光控路灯的设计 17 阻值就愈低。 当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。 入射光消失，电子 空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。 在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。 光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。 光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。 它在光线的作用下其 阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。 用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。 通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。 光敏电阻的原理结构如图所示。 在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子 — 空穴对增加了半导体材料中载 流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。 光照愈强，阻值愈低。 入射光消失后，由光子激发产生的电子 — 空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。 基于 89C51 单片机的智能光控路灯的设计 18 在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。 光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。 基本特性及其主要参数 暗电阻、亮电阻 光敏电阻在室温和全暗条件下测得的稳定电阻值称为暗电阻，或暗阻。 此时流过的电流称为暗电流。 例如 MG4121 型光敏电阻暗阻大于等于。 光敏电阻在室温和一定光照条件下测得的稳定电阻值称为亮电阻或亮阻。 此时流过的电流称为亮电流。 MG4121 型光敏电阻亮阻小于等于 1k。 亮电流与暗电流之差称为光电流。 显然，光敏电阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是说暗电流要小，亮电流要大，这样光敏电阻的灵敏度就高。 伏安特性 在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与流过光敏电阻的电流之间的关系，称为伏安特性。 由图 5 可知，光敏电阻伏安特性近似直线，而且没有饱和现象。 受耗散功率的限制，在使用时，光敏电阻两端的电压不能超过最高工作电压，图中虚线为允许功耗曲线，由此可确定光敏电阻正常工作电压。 基于 89C51 单片机的智能光控路灯的设计 19。