led照明灯智能调光系统的设计(毕业设计

led照明灯智能调光系统的设计(毕业设计内容摘要：

——=0时 ,允许 8255通过 数据总线 向 CPU 发送数据或状态信息， 即 CPU 从 8255读取信息或数据。 WR————： 写入信号，当这个输入 引脚 为低跳变沿时 ， 即 WR————产生一个低脉冲且 C——S——=0时 ,允许 CPU 将数据或控制字写入 8255。 D0～ D7： 三态双向 数据总线 ， 8255与 CPU 数据传送 的通道，当 CPU 执行输入输出指令时，通过它实现 8位数据的读 /写操作， 控制字和状态信息也通过 数据总线 传送。 8255具有 3个相互独立的输入 /输出通道端口，用 +5V 单电源供电，能在以下三种方式下工作。 方式 0——基本输入输出方式； 方式 1——选通输入 /出方式； 方式 2——双向选通输入 /输出方式； PA0～ PA7： 端口 A 输入输出线，一个 8位的 数据输出 锁存器 /缓冲器，一个 8位的数据输入 锁存器。 工作于三种方式中的任何一种。 PB0～ PB7： 端口 B 输入输出线，一个 8位的 I/O 锁存器 ，一个 8位的输入输出缓冲器。 不能工作于方式二。 硬件设计 10 PC0～ PC7： 端口 C 输入输出线，一个 8位的 数据输出 锁存器 /缓冲器 ， 一个 8位的数据输入缓冲器。 端口 C 可以通过工作方式设定而分成 2个 4位的端口， 每个 4位的端口包含一个 4位的 锁存器 ，分别与端 口 A 和端口 B 配合使用，可作为 控制信号 输出或状态信号输入端口。 不能工作于方式一或二。 A1A0： 地址选择线 ， 用来选择 8255的 PA 口 、 PB 口 、 PC 口和 控制寄存器。 当 A1A0=00时 ， PA 口被选择 ； 当 A1A0=01时 ， PB 口被选择 ； 当 A1A0=10时 ， PC 口被选择 ； 当 A1A0=11时 ， 控制寄存器 被选择。 七段数码器 7段数码管一般由 8个发光二极管组成，其中由 7个细长的发光二极管组成数字显示，另外一个圆形的发光二极管显示小数点。 当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光。 控制相应的二极管导通，就能显示出各种字符，尽管显示的字符形状有些失真，能显示的数符数量也有限，但其控制简单，使有也方便。 发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极数码管，阴极连在一起的称为共阴极数码管，如图 25所示。 图 25 八位七段数码显示器 七段数码管的驱动方法： 发光二极管（ LED 是一种由磷化镓（ GaP）等半导体 材料制成的，能直接将电能转变成光能的发光显示器件。 当其内部有 电流通过时，它就会发光。 7段数码管每段的驱动电流和其他单个 LED 发光二极管一样，一般 为 5～ 10mA，正向电压随发光材料不同表现为 ～ 不等。 7段数码管的显示方法可分为静态显示与动态显示，下面分别介绍。 （ 1）静态显示 所谓静态显示， 就是当显示某一字符时，相应段的发光二极管恒定地尽可能截止。 这种显示方法为每一们都需要有一个 8位输出口控制。 对于 51单片机，可以在并行口上扩展多片锁存 74LS573作为静态显示器接口。 静态显示器的优点是显示稳定，在发光二极管导通电注一定的情况下显示器的亮硬件设计 11 度高，控制系统在运行过程中，仅仅在需要更新显示内容时， CPU 才执行一次显示更新子程序，这样大大节省了 CPU 的时间，提高了 CPU 的工作效率；缺点是位数较多时，所需 I/O 口太多，硬件开销太大，因此常采用另外一种显示方式 ——动态显示。 （ 2）动态显示 所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描），对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次。 虽然在同一时刻只有一位显示器在工作（点亮），但利用人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉效应，看到的却是多个字符 “同时 ”显示。 显示器亮度既与点亮时的导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。 调整电流和时间参数，可实现 亮度较高较稳定的显示。 若显示器的位数不大于 8位，则控制显示器公共电位只需一个 8位 I/O 口（称为扫描口或字位口），控制各位 LED 显示器所显示的字形也需要一个 8位口（称为数据口或字形口）。 动态显示器的优点是节省硬件资源，成本较低，但在控制系统运行过程中，要保证显示器正常显示， CPU 必须每隔一段时间执行一次显示子程序，这占用了 CPU 的大量时间，降低了 CPU 工作效率，同时显示亮度较静态显示器低。 主要模块的实现方案 该设计主要由五大模块构成： 单片机最小系统模块（实现复位功能），光线接收模块（用滑动变阻器来 等效）， AD 转换模块，地址锁存模块（ 74HC373）， 8255 和 LED显示模块（供 16 枚）。 其系统框图如 图 26 所示。 所需的硬件 单片机 STC89C52RC、 ADC0808 元件、 8255 芯片、 74HC373 元件、滑动变阻器、发光二极管、电阻、排阻、 晶振、电源、学习用的单片机最小系统开发板、晶振 电路 数码管显示 输出 LED显示输出 ADC 采集 单 片 机 核 心 模 块 图 26 系统框图 硬件设计 12 按钮等。 最小系统模块 最小系统模块：最小系统是 51单片机的最基本的组成部分，它包括单片机及其所需的必要电源、时钟、复位等部件，它能使单片机处于正常的运行状态，还可以将最小系统作为应用系统的核心部分，对其进行存储扩展、 A/D 扩展等。 51单片机的引脚虽然只有四十，但它有很多的扩展功能，根据各种设计要求设计相应的外围电路。 编写出相应的控制程序 ， 便可以跟外围电路很好的组合成功能复杂的系统。 51单片机最小系统的功能主要有：能够运行用户程序，用户可以复位单片机，具有相对强大的外部扩展等功能。 最小系统 引脚 功能的说明如下 ： （ 1） 18， 19 脚为单片机的晶振引脚；外接 的晶振，晶振外围还有 2 个22pF 的起振电容，可以使单片机更好的起振。 （ 2） 9 脚为单片机的复位引脚；当复位引脚出现连续两个机器周期的高点平时，单片机复位。 （ 3） 31 引脚为 EA————引脚；当 EA————接高电平时读取内部储存数据，当内部存储器读取完成后，单片机自动读取外部存储器；当 EA————接低电平时，单片机只读取外部存储器。 单片机最小系统如 图 27 所示。 硬件设计 13 图 27 单片机最小系统模块 AD 转换模块 首先，要做一个分压电路。 将滑动变阻器两个固定端，一端接上 5V 的直流电源，另外一端接地。 中间的可以滑动的位置接上 ADC0808 的 IN7， IN0～ IN6 接地，这样表示只有通道 7 可以传入数据，其余通道都不能采集数据。 此外，还需要将 ADC0808的地址选通端 ADD A， ADD B， ADD C 全部接上 高电平， 表示我们选择了 IN7 进行输入。 其次，由于 ADC0808 内部没有时钟电路，我们需要给它提供时钟信号，这个靠单片机使用定时中断来产生， 将 其 CLK 端接。 其它的， 如 ALE 地址锁存信号接单片机的 ， START 接上单片机的 ， EOC 接上单片机的 ， 输出允许端 OE 接单片机的。 最后， ADC0808 输出的结果是 0～ 255 之间的 8 位二进制数， OUT1 是最高位，OUT8 是最低位， 需要将 它们对应接上单片机的 P1 口的 ～。 ADC0808 各引脚 连接示意 如图 28。 硬件设计 14 图 28 ADC0808 引脚连接示意图 地址锁存模块 74HC373 是地址锁存器，使用它可以将地址和数据分开传递，使用时用单片机的引脚 ALE 对它的 LE 来进行控制 了。 其数据端 D0～ D7 接上单片机的 P0 口的 8 位引脚，OE————接地，表示它工作在直通方式。 输出端低两位 Q1Q0 用作 8255 的地址选通端。 最高位 Q7 接 8255 的片选端 CS————。 74HC373 芯片引脚连接示意如图 29 所示。 图 29 74HC373 的引脚图 数码管显示模块 8 位七段数码显示器有 8 位位选端和 8 位数据输入端。 这就大大消耗了单片机的GNDP 1 0P 1 1P 1 2P 1 3P 1 4P 1 5P 1 6P 1 7P 3 1P 3 2P 3 5P 3 4P 3 0G NDO UT 121A DD B24A DD A25A DD C23V RE F ( + )12V RE F ( )16I N31I N42I N53I N64I N75S T A RT6O UT 58E O C7OE9CLO C K10O UT 220O UT 714O UT 615O UT 817O UT 418O UT 319I N228I N127I N026A L E22U6A DC 0 8 0 881%R V 11k + 8 8 . 8V o lt s硬件设计 15 I/O 资源，可能的话，需要用 74HC373 对其单片机进行串口扩展。 本次设计的连法： 8位位选端由 P2 口来进行控制， 8 位数据输入端有 P0 口来进行控制，显示的方式是动态扫描显示法。 即 :单片机轮流选中 8 位中的每一位，来进行显示。 只要延时程序设计的合理，七段数码显示器就可以稳定的显示。 8 位七段数码管的显示结果的说明：最前两位显示的是 LED灯点亮的数目，中间一位显示的是任意一个按钮被按下去的次数，最后三位表示 ADC 的采集的光敏电阻两端的电压值。 8255 与 LED 显示模块 8255 芯片的连接： D0～ D7 与单片机的 P0 口相连，用来接收数据。 读写端也与单片机读写端相连，方便单片机对其进行读写 操作。 地址选通线 A0、 A1 接入 7HC373的 Q0、 Q1。 RESET 接地，片选端 C——S——接 74HC373 的 Q7。 这样一来 8255 的 4 个端口的地址就可以算出来了，分别是 PA—0x00， PB—0x01， PC—0x02，控制端 —0x03。 16 枚 LED 灯的接法为： 8255 的 PA 口接 上 8 枚，同样 PB 口也接上了 8 枚， LED使用共阳极的接法，即它们的阳极全部通过排阻接上电源。 PC 口悬空不用。 详细情况见 图 210 所示。 P 0 0P 0 1P 0 2P 0 3P 0 4P 0 5P 0 6P 0 7RDWRQ0Q1Q7D034D133D232D331D430D529D628D727RD5WR36A09A18RE S E T35CS6P A 04P A 13P A 22P A 31P A 440P A 539P A 638P A 737P B 018P B 119P B 220P B 321P B 422P B 523P B 624P B 725P C 014P C 115P C 216P C 317P C 413P C 512P C 611P C 710U18 2 5 5 A 图 210 8255 引脚连接图 硬件连接及电路图 本次设计是将上述的五个模块拼接一起组成一个系统体系，以实现设计所需要的功能。 主要的是 ADC 采集模块，其次比较重要的就是对 LED 模块的控制。 单个模块其功能相对会比较简单 单一，但将一些模块合理的串接起来就可以实现相对复杂的功硬件设计 16 能。 即：本次设计应有的功能。 电路总体连接方式： （ 1） ADC0808 的连接方式：转换启动信号 START 接到单片机的 口，时钟信号 CLK 接到 口， ALE 接到单片机的 口， EOC 接到单片机的 口， OE 接到单片机的 口， OUT8～ OUT0 接单片机 ～ ， 使用通道 7 进行采集，其余通道接地，表示没有被使用。 （ 2） 单片机的 P1 口既作为数据输出端，又作为地址选通端。 通过与 74HC373 的连接，来分离数据和地址，采用时分的输出方式。 74H373 的 LE 端口接单片机的 ALE端口，利用单片机对 LE 的输入电平进行控制。 当 LE 为高电平时， 数据从 Dn 输入到锁存器；当 LE 为低电平时，锁存器存储 D 输入上的信息一段就绪时间直到 LE 的下降沿来临。 OE 端接地，选为直通方式。 （ 3） 8255 的地址选通端由地址锁存芯片 74HC373 的 Q0 和 Q1 来控制，而且片选端 CS————也由 Q7 来控制。 8255 的读写。