2023年智能仪器仪表课程设计___LED调光灯亮度控制系统___51单片机__带程序.doc

沈阳理工大学课程设计专用纸 亮度是工业中非常关键的一项物理量，在农业，现代科学研究和各种高新技术的开发和研究中也是一个非常普遍和常用的测量参数。亮度自动控制的原理主要是：将随亮度变化而变化的物理参数，通过光传感器转变成电的或其他信号，传给处理电路，最后转换成亮度数值显示出来。目前最具开展前景的灯光调节是参加自动控制原理，通过自动控制系统，按照给定参数对对象的反响信息进行调节，从而满足工农业生产的需求。本文介绍了以处理芯片STC1205A08S2为核心器件的亮度控制系统。STC1205A08S2 是宏晶以公司研制的51内核为主的系列单片机，这个芯片设计的时候就吸取其它51系列单片很容易被解密的教训，改良了加密机制。 关键词: 亮度控制；STC1205A08S2；自动控制系统。 目录 引言 1 1 课程设计概述 1 1.1 课程设计题目 1 1.2 课程设计要求 1 1.3 主要仪器设备 1 1.4 PWM控制说明 2 2 硬件设计 2 2.1 单片机局部 2 2.2 亮度反响局部 4 2.3 按键电路局部 4 2.4 串口下载局部 5 2.5 LED执行部件 6 3 软件设计 6 3.1 按键的软件设计 6 3.2 一般串行下载介绍 7 3.3 LCD1062显示介绍 8 3.4 PWM控制具体过程 9 3.5 流程图设计 10 4 系统调试 10 4.1 LED执行局部调试 10 4.2串口下载局部调试 11 4.3 LED显示局部调试 11 4.4 按键局部调试 11 4.5系统调试 11 5 课设总结 11 参考文献 12 附 录 13 引言 调光灯亮度作为一项光工参数,在工业现场和过程控制中具有至关重要的作用。因而,各种以光敏作为传感器的光敏电阻和光敏二极管普遍使用。亮度是工业中非常关键的一项物理量，在农业，现代科学研究和各种高新技术的开发和研究中也是一个非常普遍和常用的测量参数。亮度自动控制的原理主要是：将随亮度变化而变化的物理参数，通过光传感器转变成电的或其他信号，传给处理电路，最后转换成亮度数值显示出来。目前最具开展前景的灯光调节是参加自动控制原理，通过自动控制系统，按照给定参数对对象的反响信息进行调节，从而满足工农业生产的需求。 1 课程设计概述 1.1 课程设计题目 设计LED线性驱动电路和光敏管进行亮度测量电路，再用单片机设计控制器输出PWM,调节LED驱动功率，实现亮度的自动控制，通过键盘进行亮度设置，实际亮度可以实时显示。 1.2 课程设计要求 要求：1、实现亮度可调； 2、控制精度±1%〔±50m〕； 3、实现亮度闭环反响控制。 x附加要求：通过RS232或RS485接口可以与PC机通信，在PC机上能够进行参数显示和设置。 图1-2温度控制系统的根本组成 1.3 主要仪器设备 仪器设备名称 数量 示波器〔YB4328D〕 1台 直流稳压电源〔DF1731SC3A〕 1台 数字万用表 1块 PC机 1台 测光敏感元件 1个 1.4 PWM控制说明 PWM控制简介：脉冲宽度调制(PWM)是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点。由于当今科学技术的开展已经没有了学科之间的界限,结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术开展的主要方向之一。 PWM根本原理：随着电子技术的开展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而到达控制充电电流的目的。 2 硬件设计 2.1 单片机局部 本设计选择的单片机芯片是STC1205A08S2，其原理图如2-1所示。该芯片的P2.0-3用作键盘数字量输入，为了防止干扰使键盘处于低电平，参加了上拉电阻时按键未按下时始终处于高电平状态； 芯片引脚功能： P1.0作为光敏电阻反响数据输入端口； P0口显示数据输出到LCD1602显示； P1.4作为PWM输出端口 图 2-1 STC控制系统原理图 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器〔FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory〕的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带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和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 AT89C51主要接口介绍： 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/地址的第八位。 　　P1口：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口作为第八位地址接收。 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口输出其特殊功能存放器的内容。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口将输出电流这是由于上拉的缘故。 2.2 亮度反响局部 如图2-2所示，图中RF为光敏电阻，它可更加接收到的LED灯光的亮度改变自身阻值。LED灯变亮，其阻值越小；反之，LED灯越亮，其阻值也越大。 图2-2 亮度反响原理图 2.3 按键电路局部 键盘电路分类： 1、独立式键盘 独立式键盘是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。每根I/O口线上按键的工作状态不会影响其他I/O口线的工作状态。微处理器通过向此I/O口发出读指令来得到当前按键的状态。键未按下时，此信号为1〔高电平〕，键按下时，此信号为O〔低电平〕。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了，一般独立式按键的接口，独立式键盘电路原理图： 2、矩形式键盘 独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但缺点是占用I/O口资源太多，在按键数量较多时，I/O口浪费大，矩阵式按键结构能够缓解这种矛盾。矩阵式键盘由行线、列线及位于行列线交叉点上的按键等局部组成。当应用系统需要的按键数量比拟多时可采用矩阵式键盘。一般情况下，按键数等于矩阵行数和列数的乘积。矩形结构如图： 键盘电路选择： 根据实际需要，本次设计采用独立式键盘，如图2-3所示，通过按键可以增大、减小LED灯的给定值。给定值的不同，其亮度也不同。通过按键可把LED灯调节到适宜的亮度。 图2-3 按键原理图 2.4 串口下载局部 通过以下列图2-4串口下载电路，可以将程序从PC机直接下载到板子上的STC中，比拟方便。 图2-4 串口下载电路原理图 宏晶科技参考资料： 说明：STC89 系列单片机大局部具有在系统可编程〔ISP〕特性，ISP 的好处是：省去购置通用编程器，单片机在用户系统上即可下载/ 烧录用户程序，而无须将单片机从已生产好的产品上拆下，再用通用编程器将程序代码烧录进单片机内部。有些程序尚未定型的产品可以一边生产，一边完善，加快了产品进入市场的速度，减小了新产品由于软件缺陷带来的风险。由于可以将程序直接下载进单片机看运行结果故也可以不用仿真器。大局部STC89 系列单片机在销售给用户之前已在单片机内部固化有ISP 系统引导程序，配合PC 端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，故无须编程器(速度比通用编程器快)。不要用通用编程器编程，否那么有可能将单片机内部已固化的ISP 系统引导程序擦除，造成无法使用STC 提供的ISP 软件下载用户的程序代码。 2.5 LED执行部件 如以下列图2-3所示，P1.4输出PWM输出控制信号。根据输出电压占空比不同，灯的亮度也不一样。占空比越大，说明输出电压越大，灯就越亮；反之，占空比越小，即说明输出电压越小，灯就越暗。 图 2-5 LED执行部件原理图 3 软件设计 3.1 按键的软件设计 键盘的监测方式： 1、查询方式：查询方式是指CPU不断的判断I/O口〔按键接口〕的状态，就像扫描一样，扫描哪个按键式是处于被按下状态，扫描到了就可以确定是哪个按键了。在查询方式下不管有没有按键，CPU都需要不断地进行查询操作，以判断是否有键按下，这不利于提高CPU的效率。在一些任务繁重或者低功耗应用场合，尤其不适合使用。如果采用中断方式，只有在每次有键按下，CPU才去响应键盘，这样能够大大减轻CPU的任务量。 2、中断方式：中断方式相比查询方式要好很多，当然它多占用了单片机的一个资源，当检测到有按键按下时，就进入到中断里面判断是哪个按键，换句话可以理解为在中断中扫描按键值。用中断方式恰恰就解决了查询方式中的问题。 键盘抖动原因： 由于按键多为机械弹性开关，它是利用了机械触点的合、断作用。所以按键开关在闭合和断开的瞬间均有一连串的抖动，抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5~10ms，这是一个很重要的参数。抖动过程引起电平信号的波动，有可能令CPU误解为屡次按键操作，从而引起误处理。通常防止该问题是通过消抖来实现的，而消抖的方式也有两种，软件方式和硬件方式。 按键消抖方法： 1、硬件消抖方法：可以用电路来实现，如加RS触发器，使其产生单次手动脉冲；此外，也可以利用积分电路来吸收抖动带来的干扰脉冲，只要选择好适当的参数也能到达较好的效果。 2、软件消抖方法：多采用软件延时的方法：在第一次检测到有键按下时，执行一段延时10ms的子程序后，再确认电平是否仍保持闭合状态电平，如果保持闭合状态电平，那么确认真正有键按下。释放一个键时，方法相同。这种消除抖动影响的软件措施是切实可行的。 3.2 一般串行下载介绍 ISP：在系统编程，一般目标芯片内包含了专用的接口电路，上位机发送编程命令码及编程控制信息后由芯片硬件自动完成编程。比方通过JTAG口升级就是其中的一种，现在推出的许多新的芯片比方ARM都采用此模式。ATMEL公司的AT89S5x系列的单片机的下载模式虽然不属于