1 / 44 前言随着城市规模的不断扩大，现有的路灯管理的方式方法已远远不能满足城市路灯发展与管理的需要，必须依靠现代化的高科技管理手段。路灯管理工作需要一个以计算机为核心的、自动化的管理手段来替代普通的路灯监控系统。使整个城市照明监测，决策和管理工作建立在计算机信息网络平台之上。因而单片机在路灯系统中的应用应运而生。由于单片机具有集成度高，处理能力强，可靠性高，系统结构简单，价格低廉的优点，因此在路灯照明工程中被广泛应用。单片机技术中的计时系统是单片机在的一个典型的应用。通过计时系统来对时间进行有效的控制。在路灯设计的定时系统中将得到更好的应用 .2 路灯控制系统在城市中的用途很广泛，本路灯控制器系统针对实际情况的需要进行优化设计的。在本设计中，输入是开关按钮，进行时间控制，显示是六个数码管和LED 二极管，时间为正常24 小时走时，可用按钮调节定时开关时间，达到控制的目的。该设计系统可以实现时间设置路灯的开关, 对小时和分钟可以进行调整；启动后进入计时显示 , 计时用六位数码管显示；当一天时间过去后可以循环继续控制，用四个LED二极管进行模拟显示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 44 页2 / 44 第一章总体设计我们在设计路灯系统控制器之前，先了解系统所要实现的各个功能情况。在设计的过程中，除了要让硬件电路简洁外，还要兼顾软件不能过于复杂。这样才能达到设计的实际要求，硬件支持软件，软件带动硬件。本电路设计的主要思路是：对路灯实现实时控制，最基本的程序是时钟显示程序，之后的设定开灯和关灯时间并能对路灯进行实时控制都是在基本程序上扩展而得到的。时钟显示程序中最关健是否对数码管进行动态扫描的子程序放在哪里，本课设中把动态扫描程序放在T0 中断里，中断的时间是非1MS ，也就是说每1MS扫描一次，扫描频率非常快，利用了人眼的视觉残留特性, 使程序更加简洁 . 调时程序和对路灯的单路控制程序都是按键进行控制的. 所以对对按键的控制显得尤为重要了 . 本课设主程序中一直在对所有的按键进行扫描, 当按键一有动作 , 在第一时间就执行相应的程序 , 达到实时控制的目的 . 根据任务书上的要求进行综合分析，总设计方案分为以下几个步骤：1）根据路灯控制系统的功能，选用合理元器件并画出总体原理图。 注意硬件方案和软件方案的结合. 2电路的抗干扰性能 . 3对元器件的保护能力 , 要在电路中对电流敏感元器件进行限流控制. 硬件设计是本次设计的基础，它的成功与否关系到本次毕业设计的成败。首先我们依然是对系统进行分析，分析它有些什么功能，用什么样的器件才能实现。根据任务书的要求，分析出需要的功能有：具备时钟功能、时间调节的调节、二极管(模拟路灯 的显示功能、定时开灯关灯的时间调整功能、按键控制功能。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 44 页5 / 44 基于以上功能要求，我们决定使用AT89C51芯片，显示器件选用数码管4 个），通过电阻驱动，驱动数码管的显示。数码管采用动态显示。最终确定的结构框图为：图 2-1 结构框图2.2 硬件设计思路通过硬件电路的分析，当开机后，经过上电复位，时钟显示为17：59：50，这时可以调整时、分、秒按钮进行精确调整到当前时间，进行正常走时。开机后系统内部自定义开路灯时间为18：00：00，关路灯时间为 6：00：00，如果不做调整的话，时间就是下午六点钟开灯，早晨6 点钟关灯，但春、夏、秋、冬四季的昼夜并不相等，为了更好的节省资源 电力）。本设计中可以进行手动调整，根据四季的变化来调整开路灯和关路灯的时间，更有效的节省资源。本设计中另外的一大特点就是在夜晚12：00 的时候，路灯会熄灭一半，这种设计也是为了节省资源，因为夜深人静的时候，并不需要太多的路灯照明整个路面，只需要点点灯光就行。然后到早晨六点钟或自己重新设定的时间的时候在关闭其它的路灯。本次设计中共用到了五个按钮，和四个发光二极管，用来控制路灯和调整时间。按钮上到下编号为、。为进入调整开灯、关灯的时间按钮，和为退出调整开灯和关灯的按钮，只有通过它才能有效的退出定义开灯和关灯的调整状态，为调整加一小时的按钮，为调整减一小时单片机时钟电路复位电路按键输入驱动电路数码管显示二极管显示精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 44 页6 / 44 的按钮，为调加一分钟的按钮，为调整减一分钟的按钮。发光二极管从上至下的标号是、。、为路灯的左边一排。、为路灯的右边一排。2.3 时钟电路时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。MCS-51 单片机允许的时钟频率是因型号而异的。晶振的选择：6MHz 的晶振，其机器周期是2us。12MHz 的晶振，其机器周期是1us, 也就是说在执行同一条指令时用6MHz 的晶振所用的时间是 12MHz 晶振的两倍。为了提高整个系统的性能我选择了12MHz 的晶振。振荡方式的选择：内部振荡方式， MCS-51 内部都有一个反相放大器，XTAL1 、XTAL2 分别为反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件，这样就构成了内部振荡方式。外部振荡方式是把已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适合用来使单片机的时钟与外部信号一致。在我的这个设计中没有也无需与外部时钟信号一致，所以我选择了内部振荡方式，由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。晶振我选择了12MHz ，相对于 6MHz的晶振，整个系统的运行速度更快了。电容器C1 、C2起稳定振荡频率、快速起振的作用，电容值我选择了30pF。内部振荡方式所得的时钟信号稳定性高。2.4 复位电路2.4.1 可靠性计算机在启动运行是都需要复位，使中央处理器CPU和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。MCS-51单片机有一个复位引脚RST ，它是施密特触发输入，当振荡器起振后，该精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 44 页7 / 44 引脚上出现2 个机器周期 即 24 个时钟周期）以上的高电平。使器件复位，只要RST保持高电平， MCS-51保持复位状态。此时ALE 、/PSEN 、P0、P1、P2、P3口都输出高电平。RST变为低电平后，退出复位，CPU从初始状态开始工作。复位以后内部寄存器的初始状态为 SP=07 ，P0、P1、P2、P3为 0FFH外，其它寄存器都为0。对于 NMOS 型单片机，在 RST复位端接一个电容至VccHE 一个电阻至 Vss，就能实现上电自动复位，对于CMOS 单片机只要接一个电容至Vcc 即可。如图，在加电瞬间，电容通过电阻充电，就在RST端出现一定时间的高电平，只要高电平时间足够长，就可以使MCS-51有效地复位。 RST端在加电时应保持的高电平时间包括Vcc 的上升时间和振荡器起振时间，Vcc 上升时间若为10ms ，振荡器起振时间和频率有关。10MHz时间约为 1ms ，1MHz时约为 10ms ，所以一般为了可靠地复位，RST在上电时应保持 20ms以上的高电平。图2.5 中，RC时间常数越大，上电时RST端保持高电平的时间越长。振荡频率为12MHZ 时，典型值为 C=10uF,R=8.2k。若复位电路失效，加电后CPU从一个随机的状态开始工作，系统就不能正常运转。图 2-2 上电复位电路2.4.2 人工复位除上电自动复位以外，常常需要人工复位，将一个按钮开关并联于上电自动复位电路，按一下开关就RST端出现一段时间的高电平，即使器件复位。如图所示精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 44 页8 / 44 图 2-3 上电和开关复位而在这次的毕业设计中运用的上电复位电路. 即只要一接 +5V 电压 , 系统就会自动的复位 . 出于可靠性和适时性的考虑，我选择了简单实用的上电复位电路上电后，由于电容充电，使RST持续一段高电平时间。从而实现上电复位操作。我选择的C=10uF ，R=1k。2.5 按键电路在单片机系统中，通常有且仅有一键按下才视为按键有效。有效的确认方式通常又可以分为两类。第一类为按下-释放键方式，系统要求从按下倒释放键才算一次有效按键。另一类为连击方式，就是一次按键可以产生多次击键效果，其连击频率可自己设定，如 3 次/ 秒、4 次/ 秒等。根据设计的需要，我选择了按下- 释放方式，电路如下图9 所示。电路为低电平有效输出方式，当按键按下时输出为低电平。100Vcc +5VGNDI/O图 2-4 开关电路图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 44 页9 / 44 在按下 - 释放键方式时，系统先判断是否有键按下，若不用硬件去抖，则同时进行软件去抖，确认有键按下，然后等待至该按键释放才算依次按键，注意释放键判断同样要进行去抖处理。2.6 显示电路2.6.1 显示方式选择LED 数码显示器时常用的显示器之一，我用的是单片机并口设计的LED 数码显示电路。 LED 有着显示亮度高、响应速度快的特点，最常用的是七段式LED 显示器，又称数码管。七段式LED 显示器内部由7 个条形发光二极管和1 个小圆点发光二极管组成，根据各管的亮暗组合成字符。即 P 区）是公共的，而阴极互相隔离。即 N 区）是公共的，而阳极是互相隔离的。显示方式的论证：方案一：静态显示方式，就是把共阴极或共阳极的公共端位选端）连接在一起接地或接 5V电源，形成位控端；每一位的段选线adp）作为段控端。方案二：动态显示方式，是单片机应用系统中最常用的显示方式，把所有的显示器的同名段选端选线相互并接在一起，由同一个8 位并行输出口控制；而各显示器的位选线则分别由不同输出口线控制端。这样各显示位不能同时显示不同的数字或字符。因此要选择扫描的方法，即从左到右或从右到左）依次轮流使每位显示器显示数字或字符并保留一段时间印制电路板 PCB优点之一是可以实现电路中各个元器件间的电气连接，代替复杂的布线，减少了传统方式下的接线工作量，简化了电子产品的装配、焊接、调试工作。(2印制电路板 PCB优点二是缩小了整机体积，降低了产品成本，提高了电子设备的质量和可靠性。(3印制电路板 PCB优点三是具有良好的一致性，它可以采用标准化设计，有利于装备生产的自动化和焊接的机械化，提高了生产率。(4印制电路板 PCB优点四装备的部件有好的机械性能和电气性能，使电子设备实现单元组合化，使整块经过装配调试的印制电路板作为一个备件，便于整机产品的互换与维修。正是由于以上 PCB优点， 所以这次我做成了PCB版。硬制电路板的制作过程 ：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 44 页13 / 44 一般 PCB基本设计流程如下：前期准备-PCB结构设计 -PCB布局-布线-布线优化和丝印 -网络和 DRC 检查和结构检查 -制版。第一：前期准备。这包括准备元件库和原理图。在进行PCB设计之前，首先要准备好原理图 SCH 的元件库和 PCB的元件库。第二： PCB 结构设计。这一步根据已经确定的电路板尺寸和各项机械定位，在PCB 设计环境下绘制 PCB板面，并按定位要求放置所需的接插件、按键/ 开关、螺丝孔、装配孔等等。并充分考虑和确定布线区域和非布线区域。第三： PCB 布局。布局说白了就是在板子上放器件。这时如果前面讲到的准备工作都做好的话，就可以在原理图上生成网络表Create Netlist），之后在 PCB图上导入网络表 Load Nets ）。然后就可以对器件布局了。在放置元器件时，一定要考虑元器件的实际尺寸大小，元器件之间的相对位置，以保证电路板的电气性能和生产安装的可行性和便利性以及整齐美观。第四：布线。布线是整个PCB设计中最重要的工序。这将直接影响着PCB 板的性能好坏。在 PCB的设计过程中首先是布通，这时PCB设计时的最基本的要求。其次布线要整齐划一，不能纵横交错毫无章法。在做这次设计布线时主要按以下原则进行：一般情况下，首先应对电源线和地线进行布线，以保证电路板的电气性能。在条件允许的范围内，尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线电源线信号线。振荡器外壳接地，时钟线要尽量短，且不能引得到处都是。尽可能采用 45o 的折线布线，不可使用90o 折线，以减小高频信号的辐射。任何信号线都不要形成环路，如不可避免，环路应尽量小；信号线的过孔要尽量少。关键的线尽量短而粗，并在两边加上保护地。原理图布线完成后，应对布线进行优化；同时，经初步网络检查和DRC 检查无误后，对未布线区域进行地线填充，用大面积铜层作地线用, 在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。PCB布线工艺要求线精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 44 页14 / 44 线与线之间和线与焊盘之间的距离大于等于0.33mm(13mil，线间距不小于0.254mm(10mil。这次设计中信号线宽为0.5mm ，电源线宽与地线宽0.8mm 。焊盘 PAD ）焊盘PAD ）与过渡孔 VIA）的基本要求是：盘的直径比孔的直径要大于0.6mm ；实际应用中，应根据实际元件的尺寸来定，有条件时，可适当加大焊盘尺寸；PCB板上设计的元件安装孔径应比元件管脚的实际尺寸大0.2 0.4mm左右。过孔 ；当布线密度较高时，过孔尺寸可适当减小，但不宜过小，可考虑采用1.0mm/0.6mm40mil/24mil 。焊盘和过孔的实际尺寸要根据各个元器件的实际情况再综合PCB布线工艺要求来确定。第五：布线优化和丝印。优化布线的时间是初次布线的时间的两倍。对于丝印，要注意不能被器件挡住或被过孔和焊盘去掉。第六：网络和 DRC 检查和结构检查。首先，在确定电路原理图设计无误的前提下，将所生成的 PCB网络文件与原理图网络文件进行物理连接关系的网络检查NETCHECK），并根据输出文件结果及时对设计进行修正，以保证布线连接关系的正确性；网络检查正确通过后，对PCB设计进行 DRC 检查，并根据输出文件结果及时对设计进行修正，以保证PCB布线的电气性能。最后需进一步对PCB的机械安装结构进行检查和确认。第七：制版。这一过程在厂里完成。经过以上步骤最后晚成的版子为：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 44 页15 / 44 图 2-7 硬制电路版精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 44 页16 / 44 第三章软件设计31 主程序本软件设计的程序设计包括判断各个按钮按下之后能够实现什么功能，判断开灯关灯的时间。其中，动态显示是在中断子程序中进行的，每一次中断的时间为1MS ，每中断一次扫描一次，实现动态显示。正常走时的动态显示是在T0 中断中进行动态扫描的，设置开灯关灯的时间是在T1中断中进行动态扫描的。主程序流程图为：图 3-1 主程序流程图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 44 页17 / 44 32 计时程序计时程序的设计主要用到定时器的知识。下面我简述一下定时器的一些基础知识。MCS-51单片机内部有两个16 位可编程的定时器 / 计数器，即定时器T0 和定时器T1。它们既可用作定时器方式，又可用作计数器方式。1）定时器 / 计数器结构定时器 / 计数器的基本部件是两个8 位的计数器 其中 TH1 ，TL1 是 T1 的计数器，TH0 ，TL0是 T0的计数器）拼装而成。在作定时器使用时，输入的时钟脉冲是由晶体振荡器的输出经12 分频后得到的，所以定时器也可看作是对计算机机器周期的计数器因为每个机器周期包含12 个振荡周期，故每一个机器周期定时器加1，可以把输入的时钟脉冲看成机器周期信号）。故其频率为晶振频率的1/12。如果晶振频率为12MHZ，则定时器每接收一个输入脉冲的时间为 1us。定时器 /计数器有四种工作方式，其工作方式的选择及控制都由两个特殊功能寄存器TMOD 和 TCON）的内容来决定。用指令改变TMOD 或 TCON 的内容后，则在下一条指令的第一个机器周期的S1P1时起作用。2）定时器 / 计数器的工作方式MCS-51 片内的定时器 /计数器可以通过对特殊功能寄存器TMOD 中的控制位 C/T的设置来选择定时器方式或计数器方式；通过对M1M0 两位的设置来选择四种工作方式，由于我采用了T0,所以就以 T0 来加以说明。1、方式 0 当 M1M0 设置为 00 时，定时器选定为方式0 工作。在这种方式下， 16 位寄存器只用了 13 位，TL0的高三位未用。由TH0的 8 位和 TL0的低 5 位组成一个 13 位计数器。当 GATE=0 时，只要 TCON 中的 TR0为 1，TL0 及 TH0组成的 13 位计数器就开始计数；当 GATE=1时，此时仅 TR0=1仍不能使计数器计数，还需要0INT 引脚为 1 才能使计数器工作。由此可知，当GATE=1 和 TR0=1时，TH0+TL0是否计数取决于0INT引脚的信号，当0INT 由 0 变 1 时，开始计数；当0INT 由 1 变 0 时，停止计数，这样就可以用来测量在0INT 端出现的脉冲宽度。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 44 页18 / 44 当 13 位计数器从 0 或设定的初值，加1 到全“ 1”以后，再加 1 就产生溢出。这时，置 TCON 的 TF0位为 1，同时把计数器变为全“ 0”。2、方式 1 方式 1 和方式 0 的工作相同，唯一的差别是TH0和 TL0组成一个 16 位计数器。3、方式 2 方式 2 把 TL0 配置成一个可以自动恢复初值初始常数自动重新装入）的8 位计数器，TH0作为常数缓冲器， TH0 由软件预置值。当TL0 产生溢出时，一方面使溢出标志 TF0置 1，同时把 TH0中的 8 位数据重新装入TL0中。方式 2 常用于定时控制。例如希望每隔250 s 产生一个定时控制脉冲，则可以采用 12MHz的振荡器，把 TH0预置为 6，并使 C/T=0 就能实现。方式2 不用作串行口波特率发生器。4、方式 3 方式 3 对定时器 T0 和定时器 T1是不相同的。若T1设置为方式 3，则停止工作 其效果与 TR1=0相同）。所以方式3 只适用于 T0。方式 0 和方式 1 的最大特点是计数溢出后，计数器全为0，因此循环定时或计数应用时就存在重新设置计数初值的问题，这不但影响定时精度，而且也给程序设计带来不便。方式2 就是针对此问题而设置的，它具有自动重新加载功能，因此也可以说方式 2 是自动重新加载工作方式。在这种工作方式下，把16 位计数器分为两部分，即以TL0 作计数器，以 TH0作预置寄存器，初始化时把计数初值分别装入TL0和 TH0中。当计数溢出后，由预置寄存器以硬件方法自动加载。初始化时，8 位计数初值同时装入TL0 和 TH0中。当 TL0计数溢出时，置位TF0，同时把保存在TH0中的计数初值自动加载装入 TL0 中，然后 TL0 重新计数，如此重复不止，这不但省去了用户程序中的重装指令，而且有利于提高定时精度。但这种方式下计数值有限，最大只能到256。这种自动重新加载工作方式非常适用于连续定时或计数应用。当为计数工作方式时，计数值的范围是：1-25628）当为定时工作方式时，定时时间计算公式为：28- 计数初值） x 晶振周期x12 或28-计数初值） x 机器周期通过上述四种方式的比较，根据本计时软件设计的要求，所以我们就采用了T0 定时器的方式 1。2 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 44 页19 / 44 时间调整子程序流程图：图 3-2 时间调整子程序流程图本次设计中用到了T0和 T1进行中断控制， T0和 T1用的都是方式一。在中断子程序中放进了显示程序，中断时间为1MS ，可以实现数码管的动态扫描且无闪烁感。33 中断程序所谓中断 , 是指在计算机执行程序过程中, 当出现某种情况 , 如发生停电和其他情况时, 由服务对象向 CPU发出中断请求信号 , 要求 CPU暂时中断当前程序的执行, 而转去执精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 44 页20 / 44 行相应的处理程序 , 待处理程序执行完毕后 , 再继续处理执行原来被中断的程序。中断子程序能实现时钟自动走时功能，从而实现计时的运行，在程序设计的过程中有着重要的作用，其流程图为：图 3-3 中断程序流程图34 按键程序按键硬件电路图设计如下图：在没有键按下去时一直为高电平，有按键按下时变为低电平。单片机以此为判断的依据。来表示每个不同的按钮按下能实现各种不同功能，如：调节定时开灯时间、定时关灯时间等。当单片机查到键盘闭合时就调用按键功能程序，实现相应的功能7。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 44 页21 / 44 +5VGNDI/O图 3-4 按键硬件电路图第四章系统电路与软件调试4.1 硬件调试电路焊接完成之后，就要进行硬件电路的调试。在做本次设计的过程中，遇到了一些故障并作了相应的排除：1、AT89C51 管脚的检测管脚很多而且很小，在焊接的过程中注意虚焊。2、数码管的检测将电路接上电源，看数码管是否显示初始值888888，如果有问题，用万用表检测一下，看时电路问题还是器件的问题，然后再检测各数码管的显示是否完全正常。在我们以前所涉及到的数码管显示当中，我们都是用a、b、c、d、e、f 、g、dip和P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7 相对应的顺序，是以此来写字型码。在一开始的时候，我们也是这样用的，但是发现其显示总是乱码，经过测试后发现我们买的数码管的引脚和89C52 的输出口并不是这样对应的，并且测试后发现其对应方式为按照b、a、f 、g、e、d、c、dip的顺序分别和P0 口 P0.7、P0.6、P0.5、P0.4、P0.3、P0.2、P0.1、P0.0 口相对应，改正后写出字型码为0EEH 、82H 、0DCH 、0D6H 、0B2H 、76H 、7EH 、0C2H 、0FEH 、0F6H 、00H、0F8H 分别对应的是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、熄灭、 P十二个字。经查表显示后一切正常。3、按键功能的检测接上电源后，将万用表打到直流电压档，两表笔测量其电压，按了之后，如果有电压差，说明按键是好的，如果没有，就要检查电路和器件的好坏。4、调试最开始时先实现最基本的时钟显示功能，然后在一步一步的扩展后续的功能。在精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 44 页22 / 44 软件调试中有时不能够调好时也要检查相关的硬件，因为有时候总是不能把相应的功能调好时，可能是硬件上的不支持，在此也要多多注意了。所以在调试时要做到软硬件同时调整，为了共同的目的而调试。本次设计在调试中遇到的问题有：数码管上的数字不能很好的显示出现的是乱码，数码管上的最高位:36-38. 9 杜军, 邱瑞学 .PL2101 在路灯控制系统中的应用 J.国外电子技术 . 2003.(9. 10 魏秋菊 , 张华. 一种改进的 51 单片机大容量数据存储器的系统扩展J. 科技资讯 , 2006,(01 . 11 熊涛, 丁辛芳 , 陈德英 . 一种新颖的照明控制电路 J.传感器技术， 1999，18 (5:50-53. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 44 页27 / 44 12 肖丽仙 . 基于单片机的网络化路灯控制系统设计J. 国外电子测量技术 , 2006,(02 13 高志宏 ,李锋博 .现代照明系统节能探讨 J.中国照明电器 ,2007(7:8-10. 14 陈九江 , 吴桐, 王术, 等. 教室照明系统的智能控制 J.黑龙江大学自然科学学报,2006,23(3:314-316. 15 王海伦 ,叶冬芬 .单片机控制的照明智能控制系统J.电气时代 ,2005(1:121-122.附录一 : 硬件电路总体设计图硬件电路原理图附录二元器件清单精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 44 页28 / 44 电阻： 1K十二只 R1-R12 ）排阻： 1K 一只瓷片电容： 20F 两只C1 、C2 ）电解电容： 10F 一只C3 ）集成块： AT89C52 按键：五只S1、S2、S3、S4、S5）数码显示管：六只LED1-LED6 ）发光二极管： 4只D1-D4 ）石英晶振：一只12MHZ ）硬制电路版一块附录三主程序清单精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 44 页29 / 44 #include / 作为功能切换键按一下为设置现在时间，再按一下为设置开灯时间, 再按一下为设置关灯时间，再按一下显示当前时间sbit function = P10。sbit hour_add = P11。sbit hour_sub = P12。sbit minute_add = P13。sbit minute_sub = P14。sbit lamp1 = P30。sbit lamp2 = P31。sbit lamp3 = P32。sbit lamp4 = P33。bit EN_COCLK = 1。bit BEGIN = 0。unsigned char cnt。unsigned char hour。unsigned char minute。unsigned char second。unsigned char half_second。unsigned int ms50。struct time unsigned char hour。unsigned char minute。unsigned char second。 ds2。unsigned char code tab = 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90。 / CA /unsigned char code choose_bit = 0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f。unsigned char code choose_bit = 0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80。unsigned char idata disdata7。unsigned char idata dissetup7。unsigned char turnon4=0x01,0x02,0x04,0x08。unsigned char key_min_hour = 0。/ 分或秒闪烁unsigned char disp_type = 0。/ 记录时间组unsigned char rn。/ 按定时开关键次数精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 44 页30 / 44 /* 延时 1 毫秒*/ void delay1ms(unsigned int i unsigned int a,b。 for(a=0。a for(b=0 。b。 /* 显示时钟*/ void disp_clock(void unsigned char display。unsigned char i。disdata0 = hour/10。disdata1 = hour%10。disdata2 = minute/10。disdata3 = minute%10。disdata4 = second/10。disdata5 = second%10。for(i=0。 i P0 = 0xff。display = tabdisdatai。if(half_second&(i=3 display &= 0x7f。 P2 = choose_biti。P0 = display。delay1ms(1。 P0 = 0xff。/ 关灯 /* 显示设置时间值*/ void disp_init(void unsigned char display。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 30 页，共 44 页31 / 44 unsigned char i。dissetup0 = dsdisp_type-1.hour/10。dissetup1 = dsdisp_type-1.hour%10。dissetup2 = dsdisp_type-1.minute/10。dissetup3 = dsdisp_type-1.minute%10。dissetup4 = dsdisp_type-1.second/10。dissetup5 = dsdisp_type-1.second%10。for(i=0。i P0 = 0xff。display = tabdissetupi。if(i=3|i=1 display &= 0x7f。 P2 = choose_biti。P0 = display。delay1ms(1。 P0 =0xff 。 /* 键盘扫描子程序*/ void keyscan(void unsigned char houradd =1。 unsigned char minadd =1。 if(!function delay1ms(20 。 if(function=0 while(function=0。 EN_COCLK = 0。 if(+disp_type=3 disp_type = 0。EN_COCLK = 1 。 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页，共 44 页32 / 44 if(!hour_add delay1ms(20 。 if(hour_add=0 while(hour_add=0。 switch(disp_type case 0: if(+hour=24 hour = 0 。 break。 case 1: if(+ds0.hour=24 ds0.hour = 0。 break。 case 2: if(+ds1.hour=24 ds1.hour = 0。 break。 default: break。 if(!hour_sub delay1ms(20。 if(hour_sub=0 while(hour_sub=0。switch(disp_type case 0: if(-hour=0xff hour = 23 。break 。case 1: if(-ds0.hour=0xff ds0.hour = 23。break 。case 2: if(-ds1.hour=0xff ds1.hour = 23。break 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 32 页，共 44 页33 / 44 default: break 。 if(!minute_add delay1ms(20 。 if(minute_add=0 while(minute_add=0。 switch(disp_type case 0: if(+minute=60 minute = 0 。break 。case 1: if(+ds0.minute=60 ds0.minute = 0。break 。case 2: if(+ds1.minute=60 ds1.minute = 0。break 。default: break 。 if(!minute_sub delay1ms(20 。 if(minute_sub=0 while(minute_sub=0。 switch(disp_type case 0: if(-minute=0xff minute = 59 。break 。case 1: if(-ds0.minute=0xff 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 33 页，共 44 页34 / 44 ds0.minute = 59。break 。case 2: if(-ds1.minute=0xff ds1.minute = 59。break 。default: break 。 /* conctrl_lamp( 控制路灯*/ void conctrl_lamp(void / 默认状态下设置，晚上6 点开灯，早上 6 点关灯if(ds0.hour=0&(ds0.minute=0|ds1.hour=0&(ds1.minute=0 if(hour=18&(minute=0 P3 |= 0x0f。if(hour=0&(minute=0 P3 &= 0x05。if(hour=6&(minute=0 P3 &= 0x0f 。 / 如果有设置路灯的开关时间，则按照设定的开关时间开关路灯、else if(ds0.hour=hour&(ds0.minute=minute P3 |= 0x0f。/ 控制 P3.0-P3.4的二级管分别亮 if(ds1.hour=hour&(ds1.minute=minute P3 &= 0x0f 。/ 控制 P3.0-P3.4的二级管分别亮 /* main( 主函数精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 34 页，共 44 页35 / 44 */ void main(void unsigned char i。hour = 17 。minute = 59。second = 50 。cnt = 20 。P3 = 0x0 。for(i=0。 i dsi.hour = 0。dsi.minute = 0。dsi.second = 0。 TMOD = 0x10 。TL1 = 0xb0 。TH1 = 0x3c 。IE = 0x88。TR1 =1。while(1 keyscan( 。if(EN_COCLK disp_clock(。 else disp_init(。 conctrl_lamp(。 void Timer1( interrupt 3 using 3 ms50+ 。if(cnt-=10 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 35 页，共 44 页36 / 44 half_second = 1。if(!cnt half_second = 0。 cnt = 20。second+。if(second=60 second = 0 。minute+。if(minute=60 minute = 0 。hour+。if(hour=24 hour = 0 。 TL1 = 0xb0 。TH1 = 0x3c 。 /* END */ 附录四中英文互译精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 36 页，共 44 页37 / 44 The technical characteristic and application of optical coupler The optical coupler (OC also calls the photoelectricity disconnector or the photoelectricity coupler.It transmits the electrical signal component taking the light as the medium.usuallythe illuminator (infrared light emitter diode LED and optical receiver (photosensitive transistor are sealed in the identical shell. When the importation added the electrical signal, the illuminator sends out the light, after accepted the light ,the light rcceiverproducing the photoelectric current, flowing out from the exportation, thus realized the “electricity - light - electricity” transformation.The optical coupler，takingthe light as medium and coupling importation signal to exportation, because of the slightly volume, the long life, the non-contact, the antijamming ability, between the exportation and the importation insulating, unidirectional transmission signal and so on, obtains the widespread application on the digital circuit. For several years, the new type optical coupler emerged unceasingly, have satisfied each kind of light controlingt.Its application scope expanded the measuring instruments, precision instrument, industrial used electronic instrumentation, computer and external instrumentation, telegraph, semaphore and path intelligence system, electrical power equipment and so on. The optical coupler has used in the system of electrical isolation, like computer, power source supply, communication and controller.The example, the optical coupler is using in the telecommunication equipment, the programmable controller, the cocurrent-Direct-current switch, exchange-Direct-current switch and battery charger and so on. The optical coupler is the heart of an optical communication network core， Using in the electrical isolation of input signal and the 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 37 页，共 44 页38 / 44 corresponding output signal.Playing the roles in the different isolation electric circuits, the needing voltages are very great different.The optical coupler has provided a superiority, that is the electricity isolates between two electric circuits, thus reduced the connection questions.The electrical isolation occurrence is because of the signal transmission through the LED illumination, and by the light responded the transistor receives. When change the size of electric current driving the light emitter diode, the light size also along with it changing proportion, thus the resistor resistance is also changed. In addition, the photoelectricity coupler also may use in controlling the alternating-current circuit power, for example heater circuit。 This kind of optical coupler is the silicon-controlled rectifier outputing optical coupler, as the chart shows. It s may used in the low voltage electronic circuit controlling high voltage alternating-current circuit opening.Its principle of working is: Controlling the photosensitive bidirectional switch breakover in the exportation using infrared light in the importation, then triggering the bidirectional silicon-controlled rectifier breakover outside, achieved the goal of controlling the 220V alternating-current circuit. This driver has extremely good input-output insulating property,and may constitutes the solid state relay controlling circuit, and its output controlling power decided by bidirectional silicon-controlled rectifier。Usual photoelectricity coupler because of its non-linearity, is only 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 38 页，共 44 页39 / 44 restricted in the analogous circuit application of the high frequency small signal isolation transmission.The ordinary optical coupler can only transmit the the digital signal(switch, not suitable for transmitting simulation signal.In recent years ， the linear optical couplerpublished could transmit the continuously variety simulation voltage or the simulation electric current signal, caused its application domain becomingwidely greatly. It is widely used in the level transforming, the signal isolation, the interstage isolation, the switching circuit, the remote signal transmission, the pulse enlarges, solid state relay (SSR, the instrument measuring appliance, the communication facility and in the microcomputer connection. The input impedance of optical coupler is smaller than general noise source s impedance l, therefore, the disturbing voltage on importation is small .It can only provide small electric current, not easy to cause the semiconductor diode illumination。Because the photoelectricity coupler outer covering is sealed, it is not affected by exterior light。 The photoelectricity coupler sisolation resistor is very big (approximately1012 and the isolation electric capacity is very small (approximately several pF ,therefore,it can reject the electromagnetic interference of circuit coupling. When t he linear photoelectricity coupler s importation added the control voltage, there is a proportion voltage in the exportation using to controlthe further level electric circuit.The linear photoelectricity coupler is composed by the light emitter diode and the photosensitive triode,.when the light emitter diode shines, the photosensitive triode connects.The photoelectricity coupler is the electric current actuation, which needs enough big electric current to be able to cause the light emitter diode breakover 。 If the input signal is too small, the light 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 39 页，共 44 页40 / 44 emitter diode will not be able the breakover, and the output signal to distort. The optical coupler technical parameter mainly has light emitter diode forward voltage VF, forward current IF, the electric current transmission CTR, the dielectric resistance between the the input and the output ，collecting electrode - emitter electrode back breakdown voltage V(BRCEO, collecting electrode - emitter electrode saturated voltage VCE(sat.In addition, when transmission digital signal also must consider parameters of rising time, fall time, delay time and storage time and so on. The optical coupler for transmitting the simulated signal， the illuminator isthe diode, and the optical receiver is the photosensitive triode.When there is the electric current through the light emitter diode, then forms a photosource,。 This photosource shines on the surface of photosensitive triode , causing the photosensitive triode to produce the collecting electrode electric current.This electric current and the illumination are proportional. Between the importation and the exportation , optical signal transmits, thus between two parts isolates completely on the electricity, with no electrical signal feedback and disturbance, therefore, the performance is stable,and the antijamming ability is great. Between photo tube and photosensitive tube，the coupling capacity is small (about 2pf, and resistance voltage is high (about 2.5KV, therefore the CMRR is very great.The electricity isolation between input and output is decided by the dielectric resistance between two part of electric power .In addition, its input resistance is small (approximately 10, and is equal to pipe nipple to high interface resistance source noise.Therefore, the simulated signal isolation electric circuit which constitutes by the optical coupler has the fine electrical specification. In fact, the optical coupler is one kindelectric current shift component by the photoelectric current controlling.Its input level is similar with the ordinary double pole transistor , thus may take it as the 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 40 页，共 44 页41 / 44 ordinary amplifier plotting simulation enlargement electric circuitdirectly, and the input-output may realize the electricity isolation. However, this kind enlarge electric circuit working stability is bad, with no practical value. Its reasons mainly have two points: First the optical coupler linearity operating region is narrow, also changing along with the temperature changing 。Scond the optical coupler common emitter electric current transmission factor and collecting electrode reverse saturation current ICBO (dark current is affected obviously by the temperature changing.Therefore, in the practical application, except elected with the linear scope width, the linearity high optical coupler realizes outside the simulated signal isolation, but also must take the effective action on the electric circuit, eliminating the influence oftemperature changing to enlarge electric circuit status as far as possible. Seen from the relation between shift characteristic and the temperature of optical coupler, making the simulation isolateion circuit stable and practical，it should eliminate the influence of dark current (ICBO as far as possible, enhancing the linearity, achieving the static operating point IFQ automatic controlling along with the temperature changing, causing the output signal maintenance symmetry, causing the input signal dynamirange to change automatically along with the temperature changing, counterbalancing the influence of value along with the temperature changing, guaranteing the stability of electric circuit active status. 光耦合器的技术特性与应用光耦合器 optical coupler,英文缩写为OC ）亦称光电隔离器或光电耦合器, 简称精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 41 页，共 44 页42 / 44 光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件, 通常把发光器 红外线发光二极管LED ）与受光器 光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线, 受光器接受光线之后就产生光电流, 从输出端流出 , 从而实现了“电光电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器, 由于它具有体积小、寿命长、无触点 , 抗干扰能力强 , 输出和输入之间绝缘, 单向传输信号等优点, 在数字电路上获得广泛的应用。十几年来，新型光耦合器不断涌现，满足了各种光控制的要求。其应用范围已扩展到计测仪器，精密仪器，工业用电子仪器，计算机及其外部设备、通信机、信号机和道路情报系统，电力机械等领域。光耦合器已用于系统中的电气隔离，如计算机，电源供应器，通讯和控制器。举例来说，光耦合器应用于如电信设备、可编程序控制器、直流- 直流转换器、交流 - 直流转换器和电池充电器等。光电耦合器是一个光通信网络的核心。用于电气隔离输入信号与相应的输出信号。在不同的电路起到隔离作用，其需要的电压也有很大的不同。光耦合器提供了一个优势，那就是电气隔离两电路，从而减少了接口的问题。电气隔离的发生是因为信号传递通过LED发光，并由光反应晶体管所接收。当改变驱动发光二极管的电流大小，光的强弱也随之按相应的比例改变，从而电阻器的阻值也就改变了。除此之外，光电耦合器还可以用于控制交流回路功率，例如加热电路。这种光耦合器是可控硅输出型光耦合器，如图所示。它可应用在低电压电子电路控制高压交流回路的开启。它的工作原理是：利用输入端红外光控制输出端的光敏双向开关导通，进而触发外接双向可控硅导通，达到控制负载接入交流220V 回路的目的，本驱动器有非常好的输入与输出绝缘性，可构成固态继电器的控制电路，其输出的控制功率由可控硅允许功率决定。通常的光电耦合器由于它的非线性, 因此在模拟电路中的应用只限于对较高频率的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 42 页，共 44 页43 / 44 小信号的隔离传送。普通光耦合器只能传输数字 、仪器仪表、通信设备及微机接口中。由于光电耦合器的输入阻抗与一般干扰源的阻抗相比较小, 因此分压在光电耦合器的输入端的干扰电压较小, 它所能提供的电流并不大, 不易使半导体二极管发光。由于光电耦合器的外壳是密封的, 它不受外部光的影响。光电耦合器的隔离电阻很大约1012）、隔离电容很小 CEO、集电极-发射极饱和压降VCE(sat。此外 , 在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降时间、延迟时间和存储时间等参数。用于传递模拟信号的光耦合器的发光器件为二极管、光接收器为光敏三极管。当有电流通过发光二极管时，便形成一个光源，该光源照射到光敏三极管表面上，使光敏三极管产生集电极电流，该电流的大小与光照的强弱，亦即流过二极管的正向电流的大小成正比。由于光耦合器的输入端和输出端之间通过光信号来传输，因而两部分之间在电气上完全隔离，没有电信号的反馈和干扰，故性能稳定，抗干扰能力强。发光管和光敏管之间的耦合电容小，故共模抑制比很高。输入和输出间的电隔离度取决于两部分供电电源间的绝缘电阻。此外，因其输入电阻小 受温度变化的影响明显。因此，在实际应用中，除应选用线性范围宽、线性度高的光耦合器来实现模拟信号隔离外，还必须在电路上采取有效措施，尽量消除温度变化对放大电路工作状态的影响。从光耦合器的转移特性与温度的关系可以看出，若使光耦合器构成的模拟隔离电路稳定实用，则应尽量消除暗电流ICBO ）的影响，以提高线性度，做到静态工作点IFQ 随温度的变化而自动调整，以使输出信号保持对称性，使输入信号的动态范围随温度变化而自动变化，以抵消 值随温度变化的影响，保证电路工作状态的稳定性。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 44 页，共 44 页