1、 INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题 目 ： 基 于 单 片 机 的 照 明 控 制 系 统 设 计 与 实 现二 级 学 院 （ 直 属 学 部 ） ： 计 算 机 信 息 工 程 学 院 专 业 ： 计 算 机 科 学 与 技 术 班 级 ： 0 计 三 学 生 姓 名 ： 学 号 ： 指 导 教 师 姓 名 ： 职 称 ： 副 教 授 评 阅 教 师 姓 名 ： 职 称 ： 2008 年 6 月KC021-1摘 要基于单片机的照明控制系统设计与实现摘要随 着 电 子 技 术 的 飞 速 发 展 ， 基 于 单 片 机 的 控 制 系 统 已 广 泛
2、 应 用 于 工 业 、 农 业 、 电力 、 电 子 、 智 能 楼 宇 等 行 业 ， 微 型 计 算 机 作 为 嵌 入 式 控 制 系 统 的 主 体 与 核 心 ， 代 替 了传 统 的 控 制 系 统 的 常 规 电 子 线 路 。 同 时 楼 宇 智 能 化 的 发 展 与 成 熟 ， 也 为 基 于 单 片 机 的照 明 控 制 系 统 的 普 及 与 应 用 奠 定 了 坚 实 的 基 础 。本 文 介 绍 了 基 于 AT89C51 的 室 内 灯 光 控 制 系 统 及 其 原 理 ， 提 出 了 有 效 的 节 能 控 制方 法 。 该 系 统 采 用 了 当 今 比
3、较 成 熟 的 传 感 技 术 和 计 算 机 控 制 技 术 ， 利 用 多 参 数 来 实 现对 学 校 教 室 室 内 照 明 的 控 制 。系 统 设 计 包 括 硬 件 设 计 和 软 件 设 计 两 部 分 。 该 照 明 控 制 系 统 的 主 控 制 器 、 分 控 制器 分 别 是 以 AT89C51 单 片 机 为 基 础 ， 实 现 了 通 信 、 控 制 与 显 示 等 功 能 。 文 中 详 细 地 描述 了 控 制 电 路 的 设 计 过 程 ， 包 括 ： 键 盘 与 LED 显 示 电 路 、 RS485 通 信 电 路 、 照 明 灯 控制 电 路 以 及 看
4、 门 狗 电 路 等 。 对 于 软 件 设 计 主 要 有 主 控 制 器 、 分 控 制 器 的 有 线 通 信 程 序设 计 以 及 灯 光 控 制 、 定 时 控 制 、 键 盘 扫 描 与 LED 显 示 等 程 序 设 计 。关 键 词 ： 灯 光 控 制 系 统 ； AT89C51； 单 片 机 ； 节 能 ； 采 集 电 路AbstractIThe Control System for Lighting Based on Singlechip MicrocomputerAbstractWith the rapid development of electronic techno
5、logy, the system of control based on Single-chip Microcomputer is widely applied in industry, agriculture, electric power, electron, intelligent building and so on. Microcomputer, as the subject and core of the embedded system of control, replaces the traditional systemelectronic circuit. At the sam
6、e time, the development and maturation of the intelligent building have established the substantial foundation for the popularization and application of the control system for lighting based on single-chip microcomputer。In this paper,the Indoor Lighting Control System Based on AT89C51 and its princi
7、ple are introduced. Some effective and energy saving control strategys of lighting system are brought forward. The current system uses a relatively mature sensor technology and computer control technology ， using multi-parameter to achieve the school classroom indoor lighting control. The system inc
8、ludes hardware and software design in two parts. The host controller of the control system for lighting is based on AT89C51 single-chip microcomputer, and the auxiliary ones are based on AT89c51. The system can do many jobs, such as wired communication, wireless data transmitting, controlling and di
9、splay. The paper describes the designing process of the circuit at length, including: keyboard and LED display circuit, RS485 communication circuit, wireless transmitting circuit, control circuit of lighting, watchdog circuit, etc. The designing of software mainly includes the several programming, s
10、uch as wired communication, lamplight controlling, timed controlling, keyboard scanning and LED displaying. The wired communication programming function is that through Master-slave communication method based on RS485 the host controller sends orders to the all auxiliary controllers or each one, inc
11、luding: turning on lighting, turning off lighting, regulating brightness of lighting, controlling timed lighting, etc. Key words:lighting control system;AT89C51; Single-chip microcomputer； energy saving;acquisition of signal目 录I第 一 章 概 述 41.1 课 题 研 究 背 景 .41.2 课 题 研 究 的 目 的 与 意 义 .41.2.1 良 好 的 节 能 效
12、 果 和 延 长 灯 具 寿 命 .41.2.2 改 善 工 作 环 境 ， 提 高 工 作 效 率 .41.2.3 提 高 管 理 水 平 51.2.4 较 好 的 投 资 收 益 效 果 .51.3 系 统 设 计 .51.3.1 系 统 设 计 要 点 51.3.2 系 统 设 计 思 路 5第 二 章 硬 件 电 路 设 计 与 实 现 92.1 系 统 硬 件 总 述 92.2 CPU 性 能 介 绍 92.3 主 控 制 机 电 路 设 计 .92.3.1 键 盘 的 接 口 设 计 102.3.2 LED 数 码 显 示 的 接 口 设 计 102.3.3 看 门 狗 监 控 电
13、 路 的 设 计 112.4 分 控 制 器 的 电 路 设 计 .112.5 RS485 通 信 电 路 的 设 计 122.6 光 信 号 取 样 电 路 152.6.1 Microwire 串 行 总 线 性 能 介 绍 .152.6.2 TLC1549 的 接 口 设 计 162.6.3 TCL1549 的 数 据 采 集 程 序 设 计 .172.7 人 体 信 号 采 集 电 路 .172.7.1 人 体 红 外 探 头 .182.7.2 比 较 电 路 .202.8 DS12887 时 钟 芯 片 接 口 电 路 设 计 212.8.1 DS12887 接 口 设 计 及 初 始
14、 化 程 序 .242.9 输 出 驱 动 电 路 设 计 .26第 三 章 系 统 软 件 设 计 及 实 现 283.1 人 机 交 互 程 序 设 计 .293.1.1 键 盘 扫 描 程 序 设 计 .293.1.2LED 数 码 显 示 程 序 设 计 .303.2 照 明 启 停 控 制 程 序 设 计 .313.2.1 全 部 启 停 控 制 程 序 设 计 .31常 州 工 学 院 计 算 机 学 院 毕 业 设 计 论 文II3.2.2 单 独 启 停 控 制 程 序 设 计 .333.3 照 明 控 制 程 序 设 计 .353.3.1 全 部 定 时 控 制 程 序 设
15、计 .353.3.2 单 独 定 时 控 制 程 序 设 计 .363.4 RS485 通 信 程 序 设 计 383.4.1 主 机 部 分 通 信 程 序 设 计 393.4.2 从 机 部 分 通 信 程 序 设 计 .40第 四 章 系 统 可 靠 性 技 术 414.1 干 扰 产 生 的 后 果 .414.2 单 片 机 应 用 系 统 的 硬 件 抗 干 扰 设 计 414.3 软 件 抗 干 扰 技 术 .43参 考 文 献 .44致 谢 .45前 言1前言随 着 国 民 经 济 的 快 速 发 展 和 社 会 进 步 ， 教 育 在 全 社 会 愈 加 被 关 注 和 重 视
16、 ， 校 园 规模 也 随 着 受 教 育 者 的 数 量 增 加 而 不 断 扩 大 ， 教 室 的 数 量 也 大 幅 度 增 加 。 为 使 师 生 有 舒适 的 教 学 和 学 习 的 环 境 ， 无 论 是 教 室 的 面 积 、 设 施 和 照 度 ， 校 方 在 力 所 能 及 的 范 围 内 ，都 付 出 了 十 分 的 努 力 。 但 由 于 学 校 开 放 型 的 管 理 模 式 ， 以 及 全 员 的 节 能 意 识 的 淡 薄 ，高 校 的 教 室 在 白 天 室 内 照 度 很 高 的 情 况 下 ， 仍 然 普 遍 存 在 开 灯 作 业 ； 即 使 室 内 无 人
17、 或人 数 很 少 的 情 况 下 ， 也 是 全 部 开 启 室 内 照 明 。 夜 间 许 多 教 室 ， 即 使 仅 有 几 个 学 生 在 教室 自 习 ， 但 室 内 照 明 全 部 开 启 ， 绝 不 会 有 师 生 因 为 只 有 少 数 人 而 仅 开 几 盏 灯 。 长 明 灯比 比 皆 是 ， 人 走 不 熄 灯 的 现 象 到 处 存 在 。 这 种 有 形 和 无 形 的 浪 费 ， 给 校 方 的 水 电 支 出带 来 了 沉 重 的 负 担 。 学 校 的 水 电 支 出 约 占 全 校 经 费 支 出 的 1 41 5， 电 费 支 出 占 据较 重 比 例 。
18、其 中 主 要 能 耗 浪 费 较 大 的 是 ： 教 室 照 明 和 空 调 的 使 用 。 而 教 室 照 明 的 浪 费源 自 予 长 明 灯 、 白 天 亮 灯 、 不 合 理 使 用 照 明 以 及 旧 灯 管 的 不 及 时 更 换 。能 源 短 缺 是 21 世 纪 国 际 面 临 的 新 课 题 。 在 寻 找 新 的 能 源 之 外 ， 节 约 能 源 ， 提 高 效益 也 就 成 为 了 我 们 研 究 的 课 题 。 所 以 学 校 如 何 来 节 省 电 力 能 源 也 成 为 了 一 个 迫 切 需 要解 决 的 问 题 。 从 节 约 资 源 、 对 社 会 贡 献
19、 、 节 省 高 校 经 费 支 出 和 学 生 的 健 康 等 多 方 面 考虑 ， 高 校 教 室 照 明 的 节 电 问 题 不 得 不 提 到 重 要 的 议 事 日 程 上 来 。单 片 机 的 出 现 至 今 已 经 有 30 多 年 的 历 史 了 。 微 型 计 算 机 的 迅 速 发 展 ， 促 进 微 型 计算 机 测 量 和 控 制 技 术 的 迅 速 发 展 和 广 泛 应 用 ， 单 片 机 （ 单 片 微 型 计 算 机 ） 的 应 用 已 经渗 透 到 广 泛 渗 透 到 社 会 经 济 、 军 事 、 交 通 、 通 信 等 相 关 行 业 ， 而 且 也 深
20、入 到 家 电 、 娱乐 、 艺 术 、 社 会 文 化 等 各 个 领 域 ， 并 掀 起 了 一 场 数 字 化 技 术 革 命 。 单 片 微 型 计 算 机 就是 将 中 央 处 理 单 元 、 存 储 器 、 定 时 /计 数 器 和 多 种 接 口 都 集 成 到 一 块 集 成 电 路 芯 片 上 的微 型 计 算 机 。 因 此 一 块 芯 片 就 构 成 了 一 台 计 算 机 。 它 已 成 为 工 业 控 制 领 域 、 智 能 仪 器仪 表 、 尖 端 武 器 、 日 常 生 活 中 最 广 泛 使 用 的 计 算 机 。本 篇 论 文 介 绍 了 就 是 基 于 单
21、片 机 AT89C51 的 室 内 灯 光 控 制 系 统 的 研 究 和 开 发 。 本系 统 是 以 单 片 机 为 控 制 器 的 核 心 ， 其 中 上 位 机 和 下 位 机 都 是 以 AT89C51 为 基 础 ， 再 连接 外 围 电 路 ， 通 过 现 场 总 线 RS485 通 信 方 式 实 现 照 明 灯 具 的 智 能 控 制 。 系 统 通 过 人 体信 号 采 集 电 路 对 人 体 信 号 采 集 和 光 信 号 采 集 电 路 对 光 信 号 采 集 以 及 相 应 的 处 理 并 输 入给 单 片 机 ， 单 片 机 对 输 入 信 号 判 断 并 输 出
22、信 号 来 控 制 学 校 教 室 内 灯 光 的 开 关 和 亮 度 。第 一 章 概 述2第 一 章 概 述1.1 课 题 研 究 背 景随 着 计 算 机 网 络 、 通 信 、 控 制 等 技 术 的 发 展 ,智 能 建 筑 的 发 展 越 来 越 迅 猛 。 目 前 ，国 内 大 多 数 智 能 建 筑 存 在 效 率 低 、 能 耗 高 的 现 象 。 就 智 能 建 筑 的 照 明 系 统 来 说 ， 许 多地 方 的 灯 经 常 是 从 早 到 晚 开 着 的 ， 不 管 这 些 房 间 或 楼 道 是 否 有 人 ， 也 不 管 有 多 少 人 。或 者 ， 当 自 然 光
23、 照 度 很 好 时 ， 灯 不 能 及 时 关 闭 ； 反 之 ， 当 自 然 光 照 度 难 以 满 足 人 的 需求 时 ， 又 不 能 及 时 打 开 灯 光 。 这 种 照 明 方 式 ， 不 仅 造 成 能 源 的 浪 费 ， 而 且 不 能 满 足 人对 照 明 的 基 本 需 求 ， 同 时 也 给 人 的 视 力 造 成 了 很 大 的 影 响 。 现 代 照 明 除 了 满 足 人 的 基本 生 活 、 学 习 要 求 之 外 ， 将 更 注 重 能 量 的 节 省 和 使 用 上 的 便 利 ， 以 及 满 足 人 类 工 程 学的 个 性 方 面 的 要 求 。 特 别
24、 是 近 年 来 大 厦 内 利 用 计 算 机 工 作 的 人 员 比 例 上 升 ， 不 同 视 觉要 求 的 工 作 的 数 量 和 复 杂 程 度 大 大 增 加 。 所 以 要 做 到 合 理 、 经 济 、 节 能 ， 首 先 应 采 用先 进 成 熟 的 技 术 和 产 品 ， 如 电 光 源 、 灯 具 、 照 明 控 制 系 统 。 因 此 ， 适 应 不 同 个 人 和 工作 需 要 ， 结 合 自 动 调 节 与 手 动 调 节 的 智 能 化 照 明 系 统 已 经 成 为 必 不 可 少 了 。而 在 大 学 校 园 的 建 设 热 潮 中 ， 各 大 高 校 和 他
25、 们 的 建 设 者 也 意 识 到 了 智 能 照 明 的 重要 性 。 相 对 商 业 楼 宇 而 言 ， 大 学 校 园 里 的 大 功 率 动 力 和 制 冷 设 备 比 重 较 少 ， 照 明 灯 具则 相 对 比 重 更 多 ， 所 以 控 制 教 室 照 明 是 节 能 的 关 键 。 使 用 照 明 控 制 系 统 ， 更 能 体 现 其在 节 能 与 管 理 方 面 的 优 势 ， 提 高 学 校 的 科 学 管 理 水 平 ， 而 且 还 能 节 省 开 支 。1.2 课 题 研 究 的 目 的 与 意 义1.2.1 良 好 的 节 能 效 果 和 延 长 灯 具 寿 命节
26、 能 是 照 明 控 制 系 统 的 最 大 优 势 。 传 统 的 楼 宇 公 共 区 域 照 明 工 作 模 式 ， 只 能 是 白天 关 灯 ， 晚 上 开 灯 。 而 采 用 了 智 能 照 明 控 制 系 统 后 ， 可 以 根 据 不 同 场 合 、 不 同 的 人 流量 ， 进 行 时 间 段 、 工 作 模 式 的 细 分 ， 把 不 必 要 的 照 明 关 掉 ， 在 需 要 时 自 动 开 启 。 同 时 ，系 统 还 能 充 分 利 用 自 然 光 ， 自 动 调 节 室 内 照 度 。 控 制 系 统 实 现 了 不 同 工 作 场 合 的 多 种照 明 工 作 模 式
27、 ， 在 保 证 必 要 照 明 的 同 时 ， 有 效 减 少 了 灯 具 的 工 作 时 间 ， 节 省 了 不 必 要的 能 源 开 支 ， 也 延 长 了 灯 具 的 寿 命 。 1.2.2 改 善 工 作 环 境 ， 提 高 工 作 效 率 良 好 的 工 作 环 境 是 提 高 工 作 效 率 的 一 个 必 要 条 件 。 合 理 地 选 用 光 源 、 灯 具 及 性 能优 越 的 照 明 控 制 系 统 ， 都 能 提 高 照 明 质 量 。 智 能 照 明 控 制 系 统 具 有 开 关 和 调 光 两 种 控制 方 法 ， 可 以 有 效 地 控 制 各 种 照 明 场
28、所 的 平 均 照 度 值 ， 从 而 提 高 照 度 均 匀 性 。 同 时 ，系 统 能 根 据 不 同 的 时 间 段 ， 人 们 的 不 同 需 要 ， 自 动 调 节 照 度 。 常 州 工 学 院 计 算 机 学 院 毕 业 设 计 论 文31.2.3 提 高 管 理 水 平 智 能 照 明 控 制 系 统 是 以 自 动 控 制 为 主 、 人 工 控 制 为 辅 的 系 统 。 在 一 般 的 情 况 下 ，不 需 要 有 人 的 参 与 ， 照 明 系 统 自 动 实 现 开 关 和 调 光 功 能 ， 既 大 大 减 少 了 管 理 人 员 的 数量 ， 也 排 除 了 由
29、 于 人 为 因 素 而 出 现 的 不 定 时 开 关 ， 影 响 学 校 的 正 常 教 学 、 生 活 秩 序 的情 况 。 1.2.4 较 好 的 投 资 收 益 效 果 智 能 照 明 控 制 系 统 在 节 能 和 节 省 灯 具 使 用 的 同 时 ， 有 效 节 省 了 电 费 与 管 理 费 用 的支 出 。 根 据 一 般 的 办 公 大 楼 运 营 的 经 验 来 看 ， 节 能 效 果 能 达 到 40 以 上 ， 一 般 的 商 场 、酒 店 、 地 铁 站 等 节 能 效 果 也 能 达 到 25 30 。 1.3 系 统 设 计1.3.1 系 统 设 计 要 点系
30、 统 设 计 主 要 包 括 硬 件 和 软 件 两 大 部 分 ， 依 据 控 制 系 统 的 工 作 原 理 和 技 术 性 能 ，将 硬 件 和 软 件 分 开 设 计 。硬 件 设 计 部 分 包 括 电 路 原 理 图 、 合 理 选 择 元 器 件 、 绘 制 线 路 图 ， 然 后 对 硬 件 进 行调 试 、 测 试 ， 以 达 到 设 计 要 求 。 硬 件 电 路 是 采 用 结 构 化 系 统 设 计 方 法 ， 该 方 法 保 证 设计 电 路 的 标 准 化 、 模 块 化 。 硬 件 电 路 的 设 计 最 重 要 的 选 择 用 于 控 制 的 单 片 机 ， 并
31、 确 定与 之 配 套 的 外 围 芯 片 ， 使 所 设 计 的 系 统 既 经 济 又 高 性 能 。 硬 件 电 路 设 计 还 包 括 输 入 输出 接 口 设 计 ， 画 出 详 细 电 路 图 ， 标 出 芯 片 的 型 号 、 器 件 参 数 值 ， 根 据 电 路 图 在 仿 真 机上 进 行 调 试 ， 发 现 设 计 不 当 及 时 修 改 ， 最 终 达 到 设 计 目 的 。软 件 设 计 部 分 ， 首 先 在 总 体 设 计 中 完 成 系 统 总 框 图 和 各 模 块 的 功 能 设 计 ， 拟 定 详细 的 工 作 计 划 ； 然 后 进 行 具 体 设 计
32、， 包 括 各 模 块 的 流 程 图 ， 选 择 合 适 的 编 程 语 言 和 工具 ， 进 行 代 码 设 计 等 ； 最 后 是 对 软 件 进 行 调 试 、 测 试 ， 达 到 所 需 功 能 要 求 。 软 件 设 计的 方 法 与 开 发 环 境 的 选 取 有 着 直 接 的 关 系 ， 本 系 统 由 于 是 采 用 51 系 列 单 片 机 。 本 系统 软 件 设 计 采 用 模 块 化 系 统 设 计 方 法 ， 先 编 写 各 个 功 能 模 块 子 程 序 ， 然 后 进 行 组 合 与调 整 ， 经 过 调 试 后 ， 达 到 设 计 功 能 要 求 。1.3.
33、2 系 统 设 计 思 路系 统 的 结 构 主 要 由 三 部 分 组 成 ： （ 1） 上 位 机 系 统 ； （ 2） 下 位 机 系 统 ； （ 3） 通信 系 统 。 这 三 部 分 共 同 完 成 了 主 控 制 器 通 过 有 线 通 信 方 式 与 分 控 制 器 进 行 信 息 交 换 ，达 到 控 制 照 明 灯 具 的 目 的 。 有 线 通 信 系 统 的 结 构 框 图 如 图 2.1 所 示 。1 通 信 系 统该 多 机 通 信 系 统 采 用 RS-485 半 双 工 主 从 式 通 信 系 统 ， 主 机 可 以 发 送 数 据 或 命 令 到从 机 ， 从
34、机 主 要 负 责 对 分 布 的 照 明 灯 具 进 行 控 制 ， 用 中 断 的 方 式 接 收 主 机 发 来 的 命 令第 一 章 概 述4或 数 据 并 做 出 回 应 。图 1-1 有 线 通 信 系 统 结 构 框 图2 上 位 机 系 统系 统 的 主 控 制 器 通 过 RS-485 总 线 将 数 据 或 命 令 发 送 给 分 控 制 器 ， 同 时 将 信 息 送 给数 码 显 示 单 元 进 行 显 示 ， 并 有 看 门 狗 电 路 对 运 行 程 序 进 行 有 效 监 视 。 主 控 制 器 硬 件 电路 结 构 如 图 2.3 所 示 。 分 控 制 器 接
35、 收 主 控 制 器 的 发 来 的 数 据 和 命 令 ， 通 过 可 控 硅 电 路对 照 明 灯 具 进 行 开 关 控 制 ， 并 且 利 用 实 时 时 钟 芯 片 对 照 明 灯 具 进 行 定 时 开 关 控 制 。图 1-2 主 控 制 器 硬 件 电 路 结 构 框 图3.下 位 机 系 统分 控 制 器 硬 件 电 路 结 构 如 图 2.4 所 示 。 系 统 在 单 片 机 的 控 制 之 下 完 成 数 据 的 通 信 、显 示 ， 同 时 能 够 控 制 照 明 灯 具 ， 其 硬 件 电 路 只 是 系 统 的 实 施 工 具 ， 大 量 的 工 作 是 由 软件
36、 来 完 成 的 。 这 些 程 序 是 系 统 的 灵 魂 ， 是 负 责 完 成 硬 件 电 路 实 现 功 能 和 与 用 户 交 互 的桥 梁 ， 是 维 护 系 统 正 常 工 作 的 工 具 。主 控 制 器RS485接 口分 控 制 器RS485接 口 分 控 制 器RS485接 口 分 控 制 器RS485接 口RS485总 线89C51晶 振键 盘 看 门 狗 数 码 显 示 及 驱 动 电 路通 信 接 口 电 路电 源常 州 工 学 院 计 算 机 学 院 毕 业 设 计 论 文5图 1-3 分 控 制 器 硬 件 电 路 结 构 框 图室 内 灯 光 控 制 系 统 可
37、 以 根 据 作 息 时 间 、 气 候 、 人 体 等 因 素 全 天 候 自 动 模 糊 控 制 室内 照 明 电 器 的 开 和 关 。 做 到 光 线 暗 时 开 灯 ， 雨 天 阴 天 时 开 灯 ， 无 人 时 关 灯 ， 光 线 亮 时关 灯 ， 晴 天 时 关 灯 ， 休 息 时 间 关 灯 。 在 确 保 室 内 正 常 照 明 同 时 ， 可 有 效 防 止 无 人 灯（ 无 人 时 开 灯 ） 无 效 灯 （ 光 线 亮 时 开 灯 ） 、 无 限 灯 （ 休 息 时 间 开 灯 ） ， 从 而 达 到 节 电目 的 。根 据 上 述 要 求 ， 可 以 画 出 控 制
38、系 统 逻 辑 功 能 表 ， 如 表 1-1 所 示 。表 1-1 系 统 逻 辑 关 系 表信 号 室 内 光 信 号 人 体 信 号 时 钟 信 号参 数 自 然 光 照 度 人 体 作 息 时 间电 灯 的 开 关 状 态强 无 休 息 断强 无 上 课 断强 有 休 息 断强 有 上 课 断弱 无 休 息 断弱 无 上 课 断弱 有 休 息 断逻辑状态弱 有 上 课 合如 果 假 设 ： 室 内 光 线 强 度 为 A： 光 线 弱 时 A=1， 光 线 强 时 A=0；人 体 信 号 为 B： 有 人 时 B=1， 无 人 时 B=0；作 息 时 间 为 C： 上 课 时 C=1，
39、 休 息 时 C=0；电 灯 开 关 状 态 为 D： 合 时 D=1， 断 开 时 D=0。则 表 1-1 可 以 转 化 为 表 1-2。89C51看门狗晶 振 时 钟 电 路光 信 号 采 集 电 路 人 体 信 号 采 集 电 路可 控 硅 控 制 电 路第 一 章 概 述6表 1-2 系 统 逻 辑 真 值 表信 号 室 内 光 信 号 人 体 信 号 时 钟 信 号参 数 自 然 光 信 号 人 体 作 息 时 间电 灯 的 开 光 状 况符 号 A B C D0 0 0 00 0 1 00 1 0 00 1 1 01 0 0 01 0 1 01 1 0 0逻辑状态1 1 1 1由
40、 上 述 的 真 值 表 可 得 出 系 统 逻 辑 函 数 表 达 式 为 ： D=ABC第 二 章 硬 件 电 路 设 计 与 实 现7第 二 章 硬 件 电 路 设 计 与 实 现2.1 系 统 硬 件 总 述系 统 以 单 片 微 型 计 算 机 为 核 心 外 加 多 种 接 口 电 路 组 成 ， 共 有 六 个 主 要 部 分 ：AT89C51 芯 片 、 光 信 号 采 集 电 路 、 人 体 信 号 采 集 电 路 、 时 钟 控 制 电 路 DS12887、 输 出控 制 电 路 、 定 时 监 视 器 电 路 ， 如 图 2-1 所 示 。图 2-1 系 统 硬 件 总
41、述 图2.2 CPU 性 能 介 绍本 系 统 采 用 了 ATMEL 公 司 MCS-51 系 列 单 片 机 中 的 AT89C51 芯 片 ， 它 是 低 压 高 性能 CMOS 8 位 微 处 理 器 ， 带 有 4k 字 节 Flash 闪 速 存 储 器 ， 128 字 节 内 部 RAM， 15 个I O 口 线 ， 两 个 16 位 定 时 计 数 器 ， 个 5 向 量 两 级 中 断 结 构 ， 一 个 全 双 工 串 行 通信 口 。2.3 主 控 制 机 电 路 设 计主 控 制 器 采 用 AT89C51 单 片 机 作 为 微 处 理 器 ， AT89C51 是 美
42、 国 ATMEL 公 司 生 产 的低 电 压 、 高 性 能 CMOS 8 位 单 片 机 ， 片 内 含 4K bytes 的 可 反 复 擦 写 的 Flash 只 读 程 序存 储 器 和 128 bytes 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-51 指 令 系 统 ， 片 内 置 通 用 8 位 中 央 处 理 器（ CPU） 和 Flash 存 储 单 元 。主 控 制 器 系 统 的 外 围 接 口 电 路 由 键 盘 、 数 码 显 示
43、 及 驱 动 电 路 、 晶 振 、 看 门 狗 电 路 、通 信 接 口 电 路 等 几 部 分 组 成 。 主 控 制 器 系 统 的 硬 件 电 路 原 理 图 如 图 2-2 所 示 。AT89C51从 机 1从 机n常 州 工 学 院 计 算 机 学 院 毕 业 设 计 论 文8图 2-2 主 控 制 器 系 统 的 硬 件 电 路 原 理 图2.3.1 键 盘 的 接 口 设 计键 盘 的 结 构 形 式 有 两 种 ， 即 独 立 式 按 键 和 矩 阵 式 键 盘 。 本 系 统 使 用 的 是 44 矩 阵式 键 盘 ， 第 一 行 从 左 到 右 为 1、 2、 3、 4，
44、 第 二 行 为 5、 6、 7、 8， 第 三 行 为 9、 0、 开 、关 ， 第 四 行 为 增 值 、 减 值 、 定 时 、 确 认 。 该 形 式 的 键 盘 ， 每 个 按 键 开 关 位 于 行 列 的 交叉 处 ， 采 用 逐 行 扫 描 的 方 法 识 别 键 码 。 矩 阵 键 盘 的 列 线 从 左 到 右 分 别 与 单 片 机 的P1.0、 P1.1、 P1.2、 P1.3 相 连 ， 矩 阵 键 盘 的 行 线 从 上 到 下 分 别 与P1.4、 P1.5、 P1.6、 P1.7 相 连 。 每 当 按 下 一 个 键 时 ， 对 应 的 行 线 与 列 线 就
45、 会 连 通 ， 这样 单 片 机 就 能 检 测 出 信 号 ， 并 通 过 键 盘 扫 描 程 序 对 键 盘 进 行 扫 描 ， 以 识 别 被 按 键 的 行 、列 位 置 。2.3.2 LED 数 码 显 示 的 接 口 设 计数 码 显 示 与 驱 动 电 路 由 74LS138 译 码 器 、 7447 TTL BCD-7 段 高 有 效 译 码 器 /驱 动器 、 4 个 数 码 管 以 及 5 个 A1015 三 极 管 组 成 。 由 单 片 机 的 P0.0 P0.3 口 输 出 的 四 位BCD 码 ， 经 7447 芯 片 后 ， 翻 译 成 7 段 数 码 管 a、
46、 b、 c、 d、 e、 f、 g 相 应 的 段 ， 并 输 出点 亮 数 码 管 相 应 的 段 。 单 片 机 的 P0.4、 P0.5 口 输 出 的 信 号 经 74LS138 译 码 器 后 产 生的 高 电 平 信 号 加 在 A1015 三 极 管 的 基 极 ， 控 制 三 极 管 的 导 通 ， 从 而 起 到 对 相 应 数 码 管P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78INT113RXD 10TXD 11XTAL218XTAL119T014P2.0 21P2.1 22P2.2 23P2.3 24P2.4 25P2.5 26P2.6
47、 27P2.7 28P0.7 32P0.6 33P0.5 34P0.4 35P0.3 36P0.2 37P0.1 38P0.0 39T11589C51INT012RESET9RD17WR16EA/VPP31ALE/P 30PSEN 29VCC 40GND20P1.0 P1.1 P1.2 P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7abcdefgABCD7447 100 7 D4A10154RBIRBOLT GNDVCC30pF30pF12MHzD3 D2 D1VCC+5VABCVCCG2AG2BY0Y1Y2Y34.7K 474LS138WDORESETWDIMRVCCGNDMAX813L+5V+5
48、V1 2 3 45 6 7 89 0 关 关关关关关+5V关第 二 章 硬 件 电 路 设 计 与 实 现9的 选 通 作 用 。 4 个 7 段 数 码 管 都 被 接 成 共 阳 极 方 式 。2.3.3 看 门 狗 监 控 电 路 的 设 计本 系 统 采 用 MAXIM 公 司 的 低 成 本 微 处 理 器 监 控 芯 片 MAX813L 构 成 硬 件 狗 ， 与AT89C51 的 接 口 电 路 如 图 3.1 所 示 。 MR 与 WDO 经 过 一 个 二 极 管 连 接 起 来 ， WDI 接 单 片机 的 P2.7 口 ， RESET 接 单 片 机 的 复 位 输 入
49、脚 RESET， MR 经 过 一 个 复 位 按 钮 接 地 。 该 监控 电 路 的 主 要 功 能 如 下 ：（ 1） 系 统 正 常 上 电 复 位 ： 电 源 上 电 时 ， 当 电 源 电 压 超 过 复 位 门 限 电 压4.65V， RESET 端 输 出 200ms 的 复 位 信 号 ， 使 系 统 复 位 。（ 2） 对 +5V 电 源 进 行 监 视 ： 当 +5V 电 源 正 常 时 ， RESET 为 低 电 平 ， 单 片 机 正 常 工 作 ；当 +5V 电 源 电 压 降 至 +4.65V 以 下 时 ， RESET 输 出 高 电 平 ， 对 单 片 机 进 行 复 位 。（ 3） 看 门 狗 定 时 器 被 清 零 ， WDO维 持 高 电 平 ； 当 程 序 跑 飞 或 死 机 时 ， CPU不 能 在1 6s内 给 出 “喂 狗 ”信 号 ， WDO跳 变 为 低 电 平 ， 由 于 MR端 有 一 个 内 部 250mA的 上 拉 电流 ， D导 通 MR获 得 有 效 低 电 平 ， RESET端 输 出 复 位 脉 冲 ， 单 片 机 复 位 ， 看 门 狗 定 时 器 清零 ，
