物理与电子科学系
《单片机原理与应用》课程设计
题目： 公共照明智能控制系统 专业： 电子信息工程 班级： 1 姓名： 学号： 任课教师： 成绩：
2013年 12 月 13 日
目录
1、 系统设计 .................................................................................................................................. 3
1.1 设计........................................................................................................ 3 1.2 方案........................................................................................................ 4
2、 系统硬件设计 ......................................................................................................................... 4
2.1 AT89C51介绍 .......................................................................................... 4 2.2 LCD1602介绍 .......................................................................................... 6 2.3 照明系统硬件连接 ..................................................................................... 8
3、 系统软件设计 ...................................................................................... 9
3.1
流
程
图.............................................................................................................................9 3.2 万年历设计： ........................................................................................................... 9 3.2 液晶显示设计： ........................................................................................................ 9 3.4 接键可调部分 ........................................................................................................... 9 3.1 照明控制的设计 ........................................................................................................ 9 参考文献:......................................................................................................................... 9
公共照明智能控制系统
课题研究的背景：
随着现代科技的飞速发展，单片机已经在各个领域得到越来越广泛的应用。单片机由于体积小，功耗低两个基本特征，在通讯，家电，工业控制，仪器仪表，汽车等产品中都可以看到单片机的身影。单片机技术也随着集成电路技术的进步在近几年飞速的发展，这种发展可以分为两方面[1]：一方面在硬件上单片机内部集成了越来越多的功能部件，如A/D，D/A，PWM，WATCHDOG，LCD驱动，串行口，大容量FLASH存储器等；另一方面在开发手段上从汇编语言向高级C语言过度，计算机仿真调试，IAP，ISP技术的应用使单片机开发周期大大的缩短，为各类产品更新，软件的升级提供了可靠的技术保障。在设计单片机应用系统时，由于历史的原因，目前在国内仍然以8051系列单片机为主。
作为电子专业的学生，非常有必要通过实际产品的设计和制作，了解现代IT产品的开发全流程。全面提高机，电，光，算知识的综合应用能力，掌握从系统级，电路级，到芯片级各个层次的设计和实现手段。基于上述原因，选择此设计课题，在此设计过程中，我们将会用到多门学科的理论知识，将对以前所学的知识做一个全面的复习和巩固，更重要的是培养了发现问题，分析问题，解决问题的能力，还有动手能力，也是一次很好的实践，对以后的学习和工作也会有所帮助。
1、系统设计
1．1设计
1.11系统功能要求：
本系统要求以单片机为核心，设计一个校园公共照明智能控制系统。该控制系统应具备以下功能：
a万年历及显示；
b定时开、关校园公共照明； c深夜节能；
d键盘输入，通过键盘可以修改时间； 1.12系统设计内容： a系统方案设计；
b利用Protues完成系统硬件电路设计； c利用Keil完成系统软件设计； d完成系统调试； 1.2方案
a、 采用NE555时基电路来进行定时，以便控制开关的时间，其他各系统单元分别用相应独立的电路来完成，但精度较低，而且各部分全部采用模拟器件来组成部分，制作复杂。 b、采用AT89C52微处理芯片,来控制智能照明系统，制作调试方便、控制时间准却，电路工作稳定，而且非常简单(硬件部分)、使用范围广。
本实验采用第二种方式。
2、系统硬件设计 2.1 AT89C51 2.11芯片介绍及功能
AT89C51是一种低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。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和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 2.12管脚说明
VCC：供电电压。GND：接地
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/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。
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口作为低八位地址接收。 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口输出其特殊功能寄存器的内容。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（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能
P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（计时器0外部输入） P3.5 T1（计时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通
2.2 LCD1602
2.21主要功能 ：A、 40通道点阵LCD 驱动; B、 可选择当作行驱动或列驱动; C、 输
入/输出信号:输出,能产生20×2个LCD驱动波形;输入,接受控制器送出的串行数据和控制信号,偏压(V1∽V6); D、 通过单片机控制将所测的频率信号读数显示出来 ◆主要技术参数： 显示容量： 芯片工作电压： 工作电流： 模块最佳工作电压： 字符尺寸： 16×2个字符 4.5~5.5V 20mA(5.0V) 5.0V 2.×4.35(WXH)mm ◆时序特性表： 项 目 允许时间周期 符 号 TCYCE 测试条件 标 准 值 MIN TYPE MAX 1000 450 -- -- -- 140 -- 5.1a 5.1b -- -- 195 -- 10 -- 20 -- 10 -- ns -- ns 25 ns -- ns 320 ns -- ns -- ns -- ns -- ns 单位 允许脉冲宽度,高电平 PWEH 允许上升和下降时间 tEr tEf 地址建立时间 数据延迟时间 数据建立时间 数据保持时间 DATA HOLD TIME 地址保持时间 ◆模块引脚功能表： ] 1 2 3 4 5 6 7-14 符 号 Vss VDD VEE RS R/W E DB0-DB7 名 称 接地 电路电源 液晶驱动电压 寄存器选择信号 读/写信号 片选信号 数据线 tAS tDDR tDSW tH tDHR tAH 功 能 0V 5V±10% 保证VDD-VEE=4.5∽5V电压差 H:数据寄存器 L:指令寄存器 H:读 L:写 下降沿触发,锁存数据 数据传输 ◆寄存器选择功能表： RS 0 0 R/W 0 1 操 作 指令寄存器(IR)写入 忙标志和地址计数器读出 1 1 0 1 数据寄存器(DR)写入 数据寄存器读出 （注:忙标志为\"1\"时,表明正在进行内部操作,此时不能输入指令或数据,要等内部操作结束,即忙标志为\"0\"时。）
2.22指令功能
格式:RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
共11种指令:清除,返回,输入方式设置,显示开关,控制,移位,功能设置,CGRAM地址设 置,DDRAM地址设置,读忙标志,写数据到CG/DDRAM,读数据由CG/DDRAM。 2.23初始化方法 延时15ms
写指令38H(不检测忙信号) 延时5ms
写指令38H(不检测忙信号) 延时5ms
写指令38H(不检测忙信号)
(以后每次写指令、读/写数据操作之前均需检测忙信号) 写指令38H：显示模式设置 写指令08H：显示关闭 写指令01H：显示清屏
写指令06H：显示光标移动设置 写指令06H：显示开及光标设置
2.3 照明系统硬件连接
如图所示：
按键设置部分 (LCD1602) 显示部分 AT89C51微处理器 基本外围 (晶振和复位) 电路 (LED)发光二极管 本系统定时亮/灭,利用Protues仿真，在P3^6和P3^7端口接LED灯，通过软件定时控制灯
的灭亮；在P2口前四个口接按键，分别为移位，加键，减键，功能键；液晶显示模块(LCD1602)连接方式，微处理器AT89C51的P0口通过数据RP分别与液晶显示模(LCD1602)的数据端(DB)相连接,数据命令选择端(RS)、使能信号端(E)分别与微处理器的P3^4、P3^5口相连接。 如图
LCD1LM016LD6D4VSSVDDVEERSRWEll1LED-BIRGl1D12D11LED-BIGYD10LED-BIRGD9LED-BIGYD8LED-BIRGD7LED-BIGYGNDLED-BIRGD0D1D2D3D4D5D6D7D2LED-BIGYD3LED-BIGYRP1123456789lll11GNDVC2C3R4SGN5DE67891011121314l1U11918XTAL1XTAL2P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD393837363534333221222324252627281011121314E15RSl116l17D1LED-BIGYD5lll1lLED-BIRGGNDl1LED-BIGY9RST移位加减功能RESPACK-8293031PSENALEEA12345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51 3、 系统软件设计
3.1流程图
开始
时间 判断按键 If P3^6 亮 3.2 软件设计： P3^7 灭 软件主要包含时钟判断和显示程序，调用不同指令来完成相应的功能。本单片机夜用照明系统采用单片机C语言来编写，在其编写过程当中比较方便的调用单片机内部的资源，从而比较容易控制与单片机相联系的外围电路液晶显示，用write_com()写指令，用write_date（）写数据，write_nyr()写年月日,write_sfm()写时分秒；按键用if语句来判断，实现加减移位功能；最后用if语句判断时间，控制灯的亮灭。 4展望
尽管本系统能够完成我们所要求的任务来控制照明系统，并且体现出了物优价廉的优越性，但由于本人水平和开发时间有限，离一个完全实用的，能够完全符合市场需求的单片机夜用照明显示系统还有一定的差距。因此，在以后的研制过程中，还需要在系统抗干扰方面、增强显示效果、提高其灵敏度及功能上做大量工作，以满足更高使用要求。
参考文献:
[1] 刘文涛 单片机语言C51典型应用设计[M] 人民邮电出版社2005,1(1):5-8 [2] 求是科技 单片机典型模块设计实例导航[M] 人民邮电出版社 1995,1(4):32-34 [3] 赵亮 侯国锐 单片机C语言编程与实例[M] 人民邮电出版社 1995,1(6):37-38 [4] 稻叶 保[日] 振荡电路的设计与应用[M] 科学出版社 1997,19(3):71-72 [5] 猪饲国夫 本多中二[日] 数字系统设计[M] 科学出版社 1998,1(2):122-124
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