基于51單片機(jī)的電子智能補(bǔ)光器設(shè)計(jì)

1? 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

電子智能補(bǔ)光器的設(shè)計(jì)思路：首先通過(guò)單片機(jī)判斷特殊天氣模式是否啟用，如果啟用則直接亮黃燈并在手機(jī)上顯示出來(lái)。確定特殊天氣模式?jīng)]有啟用時(shí)，通過(guò)季節(jié)模塊判斷當(dāng)前月份對(duì)應(yīng)的季節(jié)來(lái)確定補(bǔ)光模式。通過(guò)光照傳感器將外界光照強(qiáng)度與對(duì)應(yīng)季節(jié)設(shè)定光照閾值進(jìn)行比較，當(dāng)外界光照強(qiáng)度大于設(shè)定閾值時(shí)進(jìn)行補(bǔ)光操作，并通過(guò)藍(lán)牙連接在手機(jī)上顯示當(dāng)前補(bǔ)光模式以及光照強(qiáng)度。

1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)

主要任務(wù)簡(jiǎn)述：以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)電子智能補(bǔ)光器，以滿足各種不同情境下對(duì)光照需求的差異。

要求簡(jiǎn)述：

（1）在外界光照強(qiáng)度大于所設(shè)定閾值時(shí)補(bǔ)光器保持不工作狀態(tài)，光照強(qiáng)度小于設(shè)定閾值時(shí)開始補(bǔ)光；

（2）可選擇春、夏、秋、冬四種模式，分別對(duì)應(yīng)四種不同的閾值電壓；

（3）設(shè)置特殊天氣模式，開啟特殊天氣模式后亮起黃色霧燈；

（4）通過(guò)藍(lán)牙連接手機(jī)，顯示當(dāng)前的模式和光照強(qiáng)度。

1.3 模塊方案選型

1.3.1主控方案選型

STC89C52單片機(jī)是宏晶科技推出的高反應(yīng)速度、低功率消耗、有著很強(qiáng)抵的擋外界干擾能力的單片機(jī)，而且該單片機(jī)的指令代碼非常切合傳統(tǒng)的8051單片機(jī)，并且與傳統(tǒng)51單片機(jī)對(duì)比而言，該單片機(jī)速度更快，是傳統(tǒng)51單片機(jī)的8~12倍。除此之外，該單片機(jī)還有6時(shí)鐘周期和12時(shí)鐘周期可以任意選擇。

主要特性如下：

（1）新一代8051單片機(jī)，6時(shí)鐘機(jī)器周期和12時(shí)鐘機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼非常契合傳統(tǒng)8051單片機(jī)。

（2）工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機(jī)）。

（3）工作頻率范圍處于0～40MHz之間，相當(dāng)于普通8051單片機(jī)工作頻率的0～80MHz范圍，而且新一代單片機(jī)的實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz。

（4）一共具有3個(gè)16位定時(shí)器，也就是定時(shí)器T0、T1、T2。

（5）外部中斷4路，低電平觸發(fā)或下降沿中斷電路，PowerDown模式可通過(guò)外部中斷低電平觸發(fā)中斷的方式觸發(fā)。

1.3.2光電轉(zhuǎn)換器的選擇

ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生產(chǎn)的串行接口8位A/D轉(zhuǎn)換器，通過(guò)三線接口與單片機(jī)連接,功耗低,性能價(jià)格比較高,合適使用在袖珍式的智能儀器儀表中。ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件連接和處理器控制變得更加方便。通過(guò)DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。其主要特點(diǎn)如下:

（1）8位分辨率，其最高分辨可達(dá)256級(jí);

（2）雙通道A/D轉(zhuǎn)換;

（3）電源供電時(shí)光電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓在0~5V之間;

選擇該A/D轉(zhuǎn)換芯片，不僅因?yàn)槠潴w積小、功耗低，而且可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求，完全滿足系統(tǒng)的要求。另外，其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得轉(zhuǎn)換芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間，電源電路供電可以同時(shí)滿足51單片機(jī)和該芯片的共同使用。除此之外該芯片的轉(zhuǎn)換時(shí)間極短，僅為32μS，反應(yīng)非常迅速，另外該芯片具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)的工具，以此來(lái)減少實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快并且穩(wěn)定性能出色。單獨(dú)工作的芯片的使能輸入，可以更輕松地對(duì)多元件進(jìn)行連接，同時(shí)也可以更加方便地控制處理器。通過(guò)DI 數(shù)據(jù)輸入端，使得實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇變的易如反掌。除此之外，價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)同樣也是選擇它的原因之一。

1.3.3顯示器的選擇

LCD1602液晶顯示器是廣泛使用的一種工業(yè)字符型液晶顯示模塊。由字符型液晶顯示器（LCD）、控制驅(qū)動(dòng)主電路HD44780及其擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)電路HD44100，以及少量電阻、電容元件和結(jié)構(gòu)件等裝配在PCB板上而組成，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。（16列2行）。但寄存器不止32個(gè)，有一些顯示效果，如字符一個(gè)個(gè)顯示、字符從左到右或從右到左顯示等等，顯示效果簡(jiǎn)單。當(dāng)然也有其他更好的選擇，例如12864液晶顯示器，它的顯示模塊是128×64點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，具有多種功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、睡眠模式等。

其實(shí)綜合來(lái)說(shuō)，二者編程方面的難度差不多，原理方面也差不多，甚至12864液晶顯示器更勝一籌，因?yàn)樵擄@示器顯示更全面，字符也更多，需要進(jìn)行更多操作的話自然是12864液晶顯示器能夠勝任。但是對(duì)比來(lái)說(shuō)的話，1602液晶顯示器也能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求，而且相對(duì)來(lái)說(shuō)更重要的原因就是1602液晶顯示器比較廉價(jià)，網(wǎng)上購(gòu)買也比較便宜，最低五六塊錢左右。而12864液晶顯示器網(wǎng)上購(gòu)買最便宜的也要在二三十左右。所以從造價(jià)方面以及使用方面考慮，當(dāng)然是價(jià)格低廉而且功能也不欠缺的優(yōu)先。因此選擇1602液晶顯示器作為顯示器件。

2? 硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)模塊

單片機(jī)的主要特點(diǎn)有：

（1）有出色的性能單價(jià)比，高效能、低電壓，易于制作便攜式產(chǎn)品。

（2）集成度高，體積小，有較高的穩(wěn)定性。而且單片機(jī)把各功能零件組合在一塊芯片上，內(nèi)部結(jié)構(gòu)使用的是總線結(jié)構(gòu)，不僅減輕了各芯片彼此之間的連線，還大大增加了單片機(jī)的安全性和抗干擾能力。

（3）控制功能強(qiáng)。為求滿足工業(yè)控制的要求，通常單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極多樣的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作和位處理特性。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)轉(zhuǎn)速度均遠(yuǎn)高于同一等級(jí)的微機(jī)。

（4）外部總線增加了I2C（Inter-Integrated Circuit）及SPI(Serial Peripheral Interface)等串行總線方式，逐步縮小了體積，精簡(jiǎn)了構(gòu)造。單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。

PORT0（P0.0～P0.7）：端口0是一個(gè)8位寬的開路汲極雙向輸出入端口，共有8個(gè)位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類推。其他三個(gè)I/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，P0在當(dāng)做I/O用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)LS的TTL負(fù)載。

PORT1（P1.0～P1.7）：端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來(lái)輸入數(shù)據(jù)。

PORT2（P2.0～P2.7）：端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)LS的TTL負(fù)載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來(lái)使用。P2除了當(dāng)做一般I/O端口使用外，若是在STC89C52擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址總線的高字節(jié)A8～A15，這個(gè)時(shí)候P2便不能當(dāng)做I/O來(lái)使用了。

PORT3（P3.0～P3.7）：端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋纹瑱C(jī)的引腳圖如圖3-1所示。

#include "51Lib_Configure.h"
#include "51Lib_Declaration.h"
#if _CONFIG_FUNC_LCD1602_ == CH_ENABLE

#define _NOP() _nop_()

#define DataPort    P0        
#define DataPIN     P0

#define CLR_RS (lcd1602_RS=0) 
#define SET_RS (lcd1602_RS=1)  
#define CLR_RW (lcd1602_RW=0)  
#define SET_RW (lcd1602_RW=1)
#define CLR_EN (lcd1602_EN=0)
#define SET_EN (lcd1602_EN=1)  

/*
  LcdReset();               //LCD1602初始化
  DelayMs(10);  
  sprintf(temp,"1111111111111111");//更新顯示
  DispStr(0,0,(unsigned char *)temp);//打印顯示
  sprintf(temp,"1111111111111111");//更新顯示
  DispStr(0,1,(unsigned char *)temp);//打印顯示
*/

/***********************************************
函數(shù)名稱：DispNum
功    能：讓液晶從某個(gè)位置起連續(xù)顯示一個(gè)數(shù)值，前面不會(huì)補(bǔ)0
參    數(shù)：x--位置的列坐標(biāo)
          y--位置的行坐標(biāo)
          Dis_dat--需要顯示的數(shù)
          Dis_Len--需要顯示的寬度
返回值  ：無(wú)
***********************************************/

void DispNum(uchar x, uchar y, uint Dis_dat, uchar Dis_Len)
{
  uchar i;
  uint dat = 1;
  Disp1Char(x+Dis_Len-1,y,Dis_dat%10+0x30);
  if(Dis_Len == 1)
    return;
  for(i = 1;i < Dis_Len;i++)
    dat*=10;
  for(i = 1; i < Dis_Len ; i++)
  {
    //dat = pow(10, Dis_Len-i);
    if(Dis_dat >= dat)
      Disp1Char(x+i-1,y,Dis_dat/dat%10+0x30);
    else
      Disp1Char(x+i-1,y,' ');
    dat/=10;
  }
}


/***********************************************
函數(shù)名稱：DispStr
功    能：讓液晶從某個(gè)位置起連續(xù)顯示一個(gè)字符串
參    數(shù)：x--位置的列坐標(biāo)
          y--位置的行坐標(biāo)
          ptr--指向字符串存放位置的指針
返回值  ：無(wú)
***********************************************/
void DispStr(uchar x,uchar y,uchar *ptr) 
{
    uchar *temp;
    uchar i,n = 0;
    
    temp = ptr;
    while(*ptr++ != '?')   n++;    //計(jì)算字符串有效字符的個(gè)數(shù)
    
    for (i=0;i<n;i++)
    {
        Disp1Char(x++,y,temp[i]);
        if (x == 0x10)
        {
            break;
        }
    }
}

/*******************************************
函數(shù)名稱：DispNchar
功    能：讓液晶從某個(gè)位置起連續(xù)顯示N個(gè)字符
參    數(shù)：x--位置的列坐標(biāo)
          y--位置的行坐標(biāo)
          n--字符個(gè)數(shù)
          ptr--指向字符存放位置的指針
返回值  ：無(wú)
*******************************************
void DispNChar(uchar x,uchar y, uchar n,uchar *ptr) 
{
    uchar i;
    
    for (i=0;i<n;i++)
    {
        Disp1Char(x++,y,ptr[i]);
        if (x == 0x10)
        {
           x = 0; 
            y ^= 1;
        }
    }
}
*/
/*******************************************
函數(shù)名稱：LocateXY
功    能：向液晶輸入顯示字符位置的坐標(biāo)信息
參    數(shù)：x--位置的列坐標(biāo)
          y--位置的行坐標(biāo)
返回值  ：無(wú)
********************************************/
void LocateXY(uchar x,uchar y) 
{
    uchar temp;

    temp = x&0x0f;
    y &= 0x01;
    if(y)   temp |= 0x40;  //如果在第2行
    temp |= 0x80;

    LcdWriteCommand(temp,1);
}

/*******************************************
函數(shù)名稱：Disp1Char
功    能：在某個(gè)位置顯示一個(gè)字符
參    數(shù)：x--位置的列坐標(biāo)
          y--位置的行坐標(biāo)
          data--顯示的字符數(shù)據(jù)
返回值  ：無(wú)
********************************************/
void Disp1Char(uchar x,uchar y,uchar data1) 
{
    LocateXY( x, y );      
    LcdWriteData( data1 );    
}

/*******************************************
函數(shù)名稱：LcdReset
功    能：對(duì)1602液晶模塊進(jìn)行復(fù)位操作
參    數(shù)：無(wú)
返回值  ：無(wú)
********************************************/
void LcdReset(void) 
{
//    DataDir  = 0xFF;                 //數(shù)據(jù)端口設(shè)為輸出狀態(tài) 
    LcdWriteCommand(0x38, 0);      //規(guī)定的復(fù)位操作
    DelayMs(5);
    LcdWriteCommand(0x38, 0);    
    DelayMs(5);
    LcdWriteCommand(0x38, 0);
    DelayMs(5);

    LcdWriteCommand(0x38, 1);    //顯示模式設(shè)置
    LcdWriteCommand(0x08, 1);    //顯示關(guān)閉
    LcdWriteCommand(0x01, 1);      //顯示清屏
    LcdWriteCommand(0x06, 1);    //寫字符時(shí)整體不移動(dòng)
    LcdWriteCommand(0x0c, 1);    //顯示開，不開游標(biāo)，不閃爍
}

/*------------------------------------------------
                清屏函數(shù)
------------------------------------------------*/
void LcdClear(void) 
{ 
  LcdWriteCommand(0x01,1); 
  DelayMs(5);
}

/*******************************************
函數(shù)名稱：LcdWriteCommand
功    能：向液晶模塊寫入命令
參    數(shù)：cmd--命令，
          chk--是否判忙的標(biāo)志，1：判忙，0：不判
返回值  ：無(wú)
********************************************/
void LcdWriteCommand(uchar cmd,uchar chk) 
{

    if (chk) WaitForEnable();   // 檢測(cè)忙信號(hào)?
    
    CLR_RS;  
    CLR_RW; 
    _NOP();

    DataPort = cmd;             //將命令字寫入數(shù)據(jù)端口 
    _NOP();          
    
    SET_EN;                     //產(chǎn)生使能脈沖信號(hào)
    _NOP();
    _NOP();
    CLR_EN;      
}

/*******************************************
函數(shù)名稱：LcdWriteData
功    能：向液晶顯示的當(dāng)前地址寫入顯示數(shù)據(jù)
參    數(shù)：data--顯示字符數(shù)據(jù)
返回值  ：無(wú)
********************************************/
void LcdWriteData( uchar data1 ) 
{
    WaitForEnable();        //等待液晶不忙
    SET_RS;
    CLR_RW; 

    SET_EN;
  
  _NOP();
    DataPort = data1;        //將顯示數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)端口
    _NOP();
                //產(chǎn)生使能脈沖信號(hào)
    _NOP(); 
    _NOP(); 
    CLR_EN;    
}

/*******************************************
函數(shù)名稱：WaitForEnable
功    能：等待1602液晶完成內(nèi)部操作
參    數(shù)：無(wú)
返回值  ：無(wú)
********************************************/
void WaitForEnable(void) 
{
    unsigned int later=0;
  DataPort=0xff;
    CLR_RS;
    SET_RW;
    _NOP();
    SET_EN; 
    _NOP();
    _NOP();
//    while((DataPIN&Busy)!=0);    
    while(((DataPIN&0x80)!=0)&&(later<1000))  //檢測(cè)忙標(biāo)志
    {
      DelayUs2x(2);
      later++;        
    }
    CLR_EN;
//    DataDir|=0xFF;  //將P4口切換為輸出狀態(tài)
}    
#endif