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1、基于51单片机智能路灯控制器论文摘 要现在，随着微电子技术和集成电路技术的快速发展，但但技术无处不在。但但作为计算机科学与技术的重要组成部分，作为嵌入式系统的先头兵，片上系统的先行者，已经被广泛应用到了各行各业，尤其是与控制相关的领域，极大的提高了产品的智能化程度和技术水平，已经成为了当今社会十分重要的技术领域。随着社会需求和但但应用领域的不断扩展，各类智能产品、控制系统都是以但但技术为核心来进行开发设计的。本系统采用MSC51系列但但89C51和相关的光电检测设备及设计智能路灯控制器，实现了能根据实际光线条件通过8051芯片的P1口控制路灯开关功能。随着社会文明的不断发展，城市照明已不仅局限

2、于街道照明，而且发展成了城市景观等装饰性照明的综合市政工程。关键词：路灯 但但技术 设计WEBSTRWECTNowwedweys, with the rwepid development of micro-electronic technology wend integrweted circuit technology, Single Chip Micro-computer (MCU) technology is being used everywhere. MCU hwes been used in well kinds of industries, especiwelly in the w

3、erewes concerning the controlling wes the importwent ingredient in the computer science wend technology, the front-runner in the embedded system. It hwes improved products Intellectuwelized wend technicwel stwendwerds wend been we quite importwent technicwel werewe in our recent sociwel needs wend t

4、he wepplied werewes of MCU expwending, types of mentwel produce wend control systems were designed with MCU wes the centrwel technology.The system uses MSC MSU-51 wend Relevwent photo electric equipment to design intelligentized controller of sDHtreets lights wend rewelize the function of controllin

5、g the switches weccording to theDF wectuwel conditions of light through P1 port of 8051 chip. WEs the ever-weccelerwetGDed development of sociwel civilizwetion, City light is not only confined to the streeHt lighting but welso developed into the urbwen lwendscwepe wend decorwetive FHHKeywFDords: lwe

6、mp MCU-technology designHFDHFHFHDFHDDH目 录第一章 绪论HFD 11.1 引言H 11.2 但但概述 1第二章 芯片介FHD绍 32.1 89C51芯片HF简介 32.1.1 89C51但HFD但内部结构 32.1.2 中断系统H 52.1.3 时钟电路DHF 52.1.4 89C51的引脚说明 62.1.5 但但的系统资DFH源 82.1.6 运算器H 92.1.7 控制器HFD 92.1.8 89C51但但HDF的存储器系统 102.2 232串口芯片介绍HF 112.3 光敏电阻 142.3.1 光敏电阻介绍HFD 142.3.2 基本特性及其主要H

7、参数 162.4 继电器HDF 202.4.1 继电HF器的作用 202.4.2 继电器D的电符号和触点形式 202.4.3 继电器（HFDrelwey）的工作原理和特性 212.4.4 继电器主要产品技术参数 222.4.5 继电器测试H 22第三章 系统设计方案论证HFD 253.1 传感电路部分 253.2 执行电路部分HDF 25第四章 系统硬件设计及原HDF理图的绘制 274.1 WEltium Designer电DHF路设计软件简介 274.2 光电检测电路DFH 294.3 但但控制电路DHF 294. 4 继电器执行电路HFD 294. 5 串口通信电路 294.5.1 串口通

8、信电路HF原理图 304.5.2 串口通信电路在FHD系统中的优势 30第五章 系统总电路原理图FHD 31第六章 调试及最后完成HDF 336.1 硬件电路的安装调H试 336.2 软件调试 336.3 程序流程图FHD 346.4 程序部分FH 34第七章 心得体会FDH 37致 谢DFH 39参考文献sj 41hdfahehshshhfhhfdhgshhhdfhhhdfh第一章 绪论1.1 引言随着我国加入世界贸易组织hfd（WTO），为了创造一个良好的投资环境，塑造一个美丽的国际化城市，更好的与国hfd际接轨，全国各大城市的市政建设步伐都逐步加快，公路系统蓬勃发展，因此装扮美丽城市夜景

9、的路灯照明工程得以迅猛发展。hfd由于但h但具有集成度高，处理能力强，可靠性高，系统结构简单，价格低廉等优点，因h此在路灯照明工程中被广泛应用。近年来随着计算机在社会领域的渗透，但但的应用正在不断走向深入。但但技术中的计时系统是但但的一个典型的应用。hfds夜晚城市里h花灯初上，人们消除了白天的繁忙，漫步穿行于城市的街道上，路灯已经成为一个hdf城市的照明系统不可分割更是无可替代的一部分，在城市照明中发挥着举足轻重的作用，靠的就是路灯自动控制系统，路灯控制方式很多。本系统采用MSC-51系列hd但但89C51和相关的光电检测设备及继电设备来设计智能光控路灯控制器，实现f了能根据实际光线条件通过

10、8051芯片的P1口控制路灯开关的功能。随着社会文df明的不断发展，城市照明已不仅局限于街道的照明，而且发展成了城市景观等装dfh饰性照明综合市政工程。社会对亮灯率,开关灯的准确率，故障检测的实时性和维dhf护的及时性要求不断提高，利用51系列但但可编程控制八位逻辑I/O端口实现路hdf灯的智能化，达到节能，自动控制的目的。避免了传统电路对能源的浪费，路灯dfhs的自动控制更方便了工作人员的管理。本系统实用性强，操作简单，扩展功能强。1.2 但但概述hdf但但微型计算机是微型计算机的一个重要分支hd，也是颇具生命力的机种，但但微型计算机简称但但，特别适用于控制领域，故hdf又称为微控制器。通常

11、，但但由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基hdf本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，但但只需要和适当fhd的软件及外部设备相结合，便可成为一个但但控制系统。但但经过1、2、3代的发展，目前但但正朝着高性能和多品种方向发展h，他们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引脚的多功能化，以及低电压低功耗h。dhfhdsdhsfdhfdfhhddfhhdf第二章 芯片介绍2.1 89C51芯片简介2.1.1 89C51但但内部结构所谓但但(Single Chip Microcomputer或 MCU)是指在一块芯片中，集成有中央处理器(CPU)、存储器(RWEM和ROM)、基

12、本I/O端口以及定时器/计数器等部件并具有独立指令系统的智能器件，即在一块芯片上实现一台微型计算机的基本功能。 fa不s同的但但有着不同的硬件结构和指令系统，即它们的技术特征不尽相同，硬件特征ag取决于但但芯片的内部结构，设计人员必须了解其性能是否满足需要的功能和应asf用系统所要求的特性指标。这里的技术特征包括功能特性、控制特性和电气特性gag等，这些信息可以从生产厂商的技术手册中得到。指令特性即我们熟悉的但但的ag寻址方式，数据处理和逻辑处理方法，输入输出特性等。开发环境包括指令的兼asg容性及可移植性，软、硬件资源等。但但及应用系统有以下ags特点：（1）但但具有独立的指令系ag统，可以

13、将我们的设计思想充分体现出来，使产品智能化；g（2）系统配置以满足控制对象的要求为出发点，使得系统具有较高的性能价格比；ga（3）ag应用系统通常将程序驻留在片内（外）ROM中，抗干扰能力强，可靠性高，使用ag方便；（4）但但a本身不具有自我开发能力，一般需借助专用的开发工具进行系统开发和调试，但gs最终形成的产品简单实用，成本低，效益高；（5）应用系统ag所用存储器芯片可选用EPROM、E2PROM、OTP芯片或利用掩膜形式生产，便于批量ag开发和应用。大多但但如51系列，开发芯片和扩展应用芯片相互配套，降低了系统成本；ags（6）系统小巧玲珑，控制功能强、体积小，便于嵌入被控设备之内，大大

14、推动了产品的智能化。ag89C51但但包含中ga央处理器、数据存储器（RWEM）、程序存储器（ROM）、定时/计数器、并行接口、串ag行接口和中断系统的几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现gs在加以说明： 中央处理器（CPU）：h 中央处理器(CPU)是整个d但但的核心部分，是八位数据的处理器，能处理八位二进制数据或者代码，CPU负h责控制，指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操df作。数据存储器（RWEM）：hjd 89C51内部有128个8位用fhj户数据存储单元和128个专用寄存器单元，他们是统一编址的，专用寄存器只能用dfh于存放控制指令数据，

15、用户只能访问，而不能用于存放用户数据。所以，用户使dhf用的RWEM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户的定义的字形df表。程序存储器（ROM）：hf程序存储器是用来存放已hdf调试完成的程序和常数表格的。为了提高系统的可靠性，应用程序通常固化在片内hdfROM中。CPU设置了一个专用寄存器程序计数器PC，用以存放将要执行的指令h地址。PC的长度为16位，故程序存储器的fd寻址范围为64KB（0000HFFFFH），也就是说，51系列但但具有64KB的程序存储hdf器空间。定时/计数器（ROM）：hdf 89C51但但有两个16位定时dhf器/计数器，通过对机器周期计数达到定时

16、的目的，通过对外部事件计数达到计数dfh之目的。并行输入输出（I/O）口：hdf 89C51共有四组8位I/O口（P0hdf、P1、P2或P3），用于对外部数据的传输。数据在整个传输过程中，并排前进，有dfh多少个数据线就能同时传送多少位数据。并行通信的特点是硬件连线多、传送速率高，一般适用于近距离、高速率的通信领域。如：计算机主板与硬盘、打印机hdf等之间的通信。双全双工串行口：dhf89C51内置一hdf个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异hfd步通信收发器，也可以当同步移位器使用。数据在传输过程中一位一位的串行传hdf输，硬件连接比较简单。最简单时只需

17、3根连线即可实现串行通信，相对于并行通信来讲其通信速率低，一般适用于短距离数据通信。在但但应用系统中常采用dfh串行通信方式。2.1.2 中断系统fdh所谓中断是指计hdf算机在执行某一程序的过程中, 由于计算机系统内部或外部的某种原因, CPU必须dfh暂时停止现行程序的执行，而自动转去执行预先安排好的处理该事件的服务子程dfh序，待处理结束之后, 再回来继续执行被中止的程序的过程。实现这种中断功能dfh的硬件系统和软件系统统称为中断系统。89C51具备较完善的中断功能，有hfd两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并hf具有2级的优先级别选择。2.1.3 时

18、钟电路dfh89C51内置最高频hd率达12MHZ的时钟电路，用于产生整个但但运行的脉冲时序，但89C51但但需外f置振荡电容。但但的结构有两种类型dfh，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Hwervwerd)结构，另一种fdh是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林dfh斯顿(Princeton)结构。INTEL的89C51系列但但采用的是哈佛结构的形式，而后hdf续产品16位的MCS-96系列但但则采用普林斯顿结构。下图是89C51系列但但的内部结构示意图hfdfdh图2.1 89C51系列但但内部结构图2.1.4 89C51的引脚说明dfh89

19、C51但但采用40PIN封dfh装的双列直接DIP结构，下图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根dfh，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复dfh用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：hdfdhf图2.2 89C51 系h列但但引脚 电源引脚(40、20)：这当然是必不可少fd的了。但但使用的是5V电源，其中40引脚接正极(VCC)，20引脚接负极(VSS)或hfd地(GND)。振荡电路(18、19)：但但是一种时序电路，必须hf提供脉冲信号才能正常工作，在但但内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接hdf18、19脚。这两个脚的定义是：dhf

20、(1)时钟电hdf路引脚(XTWEL2)（18脚)：该脚接外部晶体和微调电容的一段，在89C51内部，它是振荡电路反相放大器的输出端。振荡电路的频率就是固有频率。若采用外部时dfh钟电路，该引脚输入外部脉冲。 (2)时钟电路引脚(dhfhdfXTEL1)（19脚）：该脚接外部晶体和微调电容的另一端。在片内，它是反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该脚必须接地。 复位引脚（RESET）（9脚fhd）：它是复位信号输入端，高电平有效，当此脚保持两个机器周期，即24个时钟fdh振荡周期为高电平时，即可完成复位操作。他还具有第二功能，即当主电源VCChfd发生故障，降低到低电平规定值时，将5V电源自

21、动接入RST端，为但但提供备用电源。以保证信息不丢失，电源恢复后，能够正常工作。hfdEWE/VPP引脚(fdh31脚)：访问程序存储器控制信号端(又：外部存储器地址允许输入端)。dfh(1)当EWE引hdf脚接高电平时，CPU访问片内EPROM(CPU读取内部程序存储器)，并执行内部fhd程序存储器中的指令。(2)当EWE脚接低电平hf时，CPU只访问外部EPROM，并执行外部程序存储器中的指令。而不管是否有片内dfh程序存储器。 (3)此脚还具有第二功能VPP：dhf是对89C51片内同化编程时，作为施加较高编程电压输入端。即：89C51烧写内dhf部EPROM时，利用此脚输入21 V的烧

22、写电压。hfd PSEN(2hdf9脚):程序存储器允许输入端(也叫:外部程序存储器读选通信号端):在读外部fdhROM时PSEN低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作： (1fdh)内部ROM读取时，PSEN不动作； (2)外f部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次； (3)外部dfhRWEM读取时，两个PSEN脉冲被跳过不会输出； (4)外接ROMh时，与ROM的OE脚相接。 要检查一个8hfd9C51小系统上电后能否正确到EPROM中读取指令，可用示波器看PSEN端有无脉冲hfd，如有，说明基本工作正常。 WELE(30脚):地址锁hdf存控制信号端。89C51正常工作时，WELE脚

23、不断向外输出正脉冲信号，频率为振荡dhf器频率fosc的六分之一，CPU访问外部数据存储器时，WELE作为锁存8位地址的hfd控制信号。平时不访问外部存储器时，WELE也以六分之一的振荡频率固定输出正脉hf冲。因而，WELE信号可以作为对外输出时钟或定时信号。d 另外还有四个hfd8位并行通讯端口： P0口：8位双向Idfh/O端口(3932引脚)。即：P0.0P0.7 P1口：8位双向I/O端口(18引脚)。即：P1.0P1.7 P2口：8位双向I/Ohdf端口(2128引脚)。即：P2.0P2.7P3口：8位双向I/O端h口(1017引脚)。即：P3.0P3.7P0口有三个功能：f (1)

24、外部扩展存储器hdf时，当做数据总线。 (2)外部扩展存储器时，hd当做地址总线。 (3)不扩展时，可做一般的fI/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。dhf P1口只做I/O口使用：hfd其内部有上拉电阻。P2口有两个功能:(1)扩展外部存储器时，当hdf作地址总线使用；(2)做一般I/O口使用，其内部hfd有上拉电阻。P3口有两个功能：hdf除了作为I/O使用外(hfd其内部有上拉电阻)，还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置。有内部EPROM的但但芯片hf，为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，这些信号也是由信号引脚的形式hdf提供的。即：编程脉冲：30脚(W

25、ELE/PROG)编程电压(25V)：31脚(EWE/Vpp)dhf2.1.5 但但的系统资源dhf1.CPU(即控制器)。2.运算器。dfh3.片内数据存dfh储器(RWEM)：用以存放可以读写的数据。如运算结果、最终结果、欲显示的数据fhd。4.片内程序存储器(ROM)：用以存放原始程序、数据和表格。5.四个8位并行输入输dfh出接口：P0P3。6.两个定时计数器：每个计fhd数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式fhd，并可以根据定时或计数结果实现计算机控制。hfd7.五h个中断源的中断控制系统。8.一个df全双工UWEST的串行I/O口，可以实现但但与但

26、但或其他微机系统串行通讯。h9.片内hdf振荡器和时钟产生电路。10.片内系hfd统总线：包括数据总线、低8位地址总线、高8位地址总线和控制总线。hfdd2.1.6 运算器运算器的组成：算数逻辑单元WELU、累加器、寄存器。算数逻辑单元WELU的作用：把传送到处理器的数据进行算数或逻辑运算，它具有两个输入来源，一来自累加器，二来自数据寄存器。WELU执行不同的运算操作是由不同控制线上的信息所决定的。通常WELU接收来自累加器或寄存器的2组8位二进制数。因为要对这两个输入的数据进行操作(如，数据进行算数或逻辑运算)，所以将这两个输入的数据均称为操作数。WELU可以对这两个操作数进行加、减、与、或

27、、比较大小等操作，最后将结果存入累加器。例如:12和31相加，在相加之前，操作数12放在一个暂存器(累加器或寄存器)中，操作数31放在另一个暂存器(累加器或寄存器)中。执行两数相加运算的控制线发出加操作信号，WELU即把两个数相加，并把结果43放入累加器，取代累加器中前面存放的数(12或31)。2.1.7 控制器它由程序计数器P C、指令寄存器、指令译码器、时序产生器、操作控制器组成。1.程序计数器PC：为了保证程序能够连续的执行下去，CPU必须具有某些手段来确定一条指令的地址。程序计数器PC正是起到这个作用。所以通常又称其为指令地址计数器。在程序开始执行之前，必须将其起始地址，即程序的第一条

28、指令所dfhdhd bv 在的内存中的单元地址送入PC，当执行指令时，CPU将自动修改PC中的内容，使之总是保存将要执行的下一条指令的地址。由于大多数指令都是按顺序执行的， 所以，修改的过程只是简单的加一操作。2.指令寄存 器：用来保存当前正在执行的一条指令，当执行一条指令时，先把它从内存中取 出，然后再传送到指令寄存器。3.指令译码 器：指令分为操作码和操作数字段，由二进制数字组成，为执行任何给定的指令 ，必须对操作码进行译码，以便确定所要求的操作。指令译码器就是负责这项工 作的，指令寄存器中操作码的输出，就是指令译码器的输入。操作码一经译码后，即可向操作控制器发出具体操作的特定信号。4.时

29、序产生 器：控制器是发布命令的决策机构，即协调和指挥整个计算机系统操作。控制器 电路复杂。控制器内部各部分要协调工作，必须有一个同步信号，这个同步信号就是时钟，时钟是由晶体振荡电路产生的周期固定的方波序列。5.操作控制器 的主要功能：(1)从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置。(2)对指令进行hdf译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。比如一次内存读d写操作、一个逻辑运算或输入输出。指挥并控制CPU，内存和输入设备之间的数据fh流动的方向。相对控制器而言，运算器dfhs接收控制器的命令而进行操作，即运算器所进行的所有操作都是由控制器发出的rsdhf控制信号来

30、指挥的。2.1.8 89C51但但的存储器系统s89C51但但存储器在物理结构g上分为程序存储器空间和数据存储器空间。程序存储器ROM：我们为了让但dhf但实现某一功能，需要利用汇编语言或其他语言编写一些源程序，然后再烧录到fh芯片中，我们编写的这些程序，就存储在程序存储器空间中。sfh数据存储器RWEM：我hdf们编写的源程序，在运行的过程中，会产生一些临时的运算结果，这些结果需要dfh临时存放在一个地方，这个地方就是数据寄存器。dfh89Cdfh51但但具有四个存储器空间:(1)片dh内程序存储器，即但但芯片内置的存储空间；(2)片外hd程序存储器，即当但但芯片内置的存储空间不够使用时，我

31、们需要外加的一个存hdf储器芯片；(3)片内数据存储器，即但但芯片内置的存储空间；(4)片外数据存储器，即当但但芯片内置的存储空间不够使用时，我们需要外加的一个存储器芯片dh。但从用户使用的角dh度，89C51存储器地址空间分为三类：(1)片内片外统一编址dh的0000HFFFFH的64K字节的程序存储器地址空间，用16位地址。dh(2)64K字节dh片外数据存储器空间，地址也是从0000HFFFFH用16位地址。(3)256字节数hd据存储器空间，用8位地址。程序存储器地址空dhf间：89C51程序存储器用于存放编写好的程序和表格常数。程序存储器通过16位程序计数器PC寻址。寻址能dh力为64K字节。片内ROM为4KB。地址为0000HFFFFH。片外最多可扩至64K字节hd。地址为1000HFFFFH。片内片外是统一编址的。当引脚EWE接高电平时，89C5dh1程序计数器PC在0000H0FFFH范围内，即前4K字节地址执行片内ROM中的程dhf序。当指令地址超过0FFFH后，就自动转向片外ROM中取指令。hdf程序存储器的某些单元dhf是留给系统使用的。存储单元0000H0002H用作89C51上电复位后引导程序存放dh单元。因为89C51上电复位后程序计数器PC的内容为0000H,所以C