基于51单片机的光照强度检测报告

课程设计报告

课程名称：智能仪器课程设计

题目：基于51单片机的光照强度

摘要

光敏电阻测光强度系统，该系统可以自动检测光照强度的强弱并显示让人们知道此时光照强度的强弱。人们可以通过看此装置的显示了解现在的光照状态，做合理的光照调节。该设计可分为三部分：即光照检测部分、信号处理部分、光强显示部分。还可加上照明部分。对于光照检测部分可利用光敏电阻传感器作为检测元件，它可以完成从光强到电阻值的信号转换，再把电阻值转换为电信号就可以作为系统的输入信号。对输入信号处理后，就可以用来显示了。对于显示部分可利用数码管来显示，不同的光强对应于不同的数值，就能简单的显示出不同的光强了。本设计就是由单片机STC89C52RC芯片，AD采集模块，运算放大，和1602液晶为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机光照强度检测系统。该光照强度检测系统可以通过检测光照强度，使得光照在低于一定强度的时候让照明灯亮，是一种常用的测试仪器，它可以用在需要照明的各个地方，根据灯光的强弱，自动控制照明灯的开关，有力地节约了电力资源。

关键词：51单片机，，LM358，ADC0809,1602液晶，光敏电阻

目录

一、设计任务、要求 (3)

1.1 设计任务： (3)

1.2 设计要求： (3)

二、方案总体设计 (4)

2.1 方案一： (4)

2.2 方案二： (4)

2.3系统采用方案 (4)

三、硬件设计 (6)

3.1 单片机最小系统 (6)

3.2 液晶显示模块 (6)

3.3 系统电源 (7)

3.4 整体电路 (8)

四、软件设计 (10)

4.1 keil软件介绍 (10)

4.2程序流程图 (10)

五、仿真与实现 (12)

5.1 proteus软件介绍 (12)

5.2 仿真过程 (12)

5.3 实物制作与调试 (14)

5.4 使用说明 (16)

六、总结 (17)

6.1设计总结： (17)

6.2经验总结： (18)

七、参考文献 (19)

一、设计任务、要求

1.1 设计任务：

1).对更多小器件的了解

2).巩固51单片机和C语言的知识，熟悉单片机和C语言的实际操作运用

3).掌握仿真软件的运用和原理图的绘制

4).掌握小信号的放大，滤波与采集

5).熟悉调试方法和技巧，提高解决实际问题的能力

6).熟悉设计报告的编写过程

1.2 设计要求：

1).三个按键控制照明灯的控制

2).对小信号进行放大，滤波和采集

3).1602液晶显示所测光照强度

二、方案总体设计

设计一个基于51单片机的光照强度检测系统。液晶屏幕第一行显示接通照明灯的最低允许光照强度，第二行显示当前光照强度；利用光敏电阻随光照强度的改变而相对应地变化的特性来分压产生一个小信号，再通过运放进行放大，最后通过AD转换进行采集，并且显示出来。利用按键对照明灯控制状态进行调节。蓝滑动变阻器来调节液晶亮度。

2.1 方案一：

由于光敏电阻的阻值范围比较大，并且要输出一个小信号，所以提供给光敏电阻和用于分压的电阻的电压。利用一条由两个电阻组成的分压电路来提供一个小电压。利用两极运放对小信号进行放大，第一级放大10倍，第二级放大5倍，总体放大50倍。利用ADC574进行8位数据的转换，单片机通过P1引脚将数据采集存储，再软件滤波，利用算数平均滤波的方法滤波。再用四位数码管显示出来。用三个按键调节照明灯的控制状态照明灯，一个控制照明灯的总开关，按一下照明灯是否允许亮的状态就改变，一个控制设置的允许照明灯亮的最高亮度值进行单位加，另一个控制设置的允许照明灯亮的最高亮度值进行单位减。利用一个引脚接控制一个照明灯。

2.2 方案二：

由于光敏电阻的阻值范围比较大，并且要输出一个小信号，所以提供给光敏电阻和用于分压的电阻的电压。利用一条由一个稳压二极管和一个电阻组成的分压电路来提供一个小电压。利用一极运放对小信号进行放大，放大50倍。利用ADC0809进行8位数据的转换，单片机通过P2引脚将数据采集存储，再软件滤波，利用中位值滤波的方法滤波。再用液晶1602显示出来。用三个按键调节照明灯的控制状态照明灯，一个控制照明灯的总开关，按一下照明灯是否允许亮的状态就改变，一个控制设置的允许照明灯亮的最高亮度值进行单位加，另一个控制设置的允许照明灯亮的最高亮度值进行单位减。利用一个引脚接控制一个照明灯。

2.3系统采用方案

1）总体设计：

系统总体框架图如图所示：

图1 系统总体框架

2）总体方案工作原理

在给光敏电阻提供一个用于分压的电源时，如果利用两个电阻分出电压的话，当光敏电阻的阻值变化时，分出来的电源电压就会变化。所以采用稳压二极管分一个电压，这样更稳定。采用运放的时候，如果用二级运放，由于运放存在零漂，这样会会使得零漂的现象更加严重，但如果只用一级放大并且放大的倍数达到几十倍的话，失真的现象又会变严重。至于到底失真多大，就不得而知，并且零漂的问题无从解决，就选择一级放大。如果选用ADC574的话，还要接正负15V电源供电，选择ADC0809直接用5V供电。所以选择ADC0809。因为既要显示允许照明灯亮的最高光照值，又要显示当前的光照强度值，为了更直观的显示，选择1602液晶。根据这些对比，最终选择选择方案二。

三、硬件设计

3.1 单片机最小系统

单片机要正常工作，首先要产生片内时钟信号。在单片机内部的振荡器的输入端XTAL1和输出端XTAL2之间接一个石英晶振就可以够成一个自激振荡器。再在两端之间串联接个电容并且在两个电容之间接地以便于稳定频率还对振荡频率有微调作用。电容通常选30uF 左右，振荡脉冲频率范围为0~24MHZ。该电路中选用12MHZ晶振。时钟电路图如下：

、

图2 时钟电路图

单片机在启动时与其他微处理器一样，要让CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始开始工作。这就需要复位操作。复位电路有两种方式：上电自动复位和按键自动复位。上电自动复位只是在开始接通电源瞬间复位，接下来想要再次复位就需要断电重启，不方便。按键自动复位不仅可以在开始接通电源瞬间复位还可以通过按下按键复位随时复位。所以选择按键复位方式。复位电路如下：

图3 复位电路图

3.2 液晶显示模块

该系统需要显示两行。控制1602液晶亮度的是蓝白滑动变阻器。1602液晶有16个管脚。编号为1,2管脚为电源正负极管脚，15,16为背光源正负极管脚；7~14为dataI/O管脚与单片机的P0口相连，负责液晶与芯片之间的信息传送；4,5,6分别为数据/命令选择端、读/