航标灯控制课程设计

目录

第一章系统总体方案选择与说明 (3)

1.1 设计方案选择 (3)

1.2 设计方案说明 (3)

第2章系统结构框图与工作原理 (5)

2.1 系统结构框图 (5)

2.2 系统的工作原理 (5)

第3章各单元硬件设计说明 (7)

3.1 80C51管脚图及功能介绍 (7)

3.2 光敏二极管 (9)

3.3发光二极管的原理 (10)

第4章软件设计与说明（包括流程图） (12)

4.1 软件设计 (12)

4.2 软件设计流程图 (13)

第5章调试结果与必要的调试说明 (15)

5.1 枯水期 (15)

5.2正常水位——白昼 (16)

5.3 正常水位——黑夜 (17)

第6章使用说明 (18)

第7章总结 (19)

第8章参考文献 (21)

附录....................................................................................... .. (24)

第一章系统总体方案选择与说明

1.1 设计方案选择

1.2 设计方案说明

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。

单片机也被称为微控制器（Microcontroler），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。

单片机是随大超规模集成电路的发展而诞生的，它具有体积小、功能强性价比高的特点。把单片机应用于航标灯自动控制系统中，采用单片机做主控单元，无触点检测，可完成对高地电平的采集和检测要求。随着我国人民生活水平的不断提高，人们要求更好，更舒适的工作、生活环境。特别是现在工业告诉发展的时代人们更需要优越的工作环境。由于以单片机为核心开发制作的自动控制系统可以更加方便、准确地控制航标灯的闪烁，达到自动化控制的目的，减少了人力资源和时间的投入。可应变天气原因所造成的人工操作不便和恶劣环境所带来的控制误差，给在内河航行的船舶造成不必要的损失。采用单片机自动控制系统后可大大改善人工作业的环境，也可提高效率，为船舶提供精确的导航信息。

用单片机来设计，通过以8051单片机为核心，利用开关和模拟电阻分别替代传感器（即为水位测量模块）与光敏二极管（即为光强测量模块）制作开发自动控制航标灯，实现1）航标灯在黑夜能定时闪闪发光，亮5s,熄灭5s周期循环。2）白天应停止航标灯工作。3）枯水季节应检测水位高度，低于通航水位时要发出警告信号,定时闪闪发光，亮1s,熄灭1s周期循环。

第2章系统结构框图与工作原理2.1 系统结构框图

2.2 系统的工作原理

检测P1.1口的电平（即水位的高度），当P1.1为低电平时（即为枯水期），P2.1输出为高电平，灯亮1s,熄灭1s周期循环。当P1.1为高电平时（即为安全期），此时P1.0为高电平时（即为白昼），灯不工作；当P1.1为高电平时，此时P1.0为低电平（即为夜晚），灯亮5s,熄灭5s周期循环。其工作逻辑关系如下表所示：

第3章各单元硬件设计说明

3.1 80C51管脚图及功能介绍

Vss(20脚):接地

VCC（40脚）: 主电源+5V

XTAL1（19脚）:接外部晶体的一端。在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该端引脚必须接地；对于CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。

XTAL2（18脚）: 接外部晶体的另一端。在片内它是一个振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率是晶体振荡频率。若需采用外部时钟电路，对于HMOS 单片机，该引脚输入外部时钟脉冲；对于CHMOS单片机，此引脚应悬浮。

RST（9脚）: 单片机刚接上电源时，其内部各寄存器处于随机状态，在该脚输入24个时钟周期宽度以上的高电平将使单片机复位（RESET）

PSEN（29脚）: 在访问片外程序存储器时，此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。CPU在向片外存储器取指令期间，PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。不过，在访问片外数据存储器时，这两次有效PSEN信号不出现。PSEN端同样可驱动8个LSTTL负载。我们根据PSEN、ALE和XTAL2输出端是否有信号输出，可以判别80C51是否在工作。

ALE/PROG（30脚）:在访问片外程序存储器时，此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。CPU在向片外存储器取指令期间，PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。不过，在访问片外数据存储器时，这两次有效PSEN信号不出现。PSEN端同样可驱动8个LSTTL负载。我们根据PSEN、ALE和XTAL2输出端是否有信号输出，可以判别80C51是否在工作。

EA/VPP（31脚）: 当EA端输入高电平时，CPU从片内程序存储器地址0000H 单元开始执行程序。当地址超出4KB时，将自动执行片外程序存储器的程序。当EA输入低电平时，CPU仅访问片外程序存储器。在对87C51EPROM编程时，此引脚用于施加编程电压VPP。输入/输出引脚：（1）P0.0—P0.7 (39脚—32脚) （2）P1.0—P1.7 （1脚—8脚）（3）P2.0—P2.7 （26脚—21脚）（4）P3.0—P3.7 （10脚—17脚）

3.2 光敏二极管

光敏二极管又称光电二极管，它与普通半导体二极管在结构上是相似的。下图是光敏二极管的结构图。在光敏二极管管壳上有一个能射入光线的玻璃透镜，入射光通过透镜正好照射在管芯上。发光二极管管芯是一个具有光敏特性的PN 结，它被封装在管壳内。发光二极管管芯的光敏面是通过扩散工艺在N型单晶硅上形成的一层薄膜。光敏二极管的管芯以及管芯上的PN结面积做得较大，而管芯上的电极面积做得较小，PN结的结深比普通半导体二极管做得浅，这些结构上的特点都是为了提高光电转换的能力。

另外，与普通半导体二极管一样，在硅片上生长了一层S

i O

2

保护层，它把

PN结的边缘保护起来，从而提高了管子的稳定性，减少了暗电流。光敏二极管与普通光敏二极管一样，它的PN结具有单向导电性，因此，光敏二极管工作时应加上反向电压，如图所示。当无光照时，电路中也有很小的反向饱和漏电流，一般为1 * 10-8 -- 1X10 -9A(称为暗电流)，此时相当于光敏二极管截止;当有光照射时，PN结附近受光子的轰击，半导体内被束缚的价电子吸收光子能量而被击发产生电子一空穴对O这些载流子的数目，对于多数载流子影响不大，但对P 区和N区的少数载流子来说，则会使少数载流子的浓度大大提高，在反向电压作