信息与控制工程学院硬件课程设计说明书
居室光照强度监测系统的设计
学生学号：
学生姓名：
专业班级：
指导教师：
职 称：
起止日期：
******学院
Shandong Institute of Chemical Technology
课程设计任务书
一、设计题目：居室光照强度监测系统的设计
二、设计目的：
1．掌握STC89C52单片机最小系统及接口电路的设计；
2．熟练掌握单片机的编程方法；
3．掌握利用Keil 进行软件仿真编程及程序下载的方法。
三、设计任务及要求：
设计并实现居室光照强度监测系统的设计。该系统的基本功能有：
1．具有测量光照强度功能，能够自动随着光照强度改变窗帘的开口；
2．具有显示时间、报警等功能；
3．其他功能。
四、设计时间及进度安排：
设计时间共三周（2014.04.14～2014.05.02）, 具体安排如下表：
目 录
课程设计任务书 . ..................................................................................................................................................I
第1章 课程设计的目的 ................................................................................................................................... 1
第2章 单片机 .................................................................................................................................................... 2
2.1单片机介绍引脚功能 ........................................................................................................................... 2
2.2 时钟电路 . .............................................................................................................................................. 3
2.3 复位电路 . .............................................................................................................................................. 4
2.5 下载电路 . .............................................................................................................................................. 6
第3章 硬件电路设计 . ....................................................................................................................................... 7
3.1 整体设计框图....................................................................................................................................... 7
3.2 直流稳压电源的设计 .......................................................................................................................... 7
3.3 键盘接口电路的设计 .......................................................................................................................... 8
3.3.1 键盘工作原理 ........................................................................................................................... 8
3.3.2 键盘与单片机接口电路 .......................................................................................................... 9
3.4 液晶显示接口电路的设计 . ................................................................................................................. 9
3.4.1液晶显示器 ................................................................................................................................ 9
3.4.2液晶显示器与单片机接口电路 ............................................................................................. 10
3.5 光强采集电路的设计 ........................................................................................................................ 10
3.5.1 光强传感器 ............................................................................................................................. 10
3.5.2 AD0832转换器 ....................................................................................................................... 11
3.5.3 光强采集电路的设计 . ............................................................................................................ 12
3.6 电机驱动电路的设计 ........................................................................................................................ 12
3.6.1 L293D的介绍 . ......................................................................................................................... 12
3.6.2 L293D与单片机的接口电路 . ................................................................................................ 13
3.7 时钟电路的设计 ................................................................................................................................ 13
3.7.1 DS1302 ..................................................................................................................................... 13
3.7.2 DS1302与单片机的接口电路 . .............................................................................................. 14
3.8 报警电路的设计 ................................................................................................................................ 14
第4章 软件程序设计 . ................................................................................................................................... 15
4.1 KEIL软件的使用 ............................................................................................................................... 15
4.2 主要程序流程图 ................................................................................................................................ 22
结 论 . ............................................................................................................................................................ 23
参考文献 ............................................................................................................................................................ 24
附 录 . ............................................................................................................................................................ 25
第1章 课程设计的目的
课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。通过课程设计使学生获得以下几方面能力，为毕业设计（论文）奠定基础。
1．进一步巩固和加深学生所学一门或几门相关专业课（或专业基础课）理论知识，培养学生设计、计算、绘图、计算机应用、文献查阅、报告撰写等基本技能；
2．培养学生实践动手能力及独立分析和解决工程实际问题的能力；
3．培养学生的团队协作精神、创新意识、严肃认真的治学态度和严谨求实的工作作风。
第2章 单片机
2.1单片机介绍引脚功能
STC89C52是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8k 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵活的8位CPU 和在系统可编程Flash ，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C51具有以下标准功能：8k 字节Flash ，512字节RAM ，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM ，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外STC98C52可降至0HZ 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM 、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护下，RAM 内容被保护，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运行频率35Mhz ，6T/12T可选。
下面以40 脚双列直插封装形式的MCS-51单片机为例，对单片机外部引脚的功能进行简要说明， 其引脚图如图2-1所示。
图2-1 STC89C52 引脚图
根据功能的不同，引脚可分为四类：①电源引脚；②时钟引脚；③控制引脚；④I/O引脚。 VCC ：+5V电源线；GND ：接地线。
P0口：P0.7~P0.0，这组引脚共8条，其中P0.7为最高位，P0.0为最低位。这8条引脚共有两种不同的功能，分别使用于两种不同的情况。第一种情况是单片机不带片外存储器，P0口可以作为通用I/O口使用，P0.7~P0.0用于传送CPU 的输入/输出数据，此时它需外接一上拉电阻才能正常工作。第二种情况是单片机带片外存储器，其各引脚在CPU 访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU 对片外存储器的读写数据。
P1口：P1口是一个内部含上拉电阻的8位双向I/O口。它也可作为通用的I/O口使用，与P0口一样用于传送用户的输入输出数据，所不同的是它片内含上拉电阻而P0口没有，故P0口在做该
EA /VPP：允许访问片外存储器/编程电源线，当EA 保持低电平时，则在此期间允许使用片外程序存储器，不管是否有内部程序存储器。当EA 端保持高电平时，则允许使用片内程序存储器。在FLASH 编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源（VPP ）。
XTAL1和XTAL2：片内振荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接单片机片内OSC 的定时反馈回路。
2.2 时钟电路
电路中的晶振即石英晶体振荡器。由于石英晶体振荡器具有非常好的频率稳定性和抗外界干扰的能力，所以，石英晶体振荡器是用来产生基准频率的。通过基准频率来控制电路的频率的准确性。同时，它还可以产生震荡电流，向单片机发出时钟信号。
时钟电路用于产生单片机的基本时钟信号。STC89C52的时钟信号可由内部振荡器产生，也可由外部电路直接提供。内部振荡器的输入和输出脚分别为XTAL1和XATL2，由XTAL2给单片机内部电路提供时钟信号。当时钟信号由外部电路提供时，外部时钟引入XTAL2，而XTAL1脚接地。
1. 内部振荡方式：STC89C52单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件(晶体振荡器和电容) ，即可构成一个稳定的自激振荡器。
2. 外部振荡方式：把外部已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适宜用来使单片机的时钟与外部信号保持同步。
图2-2是单片机的晶振电路。片内电路与片外器件就构成一个时钟产生电路，CPU 的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在1.2MHz~24MHz之间选取。C1、C2是反馈电容，其值在20pF~100pF之间选取，典型值为22pF ，晶振频率是12MHz 。震荡周期是1/12us。
图2-2 单片机时钟电路图
2.3 复位电路
复位是单片机的初始化操作，只需要给89C52的复位引脚RST 加上大于2个机器周期（即24个始终震荡周期）的高电平就可以使89C52复位。复位时，单片机初始化为0000H ，从0000H 单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行错误或操作错误使系统处于锁死状态时，也需要复位键使RST 脚为高电平，使89C52摆脱“跑飞”或者“锁死”状态而重新启动。单片机的复位系统有：上电复位、手动复位。
1、上电复位
AT89C52的上电复位电路，只要在RST 复位输入引脚上接一电容至Vcc 端，下接一个电阻到地即可。对于CMOS 型单片机，由于在RST 端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至1uF 。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电 容加给RST 端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc 对电容的充电过程而逐渐回落，即RST 端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位，RST 端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，Vcc 的上升时间约为10ms ，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz ，起振时间为1ms ；晶振频率为1MHz ，起振时间则为10ms 。在图2-4的复位电路中，当Vcc 掉电时，
必然会使RST 端电压迅速下降到0V 以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序计数器PC 将得不到一个合适的初值，因此，CPU 可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。在本设计中复位电路采用上电自动复位，如图2-3所示。
图 2-3 单片机复位电路图
2、手动按钮复位
手动按钮复位需要人为在复位输入端RST 上加入高电平。一般采用的办法是在RST 端和正电源Vcc 之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc 的+5V电平就会直接加到RST 端。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。使RST 引脚经过10uF 电解电容与VCC 电源接通，同时经过电阻与地连接而实现，上电系统自动进入复位状态，电路如图2-4所示。
图 2-4 按键复位电路
2.4 最小系统
单片机的最小系统是指使单片机能运行程序、正常工作的最简单电路系统，是保证单片正常启动、开始工作的必须电路，缺一不可。单片机最小系统一般由单片机、程序存储器、时钟电路和复
位电路组成。对于STC89C52单片机，由于片内有4K 的程序存储器，所以其最小系统除了单片机本身外，只需外接时钟电路与复位电路即可。如图2-5所示。
图2-5单片机最小系统图
2.5 下载电路
MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用单电源+5V供电，其主要特点： （1）符合所有的RS-232C 技术标准 （2）只需要单一+5V电源供电
（
3）片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V 电压 （4）功耗低，典型电流5mA
（5）内部集有2个RS-232C 驱动器和2个RS-232C 接收器 单片机89C52的下载电路如图2-6所示。
图2-6单片机下载电路
第3章 硬件电路设计
3.1 整体设计框图
本设计系统以STC89C52单片机作为控制核心，光敏电阻为控制对象，运用C 语言编程实现系统的各种功能。该系统由单片机最小系统、传感器电路、报警电路、功率放大电路、LCD 显示电路、键盘电路六大部分组成。以光敏电阻为光强测量元件，使用STC89C52单片机作为控制核心，通过键盘设置正常温度的阈值，采用LCD1602液晶显示。系统框图如图3-1所示。
图3-1直流稳压电源框图
3.2 直流稳压电源的设计
电源部分提供整个电路所需各种电压，由电源变压器、整流电路、滤波电路及辅助稳压输出构
成，电源变压器的功率由需要输出的电流大小决定，确保有充足功率余量。
（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V 交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。
（2）整流电路：整流电路将交流电压Ui 变换成脉动的直流电压。
（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压各滤波电容C 满足RL -C =(3~5) T /2，或中T 为输入交流信号周期，RL 为整流滤波电路的等效负载电阻。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。
（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。
交流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是大小（电流强度）还是处在不断地变化之中。这种脉动直流一般是不能直接用来给无线电装供电的。要把脉动直流变成波形平滑的直流，还需要再做一番“填平取齐”的工作，这便是滤波。换句话说，滤波的任务，就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成接近恒稳的直流电。稳压电路有分立元件稳压电路和集成稳压电路
两种，其中集成稳压电路主要用于低电压小电流的整流电路，具有体积小，电路简单，稳压精度高，使用调试方便等特点。
单片机正常工作电压为5V ，因此设计的电源电路主要是提供单片机工作电压。在为单片机提供电源的电路图中，采用了三端集成稳压块LM7805，可以输出5V 的直流电流以供给单片机。其电路图如图3-2所示。
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图3-2直流稳压电源
3.3 键盘接口电路的设计
3.3.1 键盘工作原理
键盘的基本工作原理就是实时监视按键，将按键信息送入计算机。在键盘的内部设计中有定位按键位置的键位扫描电路、产生被按下键代码的编码电路以及将产生代码送入计算机的接口电路等等，这些电路被统称为键盘控制电路。根据键盘工作原理，可以把计算机键盘分为编码键盘和非编码键盘。键盘控制电路的功能完全依靠硬件来自动完成的，这种键盘称为编码键盘，它能自动将按下键的编码信息送入计算机。另外一种键盘，它的键盘控制电路功能要依靠硬件和软件共同完成，这种键盘称为非编码键盘。这种键盘响应速度不如编码键盘快，但它可通过软件为键盘的某些按键重新定义，为扩充键盘的功能提供了极大的方便，从而得到了广泛应用。
键盘分编码和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件译码器实现并产生键编号或键值的称为编码键盘，如BCD 码键盘，ASCII 码键盘等；靠软件识别的称为非编码键盘。在单片机组成的测控系统及智能化仪器中，用得最多的是非编码键盘。所以我们着重讨论非编码矩阵式键盘原理。矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。一个3*3的行、列结构可以构成一个由9个按键的键盘。同理一个4*4的行、列可以构成一个含有16个按键的键盘等等。很明显，在按键数量较多的场合，矩阵键盘与独立按键键盘相比，要节省很多的I/O口。矩阵键盘的按键设置在行、列线的交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。列线通过上拉电阻接到+5V。平时无按键动作时，列线处于高电平状态，而当由按键按下时，列线电平状态将由与此列线相连的行线电平决定。行线电平如果为低，则列线电平为低；行线电平如果为高，则列线电平亦为高。这一点是识别矩阵键盘按键是否被按下的关键所在。
3.3.2 键盘与单片机接口电路
键盘与单片机接口电路。根据本设计需要，本系统采用了独立键盘实现对温度值上下限功能键的设定。独立键盘与单片机的接口电路如图3-3所示。
图3-3 键盘与单片机接口电路
3.4 液晶显示接口电路的设计
3.4.1液晶显示器
液晶显示屏是以若干个5´8或5´11点阵块组成的显示字符群。每个点阵块为一个字符位，字符间距和行距都为一个点的宽度。主控制驱动电路为HD44780（HITACHI ）及其他公司全兼容电路，如SED1278（SEIKO EPSON）、KS0066（SAMSUNG ）、NJU6408（NER JAPAN RADIO）。
具有字符发生器ROM 可显示192种字符（160个5´7点阵字符和32个5´10点阵字符）具有64个字节的自定义字符RAM ，可自定义8个5´8点阵字符或四个5´11点阵字符。
具有80个字节的RAM ，标准的接口特性，适配M6800系列MPU 的操作时序。模块结构紧凑、轻巧、装配容易，像素尺寸小，分辨率高。颜色分单色（黑白）、彩色两种。
为便于夜间观察，可采用由LED 或ELD 器件构成的背景光源。液晶显示器属于被动发光型显示器件，它本身不发光，只能反射或透射外界光线，因此环境亮度越高，显示越清晰。其亮暗对比度可达100:1。单+5V电源供电，采用交流驱动方式。
本设计显示部分采用字符型TC1602液晶显示所测光强值并且显示控制界面。LCD1602如图3-4所示。
LCD 1602A
图 3-4 TC1602
3.4.2液晶显示器与单片机接口电路
1602的4脚RS 为数据/命令选择端，由单片机的P2.0端控制；5脚R/W是读写控制端，接单片机的P2.1端；6脚为1602的使能端，控制1602是否工作；1602的7脚14脚分别接单片机的P0.0~P0.7，由单片机向显示器传送数据。
LCD1602与单片机的接口电路如图3-5所示。
图3-5 LCD1602显示电路
3.5 光强采集电路的设计
3.5.1 光强传感器
光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，又称光导管，它是基于光导体光电效应工作的。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可以加直流偏压，也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值很大，电路中的电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值急剧减少，因此电路中电流迅速增加。光敏电阻具有很强的灵敏性，很好的光谱特性，光谱响应从紫外区一直到红外区，而且具有体积小、重量轻、稳定性强的优点，因此在自动化技术中得到很好的应用。光
敏电阻器一般应用于光的测量、光的控制和光电转换。通常光敏电阻都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片内就会激发出电子——空穴对，参与导电，使电路中电流增加。
光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就会随光强的增大而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。 光敏电阻的主要参数是：
（1）光电流、两电阻。光敏电阻器在外加电压和光电流之比是亮电阻，常用“100LX ”表示。 （2）暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。 （3）灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。 （4）光谱响应。光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。
（5）光照特性。光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。
（6）伏安特性曲线。伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。 （7）温度系数。光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。
（8）额定功率。额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率就降低。
3.5.2 AD0832转换器
ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D 转换芯片, 其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0-5V 之间。芯片转换时间仅为32uS ，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。AD0832引脚图如下所示。
图 3-6 AD0832引脚图
3.5.3 光强采集电路的设计
正常情况下，AD0832与单片机的接口应为4条数据线，分别为CS 、CLK 、DO 、DI 。但由于DO 端和DI 端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时将DO 和DI 并联在一根数据线上使用。
当AD0832未工作时其CS 输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI的电平任意。当要进行A/D转换时，须先将CS 使能端置于低电平并且保持低电平直到转换结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI 端输入通道功能选择的数据信号。光敏电阻经AD0832与单片机的连接如图3-7所示。
图3-7 AD与单片机接口电路
3.6 电机驱动电路的设计
3.6.1 L293D的介绍
L293D 是一款单片集成的高电压、高电流、4通道电机驱动，设计用于连接标准DTL 或TTL 逻辑电平，驱动电感负载（诸如继电线圈、DC 和步进电机）和开关功率晶体管等等。为了简化为双桥应用，L293D 每个通道对都配备了一个使能输入端。L293D 逻辑电路具有独立的供电输入，可在更低的电压下工作。此外，L293D 还内置了箝位二极管。L293D 适用于频率达5 kHz的开关应用。L293D 引脚如图3-8所示。
图3-8 L293D引脚图
3.6.2 L293D与单片机的接口电路
单片机的P2.7 脚接L293D 的使能端，控制芯片的工作与否，当为高电平时L293D 可以工作，反之，则不可以；单片机的P2.5脚、P2.6脚接分别接芯片的控制端，两个引脚分别给予高低电平控制电机的正转和反转；L293D 的8脚接5V 电源进行驱动芯片。
L293D 与单片机接口电路如图3-9所示。
图 3-9 L293D与单片机接口电路
3.7 时钟电路的设计
3.7.1 DS1302
DS1302 是美国DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V ～5.5V 。采用三线接口与CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM 数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM 寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。
DS1302的引脚排列, 其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz 晶振。RST 是复位/片选线，通过把RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST 输入有两种功能：首先，RST 接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST 提供终止单
字节或多字节数据传送的方法。当RST 为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST 置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc>2.0V之前，RST 必须保持低电平。只有在SCLK 为低电平时，才能将RST 置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向) ，SCLK 为时钟输入端。
3.7.2 DS1302与单片机的接口电路
DS1302与单片机的连接仅需3根线：CE 引脚与单片机的P1.2引脚相连接、SCLK 串行时钟引脚与单片机的P1.0引脚相连接、I/O串行数据引脚与单片机的P1.0引脚相连接。VCC1为主电源，VCC2是备份电源；SCLK ：串行时钟，输入，控制数据的输入输出；I/O：三线接口时的双向数据线；CE ：输入信号，在读写数据期间，必须为高电平，所以此时单片机的P1.2引脚必须发出高电平。
DS1302与单片机的接口电路如图3-10所示。
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图 3-10 DS1302与单片机接口电路
3.8 报警电路的设计
报警电路如图所示，由单片机的P2.7引脚控制。当时间超过设定值时，P2.7引脚置低，三极管导通，进而蜂鸣器导通，蜂鸣器实现蜂鸣，即实现了报警的功能。报警电路的设计如图3-11所示。
图3-11 报警电路
第4章 软件程序设计
4.1 KEIL软件的使用
Keil C51软件是Keil Software 公司推出的uVision3，是一款可用于多种8051 MCU的集成开发环境(IDE)，该IDE 同时也是PK51及其它开发套件的一个重要组件。除增加了源代码、功能导航器、模板编辑以及改进的搜索功能外，提供了一个配置向导功能，加速了启动代码和配置文件的生成。此外其内置的仿真器可模拟目标MCU ，包括指令集、片上外围设备及外部信号等。其提供逻辑分析器，可监控基于MCU I/O引脚和外设状态变化下的程序变量。编辑的C 或汇编文件，分别由C51及A51编译器编译生成目标文件（.OBJ ）。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件（.ABS ）。ABS 文件由OH51转换成标准的HEX 文件，以供调试器使用进行源代码调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM 中。注意晶振的频率，默认的是11.0592MHz, 可以根据需要修改。调试时注意PC 机与仿真器之间始终保持通信联络，导致独立Keil 仿真器上一个指示数据接收的LED 不断闪亮。 使用Keil C51时，打开界面，并非即刻能够编辑程序的窗口，需要新建文件和设置，其步骤如下：
1. 双击图标打开Keil 软件，如图4-1所示。
图 4-1 Keil软件图标
2. 单击菜单栏[Project]->[New Project]，如图4-2所示。
图 4-2 选择新建工程
3. 将新工程保存到一个文件夹，如图4-3所示。
图 4-3 选择文件夹
4. 选择一款CPU 芯片，这里STC89C52RC 对应着Philips 的P89V51RD2，如图4-4选择界面。
图4-4选择界面
5. 提示是否复制8051的启动代码到文件夹，这里选择“否”。如图4-5 所示。
图 4-5 代码提示
6. 完成后，在Project Workspace中可以看到Source Group1，如图4-6。
图4-6Target 1下拉菜单
7. 以“*.c”作为后缀名保存，如图4-7。
如图4-7保存文件
8. 点击刚刚保存的文件led.c ，再点击Add 将文档添加到工程中来，如图4-8所示。
图 4-8工程中添加文档
9. 可以看到led.c 已经在Source Group1中，如图4-9所示。
图 4-9添加文档成功
10. 单击工具栏上的“Options for target”工具，选择Output 标签，勾上“Create HEX File”，如图4-10所示。
图 4-10 生成HEX 文件
11. 打开STC_ISP_V480下载工具，如图4-11所示。
图4-11 下载软件
12. 选择MCU Type为STC89C52RC ，如图4-12所示。
图 4-12选择单片机类型
13. 打开程序文件，选择刚刚编译好的led.hex 文件，如图4-13所示。
图 4-13 选择文件
14. 打开电脑设备管理器查看51开发板的串口是哪个口，我的是COM4，所以我选择COM4，如图4- 14 所示。
图 4-14 选择串口
15. 单击“Download/下载”按钮，等待下载完成后上电即可，如图4-15所示。
图 4-15 点击下载
4.2 主要程序流程图
在对我们所要设计的课题有了整体的了解之后，需要先建立程序框架的流程图，对整个设计划分模块，逐个模块实现其功能，最终把各个子模块合理的连接起来，构成总的程序。主程序首先要对整个系统进行初始化，然后将采集到的光强大小指令传给系统的主流程图如图4-16所示。
图 4-16 主流程图
结 论
经过三个星期的实习，整个设计通过了软件和硬件上的调试。我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，而在解决的过程当中你会发现自己在飞速的提升。对于教材管理系统，其程序是比较简单的，主要是解决程序设计中的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。因此在整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的。很多子程序是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在，这需要对系统的结构很熟悉。因此可以说系统的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。
同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的
在设计的过程中遇到很多问题，可以说是困难重重，因为这毕竟是第一次做，难免会遇到各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说protel 、keil 等软件的使用，这些都是课本上没有学过的，在这次的设计中也都一一学会了。
所以我认为这次的课程设计意义很深，和其他2位同学的共同学习﹑配合﹑努力的过程也很愉快，另外还要感谢老师的耐心辅导。
参考文献
[1] 阎石. 数字电子技术基础. 北京:高等教育出版社,1998
[2] 陈明荧.8051单片机课程设计实训教材[M].北京：清华大学出版社，2003 [3] 徐新艳. 单片机原理，应用与实践[M].北京：高等教育出版社，2005
[4] 吴金戌. 沈庆阳，郭庭吉.8051单片机实践与应用[M].北京：清华大学出版社，2002 [5] 王千. 实用电子电路大全[M]. 电子工业出版社，2001
[6] 冯博琴. 微型计算机原理与接口技术[M].北京：清华大学出版社，2004 [7] 何立民. 单片机应用技术选编 [M] .北京:北京航空航天大学出版社,2004. [8] 赵亮. 侯国锐. 单片机C 语言编程与实例[M].北京:人民邮电出版社，2003 [9] 王幸之.AT89系列单片机原理及C51程序设计. 北京:科技出版社，2002 [10] 潘新民、王艳芳. 微型计算机控制技术. 高等教育出版社.2002.5 [11] 周坚. 单片机轻松入门. 北京航空航天出版社，2002.4
信息与控制工程学院硬件课程设计说明书
附 录
- 25 -
信息与控制工程学院硬件课程设计说明书
居室光照强度监测系统的设计
学生学号：
学生姓名：
专业班级：
指导教师：
职 称：
起止日期：
******学院
Shandong Institute of Chemical Technology
课程设计任务书
一、设计题目：居室光照强度监测系统的设计
二、设计目的：
1．掌握STC89C52单片机最小系统及接口电路的设计；
2．熟练掌握单片机的编程方法；
3．掌握利用Keil 进行软件仿真编程及程序下载的方法。
三、设计任务及要求：
设计并实现居室光照强度监测系统的设计。该系统的基本功能有：
1．具有测量光照强度功能，能够自动随着光照强度改变窗帘的开口；
2．具有显示时间、报警等功能；
3．其他功能。
四、设计时间及进度安排：
设计时间共三周（2014.04.14～2014.05.02）, 具体安排如下表：
目 录
课程设计任务书 . ..................................................................................................................................................I
第1章 课程设计的目的 ................................................................................................................................... 1
第2章 单片机 .................................................................................................................................................... 2
2.1单片机介绍引脚功能 ........................................................................................................................... 2
2.2 时钟电路 . .............................................................................................................................................. 3
2.3 复位电路 . .............................................................................................................................................. 4
2.5 下载电路 . .............................................................................................................................................. 6
第3章 硬件电路设计 . ....................................................................................................................................... 7
3.1 整体设计框图....................................................................................................................................... 7
3.2 直流稳压电源的设计 .......................................................................................................................... 7
3.3 键盘接口电路的设计 .......................................................................................................................... 8
3.3.1 键盘工作原理 ........................................................................................................................... 8
3.3.2 键盘与单片机接口电路 .......................................................................................................... 9
3.4 液晶显示接口电路的设计 . ................................................................................................................. 9
3.4.1液晶显示器 ................................................................................................................................ 9
3.4.2液晶显示器与单片机接口电路 ............................................................................................. 10
3.5 光强采集电路的设计 ........................................................................................................................ 10
3.5.1 光强传感器 ............................................................................................................................. 10
3.5.2 AD0832转换器 ....................................................................................................................... 11
3.5.3 光强采集电路的设计 . ............................................................................................................ 12
3.6 电机驱动电路的设计 ........................................................................................................................ 12
3.6.1 L293D的介绍 . ......................................................................................................................... 12
3.6.2 L293D与单片机的接口电路 . ................................................................................................ 13
3.7 时钟电路的设计 ................................................................................................................................ 13
3.7.1 DS1302 ..................................................................................................................................... 13
3.7.2 DS1302与单片机的接口电路 . .............................................................................................. 14
3.8 报警电路的设计 ................................................................................................................................ 14
第4章 软件程序设计 . ................................................................................................................................... 15
4.1 KEIL软件的使用 ............................................................................................................................... 15
4.2 主要程序流程图 ................................................................................................................................ 22
结 论 . ............................................................................................................................................................ 23
参考文献 ............................................................................................................................................................ 24
附 录 . ............................................................................................................................................................ 25
第1章 课程设计的目的
课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。通过课程设计使学生获得以下几方面能力，为毕业设计（论文）奠定基础。
1．进一步巩固和加深学生所学一门或几门相关专业课（或专业基础课）理论知识，培养学生设计、计算、绘图、计算机应用、文献查阅、报告撰写等基本技能；
2．培养学生实践动手能力及独立分析和解决工程实际问题的能力；
3．培养学生的团队协作精神、创新意识、严肃认真的治学态度和严谨求实的工作作风。
第2章 单片机
2.1单片机介绍引脚功能
STC89C52是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8k 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵活的8位CPU 和在系统可编程Flash ，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C51具有以下标准功能：8k 字节Flash ，512字节RAM ，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM ，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外STC98C52可降至0HZ 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM 、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护下，RAM 内容被保护，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运行频率35Mhz ，6T/12T可选。
下面以40 脚双列直插封装形式的MCS-51单片机为例，对单片机外部引脚的功能进行简要说明， 其引脚图如图2-1所示。
图2-1 STC89C52 引脚图
根据功能的不同，引脚可分为四类：①电源引脚；②时钟引脚；③控制引脚；④I/O引脚。 VCC ：+5V电源线；GND ：接地线。
P0口：P0.7~P0.0，这组引脚共8条，其中P0.7为最高位，P0.0为最低位。这8条引脚共有两种不同的功能，分别使用于两种不同的情况。第一种情况是单片机不带片外存储器，P0口可以作为通用I/O口使用，P0.7~P0.0用于传送CPU 的输入/输出数据，此时它需外接一上拉电阻才能正常工作。第二种情况是单片机带片外存储器，其各引脚在CPU 访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU 对片外存储器的读写数据。
P1口：P1口是一个内部含上拉电阻的8位双向I/O口。它也可作为通用的I/O口使用，与P0口一样用于传送用户的输入输出数据，所不同的是它片内含上拉电阻而P0口没有，故P0口在做该
EA /VPP：允许访问片外存储器/编程电源线，当EA 保持低电平时，则在此期间允许使用片外程序存储器，不管是否有内部程序存储器。当EA 端保持高电平时，则允许使用片内程序存储器。在FLASH 编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源（VPP ）。
XTAL1和XTAL2：片内振荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接单片机片内OSC 的定时反馈回路。
2.2 时钟电路
电路中的晶振即石英晶体振荡器。由于石英晶体振荡器具有非常好的频率稳定性和抗外界干扰的能力，所以，石英晶体振荡器是用来产生基准频率的。通过基准频率来控制电路的频率的准确性。同时，它还可以产生震荡电流，向单片机发出时钟信号。
时钟电路用于产生单片机的基本时钟信号。STC89C52的时钟信号可由内部振荡器产生，也可由外部电路直接提供。内部振荡器的输入和输出脚分别为XTAL1和XATL2，由XTAL2给单片机内部电路提供时钟信号。当时钟信号由外部电路提供时，外部时钟引入XTAL2，而XTAL1脚接地。
1. 内部振荡方式：STC89C52单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件(晶体振荡器和电容) ，即可构成一个稳定的自激振荡器。
2. 外部振荡方式：把外部已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适宜用来使单片机的时钟与外部信号保持同步。
图2-2是单片机的晶振电路。片内电路与片外器件就构成一个时钟产生电路，CPU 的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在1.2MHz~24MHz之间选取。C1、C2是反馈电容，其值在20pF~100pF之间选取，典型值为22pF ，晶振频率是12MHz 。震荡周期是1/12us。
图2-2 单片机时钟电路图
2.3 复位电路
复位是单片机的初始化操作，只需要给89C52的复位引脚RST 加上大于2个机器周期（即24个始终震荡周期）的高电平就可以使89C52复位。复位时，单片机初始化为0000H ，从0000H 单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行错误或操作错误使系统处于锁死状态时，也需要复位键使RST 脚为高电平，使89C52摆脱“跑飞”或者“锁死”状态而重新启动。单片机的复位系统有：上电复位、手动复位。
1、上电复位
AT89C52的上电复位电路，只要在RST 复位输入引脚上接一电容至Vcc 端，下接一个电阻到地即可。对于CMOS 型单片机，由于在RST 端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至1uF 。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电 容加给RST 端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc 对电容的充电过程而逐渐回落，即RST 端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位，RST 端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，Vcc 的上升时间约为10ms ，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz ，起振时间为1ms ；晶振频率为1MHz ，起振时间则为10ms 。在图2-4的复位电路中，当Vcc 掉电时，
必然会使RST 端电压迅速下降到0V 以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序计数器PC 将得不到一个合适的初值，因此，CPU 可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。在本设计中复位电路采用上电自动复位，如图2-3所示。
图 2-3 单片机复位电路图
2、手动按钮复位
手动按钮复位需要人为在复位输入端RST 上加入高电平。一般采用的办法是在RST 端和正电源Vcc 之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc 的+5V电平就会直接加到RST 端。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。使RST 引脚经过10uF 电解电容与VCC 电源接通，同时经过电阻与地连接而实现，上电系统自动进入复位状态，电路如图2-4所示。
图 2-4 按键复位电路
2.4 最小系统
单片机的最小系统是指使单片机能运行程序、正常工作的最简单电路系统，是保证单片正常启动、开始工作的必须电路，缺一不可。单片机最小系统一般由单片机、程序存储器、时钟电路和复
位电路组成。对于STC89C52单片机，由于片内有4K 的程序存储器，所以其最小系统除了单片机本身外，只需外接时钟电路与复位电路即可。如图2-5所示。
图2-5单片机最小系统图
2.5 下载电路
MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用单电源+5V供电，其主要特点： （1）符合所有的RS-232C 技术标准 （2）只需要单一+5V电源供电
（
3）片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V 电压 （4）功耗低，典型电流5mA
（5）内部集有2个RS-232C 驱动器和2个RS-232C 接收器 单片机89C52的下载电路如图2-6所示。
图2-6单片机下载电路
第3章 硬件电路设计
3.1 整体设计框图
本设计系统以STC89C52单片机作为控制核心，光敏电阻为控制对象，运用C 语言编程实现系统的各种功能。该系统由单片机最小系统、传感器电路、报警电路、功率放大电路、LCD 显示电路、键盘电路六大部分组成。以光敏电阻为光强测量元件，使用STC89C52单片机作为控制核心，通过键盘设置正常温度的阈值，采用LCD1602液晶显示。系统框图如图3-1所示。
图3-1直流稳压电源框图
3.2 直流稳压电源的设计
电源部分提供整个电路所需各种电压，由电源变压器、整流电路、滤波电路及辅助稳压输出构
成，电源变压器的功率由需要输出的电流大小决定，确保有充足功率余量。
（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V 交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。
（2）整流电路：整流电路将交流电压Ui 变换成脉动的直流电压。
（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压各滤波电容C 满足RL -C =(3~5) T /2，或中T 为输入交流信号周期，RL 为整流滤波电路的等效负载电阻。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。
（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。
交流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是大小（电流强度）还是处在不断地变化之中。这种脉动直流一般是不能直接用来给无线电装供电的。要把脉动直流变成波形平滑的直流，还需要再做一番“填平取齐”的工作，这便是滤波。换句话说，滤波的任务，就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成接近恒稳的直流电。稳压电路有分立元件稳压电路和集成稳压电路
两种，其中集成稳压电路主要用于低电压小电流的整流电路，具有体积小，电路简单，稳压精度高，使用调试方便等特点。
单片机正常工作电压为5V ，因此设计的电源电路主要是提供单片机工作电压。在为单片机提供电源的电路图中，采用了三端集成稳压块LM7805，可以输出5V 的直流电流以供给单片机。其电路图如图3-2所示。
T
图3-2直流稳压电源
3.3 键盘接口电路的设计
3.3.1 键盘工作原理
键盘的基本工作原理就是实时监视按键，将按键信息送入计算机。在键盘的内部设计中有定位按键位置的键位扫描电路、产生被按下键代码的编码电路以及将产生代码送入计算机的接口电路等等，这些电路被统称为键盘控制电路。根据键盘工作原理，可以把计算机键盘分为编码键盘和非编码键盘。键盘控制电路的功能完全依靠硬件来自动完成的，这种键盘称为编码键盘，它能自动将按下键的编码信息送入计算机。另外一种键盘，它的键盘控制电路功能要依靠硬件和软件共同完成，这种键盘称为非编码键盘。这种键盘响应速度不如编码键盘快，但它可通过软件为键盘的某些按键重新定义，为扩充键盘的功能提供了极大的方便，从而得到了广泛应用。
键盘分编码和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件译码器实现并产生键编号或键值的称为编码键盘，如BCD 码键盘，ASCII 码键盘等；靠软件识别的称为非编码键盘。在单片机组成的测控系统及智能化仪器中，用得最多的是非编码键盘。所以我们着重讨论非编码矩阵式键盘原理。矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。一个3*3的行、列结构可以构成一个由9个按键的键盘。同理一个4*4的行、列可以构成一个含有16个按键的键盘等等。很明显，在按键数量较多的场合，矩阵键盘与独立按键键盘相比，要节省很多的I/O口。矩阵键盘的按键设置在行、列线的交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。列线通过上拉电阻接到+5V。平时无按键动作时，列线处于高电平状态，而当由按键按下时，列线电平状态将由与此列线相连的行线电平决定。行线电平如果为低，则列线电平为低；行线电平如果为高，则列线电平亦为高。这一点是识别矩阵键盘按键是否被按下的关键所在。
3.3.2 键盘与单片机接口电路
键盘与单片机接口电路。根据本设计需要，本系统采用了独立键盘实现对温度值上下限功能键的设定。独立键盘与单片机的接口电路如图3-3所示。
图3-3 键盘与单片机接口电路
3.4 液晶显示接口电路的设计
3.4.1液晶显示器
液晶显示屏是以若干个5´8或5´11点阵块组成的显示字符群。每个点阵块为一个字符位，字符间距和行距都为一个点的宽度。主控制驱动电路为HD44780（HITACHI ）及其他公司全兼容电路，如SED1278（SEIKO EPSON）、KS0066（SAMSUNG ）、NJU6408（NER JAPAN RADIO）。
具有字符发生器ROM 可显示192种字符（160个5´7点阵字符和32个5´10点阵字符）具有64个字节的自定义字符RAM ，可自定义8个5´8点阵字符或四个5´11点阵字符。
具有80个字节的RAM ，标准的接口特性，适配M6800系列MPU 的操作时序。模块结构紧凑、轻巧、装配容易，像素尺寸小，分辨率高。颜色分单色（黑白）、彩色两种。
为便于夜间观察，可采用由LED 或ELD 器件构成的背景光源。液晶显示器属于被动发光型显示器件，它本身不发光，只能反射或透射外界光线，因此环境亮度越高，显示越清晰。其亮暗对比度可达100:1。单+5V电源供电，采用交流驱动方式。
本设计显示部分采用字符型TC1602液晶显示所测光强值并且显示控制界面。LCD1602如图3-4所示。
LCD 1602A
图 3-4 TC1602
3.4.2液晶显示器与单片机接口电路
1602的4脚RS 为数据/命令选择端，由单片机的P2.0端控制；5脚R/W是读写控制端，接单片机的P2.1端；6脚为1602的使能端，控制1602是否工作；1602的7脚14脚分别接单片机的P0.0~P0.7，由单片机向显示器传送数据。
LCD1602与单片机的接口电路如图3-5所示。
图3-5 LCD1602显示电路
3.5 光强采集电路的设计
3.5.1 光强传感器
光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，又称光导管，它是基于光导体光电效应工作的。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可以加直流偏压，也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值很大，电路中的电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值急剧减少，因此电路中电流迅速增加。光敏电阻具有很强的灵敏性，很好的光谱特性，光谱响应从紫外区一直到红外区，而且具有体积小、重量轻、稳定性强的优点，因此在自动化技术中得到很好的应用。光
敏电阻器一般应用于光的测量、光的控制和光电转换。通常光敏电阻都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片内就会激发出电子——空穴对，参与导电，使电路中电流增加。
光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就会随光强的增大而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。 光敏电阻的主要参数是：
（1）光电流、两电阻。光敏电阻器在外加电压和光电流之比是亮电阻，常用“100LX ”表示。 （2）暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。 （3）灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。 （4）光谱响应。光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。
（5）光照特性。光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。
（6）伏安特性曲线。伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。 （7）温度系数。光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。
（8）额定功率。额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率就降低。
3.5.2 AD0832转换器
ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D 转换芯片, 其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0-5V 之间。芯片转换时间仅为32uS ，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。AD0832引脚图如下所示。
图 3-6 AD0832引脚图
3.5.3 光强采集电路的设计
正常情况下，AD0832与单片机的接口应为4条数据线，分别为CS 、CLK 、DO 、DI 。但由于DO 端和DI 端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时将DO 和DI 并联在一根数据线上使用。
当AD0832未工作时其CS 输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI的电平任意。当要进行A/D转换时，须先将CS 使能端置于低电平并且保持低电平直到转换结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI 端输入通道功能选择的数据信号。光敏电阻经AD0832与单片机的连接如图3-7所示。
图3-7 AD与单片机接口电路
3.6 电机驱动电路的设计
3.6.1 L293D的介绍
L293D 是一款单片集成的高电压、高电流、4通道电机驱动，设计用于连接标准DTL 或TTL 逻辑电平，驱动电感负载（诸如继电线圈、DC 和步进电机）和开关功率晶体管等等。为了简化为双桥应用，L293D 每个通道对都配备了一个使能输入端。L293D 逻辑电路具有独立的供电输入，可在更低的电压下工作。此外，L293D 还内置了箝位二极管。L293D 适用于频率达5 kHz的开关应用。L293D 引脚如图3-8所示。
图3-8 L293D引脚图
3.6.2 L293D与单片机的接口电路
单片机的P2.7 脚接L293D 的使能端，控制芯片的工作与否，当为高电平时L293D 可以工作，反之，则不可以；单片机的P2.5脚、P2.6脚接分别接芯片的控制端，两个引脚分别给予高低电平控制电机的正转和反转；L293D 的8脚接5V 电源进行驱动芯片。
L293D 与单片机接口电路如图3-9所示。
图 3-9 L293D与单片机接口电路
3.7 时钟电路的设计
3.7.1 DS1302
DS1302 是美国DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V ～5.5V 。采用三线接口与CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM 数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM 寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。
DS1302的引脚排列, 其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz 晶振。RST 是复位/片选线，通过把RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST 输入有两种功能：首先，RST 接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST 提供终止单
字节或多字节数据传送的方法。当RST 为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST 置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc>2.0V之前，RST 必须保持低电平。只有在SCLK 为低电平时，才能将RST 置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向) ，SCLK 为时钟输入端。
3.7.2 DS1302与单片机的接口电路
DS1302与单片机的连接仅需3根线：CE 引脚与单片机的P1.2引脚相连接、SCLK 串行时钟引脚与单片机的P1.0引脚相连接、I/O串行数据引脚与单片机的P1.0引脚相连接。VCC1为主电源，VCC2是备份电源；SCLK ：串行时钟，输入，控制数据的输入输出；I/O：三线接口时的双向数据线；CE ：输入信号，在读写数据期间，必须为高电平，所以此时单片机的P1.2引脚必须发出高电平。
DS1302与单片机的接口电路如图3-10所示。
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图 3-10 DS1302与单片机接口电路
3.8 报警电路的设计
报警电路如图所示，由单片机的P2.7引脚控制。当时间超过设定值时，P2.7引脚置低，三极管导通，进而蜂鸣器导通，蜂鸣器实现蜂鸣，即实现了报警的功能。报警电路的设计如图3-11所示。
图3-11 报警电路
第4章 软件程序设计
4.1 KEIL软件的使用
Keil C51软件是Keil Software 公司推出的uVision3，是一款可用于多种8051 MCU的集成开发环境(IDE)，该IDE 同时也是PK51及其它开发套件的一个重要组件。除增加了源代码、功能导航器、模板编辑以及改进的搜索功能外，提供了一个配置向导功能，加速了启动代码和配置文件的生成。此外其内置的仿真器可模拟目标MCU ，包括指令集、片上外围设备及外部信号等。其提供逻辑分析器，可监控基于MCU I/O引脚和外设状态变化下的程序变量。编辑的C 或汇编文件，分别由C51及A51编译器编译生成目标文件（.OBJ ）。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件（.ABS ）。ABS 文件由OH51转换成标准的HEX 文件，以供调试器使用进行源代码调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM 中。注意晶振的频率，默认的是11.0592MHz, 可以根据需要修改。调试时注意PC 机与仿真器之间始终保持通信联络，导致独立Keil 仿真器上一个指示数据接收的LED 不断闪亮。 使用Keil C51时，打开界面，并非即刻能够编辑程序的窗口，需要新建文件和设置，其步骤如下：
1. 双击图标打开Keil 软件，如图4-1所示。
图 4-1 Keil软件图标
2. 单击菜单栏[Project]->[New Project]，如图4-2所示。
图 4-2 选择新建工程
3. 将新工程保存到一个文件夹，如图4-3所示。
图 4-3 选择文件夹
4. 选择一款CPU 芯片，这里STC89C52RC 对应着Philips 的P89V51RD2，如图4-4选择界面。
图4-4选择界面
5. 提示是否复制8051的启动代码到文件夹，这里选择“否”。如图4-5 所示。
图 4-5 代码提示
6. 完成后，在Project Workspace中可以看到Source Group1，如图4-6。
图4-6Target 1下拉菜单
7. 以“*.c”作为后缀名保存，如图4-7。
如图4-7保存文件
8. 点击刚刚保存的文件led.c ，再点击Add 将文档添加到工程中来，如图4-8所示。
图 4-8工程中添加文档
9. 可以看到led.c 已经在Source Group1中，如图4-9所示。
图 4-9添加文档成功
10. 单击工具栏上的“Options for target”工具，选择Output 标签，勾上“Create HEX File”，如图4-10所示。
图 4-10 生成HEX 文件
11. 打开STC_ISP_V480下载工具，如图4-11所示。
图4-11 下载软件
12. 选择MCU Type为STC89C52RC ，如图4-12所示。
图 4-12选择单片机类型
13. 打开程序文件，选择刚刚编译好的led.hex 文件，如图4-13所示。
图 4-13 选择文件
14. 打开电脑设备管理器查看51开发板的串口是哪个口，我的是COM4，所以我选择COM4，如图4- 14 所示。
图 4-14 选择串口
15. 单击“Download/下载”按钮，等待下载完成后上电即可，如图4-15所示。
图 4-15 点击下载
4.2 主要程序流程图
在对我们所要设计的课题有了整体的了解之后，需要先建立程序框架的流程图，对整个设计划分模块，逐个模块实现其功能，最终把各个子模块合理的连接起来，构成总的程序。主程序首先要对整个系统进行初始化，然后将采集到的光强大小指令传给系统的主流程图如图4-16所示。
图 4-16 主流程图
结 论
经过三个星期的实习，整个设计通过了软件和硬件上的调试。我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，而在解决的过程当中你会发现自己在飞速的提升。对于教材管理系统，其程序是比较简单的，主要是解决程序设计中的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。因此在整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的。很多子程序是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在，这需要对系统的结构很熟悉。因此可以说系统的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。
同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的
在设计的过程中遇到很多问题，可以说是困难重重，因为这毕竟是第一次做，难免会遇到各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说protel 、keil 等软件的使用，这些都是课本上没有学过的，在这次的设计中也都一一学会了。
所以我认为这次的课程设计意义很深，和其他2位同学的共同学习﹑配合﹑努力的过程也很愉快，另外还要感谢老师的耐心辅导。
参考文献
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信息与控制工程学院硬件课程设计说明书
附 录
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