基于51单片机的电子智能补光器设计

1  系统方案设计

1.1 系统整体设计

电子智能补光器的设计思路：首先通过单片机判断特殊天气模式是否启用，如果启用则直接亮黄灯并在手机上显示出来。确定特殊天气模式没有启用时，通过季节模块判断当前月份对应的季节来确定补光模式。通过光照传感器将外界光照强度与对应季节设定光照阈值进行比较，当外界光照强度大于设定阈值时进行补光操作，并通过蓝牙连接在手机上显示当前补光模式以及光照强度。

1.2 设计任务

主要任务简述：以单片机为核心，设计电子智能补光器，以满足各种不同情境下对光照需求的差异。

要求简述：

（1）在外界光照强度大于所设定阈值时补光器保持不工作状态，光照强度小于设定阈值时开始补光；

（2）可选择春、夏、秋、冬四种模式，分别对应四种不同的阈值电压；

（3）设置特殊天气模式，开启特殊天气模式后亮起黄色雾灯；

（4）通过蓝牙连接手机，显示当前的模式和光照强度。

1.3 模块方案选型

1.3.1主控方案选型

STC89C52单片机是宏晶科技推出的高反应速度、低功率消耗、有着很强抵的挡外界干扰能力的单片机，而且该单片机的指令代码非常切合传统的8051单片机，并且与传统51单片机对比而言，该单片机速度更快，是传统51单片机的8~12倍。除此之外，该单片机还有6时钟周期和12时钟周期可以任意选择。

主要特性如下：

（1）新一代8051单片机，6时钟机器周期和12时钟机器周期可以任意选择，指令代码非常契合传统8051单片机。

（2）工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）。

（3）工作频率范围处于0～40MHz之间，相当于普通8051单片机工作频率的0～80MHz范围，而且新一代单片机的实际工作频率可达48MHz。

（4）一共具有3个16位定时器，也就是定时器T0、T1、T2。

（5）外部中断4路，低电平触发或下降沿中断电路，PowerDown模式可通过外部中断低电平触发中断的方式触发。

1.3.2光电转换器的选择

ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生产的串行接口8位A/D转换器，通过三线接口与单片机连接,功耗低,性能价格比较高,合适使用在袖珍式的智能仪器仪表中。ADC0832为8位分辨率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。芯片具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能强。独立的芯片使能输入，使多器件连接和处理器控制变得更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。其主要特点如下:

（1）8位分辨率，其最高分辨可达256级;

（2）双通道A/D转换;

（3）电源供电时光电转换器的输入电压在0~5V之间;

选择该A/D转换芯片，不仅因为其体积小、功耗低，而且可以适应一般的模拟量转换要求，完全满足系统的要求。另外，其内部电源输入与参考电压的复用，使得转换芯片的模拟电压输入在0~5V之间，电源电路供电可以同时满足51单片机和该芯片的共同使用。除此之外该芯片的转换时间极短，仅为32μS，反应非常迅速，另外该芯片具有双数据输出可作为数据校验的工具，以此来减少实验数据误差，转换速度快并且稳定性能出色。单独工作的芯片的使能输入，可以更轻松地对多元件进行连接，同时也可以更加方便地控制处理器。通过DI 数据输入端，使得实现通道功能的选择变的易如反掌。除此之外，价格上的优势同样也是选择它的原因之一。

1.3.3显示器的选择

LCD1602液晶显示器是广泛使用的一种工业字符型液晶显示模块。由字符型液晶显示器（LCD）、控制驱动主电路HD44780及其扩展驱动电路HD44100，以及少量电阻、电容元件和结构件等装配在PCB板上而组成，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行）。但寄存器不止32个，有一些显示效果，如字符一个个显示、字符从左到右或从右到左显示等等，显示效果简单。当然也有其他更好的选择，例如12864液晶显示器，它的显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等。

其实综合来说，二者编程方面的难度差不多，原理方面也差不多，甚至12864液晶显示器更胜一筹，因为该显示器显示更全面，字符也更多，需要进行更多操作的话自然是12864液晶显示器能够胜任。但是对比来说的话，1602液晶显示器也能实现设计的要求，而且相对来说更重要的原因就是1602液晶显示器比较廉价，网上购买也比较便宜，最低五六块钱左右。而12864液晶显示器网上购买最便宜的也要在二三十左右。所以从造价方面以及使用方面考虑，当然是价格低廉而且功能也不欠缺的优先。因此选择1602液晶显示器作为显示器件。

2  硬件设计

2.1 单片机模块

单片机的主要特点有：

（1）有出色的性能单价比，高效能、低电压，易于制作便携式产品。

（2）集成度高，体积小，有较高的稳定性。而且单片机把各功能零件组合在一块芯片上，内部结构使用的是总线结构，不仅减轻了各芯片彼此之间的连线，还大大增加了单片机的安全性和抗干扰能力。

（3）控制功能强。为求满足工业控制的要求，通常单片机的指令系统中均有极多样的转移指令、I/O口的逻辑操作和位处理特性。单片机的逻辑控制功能及运转速度均远高于同一等级的微机。

（4）外部总线增加了I2C（Inter-Integrated Circuit）及SPI(Serial Peripheral Interface)等串行总线方式，逐步缩小了体积，精简了构造。单片机的系统扩展、系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。

PORT0（P0.0～P0.7）：端口0是一个8位宽的开路汲极双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。其他三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。

PORT1（P1.0～P1.7）：端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LSTTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。

PORT2（P2.0～P2.7）：端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当做一般I/O端口使用外，若是在STC89C52扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8～A15，这个时候P2便不能当做I/O来使用了。

PORT3（P3.0～P3.7）：端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。单片机的引脚图如图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");//更新显示
  DispStr(0,0,(unsigned char *)temp);//打印显示
  sprintf(temp,"1111111111111111");//更新显示
  DispStr(0,1,(unsigned char *)temp);//打印显示
*/

/***********************************************
函数名称：DispNum
功    能：让液晶从某个位置起连续显示一个数值，前面不会补0
参    数：x--位置的列坐标
          y--位置的行坐标
          Dis_dat--需要显示的数
          Dis_Len--需要显示的宽度
返回值  ：无
***********************************************/

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;
  }
}


/***********************************************
函数名称：DispStr
功    能：让液晶从某个位置起连续显示一个字符串
参    数：x--位置的列坐标
          y--位置的行坐标
          ptr--指向字符串存放位置的指针
返回值  ：无
***********************************************/
void DispStr(uchar x,uchar y,uchar *ptr) 
{
    uchar *temp;
    uchar i,n = 0;
    
    temp = ptr;
    while(*ptr++ != '�')   n++;    //计算字符串有效字符的个数
    
    for (i=0;i<n;i++)
    {
        Disp1Char(x++,y,temp[i]);
        if (x == 0x10)
        {
            break;
        }
    }
}

/*******************************************
函数名称：DispNchar
功    能：让液晶从某个位置起连续显示N个字符
参    数：x--位置的列坐标
          y--位置的行坐标
          n--字符个数
          ptr--指向字符存放位置的指针
返回值  ：无
*******************************************
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;
        }
    }
}
*/
/*******************************************
函数名称：LocateXY
功    能：向液晶输入显示字符位置的坐标信息
参    数：x--位置的列坐标
          y--位置的行坐标
返回值  ：无
********************************************/
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);
}

/*******************************************
函数名称：Disp1Char
功    能：在某个位置显示一个字符
参    数：x--位置的列坐标
          y--位置的行坐标
          data--显示的字符数据
返回值  ：无
********************************************/
void Disp1Char(uchar x,uchar y,uchar data1) 
{
    LocateXY( x, y );      
    LcdWriteData( data1 );    
}

/*******************************************
函数名称：LcdReset
功    能：对1602液晶模块进行复位操作
参    数：无
返回值  ：无
********************************************/
void LcdReset(void) 
{
//    DataDir  = 0xFF;                 //数据端口设为输出状态 
    LcdWriteCommand(0x38, 0);      //规定的复位操作
    DelayMs(5);
    LcdWriteCommand(0x38, 0);    
    DelayMs(5);
    LcdWriteCommand(0x38, 0);
    DelayMs(5);

    LcdWriteCommand(0x38, 1);    //显示模式设置
    LcdWriteCommand(0x08, 1);    //显示关闭
    LcdWriteCommand(0x01, 1);      //显示清屏
    LcdWriteCommand(0x06, 1);    //写字符时整体不移动
    LcdWriteCommand(0x0c, 1);    //显示开，不开游标，不闪烁
}

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

/*******************************************
函数名称：LcdWriteCommand
功    能：向液晶模块写入命令
参    数：cmd--命令，
          chk--是否判忙的标志，1：判忙，0：不判
返回值  ：无
********************************************/
void LcdWriteCommand(uchar cmd,uchar chk) 
{

    if (chk) WaitForEnable();   // 检测忙信号?
    
    CLR_RS;  
    CLR_RW; 
    _NOP();

    DataPort = cmd;             //将命令字写入数据端口 
    _NOP();          
    
    SET_EN;                     //产生使能脉冲信号
    _NOP();
    _NOP();
    CLR_EN;      
}

/*******************************************
函数名称：LcdWriteData
功    能：向液晶显示的当前地址写入显示数据
参    数：data--显示字符数据
返回值  ：无
********************************************/
void LcdWriteData( uchar data1 ) 
{
    WaitForEnable();        //等待液晶不忙
    SET_RS;
    CLR_RW; 

    SET_EN;
  
  _NOP();
    DataPort = data1;        //将显示数据写入数据端口
    _NOP();
                //产生使能脉冲信号
    _NOP(); 
    _NOP(); 
    CLR_EN;    
}

/*******************************************
函数名称：WaitForEnable
功    能：等待1602液晶完成内部操作
参    数：无
返回值  ：无
********************************************/
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))  //检测忙标志
    {
      DelayUs2x(2);
      later++;        
    }
    CLR_EN;
//    DataDir|=0xFF;  //将P4口切换为输出状态
}    
#endif