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1、辽 宁 工 业 大 学单片机原理及接口技术 课程设计（论文）题目： LED路灯控制器设计 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字）起止时间： II本科生课程设计（论文）课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室： 学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目LED路灯控制器设计课程设计（论文）任务该控制器可以根据环境亮度自动启动小区路灯点亮，并能按时间段调节亮度，路灯由200只3V/20mA发光二极管合并而成。 设计任务：1. CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）2. LED等串并联及脉宽亮度调节电路设计3. 开关量输出电
2、路及环境亮度检测电路设计4 程序流程图设计机程序清单编写技术参数：1路灯由200只3V/20mA发光二极管合并而成2工作电源220V设计要求：1、分析系统功能，选择合适的单片机及传感器，开关输出电路及亮度检测电路设计等；2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图；3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明，详细阐述系统的工作过程，字数应在4000字以上。进度计划第1天 查阅收集资料第2天 总体设计方案的确定第3-4天 CPU最小系统设计第5天 LED等串并联及脉宽亮度调节电路设计第6天开关量输出电路及环境亮度检测电路设计第7天 程序流程图设计第8天 软件编
3、写与调试第9天 设计说明书完成第10天 答辩指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要本文设计的是LED路灯控制器，通过该控制器可根据环境亮度自动启动小区路灯点亮，并能按时间段调节亮度，路灯由200只3V/20mA发光二极管合并而成。通过反复论证，本设计最终是一个以89C51单片机为核心，通过光敏电阻检测外部光强度，由于光强度不同光敏电阻呈现不同阻止从而决定输入口是高低电平，再由单片机通过事先编程好的软件程序实现控制LED路灯的亮灭，以及智能调整功能。本设计简单实用，LED路灯控制器结
4、构简单，易于维修，经济实惠。LED路灯分为主道路灯、次道路灯、广告灯等多种形式，整个系统达到智能和节能的效果，稳定、安全，具有较高的应用价值 ，本控制器对智能化路灯管理有很大帮助，应用前景广阔。关键词：LED路灯；单片机；智能； 目 录第1章 绪论11.1 LED路灯控制器概况11.2 本文研究内容1第2章 CPU最小系统设计22.1 LED路灯控制器总体设计方案22.2 CPU的选择22.3 复位电路设计42.4 时钟电路设计52.5 CPU最小系统图6第3章 LED路灯控制器输入输出接口电路设计73.1 LED路灯控制器传感器的选择73.2 LED路灯控制器检测接口电路设计83.2.1 A
5、/D转换器选择83.2.2 模拟量检测接口电路图93.3 LED路灯控制器输出接口电路设计9第4章 LED路灯控制器软件设计114.1 软件实现功能综述114.2 流程图设计114.2.1 主程序流程图设计114.2.2 模拟量检测流程图设计124.3 程序清单12第5章 系统设计与分析165.1 系统原理图165.2 系统原理综述17第6章 课程设计总结18参考文献19第1章 绪论1.1 LED路灯控制器概况当前巨量的能源消耗和由此引起的能源短缺、价格上涨等已使得节约能源成为一项十分迫切的任务。各国消耗的能源中很大一部分用于照明，其中城市公共照明（主要是道路照明和景观照明）在我国照明耗电中占
6、30%.有资料显示，每年用于照明的电力在3 000 亿度以上，目前国内大部分城市的道路照明管理系统直至现在仍在沿用简单的光控、钟控等传统控制方式。这些系统普遍存在着难以反馈路灯运行状态信息、难以进行远程控制等局限，基本没有节电效果，并且采用传统的人工巡检，不仅使路灯管理部门的任务繁重，也增加了运行维护的费用。而LED具有功率低；寿命长；亮度大；环保等优点，若采用LED 照明，每年就可以节约1/3 的照明用电，基本上相当于三峡工程的全年发电量。综合以上优点，LED光源自然成为城市公共照明的首选。考虑到这些因素，本文针对LED 光源开发了智能路灯控制器。1.2 本文研究内容设计一个LED路灯控制器
7、，该控制器可以根据环境亮度自动启动小区路灯点亮，并能按时间段调节亮度，路灯由200只3V/20mA发光二极管合并而成。本文主要针对控制器CPU最小系统的设计（CPU的选择，晶振电路等），LED等串并联及脉宽亮度调节电路设计以及开关量输出电路及环境亮度检测电路设计。对程序流程图进行讨论。第2章 CPU最小系统设计2.1 LED路灯控制器总体设计方案根据技术要求，控制器可根据周围环境光源的亮度自行启动或关闭路灯，并可根据不同时间段对亮度进行调整，路灯由200只3V/20mA发光二极管合并而成。依照要求给出流程图，如图2.1所示：图2.1LED路灯控制器工作流程图根据工作流程图下面给出两种设计方案：
8、方案一：利用模拟电路完成，使用继电器，放大器，光敏元件，LED灯，电源等元件构成模拟电路，继电器合上或断开决定灯是否亮，利用光敏元件判断光照强度，决定电路通断。这种方法简单易懂，元件便宜，但电路较为庞大，且器件过多，维护难度较大。方案二：采用89C51单片机作为控制器，利用光敏电阻判断环境光强度，将光信号转化成电信号传输到单片机管脚，使之在外部光强度弱时，自动控制LED路灯的开关和亮度。此方法较方法一更为智能，且电路简单，维修也比较方便。综上所述，本设计采用方案二设计。2.2 CPU的选择根据方案二内容，本设计采用89C51单片机作为控制器，89C51一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的
9、低电压、高性能CMOS8位微处理器，该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器。该器件价格低廉且易使用，技术方面已经相当成熟，使用89C51完全可以达到设计要求。其管脚说明如图2.2所示：图 2.2 89C51单片机引脚图引脚说明：VCC：电源端。正常操作及对Flash ROM编程和验证时接+5V电源。XTAL1：接外部晶体和微调电容的一端。它是振荡电路反向放大器的输入端及内部时钟发生器的输入端，当采用外部振荡器时，此引脚输入外部时钟脉冲。XTA
10、L2：接外部晶体和微调电容的另一端。它是振荡电路反向放大器的输出端，采用外部振荡器时，此脚应悬浮。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用
11、。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间为外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器读取外部ROM数据。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，单片机读取内部程序存储器。（扩展有外部ROM时读取完内部ROM后自动读取外部ROM）。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。P0口：
12、P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓
13、冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电
14、平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。GND：接地2.3 复位电路设计复位电路在整个工作系统中，起到着不可替代的作用，单片机复位电路设计的好坏,直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统,并在实验室调试成功后,在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象,这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。复位电路如下图：图2.4 单片机的复位电路单片机在启动时都需要进行复位，使CPU以及各部件处于初始状态，并从初始状态开始工作。89C51的复位信号是由复位引脚RST输入到芯片内部的施密特触发器中的。在机器处于正常工作状态时，在次引脚上出现两个机器周期以上的高电平，就可以使单片机复位。2.4 时钟电路设计时钟电路用于生产单片机工作所需的时钟信号，如果没有时钟信号单片机就不能正常工作，由此可见，一个系统中，单片机的时钟电路也是不可或缺的一个重要组成部分，时钟信号可以有两种方式产生：
