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1、计算机控制技术课程设计说明书摘要BH1750是一款新型的测光芯片，本设计系统就是基于BH1750设计的测光系统，它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。对于光照检测部分是利用BH1750作为检测元件及信号处理元件，其内部集成了AD转换芯片。它可以完成从光强到电信号的转换并将信号处理进行处理。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LCD1602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ST
2、C89C52RC芯片，BH1750模块和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，使得光照在低于或高于一定强度的时候发出警示，是一种常用的测试仪器。关键词：51单片机，LM7805，BH1750，1602液晶目 录0 引言11设计内容与要求11.1 设计任务11.2 设计要求12 方案总体设计12.1 光照强度采集方案设计22.2 控制芯片及实现方案32.3 数据显示方案32.4 系统总体框图43 硬件设计53.1 单片机最小系统53.2 BH1750采集模块63.3 液晶显示模块63.4 系统电源73.5 整体电路和PCB图
3、84 软件设计94.1 keil软件介绍94.2 程序流程图104.3 各模块程序105 仿真与实现155.1 Proteus软件介绍155.2 仿真过程165.3 实物制作与调试176 总结187 参考文献19第 0 页 共 21 页0 引言随着改革开放的不断深化和城镇化的不断发展，越来越多的人移居到城市生活，而这需要足够的食物作为支撑。同时随着工业化的不断发展，人们对自身的健康越来越关注，对居室的环境要求也越来越高。而携带方便，能够及时准确的显示的光照强度检测仪的产生是人们的迫切需求。便携式光照强度检测仪是现代社会的产物，是以后发展的方向。它是一个集光照强度感知，自动提示与一体的综合系统。
4、就如大棚种植、牲畜养殖以及人们对生活的需求凸显了本系统拥有广泛的应用前景。其中，蔬菜需要控制光照强度,以利于生长素的产生，从而加快蔬菜的生长速度，创造出更高的经济效益和社会效益。而人们的生活环境（学生的学习环境,办公室，工厂等）需要控制光照强度，使人们有一个好学习生活环境。同时需要控制居室光照强度，以便人们健康的生活。便携式光照强度检测仪也可以用于太阳能的研究和利用，农作物生长方面，太阳能能源使用，气象研究，建房朝向等等。因此，本课题开展便携式光照强度检测仪系统的设计具有一定的应用价值及实际意义。1设计内容与要求1.1 设计任务1） 选择传感器，设计数据采集电路，对温室的光照强度进行实时数据采
5、集， 要求光照强度的测量范围是：2600LX，精度为2%。2）实现温室光照强度的自动实时显示，显示到小数点后一位。3）编写计算机监测程序。4）写出设计说明书。1.2 设计要求 1）查阅资料，确定设计方案。2）选择器件，设计硬件电路，并画出原理图和PCB图。3）画出流程图，编写控制程序。4）撰写课程设计说明书。2 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当前的光照强度，第二行显示报警信息即光照超过光照强度上限还是下限；利用BH1750传感器模块将采集到的光照强度经过一系列处理转换成数字信号，使用IIC通信协议将数据传送到单片机中，经过处理运算在LCD1602上显示
6、，可利用蓝滑动变阻器来调节液晶亮度。2.1 光照强度采集方案设计方案一：采用光敏电阻作为采样元件，将光照强度转换成电阻，再由电阻转换成电信号经过信号处理输入到AD转换器中进行模数转换。最后将转换出来的数字信号传送到单片机中进行数据处理并显示。 方案如图2.1所示。图2.1 光敏电阻采样方案方案二：采用BH1750光照传感器模块作为光强度采样及信号处理的元件，BH1750内部集成了16位AD转换，则无需再外扩AD转换器，并且其转换精度很高，只需通过IIC通信将采集处理得到的数据传输到单片机即可使用。BH1750的内部原理图如图2.2所示。图2.2 BH1750内部原理图综合以上两种方案，由于方案
7、二所得光照强度更加简便、数据的测量范围和精度都较高，所以选择方案二作为本系统的采样系统部分。2.2 控制芯片及实现方案AT89C52为8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。外形及引脚排列如图2.3所示。图2.3 AT89C52引脚图功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为
8、复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。2.3数据显示方案LCD1602是工业字符型液晶，能够同时显示1602即
9、32个字符。图2.4 LCD1602引脚图1602采用标准的16脚接口，其中：第1脚：GND为电源地第2脚：VCC接5V电源正极.第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，以51为例的简单原理图低电平(0)时进行写操作。第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令；第714脚：D0D7为8位双向数据端；第15
10、16脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。2.4系统总体框图本系统主要由AT89S52单片机、5V稳压电源、BH1750传感器模块、液晶显示电路、单片机外围时钟电路和复位电路组成。系统总体框架图如图2.5所示。图2.5 系统总体框架3 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024MHZ。该电路中选用12MHZ晶振。时钟电路图
11、如图3.1：、图3.1 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。复位电路如图3.2：图3.2 复位电路图3.2 BH1750采集模块BH1750FVI是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路。这种集成电路可以根据收集的光线强度数据来调整液晶或者键盘背景灯的亮度。利用它的高分辨
12、率可以探测较大范围的光强度变化（1lx-65535lx）。BH1750采集模块的原理图如图3.3所示。图3.3 BH1750采集模块原理图3.3 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；714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/写选择端、使能端，与单片机的P3.3，P3.5，P3.6相连，负责控制液晶与芯片之间数据命令的读写操作；3为液晶显示偏压信号端，用于调整液晶显示对比度。1602液晶显示原理图如
13、图3.4所示：图3.4 液晶显示系统图3.4 系统电源为了实现各个部分的稳定供电，且根据各部分供电电压要求，本系统采用了LM7805制作了5V的稳压电源以对各部分实现稳定可靠供电。三端稳压集成电路LM7805。电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的lm78 系列和负电压输出的lm79系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。lm78XX系列集成稳压器的电路图如图所示，是一个输出正5V直流电lm7805稳压电路。 图3.5 系统电源图3.5 整体电路和PCB图Altium Designer 提供了唯一一款统一的应用方案，其综合电子
14、产品一体化开发所需的所有必须技术和功能。Altium Designer 在单一设计环境中集成板级和FPGA系统设计、基于FPGA和分立处理器的嵌入式软件开发以及PCB版图设计、编辑和制造。并集成了现代设计数据管理功能,使得Altium Designer成为电子产品开发的完整解决方案-一个既满足当前，也满足未来开发需求的解决方案。这是采用网络标号的画出的以一张整体电路图。它将整张电路原理图分为六个部分：电源模块，P0口上拉电阻，1602液晶显示模块，51单片机，复位晶振电路，BH1750模块外界电路。整张原理看起来美观，并且根据标号很容易找到与之对应的引脚。整体电路原理图和PCB图如图3.6和3
15、.7所示。图3.6 整体电路图3.7 PCB整体电路图4 软件设计4.1 keil软件介绍Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种Keil软件图标是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发
