緒論課題研究的背景和意義當(dāng)今社會的發(fā)展越來與迅速，電視、電腦、手機(jī)等的發(fā)展也越來越快，這就導(dǎo)致了越來越多的青少年誘發(fā)視力疾病，青少年的近視的比例也在逐年的上升，通過相關(guān)的調(diào)查研究最近這些年小學(xué)生的近視的比例為34%-61%，初中學(xué)生中的近視的比例問為68%，高中學(xué)生中的近視的比例為90%多[1]。大學(xué)生中的近視的比例也在93%左右，而在學(xué)生們學(xué)習(xí)的時候燈光的亮度好壞會直接影響學(xué)生的視力，舒適的燈光亮度會保護(hù)學(xué)生們的眼睛，可以降低近視的比例，本文從臺燈的亮度調(diào)節(jié)原理出發(fā)，集合目前的需求設(shè)計(jì)了一款基于單片機(jī)的LED臺燈亮度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的研究，可以有效的幫我學(xué)生們預(yù)防近視，具有非常重要的意義。系統(tǒng)的所有的邏輯控制功能都需要設(shè)計(jì)者通過編寫設(shè)計(jì)軟件來實(shí)現(xiàn)，軟件設(shè)計(jì)的好壞，會直接的影響到系統(tǒng)的性能。最節(jié)約的是各種物理，化學(xué)法，生物法，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，費(fèi)用。設(shè)計(jì)必須貫徹國家目前各項(xiàng)建設(shè)的方針政策。因此，在處理深度上，最節(jié)約的是各種物理，化學(xué)法，生物法，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，費(fèi)用。設(shè)計(jì)必須貫徹國家目前各項(xiàng)建設(shè)的方針政策。因此，在處理深度上，因此對設(shè)計(jì)者來說選擇合適的設(shè)計(jì)語言進(jìn)行軟件開發(fā)將會是軟件設(shè)計(jì)的首要步驟。目前單片機(jī)的開發(fā)語言有很多種，經(jīng)常被人們使用的有匯編語言、C語言和C++語言等。STC89C52系列微控制器是一款中低端的8位處理器，STC89C52單片機(jī)是一款基于51內(nèi)核的單片機(jī)。該款單片機(jī)的主要的優(yōu)點(diǎn)是單片機(jī)的功能比較多，芯片內(nèi)部集成了UART、定時器、等接口。在設(shè)計(jì)上可以節(jié)省很多的電路空間。單片機(jī)這款單片機(jī)對于初學(xué)者也有缺點(diǎn)，該單片機(jī)在封裝上都是貼片形式的封裝，有DIP-40，LQFP-44等封裝。單片機(jī)可以在keil編程環(huán)境上使用C語言進(jìn)行編寫。本次設(shè)計(jì)選擇了keil編程環(huán)境，使用C語言進(jìn)行程序的編寫。課題設(shè)計(jì)的目的本次之所以選擇這樣一個課題，主要是結(jié)合實(shí)際的需求進(jìn)行的設(shè)計(jì)，本課題的研究對象是臺燈，主要是工作重點(diǎn)是學(xué)會臺燈的燈光調(diào)節(jié)原理，并且在設(shè)計(jì)的過程中可以對大學(xué)這幾年的學(xué)習(xí)的課本的知識進(jìn)行一個總結(jié)和復(fù)習(xí)，通過這次的設(shè)計(jì)將理論知識和實(shí)際項(xiàng)目結(jié)合到一塊。為我們打?qū)W生生涯畫上一個圓滿的句號。通過大學(xué)四年的學(xué)習(xí)，對自動化這個專業(yè)有很多的了解，這么長時間對單片機(jī)的學(xué)習(xí)，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對自己來說也是一個挑戰(zhàn)。系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)章節(jié)主要是介紹了在方案設(shè)計(jì)中的一些過程，包括方案的確定，方案的選擇，對相關(guān)芯片資料的查閱等，方案設(shè)計(jì)章節(jié)為后面的硬件電路設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)。LED臺燈亮度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整體的方案設(shè)計(jì)章節(jié)，根據(jù)需求設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件功能框圖，并對硬件功能框圖進(jìn)行了各個功能模塊的介紹。并對系統(tǒng)中使用的器件進(jìn)行了介紹，介紹了使用的芯片的功能。研究的是單片機(jī)內(nèi)部程序及各模塊初始化及信號采集程序的流程，通過對臺燈亮度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的軟件整體程序流程圖的設(shè)計(jì)、光照檢測模塊程序的設(shè)計(jì)、A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)，對整個系統(tǒng)的軟件繼續(xù)了設(shè)計(jì)。最終將各個模塊的程序整合到一塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體程序。畢業(yè)設(shè)計(jì)最難的一個環(huán)節(jié)，遇到了許多問題。并且其中在調(diào)試部分中所涉及的問題是最讓我記憶深刻的。它涉及的方面是我以前接觸不到的，很是具有挑戰(zhàn)性。課題研究的主要內(nèi)容本次設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)的LED臺燈亮度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，臺燈上電后用戶可以通過調(diào)節(jié)按鍵實(shí)現(xiàn)對臺燈亮度的調(diào)節(jié)，臺燈具有5個等級的亮度。同時臺燈具有自動的光線檢測裝置可以根據(jù)光線的亮度情況自動的調(diào)節(jié)臺燈的亮度。在這個臺燈調(diào)光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中包括如下的設(shè)計(jì)內(nèi)容：合理的選擇臺燈調(diào)光系統(tǒng)的方案，選擇系統(tǒng)的核心控制器；根據(jù)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行相關(guān)電路的設(shè)計(jì)，對各個電路模塊的功能進(jìn)行描述。選擇合適的編程語言進(jìn)行程序的編寫和調(diào)試，進(jìn)行硬件電路板焊接，軟件程序調(diào)試，并對臺燈的功能進(jìn)行整體的測試。課題的研究方法本課題采用理論和實(shí)踐相結(jié)合的研究方法進(jìn)行，理論研究主要是通過查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，學(xué)習(xí)前人的研究方法和研究思路，結(jié)合自己課題的特點(diǎn)，吸取文獻(xiàn)綜述有用的資料，形成一個理論設(shè)計(jì)方案。實(shí)踐方法主要是對理論知識的一個驗(yàn)證，在實(shí)踐上通過軟件設(shè)計(jì)相關(guān)的電路圖、編寫相關(guān)的控制程序，購買電子元器件焊接實(shí)物，通過實(shí)物來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。其中硬件調(diào)試主要是對整個硬件電路原理圖的調(diào)試。硬件調(diào)試需要按照如下的步驟進(jìn)行：1、檢查原理圖：根據(jù)設(shè)計(jì)的原理圖，對應(yīng)每個器件的手冊，仔細(xì)的檢查原理圖的設(shè)計(jì)是否正確。每隔芯片的各個引腳連接是否正確。發(fā)現(xiàn)有錯誤要及時的改正錯誤，仔細(xì)檢查確保每個器件連接正確。2、通過電路仿真的方式來對電路的功能進(jìn)行仿真，在仿真中可以發(fā)現(xiàn)電路是否有錯誤的地方。軟件調(diào)試沒問題了，按照前面的硬件電路的設(shè)計(jì)，我們設(shè)計(jì)了實(shí)物電路板，并得以電路板進(jìn)行了調(diào)試和分析。在進(jìn)行硬件調(diào)試的時候需要一步一步的調(diào)試，按照各個模塊的電路進(jìn)行分模塊功能調(diào)試，最后在對整體的硬件電路進(jìn)行測試，在調(diào)試過程中按照如下的步驟進(jìn)行調(diào)試：對整個電路板的外觀進(jìn)檢查，查看電路板的焊接情況，是夠有焊接錯誤、虛焊、短路等情況，如果發(fā)現(xiàn)有不正確的地方要及時的改正。在檢查電路板焊接沒有錯誤后，可以按照電路板的供電要求，給電路板進(jìn)行上電，在上電的時候檢測電路板上的芯片是否有發(fā)熱的情況，如果有發(fā)熱則說明可能有芯片焊接錯誤，需要及時的斷電。如果沒有發(fā)熱的情況，可以使用萬用表的電壓當(dāng)，測量下各個模塊電路的電壓是否正常。通過程序下載軟件把軟件程序下載到單片機(jī)中，下載成功后可以簡單觀察顯示器顯示的內(nèi)容，看和我們的預(yù)期是否相符合。按照各個模塊的電路功能，測試模塊電路的功能。比如可以通過在傳感器上輸入信號，觀察是否能能夠檢測到信號。論文的章節(jié)安排本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是“基于單片機(jī)的LED臺燈亮度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”，在整個論文的撰寫過程中將論文的結(jié)構(gòu)分如下的結(jié)構(gòu)：第一章緒論：緒論是整個論文的第一部分，主要是一些理論的知識，緒論中包括了可以的研究背景和意義，詳細(xì)的說明了課題的主要的研究內(nèi)容，課題的研究的設(shè)計(jì)目的，課題的研究方法和步驟等。第二章系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)：整體方案設(shè)計(jì)是論文的第二部分，在這部分主要是根據(jù)課題要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行的方案設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)方案的過程中通過對比分析的方法最終確定了課題的方案，以及課題設(shè)計(jì)選擇的核心模塊。對LED臺燈調(diào)光控制系統(tǒng)及相關(guān)的技術(shù)的研究下，本設(shè)計(jì)中用到了傳單片機(jī)技術(shù)、C語言技術(shù)、燈光控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了臺燈的自動調(diào)光功能，下面對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)的介紹。第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)：硬件電路設(shè)計(jì)是論文的第三部分，這部分內(nèi)容也是論文的核心內(nèi)容之一，通過繪圖軟件對課題的硬件電路進(jìn)行了原理圖的繪制，并通過文字的方式對原理圖進(jìn)行了原理的介紹。主要是根據(jù)上一章的系統(tǒng)的整體的方案設(shè)計(jì)，對應(yīng)方案設(shè)計(jì)的框圖設(shè)計(jì)了各個部分的硬件原理圖，在設(shè)計(jì)原理圖的過程中使用了AltiumDesigner軟件進(jìn)行電路圖的繪制。第四章系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)：軟件程序設(shè)計(jì)是論文的第四部分，這部分內(nèi)容也是論文的核心內(nèi)容之一，這部分主要是課題的軟件內(nèi)容，選擇了軟件的編程語言，設(shè)計(jì)了各個程序的程序流程圖，根據(jù)程序流程圖編寫了軟件程序。LED臺燈亮度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的軟件平臺是本文設(shè)計(jì)的一個十分重要且必不可少的組成部分。通過系統(tǒng)分析檢測系統(tǒng)的功能需求以及利用軟件模塊化的程序設(shè)計(jì)思想，通過編寫代碼實(shí)現(xiàn)。第五章系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試：軟硬件調(diào)試時系統(tǒng)的第五部分，這部分主要的內(nèi)容是進(jìn)行了系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序的調(diào)試，確保硬件電路和軟件程序都是正確的，有條件的情況下可以通過購買器件焊接系統(tǒng)的實(shí)物電路板，通過電路板的功能來驗(yàn)證系統(tǒng)的功能。通過上面的硬件電路設(shè)計(jì)和C語言軟件程序設(shè)計(jì)之后，焊接了實(shí)物電路板。并對實(shí)物電路板進(jìn)行了調(diào)試，最后對實(shí)物的電路板的功能進(jìn)行了調(diào)試和測試。結(jié)論部分：結(jié)論部分主要是對整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行總結(jié)，總結(jié)在設(shè)計(jì)過程中遇到的困難和問題，并提出改進(jìn)的方案。系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)通過對LED臺燈調(diào)光控制系統(tǒng)及相關(guān)的技術(shù)的研究下，本設(shè)計(jì)中用到了傳單片機(jī)技術(shù)、C語言技術(shù)、燈光控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了臺燈的自動調(diào)光功能，下面對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)的介紹。臺燈調(diào)光系統(tǒng)的功能要求根據(jù)本次的任務(wù)書的需求，要求設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)的LED臺燈亮度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)為控制核心，采用16個LED發(fā)光二極管組成臺燈的燈頭，采用光敏電阻進(jìn)行環(huán)境亮度的測量，采用按鍵進(jìn)行臺燈的亮度的手動調(diào)節(jié)。臺燈亮度調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有手動模式和自動模式兩種。臺燈的工作流程如下：第一步：給臺燈連接電源，打開臺燈的電源。確保臺燈電源連接正確；第二步：通過按鍵設(shè)置臺燈的工作方式，例如設(shè)定臺燈的工作方式為手動模式，此時臺燈處于手動控制模式，使用者可以通過臺燈控制板上的亮度增加或者減小按鈕實(shí)現(xiàn)對臺燈亮度的調(diào)節(jié)。第三步：通過按鍵設(shè)置臺燈的工作方式，例如設(shè)定臺燈的工作方式為自動模式，此時臺燈處于自動控制模式，臺燈會通過光敏電阻來檢測環(huán)境的亮度值，當(dāng)環(huán)境的亮度低的時候臺燈會控制燈光變亮，當(dāng)環(huán)境的光線亮的時候臺燈會控制燈光減弱。第四部：使用完臺燈后需要關(guān)閉臺燈的電源。系統(tǒng)整體框圖設(shè)計(jì)本次根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，需要設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)的自動調(diào)光臺燈，通過在相關(guān)的網(wǎng)站和學(xué)下圖書館查閱和設(shè)計(jì)相關(guān)的資料，查閱了和本次設(shè)計(jì)中不同設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思路，將有種的單獨(dú)記錄下來，應(yīng)用在自己的設(shè)計(jì)中。最終確定了系統(tǒng)的整體方案框圖，系統(tǒng)的整體方案框圖及相當(dāng)于系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，如下圖2-1所示是系統(tǒng)的整體方案框圖。圖2-1系統(tǒng)硬件框圖通過上面的框圖設(shè)計(jì)，我們可以看到整體系統(tǒng)的硬件框圖包含了各個部分的功能模塊電路，每部分電路都具有自己的功能和特點(diǎn)，具體每部分電路的功能特點(diǎn)如下：（1）電源模塊：電源模塊是為整個系統(tǒng)提供電能的裝置，系統(tǒng)要想正常的工作離不開電源，本次設(shè)計(jì)中所有的芯片使用5V的電源；（2）單片機(jī)模塊：單片機(jī)是一種微處理器芯片，具有可編程的能力，單片機(jī)在系統(tǒng)中相當(dāng)于系統(tǒng)的大腦，起到協(xié)調(diào)和控制作用；（3）晶振和復(fù)位電路：晶振和復(fù)位電路是單片機(jī)工作必須的功能電路，晶振電路主要是給單片機(jī)提供時鐘信號，復(fù)位電路主要是給單片機(jī)提供復(fù)位信號，沒有晶振電路和復(fù)位電路單片機(jī)不能正常的工作；（4）光敏電阻：光敏電阻是一款可以檢測光強(qiáng)度的傳感器，隨著光強(qiáng)度的增加光敏電阻的阻值會發(fā)生變化，用于檢測光亮度情況；（5）A/D轉(zhuǎn)換電路：A/D轉(zhuǎn)換電路是用于進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，可以將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，因?yàn)閱纹瑱C(jī)處理的信號為數(shù)字信號；（6）LED燈驅(qū)動電路：單片機(jī)不能直接驅(qū)動LED燈，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的I/O端口的驅(qū)動能力有限，一個單片機(jī)的I/O端口的驅(qū)動能力只能有10mA左右，必須要設(shè)計(jì)相關(guān)的驅(qū)動電路才能驅(qū)動多個LED燈；（7）LED燈：LED燈適用于組成臺燈的燈頭，多個LED燈組合到一塊確保臺燈的亮度。單片機(jī)模塊選擇單片機(jī)是一個系統(tǒng)的核心器件，可以作為系統(tǒng)的大腦控制著系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，本次設(shè)計(jì)中選擇了STC89C52單片機(jī)，之所以選擇這款單片機(jī)是因?yàn)檫@款單片機(jī)在使用的時候非常的簡單，而且單片機(jī)的價(jià)格有也不貴，單片機(jī)的內(nèi)核采用51單片機(jī)的內(nèi)核，這和我們在學(xué)校所學(xué)的單片機(jī)原理是一樣的，這樣在設(shè)計(jì)的時候也會有一定的知識積累[3]。這款單片機(jī)是一款國產(chǎn)的單片機(jī)，單片機(jī)的速度非常的快，為了方便我們設(shè)計(jì)，本次選擇了直插形式的封裝，這對于我們的焊接也是有幫助的，單片機(jī)具有40個引腳。編程語言可以選擇C語言進(jìn)行編寫，對于初學(xué)者來說非常的適合，可以很快的上手。該款單片機(jī)的工作電壓為5V，選擇12MHz的晶振，單片機(jī)可以通過串口下載程序。其中keil軟件是當(dāng)今單片機(jī)中使用的最為廣泛的軟件，keil軟件可以將編寫的系統(tǒng)的控制軟件代碼進(jìn)行檢查錯誤和生成單片機(jī)可以應(yīng)用的.hex形式文件[15]。在使用STLink下載器將文件下載到本次設(shè)計(jì)的STC89C52單片機(jī)中，單片機(jī)可以通過串口的下載方式進(jìn)行下載。最主要的是這款單片機(jī)的自學(xué)的資料非常的多，用幾天就能學(xué)會。圖2-2STC89C52單片機(jī)實(shí)物圖按鍵模塊選擇獨(dú)立按鍵比較簡單，也很容易理解，就是以單獨(dú)形式存在的按鍵，按鍵和按鍵之間沒有聯(lián)系。如電源開關(guān)、復(fù)位按鍵等這類都屬于獨(dú)立按鍵。獨(dú)立按鍵的原理是當(dāng)用手按下按鍵的時候按鍵的兩端會導(dǎo)通，松開后會自動的恢復(fù)[6]。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中獨(dú)立按鍵主要用在對按鍵需求比較少的場合，對按鍵在設(shè)計(jì)上可以指端和單片機(jī)的I/O端口連接，一端可以連接到信號的地線端。這樣在工作的時候當(dāng)獨(dú)立按鍵被按下時，獨(dú)立按鍵的兩端導(dǎo)通，單片機(jī)的I/O端口會檢測到低電平，當(dāng)獨(dú)立按鍵松開后單片機(jī)會檢測到高電平，根據(jù)這樣的方法在結(jié)合單片機(jī)I/O端口的變化情況就可以知道哪個按鍵被按下了，什么時候被按下。從而實(shí)現(xiàn)按鍵的功能。每一個獨(dú)立按鍵都會占用一個單片機(jī)的I/O端口資源[7]。本次設(shè)計(jì)的LED燈控制系統(tǒng)，采用獨(dú)立的按鍵進(jìn)行LED燈顯示模式的設(shè)置。考慮到需要的按鍵不多，因此選擇了獨(dú)立按鍵的方式。按鍵的實(shí)物圖如下圖2-3所示。圖2-3按鍵實(shí)物圖光敏模塊選擇本次設(shè)計(jì)中需要對臺燈環(huán)境的光照情況進(jìn)行檢測，光照檢測主要使用了光敏電阻的方案實(shí)現(xiàn)，光敏電阻是一款可以根據(jù)光線的亮度變化，自身阻值發(fā)生變化的傳感器，根據(jù)這樣的特性可以實(shí)現(xiàn)對光線的亮度情況進(jìn)行檢測。如下圖2-4所示的光敏電阻的實(shí)物圖。圖2-4光敏電阻實(shí)物圖A/D轉(zhuǎn)換模塊選擇A/D轉(zhuǎn)換器就是我們經(jīng)常說的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它可以將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，因?yàn)閱纹瑱C(jī)等微處理器使用的都是數(shù)字信號，而有很多的傳感器輸出的信號逗我模擬電壓信號或者電流信號，因此A/D轉(zhuǎn)換器就可以發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。生活中進(jìn)場使用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器有8位的、12位的、16位等多種，A/D轉(zhuǎn)換器的類型上可以選擇并行通信的或者串行通信的。本次結(jié)合設(shè)計(jì)選擇了ADC0832型號的A/D轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)對模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。ADC0832是一款8位的串行A/D轉(zhuǎn)換器，如下圖2-6是ADC0832的引腳圖，具有如下的特點(diǎn)：ADC0832具有以下特點(diǎn)：1．八位分辨率；2．轉(zhuǎn)換速度快，雙通道A/D轉(zhuǎn)換；3．兼容能力強(qiáng)，I/O電平與TTL/CMOS兼容；4．無需電壓轉(zhuǎn)換，輸入電壓0-5V之間；5．工作頻率250KHz，轉(zhuǎn)換時間32ms；6．能耗低，一般功耗為15mW；7．封裝種類多：8P、雙列直插、PICC；8．適用性強(qiáng)，分商用級溫寬和工業(yè)級溫寬。圖2-5ADC0832引腳圖LED燈模塊選擇本次設(shè)計(jì)的臺燈調(diào)光系統(tǒng)，通過選擇LED指示燈來模擬臺燈，在設(shè)計(jì)上采用多個LED燈組合到一塊實(shí)現(xiàn)，LED發(fā)光二極管是非常好用的發(fā)光器件，二極管的顏色有很多種，有紅色的、綠色的、黃色的等等。二極管的發(fā)光原理也非常的簡單，二極管分為電源正極和負(fù)極兩個引腳，二極管發(fā)光時的工作電流大概為10mA左右，只要電源經(jīng)過合適阻值的限流電阻和二極管連接就可以實(shí)現(xiàn)對二極管的發(fā)光控制。較長的使用壽命。白熾燈的發(fā)光機(jī)理是：通電時，電能流過發(fā)光鎢絲，產(chǎn)生熱能，使鎢絲加熱發(fā)光。因此，當(dāng)經(jīng)過相當(dāng)長時間加熱，鎢絲就會發(fā)生老化甚至燒斷，那么，白熾燈的壽命也就告終了。發(fā)光二極管（LED）的發(fā)光機(jī)理是由它的特殊結(jié)構(gòu)決定的，它是由PN結(jié)晶片、兩個電極和光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成，當(dāng)在電極兩端加上正向偏置電壓時，空穴和電子分別被注入到P區(qū)和N區(qū)，非平衡少數(shù)載流子和多數(shù)載流子發(fā)生復(fù)合，多余的能量以輻射光子的形式轉(zhuǎn)化為光能，二極管是依賴于載流子的不斷移動發(fā)光的，所以不存在老化或燒斷，它的發(fā)光壽命可長達(dá)5~10萬小時。圖2-6是LED指示燈的實(shí)物圖圖2-6LED指示燈實(shí)物圖本章小結(jié)系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)章節(jié)主要是介紹了在方案設(shè)計(jì)中的一些過程，包括方案的確定，方案的選擇，對相關(guān)芯片資料的查閱等，方案設(shè)計(jì)章節(jié)為后面的硬件電路設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)。系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)本章主要是根據(jù)上一章的系統(tǒng)的整體的方案設(shè)計(jì)，對應(yīng)方案設(shè)計(jì)的框圖設(shè)計(jì)了各個部分的硬件原理圖，在設(shè)計(jì)原理圖的過程中使用了AltiumDesigner軟件進(jìn)行電路圖的繪制。系統(tǒng)整體電路本次設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的LED臺燈亮度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的整體原理圖如下圖3-1所示，在圖中可以看到主要由STC89C52單片機(jī)相關(guān)電路、水光照傳感器檢測電路、A/D檢測電路、按鍵設(shè)置電路、電源電路、臺燈LED燈驅(qū)動電路、晶振電路和單片機(jī)復(fù)位電路組成。圖3-1系統(tǒng)整體硬件電路圖單片機(jī)電路設(shè)計(jì)單片機(jī)引腳介紹STC89C52是一個單片機(jī)型號，這款單片機(jī)是國產(chǎn)的單片機(jī)，產(chǎn)品在技術(shù)上是在51內(nèi)核上設(shè)計(jì)的，單片機(jī)是8位的單片機(jī)，性能可靠穩(wěn)定。并且在功能上比51單片機(jī)要多，而且執(zhí)行的速度是51單片機(jī)的8-12倍。這款單片機(jī)主要的優(yōu)點(diǎn)就是操作簡單，而且單片機(jī)的封裝有DIP-40直插形式，對于初學(xué)者來說非常的適合，可以很快的上手。該款單片機(jī)的工作電壓為5V，晶振可以選擇12MHz的晶振，單片機(jī)可以通過串口下載程序。單片機(jī)具有8K的FLASH存儲器，用于存儲用戶程序。第一步給臺燈連接電源，打開臺燈的電源。確保臺燈電源連接正確，第二步：通過按鍵設(shè)置臺燈的工作方式，例如設(shè)定臺燈的工作方式為手動模式，此時臺燈處于手動控制模式，使用者可以通過臺燈控制板上的亮度增加或者減小按鈕實(shí)現(xiàn)對臺燈亮度的調(diào)節(jié)。第三步：通過按鍵設(shè)置臺燈的工作方式，例如設(shè)定臺燈的工作方式為自動模式，此時臺燈處于自動控制模式，臺燈會通過光敏電阻來檢測環(huán)境的亮度值，當(dāng)環(huán)境的亮度低的時候臺燈會控制燈光變亮，當(dāng)環(huán)境的光線亮的時候臺燈會控制燈光減弱。第四步：使用完臺燈后需要關(guān)閉臺燈的電源STC89C52這款單片機(jī)的隨機(jī)存儲器RAM的大小為512KB，單片機(jī)有32個通用的I/O端口，在結(jié)構(gòu)上由P0、P1、P2和P3四組，在這里要重點(diǎn)說下P3這端口，P3這個端口是一個兩個功能的I/O端口，一個功能是用于普通的I/O，另外一個是用作為外部中斷、串口等功能使用。STC89C52單片機(jī)具有一個UART串口、四個中斷接口、三個定時器T0-T2，而且單片機(jī)的功耗很低，斷電后還可以進(jìn)行保存內(nèi)模式，保證數(shù)據(jù)不丟失。在進(jìn)行勝點(diǎn)模式開發(fā)的時候，可以用到單片機(jī)的低功耗模式，還可以將單片機(jī)設(shè)置成睡眠模式，當(dāng)需要工作的時候通過中斷喚醒的方式喚醒單片機(jī)，通過這樣的方式可以極大的節(jié)省單片機(jī)所消耗的電能?？偨Y(jié)下單片機(jī)的主要特點(diǎn)如下：（1）強(qiáng)大的操作功能STC89C52單片機(jī)具有很強(qiáng)大的功能，操作非常的簡單，而且兼容傳統(tǒng)的51單片機(jī)，在編寫程序的時候可以選擇使用匯編語言和C51語言兩種語言。而且單片機(jī)的功能比較的簡單，只要看懂單片機(jī)的每個寄存器的功能，很容易就可以對單片機(jī)進(jìn)行操作。非常的適合單片機(jī)初學(xué)者進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。（2）強(qiáng)大的計(jì)算能力STC89C52單片機(jī)本身的計(jì)算能力很強(qiáng)，速度也非?？?，可以進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)處理，可以同時執(zhí)行多個任務(wù)，單片機(jī)本身具有多個中斷，可以靈活使用。（3）運(yùn)行速度快STC89C52單片機(jī)的運(yùn)行速度可以靈活的選擇，外部最高可以配35MHz的晶振，因此單片機(jī)的最快運(yùn)行速度可以達(dá)到ns級別，本次設(shè)計(jì)使用STC89C52單片機(jī)，在單片機(jī)的封裝上選擇DIP-40引腳。單片機(jī)的工作電壓為5V直流電壓。單片機(jī)的引腳圖如圖3-2所示。圖3-2單片機(jī)引腳圖晶振電路設(shè)計(jì)晶振電路對單片機(jī)來說是非常重要的電路，沒有晶振電路單片機(jī)不可能正常的工作，晶振電路也是單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路組成之一，因此對晶振電路的設(shè)計(jì)要非常的精確。晶振電路一般有一個石英振蕩器和兩個匹配電容組成。它們之間相互組合可以產(chǎn)生固定的頻率信號。如下圖3-3所示晶振電路和芯片的X2和X1引腳連接。圖3-3晶振電路復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位電路通過電阻、電容，復(fù)位按鍵通過特定的電路連接共同組成，使用復(fù)位電路可以輸出一個復(fù)位信號，復(fù)位電路和單片機(jī)的REST引腳連接，復(fù)位可以讓單片機(jī)程序復(fù)位，或者復(fù)位動作。有自動復(fù)位電路和手動復(fù)位電路兩種形式，如下圖3-4是本次設(shè)計(jì)的復(fù)位電路，設(shè)計(jì)了手動復(fù)位電路，可以通過按鍵實(shí)現(xiàn)復(fù)位動作。復(fù)位電路和單片機(jī)的第9個引腳REST連接實(shí)現(xiàn)復(fù)位。圖3-4復(fù)位電路單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)如下圖3-5是單片機(jī)的最簡單的電路圖，我們也把最簡單的電路稱之為單排及的最小系統(tǒng)電路，最小系統(tǒng)電路只能保證單片機(jī)程序下載、單片機(jī)復(fù)位重啟等動，其它需要實(shí)現(xiàn)的功能都要在這個基礎(chǔ)上進(jìn)行逐步的擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)。圖3-5單片機(jī)最小系統(tǒng)電路光線檢測電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的LED臺燈亮度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具有光線檢測的功能，通過光線檢測可以知道環(huán)境的亮度情況，這樣就可以根據(jù)環(huán)境的亮度情況自動的調(diào)節(jié)臺燈的亮度，本次設(shè)計(jì)的光線亮度檢測電路使用光面電阻進(jìn)行檢測，光敏電阻檢測后輸出的吸納會為模擬信號，需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后才能給單片機(jī)使用，A/D轉(zhuǎn)換芯片采用ADC0832，ADC0832是一款8位的A/D轉(zhuǎn)換器，和單片機(jī)之間通過串行的方式進(jìn)行通信，如下圖3-6所示是本次設(shè)計(jì)的光照檢測電路。圖3-6光照檢測電路按鍵設(shè)置電路設(shè)計(jì)使用獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)，獨(dú)立按鍵最主要的特點(diǎn)就是設(shè)計(jì)電路簡單，不需要很多的器件就能實(shí)現(xiàn)按鍵檢測功能。獨(dú)立按鍵最主要的特點(diǎn)就是設(shè)計(jì)電路簡單，不需要很多的器件就能實(shí)現(xiàn)按鍵檢測功能。本次設(shè)計(jì)了3個按鍵，當(dāng)按鍵按下的時候?qū)?yīng)的引腳會檢測到低電平。通過這種方法可以實(shí)現(xiàn)對按鍵功能的檢測。如下圖3-7所示，S1是設(shè)置工作模式按鍵，S2是亮度增加調(diào)節(jié)按鍵，S3是亮度減小調(diào)節(jié)按鍵。圖3-7按鍵電路臺燈LED燈驅(qū)動電路設(shè)計(jì)LED臺燈亮度調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有16LED指示燈組成臺燈的燈頭，16個LED燈并聯(lián)形成同一個方形的臺燈。16個LED燈在工作的時候需要消耗的電流很大，大概有50-60mA，單片機(jī)的I/O端口不能驅(qū)動，因此需要設(shè)計(jì)一個電流放大電路，本設(shè)計(jì)中采用三極管9012實(shí)現(xiàn)對電流的驅(qū)動。如下圖3-8所示是臺燈的LED燈驅(qū)動電路。圖3-8LED指燈驅(qū)動電路電源電路設(shè)計(jì)電源是一個電子設(shè)計(jì)必須具有的，為整個系統(tǒng)提供電能，本次中所有的器件都使用5V直流電，因此在電源設(shè)計(jì)上選擇了USB接口供電的方式，USB的標(biāo)準(zhǔn)電壓為5V，不用在采用專門的5V穩(wěn)壓芯片直接就能給系統(tǒng)供電。圖3-9是系統(tǒng)的電源電路，外界的電源通過P1端口連接進(jìn)行供電，SW1是電源開關(guān)們可以控制供電的連接和斷開操作。當(dāng)供電連接的時候電源指示燈D18點(diǎn)亮。圖3-9電源電路本章小結(jié)本章是LED臺燈亮度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整體的方案設(shè)計(jì)章節(jié)，在這一章根據(jù)需求設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件功能框圖，并對硬件功能框圖進(jìn)行了各個功能模塊的介紹。并對系統(tǒng)中使用的器件進(jìn)行了介紹，介紹了使用的芯片的功能。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)LED臺燈亮度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的軟件平臺是本文設(shè)計(jì)的一個十分重要且必不可少的組成部分。通過系統(tǒng)分析檢測系統(tǒng)的功能需求以及利用軟件模塊化的程序設(shè)計(jì)思想，通過編寫代碼實(shí)現(xiàn)。編程語言的選擇系統(tǒng)的所有的邏輯控制功能都需要設(shè)計(jì)者通過編寫設(shè)計(jì)軟件來實(shí)現(xiàn)，軟件設(shè)計(jì)的好壞，會直接的影響到系統(tǒng)的性能。因此對設(shè)計(jì)者來說選擇合適的設(shè)計(jì)語言進(jìn)行軟件開發(fā)將會是軟件設(shè)計(jì)的首要步驟。目前單片機(jī)的開發(fā)語言有很多種，經(jīng)常被人們使用的有匯編語言、C語言和C++語言等。STC89C52系列微控制器是一款中低端的8位處理器，STC89C52單片機(jī)是一款基于51內(nèi)核的單片機(jī)。該款單片機(jī)的主要的優(yōu)點(diǎn)是單片機(jī)的功能比較多，芯片內(nèi)部集成了UART、定時器、等接口。電源是一個電子設(shè)計(jì)必須具有的，為整個系統(tǒng)提供電能，本次中所有的器件都使用5V直流電，因此在電源設(shè)計(jì)上選擇了USB接口供電的方式，USB的標(biāo)準(zhǔn)電壓為5V，不用在采用專門的5V穩(wěn)壓芯片直接就能給系統(tǒng)供電。圖3-9是系統(tǒng)的電源電路，外界的電源通過P1端口連接進(jìn)行供電，SW1是電源開關(guān)們可以控制供電的連接和斷開操作。當(dāng)供電連接的時候電源指示燈D18點(diǎn)亮。在設(shè)計(jì)上可以節(jié)省很多的電路空間。單片機(jī)這款單片機(jī)對于初學(xué)者也有缺點(diǎn)，該單片機(jī)在封裝上都是貼片形式的封裝，有DIP-40，LQFP-44等封裝。單片機(jī)可以在keil編程環(huán)境上使用C語言進(jìn)行編寫。本次設(shè)計(jì)選擇了keil編程環(huán)境，使用C語言進(jìn)行程序的編寫。Keil開發(fā)環(huán)境想要讓實(shí)物實(shí)現(xiàn)出理想的性能要求，這就需要對單片機(jī)系統(tǒng)的各個器件進(jìn)行驅(qū)動代碼的編寫。只有將編寫好的驅(qū)動代碼燒寫到單片機(jī)處理器中，才能完成實(shí)物控制所需實(shí)現(xiàn)的功能。本次此設(shè)計(jì)將選用兼容51單片機(jī)的KeilC51為軟件開發(fā)平臺，并利用當(dāng)前使用最為廣泛的主流編程語言C語言來完成驅(qū)動代碼的編寫。KeilC51開發(fā)平臺有著極其豐富的庫函數(shù)和一個集成開發(fā)強(qiáng)大的調(diào)試工具，生成的代碼效率相當(dāng)高，而C語言有著代碼量小、運(yùn)行速度快、可移植性等功能強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)，非常適合本次控制系統(tǒng)對編程語言的要求[7]。開發(fā)環(huán)境Keil4軟件圖標(biāo)如下：圖4-1keil軟件界面主程序設(shè)計(jì)主程序是整個臺燈控制系統(tǒng)的軟件核心部分，主程序規(guī)定了軟件的程序執(zhí)行過程，在主程序中可以將整個程序分成各個模塊的程序，在程序中進(jìn)行相互的調(diào)用實(shí)現(xiàn)，如下圖4-2所示是系統(tǒng)的主程序流程圖。圖4-2系統(tǒng)主程序流程圖光線檢測程序設(shè)計(jì)光線檢測是本次設(shè)計(jì)的重要的組成部分之一，光線檢測主要是使用光敏電阻實(shí)現(xiàn)，光敏電阻會根據(jù)光線的變化情況阻值發(fā)生變化，本次設(shè)計(jì)中通過A/D轉(zhuǎn)換器采集光敏電阻兩端的電壓變化，通過測量的電壓變化情況就可以知道環(huán)境光線亮度的情況。程序流程圖如圖4-3所示。圖4-3檢測流程圖A/D轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計(jì)光敏電阻傳感器輸出為模擬的電壓信號，只有經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換將其變成數(shù)字信號才能被單片機(jī)識別與處理。ADC0832為串行A/D轉(zhuǎn)換芯片，需將串行比特流轉(zhuǎn)換成8位數(shù)據(jù)，一個轉(zhuǎn)換完成需要17us，故延時20us等待轉(zhuǎn)換完成并送給單片機(jī)處理，A/D轉(zhuǎn)換控制程序如圖所示。圖4-4A/D轉(zhuǎn)換流程圖本章小結(jié)本章研究的是單片機(jī)內(nèi)部程序及各模塊初始化及信號采集程序的流程，通過對臺燈亮度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的軟件整體程序流程圖的設(shè)計(jì)、光照檢測模塊程序的設(shè)計(jì)、A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)，對整個系統(tǒng)的軟件繼續(xù)了設(shè)計(jì)。最終將各個模塊的程序整合到一塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體程序。系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試本章主要的內(nèi)容是主要對硬件電路和軟件程序進(jìn)行調(diào)試，確定硬件電路的正確性和軟件程序的正確性。硬件調(diào)試硬件調(diào)試主要是對整個硬件電路原理圖的調(diào)試。硬件調(diào)試需要按照如下的步驟進(jìn)行：（1）檢查原理圖根據(jù)設(shè)計(jì)的原理圖，對應(yīng)每個器件的手冊，仔細(xì)的檢查原理圖的設(shè)計(jì)是否正確。每隔芯片的各個引腳連接是否正確。發(fā)現(xiàn)有錯誤要及時的改正錯誤，仔細(xì)檢查確保每個器件連接正確。（2）通過電路仿真的方式來對電路的功能進(jìn)行仿真，在仿真中可以發(fā)現(xiàn)電路是否有錯誤的地方。軟件調(diào)試沒問題了，按照前面的硬件電路的設(shè)計(jì)，我們設(shè)計(jì)了實(shí)物電路板，并得以電路板進(jìn)行了調(diào)試和分析。在進(jìn)行硬件調(diào)試的時候需要一步一步的調(diào)試，按照各個模塊的電路進(jìn)行分模塊功能調(diào)試，最后在對整體的硬件電路進(jìn)行測試，在調(diào)試過程中按照如下的步驟進(jìn)行調(diào)試：（1）對整個電路板的外觀進(jìn)檢查，查看電路板的焊接情況，是夠有焊接錯誤、虛焊、短路等情況，如果發(fā)現(xiàn)有不正確的地方要及時的改正。（2）在檢查電路板焊接沒有錯誤后，可以按照電路板的供電要求，給電路板進(jìn)行上電，在上電的時候檢測電路板上的芯片是否有發(fā)熱的情況，如果有發(fā)熱則說明可能有芯片焊接錯誤，需要及時的斷電。如果沒有發(fā)熱的情況，可以使用萬用表的電壓當(dāng)，測量下各個模塊電路的電壓是否正常。（3）通過程序下載軟件把軟件程序下載到單片機(jī)中，下載成功后可以簡單觀察顯示器顯示的內(nèi)容，看和我們的預(yù)期是否相符合。（4）按照各個模塊的電路功能，測試模塊電路的功能。比如可以通過在傳感器上輸入信號，觀察是否能能夠檢測到信號。軟件調(diào)試本次系統(tǒng)在程序的設(shè)計(jì)上使用單片機(jī)C語言進(jìn)行編程，編程環(huán)境選擇了keil軟件進(jìn)行，keil軟件是當(dāng)今單片機(jī)中使用的最為廣泛的軟件，keil軟件可以將編寫的系統(tǒng)的控制軟件代碼進(jìn)行檢查錯誤和生成單片機(jī)可以應(yīng)用的.hex形式文件[15]。在使用STLink下載器將文件下載到本次設(shè)計(jì)的STC89C52單片機(jī)中，單片機(jī)可以通過串口的下載方式進(jìn)行下載。下載到單片機(jī)中就可以進(jìn)行上電測試，看程序運(yùn)行是否正常。本次程序中編