基于51单片机航标灯控制器的设计与实现.docx
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基于51单片机航标灯控制器的设计与实现
班级08231
学号08231023
本科毕业设计论文
题目基于51单片机航标灯控制器的设计与实现
学院西安电子科技大学长安学院
专业电子信息科学与技术
学生姓名
导师姓名雷思孝
西安电子科技大学长安学院
毕业设计（论文）诚信声明书
本人声明：
本人所提交的毕业论文《基于51单片机航标灯控制器的设计与实现》是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中加以说明；有关教师、同学和其他人员对本文的写作、修订提出过并为我在论文中加以采纳的意见、建议，均在我的致谢中加以说明并深致谢意。
本论文和资料若有不实之处，本人承担一切有关责任。
论文作者：
时间：
2012年5月18日
指导教师已阅：
时间：
2012年5月18日
西安电子科技大学长安学院
毕业设计（论文）任务书
学生姓名 专 业 电子信息科学与技术
班 级 08231 学 号 08231023
指导教师 雷思孝 职 称 高级工程师
题 目基于51单片机航标灯控制器的设计与实现
本题目要求设计者以酒精浓度检测仪为对象，完成硬件系统和软件设计并实现其功能。
1.熟悉任务，分析课题要求，熟悉酒精浓度检测仪的原理,进行方案设计；
2.熟悉硬件设计技术基础、单片机应用系统设计要领，根据本课题的特点选择相应器件；
3.搜集素材，优选素材，整理素材；
4.完成所硬件电路的装配和调试，编写程序实现其功能；
5.撰写毕业设计论文。
6.参加毕业设计论文答辩。
要求：
开始日期 2012年1月15日完成日期2011 年5月20日
院长（签字）2012年月日
西安电子科技大学长安学院
毕业设计（论文）工作计划
学生姓名学号08231023
指导教师职称高级工程师
学院长安学院专业电子信息科学与技术
题目名称基于51单片机航标灯控制器的设计与实现
一、毕业设计（论文）进度
起止时间工作内容
2012.1.15-2.15学习单片机原理与应用技术
熟悉电路设计方法
02.16—03.01方案调研，准备相关资料。
03.02—03.20方案设计
03.21--04.10电路设计
04.11--04.30样机安装，调试，实验
05.01--05.15完成论文
05.16–05.20机动，准备答辩
二、主要参考书目（资料）
2.《intel8086/8088系列微型计算机原理与接口技术》杨志坚中国电力出版社
3．《微型计算机原理及应用辅导》李伯成西安电子科技大学出版社
4.《微型计算机技术及应用》戴梅萼史嘉权清华大学出版社
5.《微型计算机原理及应用》许立梓何小敏机械工业出版社,2010.
6.《汇编语言》王爽清华大学出版社
7.《汇编语言程序设计》齐志儒高福祥东北大学出版社
8.《常用传感器应用电路的设计与实现》，何希才2007
9.《传感器应用电路300例》孙余凯吴鸣山2008
10.《传感器应用电路400例》王煜东2008
三、主要仪器设备及材料
硬件电路实验板、集成电路、万用表、示波器、计算机
四、教师的指导安排情况（场地安排、指导方式等）
每周二、四下午答疑，有问题随时联系。
每周五下午检查。
五、对计划的说明
抓紧时间、努力工作、有事外出、必须请假。
注：
本计划一式两份，一份交学院，一份学生自己保存（计划书双面打印）长安学院教学A区二楼201教室；网上即时解答疑难问题。
西安电子科技大学长安学院
毕业设计（论文）中期检查表
学院
长安学院
专业
电子信息科学与技术
学生姓名
学号
08231023
班级
08231
导师姓名
职称
高级工程师
单位
计算机学院
题目名称
基于51单片机航标灯控制器的设计与实现
检查内容
检查结果
题目是否更换及更换原因
否
学生出勤情况
出勤情况良好
进度评价
（完成总工作量的百分比）
已完成总任务的70%
质量评价、进度描述
学习了STC89C52单片机的原理及其应用，系统学习了毕设相关知识和要求，完成了硬件电路设计。
总体评价
（按优、良、中、及格、不及格五挡评价）
良
存在的问题与建议
请抓紧时间完善硬件电路调试、软件编程，进行系统联调，着手准备论文撰写，力争提前完成任务。
学院审核（盖章）
注：
此表由指导教师填写，5月15日前交学院办公室，中期检查成绩将作为毕业设计总成绩的一部分；此表装订入毕业设计（论文）中。
西安电子科技大学长安学院
毕业设计（论文）成绩登记表
学院
长安学院
专业
电子信息科学与技术
姓名
学号
成绩
题目名称
基于51单片机的酒精浓度检测仪设计与实现
指导教师
职称
高级工程师
指导教师评语及对成绩的评定意见
同学在整个毕业设计期间态度端正，认真负责，对毕业设计任务进行了认真地分析；查阅了大量的技术资料，对题目涉及的相关技术进行了认真学习和研究，掌握了本学科的理论知识和应用技能。
该论文对89C51单片机的性能进行了全面论述，并利用STC89C51单片机实现了酒精浓度检测仪的设计。
体现了该生具有一定的分析问题和解决问题的能力。
在毕业设计期间，该生能坚持学习新知识，并能够利用所学知识解决实际问题，针对具体问题能够提出解决问题的办法，能够较好的解决问题。
完成的毕业设计论文内容详实，文笔通顺，层次清楚，反映了该生掌握了本专业坚实的理论基础、具有论文撰写能力。
顺利完成了毕业设计任务。
同意参加毕业设计论文答辩。
建议成绩为：
签名年月日
评阅人评语及成绩评定意见
该论文内容体现出作者基础知识比较扎实，具有将理论知识与实践相结合的能力，对相关的理论知识有正确的理解。
从完成的工作来看，该生表现出一定的理论分析能力。
能够运用相关知识解决设计中遇到的问题，体现了综合运用所学知识的能力。
从论文的书写看，论文格式基本符合毕设论文撰写规范要求。
达到了本科毕设论文撰写要求。
签名年月日
答辩小组意见
签名年月日
学院答辩委员会
意见
答辩委员
会主任签名（学院盖章）年月日
注：
学院、专业名均写全称；成绩登记表双面打印
摘要
航标灯在夜间具有引导船舶航行的作用，是船舶在夜间安全航行有力保障。
它通过灯塔在海上夜间发出规定的灯光颜色和闪光频率的可识信号，达到规定的照射角度和能见距离，以供船舶测定位置和向船舶提供危险警告。
本次设计是以STC89C52为主控单元，结合定时/计数器采用以光敏电阻为核心的光敏传感器构成的光控开关来自动识别白天和黑夜，设计了一种简单、可靠、节能的航标灯控制器，以达到控制航标灯夜间导航船舶的目的。
关键词：
航标灯单片机STC89C52智能控制自动控制
Abstract
Beaconlightsatnighttoguidetheshiprole,isashipatnightnavigationsafetyguarantee.Itisthroughthelighthouseintheseaatnightsendprescribedlightcolorandtheflashfrequencyidentificationsignal,totheprovisionsoftheirradiationangleandthevisibilitydistance,fortheshiptoshippositiondeterminationandprovidewarningsofdanger.
ThedesignisbasedonSTC89C52asthemaincontrolunit,combinedwiththetimer/counterusingphotosensitiveresistanceasthecoreofthephotosensitivesensorswitchtoautomaticrecognitionofdayandnight,designasimple,reliable,energy-savinglampcontroller,tocontrolnavigationmarklightnightnavigationofshiptarget
Keywords:
第一章绪论
水路航运系统是运输系统中很重要的一部分，而航道的正确标识是船舶航运安全的重要保障。
在我们长达数千公里的河道和海岸沿线，每隔一定距离就必须有一个航标等，用来指示航道的安全水位区域。
航标灯在夜间用所显示的特定光色，灯光节奏和周期作为标志的识别特性，以便航海人员容易区别。
此次设计由STC89C52为核心，结合定时/计数器以及由光敏电阻构成的光控开关，从而组成了航标灯控制器。
以STC89C52为主控单元设计的航标灯控制器可以更加方便、准确地控制航标灯自动闪烁（即白天航标灯熄灭，晚上间歇发光，闪烁两下再暗一会,周而复始），以达到自动化控制的目的，减少了人力资源和时间的投入，大大改善了人工作业的环境，也可提高效率，为船舶提供精确的导航信息。
第二章航标灯控制器总体设计
2.1设计方案的确定
所有的图要有编号和图名！
！
！
2.2设计方案说明
本毕业设计要求用STC89C52单片机作为主控芯片，并结合其他元件来实现航标灯控制器的设计。
航标灯的基本功能是能在夜晚提供导航信号，即是要能在夜晚时闪烁发光，一亮一灭周期性地发光提供导航，而在白天则不发光。
经分析可知，该设计要使用控制芯片直接或间接为航标灯的灯提供控制信号，以便控制航标灯是否发光以及如何发光以满足导航要求。
根据以上分析，该设计所采用方案是以STC89C52单片机为控制核心，以光敏电阻作为航标灯的光纤传感器，传感器信号传给STC89C52单片机处理，由单片机控制发光二极管闪烁或者熄灭，直流电源为以上所用芯片及电路供电，最终完成本次设计任务。
第三章航标灯控制器的硬件设计
根据本次课程设计要求，为实现设计目标，需要用到STC89C52、光敏电阻LED发光二极管、直流电压源。
在选择确定芯片及电器元件之前，还是先来简要介绍一下所有可能用到的芯片以及必须的元器件，并有选择的分析他们的结构和相关功能。
这些分析不仅是必要的也是很有助于我们对设计方案的探索和优化选择。
3.1相关硬件介绍
3.1.1STC89C52介绍
在本系统中，STC89C52工作在最小模式下。
负责对LED发光二极管控制和对光敏电阻传入信号的处理。
图3.1总电路图
单片机的最小系统是由电源、复位、晶振、/EA=1组成，下面介绍一下每一个组成部分。
1.电源引脚
Vcc 40 电源端
GND 20 接地端
工作电压为5V，另有AT89LV51工作电压则是2.7-6V,引脚功能一样。
2.外接晶体引脚
图3.2晶振连接的内部、外部方式图
XTAL1 19
XTAL2 18
XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。
内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。
晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。
电容取30PF左右。
系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。
AT89单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。
引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。
这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。
外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。
对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。
因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22μF。
在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。
3.复位 RST 9
在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。
复位后P0－P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。
当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序。
复位是由外部的复位电路来实现的。
片内复位电路是复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S5P2，由复位电路采样一次。
复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，此电路系统采用的是上电与按钮复位电路。
当时钟频率选用6MHz时，C取22μF，Rs约为200Ω，Rk约为1K。
复位操作不会对内部RAM有所影响。
常用的复位电路如下图所示：
和电路不符！
！
！
3.3复位电路图
4.输入输出引脚
（1）P0端口[P0.0-P0.7]P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口，端口置1（对端口写1）时作高阻抗输入端。
作为输出口时能驱动8个TTL。
对内部Flash程序存储器编程时，接收指令字节;校验程序时输出指令字节，要求外接上拉电阻。
在访问外部程序和外部数据存储器时，P0口是分时转换的地址（低8位）/数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。
（2）P1端口[P1.0－P1.7]P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。
输出时可驱动4个TTL。
端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。
对内部Flash程序存储器编程时，接收低8位地址信息。
（3）P2端口[P2.0－P2.7]P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口输出时可驱动4个TTL。
端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用对内部Flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。
在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。
而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。
（4）P3端口[P3.0－P3.7]P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向端口。
输出时可驱动4个TTL。
端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用
3.1.2LED发光二极管介绍
LED（LightEmittingDiode），发光二极管，主要由支架、银胶、晶片、金线、环氧树脂五种物料所组成。
LED（Light-Emitting-Diode中文意思为发光二极管）是一种能够将电能转化为光能的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。
据分析，LED的特点非常明LED灯泡以及灯具图片（19张）显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。
白光LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可超过150lm/W（2010年）。
将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行对比，结果显示：
普通白炽灯的光效为12lm/W，寿命小于2000小时，螺旋节能灯的光效为60lm/W，寿命小于8000小时，T5荧光灯则为96lm/W，寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光LED光效理论上可以超过150lm/W，寿命可大于100000小时。
有人还预测，未来的LED寿命上限将无穷大。
然而，LED灯的工作原理使得在大功率LED照明行业里散热问题变得非常突出，许多LED照明方案不够重视散热，或者是技术水平有限，所以目前量产的大功率LED灯普遍存在实际使用寿命远远不如理论值，性价比低于传统灯具的尴尬情况。
为了提高LED灯具的使用寿命，真正做到适合商业化的量产，LED照明行业正在独立或者和专业的导热材料供应商合作加紧研制新型导热材料，比如导热塑料等等。
大功率LED，一般指大于0.65W，这一点不同公司内部也会有不同的标准，因为目前在大功率LED领域还没有形成大家一致认可的行业标准。
光强与流明比小功率大，但同样散热也很大，现在大功率大多是单颗应用，加上有效散热面积很大的散热片，也出现了集成在一起的LED灯矩阵，但是散热效果不是很好。
小功率一般是0.06W左右的。
现在LED手电一般是用小功率用的，光散不散，取决于LED的发光角度，有大角度小角度之分，小角度不散，大角度才散。
市面上的手电筒一般是用草帽头做的，效果很好。
LED的亮度是跟LED的发光角度有必然关系的,LED的角度越小它的亮度越高,没有什么超亮不超亮的,那是骗小孩的,如果是质量好的LED不管是哪家LED厂家生产的大家的亮度都差不多的,只是生产工艺不一样,使用寿命略有不同,因为大家用的都是那几家国外的LED芯片.如果是5MM的LED180度角的白光的发光强度只有几百MCD,如果是15度角的光强就要去到一万多两万MCD的了,光强相差好几十倍了,如果是用于照明用的,在户外最好是用大功率的LED了,亮度就更高了,单个功率有1W,3W,5W,还有的是用多个大功率组合成一个大功率的LED
图3.4AT89C51系列单片机的内部结构示意图？
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发光原理：
LED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。
LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附着LED灯株在一个支架上，是负极，另一端连接电源的正极，整个晶片被环氧树脂封装起来。
半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。
但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。
当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。
而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。
2.1.3光电元件介绍
光电器件是将光能转换为电能的一种传感器件,它是构成光电式传感器最主要的部件。
光电器件响应快、结构简单、使用方便,而且有较高的可靠性,因此在自动检测、计算机和控制系统中,应用非常广泛。
光电器件工作的物理基础是光电效应。
在光线作用下,物体的电导性能改变的现象称为内光电效应,如光敏电阻等就属于这类光电器件。
在光线作用下,能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应,如光电管、光电倍增管就属于这类光电器件。
在光线作用下,能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应,如光电管、光电倍增管就属于这类光电器件。
在光线作用下,能使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应,即阻挡层光电效应,如光电池、光敏晶体管等就属于这类光电器件。
本次设计所选的光电元件为硫化镉光敏电阻，以光敏电阻为核心构成一光控开关电路。
1．光敏电阻的结构与工作原理光敏电阻又称光导管,它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。
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,也可以加交流电压。
无光照时,光敏电阻值（暗电阻）很大,电路中电流（暗电流）很小。
当光敏电阻受到一定波长范围的光照时,它的阻值（亮电阻）急剧减少,电路中电流迅速增大。
一般希望暗电阻越大越好,亮电阻越小越好,此时光敏电阻的灵敏度高。
实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级,亮电阻在几千欧以下。
如右图所示为光敏电阻的原理结构。
它是涂于玻璃底板上的一薄层半导体物质,半导体的两端装有金属电极,金属电极与引出线端相连接,光敏电阻就通过引出线端接入电路。
为了防止周围介质的影响,在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜,漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。
3.5光敏电阻结构图
２．光敏电阻的主要参数
（1）暗电阻光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻,此时流过的电流称为暗电流。
（2）亮电阻光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻,此时流过的电流称为亮电流。
（3）光电流亮电流与暗电流之差称为光电流。
３．光敏电阻的基本特性
（1）伏安特性在一定照度下,流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。
图3.6为硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线。
由图可见,光敏硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线。
图3.6光敏硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线
说明电阻在一定的电压范围内,其I-U曲线为直线，说明其阻值与入射光量有关,而与电压、电流无关
（2）光谱特性光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光谱特性,亦称为光谱响应。
如下图所示为几种不同材料光敏电阻的光谱特性。
对应于不同波长,光敏电阻的灵敏度是不同的。
从图中可见硫化镉光敏电阻的光谱响应的峰值在可见光区域,常被用作光量测量（照度计）的探头。
而硫化铅光敏电阻响应于
近红外和中红外区,常用做火焰探测器的探头。
图3.7光谱特性曲线
硬件设计原理图
图3.8硬件设计原理图
在本设计中，单片机STC89C52工作在最小模式下，负责对光敏电阻输入的数据进行判断和处理，控制LED发光二极管按要求亮灭；以硫化镉光敏电阻为核心的光敏传感器构成的光控开关，识别白天和黑夜，使单片机对LED发光二极管进行不同的控制，通过5V稳压源提供单片机以及外围电路要正常工作的电源。
第四章系统软件设计
4.1程序流程图
4.1程序流程图
上电初始化后，LED熄灭，读光敏电阻输入值判断外界环境光亮，如果暗，则控制LED按规律闪烁，如果外界亮，则控制LED保持熄灭状态。
4.2源程序
#include//包含一个51标准内核的头文件
sbitK1=P2^0;//定义IO口
sbitL1=P0^0;
//定义P2.0为光敏电阻输入端，定义P0.0为控制LED输出端。
voidmain（void）//主函数
{
K1=1;
L1=1;
//赋初值
//初始化，LED熄灭。
while
（1）//死循环
{
if（K1==0）//如果K1值为0
{
intn=0;
//定义变量n，用于空循环延时使用。
L1=0;//灯亮
for（n=0;n<30000;n++）;//空循环延时
L1=1;//灯灭
for（n=0;n<30000;n++）;//空循环延时
L1=0;//灯亮
for（n=0;n<30000;n++）;//空循环延时
L1=1;//灯灭
for（n=0;n<30000;n++）;//空循环延时
for（n=0;n<30000
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