基于STC89C52单片机的智能LED照明系统设计外文翻译资料

基于STC89C52单片机的智能LED照明系统设计

关键词:

单片机LED

智能照明传感器

光电探测

摘要：

本文设计了一种基于STC89C52单片机最小系统的智能LED照明系统，并结合LED照明技术、红外传感技术、光电检测技术，实现了LED照明系统的智能化处理与控制。该系统可智能测试LED照明系统的设计，实现光强控制、红外检测和光强测量，反映LED灯的智能性和人性化，进而实现节能绿色照明。

1.引言

LED是第四代绿色照明光源，由于其低能耗、无污染、使用寿命长等优点，已广泛应用于社会生活的各个方面。随着科学技术的发展，人们对照明的需求不断提高。照明不仅可以提供一个舒适的环境亮度，而且营造优雅舒适的氛围。目前，在室内照明方面LED智能照明系统的应用还处于探索阶段。原因在于照明技术和应用成本。因此，开发一套切实可行的低成本照明管理系统，解决当前照明系统缺陷是迫切需要，也是当前照明控制领域的一个关键问题。

STC89xx系列是STC单片机有限公司生产的8位单片机，具有与工业标准 80C51系列单片机完全兼容的指令集。嵌入应用程序的64K字节闪存与系统内编程代码共享，系统内编程(ISP)和应用内编程(IAP)支持用户升级系统中的程序和数据。ISP允许用户下载新的代码，而不需要将微控制器从实际的最终产品中移除;IAP是指在应用程序运行时，设备可以在Flash存储器中写入数据。有1280字节或512字节的芯片内存，提供了广泛的应用需求。用户可以将设备配置为每个机器周期运行12个时钟，并获得相同的性能，就像他使用其他供应商提供的另一个标准80C51设备一样，或者每个机器周期运行6个时钟以获得两倍的性能。STC89xx系列保留了标准80C51的所有特性。此外STC89xx系列还有一个额外的I/O端口(P4)、定时器 2、8源、4优先级中断结构、片上晶体振荡器和一次性启用的看门狗定时器。

本文的目的是设计一种基于STC89C52单片机最小系统的智能LED照明系统，该系统结合了LED照明技术、红外传感技术、光电检测技术和智能控制技术等。该系统能够实现对灯具亮度的智能控制，不仅满足日常照明的需要，而且在节能方面发挥了重要作用。

2.系统硬件设计

基于单片机最小系统的设计，主要包括人体热释电红外传感、光学传感、按键、显示模块等，实现对光源亮度的自动调节。如图1所示。

图1：系统结构

2.1单片机系统

2.1.1单片机系统框图

STC89xx系列CPU内核与标准8051微控制器完全兼容，保持所有指令助记符和二进制兼容性。STC89xx系列可以每6个时钟周期或12个时钟周期执行最快的指令(与标准80C51相同)。单个程序的改进取决于实际使用的指令。

图2 89XX框图

2.1.2 单片机最小系统

单片机最小系统包括电源电路，晶振电路和复位电路，其原理图如图2所示。

图3 单片机最小系统

电源模块控制寄存器如图4。

图4 控制电源寄存器

SMOD：双倍波特率工作接口

0 在模式1、2或3中使用UART时，保持正常的波特率；

1 在模式1、2或3中使用UART时，使用双倍波特率位。

SMOD0：SM0/FE位为SCON.7选择;设置这个位将设置SCON.7为Frame Error函数，将SCON.7设置为一个UART模式选择位。

B5：保留

POF：开机标志。它是通过关机动作设置的，只能通过软件清除。

GF1：普通用途标志1

GF0：普通用途标志0

PD：关闭电源位。

IDL：空闲模式位。

空闲模式，一条设置IDL/PCON.0的指令使得它成为进入空闲模式之前执行的最后一条指令，内部时钟被关闭到CPU， 而不是中断、定时器、WDT和串行端口函数。CPU状态是完整保存的：堆栈指针、程序计数器、程序状态 字、累加器和所有其他寄存器在空闲时保存它们的数据。端口管脚保存了它们在空闲模式被激活时的逻辑状态。AlE和PSEN保持在逻辑高水平。空闲模式使外围设备运行，以便它们在中断生成时唤醒 CPU。定时器0，定时器1，定时器2和UART将继续在空闲模式下运行。

终止空闲模式有两种方法。激活任何启用的中断将导致IDL/PCON.0被硬件清除，终止空闲模式。中断将得到服务，在RETI之后，下一条将被执行的指令将是将设备置于空闲状态的指令。

标志位(GFO和GF1)可用于在正常操作或空闲期间发生中断时给出指示。例如，激活空闲模式的指令也可以设置一个或两个标志位。当空闲模式被中断终止时，可以检查标志位。

从空闲状态唤醒的另一种方法是将RESET调高以生成内部硬件复位。由于时钟振荡器仍然在运行，硬件复位需要保持激活只有两个系统时钟周期(24个系统时钟)来完成复位。

关机模式，设置PD/PCON.1的指令使其成为进入关闭模式之前执行的最后一条指令。在断电模式下，芯片上振荡器和闪存停止，以最大限度地减少功耗。只有开机电路将继续吸引电源在断电期间。片上RAM和SFR得到了维护。从断电模式中唤醒的唯一方法是硬件复位。断电模式可由RESET引脚、外部中断 INT0~INT3、RXD引脚、T0引脚、T1引脚激活。当它被RESET唤醒时，程序将从地址0x0000执行。保持RESET引脚活跃至少10毫秒，为了一个稳定的时钟。如果它从I/O唤醒，CPU将通过跳转到相关的中断进行返工。在 CPU返工之前，为了补偿不稳定的时钟，时钟被阻塞并计数到32768。为了使用I/O唤醒，在输入断电之前，必须准确地启用和编写与中断相关的寄存器。如果使用I/O唤醒，请注意在断电指令之后至少有一条“NOP”指令。当通过中断终止断电时，唤醒周期在内部定时。在中断引脚的负边缘，退出电源关闭，振荡器重新启动，内部计时器开始计数。内部时钟将允许传播，CPU将不会恢复执行，直到计时器达到内部计数器满。超时时间过后，阻断器将开始。为了防止中断重新触发，阻断器应该在返回之前禁用中断。中断引脚应该保持低位，直到设备超时并开始执行。在出现下列情况之一之前，用户不应尝试进入(或重新进入)至少4us的电源关闭模式：开始执行代码(在任何类型的重置之后)，或退出电源关闭模式。

晶振电路，内部时钟脉冲信号由单片机XTAL1(19引脚)和XTAL2(20引脚)采集的12mhz晶体振动和两个30pf陶瓷外时钟振荡电路产生。STC89C52芯片允许12 MHz或11.0592 MHz的典型值，系统采用12 MHz。

当系统在执行程序时陷入死循环时，单片机可以在此时使用复位按钮，在STC89xx系列中，有5个方法可以生成内部重置。它们分别是RESET引脚、片上电源复位、看门狗定时器、软件复位和片上MAX810POR定时延迟。让内部程序从头开始。RST引脚：是施密特触发器的输入，是芯片复位的输入引脚。电平变化的RESET引脚必须保持至少24周期，为CPU内部采样使用。当这个信号至少在两个机器周期加上10个单位时，内部寄存器载入适当的值，以便有序地启动系统。正常情况下，RST较低。

电源开启复位：当VCC低于 POR电路的检测阈值时，所有的逻辑电路都被复位。当VCC再次启动时，内部重置会在32768时钟延迟后自动释放。3V器件的标称POR检测阈值约为 2.0v，5V器件为 3.3v。

开机标志POF/PCON.4由硬件设置，表示VCC功率曾经小于POR电压。此外，它还可以帮助用户检查CPU是从开机还是从硬件复位(RST-pin复位)、软件复位还是看门狗定时器复位开始运行。POF位应该用软件清除。

图5 电源控制寄存器

看门狗定时器：STC89xx系列单片机中的看门狗定时器由8位预定标器定时器和15位定时器组成。定时器是通过设置 ENWDT(WDTcontr.5)一次性启用的。清除ENWDT可以停止WDT计数。当启用WDT时，软件应该总是在WDT溢出之前通过写1到CLR_WDT位来重置计时器。如果STC89xx系列单片机由于任何干扰而失去控制，这意味着CPU不能正常运行软件，那么WDT可能会错过“写1到CLRWDT”，从而出现溢出。一个看门狗计时器溢出将产生一个内部复位。

启用WDT位。设置后，启动WDT。

WDT：WDT清除位。设置后，WDT将重新计数。硬件将自动清除此位。

IDLE-WDT：WDTIDLE模式位。设置后，WDT在空闲模式下启用。清除时，在IDLE中禁用WDT。

PS2，PS1，PS0：WDT预刻度值位。

图6 看门狗定时器控制寄存器

软件复位：在ISP_CONTR寄存器中写入一个“1”到 SWRST位将生成一个内部复位。

图7 ISP控制寄存器

ISPEN:启用ISP/IAP操作。

0:全局禁用所有ISP/IAP程序/erase/read函数。

1:启用ISP/IAP程序/erase/read函数。 软件启动选择控制。

0:重置后从主存启动。

1:重置后从 ISP 内存启动。

软件复位触发控制。

0:禁止操作

1:软件系统复位，由硬件自动清除。

4~B3:保留。

Wt2~WT0:在闪存忙时选择ISP/IAP等待时间。

在这项工作中，手动复位和电源复位相结合。 通常在 RST和电源VCC之间加一个复位按钮，复位按钮的两端与10个铝电解电容器并联，并联串联10 k电阻后与地连接，形成复位电路。

2.1.3存储器

STC89xx系列单片机具有独立的程序存储器和数据存储器地址空间。程序存储器是存储供 CPU 执行的程 序代码的存储器。在STC89xx系列单片机中，有高达64k字节的闪存用于程序和数据存储。较低的4K为STC89C51RC (8K为STC89C52RC，16k为STC89C54RC等)可能驻留在芯片上。该设计允许用户配置它，就像里面有三个独立的分区一样。它们分别称为AP(应用程序)区、IAP(应用程序内部)区和ISP(系统内部程序)引导区。AP区域是用户程序居住的空间。IAP(In-Application-Program)区域是AP程序用于保存重要参数的非易失性数据存储空间。换句话说，STC89xx系列的IAP功能为用户提供了读写用户定义的片上数据闪存区域的功能，从而节省了使用外部EEPROM设备所需的时间。ISP启动区域是我们称之为“ISP 程序”的特定程序驻留的空间。在ISP 区域内，用户还可以启用对一个小内存空间的读/写访问，以便为特定目的存储参数。一般来说，ISP 程序的目的是实现AP程序的升级，而不需要将设备从 系统中移除。Stc89xx系列硬件捕获自启动持续时间以来的配置信息，并根据预先确定的标准执行空间外硬件保护。其标准是AP区域只能由ISP程序访问，IAP区域可由ISP程序和AP程序访问，ISP区域不能由AP程序和ISP程序本身访问。但是如果启用了“ISP 数据闪存”，ISP程序可以读写这个空间。当执 行ISP-IAPSFR上的错误设置时，会发生“超出空间”，STC89xx系列遵循上述标准，忽略触发器命令。

重置后，CPU 从程序内存的 0000H 位置开始执行，这个位置应该是用户应用程序代码的起始位置。为了服务中断，中断服务位置(称为中断向量)应该位于程序内存中。每个中断在程序内存中被分配一个固定的 位置。中断导致 CPU 跳转到那个位置，在那里开始执行服务例程。例如，外部中断 0 被分配到位置 0003H。如果要使用外部中断 0，它的服务程序必须从位置 0003H开始。如果不打算使用中断，那么它的 服务位置可以作为通用程序内存使用。

中断服务位置的间隔为 8 字节:0003H 表示外部中断 0,000BH 表示定时器 0,0013H 表示外部中断 1,001BH 表示定时器 1，等等。如果一个阻断器文件足够短(在控制应用程序中通常是这样)，它可以完全驻留在8字节的间隔内。如果使用其他中断，较长的服务例程可以使用跳转指令跳过后续的中断位置。

图8 存储器

数据存储器主要有三种形式。

片上可挠式记忆体，与传统的 8051 微控制器相同，在 STC89xx 系列中有 256 字节的 SRAM 数据存储器，包括 128 字节的 SFR 空间。较低的 128 字节数据存储器可以通过直接和间接寻址访问。上面 128 字节的数据内存和 128 字节的 SFR空间共享相同的地址空间。上面 128字节的数据存储器只能通过间接寻址访问。SFR的 128个 字节只能通过直接寻址访问。数据存储器的最低 32 字节(00H~1FH)分为 4 组，每组8个寄存器。程序指令将这些寄存器称为 R0到 R7。PSW寄存器中的 RS0和 RS1位选择使用哪个寄存器组。 使用寄存器寻址的指令将只访问当前指定的区域。这允许更有效地使用代码空间，因为寄存器指令比使用直接寻址的指令短。寄存器组上方接下来的 16个字节(20H~2FH)构成了一块位寻址内存空间。80C51 指令集包括广泛的单位指令选择，这一领域的 128 位可以通过这些指令直接寻址。这个区域的位地址是 00H到 7FH。

低 128 的所有字节都可以通过直接或间接寻址访问，而高 128 只能通过间接寻址访问。SFR包括端口锁存器、定时器、外围控制等。这些寄存器只能通过直接寻址访问。SFR空间中的十六个地址都是字节和位可寻址的。位可寻址的SFR是地址以 0H或 8H结尾的SFR。

辅助 RAM，在 STC

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