基于單片機(jī)的太陽光跟蹤系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　針對現(xiàn)代社會能源越來越匱乏的現(xiàn)狀，以常規(guī)能源為基礎(chǔ)的能源結(jié)構(gòu)隨著資源的不斷耗用將愈來愈不適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的需要，現(xiàn)研究出一種單軸太陽光跟蹤系統(tǒng)，提出了檢測光強(qiáng)法以實(shí)現(xiàn)太陽光自動跟蹤系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合目前應(yīng)用實(shí)際，采用單軸跟蹤的方式，提高了系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，單軸跟蹤系統(tǒng)的方法，在結(jié)構(gòu)上簡單，未降低系統(tǒng)的抗風(fēng)能力，因此

2、，具有較好的實(shí)用性和推廣價值。本文主要研究了對太陽光進(jìn)行跟蹤的方法及原理，數(shù)據(jù)采集接收和驅(qū)動控制設(shè)備的硬軟件設(shè)計。</p><p>　　在太陽光自動跟蹤系統(tǒng)中，核心部件單片機(jī)通過預(yù)先計算的太陽位置進(jìn)行跟蹤，并通過光電傳感器校正位置量可能出現(xiàn)的誤差，該系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)相比僅增加少量的低成本集成電路，具有精確度高，跟蹤范圍廣，適應(yīng)性好等特點(diǎn)，本文主要介紹單軸太陽光跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低，不必人工干預(yù)，特別適合天氣變化

3、比較復(fù)雜和無人值守的情況。有效地提高太陽能的利用率，有效好的推廣應(yīng)用價值，缺點(diǎn)就是檢測到的結(jié)果不是很精確，太陽能是已知最原始的能源，清潔，可再生，豐富和分布很廣，具有廣闊的前景。在太陽能的利用，如何提高太陽能設(shè)備的利用效率始終是使用太陽能過程中關(guān)注的話題，陽光跟蹤的實(shí)施是必要的。</p><p>　　主要模塊有電源模塊、采集模塊、電機(jī)模塊、轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊。</p><p>　　關(guān)鍵詞：

4、單軸跟蹤；單片機(jī)；光電轉(zhuǎn)換效；步進(jìn)電機(jī)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　According to The status quo that increasingly lack of energy in modern society. Conventional energy-based energy structure wit

5、h the continuous consumption of resources will become increasingly unsuited to the needs of sustainable development，is come up with a uniaxial too sun-tracking system to detect light intensity to sunlight automaticallytr

6、acking system. On this basis，combined with the actual application，the use of single-axis tracking to improve the photoelectric conversion efficiency of </p><p>　　Sunlight automatic tracking system，the core c

7、omponents of SCM to track through the pre-calculated position of the sun by the photoelectric sensor calibration position the amount of possible errors，the system compared with the simulation system is only a small amoun

8、t of low-cost integrated circuits，with precisehigh，tracking a wide range，adaptive characteristics.</p><p>　　This paper describes the single-axis sun tracking system is too simple structure, low cost, without

9、 human intervention, especially for changes in the weather is more complex and unattended. Effectively improve the utilization of solar energy, effectively a good application value. The drawback is detected, the results

10、are not very accurate.</p><p>　　The main module power supply module, acquisition module, the motor module, conversion module, display module. Solar energy is the most primitive known energy, clean, renewable

11、, abundant and very wide distribution, with a broad prospects. In the utilization of solar energy, how to improve the efficiency of utilization of solar energy devices is always a topic of concern in the use of solar ene

12、rgy process, the implementation of the tracking of sunlight is necessary.</p><p>　　Keywords: Single-axis tracking; microcontroller; photoelectric conversion efficiency; stepper motor</p><p><

13、b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p>　　1 太陽光跟蹤系統(tǒng)的研究1</p><p>　　1.1 太陽光跟蹤的方法1</p><p>　　1.1.1光電跟蹤1</p><p>　　1.1.2時日運(yùn)動軌跡跟蹤介紹2&l

14、t;/p><p>　　1.2 系統(tǒng)的原理敘述2</p><p><b>　　2 方案論證3</b></p><p><b>　　2.1 方案一3</b></p><p><b>　　2.2 方案二4</b></p><p>　　2.3 方案確定4

15、</p><p>　　3 硬件電路分析5</p><p>　　3.1 AT89S52單片機(jī)模塊5</p><p>　　3.1.1單片機(jī)選擇及引腳功能介紹5</p><p>　　3.1.3單片機(jī)復(fù)位電路7</p><p>　　3.2 光強(qiáng)度檢測模塊8</p><p>　　3.2.1光電

16、傳感器的選擇8</p><p>　　3.2.2光強(qiáng)度檢測模塊電路設(shè)計8</p><p>　　3.3 時鐘模塊部分9</p><p>　　3.3.1 74LS74芯片的介紹10</p><p>　　3.3.2 時鐘模塊電路設(shè)計10</p><p>　　3.4 太陽光跟蹤控制模塊11</p>&l

17、t;p>　　3.4.1步進(jìn)電機(jī)的介紹11</p><p>　　3.4.2步進(jìn)電機(jī)控制電路設(shè)計15</p><p>　　3.4.3 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路原理15</p><p>　　3.5 電源模塊16</p><p>　　3.6 LED數(shù)碼管顯示模塊16</p><p>　　3.6.1LED數(shù)碼管介紹

18、16</p><p>　　3.6.2顯示模塊電路分析17</p><p>　　3.7 A/D轉(zhuǎn)換模塊17</p><p>　　3.7.1 ADC0809芯片介紹17</p><p>　　3.7.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊電路計19</p><p>　　4 太陽光跟蹤系統(tǒng)的軟件設(shè)計20</p><

19、p>　　4.1 主程序設(shè)計及工作原理20</p><p>　　4.2 光強(qiáng)度檢測程序設(shè)計21</p><p>　　4.3 步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計21</p><p>　　4.4 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計21</p><p>　　5 硬軟件調(diào)試21</p><p>　　5.1 硬件調(diào)試21</p>

20、<p>　　5.2 軟件調(diào)試22</p><p>　　5.2.1 數(shù)碼管顯示的調(diào)試22</p><p>　　5.2.2 光強(qiáng)度檢測和A/D轉(zhuǎn)換部分調(diào)試22</p><p>　　5.2.3 電機(jī)控制部分調(diào)試23</p><p>　　5.3 設(shè)計中遇到的問題及其解決辦法23</p><p>　　6

21、 設(shè)計結(jié)果和數(shù)據(jù)分析23</p><p>　　6.1 設(shè)計結(jié)果23</p><p>　　6.2 數(shù)據(jù)分析24</p><p><b>　　7 結(jié)論24</b></p><p><b>　　謝 辭26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27&

22、lt;/b></p><p><b>　　附錄一28</b></p><p><b>　　附錄二28</b></p><p><b>　　附錄三:29</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　

23、　隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類所面臨的能源問題越來越突出，太陽能作為一種清潔能源，無疑受到各國的普遍重視。太陽能是已知的最原始的能源，他干凈、可再生、豐富而且分布非常范圍廣，具有廣闊的利用前景。在太陽能利用中，如何提高太陽能利用裝置的效率，始終是人們關(guān)心的話題，在太陽能的利用過程中，實(shí)施太陽光跟蹤是很有必要。</p><p>　　對太陽光進(jìn)行跟蹤的方法很多，但不外乎為采用確定太陽位置所用的兩種坐標(biāo)系統(tǒng)，即赤道坐標(biāo)

24、系和地平坐標(biāo)系，并分為雙軸跟蹤和單軸跟蹤。本文主要介紹單軸太陽光跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低，不必人工干預(yù)，特別適合天氣變化比較復(fù)雜和無人值守的情況。有效地提高太陽能的利用率，有效好的推廣應(yīng)用價值。</p><p>　　本文詳細(xì)介紹了由單片機(jī)AT89S52和光敏電阻組成的環(huán)境測試儀的硬件組成和功能實(shí)現(xiàn)方法和軟件的設(shè)計，并對結(jié)果進(jìn)行了分析。第1章主要介紹了系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)要求。第2章主要對系統(tǒng)設(shè)計的方案進(jìn)行論證。第3章對

25、系統(tǒng)硬件設(shè)計和功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。第4章具體介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計。第5章對系統(tǒng)硬件和軟件的調(diào)試作了具體講解。第6章對所測得的結(jié)果和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。第7章對全文進(jìn)行總結(jié)結(jié)論。</p><p>　　本課題的主要研究內(nèi)容:</p><p>　?。?）選擇合適的光電傳感器和調(diào)理電路；</p><p>　?。?）光電傳感器合理的安裝；</p><p&g

26、t;　?。?）對光電信號進(jìn)行多次采集，并顯示出當(dāng)前的光強(qiáng)；</p><p>　　（4）編寫軟件，尋找光照最強(qiáng)的位置和顯示當(dāng)前位置的光強(qiáng)；</p><p>　?。?）控制太陽能設(shè)備電路的設(shè)計。</p><p>　　1 太陽光跟蹤系統(tǒng)的研究</p><p>　　1.1 太陽光跟蹤的方法</p><p>　　目前太陽能利用

27、最普遍的形式是通過集熱器將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，為了收集到盡可能多的太陽能，最好采取跟蹤方式，使太陽光收集器的采光面始終對準(zhǔn)太陽。傳統(tǒng)的跟蹤方式主要采用以下這兩種方式:光電跟蹤和視日運(yùn)動軌跡跟蹤;前者是閉環(huán)的隨機(jī)系統(tǒng)，后者是開環(huán)的程控系統(tǒng)。</p><p><b>　　1.1.1光電跟蹤</b></p><p>　　目前，國內(nèi)常用的光電跟蹤有重力式、電磁式和電動式，這些光

28、電跟蹤裝置都使用光敏傳感器如硅光電管。在這些裝置中，光電管的安裝靠近遮光板，調(diào)整遮光板的位置使遮光板對準(zhǔn)太陽、硅光電池處于陰影區(qū);當(dāng)太陽西移時遮光板的陰影偏移，光電管受到陽光直射輸出一定值的微電流，作為偏差信號，經(jīng)放大電路放大，由伺服機(jī)構(gòu)調(diào)整角度使跟蹤裝置對準(zhǔn)太陽完成跟蹤。光電跟蹤靈敏度高，結(jié)構(gòu)設(shè)計較為方便;但受天氣的影響很大，如果在稍長時間段里出現(xiàn)烏云遮住太陽的情況，太陽光線往往不能照到硅光電管上，導(dǎo)致跟蹤裝置無法對準(zhǔn)太陽，甚至?xí)?/p>

29、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的誤動作。</p><p>　　1.1.2時日運(yùn)動軌跡跟蹤介紹</p><p>　　根據(jù)跟蹤系統(tǒng)的軸數(shù)，視日運(yùn)動軌跡系統(tǒng)可分為單軸和雙軸兩種。</p><p><b>　?。?）雙軸跟蹤</b></p><p>　　如果能夠在太陽高度和赤緯角的變化上都能夠跟蹤太陽就可以獲得最多的太陽能，全跟蹤即雙軸就是根據(jù)這樣的

30、要求而設(shè)計的。雙軸跟蹤又可以分為兩種方式:極軸式全跟蹤和高度角-方位角式全跟蹤。</p><p><b>　　例如極軸式全跟蹤</b></p><p>　　極軸式全跟蹤原理如圖1-1所示:聚光鏡的一軸指向天球北極，即與地球自轉(zhuǎn)軸。工作時反射鏡面繞極軸運(yùn)轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速的設(shè)定與地球自轉(zhuǎn)角速度大小相同方向相反用以跟蹤太陽的視日運(yùn)動;反射鏡圍繞赤緯軸作俯仰轉(zhuǎn)動是為了適應(yīng)赤緯角的變

31、化，通常根據(jù)季節(jié)的變化定期調(diào)整。這種跟蹤方式并不復(fù)雜，但在結(jié)構(gòu)上反射鏡的重量不通過極軸軸線，極軸支承裝置的設(shè)計比較困難。</p><p>　　圖1-1極軸式全跟蹤</p><p><b>　　（2）單軸跟蹤</b></p><p>　　單軸跟蹤又可分為水平單軸跟蹤、不同傾角單軸跟蹤、最佳傾角跟蹤。</p><p>　　此

32、作品跟蹤原理是用光敏電阻代替?zhèn)鞲衅?，在采集板上控制電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動一角度后采集此時的光強(qiáng)，繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)采集，在一定時間內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)動一圈后采集的數(shù)據(jù)通過比較來尋找光強(qiáng)最大的位置。這種跟蹤方式相對來說比較簡單實(shí)用，但是在找光強(qiáng)位置有可能誤差有點(diǎn)大不精準(zhǔn)。</p><p>　　1.2 系統(tǒng)的原理敘述</p><p>　　本控制系統(tǒng)采用的太陽光跟蹤方式跟傳統(tǒng)的光電跟蹤和視日運(yùn)動軌跡跟蹤方式有所不同。從前

33、面可以了解到兩種跟蹤方法的優(yōu)缺點(diǎn)，兩種方法具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。</p><p>　　此次設(shè)計方案就是一個簡單的一個單軸跟蹤系統(tǒng)。</p><p>　　系統(tǒng)硬件上主要有以下幾個模塊組成，電源模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、光強(qiáng)度檢測、步進(jìn)電機(jī)控制模塊和數(shù)碼管顯示模塊。其主要以單片機(jī)AT89S52為核心，使步進(jìn)電機(jī)控制模塊轉(zhuǎn)動的軌跡進(jìn)行跟蹤判斷，通過光強(qiáng)度檢測模塊采集數(shù)據(jù)，使它能夠監(jiān)測

34、周圍光線狀況，經(jīng)過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換后，同時用數(shù)碼管顯示出當(dāng)時太陽的相對光照強(qiáng)度。</p><p>　　例如，在一天內(nèi)陽光充沛的時間段里系統(tǒng)采用這個方案的跟蹤模式，在天氣發(fā)生變化，陽光被云遮擋的情況下就要通過人工在外界設(shè)置一個比較亮的光源讓這方案可以順利進(jìn)行。這種方法一定程度的解決了光電跟蹤易受天氣、環(huán)境干擾而發(fā)生系統(tǒng)紊亂或停止工作的問題?？刂瞥绦蜻\(yùn)行發(fā)送相應(yīng)的脈沖信號到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，步進(jìn)電機(jī)帶動運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)按一定

35、的方向轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，角度的大小為開始設(shè)定的理論值，使采光光敏電阻跟隨電機(jī)開始一個角度的轉(zhuǎn)動后，然后程序再讀取光電檢測電路相連接的端口的信號，進(jìn)而再次發(fā)送脈沖控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)整太陽能采光板的角度，并將調(diào)整后的預(yù)修正量儲存，一直循環(huán)跟蹤動作直到轉(zhuǎn)完360°。完成一步跟蹤動作后把前面的所有數(shù)值進(jìn)行一個比較，找出光照最強(qiáng)的位置然后通過控制程序控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)到光強(qiáng)最大的位置位置。如此循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)對太陽光的跟蹤。</p>

36、<p><b>　　2 方案論證</b></p><p>　　由前面可以知道，傳統(tǒng)方法有兩種：光電跟蹤和視日軌跡跟蹤；跟蹤裝置也可以選擇單軸跟蹤或者雙軸跟蹤；軌跡坐標(biāo)計算也可以選擇地平坐標(biāo)或者赤道坐標(biāo)。但是結(jié)合了本設(shè)計的要求以及從前面中了解到的各類方法的優(yōu)缺點(diǎn)后，本設(shè)計系統(tǒng)方案做了以下選擇：</p><p><b>　　2.1 方案一</

37、b></p><p>　　本方案的太陽光跟蹤系統(tǒng)是有光電二極管、AT89S52單片機(jī)、時鐘電路、A/D轉(zhuǎn)換、多位數(shù)碼管顯示電路、控制電路等主要模塊組成。傳感器部分采用光敏二極管，將光信號變換為電信號。經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)化離散的數(shù)字信號。控制電路以單片機(jī)為核心，能夠?qū)Σ杉臄?shù)字信號進(jìn)行處理和判斷，運(yùn)用一定的算法計算出相應(yīng)的太陽相對的角度值送到七段數(shù)碼管LED顯示出來，太陽光控制電路根據(jù)太陽的位置移動。系統(tǒng)框

38、圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 方案一系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　2.2 方案二</b></p><p>　　本方案的太陽光跟蹤系統(tǒng)采用以單片機(jī)STC12C5A60S2為核心，光強(qiáng)度檢測模塊，時鐘模塊，步進(jìn)電機(jī)控制電路模塊和12864液晶顯示等主要模塊組成。傳感器采用光敏電阻，STC12C5A6S2單片機(jī)自帶10位A

39、/D，能夠識別模擬信號，并內(nèi)部實(shí)現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號輸出到LCD顯示。控制電路以單片機(jī)為核心，能夠?qū)Σ杉哪M信號進(jìn)行處理和判斷，應(yīng)用一定的算法計算出太陽相對的位置，送到LCD顯示出來。并對步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制。系統(tǒng)框圖如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 方案二系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　2.3 方案確定</b></p><p

40、>　　比較以上兩方案可知，系統(tǒng)的工作原理是一致的，都是通過傳感器采集太陽光并間接或直接將其轉(zhuǎn)化成單片機(jī)能夠識別的信號，通過單片機(jī)的處理將其實(shí)時顯示出來，步進(jìn)電機(jī)控制電路根據(jù)單片機(jī)傳出的信號轉(zhuǎn)動。所不同的是采用元器件差異，但從單片機(jī)方面考慮，方案一所使用的傳統(tǒng)的單片機(jī)器件方案二所使用的系列成本低，LED七段數(shù)碼管也比LCD低廉。根據(jù)實(shí)際情況方案一的元器件基本都是自己比較熟悉的器件，運(yùn)用起來比較靈活，原理簡單容易理解方便寫程序代碼。綜

41、合考慮，最后確定選擇方案一。系統(tǒng)組成及工作原理以單片機(jī)為控制核心，采用光強(qiáng)度檢測電路測量，以光敏電阻傳感器作為測量元件，構(gòu)成光電測量模塊。該系統(tǒng)可分為電源模塊電路、光電測量電路、時鐘電路、步進(jìn)電機(jī)控制電路、單片機(jī)、LED顯示電路、A/D轉(zhuǎn)換電路。選用的主要器件有:光敏電阻，時鐘芯片74LS74，AT89S52，LED數(shù)碼管，步進(jìn)電機(jī)與轉(zhuǎn)換芯片ADC0809等。 </p><p><b>　　3 硬件電

42、路分析</b></p><p>　　3.1 AT89S52單片機(jī)模塊</p><p>　　3.1.1單片機(jī)選擇及引腳功能介紹</p><p>　　AT89S52是一個低功耗高性能單片機(jī)，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外部中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，AT89S52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可

43、以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。</p><p><b>　　管腳說明如下：</b></p><p><b>　　VCC：電源。</b></p><p><b>　　GND：地。</b></p><

44、p>　　P0 口：P0 口是一個8 位漏極開路的雙向I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8 個TTL邏輯電平。對P0 端口寫“1”時，引腳用做高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0 口也被作為低8 位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0 具有內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時，輸出指令字節(jié)。在程序校驗(yàn)時，需要外部上拉電阻。</p><p>　　P1 口：P1 口是

45、一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TT邏輯電平。當(dāng)對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0 和P1.2 分別作為定時器/計數(shù)器2 的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），在Flash編程和校驗(yàn)時，P1口接收低8 位地址字節(jié)。</p

46、><p>　　P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TT邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。</p><p>　　P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TT邏輯電平。

47、對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口也可作為AT89S51的一些特殊功能口，如下所示：</p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）&l

48、t;/p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（記時器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）</p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）</p><

49、p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。</p><p>　　RST: 復(fù)位輸入。在晶振工作時，RST腳持續(xù)兩個機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO 位可以使此功能無效。在DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。</p><p>　　ALE/PROG：地址鎖存控制信號（A

50、LE）在訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在Flash編程時，此引腳（PROG）也用做編程輸入脈沖。</p><p>　　PSEN：外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng)AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN 在每個機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。</p><p>　　EA/VPP：訪問外部程序存儲器

51、控制信號。為使能從0000H 到FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在Flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。</p><p>　　XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。</p><p>　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　AT89S52單片機(jī)引腳功能介

52、紹(如圖3-1)：</p><p>　　圖3-1 AT89S52 DIP封裝管腳分布圖</p><p>　　3.1.2 AT89S52單片機(jī)模塊電路設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(nèi)部方式，AT89S52單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧

53、振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C5和C6構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為20PF。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。如圖3-2所示

54、</p><p>　　圖3-2單片機(jī)總框圖</p><p>　　3.1.3單片機(jī)復(fù)位電路</p><p>　　復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路，復(fù)位電路的實(shí)現(xiàn)通常有兩種方式：即專用監(jiān)控電路和RC復(fù)位電路。前者電路實(shí)現(xiàn)簡單，成本低，但復(fù)位可靠性相對較低；后者相對較高，但復(fù)位可靠性高，尤

55、其是高可靠重復(fù)復(fù)位。對于復(fù)位要求高、并對電源電壓進(jìn)行監(jiān)視的場合，大多采用這種方式。</p><p>　　本設(shè)計中，時鐘頻率選用12MHz時，C7取10μF，R5約為10KΩ。如圖3-3所示在實(shí)際中，通常電容取值為10uF以上，電阻通常取值10千歐左右。實(shí)驗(yàn)就會發(fā)現(xiàn)，電阻如果取值太小，則會導(dǎo)致RST信號驅(qū)動能力變差而無法使系統(tǒng)可靠復(fù)位。</p><p>　　圖3-3單片機(jī)總框圖</p&

56、gt;<p>　　3.2 光強(qiáng)度檢測模塊</p><p>　　3.2.1光電傳感器的選擇</p><p>　　光敏傳感器是應(yīng)用半導(dǎo)體材料的內(nèi)光電效應(yīng)。它分兩類，其一是光電導(dǎo)效應(yīng):在光作用下，電子吸收光子能量，使半導(dǎo)體材料電導(dǎo)率顯著改變?；谶@種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻;其二是光生伏特效應(yīng):在光作用下，使半導(dǎo)體材料產(chǎn)生一定方向的電動勢。</p><p>

57、　　光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻。為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。 在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料

58、的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子——空穴對了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值的下降。 光照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子——空穴對將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時，電流就會隨光強(qiáng)的而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，

59、純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也加交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。</p><p>　　3.2.2光強(qiáng)度檢測模塊電路設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計中的光強(qiáng)度檢測電路如圖3-4所示，光敏電阻其內(nèi)部電阻隨光照射而變化，光度越強(qiáng)阻值越小，輸出電流越大。電路用了光敏電阻與負(fù)載電阻相接，在接到A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入口ADC0進(jìn)行轉(zhuǎn)換，當(dāng)平板對準(zhǔn)了太陽后，對稱

60、的兩個光敏二極管的光照強(qiáng)度就會相同，上下兩個光敏電阻的入射光相同時取出電壓，也就是說，若光敏電阻R3、R4的受光量不一樣，就會顯示出來的這個時候光強(qiáng)。通過開始設(shè)定的角度要電機(jī)轉(zhuǎn)動，然后停止采集這個時候的光強(qiáng)后，繼續(xù)轉(zhuǎn)動相同的角度然后停止繼續(xù)采集轉(zhuǎn)換顯示出來一直到找到光源為止。當(dāng)平板沒有對正太陽時，兩個光敏電阻的光照強(qiáng)度就會不一樣，則流過電阻的電流就會不相同，這樣ADC0中獲取的電壓值也不相同，從而達(dá)到對正太陽、準(zhǔn)確跟蹤太陽的目的。本電路

61、是光電跟蹤的核心部分。調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度來尋找太陽光的位置。</p><p>　　這種電路用于確定位置及光源自動跟蹤裝置中。電路中的負(fù)載電阻是用于補(bǔ)償光敏電阻的偏差。</p><p>　　圖3-4 光強(qiáng)度檢測模塊電路</p><p>　　設(shè)計的思路：首先通過驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度后采取光敏電阻光強(qiáng)然后顯示出來對比，是利用光敏電阻在光照時阻值發(fā)生變化的原理，將兩個完

62、全相同的光敏電阻分別放置于一塊板東西方向，如果太陽光垂直照射太陽能電池板，兩個光敏電阻接收到的光照強(qiáng)度相同，所以它們的阻值完全相等，此時電動機(jī)不在轉(zhuǎn)動；當(dāng)太陽光方向與采光板垂直方向不平衡時，接收光強(qiáng)多的光敏電阻阻值減小，顯示的光照強(qiáng)度就會強(qiáng)于另一個，直至兩個光敏電阻上的光照強(qiáng)度相同。光敏電阻光強(qiáng)比較法的優(yōu)點(diǎn)在于控制精確，電路設(shè)計比較容易實(shí)現(xiàn)。 </p><p>　　當(dāng)太陽輻射強(qiáng)度增加時，光電電阻阻值減小，1k可變

63、電阻的壓降增加，從而產(chǎn)生與太陽光輻射強(qiáng)度有直接關(guān)系的電壓信號。光敏電阻的輸出信號通過轉(zhuǎn)換后與AT89S52單片機(jī)的輸入端口連接，并對這這幾組模擬信號進(jìn)行比較運(yùn)算，從而可以顯示在數(shù)碼管此時角度的光照強(qiáng)度。</p><p>　　3.3 時鐘模塊部分</p><p>　　由于單片機(jī)運(yùn)行需要時鐘支持，單片機(jī)可以看成是在時鐘驅(qū)動下的時序邏輯電路。</p><p>　　單片機(jī)的

64、時鐘信號由兩種電路產(chǎn)生:內(nèi)震蕩電路和外震蕩電路。在任一時刻，只需要一種振蕩電路就可以使單片機(jī)工作正常。使用內(nèi)震蕩電路提供時鐘脈沖，需要在XTAL1和XTAL2之間外接石英晶石振蕩器或者陶瓷振蕩器，這時的內(nèi)部振蕩電路僅相當(dāng)于一個高增益放大器，和晶振接在一起形成一個正反饋的自激震蕩，再經(jīng)整形和分頻形成單片機(jī)內(nèi)各邏輯部分所需要的時鐘脈沖。外震蕩方式是將外部時鐘信號直接從XTAL1或者XTAL2引入，這時XTAL1 和XTAL2只需要一個，另一

65、個懸空。</p><p>　　3.3.1 74LS74芯片的介紹 </p><p><b>　　如圖3-5所示</b></p><p>　　圖3-5 74LS74功能管腳</p><p>　　工作原理: SD 和RD 接至基本RS 觸發(fā)器的輸入端，它們分別是預(yù)置和清零端，低電平有效。當(dāng)SD=0且RD=1時，不論輸入端D為

66、何種狀態(tài)，都會使Q=1，Q=0，即觸發(fā)器置1；當(dāng)SD=1且RD=0時，觸發(fā)器的狀態(tài)為0，SD和RD通常又稱為直接置1和置0端。工作過程如下： 1.CP=0時，與非門G3和G4封鎖，其輸出Q3=Q4=1，觸發(fā)器的狀態(tài)不變。同時，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反饋信號將這兩個門打開，因此可接收輸入信號D，Q5=D，Q6=Q5=D。 2.當(dāng)CP由0變1時觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。這時G3和G4打開，它們的輸入Q3和Q4的狀態(tài)由G5和G6的

67、輸出狀態(tài)決定。Q3=Q5=D，Q4=Q6=D。由基本RS觸發(fā)器的邏輯功能可知，Q=D。 3.觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后，在CP=1時輸入信號被封鎖。這是因?yàn)镚3和G4打開后，它們的輸出Q3和Q4的狀態(tài)是互補(bǔ)的，即必定有一個是0，若Q3為0，則經(jīng)G3輸出至G5輸入的反饋線將G5封鎖，即封鎖了D通往基本RS 觸發(fā)器的路徑；該反饋線起到了使觸發(fā)器維持在0狀態(tài)和阻止觸發(fā)器變?yōu)?狀態(tài)的作用，故該反饋線稱為置0維持線，置1阻塞線。Q4為0時，</

68、p><p>　　3.3.2 時鐘模塊電路設(shè)計</p><p>　　時鐘芯片74LS74在設(shè)計中，時鐘芯片74LS74在本設(shè)計中的接線圖如圖3-6和3-7所示 </p><p>　　圖3-6時鐘模塊電路</p><p><b>　　圖3-7分頻電路</b></p><p>　　引腳14接5V的電源，引腳

69、7接地；</p><p>　　該電路在本設(shè)計中的功能是：因?yàn)锳DC0809電路的正常工作需要的500KHZ，所以IN端口接入單片機(jī)的ALE端口，使得單片機(jī)本來輸出的頻率通過74ls74芯片的4分頻后獲得500KHZ頻率在輸出給0809芯片，這樣0809芯片就可正常工作。</p><p>　　3.4 太陽光跟蹤控制模塊</p><p>　　3.4.1步進(jìn)電機(jī)的介紹&l

70、t;/p><p>　　太陽跟蹤裝置控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)是通過對裝置機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的角度的精確控制，實(shí)現(xiàn)對太陽運(yùn)行軌跡的跟蹤。并且要求整個系統(tǒng)能夠全天候的自動運(yùn)行，結(jié)構(gòu)簡單可靠。由于系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對控制對象位置角度的精確控制，并且對控制對象的移動速度要求不高，因此控制部件首先考慮采用步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受

71、負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)ULN2003芯片介紹</p><p>　　圖3-8電機(jī)內(nèi)部圖和管腳圖</p><p>　　ULN2003A電路的管腳排列如圖3-8所示，其原理和引腳功能圖，各引出端的功能符號及說明如下表所列。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)28BYJ-48介紹如圖3-

72、9所示</p><p><b>　　圖3-9電機(jī)實(shí)物圖</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進(jìn)角）。您可以通過控制脈沖個來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

73、步進(jìn)電機(jī)28BYJ48型四相八拍電機(jī)，電壓為DC5V—DC12V。當(dāng)對步進(jìn)電機(jī)施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動。每一個脈沖信號對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度（一個步距角）。當(dāng)通電狀態(tài)的改變完成一個循環(huán)時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距。四相步進(jìn)電機(jī)可以在不同的通電方式下運(yùn)行，常見的通電方式有單（單相繞組通電）四拍（A-B-C-D-A），雙（雙相繞組通電）四拍（AB-BC-CD-DA-A

74、B-），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）。</p><p>　　1、步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語</p><p>　?。?）相數(shù)：是指電動機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電動機(jī)，常用m表示。 （2）拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即A-B-C-D-A，四相

75、八拍運(yùn)行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。</p><p>　　（3）步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例：四拍運(yùn)行時步距角為θ=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步）。八拍運(yùn)行時步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。 （4）保持轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身

76、的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的）。它是步進(jìn)電動機(jī)最重要的參數(shù)之一。通常步進(jìn)電動機(jī)在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。 （5）靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與

77、定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過份采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。 2、步進(jìn)電機(jī)動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語： （1）步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百</p><p>　　3.4.2步進(jìn)電機(jī)控制電路設(shè)計</p><p>　　由于在前幾節(jié)已經(jīng)介紹了電機(jī)的選擇，而且也選擇了步進(jìn)電機(jī)作為本設(shè)計的驅(qū)動電機(jī)。所以本設(shè)計的驅(qū)動

78、電路也選擇步進(jìn)電機(jī)的控制電路。</p><p>　　上一節(jié)介紹步進(jìn)電機(jī)的控制電路由控制芯片ULN2003控制電機(jī)的驅(qū)動，1、2、3、4管腳接入單片機(jī)的P30、P31、P32、P33，13、14、15、16輸出端口接入J9的排針，電機(jī)就插在這排針口上可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動。如圖3-10所示</p><p>　　圖3-10步進(jìn)電機(jī)控制芯片電路</p><p>　　3.4.3

79、 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路原理</p><p>　　該步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動。如圖3-11所示</p><p>　　圖3-11 四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖</p><p>　　開始時，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的1、4號齒就和C、D

80、相繞組磁極產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯齒?！　‘?dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時，由于C相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動?！　∷南嗖竭M(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四

81、拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度。</p><p><b>　　3.5 電源模塊</b></p><p>　　如圖3-12所示為電源部分的電路：</p><p>　　圖3-12電源部分電路</p><p>

82、;　　用一個4個排針焊接在電路板上，有一個控制電源的開關(guān)，接入電源以后準(zhǔn)備進(jìn)行檢測的時候就打開開關(guān)輸入電源，如果不需要的時候就可以關(guān)掉電源，避免每次都要關(guān)總電源方便。LED燈就是為了顯示這電源模塊是否正常通電的表示，1K的電阻就是起到一個限流的作用，電容起到一個濾波的作用，有一個是撥碼開關(guān)。</p><p>　　3.6 LED數(shù)碼管顯示模塊</p><p>　　3.6.1LED數(shù)碼管介紹

83、</p><p>　　LED數(shù)碼管分共陽極與共陰極兩種，其工作特點(diǎn)是，當(dāng)筆段電極接低電平，公共陽極接高電平時，相應(yīng)筆段可以發(fā)光。共陰極LED數(shù)碼管則與之相反，它是將發(fā)光二極管的陰極(負(fù)極)短接后作為公共陰極。當(dāng)驅(qū)動信號為高電平、端接低電平時，才能發(fā)光。用萬用表判斷共陰和共陽的方法: 用紅表筆接任一引腳，黑表筆依次接其他各引腳，若均不發(fā)光，則將紅表筆接另一引腳，黑表筆依次按其他各引腳，仍不發(fā)光，則繼續(xù)，直至某一線發(fā)

84、光，為共陽極，則發(fā)光時紅表筆所接的引腳為電源。如用紅表筆接任一引腳，黑表筆依次接其他各引腳，若均不發(fā)光，將紅表筆接另一引腳，黑表筆依次接其他各引腳，只有兩個引腳發(fā)光，此時為共陰極，此兩引腳為地，在調(diào)試的時候確保沒有用錯數(shù)碼管,就會避免帶來不必要的麻煩。</p><p>　　3.6.2顯示模塊電路分析</p><p>　　圖3-13數(shù)碼管與單片機(jī)連接圖</p><p>

85、;　　如圖3-13數(shù)碼管管腳A1到A8是位選接入單片機(jī)的P0口，A9到A12是段選P2.4到P2.7口。如圖3-13所示LED 數(shù)碼管在本次設(shè)計需要數(shù)字顯示，一個LED數(shù)碼管可用來顯示一位0~9十進(jìn)制數(shù)和一個小數(shù)點(diǎn)，在小型專用微機(jī)系統(tǒng)和單板機(jī)等場合，它是主要的顯示器件，在通用微機(jī)系統(tǒng)中，也常用來作為狀態(tài)等顯示。對于共陰極顯示器，要點(diǎn)亮的顯示段引腳需接低電平1，要顯示的是輸出電壓值為數(shù)字，它有簡單、經(jīng)濟(jì)、易于與單片機(jī)接口等優(yōu)點(diǎn)。</

86、p><p>　　3.7 A/D轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　3.7.1 ADC0809芯片介紹</p><p>　　ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 （1）ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) </p><p>　　ADC0809由一個8

87、路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）ADC0809引腳結(jié)構(gòu) </p><p>　　ADC0809各腳功能如下：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。

88、IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。GND：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負(fù)端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。ALE：地址鎖存允許信號輸入端。（以上兩種信號用于啟動A/D轉(zhuǎn)換）.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時鐘信號輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地

89、址輸入線。如圖3-14所示</p><p>　　圖3-14 0809實(shí)物圖和管腳圖</p><p>　　ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 </p><p>　　地址輸入和控制線：4條 </p><p&g

90、t;　　ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)入轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如表3-1所示。</p><p><b>　　表3-1輸入通道</b></p><p>　　數(shù)字量輸出及控制線：11條

91、 </p><p>　　ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。 </p><

92、;p>　　CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ， </p><p>　　VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。 </p><p>　　2． ADC0809應(yīng)用說明 </p><p>　?。?）ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。 </p

93、><p>　?。?）初始化時，使ST和OE信號全為低電平。 </p><p>　?。?）要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 </p><p>　　（4）在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。 </p><p>　?。?）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號來判斷。 </p><p>　?。?）當(dāng)EOC變?yōu)楦唠?/p>

94、平時，這時給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。</p><p>　　3.7.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊電路計</p><p>　　圖3-15 0809連接圖</p><p>　　如圖3-15所示，11、12管腳接VCC，13、16管腳接地，23、24管腳接地意思就是接入0，根據(jù)上節(jié)0809的工作原理，C、B、A分別為000就是輸入通道ADC0， C、B、A分別為00

95、1就是輸入通道ADC1，輸出D0~D7管腳接入單片機(jī)P1口，0809的工作的頻率是500kHZ，通過74LS74分頻后得到500K，0809才可以正常工作， 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前，ST＝0，EOC＝1，OE＝0產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)換的正脈沖信號， 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時，采用查詢EOC的標(biāo)志信號來檢測A/D轉(zhuǎn)換是否完畢，若完畢則把數(shù)據(jù)通過P1端口讀入，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理之后在數(shù)碼管上顯示。</p><p>　　4 太陽光跟蹤系統(tǒng)的軟件

96、設(shè)計</p><p>　　4.1 主程序設(shè)計及工作原理</p><p>　　本系統(tǒng)的軟件程序部分使用了AT89S52的P0.0-P0.7和P2.4-P2.7口來進(jìn)行對數(shù)據(jù)的顯示，使顯示所測得的當(dāng)時的太陽光強(qiáng)度；驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動停止后采集光照的強(qiáng)度后轉(zhuǎn)換后顯示。</p><p>　　本系統(tǒng)的設(shè)計主要是為了實(shí)現(xiàn)對太陽光的跟蹤，首先要判斷是不是外面的光照很強(qiáng)，如果光照很弱的話

97、，就需要外界一點(diǎn)很強(qiáng)的光源做模擬太陽光，準(zhǔn)備好以后開機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)開始轉(zhuǎn)動一個設(shè)定好的角度后停止采集這點(diǎn)的光強(qiáng)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換以后顯示出此時的光強(qiáng)，繼續(xù)轉(zhuǎn)動一個角度，一直轉(zhuǎn)到一圈為止，通過之前采集的數(shù)據(jù)做一個對比，選擇出光強(qiáng)最大的位置后控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)回原來光照最強(qiáng)的位置停止，此次的跟蹤系統(tǒng)算是完成主程序流程圖如圖4-1。</p><p><b>　　圖4-1流程圖</b></p>

98、<p>　　4.2 光強(qiáng)度檢測程序設(shè)計</p><p>　　前面介紹過光采集電路主要由光敏電阻組成，其放在采集板的中間，對不同方向的光度進(jìn)行檢測，檢測模塊安裝在控制面板上，主要用于檢測系統(tǒng)運(yùn)行時的環(huán)境條件。檢測環(huán)境光線強(qiáng)弱程度；在陰天光照強(qiáng)度不夠時，可以自己拿手電筒模擬光射入在某一個角度，從而達(dá)到系統(tǒng)的控制追蹤的目的。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動到某個方向的光敏電阻接收到的光比較大時，光敏電阻的阻值變小，此時輸出電壓

99、變大。AT89S52單片機(jī)對輸出電壓進(jìn)行比較，對輸出電壓大的光敏電阻進(jìn)行補(bǔ)償。單片機(jī)就會調(diào)整步進(jìn)電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動不同的角度，使步進(jìn)電機(jī)正向或者反向轉(zhuǎn)過幾個步距角，從而達(dá)到對正太陽、準(zhǔn)確跟蹤太陽的目的。</p><p>　　4.3 步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計</p><p>　　機(jī)械部分主要由控制支架木板、底座、1個電機(jī)構(gòu)成，整個控制及檢測裝置安裝在支架上，光敏電阻檢測平面在面板上。太陽光自動跟蹤裝置

100、設(shè)計成單軸機(jī)械跟蹤定位系統(tǒng)，即方向上進(jìn)行跟蹤。機(jī)械裝置由電機(jī)驅(qū)動，可以使面板在水平方向上的360°。1個轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動部位上安裝一個光敏電阻檢測平面的木板，在面板上各固定長長的電源線來連接A/D轉(zhuǎn)換芯片，將此信號送由單片機(jī)進(jìn)行判斷，就能檢測到這個時候角度的光強(qiáng)。單片機(jī)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)多少角度的控制信號，經(jīng)過控制電機(jī)的ULN2003芯片來驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動，這樣就構(gòu)成了跟蹤機(jī)構(gòu)。</p><p>　　4.4 數(shù)碼管

101、顯示電路設(shè)計</p><p>　　數(shù)碼管因?yàn)槭谴蠹叶己艹Ｓ玫钠骷?，所以?shù)碼管程序編程時有個很常用的思路。先定義段選和位選連接在單片機(jī)的端口，接著就是定義各個數(shù)字(0到9)的代碼，</p><p>　　unsigned char code duan[]={0x3f，0x06，0x5b，0x4f，0x66， </p><p>　　0x6d，0x7d，0x07，0x7

102、f，0x6f，0x00 };</p><p>　　首先定義寫指令函數(shù)void display()，然后定義寫函數(shù)</p><p>　　P0=duan[out_1/10];</p><p>　　P2=0x7f; delay(10);</p><p>　　P0=duan[out_1%10];</p><p>　　P

103、2=0xbf; delay(10);</p><p>　　P0=duan[out_2/10];</p><p>　　P2=0xdf; delay(10); </p><p>　　P0=duan[out_2%10];</p><p>　　P2=0xef; delay(10); </p><p>　　給要

104、顯示的數(shù)字做一個判斷，選擇好位選在什么位置顯示出來。</p><p><b>　　5 硬軟件調(diào)試</b></p><p><b>　　5.1 硬件調(diào)試</b></p><p>　　本系統(tǒng)的硬件部分較為簡單，電路都是由基本電路模塊組成。</p><p>　?。?）首先檢查電源連線是否正確，是否有短

105、路情況，特別是要注意正負(fù)電源和地線的連線，如果接反可能會導(dǎo)致芯片燒壞，還要檢查焊接的情況，看看是否有虛焊的情況。</p><p>　?。?）然后檢查元器件的安裝情況。用萬用表檢查元器件的管腳之間有沒有短路，連接處有沒有接觸不良，有無斷線，經(jīng)過檢查和修補(bǔ)，這些都正常。</p><p>　?。?）接著檢查元件是否良好。用萬用表測電阻、電容的好壞。</p><p>　?。?/p>

106、4）在確定整個電路沒有短路情況之后，對整個硬件電路開始供電。調(diào)試單片機(jī)能否正常工作，可以用萬用表測量單片機(jī)的VCC和GND之間的電壓是否為5V左右。</p><p>　?。?）調(diào)試復(fù)位電路和數(shù)碼管。在檢查單片機(jī)時已經(jīng)寫入一簡單的程序先使數(shù)碼管全部為零，看看數(shù)碼管是否可以正常亮，都正常以后，然后摁復(fù)位的摁下去，看數(shù)碼管是不是復(fù)位的變化，經(jīng)過檢查復(fù)位電路工作正常。</p><p>　?。?）光

107、電檢測部分調(diào)試時，先接上電源，然后用相對較高的光線照射光敏電阻，使光電流達(dá)到相對較大，因外電路接有負(fù)載電阻，光電流就在負(fù)載上產(chǎn)生了較大的電壓降，即由光信號轉(zhuǎn)換的電信號。此時的電信號是相對較大的，為了使儀放的輸出電壓能達(dá)到輸入電壓的范圍，把光敏電阻R 與負(fù)載電阻R串聯(lián)，用萬用表測量輸出電壓值，看看是否按照預(yù)計的電壓變化范圍。</p><p>　?。?）A/D轉(zhuǎn)換電路部分調(diào)試，接上電源以后先測量轉(zhuǎn)換芯片0809是否有

108、電壓，然后通過編寫單一的顯示的軟件采集光強(qiáng)后顯示在數(shù)碼管上，然后通過改變外界的光照強(qiáng)度后引起的光照強(qiáng)度不一樣，就會使數(shù)碼管在變化顯示的數(shù)據(jù)，看看是否正常的通過0809轉(zhuǎn)換。</p><p>　　（8）步進(jìn)電機(jī)控制部分調(diào)試，接上電源以后先編寫單一的電機(jī)部分程序，使得讓ULN2003控制電機(jī)的芯片看看是否可以正常的運(yùn)行工作來驅(qū)動電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，還有要看看上面連接的光檢測模塊在電機(jī)轉(zhuǎn)動的時候安裝是否穩(wěn)定。</p

109、><p><b>　　5.2 軟件調(diào)試</b></p><p>　　在寫程序之前，先將74LS74的時序，數(shù)碼管的各個引腳的功能和相關(guān)器件芯片相關(guān)的指令都認(rèn)真學(xué)習(xí)后，編寫各個部分的程序流程圖，然后開始編程。</p><p>　　5.2.1 數(shù)碼管顯示的調(diào)試</p><p>　　數(shù)碼管顯示主要是為了在檢測光照強(qiáng)度時能對檢測到的