亮度自动调节台灯电路的设计

摘要

台灯亮度自动调节电路系统以STC12C5A60S2单片机为中央控制单元，通过光敏电阻等扩展模块，实现了根据外界光照强度变化台灯自动调节亮度的功能。该设计主要实现了台灯亮度的自动调节，单片机通过光敏电阻来获取外界的光强信息并将该信息转换成数字信号。通过红外模块系统判断台灯附近是否有人，无人时台灯不工作，有人在附近时，台灯会自动开启。当人离开一段时间后台灯会自动关闭并作出提醒，这样便有效地节约了能源。此外系统还带有时间显示的功能，通过按键调节可以对时间进行校正。经过测试，各模块的功能均能正常实现，同时该系统还具有控制简单、反应灵敏等优点。

关键词：STC12C5A60S2单片机；光敏电阻；PWM波；红外感应

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Abstract

The brightness automatic adjustment circuit system of lamp is controlled by STC12C5A60S2, through other expansions like photoresistor module, brightness of the lamp can be automatically adjusted according to that of the outside. The design makes it possible for the lamp to adjust it’s brightness automatically , the micro-controller gets light intensity nearby by the photoresistor and the information will be converted into a digital signal. Infrared module of the system judges whether someone is near the lamp , the lamp will automatically turn on when someone is nearby and will not work when it is not . When people leaves the desk for some time, the lamp will automatically turn off and make a reminder, which effectively saves energy. In addition the system also has the function of time display,which can be corrected by keys . Tests prove that the function of each module can be achieve normally and it is easily to control as well as quick-witted.

Keywords: STC12C5A60S2; Photoresistance; PWM; Infrared sensors

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目录

1 绪论 ......................................................................................................................... 5

1.1 研究课题的背景与意义 .............................................................................. 5 1.2 本课题的研究内容及实施方案 .................................................................. 5 1.3 论文内容安排 .............................................................................................. 6 2 整体方案设计 ......................................................................................................... 7

2.1 整体逻辑框图 .............................................................................................. 7 2.2 方案论证 ...................................................................................................... 7 3 硬件方案设计 ....................................................................................................... 10

3.1 STC12C5A60S2最小系统 ........................................................................ 10

3.2 光敏电阻 .................................................................................................... 11

3.2.1 光敏电阻的性质 ............................................................................. 11 3.2.2 光敏电阻模块电路图 ..................................................................... 13 3.3 液晶显示屏1602 ....................................................................................... 14

3.3.1 1602简介 ........................................................................................ 14 3.3.2 1602与单片机连接图 .................................................................... 15 3.4 时钟芯片DS1302 ...................................................................................... 16 3.5 红外传感器 ................................................................................................ 17 3.6 按键模块 .................................................................................................... 17 3.7 蜂鸣器电路 ................................................................................................ 18 4 软件设计 ............................................................................... 错误！未定义书签。

4.1 整体软件流程图 ........................................................................................ 19 4.2 各子模块功能设计 .................................................................................... 20

4.2.1 STC12C5A60S2单片机A/D转换模块 ........................................ 20 4.2.2 STC12C5A60S2单片机中断模块 ................................................. 22 4.2.3 单片机定时器模块 ......................................................................... 24 4.2.4 光线采集的实现 ............................................................................. 27 4.2.5 自动断电功能的实现 ..................................................................... 28 4.2.6 LCD显示模块 ................................................................................ 28 4.2.7 时钟模块 ......................................................................................... 30 4.3 软件开发环境 ............................................................................................ 32

4.3.1 KEIL简介 ....................................................................................... 32 4.3.2 STC-ISP简介 .................................................................................. 33

5 系统调试 ............................................................................................................... 35

5.1 焊接 ............................................................................................................ 35 5.2 调试结果 .................................................................................................... 35 总结与展望 ................................................................................................................. 38 参考文献 ..................................................................................................................... 39

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致谢 ............................................................................................................................. 40 附录 ............................................................................................................................. 41

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1 绪论

1.1研究课题的背景与意义

在介绍本课题之前，需要引入一个新的概念——智能家居。智能家居以住宅为平台，通过设计将电子线路技术、网络通信技术、自动控制技术以及其他相关技术融入到与生活密切相关设施中的一种技术，它能够帮助提升家居的便捷性和舒适性，同时又能达到环保节能的目的智能家电是智能家居中很重要的一部分，它主导着智能家居的发展方向，也承载着智能家居的主要技术由于人们还没有完全认识到智能家电为我们的生活带来的巨大改善，以及市场消费观念还未完全形成，智能家电的发展还是较为缓慢但随着智能家电市场推广措施的进一步落实，消费者对智能家电认识的深入，智能家电市场的消费潜力必然是巨大的，产业前景光明。

台灯是人们在日常生活中必不可少的家用电器，也在逐渐的走向智能化。相对于普通的日光灯，其功耗更小，亮度更集中，是人们在夜晚进行阅读和工作的得力助手。但是由于人们在离开时经常忘记关掉台灯，会造成很大的电力能源的浪费。如果台灯离门较远，每当夜晚来临时，人们又要摸黑去开灯，非常不方便，也有一定的安全隐患。

虽然现在出现运用传感器和微控制器自动控制灯的开启与关闭技术，并广泛运用于建筑走廊等处所，但是在家居生活方面，自动控制灯具开关的系统还是很少见的，而且功能不够完善，不够“智能”，比如楼道中的照明灯通常采用声音控制，采用声控的方法可以有效的检测声音信号，再通过中央处理单元控制灯的亮灭，但是却无法做到精确识别和屏蔽干扰，当环境中噪音较多时，如当有车经过时，照明灯将不可避免的被噪声影响而不必要的点亮，这将造成很大的能源浪费。因此这里通过研究以检测人体红外为基础的传感控制电路，来解决目前自动控制电路的不足。目前已有专门用来感应人体红外辐射波长的红外传感器，这便为自动控制照明灯系统提供了性能优良的信号采集模块。

本课题设计了以51单片机为基础，通过红外传感器检测人体红外辐射信号来控制台灯开闭的电路系统，当人出现在红外传感器的探测范围内并满足其他设定条件时（如光照较暗时）信号采集模块会传递给单片机一个信号，使台灯开启，这样就省去了抹黑开灯的麻烦。台灯点亮后，可根据外界环境的亮度调节灯光的亮度，以达到人眼舒适的目的。本课题还实现了其他功能，例如时间显示，在一定时间内如果没有检测到有人在台灯附近，则会自动熄灭台灯，这样便节约了能源。

1.2 本课题的研究内容及实施方案

本课题运用红外传感器作为智能控制的基础，通过传感器采集信息，经过A/D转换将信息传递给单片机，以实现自动控制的功能。要实现自动控制的功能，不仅要掌握单片机的工作原理，还要熟悉单片机编程语言，尤其是对单片机的中断结构和定时功能进行深入了解。

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本课题运用红外传感器作为智能控制的基础，通过传感器采集信息，经过A/D转换将信息传递给单片机，以实现自动控制的功能。要实现自动控制的功能，不仅要掌握单片机的工作原理，还要熟悉单片机编程语言，尤其是对单片机的中断结构和定时功能进行深入了解。

实施方案：在课题前期，大量阅读参考文献，对51单片机的知识做了较为系统地学习，同时也熟悉了光敏电阻的应用：在课题中期，通过对电路的分析，设计应用电路，并分模块对系统进行调试：在课题后期，对设计的过程进行了全面的整理，对设计中出现的问题进行分析总结，最后完成实物的制作和论文的书写。

1.3 论文内容安排

（1）绪论。对课题背景和意义做简单概述。

（2）整体方案设计。设计系统总体框图，介绍方案的设计流程和设计内容，对各个

模块方案进行比较选择，比如：单片机、时钟芯片、显示模块、光线采集模块等。

（3）硬件方案设计。设计各个模块的硬件电路，包括单片机最小系统电路、光敏电

阻电路、红外模块、蜂鸣器电路，液晶屏电路等，并对硬件电路的工作原理和与单片机的连接方法做了介绍。

（4）软件设计。设计软件流程框图，介绍各个模块的工作过程，并简要说明了各个

功能的实现方法。 （5）系统调试。简介系统调试的内容和实物的实现，介绍编程软件KEIL和STC烧录器的使用方法，对硬件电路焊接和调试过程进行简要说明。

总结与展望：对整个论文的总结，对本设计所做的工作以及存在的问题进行讨论和说

明。

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2 整体方案设计

2.1 整体逻辑框图

红外感应模块 STC12C5A60S2 时间显示模块 单片机 台灯控制模块 图2-1 系统整体框图 框图2-1各个部分说明：

光敏电阻模块 （1）控制芯片采用STC12C5A60S2，用来对光敏电阻模块和红外模块采集到的信息进行处理，并对台灯模块做出相应的控制。

（2）时间显示模块：采用由时钟芯片DS1302，液晶显示屏1602和按键控制电路组成。DS1302可实时提供时间日期的信息，单片机对该信息接收并将信息显示在1602上。三个按键，分别为设置键，加减和减键，实现对日期时间的调整。

（3）台灯模块：采用4*4的LED方阵制成台灯，每四个并联然后四列再并联，由单片机I/O口直接驱动。台灯的亮度由单片机根据外界环境的亮度来调节。

（4）红外模块：采用一对红外收发对管和比较器组成。红外对管获得外界信息（是否有人），经比较器LM393可直接将信息转换为数字信号0和1，单片机根据此信息对台灯进行相应的控制。

（5）光敏电阻模块：由光敏电阻和比较器组成，可获取外界的光照强度，光敏电阻的阻值随着光照的变化而变化，所以光强信息可通过光敏电阻的阻值体现。单片机将此信号进行A/D转换，变为更直观的数字量，由此实现对台灯亮度的调节。

2.2 方案论证

（1）控制芯片

方案一：采用传统的AT89C51单片机，该单片机片内含2k字节的可反复擦写的只读程序存储器和128字节的随机数据存储器，使用较为简单，但是因为设计中需要对环境的亮度进行采集，所以必须外接A/D转换芯片，这样增加了设计的复杂度和

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成本。

方案二：选择STC12C5A60S2单片机，该单片机是增强型的51单片机，其代码与传统51单片机完全兼容，但速度是传统8051单片机的8-12倍。而且自带8路10位A/D转换，可满足设计中的光线采集的功能。

综上考虑，采用方案二，选用STC12C5A60S2单片机作为主控芯片。 （2）显示模块

方案一：采用液晶显示屏LCD1602，该显示屏可显示数字和字符，且操作简单。缺点是不能显示汉字。

方案二：采用液晶显示屏LCD12864，该液晶屏可显示汉字和数字，但是占用接口较多。

方案三：采用Nokia5510，这是最新的显示屏，综合了上述的优点。不足之处是此液晶屏的屏幕太小。

考虑到本设计只需显示日期时间等基本的数字字符，而且作为时钟的显示应尽量清晰明显，所以采用方案一中的LCD1602. （3）时钟模块

方案一：采用时钟芯片DS1302,通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路.提供秒分时星期日期月年的信息。该芯片体积小，引脚也较少，操作起来十分方便。

方案二：采用时钟芯片DS12C887.该芯片与DS1302功能类似，但操作稍繁琐，而且价格更贵。

综上考虑，采用方案一，选用DS1302芯片。 （4）红外感应模块

方案一：选用一对红外对管。红外对管价格便宜，电路非常简单，可通过比较器直接输出高低电平。

方案二：采用 RE200B 人体红外热释电传感器。该传感器能胜任本设计的要求，但是相对于光敏电阻来说价格更高。

综上考虑，采用方案一，采用红外对管来完成红外感应模块的设计。 （5）光敏感应模块

方案一：采用光敏电阻作为感光器件。光敏电阻可配合LM393组成简单的光照检测电路，优点是操作简单，价格便宜。

方案二：采用BH1750FVI模块。该电路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，分辨率高，可探测较大范围的光照强度变化。缺点是电路复杂，价格比光敏电阻高得多。

考虑到本设计中外界环境中光照变化一般不会太明显，光敏电阻完全可以胜任本设计的要求，所以采用方案一，选择光敏电阻作为光敏传感器。 综上所述，本设计采用STC12C5A60S2芯片作为主控制器，,用光敏电阻获取外界的光照强度，红外模块采用一对光电对管，使用时钟芯片DS1302来获取时间日期，并将其显示在液晶屏LCD1602上。单片机可通过光敏电阻和红外模块传递的信息来

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实现对台灯的一系列控制。

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3 硬件方案设计

3.1 STC12C5A60S2最小系统

STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/ 机器周期(1T)的单片机，是高速/ 低功耗/超强抗干扰的新一代8051 单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12 倍。内部集成MAX810 专用复位电路，2 路PWM，8 路高速10 位A/D 转换(250K/S)，针对电机控制，强干扰场合。下图是STC12C5A60S2单片机最小系统原理图：

图3-1 单片机最小系统

（1）供电电路：38脚接电源5V，16脚接地，这样便完成了单片机的供电。 （2）复位电路：复位电路由电阻C1和电容R1组成，复位电路使用以完成单片机的复位初始化（复位单片机RAM和各个寄存器的值的）。复位电路的原理是：在单片机还没上电的时候，电容C1两个极板没有电荷，在单片机上电的瞬间，电容两端获得电压开始充电，充电时有电流通过电阻R1，所以在电阻两端产生瞬时电压，这个电压被加到单片机的RST端，单片机的RST端得到一个高电平便复位了。随着时间的推移，C1充满电了，R1上就再没有电流通过，即两端没有了电压，单片机的RST引脚又由高电平变为低电平，此时，单片机开始工作。单片机复位的条件是加在RST两端的高电平的时间不低于两个机器周期（本设计单片机的晶振是12MHz），即：

R1*C1>=2μs

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3.2 光敏电阻

3.2.1 光敏电阻的性质

光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。在本设计中，所用到的是光敏电阻集成模块，该模块可直接输出模拟量，通过单片机的A/D转换得到其数值。在调试时，先对不同光照环境下的光照强度转换成数字量显示在液晶屏上并做记录，然后根据对应的数值来调节PWM波的占空比。

光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极常采用梳状图案，它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。一般光敏电阻器结构如下图所示。光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片（或树脂防潮膜）和电极等组成。光敏电阻器在电路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示。

图3-2 光敏电阻器

（1）光敏电阻的光照特性

下图表示CDS光敏电阻的光照特性。在一定外加电压下，光敏电阻的光电流和光通量之间的关系。不同类型光敏电阻光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。因此它不宜作定量检测元件。

图3-3 光敏电阻的光敏特性

（2）光敏电阻的光谱特性

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光谱特性与光敏电阻的材料有关。从下图中可知，硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度，峰值在红外区域；硫化镉、硒化镉的峰值集中在在可见光区域，因此，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑。

图3-4光敏电阻的光谱特性

（3）光敏电阻的伏安特性

在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系称为伏安特性。下图中曲线1、2分别表示照度为零及照度为某值时的伏安特性。由曲线可知，在给定偏压下,光照度较大，光电流也越大。在一定的光照度下，所加的电压越大，光电流越大，而且无饱和现象。但是电压不能无限地增大，因为任何光敏电阻都受额定功率、最高工作电压和额定电流的限制。超过最高工作电压和最大额定电流，可能导致光敏电阻永久性损坏。

图3-5 光敏电阻的伏安特性

（4）光敏电阻的稳定性

下图中曲线1、2分别表示两种型号CDS光敏电阻的稳定性。初制成的光敏电阻，由于体内机构工作不稳定，以及电阻体与其介质的作用还没有达到平衡，所以性能是不够稳定的。但在人为地加温、光照及加负载情况下，经一至二周的老化，性能可达稳定。光敏电阻在开始一段时间的老化过程中，有些样品阻值上升，有些样品阻值下

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降，但最后达到一个稳定值后就不再变了。光敏电阻的使用寿命在密封良好、使用合理的情况下，几乎是无限长的。

图3-6 光敏电阻的稳定性

3.2.2 光敏电阻模块电路图

图3-7光敏电阻电路

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3.3 液晶显示屏1602

3.3.1 1602简介

（1）字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。本课题用到的是长沙太阳人电子有限公司的1602字符型液晶显示器。1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。1602主要技术参数如下：

显示容量:16×2个字符 芯片工作电压:4.5—5.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V

字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm （2）1602引脚功能说明：

1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3-1所示:

表3-1 1602引脚说明 编号 符号 1 VSS 3 VL 4 RS 5 R/W 6 E 7 D0 8 D1 引脚说明 电源地 液晶显示偏压 数据/命令选择 读/写选择 使能信号 数据 数据 编号 符号 9 10 11 12 13 14 D2 D3 D4 D5 D6 D7 引脚说明 数据 数据 数据 数据 数据 数据 背光源正极 背光源负极 2 VDD 电源正极 15 BLA 16 BLK 第1脚：VSS为地电源。

第2脚：VDD接5V正电源。

第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，使用时可以通过一个103的电位器调整对比度。

第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。

第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。

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第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。 第15脚：背光源正极。 第16脚：背光源负极。

（3） 1602LCD的RAM地址映射及标准字库表

液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，下图是1602的内部显示地址。

图3-8 1602LCD内部显示地址

1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如上图所示，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。

3.3.2 1602与单片机连接图

1602的数据口接单片机的P0口，P2.0~P2.2是1602的初始化接口和使能端，第13脚与第16脚之间通过一个电位器来改变液晶屏的显示亮度。

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图3-9 1602与单片机连接图

3.4 时钟芯片DS1302

DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，可以通过串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息，每个月的天数和闰年的天数可自动调整 ，时钟操作可通过AM/PM标志位决定采用24或12小时时间格式。DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需三根I/O线：（RST）、I/O数据线、串行时钟（SCLK）。时钟/RAM的读/写数据以一字节或多达31字节的字符组方式通信。DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时，功耗小于1mw. DS1302重要性能指标：

（1）实时时钟,具有计算2100 年之前的秒分时日期星期月年的能力; （2）闰年调整的能力;

（3）串行I/O 口方式使得管脚数量最少; （4）宽范围工作电压2.0~5.5V；

（5）工作电压2.0V 时,工作电流小于300mA;

（6）读/写时钟或RAM 数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组方式；

（7）8 脚DIP 封装或可选的8 脚SOIC; （8）简单3 线接口；

（9）与TTL 兼容VCC=5V；

（10）可选工业级温度范围-40 +85； （11）与DS1202 兼容；

（12）在DS1202 基础上增加的特性： 对Vcc1 有可选的涓流充电能力；

双电源管用于主电源和备份电源供应； 备份电源管脚可由电池或大容量电容输入

引脚：

DS1302一共有8个管脚，其中第1脚接5V电源，4脚接地，2脚和3脚跨接一个32.768KHz的无源晶振，该晶振为DS1302的正常工作提供脉冲；8脚为外部备用电源输入端，本设计使用一个3.3V的纽扣电池作为备用电源，当系统掉电后，备用电源立即给DS1302供电，可以避免DS1302内部时间信息的丢失；5脚、6脚、7脚为DS1302的3个控制端，5脚REST为复位端，低电平有效，6脚I/O为数据输入输出口，7脚CLK为串行时钟信号输入端，该时钟信号由单片机提供。

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图3-10.DS1302管脚

DS1302芯片由于集成度高，使用时直接将3个控制端与单片机的I/O口相连即可，所以芯片与单片机的连接电路在此不再赘述。

3.5 红外传感器

检测人是否在台灯旁需要红外传感器，本设计采用集成的红外模块来实现此功能。该模块由一对红外收发对管和LM393组成。在工作状态时发射管向外发射信号，当前端碰到遮挡物时信号会反射回来，被接收管接收。接收的信号传给比较器LM393，当反射信号强度达到设定的阈值时，LM393会输出一个低电平信号，并传递给单片机，表明前方有遮挡物。可通过调节模块上的可调电阻来改变信号的阈值，以此改变模块的灵敏度。红外模块的电路图如下：

图3-11 红外模块电路图

3.6 按键模块

本设计采用三个轻触按键来实现对日期时间的调节。三个按键分别为设置键，加键和减键。当按一下设置键时，液晶屏上的秒光标跳动，此时按加键或者减键可实现对秒的调节；按两下设置键，液晶屏上的分钟光标跳动，以此类推，便可以分别调整

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时间日期的显示值。当调节年份后再按下设置键时，光标停止闪烁，回到正常显示状态。本设计中按键一端连接单片机I/O，一端连接地。

3.7 蜂鸣器电路

当人长时间离开台灯附近时，灯会自动熄灭，此时蜂鸣器会响起以作提示。本设计采用的是无源蜂鸣器，蜂鸣器工作时需要的电流非常大，单片机的I/O无法直接驱动，一般由单片机的I/O口经三极管S8550驱动。蜂鸣器电路图如下：

图3-12蜂鸣器电路图

其中10K电阻的作用是限流，防止电流过大烧坏单片机。

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4 软件设计

4.1 整体软件流程图

图4-1 整体软件流程图

开始 时间显示 红外模块扫描 N 有人？ Y 亮灯 光敏电阻采集光照信息 单片机将光照信息转换成数字量 调光

上电后，系统开始工作，液晶屏完成初始化，单片机控制时钟芯片将日期时间信息显示在液晶屏上。此时红外模块开始不断扫描，检测台灯旁是否有人，无人时台灯不亮，检测到有人时，台灯亮起。在此过程中光敏电阻模块不断获取外界光照信息并将信息传给单片机。点亮台灯后，单片机根据外界环境的光照强度来调节台灯的亮度，

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本设计设置了三个亮度等级的模式。

4.2 各子模块功能设计

4.2.1 STC12C5A60S2单片机A/D转换模块

STC12C5A60S2单片机的A/D转换口在P1口（P1.0-P1.7），有8路10位高位A/D转换器，速度可达250KHz（25万次/秒）。8 路电压输入型 A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后 P1 口为弱上拉型 I/O 口，用户可以通过软件设置将 8 路中的任何一路设置为 A/D 转换，不需作为 A/D 使用的口可继续作为 I/O 口使用。需作为 A/D 使用的口需先将 P1ASF 特殊功能寄存器中的相应位置为“1”，将相应的口设置为模拟功能。

表4-1 .STC12C5A60S2单片机 P1 口模拟功能控制寄存器

Reset Value P17ASP16ASP15ASP14ASP13ASP12ASP11ASP10AS0000,00F F F F F F F F 00 当 P1 口中的相应位作为 A/D 使用时, 要将 P1ASF 中的相应位置 1 如果要允许A/D转换中断则需要将相应的控制位置1

（1）将 EADC 置1允许 ADC 中断，这是 ADC 中断的中断控制位。 （2）将 EA 置 1 ， 打开单片机总中断控制位， 此位不打开， 也是无法产生 ADC 中断。

（3）A/D 中断服务程序中要用软件清 A/D 中断请求标志位 ADC_FLAG(也是 A/D 转换结束标志位) 。

表4-2 ADC_CONTR 特殊功能寄存器（A/D 转换控制特殊功能寄存器） 7 6 5 4 3 2 1 0 控制ADC_SPEE寄存POWED1 R 器

SPEED0 ADC_ADC_FLAG START CHS2 CHS1 CHS0 0000，0000 表4-3.模拟输入通道选择

CHS2 0 CHS1 0 CHS0 0 模拟输入通道选择 选择P1.0作为A/D输入来用 选择P1.1作为A/D输入来用 0 0 1 20

0 1 0 选择P1.2作为A/D输入来用 选择P1.3作为A/D输入来用 选择P1.4作为A/D输入来用 选择P1.5作为A/D输入来用 选择P1.6作为A/D输入来用 选择P1.7作为A/D输入来用 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1

ADC_START：模数转换器（ADC）转换启动控制位，设置为“1”时，开始转换，转换结束后为“0”。

ADC_FLAG：模数转换器转换结束标志位，当A/D转换完成后，ADC_FLAG=1，要由软件清零。

表4-4.模数转换器转换速度控制位

SPEED1 1 1 0 0

SPEED0 1 0 1 0 A/D转换所需时间 9 0 个 时 钟 周 期 转 换 一 次 180 个 时 钟 周 期 转 换 一 次 360 个 时 钟 周 期 转 换 一 次 540个 时 钟 周 期 转 换 一 次 21

STC12C5A60S2单片机的A/D转换模块说使用的时钟是外部晶体时钟或内部 R/C振荡器所产生的系统时，不使用时钟分频寄存器CLK_DIV对系统时钟分频后所产生的供给CPU工作所用的时钟。这样的好处是可以让ADC用较高的频率工作，提高转换速度，还可以让CPU用较低的频率工作，降低系统的功耗。

模 / 数转换结果计算公式如下：

取 8 位结果 ADC_RES[7:0] = 256 x Vin / Vcc，

将结果放大100倍，通过单片机读取以显示在液晶屏上。

4.2.2 STC12C5A60S2单片机中断模块

STC12C5A60S2单片机提供了10个中断请求源，他们分别是：外部中断0（INT0），定时器0中断，外部中断1（INT1），定时器1中断，串口1（UART1）中断，A/D转换中断，低压检测中断（LVD），PCA中断，串口2中断及SPI中断，所有的中断都具有4个中断优先级。

表4-5.中断查询次序 中断中断相同优优先级源 向量先级内设置地址 的查询IPH,PX次序 0 INT0 0003H Timer000B0 H Timer000B0 H INT1 0013H Timer001B1 H UART1 ADC 0023H 002BH 0033H 0（最PX0H,高） PX0 1 1 2 3 4 5 PT0H,PT0 PT0H,PT0 PX1H,PX1 PT1H,PX1 PSH,PS PADCH,PDAC PLVDH,PAD优先优先优先优先级0级1 级1 级1 （最低） 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 中断中断请求允许标志控制位 位 IE0 TF0 TF0 IE1 TF1 RI+TI EX0/EA ET0/EA 续表 ET0/EA EX1/EA ET1/EA ADC_EADCFLAG /EA LCDF ELVD/EA

LVD 6 0,0 0,1 1,0 1,1 22

C PCA 003BH 7 PPCAH,PPCA 0,0 0,1 1,0 1,1 CF+CCF0+CCF1 (ECF+ECCF0+ECCF1)/EA ES2/EA ESPI/EA S2(U0043ART2H ) SPI 004BH 8 PS2H,P 0,0 S2 PSPIH,PSPI 0,0 0,1 1,0 1,1 S2TI+S2RI SPIF 9 0,1 1,0 1,1 外部中断0（INT0）和外部中断1（INT1）即可低电平触发，也可下降沿触发。请求外部中断的标志位是位于寄存器TCON中的IE0/TCON.1和IE1/TCON.3。当外部中断服务程序被响应后，中断请求标志位IE0和IE1会被自动清0.TCON寄存器中的IT0/TCON.0和IT1/TCON.2决定了外部中断0和1是低电平触发方式还是下降沿触发方式。如果ITx=0（x=0,1），那么系统在INTx(x=0,1)脚探测到低电平后可产生外部中断。如果ITx=1（x=0,1），那么系统在INTx(x=0,1)脚探测到下降沿后可产生外部中断。外部中断0（INT0）和外部中断1（INT1）还可以用于将单片机从掉电模式唤醒。

定时器0和1的中断请求标志位是TF0和TF1。当定时器寄存器THx/TLx（x=1,0）溢出时，溢出标志位TFx（x=1,0）会被置位，定时器中断发生。当单片机转向执行该定时器中断时定时器溢出标志位会被硬件清除。

A/D转换的中断由ADC_FLAG/ADC_CONTR.4请求产生的，该位需要用软件清除。

低压检测（LVD）中断是由LVDF/PCON.5请求产生的，该位也需要用软件清除。

表4-6.中断触发 中断源 INT0 Timer0 INT1 Timer1 UART1 ADC LVD

触发行为 （IT0/TCON.0=1):下降沿 （IT1/TCON.0=0):低电平 定时器0溢出 （IT1/TCON.2=1):下降沿 （IT1/TCON.2=0):低电平 定时器1溢出 发送或接收完成 A/D转换完成 电源电压下降到低于LVD检测电压 表4-7.中断允许寄存器（可位寻址） SFR_

Addre bit B7 B6

B5 23

B4 B3

B2 B1 B0

name IE ss A8H Name EA ELVD EADC ES ET1 EX1 ET0 EX0

EA：CPU的总中断控制位，EA=1，CPU开放中断，EA=0，CPU屏蔽所有中断申请。 EA的作用是使中断允许形成两级控制，即各中断源首先受EA控制，其次还受 各中断源自己的中断允许控制位控制。

ELVD：低压检测中断允许位。ELVD=0,允许低压检测中断；ELVD=1,禁止低压检测中断。

EADC：A/D转换中断允许位。EDAC=1，允许A/D中断；EDAC=0，禁止A/D中断； ES：串行口1中断允许位。ES=1，允许串行口1中断；ES=0；禁止串行口1中断 ET1：定时/计数器T1的溢出中断允许位。ET1=1，允许T1中断；ET1=0，禁止T1中断

EX1：外部中断1中断允许位。EX=1，允许外部中断1中断；EX=0，禁止外部中断1中断

ET0：T0的溢出中断允许位。ET=1，允许T0中断，ET=0，禁止T0中断 EX0：外部中断0中断允许位。EX0=1，允许中断，EX0=0，禁止中断

表4-8. 中断允许寄存器（不可位寻址） SFR_IE2 AddrAFH bit B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 name ess Name ESP1 ES2 ESP1：SPI中断允许位。ESP1=1，允许串行口2中断；ESP1=0，禁止串行口2中断。 ES2：串行口2中断允许位。ES2=1，允许串行口2中断；ES2=0；禁止串行口2中断

中断优先级默认有4个，如果只设置IP和IP2，那么中断优先级只有两级，与传统8051单片机的两级中断优先级完全兼容。

4.2.3 单片机定时器模块

关于实现定时功能，比较方便的办法是利用单片机内部的定时/计数器。也可以采用下面三种方法：

(1)软件定时：软件定时不占用硬件资源，但占用了CPU时间，降低了CPU的利用率。

(2)采用时基电路定时：例如采用555电路，外接必要的元器件（电阻和电容），即可构成硬件定时电路。但在硬件连接好以后，定时值与定时范围不能由软件进行控制和修改，即不可编程。

(3)采用可编程芯片定时：这种定时芯片的定时值及定时范围很容易用软件来确定和修改，此种芯片定时功能强，使用灵活。在单片机的定时/计数器不够用时，可

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以考虑进行扩展。

下面介绍单片机内部的定时/计数器： （1）定时/计数器的结构和工作原理

定时/计数器的实质是加1计数器（16位），由高8位和低8位两个寄存器组成。TMOD是定时/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的启动和停止及设置溢出标志。

加1计数器输入的计数脉冲有两个来源,一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来；一个是T0或T1引脚输入的外部脉冲源。每来一个脉冲计数器加1，当加到计数器为全1时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU发出中断请求（定时/计数器中断允许时）。如果定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满。

可见，由溢出时计数器的值减去计数初值才是加1计数器的计数值。

设置为定时器模式时，加1计数器是对内部机器周期计数（1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12）。计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t 。

设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。在每个机器周期的S5P2期间采样T0、T1引脚电平。当某周期采样到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电平时，则计数器加1，更新的计数值在下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz时，最高计数频率不超过1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于2s。 （2）定时/计数器的控制

单片机定时/计数器的工作由两个特殊功能寄存器控制。TMOD用于设置其工作方式；TCON用于控制其启动和中断申请。

工作方式寄存器TMOD:用于设置定时/计数器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下：

表4-9. TMOD寄存器 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 定时器1 定时器0

GATE：门控位。GATE＝0时，只要用软件使TCON中的TR0或TR1为1，就可以启动定时/计数器工作；GATA＝1时，要用软件使TR0或TR1为1，同时外部中断引脚或也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。即此时定时器的启动多了一条件。

C/T :定时/计数模式选择位。 C/T＝0为定时模式； C/T =1为计数模式。

M1M0：工作方式设置位。定时/计数器有四种工作方式，由M1M0进行设置。

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表4-10.选择定时方式表

MM 工作方式 1 0 0 0 1 1 0 方式0 1 方式1 0 方式2 1 方式3 功能说明 13位计数器 16位计数器 自动再装入8位计数器 定时器0：分成两个8位计数器；定时器1：停止计数

(1)方式0为13位计数，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位组成。

TL0的低5位溢出时向TH0进位，TH0溢出时，置位TCON中的TF0标志，向CPU发出中断请求。

定时器模式时有:N＝t/ Tcy

定时器的初值还可以采用计数个数直接取补法获得。 计数模式时，计数脉冲是T0引脚上的外部脉冲。

门控位GATE具有特殊的作用。当GATE=0时，经反相后使或门输出为1，此时仅由TR0控制与门的开启，与门输出1时，控制开关接通，计数开始；当GATE=1时，由外中断引脚信号控制或门的输出，此时控制与门的开启由外中断引脚信号和TR0共同控制。当TR0=1时，外中断引脚信号引脚的高电平启动计数，外中断引脚信号引脚的低电平停止计数。这种方式常用来测量外中断引脚上正脉冲的宽度。

(2)方式1的计数位数是16位，由TL0作为低8位、TH0作为高8位，组成了16位加1计数器 。

(3)方式2为自动重装初值的8位计数方式。

工作方式2特别适合于用作较精确的脉冲信号发生器。

(4)方式3只适用于定时/计数器T0，定时器T1处于方式3时相当于TR1=0，停止计数。

工作方式3将T0分成为两个独立的8位计数器TL0和TH0 。

控制寄存器TCON：TCON的低4位用于控制外部中断。TCON的高4位用于控制定时/计数器的启动和中断申请。其格式如下：

TF1（TCON.7）：T1溢出中断请求标志位。T1计数溢出时由硬件自动置TF1为1。CPU响应中断后TF1由硬件自动清0。T1工作时，CPU可随时查询TF1的状态。所以，TF1可用作查询测试的标志。TF1也可以用软件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一样。

TR1（TCON.6）：T1运行控制位。TR1置1时，T1开始工作；TR1置0时，T1停止工作。TR1由软件置1或清0。所以，用软件可控制定时/计数器的启动与停止。

TF0（TCON.5）：T0溢出中断请求标志位，其功能与TF1类同。

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TR0（TCON.4）：T0运行控制位，其功能与TR1类同。

定时器的计算方法：以定时器的方式1为例，设机器周期为T，定时器产生一次中断的时间为t，那么需要计时的个数N=t/T，装入THX和TLX的数分别为: THX=(65536-N)/256, TLX=(65536-N)%6

4.2.4 光线采集的实现

本功能使用STC12C5A60S2单片机自带的A/D转换器完成采集外界光强的功能，在测试时，通过模数转换，将结果显示在液晶屏上并记录数值。

如图15,在模/数转换的过程中，首先初始化初始化A/D寄存器，此时做的工作是设置A/D转换的通道，然后设置控制寄存器ADC_CONTR，开始A/D转换。转换结束后，为方便显示，将数字量扩大100倍，最后显示在液晶屏上。

模/数转换的步骤：

开始 初始化A/D寄存器

设置转换通道

开定时器中断

开始A/D转换

获取转换结果

将结果扩大100倍，

显示在液晶屏上

图4-2 模/数转换流程图

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4.2.5自动断电功能的实现

为达到节省资源的目的，当人离开台灯超过3分钟时，台灯会自动熄灭，本设计中使用单片机的定时器中断来实现此功能。每隔固定一段时间让单片机产生一次定时器0中断，同时在中断函数中检测台灯附近是否有人。当人离开台灯附近时，红外模块接收信号，在中断函数中对开始计时。若计满3分钟后人还未回来，则将台灯熄灭，同时蜂鸣器响起；若人中途回来，则灯点亮，同时定时器重新计时。实现此功能的主程序如下：

void timer0() interrupt 1 //使用定时器0的方式1 {

TH0=(65536-45872)/256; //开定时器0 TL0=(65536-45872)%6;

if(bz==1) //未检测到有人 { count++; if(count>=3600) //计满3分钟 {led=0;

Buzzer=1； } }

else {led=1; count=0; } }

定时器初值的计算方法：

定时器一旦启动，他便在原来的数值上开始加一计数，本设计中单片机的晶振为12M，12个时钟周期为一个机器周期，那么此机器周期就是1微秒，定时器1位16位计数器，计满2^16-1个数产生一个脉冲计数器溢出，随即向CPU申请中断。如果要计时50ms，那么就先给TH0和TL0装一个初值，在这个初值的基础上计50000个数后，定时器溢出，此时就是刚好50ms中断一次，当需计时1s时，我们写程序时当产生20次50ms的定时器中断后便认为是1s，这样便可精确控制定时时间。要计50000个数，则TH0和TL0应该装入的总数是65536-50000=15536，把15536对256求模：15536/256=60装入TH0中，把15536对256求余：15536%6=176装入TL0中。要计时3分钟，也就是180秒，因此需要计180*20=3600次。

4.2.6 LCD显示模块

（1）读写操作时序如图4-3、图4-4所示：

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图4-3 写操作时序

图4-4 读操作时序

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（2）液晶显示的流程：

显示日期时间 图4-5 液晶显示流程图

开始 初始化 判忙 写入命令 清屏 写入字符串函数 写入字符函数 设置显示模式 在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。

4.2.7 时钟模块

DS1302的内部结构图4-6如下所示,主要组成部分：移位寄存器、控制逻辑、振

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荡器、实时时钟及RAM。 VCC1 VCC2 GND 电源控制 实时时钟 振荡电路与分频器 I/O SCLK 输入移位寄存器 RST 命令与控制逻辑 电源控制 图4-6.DS1302的内部结构图

DS1302要完成一个字节的读操作需经过以下过程：首先CE端（即REST端）应变为高电平，此时DS1302进入正常工作状态，随时准备读/写数据操作。数据写入操作发生在SCLK端上升沿到来时，数据读出操作发生在SCLK端下降沿到来时。在初始的8个SCLK周期中，先向DS1302写入读命令字节，表明此时为写操作，接着跟上要写的寄存器地址，表明需要读出的是什么位的信息（如“秒”位、“分”位、“时”位等），然后在后面的8个SCLK周期中，从低位到高位依次读出对应寄存器的数值（如“秒”数、“分”数、“时”数等）。

实现此功能的主要程序如下。在程序中定义了两个数组，分别用来存储日期和时间，此处显示时间是固定值，可通过按键调解。

uchar code tab1[]={\ //年显示的固定字符

uchar code tab2[]={\ : : \ //时间显示的固定字符 for(a=0;a<11;a++) {

write_1602dat(tab1[a]); //向液晶屏写日期显示的固定符号部分 delay(3); }

write_1602com(er+2); //时间显示的位置 for(a=0;a<8;a++) {

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write_1602dat(tab2[a]); //写显示时间固定符号，两个冒号 delay(3); }

4.3 软件开发环境

4.3.1 KEIL简介

本课题使用在KEIL UVISION4环境下编程，使用汇编语言或C语言要使用编译器，以便把写好的程序编译为机器码，才能把HEX可执行文件写入单片机内。KEIL UVISION是众多单片机应用开发软件中最优秀的软件之一，它支持众多不同公司的MCS51架构的芯片，甚至ARM，它集编辑，编译，仿真等于一体，它的界面和常用的微软VC++的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。因此很多开发51应用的工程师或普通的单片机爱好者，都对它十分喜欢。下面简要介绍一下KEIL的使用。

图4-7. KEIL编程界面 使用KEIL编程步骤：

（1）新建工程：project->new project->给新工程命名，保存。

（2）选择芯片：Atmel->89C51->OK.（说明：KEIL中没有STC12C5A60S2芯片，但是由于其与传统的51单片机完全兼容，所以可选择89C51或89C52单片机）。 （3）File->New File->保存为.c文件（方便起见，应尽量与工程名相同）

（4）添加文件：右击Source Group->Add Files to Group->选择上述中.c文件->Add。（5）Target Options->选择晶振为12MHZ，并生成HEX文件。 （6）在.c文件中编程->Rebuild，生成HEX文件。

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Target Options 程序区 编译

图4-8. KEIL界面介绍

4.3.2 STC-ISP简介

经KEIL软件编译后，生成的HEX文件需通过烧录软件才能写进芯片中。烧录时首先选择com口，方法：右击计算机图标—管理—设备管理器—人体输入学设备，即可显示com口。

（1）在单片机型号中选择STC12C5A60S2

图4-9.芯片选择

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（2）STC-ISP设置

图4-10.烧录设置

选择要烧录的程序文件（HEX），点击下载/编程，就将可执行文件烧录到芯中。

图4-11.下载/编程区

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5 系统调试

5.1 焊接

焊接电路板是完成设计的重要的一环，焊接电路的质量有时直接决定了电路是否能正常运行。焊接时要注意切忌出现虚焊和假焊，这些错误凭人眼是无法找出的，必须使用万用表一点点的排查。

下图是本设计中焊接的电路：

图5-1 焊接电路图

5.2 调试结果 调试内容：

（1）不同光照强度下外界环境的光照强度值（经测定，在15-430之间）。 （2）日期时间的显示。

（3）日期时间的调节（以秒调节为例）。

（4）不同光照强度下台灯的亮度变化（3个亮度级）。

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按键调节 蜂鸣器 单片机最小系统 光敏电阻 红外模块 时钟模块 液晶显示 图5-2 整体效果图 USB转TTL模块 图5-3 台灯效果图 各模块效果图如下： （1）外界光照强度：

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图5-4.外界光线最暗时的数值 图5-5.外界光线最亮时的数值

（2）时间显示

图5-6.正常显示 图5-7.处于调节状态（秒显示调节）

（3）台灯亮度

图5-8. 最亮 图5-9. 中等亮度 图5-10. 最暗

经测试，外界光线最暗时，液晶屏显示值为430左右，外界光线最亮时，液晶屏显示值为15左右，据此设定三个亮度级：亮度在0~150时，PWM波占空比为10%；亮度在150~300时，占空比为50%；亮度在300~430时，占空比为90%，这样就实现了对台灯亮度的控制。

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总结与展望

本系统以STC12C5A60S2单片机作为主控制器来实现对各模块的控制，时钟芯片和液晶屏实时显示日期时间，光敏电阻和红外传感器可实时接受外界光线和是否有人的信息，单片机对这些信息转换成数字量，进而实现对台灯电路的控制。设计时结合硬件电路，在KEIL中使用C语言进行编程，根据各个模块的功能编写相应的代码。经过测试，系统各个模块都能正常地工作，达到了设计的要求。

虽然在效果上达到了基本要求，但本设计还存在着不足，主要存在以下几个问题： 1.由于对液晶屏和时钟芯片进行初始化和显示占用了大量的时间，设定过多的亮度级时灯会出现明显的闪烁，无法达到调光的目的，所以本设计中台灯的亮度不能进行无极调节，最终只设置了3个亮度级。

2.台灯的亮度不够，只能在很小的范围内调节。

3.设计中没有考虑LED的功耗问题，测试时台灯亮起的时间过长时会明显发烫。 针对以上问题，可以尝试使用STC12C5A60S2单片机自带的PCA模块来设计无极调光的程序，将LED换成高亮度低功耗的灯珠，这样能更好地完善该系统。

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参考文献

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[11]位永辉，杨威.基于BISS0001的智能台灯设计[J].电子元器件应用，2009(7):8-11

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致谢

随着毕业设计的完成，大学四年的生活也接近了尾声，回想起这几年的学习生活，不禁感慨万千。

在这里，我首先要感谢我的毕业设计指导老师---陶峰老师，从毕业设计的开题，到资料查找，进度安排，陶老师一直悉心指导，给了我很大的帮助，可以说，没有陶老师的帮助我不可能如此顺利的完成本次毕业设计。

感谢电气学院的所有授课老师和辅导员，这四年里你们不仅教会了我知识，还让我懂得了许多为人处事的道理，这些使我终身受益，感谢四年来你们的关心和爱护。 感谢2011级电子信息工程111班的兄弟姐妹们，你们在平时的学习和生活中给了我许多的帮助，我们一起走过了生命中最美好的四年，谢谢有你们的陪伴。 感谢我的父母，你们辛辛苦苦把我养大，一直无条件的支持着我，没有你们就没有今天的我，你们是我最大的恩人。

雄关漫道真如铁，而今迈步从头越，在未来的工作和生活中，我会更加努力的拼搏，以更好的成绩来回报我的父母和曾经关心支持帮助过我的领导、老师和同学，谢谢你们！

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