【正文】 也有其客觀因素。在發(fā)展 MCU 方面，最著名的廠家當數(shù) Philips公司 。 Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢，將 MCS51 從單片微型計算機迅速發(fā)展到微控制器。 4)單片機是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路，向 MCU 階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了 SOC 化趨勢。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計、 EDA 工具的發(fā)展，基于 SOC 的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計會有較大的發(fā)展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單 片應(yīng)用系統(tǒng)。 （ 1） CMOS 化 近年，由于 CHMOS 技術(shù)的進 步 ，大大 地促進了單片機的 CMOS 化。 CMOS 芯片除了低功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機可以工作在功耗精細管理狀態(tài)。因為單片機芯片多數(shù)是采用 CMOS（金屬柵氧化物）半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。 CMOS 電路的特點是低功耗、高密度、低速度、低價格。采用雙極型半導(dǎo)體工藝的 TTL 電路速度快，但功耗和芯片面積較大。隨著技術(shù)和工藝水平的提高，又出現(xiàn)了 HMOS（高密度、高速度 MOS）和 CHMOS工藝。 CHMOS 和HMOS工藝的結(jié)合。目前生產(chǎn)的 CHMOS 電路已達到 LSTTL的速度，傳輸延遲時間小于 2ns，它的綜合優(yōu)勢已在于 TTL 電路。 因而，在單片機領(lǐng)域 CMOS正在逐漸取代 TTL 電 路。 （ 2）高性能化 主要是指進一步改進 CPU 的性能，加快指令運算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。采用精簡指令集（ RISC）結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)，可以大幅度提高運行速度?，F(xiàn)指令速度最高者已達 100MIPS（ Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒），并加強了位處理功能、中斷和定時控制功能。這類單片機的運算速度比標準的單片機高出 10 倍以上。由于這類單片機有極高的指令速度，就可以用軟件模擬其 I/O 功能，由此引入了虛擬外設(shè)的新概念 。 （ 3）低噪聲與高可靠性 為提高單片機的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標準的要求，各單片廠家在單片機內(nèi)部電路中都采用了新的技術(shù)措施。 （ 4） 低功耗化 單片機的功耗已從 Ma 級，甚至 1uA 以下；使用電壓在 3至 6V 之間，完全適應(yīng)電池工作。低功耗化的效應(yīng)不僅是功耗低，而且?guī)砹水a(chǎn)品的高可靠性、高抗干擾能力以及產(chǎn)品的便攜化 （ 5） 大容量化 以往單片機內(nèi)的 ROM 為 1KB 至 4KB， RAM 為 64B至 128B。但在需要復(fù)雜控制的場合，該存儲容量是不夠的，必須進行外接擴充。為了適應(yīng)這種領(lǐng)域 的要求，須運用新的工藝，使片內(nèi)存儲器大容量化。目前，單片機內(nèi) ROM 最大可達 64KB， RAM最大為 2KB （ 6） 低電壓化 幾乎所有的單片機都有 WAIT、 STOP等省電運行方式。允許使用的電壓范圍越來越寬，一般在 3至 6V 范圍內(nèi)工作。低電壓供電的單片機電源下限已可達 1至 2V。目前 供電的單片機已經(jīng)問世。 ? AT89S51單片機簡 隨著半導(dǎo)體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機的集成度將更高、體積將更小、 功能 更 強 。在單片機家族中， 80C51 系列是其中的佼佼者，加之 Intel 公司將其 MCS – 51 系 列中的 80C51內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名 IC 制造廠商，如 Philips、 NEC、Atmel、 AMD、華邦等，這些公司都在保持與 80C51 單片機兼容的基礎(chǔ)上改善了 80C51 的許多特性。這樣， 80C51 就變成有眾多制造廠商支持的、發(fā)展出上百品種的大家族，現(xiàn)統(tǒng)稱為 80C51系列。 80C51 系列 單片機已成為單片機發(fā)展的主流。專家認為，雖然世界上的 MCU 品種繁多，功能各異，開發(fā)裝置也互不兼容，但是客觀發(fā)展表明， 80C51系列 可能最終形成事實上的標準MCU芯片。 本設(shè)計采用 美國 ATMEL公司 生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機 AT89S51。其 片內(nèi)含 4K bytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash程序存儲器，既可在線編程（ ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中 ,ATMEL公司的功能強大，低價 AT89S51 單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 主要性能參數(shù)： （ 1）與 MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 （ 2） 4K字節(jié)在系統(tǒng)編程（ ISP） Flash閃速存儲器 （ 3） 1000次擦寫周期 （ 4） 的工作電壓范圍 （ 5）全靜態(tài)工作模式： 0HZ33MHZ （ 6）三級程序加密鎖 （ 7） 128*8字節(jié)內(nèi)部 RAM32個可編程 I/O 口線 （ 8） 2個 16 位定時 /計數(shù)器 （ 9） 6個中斷源 （ 10）全雙工串行 UART通道 （ 11）低功耗空閑和掉電模式 （ 12）中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng) （ 13）看門狗（ WDT）及雙數(shù)據(jù)指針 （ 14）掉電標示和快速編程特性 （ 15）靈活的在系統(tǒng)編程（ ISP字節(jié)或頁寫模式） 器的選擇 檢測傳感模塊 組成 根據(jù)該設(shè)計的功能要求 數(shù)據(jù)檢測傳感 系統(tǒng) 由四個部分組成 ： 1)光度 傳感電路 ； 2)風速傳感電路； 3） 濕度傳感電路 ； 4)有害氣體傳感電路 ； 5)紅外防盜傳感 器 。 傳感器選型及電路 傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。 光度傳感 器 光敏傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁多，主要有：光電管、光電倍增管、 光敏電阻 、 光敏三極管 、太陽能電池、 紅外線傳感器 、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、 CCD和 CMOS圖 像傳感器等。它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫 外線波長。 其中最簡單的光敏傳感器是光敏電阻，本設(shè)計中采用光敏電阻與驅(qū)動電路來構(gòu)成光敏傳感電路。電路圖如圖 21所示。 + 5 V1 M R R 1R 2光 敏 電 阻AP 2 . 1 圖 31 光敏傳感器驅(qū)動電路 圖 31中 ，當外界環(huán)境光照強時，光敏電阻 R2阻值較小，則 A點電平較低；當外界環(huán)境光照弱時，光敏電阻 R2阻值較大，則 A點電平較高，將此電平送到單片機，由程序控制是否驅(qū)動電機開關(guān)窗。 風速傳感器 風速傳感器是 將空氣的流動速度變量轉(zhuǎn)換成有一 定對應(yīng)關(guān)系的輸出信號的裝置。風速傳感器種類有采用畢托管測風速、熱線熱膜測風速、機械式傳感器測風速、超聲波測風速和三杯式風速傳感器測風速 。 在本設(shè)計中采用 風 杯 式 — YH12X風速傳感器 ，產(chǎn)品見圖 32。 圖 32 YH12X風速傳感器 YH12X風速傳感器工作原理：當風杯隨著氣流的運動而轉(zhuǎn)動時，風速軸帶動碼盤與風杯成正比地轉(zhuǎn)動，從而輸出電脈沖信號，將機械轉(zhuǎn)動信號轉(zhuǎn)換成電信號。風向測量采用進口紅外光電管 ,格雷碼盤等器件。當風向標隨著氣流的運動而轉(zhuǎn)動時，風向軸帶動格雷碼盤同時轉(zhuǎn)動 ,從而輸出七位格雷碼信號，將機械位 置信號轉(zhuǎn)換成光電脈沖信號，通過微處理器 CPU 記 錄每秒種的產(chǎn)生的光電脈沖的個數(shù)， 快速運算處理后即可的出氣流的運動速度。計算原理如下： 每秒種產(chǎn)生光電脈沖的個數(shù)： n 齒輪的圓周半徑 ： R (m) 齒輪的總個數(shù)： N 風杯軸承的傳動系數(shù)： η 風杯的線速度 : V1(m/s) 風速： V （ m/s） 風速的計算公式為： ?VV? (31) 風杯的轉(zhuǎn)動線速度： N nRV 36021 ?? (32) 可通過轉(zhuǎn)換處理將數(shù)據(jù)以其他形式輸出，傳遞給其他智能設(shè)備。 YH42X風速顯示器工作原理：風速顯示器對接收到的風速信息進行處理 ,換算轉(zhuǎn)化成實際風速風級顯示到對應(yīng)的顯示器中 ,風速顯示器還可以針對預(yù)先設(shè)定的報警參數(shù) ,當風速超過其參數(shù)時 觸發(fā)關(guān)窗信號，單片機接到信號處理后，通過驅(qū)動電路驅(qū)動電機，完成關(guān)窗動作。 濕度傳感器 Honeywell公司的 HIH3610 濕度傳感器是為大批量 OEM 設(shè)計，具有濕度儀表級測量性能，低成本， SIP封裝。線形放大電壓輸出，驅(qū)動電流 200 微安，器件一致性好 [3]。 特點： 濕度傳感器 HIH3610主要性能： （ 1）熱固性聚合物電容濕度傳感器，帶集成信號處理電路 （ 2） 3針可焊塑封 （ 3）寬量程： 0～ 100％ RH 非凝結(jié)，寬工作溫度范圍 – 40～ 85℃ （ 4）高精度： 177。2 ％ RH，極好的線形輸出 （ 5） 5VDC恒壓供電， （ 6）低功耗設(shè)計 200 微安 驅(qū)動電流 （ 7）激光修正互換性 （ 8）快 速響應(yīng) 15秒 （ 9）穩(wěn)定性好，低溫 漂 ，抗化學腐蝕性能 其引腳如圖 32所示： + 5 VH I H 3 6 1 0V o u t 圖 32 HIH3610引腳圖 有害氣體傳感 器 MY1000系列電化學式一氧化碳氣體傳感器是由廣州市中敏儀器有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品 ,它是一種定電位電解式電流型傳感器。該產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，功耗低，測量精度高，穩(wěn)定性好，壽命長等優(yōu)點。其性能和可靠性達到國內(nèi)或國外同類產(chǎn)品的水平，屬于氣體傳感器整機 的核心部件。 （ 1）檢測原理： 本傳感器元件采用的是定電位電解原理，組 成主要由三個電極組成，電極材料是貴金屬催化劑，主要是鉑黑，其中各電極的作用如下：工作電極（ W）：一氧化碳氣體的氧化，對電極（ C）：氧氣的還原，對電極（ R）：為工作電極提供恒定電位。 當一氧化碳接觸到工作電極時，即發(fā)生氧化反應(yīng)，生成二氧化碳和氫離子，并產(chǎn)生電子，氫離子發(fā)生離子遷移，在對電極上接受電子，并與氧氣發(fā)生還原發(fā)應(yīng)，生成水。電極反應(yīng)如下 。 工作電極： CO+H2O→ CO2+2H++2e－ 對電極： 1/2O2+2H++2e－ → H2O 總反應(yīng)： 2 CO＋ O2→ 2 CO2 由反應(yīng)式可知產(chǎn)生的電流大 小與一氧化碳的濃度成正比，因此可以通過測量產(chǎn)生的電流的大小就可以檢測出一氧化碳的濃度。 （ 2）技術(shù)指標： 表 31 MY1000技術(shù)性指標 范圍 參數(shù) 檢測范圍 0 至 1000ppm 相對誤差 177。 5％ 壓力范圍 86106 Kappa 先好衰減 %2/月 溫度系數(shù) % 相對濕度 %30至 95% 響應(yīng)時間 ≤ 10s 零點漂移 5ppm （ 3）原理電路圖： + 5 VLM 324LM 324CEWEREOUT78+78+78+222SensorLM 324圖 33 氣敏傳感器放大電路 人體熱釋紅外傳感器 （ 1）熱釋電紅外傳感裝置工作原理 人體具有約 37℃的恒定體溫，所以會發(fā)出波長約 10μ m左右的紅外線。熱釋電紅外傳感器 PIS209S 就是靠探測人體發(fā)射的 10μ m左右的紅外線而進行工作的。熱釋電紅外傳感器是一種新型敏感元件。制造熱釋電紅外傳感器的高熱材料是一種廣譜材料，它的探測波長范圍為 ～ 20μ m。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。此濾波片只允許某些波長范圍 的紅外光通過，而阻止燈光、陽光和其它紅外光通過。實際使用中，熱釋電紅外人體感應(yīng)器前面必須安裝菲涅爾透鏡。菲涅爾透鏡是一種由塑料制成的特殊設(shè)計的光學透鏡，它可以將人體輻射的紅外線聚焦到熱釋電紅外傳感器上，從而提高傳感器的靈敏度，擴大監(jiān)視范圍。它可以產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區(qū)和盲區(qū)，以適應(yīng)熱釋電探測元件要求信號不斷變化的特性。傳感器的兩個反向串聯(lián)的熱釋電元件輪流感受到運動物體，所以人體的紅外輻射以紅外脈沖的形式不斷改變熱釋電元件的溫度，使之輸出一串脈沖信號，若人體在傳感器前不動則不會有輸出，信號放大電路如圖 34所示： L M 3 2 4L M 3 2 4++P I S 2 0 9 SDSG1M1 U F1M0.01UF0 . 0 1 U F0 . 0 1 U F4 7 K1 0 K10K2 M4 1 M47UF1 0 U F10KV o u t 圖 34 熱釋紅外 傳感器放大電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 A/D轉(zhuǎn)換器的選型 轉(zhuǎn)換速度是指完