【正文】 機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數(shù)據傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。 單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分如下幾個范疇： 1在智能儀器儀表上的應用 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設備（功率計，示波器，各種分析儀）。 用單片機可以構成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網構成二級控制系統(tǒng)等。 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備，五花八門，無所不在。 現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據通信，為在計算機網絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件，現(xiàn)在的通信設備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。單片機在醫(yī)用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設備及病床呼叫系統(tǒng)等等。某些專用單片機設計用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進行模塊化應用，而不要求使用人員了解其內部結構。如音樂集成單片機，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機的原理），就需要復雜的類似于計算機的原理。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。 在大型電路中，這種模塊化應用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方便于更換。 單片機在汽車電子中的應用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機控制器，基于CAN總線的汽車發(fā)動機智能電子控制器，GPS導航系統(tǒng)，ABS防抱死系統(tǒng)，制動系統(tǒng)等等。此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。第二章 設計方案 設計方案的選擇與論證市場上流行的紅外自動水龍頭控制方案大都采用555控制、紅外線傳感器控制。因紅外自動水龍頭要求簡單，因此很少采用單片機控制。 555控制設計方案 555控制型自動水龍頭 在圖1中，555電路主要用來產生脈沖信號，有555振蕩電路所產生的一定頻率的脈沖信號，通過驅動紅外線發(fā)射管發(fā)出相同頻率的紅外線信號，實現(xiàn)紅外線控制電路的功能。此控制電路采用紅外線反射的控制方式，紅外線發(fā)射管與接收管都暗中在同一平面。平時，紅外線接收管接受不到發(fā)射管發(fā)射的紅外信號，LM567的⑧腳輸出高電平，VT3截止，繼電器不吸合，水閥關閉。當有人接近時，通過人體發(fā)射使接收管接受到紅外線反射信號，信號經過放大、譯碼后使LM567的⑧腳輸出低電平，VT3導通，繼電器Y吸合將水閥電源接通，水閥打開。 圖 自動水龍頭工作示意圖 裝置由于采用了555電路組成的脈沖振動器，電路組成與調整簡單，工作穩(wěn)定可靠，場合廣，成本低。但是缺點也是顯而易見的：人一旦進入反射范圍內，水閥就打開，水流量無法控制。如圖是采用SM9576型號的紅外傳感器自動水龍頭控制原理圖： SM9576型號的紅外傳感器控制原理圖 　SM9576是一種性能可靠的單片紅外線傳感器。它內部包含紅外發(fā)射驅動電路和紅外接收放大電路，其接收靈敏度由的容量大小決定。SM9576有三組控制輸出端Q0～Q2，分別對應于12腳、7腳、8腳，Q0～Q2的輸出狀態(tài)由11腳上所接的電位決定。 13腳為紅外發(fā)射輸出端，該腳輸出的紅外信號經VT1功率放大后，由VD2向外發(fā)射紅外信號，20腳為紅外信號輸入端，VD2發(fā)射的紅外信號由VD1接收，經CR6輸入至20腳，并由SM9576內部放大整形，最后用于控制Q0～Q2的輸出狀態(tài)。由圖可知，在沒有人洗手或無物體靠近時，Q0～Q2均為低電平，三極管VT2～VT4均于截止狀態(tài)，繼電器K1～K3均打開，皂液供應閥Y供水閥Y2及干手用的電吹風均不工作。有人洗手時，即有物體靠近時，Q0變成高電平，VT2導通，K1得電吸合，接通供水閥Y2交流電源，Y2動作，水龍頭放出自來水供人們洗手，4秒后，Q1輸出高電平，VT3導通，K2得電吸合，接通皂液供應閥Y1的交流電源，Y1工作2秒鐘，放出2秒鐘的皂液后停止。再洗手6秒后，Q2變?yōu)楦唠娖?，VT4導通，K3得電吸合，接通電吹風的交流電源，電吹風吹出熱風。在正常洗手過程中，如果時間超過60秒，Q2將變低電平，電吹風停止工作，以免浪費電能。洗完手離開后，Q0、Q2均變?yōu)榈碗娖?，供水閥、電吹風均停止工作，同時Q1輸出高電平，放出8秒鐘的皂液在容器內以供下次使用。 相比較而言，采用單片機控制更智能化、人性化。以上這兩種方案都不能很好的解決水流量自動調節(jié)的難題。但都有可取之處，因此根據設計要求結合著市場上的流行控制方案，初步思路如下： 使用555振蕩電路所產生的一定頻率的脈沖信號，通過驅動紅外線二極管發(fā)出相同頻率的紅外線的脈沖信號。單片機通過改變555集成電路輸出端的電阻大小，進而改變了紅外線的最大探測距離。 當人的手觸及到紅外線有效發(fā)射范圍內時，紅外線經反射后被相應的紅外線接收管檢測到。采用51系列單片機作為數(shù)據處理，把相應的紅外線接收管開關信號轉化為控制水龍頭流量的開關信號。 單片機根據紅外線最大有效探測距離通過驅動電路自動控制三個電磁閥的通斷，隨時調整流量。 。 在圖中單片機、紅外線發(fā)射電路及接受電路三者緊密聯(lián)系。這種關系不僅體現(xiàn)在硬件上，而且在軟件程序上三者是互為一體，是程序的主要部分。第三章 硬件設計 控制電路設計 控制電路主要用來數(shù)據的處理、信號的轉換、邏輯控制?？刂齐娐吩O計主要包括：單片機的選型、時鐘電路、復位電路。 國內流行的8位單片機主要是51系列。8051是單片機早期的經典產品，以后的51系列單片機都是據此發(fā)展起來的。但實際上，標準的8051單片機，其功能簡單，儲存方式過于落后，這給單片機的開發(fā)與使用帶來了諸多不便。隨著科技日新月異的發(fā)展，現(xiàn)在市場上已有許多優(yōu)秀的替代品，AT89C51就是其中的代表。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次，與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖所示 一、芯片的引腳描述 如圖，是AT89C51的符號圖。在單片機的40條引腳中有2條專用于主電源的引腳，2條外接晶體的引腳，4條控制或與其它電源復用的引腳，32條輸入/輸出（I/O）引腳。下面按其引腳功能分為四部分敘述這40條引腳的功能。 主電源引腳VCC和GNDVCC——（40腳）接+5V電壓； GND——（20腳）接地。 外接晶體引腳XTAL1和XTAL2 XTAL1（19腳）接外部晶體的一個引腳。XTAL2（18腳）接外晶體的另一端。在單片機內部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，對HMOS單片機，該引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接接到內部時鐘發(fā)生器的輸入端；對XHMOS，此引腳應懸浮。 AT89C51引腳圖 控制或與其它電源復用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP ①RST/VPD（9腳）當振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。推薦在此引腳與VCC引腳之間連接一個約10k的下拉電阻，與VCC引腳之間連接一個約10μF的電容，以保證可靠地復位。 VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內部RAM的數(shù)據不丟失。當VCC主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍（5177。）內，VPD就向內部RAM提供備用電源。 ②ALE/PROG（30腳）：當訪問外部存貯器時，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。然而要注意的是，每當訪問外部數(shù)據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。ALE端可以驅動（吸收或輸出電流）8個LS型的TTL輸入電路。 ③PSEN（29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，每個機器周期兩次PSEN有效。但在此期間，每當訪問外部數(shù)據存儲器時，這兩次有效的PSEN