【正文】 就需要復(fù)雜的類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的原理。如：音樂(lè)信號(hào)以數(shù)字的形式存于存儲(chǔ)器中（類(lèi)似于 ROM），由微控制 器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂(lè)電信號(hào)（類(lèi)似于聲卡）。 在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡(jiǎn)化了電路，降低了損壞、錯(cuò)誤率，也方便于更換。 單片機(jī)在汽車(chē)電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車(chē)中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，基于 CAN 總線的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)智能電子控制器， GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)， ABS 防抱死系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)等等。 此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 紅外自動(dòng)水龍頭 10 第二章 設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)方案的選擇與論證 市場(chǎng)上流行的紅外自動(dòng)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(dòng)水龍頭要求簡(jiǎn)單，因此很少采用單片機(jī)控制。 555 控制設(shè)計(jì)方案 圖 555 控制型自動(dòng)水龍頭 在圖 1 中， 555 電路主要用來(lái)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，有 555 振蕩電路所產(chǎn)生的一定頻率的脈沖信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)紅外線發(fā)射管發(fā)出相同頻率的紅外線信號(hào)，實(shí)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(shí)，紅外線接收管接受不到發(fā)射管發(fā)射的紅外信號(hào)，LM567 的⑧腳輸出高電平， VT3 截止，繼電器不吸合，水閥關(guān)閉。當(dāng)有人接近時(shí)，通過(guò) 人體發(fā)射使接收管接受到紅外線反射信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、譯碼后使 LM567 的⑧腳輸出低電平， VT3 導(dǎo)通，紅外自動(dòng)水龍頭 11 繼電器 Y 吸合將水閥電源接通，水閥打開(kāi)。 圖 自動(dòng)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(dòng)器，電路組成與調(diào)整簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠，場(chǎng)合廣，成本低。但是缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的：人一旦進(jìn)入反射范圍內(nèi)，水閥就打開(kāi)，水流量無(wú)法控制。 紅外傳感器自動(dòng)控制 如圖是采用 SM9576 型號(hào)的紅外傳感器自動(dòng)水龍頭控制原理圖： 圖 SM9576 型號(hào)的紅外傳感器控制原理圖 紅外自動(dòng)水龍頭 12 SM9576 是一種性能可靠的單片紅外線傳感器。它內(nèi)部包含紅外發(fā)射驅(qū)動(dòng)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(duì)應(yīng)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(hào)經(jīng) VT1 功率放大后，由 VD2 向外發(fā)射紅外信號(hào)， 20 腳為紅外信號(hào)輸入端， VD2 發(fā)射的紅外信號(hào)由 VD1 接收，經(jīng) C R6 輸入至 20 腳，并由 SM9576 內(nèi)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(méi)有人洗手或無(wú)物體靠近時(shí)， Q0～ Q2 均為低電平，三極管 VT2～VT4 均于截止?fàn)顟B(tài)，繼電器 K1～ K3 均打開(kāi)，皂液供應(yīng)閥 Y供水閥 Y2 及干手用的電吹風(fēng)均不工作。有人洗手時(shí)，即有物體靠近時(shí)， Q0 變成高電平， VT2 導(dǎo)通， K1 得電吸合，接通供水閥 Y2 交流電源， Y2 動(dòng)作，水龍頭放出自來(lái)水供人們洗手， 4 秒后， Q1 輸出高電平， VT3 導(dǎo)通， K2 得電吸合，接通皂液供應(yīng)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)楦唠娖剑?VT4 導(dǎo)通， K3 得電吸合，接通電吹風(fēng)的交流電源，電吹風(fēng)吹出熱風(fēng)。在正常洗手過(guò)程中，如果時(shí)間超過(guò) 60 秒，Q2 將變低電平，電吹風(fēng)停止工作，以免浪費(fèi)電能。洗完手離開(kāi)后，Q0、 Q2 均變?yōu)榈碗娖?，供水閥、電吹風(fēng)均停止工作，同時(shí) Q1 輸出高電平，放出 8 秒鐘的皂液在容器內(nèi)以供下次使用。 相比較而言，采用單片機(jī)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(dòng)調(diào)節(jié)的難題。但都有可取之處，因此根據(jù)設(shè)計(jì)要求結(jié)合著市場(chǎng)上的流行控制方案，初步思路如下： 使用 555 振蕩電路所產(chǎn)生的一定頻率的脈沖信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)紅外線二極管發(fā)出相同頻率的紅外線的脈沖信號(hào)。單片機(jī)通過(guò)改變 555 集成電路輸出端的電阻 大小，進(jìn)而改變了紅外線的最大探測(cè)距離。 紅外自動(dòng)水龍頭 13 當(dāng)人的手觸及到紅外線有效發(fā)射范圍內(nèi)時(shí)，紅外線經(jīng)反射后被相應(yīng)的紅外線接收管檢測(cè)到。采用 51 系列單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理，把相應(yīng)的紅外線接收管開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制水龍頭流量的開(kāi)關(guān)信號(hào)。 單片機(jī)根據(jù)紅外線最大有效探測(cè)距離通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路自動(dòng)控制三個(gè)電磁閥的通斷，隨時(shí)調(diào)整流量。 單片機(jī)5紅外發(fā)射電路紅外接收電路驅(qū)動(dòng)電路動(dòng)作電路 圖 該方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 。 在圖中單片機(jī)、紅外線發(fā)射電路及接受電路三者緊密聯(lián)系。這種關(guān)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。 紅外自動(dòng)水龍頭 14 第三章 硬件設(shè)計(jì) 控制電路設(shè)計(jì) 控制電路主要用來(lái)數(shù)據(jù)的處理、信號(hào)的轉(zhuǎn)換、邏輯控制?？刂齐娐吩O(shè)計(jì)主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)的選型、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。 單片機(jī)的選擇 國(guó)內(nèi)流行的 8 位單片機(jī)主要是 51 系列。 8051 是單片機(jī)早期的經(jīng)典產(chǎn)品，以后的 51 系列單片機(jī)都是據(jù)此發(fā)展起來(lái)的。但實(shí)際上，標(biāo)準(zhǔn)的 8051 單片機(jī)，其功能簡(jiǎn)單，儲(chǔ)存方式過(guò)于落后，這給單片機(jī)的開(kāi)發(fā)與使用帶來(lái)了諸多不便。隨著科技日新月異的發(fā)展，現(xiàn)在市場(chǎng)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(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)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(hào)圖。在單片機(jī)的 40 條引腳中有 2條專(zhuān)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(fù)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?jǐn)⑹鲞@ 40 條引腳的功 能。 主電源引腳 VCC 和 GND VCC—— （ 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(gè)引腳。 XTAL2（ 18 腳）接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)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(shí)，對(duì) HMOS單片機(jī)，該引腳接外部振蕩器的信號(hào)，即把外部振蕩器的信號(hào)直紅外自動(dòng)水龍頭 15 接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；對(duì) XHMOS，此引腳應(yīng)懸浮。 圖 AT89C51 引腳圖 控制或與其它電源復(fù)用 引腳 RST/VPD、 ALE/PROG、 PSEN和 EA/VPP ① RST/VPD（ 9 腳）當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。推薦在此引腳與 VCC 引腳之間連接一個(gè)約 10k 的下拉電阻，與 VCC 引腳之間連接一個(gè)約 10μ F的電容，以保證可靠地復(fù)位。 VCC 掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部 RAM的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng) 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(nèi)， VPD 就向內(nèi)部 RAM 提供備用電源。 ② ALE/PROG（ 30 腳）：當(dāng)訪問(wèn)外部存貯器 時(shí)， 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(wèn)外部存儲(chǔ)器， ALE 端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)紅外自動(dòng)水龍頭 16 目的。然而要注意的是，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。 ALE 端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 8 個(gè) LS 型的TTL 輸入電路。 ③ PSEN（ 29 腳）：此腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效。但在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 PSEN 同樣可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出）8 個(gè) LS 型的 TTL 輸入。 ④ EA/Vpp（引腳）：當(dāng) EA 端保持高電平時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在 PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過(guò) 0FFFH（對(duì) 851/8751/80C51）或 1FFFH（對(duì) 8052）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，則只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于常用的 8031 來(lái)說(shuō)，無(wú)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以 EA 腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲(chǔ)器。 輸入 /輸出（ I/O）引腳 P0、 P P P3（共 32 根） ① P0 口（ 39 腳至 32 腳）：是雙向 8 位三態(tài) I/O 口，在外接存儲(chǔ)器時(shí)，與地址總線的低 8 位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型的 TTL 負(fù)載。 ② P1 口（ 1 腳至 8 腳）：是準(zhǔn)雙向 8 位 I/O 口。由于這種接口輸出沒(méi)有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向 I/O 口。P1 口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) LS 型的 TTL 負(fù)載。對(duì) 8058032， 引腳的第二功能為 T2 定時(shí) /計(jì)數(shù)器的外部輸入， 引腳的第二功能為 T2EX 捕捉、重裝觸發(fā)，即 T2 的外部控制端。對(duì) EPROM 編程和程序驗(yàn)證 時(shí)，它接收低 8 位地址。 ③ P2 口（ 21 腳至 28 腳）：是準(zhǔn)雙向 8 位 I/O 口。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高 8 位地址總線送出高 8 位地址。在對(duì) EPROM 編程和程序驗(yàn)證期間，它接收高 8 位地址。 P2 可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) LS 型的 TTL 負(fù)載。 ④ P3 口（ 10 腳至 17 腳）：是準(zhǔn)雙向 8 位 I/O 口，在 MCS51中，這 8 個(gè)引腳還用于專(zhuān)門(mén)功能，是復(fù)用雙功能口。 P3 能驅(qū)動(dòng)（吸紅外自動(dòng)水龍頭 17 收或輸出電流） 4 個(gè) LS 型的 TTL 負(fù)載。 作為第一功能使用時(shí)，就作為普通 I/O 口用，功能和操作方法與 P1 口相同。 作為第二功 能使用時(shí)，各引腳的定義如表所示。 值得強(qiáng)調(diào)的是， P3 口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。 表 P3各口線的第二功能定義 口線 引腳 第二功能 10 RXD（串行輸入口） 11 TXD（串行輸出口） 12 INT0（外部中斷 0） 13 INT1（外部中斷 1） 14 T0（定時(shí)器 0外部輸入） 15 T1（定時(shí)器 1外部輸入） 16 WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)脈沖） 17 RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖） 主要特性： 1． 與 MCS51 兼容 2． 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 3． 壽命： 1000 寫(xiě) /擦循環(huán) 4． 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 5． 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 6． 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 7． 288 位內(nèi)部 RAM 8． 32 可編程 I/O 線 9． 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 10． 5 個(gè)中斷源 11． 可編程串行通道 12． 低功耗的閑置和掉電模式 13． 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 二、 MCS51 單片機(jī)的片外總線結(jié)構(gòu) 綜合上面的描述可知， I/O 口線都不能當(dāng)作用戶(hù) I/O 口線。 除紅外自動(dòng)水龍頭 18 8051/8751 外真正可完全為用戶(hù)使用的 I/O 口線只有 P1 口，以及部分作為第一功能使用時(shí)的 P3 口。 單片機(jī)的引腳除了電源、復(fù)位、時(shí)鐘接入，用戶(hù) I/O 口外，其余管腳是為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的。這些引腳構(gòu)成 MCS51 單片機(jī)片外三總線結(jié)構(gòu)，即： ①地址總線（ AB）：地址總線寬為 16 位，因此，其外部存儲(chǔ)器直接尋址為 64K 字節(jié)， 16 位地址總線由 P0 口經(jīng)地址鎖存器提供 8 位地址（ A0 至 A7）； P2 口直接提供 8 位地址（ A8 至 A15）。 ②數(shù)據(jù)總線（ DB）：數(shù)據(jù)總線寬度為 8 位，由 P0 提供。 ③控制總線（