【文章內(nèi)容簡介】 9C51單片機(jī)的 程序 中 計(jì)數(shù)器PC就 會 指向 了地址 0000H，堆棧指 針被 寫入 到地址 07H， 而 P0P3輸出口 也將 全部 被置 為高電平 ， AT89C51單片機(jī)中的 其它 的 專用 的 寄存器 會 被清 為 “0”。 而當(dāng) RST引腳上的電平 由高電平 變 為低電平 之 后，系統(tǒng) 也就會 從 0000H地址 開始 執(zhí)行 事先所編寫好的 程序。然而， 系統(tǒng)的 初始 化 復(fù)位 操作并 不 會 改變 RAM（包括工作寄存器 R0R7）的狀態(tài)， AT89C51單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)表， 如表 1所示 : 表 1 AT89C51單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)表 引腳 30: 此引腳為 ALE/ _________PROG （地址鎖存允許 /編程線）。 ALE引腳所輸出的時鐘信號為的頻率是 AT89C51單片機(jī)時鐘 信號頻率的 1/6,在 STC89C511單片機(jī)訪問片外的程序或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE引腳所輸出的脈沖信號的下降 通常 沿用于鎖存 P0口所輸出的低 8位的地址線， 和 P2口輸出的信號，結(jié)合形成了 16位地址總線；在 單片機(jī) 不訪問外部的程序或數(shù)據(jù)的存儲器時， ALE引腳依舊會 通過 不變的頻率 來 周期性的向外部輸出脈沖信號，因此， ALE端口既被用作為對外輸出的時鐘，也可以別用做來實(shí)現(xiàn)定時的功能，但在實(shí)際應(yīng)用的時候，有一點(diǎn)需要 我們 特別的注意，當(dāng) AT89C51單片機(jī)訪問外部的數(shù)據(jù)存儲器的時候，系統(tǒng) 就 會跳空一個 ALE脈沖，在這種情況下， ALE端口就不應(yīng)該 被 作為 一個 時鐘 的 輸出端口來使用。 29: 此引腳為 ________PSEN （片外程序存儲器讀選通信號輸出端）。當(dāng)單片機(jī) 需要 從外部的 其他 程序存儲器 中 讀取常數(shù)或者 是 指令的時候， 這個 引腳 所輸出的信號就 會在每 一 個機(jī)器周期內(nèi)會出現(xiàn)兩次 的 有效電平，在有效的電平時，單片機(jī)可以通過數(shù)據(jù)總線 P0口讀回常數(shù)或指令。但是，在訪問 單片機(jī) 外的數(shù)據(jù)存儲器的時候，這種 電平 信號就不會出現(xiàn)。 31:此引腳為 ppV/EA (片外程序存儲器選用端 )。在該引腳 是 高電平的時侯，單片機(jī)就會訪問 系統(tǒng) 內(nèi)部的程序存儲器，當(dāng) 單片機(jī)的 程序計(jì)數(shù)器 內(nèi)的值超過了片內(nèi)的程序存儲器的空間時，單片機(jī)就會自動的 轉(zhuǎn)向外部的程序存儲器，訪 問其 所存儲的程序。當(dāng)該引腳為低電平時，單片機(jī)就只會訪問外部的程序存儲器，不管單片機(jī)是否擁有內(nèi)部程序存儲器。 寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H B 00H A 00H SP 07H PSW 00H TH0 00H DPTR 0000H TL0 00H IP xxx00000B TH1 00H IE 0xx00000B TL1 00H TMOD 00H TCON 00H SCON 00H SBUF xxxxxxxxB P0P3 1111111B PCON 0xxx0000B 第 6 頁 共 24 頁 晶振電路為單片機(jī) AT89C51工作提供時鐘信號，芯片中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1和 XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反 饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振蕩器一起構(gòu)成自激振蕩器。電路中的外接石英晶體及電容 C C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，系統(tǒng)的晶振電路如圖所示。由于外接電容 C C2的容量大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容的容量大小范圍為 30pF177。 10pF；如果使用陶瓷諧振，則電容容量大小為 40pF177。 10pF。本設(shè)計(jì)中使用石英晶體，電容的容值設(shè)定為 30pF。 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷 復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。單片機(jī)在啟動時都需要復(fù)位，以使 CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。 89C51的復(fù)位信號是從 REST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 REST引腳上有一個高電平并維持 2個機(jī)器周期 (24個振蕩周期 )以上，則 CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。 圖 2 復(fù)位電路 由于傳感器 所輸出的模擬信號較為 微弱， 并 且含有 少量 干擾 信號，所以 信號處理 系統(tǒng)需要將 傳感器輸出信號進(jìn)行濾波和放大 。 同時 對于傳感器 所 輸出的模擬信號，一般 都 要用 第 7 頁 共 24 頁 運(yùn)算放大器對其進(jìn)行調(diào)理或放大， 來 滿足 A/D轉(zhuǎn)換器對 傳感器 輸入 的 模擬量幅值及極性的要求。采樣時，把相 對 應(yīng)的模擬電壓信號送進(jìn) LM324A進(jìn)行 信號 放大處理后，輸出送入 A/D模數(shù) 轉(zhuǎn)換電路 中 。 圖 3 信號處理電路 本設(shè)計(jì)中的 A/D使用的是通用 8位芯片 ADC0809，芯片的幾個重要管腳功能如下： ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。 START為轉(zhuǎn)換啟動信號 ， 當(dāng) START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， START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)。 由于本設(shè)計(jì)中數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片使用的是 ADC0809，其工作的時鐘信號為 500KHz， 因 其內(nèi)部沒有時鐘電路 ，時鐘信號由外部 AT89C51提供。系統(tǒng) AT89C51與 ADC0809接口電路如圖所示。當(dāng) AT89C51不訪問外部存儲器時， AT89C51以時鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的正脈沖信號， 因此 晶振設(shè)定 為 12MKz，單片機(jī) 便 可向 ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器 輸出 500KHz的時鐘信號。 第 8 頁 共 24 頁 圖 4 AT89C51與 ADC0809接口圖 GPRS 通信系統(tǒng) 在 這個系統(tǒng)中我們的 電路 中 使用的 GPRS通信 系統(tǒng) 模塊是由華為公司所生產(chǎn)的GTM900C， 這個 芯片 內(nèi)部嵌入了 所需 TCP/IP協(xié)議棧， 因此 使用 非常 方便，另外 我們 所使用的控制芯片 為 AT89C51單片機(jī) 進(jìn)行控制 ，這兩種芯片都 能 提供支持 RS232這個 通信標(biāo)準(zhǔn)的串行 的 通 信接口。因此，本設(shè)計(jì)的核心部分是編寫單片機(jī) AT89C51對 GTM900C的 GPRS模塊控制的程序代碼。 AT89C51單片機(jī)有一個通用 的 異步串行接口，使 單片機(jī) 與 GTM900C模塊的相 對 應(yīng)引腳進(jìn)行連接，用于單片機(jī)對 GPRS模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)和 AT命令的傳輸， 另外GTM900C模塊 的 外部需要安裝 一個 天線。 第 9 頁 共 24 頁 圖 5 通信系統(tǒng)硬件框圖 GTM900CGPRS模塊簡介 AT89C51單片機(jī)用于控制 GTM900C模塊的數(shù)據(jù)的收發(fā)，在軟件中采用串口通信來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。 GTM900C是華為公司生產(chǎn)的一 款雙頻段 EGSM900/GSM1800的通信模塊，它在EGSM900 Class4頻段下的最大發(fā)射功率為 2W，而在 GSM1800 Class1頻段時的最大發(fā)射功率為 1W，它擁有較大的工作溫度范圍為 20℃～ +70℃，芯片平均的帶電電流為 ，它支持 GSM/GPRS Phase2/2+協(xié)議以及華為自己的 GT800協(xié)議。在這些協(xié)議的基礎(chǔ)上，用戶可進(jìn)行 GPRS網(wǎng)段的數(shù)據(jù)傳輸，同時芯片也支持短消息服務(wù)等功能，采用 ，外圍可擁有多種連接接口，如天線接口、模擬音頻接口、異步串行接口、 SIM卡接口等， 另外 還 可以 支持 12C通信， 其 芯片的內(nèi)部嵌入了 TCP/IP協(xié)議棧，支持多 個 鏈接， 可以 提供ACK應(yīng)答， 并且 提供大容量的緩存，因此 我們 采用此芯片能夠大大降低微控制器的編程難度。實(shí)物如圖所示： 圖 6 GTM900C 控 制 模 塊單 片 機(jī)T C P / I P協(xié) 議 處 理透 明 通 道G P R S 模 塊移 動 基 站I n t e r n e t 網(wǎng) 絡(luò) 第 10 頁 共 24 頁 4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) Keil uVision2簡介 本系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的匯編語言而采用 C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。因?yàn)?C語言的描述由函數(shù)組成，是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語言，所以更容易實(shí)現(xiàn)模塊化，而且具有可讀性好，易于移植等優(yōu)點(diǎn)，同時還有匯編語言一樣的位操作功能的硬件詳細(xì)控制指令 。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面，可以使用結(jié)構(gòu)體和數(shù)組，能夠處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)，可用于實(shí)時處理系統(tǒng)。 本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國 Keil Software公司出品的 Keil uVision2，是 51系列兼容單片機(jī) C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。 Keil uVision2軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具。另外重要的一點(diǎn)， Keil uVision2生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能 體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 Proteus 7簡介 Protues軟件是英國 Labcenter electronics公司出版的 EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。 Proteus是世界上著名的 EDA工具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬 模 型 仿 真 軟 件 三 合 一 的 設(shè) 計(jì) 平 臺 ， 其 處 理 器 模 型 支 持 8051 、 HC11 、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086和 MSP430等， 2021年即將增加 Cortex和 DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil和 MPLAB等多種編譯。 外界 數(shù)據(jù) 的 采集是 采集 系統(tǒng)中的重要 組成部分 。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時對 通過傳感器對外界變化進(jìn)行 采集、判斷的方法。每次 我們 采集 到 數(shù)據(jù)后， 需要 將數(shù)據(jù)存入單片機(jī)的寄存器，然后在 由 單片機(jī)的 判斷程序 ， 把 我們 通過傳感器 采集 到的數(shù)據(jù)與設(shè) 定的 數(shù) 值 范圍進(jìn)行對比 ， 從而 判定 是否 需要 向外 傳輸報(bào)警信息 。 第 11 頁 共 24 頁 圖 7 采集系統(tǒng)流程圖 主程序由子函數(shù)組成。系統(tǒng)的主程序流程大如下：首先 我們對單片機(jī)中 需要 用到的變量進(jìn)行初始化，通常 情況下 我們 會 將相應(yīng)的變量設(shè)置為 0，同時，還 需 要進(jìn)行單片機(jī)相 對應(yīng) 的單元的初始化設(shè) 置，比如設(shè)定各個端口 的輸入輸出方向、設(shè)置不同 中斷的優(yōu)先級別以及所有 需要 用到的定時器計(jì)數(shù)器的初始化配置等，然后 再 通過單片機(jī)控制 GTM900C芯片的電源的通斷， 來 決定是否 需要 將其上電開 啟，待開機(jī)成功后，通過一系列的代碼來查詢GPRS模塊的網(wǎng)絡(luò)是否已經(jīng)注冊成功，如果注冊成功， 便可 建立 GPRS模塊與 PC端 服務(wù)器的連接，并 且 進(jìn)行 采集 數(shù)據(jù) 的 傳輸和短信息處理，另外 我們可以根據(jù)用戶的個性化需要發(fā)送具有特定 格式的 消息 。 開始 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)處理 是否超出預(yù)設(shè)范圍 發(fā)送報(bào)警信號 結(jié)束 N Y 第 12 頁 共 24 頁 圖 8傳輸系統(tǒng)流程圖 GPRS 通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案 這個 系統(tǒng) 的 軟件部分的程序代碼是使用 C語言進(jìn)行編寫， 并 在 IAR軟件中進(jìn)行編譯。由于 這個系統(tǒng)是使用在遠(yuǎn)程終端其中的一個模塊，因此 在程序代碼的編寫過程中 我們 必須 要遵守一定的 協(xié)議，才能保證數(shù)據(jù)通信的正確性。在編寫程序代碼的核心任務(wù)是如何通過AT89C51對 GTM900C進(jìn)行初始設(shè)置以及控制 GTM900C的 AT命令和如何對接收到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 這個 程序在總體上分為以下兩個部分，第一部分是 需要 進(jìn)行 CPRS連接的初始化設(shè)置， 第 二 則 是進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收以及發(fā)送。 連接的建立 在實(shí)