【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 不 多，這一點(diǎn)自己調(diào)試就知道了。 （ 3） STC 單片機(jī)對(duì)工作環(huán)境的要求比較低，電壓低于 5 伏時(shí)仍然正常工作，甚至 3 伏到 4伏之間都還可以工作，然而這樣的環(huán)境下 AT肯定不行了，所以當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)用 STC 單片機(jī)好用，但用 AT的單片機(jī)不工作時(shí)，直接查最小系統(tǒng)，看單片機(jī)的供電是否正常。 比較這兩種方案，由于在學(xué)校期間學(xué)過數(shù)字電路、單片機(jī)原理、 C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，綜合考慮單片機(jī)的各部分資源和作為學(xué)生能夠獲得的資源，經(jīng)過對(duì)比此次設(shè)計(jì)要求，我選擇用 STC 系列芯片完成。而且學(xué)校也提供了相應(yīng)的硬件操作平臺(tái)，實(shí)際操作起來(lái)比較方便，故 STC 為更合 理的選擇。本系統(tǒng)選擇 STC89C52 單片機(jī)作為主控芯片。足夠本設(shè)計(jì)運(yùn)行，且價(jià)格便宜，下載程序方便。 人體感應(yīng)器的選擇 方案一：感應(yīng)人體采用被動(dòng)式紅外傳感技術(shù)，是利用紅外光敏器件將活動(dòng)生物體發(fā)出的微量紅外線轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào) ,并進(jìn)行放大 ,處理 ,它能可靠的將運(yùn)動(dòng)著的生物體 (人 )和飄落的物體加以區(qū)別。同時(shí)它還具有監(jiān)控范圍大，隱蔽性好，抗干擾能力強(qiáng)和誤報(bào)率低等特點(diǎn)。被動(dòng)式紅外入侵報(bào)警器又稱熱釋電紅外入侵報(bào)警器，由光學(xué)系統(tǒng)，紅外傳感器和信息處理三部分組成。目前與紅外傳感器配套的光學(xué)系統(tǒng)有三種，即反 射式、透射式和折射式。其中反射式光學(xué)系統(tǒng)的靈敏度最高，其探測(cè)距離可達(dá) 25～ 60 m；透射式的靈敏度最低，探測(cè)距離為 2～ 10 m；折射式居中，兼有反射式和透射式的優(yōu)、缺點(diǎn)。 方案二：感應(yīng)人體采用主動(dòng)式紅外探測(cè)器，由紅外發(fā)射機(jī)、紅外接收機(jī)組成。分別置于收、發(fā)端的光學(xué)系統(tǒng)一般采用的是光學(xué)透鏡，起到將紅外光燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 束聚焦成較細(xì)的平行光束的作用，以使紅外光的能量能夠集中傳送。紅外光在人眼看不見的光譜范圍，有人經(jīng)過這條無(wú)形的封鎖線，必然全部或部分遮擋紅外光束。接收端輸出的電信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)因此產(chǎn)生變化，從而啟動(dòng)信號(hào)。 比較 這兩種方案，主動(dòng)式紅外探測(cè)器由于光束較窄，收發(fā)端安裝要牢固可靠，不應(yīng)受地面震動(dòng)影響，而發(fā)生位移引起錯(cuò)誤，光學(xué)系統(tǒng)要保持清潔，注意維護(hù)保養(yǎng)。因?yàn)橹鲃?dòng)式探測(cè)器所探測(cè)的是點(diǎn)到點(diǎn)，而不是一個(gè)面的范圍。其特點(diǎn)是探測(cè)可靠性非常高。但若對(duì)一個(gè)空間進(jìn)行檢測(cè)，則需有多個(gè)主動(dòng)式探測(cè)器，價(jià)格昂貴。主動(dòng)式探測(cè)器常用于博物館中單體貴重文物展品的布防以及工廠倉(cāng)庫(kù)的門窗封鎖、購(gòu)物中心的通道封鎖、停車場(chǎng)的出口封鎖、家居的陽(yáng)臺(tái)封鎖等等。本設(shè)計(jì)適合采用被動(dòng)式紅外傳感器，經(jīng)過多方面考慮，本設(shè)計(jì)采用紅外人體感應(yīng)器模塊。 人體感應(yīng)器的選 擇 方案一：采用光敏二極管或三極管等光傳感器件把環(huán)境亮度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字電平，然后直接接入單片機(jī) IO 引腳。 方案二：采用光敏電阻把環(huán)境亮度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值（模擬值），然后通過運(yùn)放后給單片機(jī)輸入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)。 由于光敏電阻屬于純阻性器件，所以采用方案一。 主控模塊的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主控電路 本次設(shè)計(jì)選用 STC89C52 作為 燈光照明 的控制芯片． STC89C52 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫達(dá)幾萬(wàn)次以上．使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而且完全兼容 MCS5l 系列單片機(jī)的所有功能 。 STC89C51 是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 （ FPEROM—FAlsh ProgrAmmABle And ErAsABle ReAd Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 第 3 章 渦街流量計(jì)的信號(hào)處理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 13 單片機(jī)的引腳功能 （ 1） VCC（ 40）：電源 +5V。 （ 2） VSS（ 20）：接地，也就是 GND。 （ 3） XTL1（ 19）和 XTL2（ 18）：振蕩電路。單片機(jī)是一 種時(shí)序電路，必須有脈沖信號(hào)才能工作，在它的內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，有兩種振蕩方式，一種是內(nèi)部振蕩方式，只要接上兩個(gè)電容和一個(gè)晶振即可；另一種是外部振蕩方式，采用外部振蕩方式時(shí)，需在 XTL2 上加外部時(shí)鐘信號(hào) 。 （ 4） PSEN（ 29）：片外 ROM 選通信號(hào)，低電平有效。 （ 5） ALE/PROG（ 30）：地址鎖存信號(hào)輸出端 /EPROM 編程脈沖輸入端。 （ 6） RST/VPD（ 9）：復(fù)位信號(hào)輸入端 /備用電源輸入端。 （ 7） EA/VPP（ 31）：內(nèi) /外部 ROM 選擇端。 （ 8） P0 口（ 3932）：雙向 I/O 口。 （ 9） P1 口（ 18）：準(zhǔn)雙向通用 I/0 口。 （ 10） P2 口（ 2128）：準(zhǔn)雙向 I/0 口。 單片機(jī)的主要性能 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定、 128*8 位內(nèi)部RAM、 32 可編程 I/O 線、兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、 5 個(gè)中斷源、可編程串行通道、低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 （ P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻 輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： P3 口管腳備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作第 3 章 渦街流量計(jì)的信號(hào)處理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 15 外部數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP ：當(dāng) /EA 保 持低電 平時(shí)， 則在此期 間外部 程序存 儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 。注意加密方式 1 時(shí)， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 I/O 口引腳： a： P0 口，雙向 8 位三態(tài) I/O 口，此口為地址總線（低 8 位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用； b： P1 口， 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口； c： P2 口， 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，與地址總線（高 8 位）復(fù)用； d： P3 口， 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，雙功能復(fù)用口。 振 蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 在功能上， MCS51 系列單片機(jī)有基本型和增強(qiáng)型兩類，它們以芯片型號(hào)的末位數(shù)字來(lái)區(qū)分。即“ 1”為基本型，“ 2”為增強(qiáng)型。 在 MCS51 系列單片機(jī)中，我們以 8051 為例，來(lái)介紹其結(jié)構(gòu)及功能。8051 單片機(jī)的內(nèi)部功 能框圖如圖 31 所示： 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 31 MCS51 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 單片機(jī)的最小系統(tǒng) STC89C52 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。在單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的 XTAL1和 XTAL2 引腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱晶振），就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。圖中電容 C1 和 C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在 530pF，典型值為 30pF。晶振 CYS 的振蕩頻率范圍在 間選擇，典型值為 12MHz 和 。 當(dāng)在 STC89C52 單片機(jī)的 RST 引腳引入高電平并保持 2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。 復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。最簡(jiǎn)單的上電自第 3 章 渦街流量計(jì)的信號(hào)處理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 17 動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc 的上升時(shí)間不超過 1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。時(shí)鐘頻率用 6MHZ 時(shí)C 取 22uF,R 取 1KΩ 。除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng) 復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過 RST 端經(jīng)過電阻與電源 Vcc 接通而實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)圖如圖 32所示： 12345678RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40U1U1Y112MC220C320VCCGNDR310KC110uFVCCS1P10P11P12P13 圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng) 人體感應(yīng)模塊的設(shè)計(jì) 菲涅耳透鏡 菲涅爾透鏡作用有兩個(gè)：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號(hào)折射（反射）在 PIR 上，第二個(gè)作用是將探測(cè)區(qū)域內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測(cè)區(qū)域的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在 PIR 上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號(hào)。 當(dāng)人進(jìn)入感應(yīng)范圍，人體釋放的紅外光透過鏡片被聚集在遠(yuǎn)距離 A區(qū)或中距離 B區(qū)或近距離 C 區(qū)的某個(gè)段的 同心環(huán)上，同心環(huán)與紅外線探頭有一個(gè)適當(dāng)?shù)慕咕?，紅外光正好被探頭接收，探頭將光信號(hào)變成電信號(hào)送入電子電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。整個(gè)接收人體紅外光的方式也被稱為被動(dòng)式紅外活