【文章內(nèi)容簡介】 語言則運行于普通的桌面平臺。 C51 語言具有 C 語言結(jié)構(gòu)清晰的優(yōu)點，便于學(xué)習(xí)，同時具有匯編語言的硬件操作能力。 單片機(jī) C51 語言兼?zhèn)涓呒壵Z言與低級語言的優(yōu)點 ， 語法結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn) C 語言基本一致，語言簡潔，便于學(xué)習(xí) ， 運行于 單片機(jī) 平臺，支 持的 微處理器 種類繁多，可移植性好。對于兼容的 8051 系列 單片機(jī) ，只要將一個硬件型號下的程序稍加修改，甚至不加改變，就可移植到另一個不同型號的單片機(jī)中運行 ， 具有高級語言的特點，盡量減少底層硬件寄存器的操作 ， C51 語言代碼執(zhí)行的效率方面十分接近匯編語言，且比匯編語言的程序易于理解，便于代碼共享。 C 語言是一種高級 程序設(shè)計語言 ，它提供了十分完備的規(guī)范化流程控制結(jié)構(gòu)。因此采用 C51 語言設(shè)計單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序時，首先要盡可能地采用結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計方法，這樣可使整個應(yīng)用系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)清晰，易于調(diào)試和維護(hù)。對于一個 較大的程序，可將整個程序按功能分成若干個模塊，不同的模塊完成不同的功能。對于不同的功能模塊，分別指定相應(yīng)的入口參數(shù)和出口參數(shù)，而經(jīng)常使用的一些程序最好編成函數(shù)，這樣既不會引起整個程序管理的混亂，還可增強(qiáng)可讀性，移植性也好 [3]。 與匯編語言相比， C51 語言可以編寫出更加靈活和更多功能的用戶界面，提供優(yōu)質(zhì)的圖文顯示而且硬件處理效率也不會降低太多。匯編語言開發(fā)的程序代碼短、執(zhí)行速度快，但由于匯編語言是低級語言，使用匯編語言是一件很麻煩的事西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 情，尤其是進(jìn)行數(shù)值運算或結(jié)果顯示時更為復(fù)雜。因此，只有對程序執(zhí)行的時間要 求十分苛刻時，才考慮使用匯編語言。對大多數(shù)應(yīng)用環(huán)境， C51 語言是能滿足要求的，而且， C51 語言對編寫需要硬件進(jìn)行操作的場合，明顯優(yōu)于其他高級語言，本文智能水表系統(tǒng)的軟件編程，選擇用 C51 語言更為合適。 本課題所研制的控制系統(tǒng)以自然光強(qiáng)度和人體存在作為主要輸入?yún)?shù)，可以實現(xiàn)自動與手動控制相兼容。在自然光較強(qiáng)光線足夠時，無論人是否存在，都不開燈；在自然光較弱時，有人存在，控制器自動打開電燈，直到人離開延遲一定時間后關(guān)燈。同時，還可以按作息時間來控制，夜晚超過 12 點，若還有人存在，則關(guān)閉控 制系統(tǒng)的運行，改用開關(guān)手動控制。本課題研究的系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分是前提，它主要為軟件提供運行平臺 [4]。而軟件部分，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號加以采集、分析、處理，最終實現(xiàn)系統(tǒng)所要實現(xiàn)的各項功能。 教室中的自然光和人體存在與否是系統(tǒng)主要輸入?yún)?shù)，因此教室中的環(huán)境光和人體存在成為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要對象，常用的環(huán)境光采集器件光電傳感器有光敏電阻和光敏二極管，根據(jù)需求選擇光敏電阻。才外人體傳感器要求靈敏度高、可靠性強(qiáng)，本系統(tǒng)采用 熱釋電紅外傳感器（ PIR） RE200B。 焊接硬件電路板 本課題分為自然光檢測模塊、人體檢測模塊、震蕩電路、復(fù)位電路、輸出電路、開關(guān)電路等部分，元器件在電路板插裝的順序是先低后高、先小后大、先輕后重、先易后難，上道工序的安裝不能影響下道程序安裝，有極性的元器件極性嚴(yán)格按照圖紙要求安裝，每焊接好一個模塊都要輸入程序進(jìn)行調(diào)試。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 Protues 軟件調(diào)試方案 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，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺 。 方案選擇 部分元器件在 Protues 軟件 中未找到，而且焊接電路板對于結(jié)果演 示效果更好，所以本課題選擇焊接電路板。 3 系統(tǒng)主要器件簡介 7 3 系統(tǒng)主要器件簡介 AT89C51 單片機(jī)簡介 單片機(jī)的引腳及功能 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory），它是一種高性能的 CMOS8 位處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 公司高密度非易失存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容 [5]。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，它為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價格低廉的方案。 圖 是 AT89C51 的引腳結(jié)構(gòu)圖。 圖 AT89C51 主要特性： a. 一個 8 位的 80C51 微處理器（ CPU)； b. 片內(nèi) 256 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器 RAM/SFR，用以存放可以讀 /寫的數(shù)據(jù)，如運算西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等； c. 片內(nèi) 4KB 程序存儲器 Flash ROM，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格； d. 4 個 8 位并行 I/O 端口 P0～ P3，每個端口既可以用作輸入，也可以用作輸出； e. 兩個 16 位的定時器 /計數(shù)器，每個定時器 /計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以對外部事件進(jìn)行計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實現(xiàn)計算機(jī)控制； f. 具有 5 個中斷源、兩個中斷優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)； g. 一個全雙工 UART(通用異步接收發(fā)送器）的串行 I/O 口，用于實現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與 PC 機(jī)之間的串行通信； h. 片內(nèi)振蕩 器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接，最高允許振蕩頻率為 24MHz； i. 89C51 單片機(jī)與 8051 相比，具有節(jié)電工作方式，即休閑方式及掉電方式。 AT89C51 單片機(jī)的引腳的功能： a. Vcc 電源端，為 +5V， Vss 接地端； b. XTAL2(18 腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的一端； c. XTAL1(19 腳）：接外部電容的另一端； d. ALE/PROG (30 腳）：地址鎖存允許信號端；當(dāng) 89C51 上電正常工作后，ALE 引腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩頻率 Fosc 的 1/6。 e. PSEN (29 腳）：程序存儲器允許輸出信號端； f. EA/Vpp（ 31 腳）：外部程序存儲器地址允許輸入端 /固化編程電壓輸入端； g. P0 端口（ ～ ,39～ 32 腳）： P0 口是一個漏極開路的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O端口； f. P P2 及 P3 端口均是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口； 在 89C51 中， P3 端口還用于一些復(fù)用功能。 表 P3 端口引腳與復(fù)用功能表 端口引腳 復(fù)用功能 XD(串行輸入口） TXD(串行輸出口） 0INT (外部中斷 0） 1INT (外部中斷 1） T0（定時器 0的外部輸入） T1（定時器 1的外部輸入） WR (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） AT89C51 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 復(fù)位電路： AT89C51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。復(fù)位引腳 RST通過一個斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機(jī)器周期的 S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號 [6]。 復(fù)位電路通常采用上電 自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。 最簡單的上電自動復(fù)位電路中上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要 Vcc 的上升時間不超過 1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。時鐘頻率用 12MHz 時 C 取 22uF， R 取 1K。 除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。本設(shè)計就是用的按鍵手動復(fù)位如圖 。按鍵手動復(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)電阻與電源 Vcc 接通而實現(xiàn)的。時鐘頻率選用 12MHz 時， C 取 22uF,Rs 取200Ω， R0 取 1KΩ 。 圖 時鐘電路： AT89C51 雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。單片機(jī)的時鐘產(chǎn)生方法有兩種。內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。 本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式如圖 ，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在 XTALXTAL2 引腳上外接定時元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。本設(shè)計采用最常用的內(nèi)部時鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在 到 12MHz 之間選擇。電容值無嚴(yán)格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少 許影響， C C2 可在 20pF 到 100pF之間取值，但在 60pF 到 70pF 時振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。所以本設(shè)計中，西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 振西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 蕩晶體選擇 12MHz,電容選擇 65pF。 在設(shè)計印刷電路板時，晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用NPO 電容。 NPO 是一種最常用的具有溫度補償特性的單片陶瓷電容器。它的填充介質(zhì)是由銣、釤和一些其它稀有氧化物組成的。 圖 主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系 陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為 2~1mm 的探測元件。在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊 光學(xué)系統(tǒng) 的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大 70分貝以上，這樣就可以測出 10~20米范圍內(nèi)人的行動 。菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的 ―盲區(qū) ‖和 ―高靈敏區(qū) ‖，以提高它的探測接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從 ―盲區(qū) ‖進(jìn)入 ―高靈敏區(qū) ‖，這樣就使接收到的紅外信號以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)其能量幅度 [7]。人體輻射