【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 準(zhǔn)雙向輸入 /輸出口；在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 接口時(shí)， P0 口地址總線低 8 位及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，一般作為擴(kuò)展是地址 /數(shù)據(jù)總線口使用。 ② P1 口：為 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 接口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線（作為輸入時(shí)，口鎖存器必須置 1）。 ③ P2 口：為 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 接口，但作為 I/O 接口使用時(shí)，可直接連接外部I/O 設(shè)備；在皆有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 口且尋址范圍超過(guò) 256B 時(shí)， P2 口用做高 8 位地址總線，一般作為擴(kuò)展時(shí)地址總線的高 8 位使用 ④ P3 口： P3 口的每一條引腳都能夠獨(dú)立 定義為第一功能的輸入 /輸出或第二功能。 P3 的第二功能如表 31 所示。 控制引腳 RST：即為 RESET,VPD 為備用電源。該引腳位單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。它是施密特觸發(fā)輸入，當(dāng)振蕩器起振后，該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，使器件復(fù)位，只要 RST 保持高電平，單片機(jī)就保持復(fù)位狀態(tài)。 ALE/PROG：地址鎖存有效輸出端。 ALE 在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)輸出兩個(gè)脈沖。在訪問(wèn)外部?jī)?chǔ)存器時(shí)， ALE 輸出脈沖的下降沿用于鎖存 16 位地址的低 8 位。即第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6 使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器， ALE 端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩頻率的 1/6.但是，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，在兩個(gè)機(jī)器周期中 ALE 只出現(xiàn)一次，即丟失一個(gè) ALE 脈沖。 ALE 端可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 負(fù)載。 /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(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)。 /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）。 31 腳為片外程序儲(chǔ)存區(qū)選用端。 表 31 P3 口的第二種功能說(shuō)明表 引腳號(hào) 第二功能 RXD（串行輸入） TXD(串行輸出 ) INT0 （外部中斷 0） （外部中斷 1） T0(定時(shí)器 0 外部輸入 ) T1(定時(shí)器 1 外部輸入 ) WR (外部 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) RD (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) 單片機(jī)與繼電器的設(shè)計(jì) 本模塊功能是根據(jù)單片機(jī)的輸出信號(hào)控制照明設(shè)備工作。此模塊使用弱電控制強(qiáng)電，故需要電路電壓的隔離，避免強(qiáng)電串入弱電，損壞單片機(jī)。繼電器具有動(dòng)作快、工作可靠、安全性高，使用壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)，使用歷史悠第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 7 久。在工業(yè)中，它廣泛的使用于電力保護(hù)，開(kāi)關(guān)控制等場(chǎng)合。繼電器可以直接隔離強(qiáng)電與弱電，無(wú)需另外附加光耦隔離電路。單片機(jī)輸出無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)繼電器，可以對(duì)單片機(jī)輸出的信號(hào)進(jìn) 行簡(jiǎn)單的放大，然后驅(qū)動(dòng)繼電器，控制照明設(shè)備工作。 繼電器的低壓控制端工作于低壓直流，但對(duì)于 AT89S51 單片機(jī)的 I/O 口來(lái)說(shuō)還是比較大的，所以我們通常使用圖 來(lái)實(shí)現(xiàn)三極管開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)單片機(jī) I/O 與繼電器的低壓控制端接口。 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345(MOSI)6(MISO)7(SCK)8(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40AT89S51Q1D1r1PMHZ21345XQL 220V AC+5V+5VR1C110μF+5VC320pFC220pF2N4401IN4140K1GND+5V+5V 圖 單片機(jī)與繼電器的連接圖 繼電器由銜鐵、鐵芯、觸點(diǎn)簧片、線圈等組成的。只要在線圈兩端加電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，繼電器線圈只有兩個(gè)頭，加上額定電壓后線圈流過(guò)額定電流，產(chǎn)生的電磁力就克服彈簧力，通過(guò)電磁機(jī)構(gòu)使常開(kāi)第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 8 觸點(diǎn)閉合、常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。通常只有接觸器才分主觸 點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)。繼電器使用時(shí)通常就是把一般觸點(diǎn)串聯(lián)或者并聯(lián)用在主回路和控制回路中，完成控制任務(wù)。吸引銜鐵的電磁力，克服彈簧的張力被吸引到鐵芯，主觸點(diǎn)與銜鐵驅(qū)動(dòng)的輔助觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電時(shí)，吸力消失，彈簧的反作用力將使銜鐵返回到原來(lái)的位置，從而使可動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜止觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。通過(guò)吸合、釋放，從而達(dá)到電路的導(dǎo)通、斷開(kāi)的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)，常閉”觸點(diǎn)，它可以理解為繼電器線圈不通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常開(kāi)觸點(diǎn)” 。在接通狀態(tài)，靜觸點(diǎn)是“常閉觸點(diǎn)”。 技術(shù)參數(shù)： 1 額定工作電壓是指在 繼電器線圈正常運(yùn)行所需的電壓。根據(jù)繼電器的型號(hào)有所不同，電磁繼電器可以用交流電壓，也可以是直流電壓。 2 直流電阻是指繼電器線圈的直流電阻，由萬(wàn)用表測(cè)量。 3 產(chǎn)生的最小電流是繼電器通電吸合電流。在正常使用中，電流必須稍大于一個(gè)給定的上拉電流，使繼電器可以產(chǎn)生穩(wěn)定的效果。對(duì)于所施加的線圈電壓，一般不超過(guò) 倍的額定電壓，否則會(huì)產(chǎn)生較大的電流導(dǎo)致線圈燒毀。 4 放電電流是繼電器產(chǎn)生的最大脫扣動(dòng)作時(shí)的電流。繼電器閉合狀態(tài)的電流減小到一定程度時(shí)，繼電器就會(huì)恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。此時(shí)電流遠(yuǎn)小于上拉電流。 5 觸電切換電 壓和電流 是 繼電器裝置允許施加的電壓和電流。它決定了繼電器控制電壓和電流的大小，使用時(shí)不能超過(guò)此值，否則很容易損壞繼電器的觸點(diǎn)。 繼電器的選用： 1 首先要了解的必要條件 ①控制電路的電源電壓，可提供的最大電流 。 ②所述控制電路的電壓和電流 。 ③被控電路需要幾組，什么樣的形式的接觸。繼電器的選擇，一般控制電第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 路的電源電壓可以作為選擇的依據(jù)。應(yīng)該給繼電器控制電路提供足夠的電流，否則繼電器不穩(wěn)定。 2 獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，以確定使用條件，可以找到相關(guān)信息，確定需求和規(guī)格的繼電器型號(hào)。如果繼電器已經(jīng)在手，可以根據(jù)數(shù)據(jù)是否匹配。 最后確認(rèn)大小是否適當(dāng)。 3 本論文主要用于一般電器所以主要考慮小型繼電器電路板安裝布局。 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。繼電器的作用是 在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、以弱控強(qiáng)，轉(zhuǎn)換電路等作用。 繼電器 K1 的控制端（ 4,5）有三極管 Q1 來(lái)驅(qū)動(dòng)，只要單片機(jī) 輸出高電平則三極管 Q1 導(dǎo)通，繼電器 K1 的控制端 通過(guò) 電流，電磁鐵工作吸引銜鐵，于是 K1 的接觸端 1,3 導(dǎo)通，電燈 L 工 作。當(dāng) 為低電平時(shí)，三極管 Q1 截止，K1 的控制端沒(méi)有電流通過(guò)，電磁鐵不工作，于是接觸 1,3 斷開(kāi)，燈停止工作，可見(jiàn)繼電器幫助單片機(jī) I/O 口實(shí)現(xiàn)了低壓 5VDC 控制高壓 220VAC 的目的。 由于繼電器 K1 的電磁鐵有一定的電感，在斷電瞬間可能會(huì)產(chǎn)生較大的反向電壓對(duì)三極管 Q1 不利，因此在繼電器 K1 控制端反接一個(gè)二極管 D1 用于放電。 光敏模塊的設(shè)計(jì) 光敏二極管是光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體器件，與光敏電阻器相比具有靈敏度高、高頻性能好，可靠性好、體積小、使用方便等優(yōu) 點(diǎn) 。 光電管在一個(gè)真空的玻璃泡內(nèi)裝有兩個(gè)電極，光電陰極 和陽(yáng)極。光電陰極有的是貼附在玻璃泡內(nèi)壁，有的是涂在半圓筒形的金屬片上，陰極對(duì)光敏感的一面是向內(nèi)的，在陰極前裝有單根金屬絲或環(huán)狀的陽(yáng)極，當(dāng)陰極受到適當(dāng)波長(zhǎng)的光線照射時(shí)變發(fā)射電子，電子被帶正電位的陽(yáng)極所吸引，這樣在光電內(nèi)管就產(chǎn)生了電子流，在外電路中便產(chǎn)生了電流。 光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似，裝在透明的玻璃外殼中，它的 PN 結(jié)裝在管頂，可直接受到光照射，光電二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 10 的。在沒(méi)有光照射時(shí)，反向電阻很大，反向電流很小，稱為暗電流。當(dāng)光照射在 PN 結(jié)上，光子打在 PN 結(jié)附近時(shí)，使 PN 結(jié)附近產(chǎn)生 光生電子和光生空穴對(duì)，使少數(shù)載流子的濃度大大增加，因此通過(guò) PN 結(jié)的反向電流也隨之增加。如果入射光照度產(chǎn)生變化，光生電子 空穴對(duì)的濃度也相應(yīng)變動(dòng)，通過(guò)外電路的光電強(qiáng)度也隨之變動(dòng)。可見(jiàn)，光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。照度為照射到表面一點(diǎn)處的面元上的光通量除以該面元的面積。照度的符號(hào)為 E(Ev)；單位為勒克斯 (流明／單位面積 )，符號(hào)為 其中， ? —— 光通量， A—— 面積。 光通量的單位為“流明”。光通量通常用Φ來(lái)表示，在理論上其單位相當(dāng) 于電學(xué)單位瓦特，因視覺(jué)對(duì)此尚與光色有關(guān)。所以依標(biāo)準(zhǔn)光源及正常視力度量單位采用“流明”，符號(hào)： lm。 、離開(kāi)或通過(guò)曲面的光能量。 。 流明 (lm) 是國(guó)際單位體系 (SI) 和美國(guó)單位體系 (AS) 的光通量單位。如果將光作為穿越空間的粒子（即光子），那么到達(dá)曲面的光束的光通量與 1 秒鐘時(shí)間間隔內(nèi)撞擊曲面的粒子數(shù)成一定比例。 光通量的物理表達(dá)式為： 0d=ddKV? ???? ?? ? ?? （ ） （ ） 式中： K： 光敏度、感光度（類(lèi)比：膠卷的感光度）、人眼對(duì)于彩色的感知能力 K = lm/W。 K 值使光通量的單位與輻射功率的單位得到統(tǒng)一。 λ：波長(zhǎng)，事實(shí)上人眼只對(duì)波長(zhǎng)位于 380nm~780nm 的可見(jiàn)光有反應(yīng)，習(xí)慣ddAE ??第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 上我們把低于 380nm 的光波稱為紫外線 (Ultraviolet，簡(jiǎn)稱 UV)， 把高于 780nm的光波稱為紅外線 (Infrared，簡(jiǎn)稱 IR)，這一點(diǎn)也反映在了視見(jiàn)函數(shù) V(λ)中。 V(λ)：稱為人眼相對(duì)光譜敏感度曲線，亦作視見(jiàn)函數(shù)曲線，是總結(jié)了眾多針對(duì)人眼的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)而得到的，它描述了人眼對(duì)不同 波長(zhǎng)的光的反應(yīng)強(qiáng)弱。 人眼對(duì)亮度的敏感程度與顏色有關(guān)，在整個(gè)可見(jiàn)光范圍內(nèi)并不是均勻的 .可以用相對(duì)敏感函數(shù) 曲線 進(jìn)行描述 . 在環(huán)境明亮?xí)r，人眼對(duì)于波長(zhǎng) X=555nm（環(huán)境黑暗時(shí)為 507nm）的光線最為敏感 ,我們定義這時(shí)的相對(duì)視敏度 Vs(555)= X 為其它值時(shí)， Vs(X)均小于 X 的單色光 ,其輻射功率為 P(X),相對(duì)視敏函數(shù)為 Vs(X),則可以定義光通量為 Y(X)=P(X)*Vs(X)。 當(dāng) P(X)以瓦為單位時(shí)， Y(X)的單位為光瓦 .只有當(dāng) X=555nm 時(shí) ,1 瓦光輻射功率產(chǎn)生 683lm(流明）的光通量 。 光敏電阻使用光電導(dǎo)體制成的光電器件，又稱光導(dǎo)管，它是基于半導(dǎo)體內(nèi)光電效應(yīng)工作的。光敏電阻沒(méi)有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)可見(jiàn)直流偏壓，也可加交流電壓。光敏電阻的工作原理是當(dāng)無(wú)光照時(shí)，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)范圍的光照時(shí)，它的阻值（亮電阻）急劇減少，因此電路中的電流迅速增加。 光敏電阻的管心是一塊安裝在絕緣襯底上的帶有兩個(gè)歐姆接觸電極的光電導(dǎo)體。半導(dǎo)體 吸收光子而產(chǎn)生的光電效應(yīng)，僅限于光照的表面薄層。雖然產(chǎn)生的載流子也有少數(shù)擴(kuò)散到內(nèi)部去，但深入厚度有限，因此光電導(dǎo)體一般都做成薄層。為了獲得很高的靈敏度，光敏電阻的電極一般采用梳狀，所以提高了光敏電阻的靈敏度。 光敏電阻的靈敏度易受潮濕的影響，因此要將光電導(dǎo)體密封在帶有玻璃的殼體中。光敏電阻具有很高的靈敏度、很好的光譜特性，光譜響應(yīng)從紫外區(qū)一直到紅外區(qū)，而且體積小、重量輕、性能穩(wěn)定。 常用的光敏三極管型號(hào)有： 3DU5C 3DU31 3DU33 3DU107 3DU303 L14C1 PT334 等 3DU 系列為金屬殼封裝，頂端為玻璃透光窗，對(duì) 880nm 的光線第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 12 靈敏度最高，常與紅外發(fā)光二極管配套使用，具有靈敏度高，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。 常用的紅外發(fā)光二極管型號(hào)有： GL3S 2GLA LN303 5GLA 等 光敏元件的選擇 LX1970，包含 PIN 型光電二極管，高增益放大器和兩個(gè)互補(bǔ)電流輸出端。芯片特點(diǎn)： PIN 光電二極管光譜特性及靈敏度都與人的眼睛相似，可代替人 眼 感受亮度的明暗變化，并將接受的可見(jiàn)光裝換成電流信號(hào)。光電二極管陣列峰值響應(yīng)波長(zhǎng)為 520mm 電流靈敏度為 A/lx,暗 電流為 10μ A。 ⑴ LX1970 非線性誤差小，無(wú)需使用藍(lán)光濾光片，即可以有效的衰減紫外光及紅外光。 ⑵兩個(gè)互補(bǔ)輸出端電流不對(duì)稱僅為177。 ％，可任選一段作為輸出。 ⑶微功耗，低壓供電。采用 +2～ + 電源，電源電流低至 85μ A(典型值 )工作溫度范圍是 40℃～ +85℃，外型尺寸 3mm 1mm，其結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 LX1970