【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。 空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí)／計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 AT89S51 方框圖： 圖 11 AT89S51 芯片引腳 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 12 AT89S51 內(nèi)部功能框圖 引腳功能說明 Vcc：電源電壓 （ 5V）。 GND： 電源接 地 。 P0 ： P0 口是一組 8位漏極開路型雙向 I／ 0 口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫“ l”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口 線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 F1ash 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1 ： Pl 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O 口， Pl 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫“ l”，通過內(nèi)部的上拉電阻把杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間，Pl 接收低 8位地址。 P2 ： P2 是一個(gè)帶 有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙 向 I／ O 口， P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR 指令）時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 MOVX@Ri 指令）時(shí)， P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中 P2 寄存器的內(nèi)容）， 在整個(gè)訪問期間不改變。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。 P3 ： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ 0 口。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì) P3 口寫入“ l”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 P3 口除了作為一般的 I／ 0 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： 表 1 P3 口的第二功能 端口引 腳 第二功能 RXD（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(shí) /計(jì)數(shù)器 0外部輸入） T1（定時(shí) /計(jì)數(shù)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） RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩 器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AUXR 的 DISRT0 位（地址 8EH）可打開或關(guān)閉該功能。 DISRT0 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。 ALE/ PROG ：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) ， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器， ALE 仍以時(shí)鐘振杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 蕩頻率的 1／ 6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖。 對(duì) F1ash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖 （ PROG） 。 如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 M0VX 和 M0VC 指令 ALE 才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。 PSEN ：程序儲(chǔ)存允許（ PSEN ）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù) 據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒有兩次有效的 PSEN 信號(hào)。 EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H－ FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA端狀態(tài)。 如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 F1ash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程電壓 Vpp。 XTALl：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。 時(shí)鐘電路 AT89S51 中有一個(gè)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(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖 13。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 Cl、 C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容 Cl、 C2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作 的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF177。 10pF， 而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF177。 10F。 本設(shè)計(jì)中我們采用的是石英晶體，電容為22pF。 圖 13 AT89S51 振蕩電路 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 復(fù)位電路 復(fù)位電路的基本功能是系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷復(fù)位信號(hào) ， 為可靠起見電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)以防電源開關(guān)或電源插頭分 合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位 。 復(fù)位是單片機(jī)初始化操作，其主要功能是把 PC初始化為 0000H，使單片機(jī)從0000H單元執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常 初始化之外，當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。 復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。本設(shè)計(jì)采用了按鍵手動(dòng)復(fù)位方式 。 圖 14 所示的 RC 復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能 。 Sm 為手動(dòng)復(fù)位開關(guān) Ch 可避免高頻諧波對(duì)電路的干擾 。 紅外遙控發(fā)射 電路 遙控發(fā)射通過鍵盤，每按下一個(gè)鍵，即產(chǎn)生具有不同的編碼數(shù)字脈沖，這種代碼指令信號(hào)調(diào)制在 38KHz 的載波上，激勵(lì)紅外光二極管產(chǎn)生不同的脈沖，通過空間的傳送到受控機(jī)的遙控接收器 。 P2 口作為按鍵部分， 口作為發(fā)射部分，然后用三極管的放大驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射。 電路組成為：按鍵電路，單片機(jī)及其周圍電路（時(shí)鐘電路、復(fù)位電路）和驅(qū)動(dòng)發(fā)射電路。 發(fā)射部分總體框圖見圖 3。 具體電路： 按鍵電路 本設(shè)計(jì)為多路遙控系統(tǒng)，可控設(shè)備設(shè)置為 4 個(gè)，按鍵數(shù)為 6，故可以直接與單片機(jī)的 IO 口相連。這里選擇了 P2口，因其內(nèi)部具有上拉電阻故按鍵部分直接接地即可。 如圖 15： 按鍵功能說明：系統(tǒng)中受控設(shè)備數(shù)為四個(gè)，故每個(gè)設(shè)備均由一個(gè)按鍵單獨(dú)控制，此外另有兩個(gè)按鍵可用來對(duì)全部設(shè)備進(jìn)行控制，即全開和全關(guān)。 圖 15 按鍵電路 圖 14 單片機(jī)復(fù)位電路 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 紅外發(fā)射電路 紅外發(fā)送器大多是使用 Ga、 As 等材料制成的紅外發(fā)射二極管，其能夠通過的LED 電流越大，發(fā)射角度越小，產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度就越大；發(fā)射強(qiáng)度越大，紅外傳輸距離就越遠(yuǎn)，傳輸距離正比于發(fā)射強(qiáng)度的平方根。 這里采用的 SIR333 是 GaAlAs紅外發(fā)射二極管，其特點(diǎn) 是體積小、功耗低、高發(fā)射強(qiáng)度、高可靠性、發(fā)射角度45176。、 SIR333 管子直徑 5mm。廣泛應(yīng)用于儀器、儀表、電氣設(shè)備近距離紅外數(shù)據(jù)傳輸、電視機(jī)、空調(diào)機(jī)等家用電器 紅外遙控信號(hào)發(fā)射 。 通常，紅外遙控器將遙控信號(hào) (二進(jìn)制脈沖碼 )調(diào)制在 40KHz(周期為 )的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，產(chǎn)生紅外信號(hào)發(fā)射出去。 在紅外數(shù)據(jù)發(fā)射過程中，由于發(fā)送信號(hào)時(shí)的最大平均電流需幾十 mA（對(duì)應(yīng) mW 級(jí)發(fā)射功率），所以需要三極管放大后去驅(qū)動(dòng)紅外光發(fā)射二極管（又稱電光二極管）。 單片機(jī)通過軟件編程將調(diào)制好的脈沖信號(hào) 從 P3口第 6 腳（ ）將數(shù)據(jù)輸出 。 因此電路由 紅外發(fā)射頭，一個(gè) NPN8050 的三極管和兩個(gè)限流電阻組成。根據(jù)紅外發(fā)射頭工作時(shí)的電流需要，采用 280 倍的放大器 S8050。同時(shí)紅外發(fā)射頭的串接電阻在100 歐姆數(shù)量級(jí)，這里采用 68歐姆。 8050 的基極接千歐級(jí)電阻，這里選用 歐姆的電阻。 紅外數(shù)據(jù)射發(fā)射電路圖如 16 所示。 圖 16 紅外驅(qū)動(dòng)發(fā)射電路 系統(tǒng)發(fā)射部分整體電路圖見附件 1。 紅外遙控接收 電路 本部分電路是該設(shè)計(jì)中硬件電路的重點(diǎn)部分，系統(tǒng)由紅外接收電路，單片機(jī)電路，設(shè)備驅(qū)動(dòng)電路，狀態(tài)顯示電路組成。整體框圖見圖 5. 一體化紅外接收頭采用 HS38B，它負(fù)責(zé) 對(duì)接收到的 紅外遙控信號(hào)的解調(diào)。將調(diào)制在 40kHz 上的紅外脈沖信號(hào)解調(diào)后再輸入到 AT89S51的 INT0（ ）引腳，由單片機(jī)進(jìn)行高電平與低電平寬度的測(cè)量。遙控信號(hào)的還原是通過 制脈沖碼的高電平與低電平及維持時(shí)間，當(dāng)接收頭接收信號(hào)時(shí)，單片機(jī)產(chǎn)生中斷，并在 口 對(duì)信號(hào)電平進(jìn)行識(shí)別，并還原為原發(fā)送數(shù)據(jù) ，這在后面的軟件設(shè)計(jì)中會(huì)具體介紹到 。數(shù)據(jù)流 通過單片機(jī)處理后 送 驅(qū)動(dòng)控制部分。并通過數(shù)碼管顯示用杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 電設(shè)備的個(gè)數(shù)。 紅外 信號(hào) 接收電路 HS38B 是用于紅外遙控接收的小型一體化接收頭， 它的主要功能包括放大 ,選頻 ,解調(diào)幾大部分 ,要求輸入信號(hào)需是 已經(jīng)被調(diào)制的信號(hào)。經(jīng)過它的接收放大和解調(diào)會(huì) 在輸出端直接輸出原始 信號(hào) 的反相信號(hào) 。 其 不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與 TTL 電平信號(hào)兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小一樣， 從而使電路達(dá)到最簡(jiǎn)化！靈敏度和抗干擾性都非常好 。 它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸，中心頻率 。接收器對(duì)外只有 3個(gè)引腳：從左至右依次為 OUT、 GND、 VCC。 OUT 腳即圖示 1 號(hào)腳與單片機(jī) IO 口直接相連。芯片 如圖 17 所示。 紅外接收頭內(nèi)部放大器的增益很大，很容易引起干擾，依次在接收頭的供電腳上必須加上濾波電容。故紅外接收部分電路如下： 圖 18 紅外接收頭電路 控制 部分 電路 單片機(jī)收到紅外接收頭解調(diào)后的信號(hào)后，對(duì)其進(jìn)行解碼，從中解出控制碼，此時(shí)系統(tǒng)將轉(zhuǎn)至對(duì)具體設(shè)備的控制工作。 本設(shè)計(jì)中受控設(shè)備為四個(gè)，采用 LED 燈模擬，且受控設(shè)備電源為 9V 因此如何防止供電電源與受控設(shè)備電源間的干擾也是需要考慮的部分 。 在控制部 分采用了隔離驅(qū)動(dòng)電路，用光電器件作為隔離元件，利用光耦來隔離兩路電源，以防止電流噪聲 影響單片機(jī)的工作。光電耦合器是由發(fā)光二極管和光敏三極管組合起來的器件，發(fā)光二極管是把輸入邊的電信號(hào)變換成相同規(guī) 律變化的光，而光敏三極管是把光又重新變換成變化規(guī)律相同的電信號(hào)，因此，光起著媒介的作用。由于光電耦合器抗干擾能力強(qiáng)，容易完成電平匹配和轉(zhuǎn)移，又不受信號(hào)源是否接地的限制。所以應(yīng)用日益廣泛。 光電隔離的目的是割斷兩個(gè)電路的電氣聯(lián)系，使之相互獨(dú)立，從而也就割斷了噪聲從一個(gè)電路進(jìn)入另一個(gè)電路的通路。光電隔離是通過光電耦合器實(shí)現(xiàn)的。外殼有金屬的或塑料的兩種。發(fā)光二極管和光敏三極管之間用透明絕緣體填充，圖 17 HS38B 引腳 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 并使發(fā)光管與光敏管對(duì)準(zhǔn)，以提高其靈敏度，光電耦合器的電路符號(hào)如圖 19 所示。輸入信號(hào)使用權(quán)發(fā)光二極管發(fā)光，其光線又使光敏 三極管產(chǎn)生電信號(hào)輸出，從而既完成了信號(hào)的傳遞又實(shí)現(xiàn)了電氣上的隔離。光電耦合的響應(yīng)時(shí)間一般不超過幾個(gè)微秒。 圖 19 光電耦合器原理圖 光電耦合器的輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，且輸出端對(duì)輸入端也無反饋，因而具有隔離和抗干擾兩方面的獨(dú)特性能。通常使用光電耦合器是為實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)主要功能： 電平轉(zhuǎn)換： TTL 電路與電源電路之間不需另加匹配電路就可以傳輸信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了電平轉(zhuǎn)換。 隔離：這時(shí)由于信號(hào)電路與接收電路之間被隔離，因此即使兩個(gè)電路的接地電位不同，也不會(huì)形成干擾。 光電耦合器中光敏三極管的基極有引出和不引 出兩種形式?；鶚O引出通常是經(jīng)一個(gè)電阻接地。通過接地電阻可以控制耦合的響應(yīng)速度和靈敏度。總的來說，電阻越小，響應(yīng)速度越高。 我們這里采用的是一種無引出的光電耦合器。圖 20 顯示了單個(gè)受控