【文章內(nèi)容簡介】 非易失存儲技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS— 51 指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的 CPL1 和閃速存儲器， ATMEL AT89C2051 是一強(qiáng)勁的微型計(jì)算機(jī) ， 它對許多嵌入式控制應(yīng)用提供高度靈活和成本低的解決辦法。 此外，從 AT89C2051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖與 8051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致（除模擬比較器外），引腳 RST、 XTAL XTAL2 的特性和外部連接電路也完全與 51 系列單片機(jī)相應(yīng)引腳一致，但 P1 口、 P3 口有其獨(dú)特之處。 AT89C2051 是一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，但它只有 20 個(gè)引腳， 15 個(gè)雙向輸入/輸出（ I/O）端口，其中 P1 是一個(gè)完整的 8 位雙向 I/O 口，兩個(gè)外中斷口，兩個(gè)16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，兩個(gè)全雙向串行通信口，一個(gè)模擬比較放大器。主要 性能參數(shù)如表 31 所示。 表 31 AT89C51 性能參數(shù) 兼容 MCS51 指令系 統(tǒng) 2k 可反復(fù)擦寫 (1000 次） Flash ROM 15 個(gè)雙向 I/O 口 6 個(gè)中斷源 兩個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 的寬工作電壓范圍 時(shí)鐘頻率 024MHz 128x8bit 內(nèi)部 RAM 兩個(gè)外部中斷源 兩個(gè)串行中斷 可直接驅(qū)動 LED 兩級加密位 低功耗睡眠功能 內(nèi)置一個(gè)模擬比較放大器 可編程 UARL 通道 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 南昌大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 16 圖 31 AT89C2051 芯片 管腳圖 AT89C2051 是一種 20 引腳的雙列直插式 IC 芯片，引腳是單片機(jī)的硬件外特性，用戶通過引腳連接外部器件就能組建單片機(jī)系統(tǒng)。 AT89C2051 芯片 管腳 如圖31。各管腳的 功能 如下 ： 1. VCC：電源電壓。 2. GND：地。 3. P1 口： P1 口是 8 位雙向 I/O 口?？谝_ ～ 提供內(nèi)部上拉電阻。 和 要求外部上拉電阻。 和 還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入 (AIN0)和反相輸入（ AIN1)。 P1 口輸出緩沖器可吸收 20mA 電流并能直接驅(qū)動 LED 顯示。當(dāng) P1 口引腳寫入 “1” 時(shí)，其可用作輸入端。當(dāng)引腳 ～ 用作輸入并被外部拉 低時(shí)，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流 (IIL)。 P1 口還在閃速編程和程序校驗(yàn)期間接收代碼數(shù)據(jù)。 4. P3 口： P3 口的 ～ 、 是帶有內(nèi)部上拉電阻的七個(gè)雙向 I/0 引腳。 用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號并且它作為一通用 I/O 引腳而不可訪問。 P3 口緩沖器可吸收 20mA 電流。當(dāng) P3 口引腳寫入 “1” 時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時(shí)，被外部拉低的 P3 口引腳將用上拉電阻而流出電流。 P3 口還用于實(shí)現(xiàn) AT89C2051 的各種功能，如下表 32 所示。 南昌大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 17 表 32 P3 口的引腳功能 P3 口引腳 功能 RXD(串行輸入端口 ) TXD(串行輸出端口 ) INT0(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時(shí)器 0 外部輸入 ) T1(定時(shí)器 1 外部輸入 ) P3 口還接收一些用于閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。 5. RST：復(fù)位輸入。 RST 一旦變成高電平，所有的 I/O 引腳就復(fù)位到 “1” 。當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時(shí)，持續(xù)給出 RST 引腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個(gè)機(jī)器周期需 12 個(gè)振蕩器或時(shí)鐘周期。 6. XTAL1：作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。 7. XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。 從上述引腳說明可看出， AT89C2051 沒有提供外部擴(kuò)展存儲器與 I/O 設(shè)備所需的地址、數(shù)據(jù)、控制信號，因此利用 AT89C2051 構(gòu)成的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)不能在AT89C2051 之外擴(kuò)展存儲器或 I/O 設(shè)備，也即 AT89C2051 本身即構(gòu)成了最小單片機(jī)系統(tǒng)。 雙音多頻收發(fā)器 本系統(tǒng)使用的雙音多頻 (DTMF)收發(fā)器是集成度高、功耗低、功能強(qiáng)的集成芯片 —— MT8880。 MT8880 是一個(gè) 帶有呼叫處理濾波器的單片 DTMF 收發(fā)器。信號的接收部分采用 DTMF 信號接收單片機(jī) MT8870 的工業(yè)制造標(biāo)準(zhǔn)：發(fā)送部分采用開關(guān)電容進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換，信號失真小、精度高、定時(shí)準(zhǔn)確。 利用 AT89C2051 單片機(jī) 的雙向 I/O 口與 MT8880 直接相連，利用其豐富的位操作指令模擬 MT8880 的時(shí)序，從而實(shí)現(xiàn)對 MT8880 的讀、寫操作控制。采用這種方法最多占用 9 條 I/O 線（工作在中斷方式），至少還有 6 條 I/O 線可選用，例如可以 擴(kuò)展串行 EEPROM、鍵盤、顯示等。其最大優(yōu)點(diǎn) L 成本低、體積小、電路連接簡單、程序保密性高等。其通信部分的硬件電路如圖 32 所示。圖中 MT8880 的數(shù)據(jù)線 D0D3 與 AT89C2051 的 — 相對應(yīng)，讀、寫線 （ WR*）、片選線（ CS*）、寄存器輸入選擇線（ RSI）和時(shí)鐘線（ CP）分別對應(yīng) AT89C2051 的 ~，中斷線（ IRQ*）接 AT89C2051 的外部中斷 0（ ）。 南昌大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 18 165。 圖 32 MT8880 與 AT89C2051 的接口電路 模擬開關(guān) 本系統(tǒng)采用 CD4066Z 作模擬開關(guān)。 CD4066Z 是由德州儀器公司生產(chǎn)的內(nèi)含高四組獨(dú)立 開關(guān) 的 IC 芯片。一個(gè)控制端控制一組開關(guān)，利用控制端的數(shù)位信號來決定輸入端信號能否到達(dá)輸出端的元件。 CD4066 開關(guān)信號兩端均可作輸入端或輸出端。可以利用 CD4066 對四路信號進(jìn)行切換測量。本系統(tǒng)中，單片機(jī)控制 CD4066 來切換音頻信號和數(shù)字信號，使其在不同時(shí)隙發(fā)射，減免數(shù)字信號和音頻信號之間的相互沖突和干擾。 無線收發(fā)機(jī) 目前，無線視頻傳輸大多利用 的免申請頻段，這個(gè)頻段屬于微波，利用微 波傳輸視頻信號，信號好，干擾小，圖像無失真，可以傳輸彩色圖像。這個(gè)頻段也可以無線傳輸聲音，可以傳輸立體聲。 本系統(tǒng)采用了上海金鑫電子有限公司的 無線影音傳輸模塊。利用 2 對該模塊可以實(shí)現(xiàn)室外機(jī)向室內(nèi)機(jī)方向的視頻信號的無線傳輸和音頻信號傳輸，以及室內(nèi)機(jī)向室外機(jī)音頻信號的傳輸。該模塊采用了先進(jìn)的微波無線電傳輸技術(shù)，可以高保真的無線傳輸視頻信號和音頻信號。 南昌大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 19 其系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下：其中圖 33 為 數(shù)據(jù) 接收 模塊的電路 ， 圖 34 為 數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的電路圖 。 圖 33 數(shù)據(jù)接收模塊的電 路圖 圖 34 數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的電路圖 該模塊主要有以下幾方面特點(diǎn)： (1)良好的微波抗干擾性能。該模塊音 /視頻信號采用頻率極高的微波傳輸方式，其載波頻率高達(dá) ，因此可以有效地避免 900MHz 等頻段擁擠不堪的無線電話信號或各類；電火花及家用電器的干擾，同時(shí)也極大程度地避免了本機(jī)發(fā)；射頻率對其他接收設(shè)備的干擾。 (2)優(yōu)良的音 /視頻接收品質(zhì)。該模塊為提高音 /視頻接收品質(zhì)，采用了性能優(yōu)南昌大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 20 越的調(diào)頻方式。音 /視頻具有寬頻特性且信噪比極高。使用監(jiān)控?cái)z像頭傳輸信號，也有極佳的分 辨力。 (3)該模塊采用單一電源 +5V 供電，便于使用。 (4)廣泛的應(yīng)用擴(kuò)展空間。 該無線收發(fā)機(jī)是一套可以同時(shí)傳輸視頻信號和音頻信號的無線收發(fā)機(jī)，其工作頻率為 ，其工作電壓為 12V，傳輸距離為 500m。 該無線收發(fā)模塊及其外圍電路：其中 PT2262/PT2272 是一種 CMOS 工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編解碼電路， PT2262/PT2272 最多可有 12 位 (A0A11)三態(tài)地址端管腳 (懸空 ， 接高電平 ， 接低電平 )， 任意組合可提供 531441 地址碼 ， PT2262 最多可有 6 位 (D0D5)數(shù)據(jù)端管腳 ， 設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從 17 腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。 控制模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 呼叫及摘掛機(jī)檢測模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 呼叫檢測模塊由附圖 1 中的 D R1 R1 C Q7 及 AT89C2051 的 腳及其上的上拉電阻 R18 構(gòu)成。當(dāng)來訪者按下門鈴開關(guān)，由 CN 的 7 腳的 HJ 線傳來的門鈴呼叫信號一路經(jīng)揚(yáng)聲器發(fā)出門鈴呼叫聲，另一路經(jīng)過 D5 反向截止， R16 與C1 組成的充放電電路，由 R17 驅(qū)動三極管 Q7導(dǎo)通，使 AT89C2051 的 腳由高電平變?yōu)?低電平，完成呼叫檢測。 附圖 1 中的壓鍵開關(guān)、 AT89C2051 的 腳及其上的上拉電阻 R6 構(gòu)成摘掛機(jī)檢測模塊，當(dāng)主人摘機(jī)后壓鍵開關(guān)轉(zhuǎn)換狀態(tài)， 腳的電平由高變低，完成摘機(jī)檢測。反之，完成掛機(jī)檢測。 視頻顯示及控制模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 設(shè)計(jì)的視頻顯示及控制模塊如附圖 1 所示，主要由 Q Q Q Q 繼電器HRJ、視頻顯示屏及 AT89C2051 的 腳及其上的上拉電阻 R12 構(gòu)成。視頻顯示屏選用具有顯像作用，工作電壓為 12V 的國產(chǎn)金陽牌 4 寸黑白扁平顯像管。設(shè)計(jì)時(shí)為了同時(shí)對顯示屏的 12V 直流工作電源和 CN 的 5 腳 VID 輸入的視頻信號進(jìn)行控制，選用 HJR 型雙刀雙擲電磁式繼電器并利用其常開觸點(diǎn)， R4 對繼電器線圈起限南昌大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 21 流保護(hù)作用， D3 對繼電器線圈起續(xù)流保護(hù)作用。待機(jī)時(shí)， 腳輸出高電平， Q6導(dǎo)通， Q4 和 Q5 截止。當(dāng) AT89C2051 檢測到呼叫信號或主人按下主動監(jiān)視鍵時(shí)， 腳輸出低電平， Q6 截止， Q Q5 導(dǎo)通。 Q4 導(dǎo)通使大功率三極管 A940 導(dǎo)通，由 CN的 1 腳 V+送來的 18V 直流電源，經(jīng) A940 的集電極輸出，提供繼電器線圈工作電壓和 12V 集成穩(wěn)壓器的輸入電源，并經(jīng) CN 的 6 腳 VDC 給室外機(jī)的 視頻攝像鏡頭提供受控的輸入電源。 Q5 導(dǎo)通，繼電器吸合給視頻顯示屏提供工作電壓及視頻信號以顯示視頻圖像。 開鎖和音頻信號輸入 /出控制模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 附圖 1 中的壓鍵開關(guān)、 R R Q Q AT89C2051 的 腳及其上的上拉電阻 R1 構(gòu)成了開鎖和音頻信號輸入 /出控制模塊。待機(jī)時(shí)，即使摘機(jī)使壓鍵開關(guān)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，但 腳輸出低電平， Q1 截止， Q2 基極得電導(dǎo)通，使 AIO 對地短路而禁止通話。當(dāng) AT89C2051 檢測到門鈴呼叫信號時(shí)， 腳輸出高電平使 Q1 導(dǎo)通，Q2 因基極對地短路而截止，允許通 話。但若主人未摘機(jī)，則壓鍵開關(guān)不轉(zhuǎn)換狀態(tài)，來訪者仍不能與主人進(jìn)行通話。這很好地解決了同類產(chǎn)品或其它未使用單片機(jī)控制的單戶可視對講門鈴任何狀態(tài)下，摘機(jī)即可通話，以及來訪者呼叫后，即可從室外機(jī)的揚(yáng)聲器聽到室內(nèi)發(fā)出的聲音等缺陷。 音頻信號放大處理模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 聲電轉(zhuǎn)換器件選擇靈敏度高，頻率響應(yīng)好的駐極體傳聲器，但經(jīng)傳聲器轉(zhuǎn)換形成的音頻電壓信號比較微弱，不適宜直接傳輸，為此需要設(shè)計(jì)音頻輸出信號前置放大處理模塊。為了降低成本，音頻輸出信號前置放大采用三極管進(jìn)行兩極放大。附圖 1 所示，分壓電阻 R1 R R21 和濾波電容 C10 為傳聲器提供直流工作電壓，傳聲器產(chǎn)生的音頻信號經(jīng) C11 耦合， C12 濾波輸入到 Q8 的基極，經(jīng) Q8 放大后，由集電極輸出直接耦合到 Q9 的基極，再經(jīng) Q9 放大由集電極輸出。 R30 起到兩個(gè)作用，一是給 AIO 電路供電，二是將 Q9 集電極輸出的音頻信號混合到音頻輸入輸出線 AIO，并送到室外機(jī)（防盜門端），經(jīng)再次放大，供來訪者聽話。圖中的R2 R2 R2 R28 及 R29 為 Q Q9 的直流工作限流電阻。 來訪者傳聲器產(chǎn)生的并經(jīng)前置放大的音頻輸入信號，由于傳輸衰減需要再次放大，為此需設(shè)計(jì)輸入音頻信號放 大模塊。設(shè)計(jì)時(shí)，可選用通用集成運(yùn)算放大器來設(shè)計(jì)，但所需外圍器件較多，并且音頻放大效果不夠理想，為此選用具有所需外圍器件少，工作電壓為 4V～ 12V，低變形和低功耗等特點(diǎn)的專用音頻集成功率放南昌大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 22 大器 LM386，并且采用放大倍數(shù)為 20 倍的典型接法。如附圖 2 所示， C8 從 AIO 線取出的輸入音頻信號經(jīng) C9 和 R22 濾波后，由 LM386 的 3 腳輸入，經(jīng)過 20 倍放大后由 5 腳輸出，再經(jīng) C7 和 R24 濾波，由 C6 耦合到頻率特性好，諧波失真小的平膜動圈式耳機(jī)發(fā)聲，完成通話動作。 另外，還設(shè)計(jì)了兩個(gè)獨(dú)立式按鍵，用于開鎖和主動監(jiān)視，設(shè)計(jì)的獨(dú)立 式按鍵如附圖 1 所示。 硬件可靠性及抗干擾設(shè)計(jì) 單片機(jī)對接收模塊的干擾 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性是由多種因素決定的，其中系統(tǒng)的抗干擾性能是系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)。隨著單片機(jī)在工