【文章內(nèi)容簡介】 強大的功能，完全符合經(jīng)濟的原則并且完全滿足本系統(tǒng)的功能要求。所以，在兩個子系統(tǒng)中我們分別選用 AT89C51 和 AT89C52 作為 CPU 芯片。 單片機的介紹 單片機小系統(tǒng)選擇的是 ATMEL 公司的低功耗，高性能的 CMOS8 位單片機AT89C52 芯片，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） ,器件 采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準 MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89C52 單片機可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 主要性能參數(shù)： a. 與 MCS51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 b. 8k 字節(jié)可重復(fù)擦寫 Flash 閃速存儲器 c. 1000 次擦寫周期 d. 全靜態(tài)操作： 0Hz24Hz e. 三級加密程序存儲器 f. 256 乘 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM g. 32 個可編程 I/O 口線 h. 3 個 16 位定時 /計數(shù)器 i. 8 個中斷源 j. 可編程串行 UART 通道 k. 低功耗空閑和掉電模西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 AT89C52 的引腳排列如圖所示 圖 AT89C52 的引腳排列 系統(tǒng)電源部分的設(shè)計 在本系統(tǒng)中所涉及的兩個子系統(tǒng)均需要用到電源，電源是系統(tǒng)的能量來源，另外電源電壓的要求及其穩(wěn)定性和可靠性將是系統(tǒng)首要考慮的問題。兩個子系統(tǒng)的 CPU 及外圍芯片的供電均需要穩(wěn)定的 5V 電源，因此兩個子系統(tǒng)的電源電路的設(shè)計類似，因此在本設(shè)計中以車載系統(tǒng)的電路設(shè)計為例，必須給 CPU 提供一個比較穩(wěn)定的＋ 5V 電源電壓。在此本次設(shè)計中采用了三端集成穩(wěn)壓 LM7805CV來穩(wěn)壓。 集成穩(wěn)壓器 LM7805CV 是將非穩(wěn)定的直流電壓變換成穩(wěn)定的直流電壓的 IC芯片。 LM7805CV 集成穩(wěn)壓器有輸入端、輸出端及公共端三個引腳。芯片內(nèi)部設(shè)有過流保護、過熱保護及調(diào)整管安全保護電路，其所需外接元件少，使用方便、可靠。廣泛地用于各種電子設(shè)備中。 LM7805CV 最大的輸入電壓為 35V，最小輸入電壓為 ，其輸出電壓為 +5V。具體電路圖 如下： 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 圖 電源電路 LM7805CV 輸入端 1 腳接 VS， VS 是＋ 12V 直流電壓，符合 LM7805CV 的電壓范圍，管腳 2 接地，這樣管腳 3 就可輸出＋ 5V 的穩(wěn)定電壓。為了濾除輸入和輸出電壓上的紋波，分別在 LM7805CV 的輸入和輸出管腳分別接以電解電容和陶瓷電容，使其得到較穩(wěn)定的電源電壓 。 其他外圍電路設(shè)計 看門狗電路的設(shè)計 看門狗就是在程序飛跑或死機時 ,對系統(tǒng)進行復(fù)位重新置位 ,以使系統(tǒng)恢復(fù)正常運行的一種專用電路。現(xiàn)在常用的看門狗主要有兩種：軟件狗和硬件狗。軟件狗實際上就是通常說的軟件指令 ,一旦程序跑飛 ,只要程序指針指向這些地址 ,便立即被強行跳轉(zhuǎn)至程序的開頭或其他指定地址處 ,從而使程序繼續(xù)正常執(zhí)行。 硬件狗現(xiàn)在更多的被采用。所謂硬件狗，就是一個能夠發(fā)送 “復(fù)位 ”信號的計數(shù)器或定時器電路。以前常用的硬件狗由脈沖計數(shù)器和一些外圍電路組成，計數(shù)清零和溢出端分別和單片機的 I/O 與 RST 相連接。其工作原理是：由脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生脈沖，計數(shù)器對脈沖進行計數(shù)。程序正常運行時， CPU 在計數(shù)器溢出之前通過 I/O 口對計數(shù)器清零，使計數(shù)器不能溢出，此時由于溢出端與 CPU 的RST 端相連接，所以使單片機系統(tǒng) “復(fù)位 ”，使其能重新正常運行。 單片機系統(tǒng)的供電電源有時候因為各種不同原因而不穩(wěn)定，發(fā)生電壓波動或瞬時掉電的現(xiàn)象，從而影響系統(tǒng)的正常工作和數(shù)據(jù)保存。如果能對電源電壓進行監(jiān)視，當(dāng)電源電壓下降 到某一特定值時，發(fā)生一個信號給單片機和電源切換電路，那么就使 CPU 及時進行必要的操作和維持工作電源的穩(wěn)定。 MAX813 能夠完全滿足要求。 所以本系統(tǒng)采用 MAX813作為電源監(jiān)視和看門狗芯片。電路圖如圖 。將第 7 腳接 CPU 的復(fù)位腳，第 1 腳與第 8 腳相連，第 6 腳與 CPU 的 相連。在軟件設(shè)計中， 不斷輸出脈沖信號。如系統(tǒng)死機導(dǎo)致 無脈沖信號輸出，則 秒后在 MAX813 的第 8 腳輸出低電平。該低電平加到第 1 腳，使 MAX813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 產(chǎn)生復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度的典型值為 200ms，使 CPU 有效復(fù)位， 擺脫死循環(huán)的困境。 看門狗復(fù)位電路如圖 所示：如果在 秒內(nèi)沒有觸發(fā)該電路 (即第 6 腳無脈沖輸入 )則第 8 腳輸出一個低電平，是單片機復(fù)位 MR1P F I4W D O 8R E S 7W D I 6P F O 5U6M A X 8 13R S T 1DOG 圖 看門狗電路 電路連接圖如圖所示。在這個系統(tǒng)中， P16 作為看門狗的 “喂狗 ”信號； REST和單片機的復(fù)位信號連接。 時鐘電路 在單片機芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為單片機的 XTAL1，其出端為單片機的 XTAL2。而在芯片的外部， XTAL1 和 XTAL2 之間跨接晶體振蕩器和兩個 33PF 微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。在此我們采用 即可滿足兩個子系統(tǒng)的要求。 Y11 1 . 0 5 9 2 MC 2 13 3 P FC 2 23 3 P FX 1 1X 1 2 圖 晶振電路 電平轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 車載系統(tǒng)與站臺系統(tǒng)均采用無線數(shù)據(jù)模塊傳輸數(shù)據(jù)，其接口是 RS232 串口，電平是 RS232 電平，而單片機的串口是 TTL電平，為此在車載系統(tǒng)和站臺系統(tǒng)均需要設(shè)計 RS232 電平轉(zhuǎn)換電路。 RS232 標(biāo)準 RS232C 標(biāo)準（協(xié)議）的全稱是 EIARS232C 標(biāo)準，其中 EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業(yè)協(xié)會， RS（ emeded standard）代西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 表推 薦標(biāo)準， 232 是標(biāo)識號， C 代表 RS232 的最新一次修改（ 1969），在這之前，有 RS232B、 RS232A。它規(guī)定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。常用物理標(biāo)準還有有 EIA； RS232C、 EIA。RS422A、 EIA； RS42 EIA； RS485。 我們這里用的是 EIA； RS232C（簡稱 232， RS232）。 EI RS232C 與 TTL 轉(zhuǎn)換： EIARS232C 是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL 以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計算機接口或終端的 TTL 器 件連接，必須在 EIARS232C 與 TTL 電路之間進行電平和邏輯關(guān)系的變換。 MAX232 芯片可完成 TTL←→EIA 雙向電平轉(zhuǎn)換。 這里我們選用 DB9 連接器，在 AT 機及以后，不支持 20mA 電流環(huán)接口，使用 DB9 連接器，作為提供多功能 I/O 卡或主板上 COM1 和 COM2 兩個串行接口的連接器。它只提供異步通信的 9 個信號。 DB25 型連接器的引腳分配與DB25 型引腳信號完全不同。因此，若與配接 DB25 型連接器的 DCE 設(shè)備連接，必須使用專門的電纜線。 電纜長度：在通信速率低于 20kb/s 時， RS232C 所直 接連接的最大物理距離為 15m（ 50 英尺）。傳輸電纜長度由 RS232C 標(biāo)準規(guī)定在碼元畸變小于 4%的情況下，傳輸電纜長度應(yīng)為 50 英尺，其實這個 4%的碼元畸變是很保守的，在實際應(yīng)用中，約有 99%的用戶是按碼元畸變 1020%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過 50 英尺，在 9600 的時候可以達到 250 英尺，即 75 米。 電平轉(zhuǎn)換芯片的選擇 在兩個系統(tǒng)中均采用 MAX232APE，它是一種雙組驅(qū)動器 /接收器，片內(nèi)含有一個電容性電壓發(fā)生器以便在單 5V 電源供電時提供 EIA/TIA232E 電平。每個接收 器將 EIA/TIA232E 電平輸入轉(zhuǎn)換為 5V TTL/CMOS 電平。這些接收器具有 的典型門限值及 的典型遲滯，而且可以接收 15? V 的輸入。每個驅(qū)動器將 TTL/CMOS 輸入電平轉(zhuǎn)換為 EIA/TIA232E 電平。 MAX232 的工作溫度范圍為 0℃ 至 70℃ 。 MAX232APE 的特點 1) 單 5V 電源工作 2) LinBiCMOS 工藝技術(shù) 3) 兩個驅(qū)動器及兩個接收器 4) 15? V 的輸入電平 5) 低電源電流 :典型值是 8mA 6) 符合甚至優(yōu)于 ANSI 標(biāo)準 EIA/TIA232E 及 ITU 推薦標(biāo)準 7) 可與 Maxim 公司的 MAX232 互換 8) ESD 保護大于 MILSTD883(方法 3015)標(biāo)準的 2021V 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） 12 引腳排列 圖 MAX232 芯片引腳圖 無線數(shù)據(jù)模塊的工作介紹 本設(shè)計采用采用 LAC－ UP 型微功率無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，其特點如下： a. 微功率發(fā)射：最大發(fā)射功率為 10MW b. 工作頻率在 1SM 頻段，無需申請頻點。載頻頻率 430MHZ－ 434MHZ，也可提供 315/868/915MHZ 載頻。 c. 高抗干擾能力和低誤碼率：基于 FSK 的調(diào)制方式，采 用高效前向糾錯信道編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機干擾的能力，在信道誤碼率為 102時，可得到實際誤碼率 105～ 106。 d. 傳輸距離遠：在視距情況下，天線高度＞ 3M，可靠傳輸距離＞ 300M（ BER=103/1200Bit/s） e. 透明的數(shù)據(jù)傳輸：提供透明的數(shù)據(jù)接口，能使用任何標(biāo)準或非標(biāo)準的用戶協(xié)議。自動過濾空中產(chǎn)生的噪音信號及假數(shù)據(jù)。 f. 多信道，多速率： LAC－ UP 型模塊標(biāo)準配置提供 8 個信道，根據(jù)用戶需要，可擴展到 16/32 信道。滿足用戶多種通信組合方式。同時， LAC－ UP 型可提供 1200Bit/s,2400Bit/s,4800Bit/s,9600Bit/s 等多種通信波特率，并且接口波特率與無線傳輸波特率一樣，以滿足客戶設(shè)備對不同波特率的需要。 g. 雙串口， 3 種接口方式： LAC－ UP 型模塊提供 2 個串口， COM1 為 TTL電平 UART 接口。 COM2 由用戶自定義為標(biāo)準的 RS232/RS485 口。 h. 大的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)：可 1 次傳輸無限長度的數(shù)據(jù)，用戶編程更靈活。 i. 智能數(shù)據(jù)控制，用戶無需編制多余的程序。 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） 13 j. 低功耗及休眠功能：接收情況下，電流＜ 30MA，休眠時電流僅為＜ 10UA。 k. 高可靠性，體積小，重量輕：采用 CC1000單片射 頻集成電路及單片 MCU，外圍電路少，可靠性高，故障率低。 查閱 MAX232 相關(guān)資料及無線模塊接口定義后，設(shè)計電平轉(zhuǎn)換電路圖如圖 所示。 1234J2C O N 4T X DR X DV C CGND101211C 2 5C 2 +4C 1 3C 1 +197138V+614V2GND15V C C16R 1 O U TT 2 I NT 1 I NR 2 O U TT 1 O U TT 2 O U TR 1 I NR 2 I NU3M A X 3 2 3 2T X D 1R X D 1T X DR X DC40 .1 u FC50 .1 u FC60 .1 u FC70 .1 u FC80 .1 u FV C CV C C 圖 電平轉(zhuǎn)換電路 溫度采集電路設(shè)計 由于本設(shè)計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行 數(shù) 據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設(shè)計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容 易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器 DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計要求 溫度采集芯片 DS18B20 的功能特點 本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用。 DS18B20 單線數(shù)字溫度計 1) 獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊 2) 簡單的多點分布應(yīng)用 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） 14 3) 無需外部器件 4) 可通過數(shù)據(jù)供電 5) 零待機功耗