【文章內(nèi)容簡介】 AT89C51 主要特性 * 與 MCS51 兼容 * 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 * 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) * 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 * 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz * 三級程序存儲器鎖定 * 128*8位內(nèi)部 RAM * 32可編程 I/O 線 * 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 * 5個中斷源 * 可編程串行通道 * 低功耗的閑置和掉電模式 * 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 常州機電職業(yè)技術學院 13 芯片擦除 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦 除 操作中，代碼陣列全被寫“ 1”且在任 何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 熱釋電紅外傳感器介紹 熱釋電紅外傳感器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 1020 米范圍內(nèi)人 的行動。 菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學原理，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)”進入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而強其能量幅度。 人體輻射的紅外線中心波長為 910um，而探測元件的波長靈敏度在 范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為 710um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾 光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的 紅外線傳感器 。 熱釋紅外線傳感器內(nèi)部結構與電路如下圖 4 所示 。熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個表面做成電極，當傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有Δ T的變化時，熱釋電效應會在兩個電極上常州機電職業(yè)技術學院 14 會產(chǎn)生電荷Δ Q，即在兩電極之間產(chǎn)生 微弱電壓Δ V。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個場效應管進行阻抗變換。熱釋電效應 所產(chǎn)生的電荷Δ Q會跟空氣中的離子所結合而消失，當環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，Δ T=0，傳感器無輸出。當人體進入檢測區(qū)時，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生Δ T，則有信號輸出；若 人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測人體或者動物的活動。熱釋電紅外傳感器的結構及內(nèi)部電路見下圖所示。傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件 PZT、場效應管 FET 等組成。其中，濾光片設置在窗口處，組成紅外線通過的窗口。濾光片為 6mm 多層膜干涉濾光片，對太陽光和熒光燈光的短波長（約 5mm以下）可很好濾除。熱釋電 元件 PZT 將波長在 8mm12mm 之間的紅外信號的微弱變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，為了只對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅耳濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。 圖 4 熱釋電紅外線傳感器的結構及內(nèi)部電路 熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點： 優(yōu)點 ： 本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低廉。 缺點：容易受各種熱源、光源干擾；被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不 易被探頭接收 ； 環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。 BISS0001 芯片介紹和典型電路 BISS0001 是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構成被動式的熱釋電紅外開關。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘干機和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照常州機電職業(yè)技術學院 15 明和報警系統(tǒng)。它不僅能和熱釋電紅外傳感器的輸出良好地匹配，而且也能和其他多種傳感器進行匹配。它的內(nèi)部是由運算放大器、電壓比較器、與門電路、狀態(tài)控制器、定時控制器、鎖定時間控制器和禁止電路 等組成。 BISS0001 采用 16 腳標準型塑料封裝結構。 1 腳（ A）為觸發(fā)方式控制端，當 A＝ 1時，電路可重復觸發(fā)；當 A＝ 0時，電路不可重復觸發(fā)。 2 腳（ V0）為控制信號輸出端，當有傳感信號輸人時， V0 輸出高電平。 3 腳（ RX）和 4 腳（ CX）為輸出定時控制器 T，的外接元件端，定時時間為： TX＝ 50 103RXCX。 5 腳（ Ri）和 6 腳 Ci）為鎖定時間控制器Υ i的外接元件，鎖定時間 Ti＝ 24RiCi。 7 腳（ VSS） 為電源正端 。 8 腳（ VRF）為參考電壓及復位端，使用時一般接 VDD，若按Ⅴ SS，可使定時器復位。 9 腳（ Vc）為觸發(fā)禁止端，當 VC＜ VR時禁止觸發(fā)；當 VC＞ VR 時，允許觸發(fā)， VR＝ . 10 腳（ IB）為偏置電流設置端，由外接電阻 RB接Ⅴ SS 端， RB一般取 1MΩ的電阻。 11 腳（ VDD）為電源正、負端。 12 腳（ OUT2） 為第二級運放的輸出端 13 腳（ IN2）為第二級運放的反相輸人端。 14 腳（ IN1+） 第一運放的同相輸入端。 15 凈（ IN1）第一運放的反相輸 入端。 16 腳（ OUT1）為第一運放的輸出端。 BISS0001 的內(nèi)部 結構及特點 下圖 5中，運算放大器 OPl將熱釋電紅外 傳感器的輸出信號作第一級放大，然后由C3耦合給運算放大器 01： 39。2進行第二級放大，再經(jīng)由電壓比較器 COPl和 ODP2構成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號 VS去啟動延遲時間定時器，輸出信號 VO經(jīng)晶體管T1放大驅(qū)動繼電器去接通負載。 常州機電職業(yè)技術學院 16 圖 5 熱釋紅外傳感器處理芯片 BISS0001的特點： *CMOS工藝，公耗低 *數(shù)?；旌? *具有獨立的高輸入阻抗運算放大器 *內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾 *內(nèi)設延遲時間定時器和封鎖時間定時器 *采用 16腳 DIP封裝 * 內(nèi)置參考電源 *工作電 壓范圍寬（ 3V～ 5V) BISS001 管腳圖 及管腳說明 ： 圖 6 BISS001管腳圖 BISS001管腳說明： 表 1 BISS0001管腳說明 引腳 名稱 I/O 功能說明 1 A I 可重復觸發(fā)和不可重復觸發(fā)選擇端。當 A為“ 1”時，允許重復觸發(fā)；反之，不可重復觸。 常州機電職業(yè)技術學院 17 2 VO O 控制信號輸出端。由 VS的上跳變沿觸發(fā)，使 Vo輸出從低電平跳變到高電平時視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時間 Tx之外和無 VS的上跳變時， Vo保持低電平狀態(tài)。 3 RR1 輸出延遲時間 Tx的調(diào)節(jié)端 4 RC1 輸出延遲時間 Tx的調(diào)節(jié)端 5 RC2 觸發(fā)封鎖時間 Ti的調(diào)節(jié)端 6 RR2 觸發(fā)封鎖時間 Ti的調(diào)節(jié)端 7 VSS 工作電源負端 8 VRF I 參考電壓及復位輸入端。通常接 VDD，當接“ 0”時可使定時器復位 9 VC I 觸發(fā)禁止端。當 VcVR時禁止觸發(fā)；當 VcVR時允許觸發(fā) 10 IB 運算放大器偏置電流設置端 11 VDD 工作電源正端 12 2OUT O 第二級運算放大器的輸出端 13 2IN I 第二 級運算放大器的反相輸入端 14 1IN+ I 第一級運算放大器的同相輸入端 15 1IN I 第一級運算放大器的反相輸入端 16 1OUT O 第一級運算放大器的輸出端 BISS0001 工作原理 BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構成的數(shù)模混合專用集成電路。當熱釋電紅外傳感器接收到人體紅外輻射后輸出檢測信號，然后由 14腳輸入 BISS0001,經(jīng)地內(nèi)部電路處理，由 2腳輸出探測信號（正向脈沖信號）。輸出脈沖信號的寬度由外接電阻 R9和電 容 C6來決定。當 2腳輸出控制脈沖后，電子開關被接通，數(shù)字編碼電路和無線電發(fā)射電路由于得到電源而開始工作。電源變壓器為 5W/15V， E為 12V免維護蓄電池，供停電使用。 S1為鎖控電源開關，可根據(jù)需要安裝在適當處所，用來接通工作電源，無必要時可取消設置。 SCR采用 1A的單向可控硅。 HFC9301為軟封裝發(fā)聲電路，發(fā)聲為“嘀、嘀”聲。電路的調(diào)試主要是主機與各分機之間的統(tǒng)調(diào)。將發(fā)射電路和接收電路組裝好后，先將發(fā)射機中 C10的調(diào)至適當位置后固定不動，接著調(diào)整接收機中的 C1，使接收機能收到發(fā)射機發(fā)出的信號。若為“一對 多”或“多對一”報警系統(tǒng)，應先將主機“一”（可以是發(fā)射機，也可以是接收機 ）調(diào)好固定，然后調(diào)整各分機，使其與主機統(tǒng)調(diào)。 BISS0001 應用線路圖如 7所示。 常州機電職業(yè)技術學院 18 圖 7 BISS0001的熱釋電紅外開關應用電路圖 上圖中， R3為光敏電阻，用來檢測環(huán)境照度。當作為照明控制時，若環(huán)境較明亮，R3的電阻值會降低，使 9腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發(fā)信號 Vs。 SW1是工作方式選擇開關，當 SW1與 1端連通時，芯片處于可重復觸發(fā)工作方式；當 SW1與 2端連通時，芯片則處于不可重復觸發(fā)工作方式。圖中 R6可以調(diào)節(jié)放大器增益的大小，原廠圖紙選10K，實際使用時可以用 3K，可以提高電路增益改善電路性能。輸出延遲時間 TX由外部的 R9和 C7的大小調(diào)整，觸發(fā)封鎖時間 Ti由外部的 R10和 C6的大小調(diào)整， R9/R10可以用 470歐姆， C6/C7可以選 。在 BISS0001的內(nèi)電路中，運放 A是一個獨立的放大器，由它放大后輸出的信號電壓通過 . 步進電機 步進電動機是純粹的數(shù)字控制電動機：它將電脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移．即結一個脈沖信號，步進電動機就轉(zhuǎn)動一個角度．因此作常適合于單片機控制。近 30 年來．數(shù)字技術、 計算機技術和水磁材料的迅速發(fā)展．推動廠步進電動機的發(fā)展，為步進電動機的應用開辟了廣 闊 的前景。 步進電動機 的 特點 : (1)步進電動機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比具有良好的跟隨型。以由步進電動機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價，又非常可靠。同時．它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉外數(shù)控系統(tǒng)。 (2)步進電動機的動態(tài)響應快。易于起停、正反轉(zhuǎn)及變速。 (3)速度可在相當寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。低速下仍能保證獲很大轉(zhuǎn)矩，因此，一般常州機電職業(yè)技術學院 19 可以不用減速器而直接驅(qū)動負載。 (4)步進電動機只能通過脈沖電 源供電才能遠行。它不能直接使用交流電源和直流電源 (5)步進電動機存在振蕩和失步現(xiàn)象．必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相應的措施。 (6)步進電動機自身的噪音和振動較大．帶慣性負載的能力較差。 驅(qū)動控制系統(tǒng) 的 組成 使用、控制步進電機必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如圖 8所示： 步進電動機的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作。在步進電動機的單片機控制中，控制信號由單片機產(chǎn)生。其基本控制作用如下 : 1) 反應式步進電動機控制換相順序 步進電動機的通電換相順序嚴格安照步進電動機的工作方 式進行。通常我們把通電換相這 — 過程稱為脈沖分配。三相六拍步進電機工作方式通電換相的正序是AABBBCCCA；反序為 ACACBCBAB；共有八個通電狀態(tài) P1口輸出控制信號， 0表示繞子通電，表示繞子斷電，則可以用六個字來表示六個通電狀態(tài)。這六個字表示如下表： 表 2 通電狀態(tài) 2) 通電狀態(tài) (C) (B) (A) 控制字 A 1 1 0 06H AB 1 0 0 08H B 1 0 1 09H BC 0 0 1 01H C 0 1 1 03H CA 0 1 0 02H 信號分配 脈沖信號 負載 步進電機 功率放大 圖 8 驅(qū)動控制系統(tǒng)方框圖 常州機電職業(yè)技術學院 20 3) 控制電路模型如 9圖所示：