【文章內(nèi)容簡介】 —17腳)：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如表33所示：表33 P3口特殊功能端口引腳備選功能RXD串行輸入口TXD串行輸出口/INT0外部中斷0/INT1外部中斷1T0記時器0外部輸入T1記時器1外部輸入/WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通/RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通主要特性： 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 單片機時鐘電路與復(fù)位電路時鐘電路與復(fù)位電路不是單片機的內(nèi)部電路，但它們卻是單片機運行所必須的最基本的外加電路，雖然某些新型單片機已將復(fù)位電路集成在單片機內(nèi)，但對本系統(tǒng)所選擇設(shè)計單片機控制模塊而言，時鐘電路與復(fù)位電路的設(shè)計是必不可少的。一、時鐘電路COMS型AT89C51單片機內(nèi)有一個構(gòu)成時鐘振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩電路。外部諧振電路并行連接石英晶體或陶瓷諧振器和負載電容CC2。外接電容的大小影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性。本電路設(shè)計選擇外接晶體，晶體的頻率為12MHz，CC2的值選擇33pF。設(shè)計的電路如圖311所示。C_X1C_X233P33PY12MXTAL1XTAL2圖311 時鐘電路二、復(fù)位電路在設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)時，必須了解單片機的復(fù)位狀態(tài)和復(fù)位電路的設(shè)計。因為單片機應(yīng)用系統(tǒng)工作時，會經(jīng)常要求進入復(fù)位工作狀態(tài)，因而要求復(fù)位電路必須能準確、可靠地工作，單片機的復(fù)位狀態(tài)與應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)位狀態(tài)也是密切相關(guān)的。1. 單片機的復(fù)位狀態(tài)本系統(tǒng)選擇的單片機的復(fù)位是靠外部電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的RST引腳上出現(xiàn)24個振蕩脈沖(2個機器周期)以上高電平，單片機便實現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。為了保證系統(tǒng)可靠的復(fù)位，在設(shè)計復(fù)位電路時，通常使RST引腳保持10ms以上的高電平。只要RST保持高電平，則AT89C51單片機就循環(huán)復(fù)位；當(dāng)RST從高電平變?yōu)榈碗娖揭院?，單片機就從0000H地址開始執(zhí)行程序。復(fù)位不影響單片機內(nèi)部的RAM狀態(tài)。但上電復(fù)位時，由于是重新供電，RAM在斷電時的數(shù)據(jù)丟失。復(fù)位以后AT89C51單片機的初始復(fù)位狀態(tài)如表34所示。表34 AT89C51單片機的復(fù)位狀態(tài)專用寄存器復(fù)位狀態(tài)專用寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTMODOOHACCOOHTCONOOHBOOHTH0OOHPSWOOHTL0OOHSP07HTH1OOHDPTR0000HTL1OOHP0~P30FFHSCONOOHIPXXX0 0000BSBUFXXXXXXXBIE0XX0 0000BPCON0XXX 0000B通常單片機的復(fù)位操作有上電復(fù)位、信號復(fù)位、運行監(jiān)視復(fù)位。本系統(tǒng)結(jié)合實際需要采用上電復(fù)位，并且添加手動復(fù)位，設(shè)計出上電復(fù)位與開關(guān)復(fù)位組合電路。此電路既能實現(xiàn)單片機上電時的復(fù)位操作，保證單片機上電后立即進入規(guī)定的復(fù)位狀態(tài)，又能實現(xiàn)在家用安保系統(tǒng)做出報警后，以手動復(fù)位使單片機重新進入復(fù)位狀態(tài)。從而使得系統(tǒng)不至于在報警后不能回到初始狀態(tài)，系統(tǒng)功能更加完善。在該組合電路中，干擾容易串入復(fù)位端，影響單片機的復(fù)位可靠性。為了保證復(fù)位電路可靠地工作，并考慮住宅電壓波動大，將RC電路接施密特電路后再接入AT89C51單片機復(fù)位端，設(shè)計的抗干擾上電復(fù)位與開關(guān)復(fù)位電路如圖312所示。 圖312 抗干擾上電復(fù)位與開關(guān)復(fù)位電路 系統(tǒng)監(jiān)視模塊設(shè)計家用安保系統(tǒng)完成對火災(zāi)信號和煤氣泄漏信號的探測、信號轉(zhuǎn)換及控制系統(tǒng)處理后，需通過監(jiān)視電路對報警信號做出聲音報警、現(xiàn)場有毒氣體和煙霧排放及與小區(qū)聯(lián)動等，從而完成整個系統(tǒng)的功能，保障人員和財產(chǎn)的安全。系統(tǒng)監(jiān)視模塊包含8255A接口電路、聲音報警電路、顯示電路、排氣電路及小區(qū)聯(lián)動四部分。 8255A接口電路在本系統(tǒng)中，和AT89C51單片機相連的引腳很多，但AT89C51單片機的接口引腳只有P0、PPP3四組，其中P3口的引腳又具有第二功能，不宜做數(shù)據(jù)輸入輸出口，剩下的只有P0、PP2口。但由ADC0809送來的八位數(shù)據(jù)占用8個端口，溫度顯示需要11個端口，矩陣鍵盤需要7個端口，加上其它輸出控制信號占用的端口，超過P0、PP2口的24個端口。因此，AT89C51單片機的端口不夠用，故在設(shè)計系統(tǒng)中，為了解決這一問題，須擴展單片機的接口。 擴展單片機接口的方法很多，可用的芯片也不少，如8158258255A、8279等。本設(shè)計中選用8255A接口芯片。8255A 是Intel公司生產(chǎn)的一種通用的可編程并行 I/O 接口芯片，又稱 “可編程外設(shè)接口芯片”(PPI，Programmable Peripheral Interface)。它采用NMOS工藝制造，單一+5V電源，40個引腳，雙列直插式封裝。它具有方式0、方式方式2三種工作方式，并且這三種工作方式可以通過軟件編程來設(shè)定和改變。8255A與Intel系列微處理器完全兼容，直接的位清0/置1功能簡化了控制應(yīng)用接口。8255A是應(yīng)用最廣的并行 I/O 接口芯片。8255A 的結(jié)構(gòu)框圖如圖 313 所示，它由以下幾部分組成。(1) 三個數(shù)據(jù)輸入輸出端口A、B、C，每個端口均為8位，可選擇輸入或輸出操作。端口A：一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。端口B：一個8位數(shù)據(jù)輸入/輸出、鎖存/緩沖器和一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C：一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器（輸入無鎖存）。它可分為兩個4位端口使用，或用作與A口和B口配合的控制或狀態(tài)口，依工作方式而定。圖 313 8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖(2) A組控制和B組控制這兩組控制部件接受讀／寫控制邏輯來的命令，接收數(shù)據(jù)總線上的控制字，然后向相應(yīng)的端口發(fā)出命令，以控制其動作。A組控制部件控制A口及C口高4位。B組控制部件控制B口及C口低4位。(3) 數(shù)據(jù)總線緩沖器該緩沖器為雙向三態(tài)的8位數(shù)據(jù)緩沖器，它是8255與CPU系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線之間的接口，所有的輸入、輸出數(shù)據(jù)，以及CPU發(fā)出的控制字和從8255A讀回的狀態(tài)信息都通過它來傳送。(4)讀/寫控制邏輯接收CPU發(fā)出的地址A1，A0及控制（RD 、WR、ESET）和片選（CS）信號，產(chǎn)生給A組、B組的控制信號，以完成對數(shù)據(jù)、狀態(tài)及控制信息的傳送。8255A芯片的引腳如圖314所示。圖314 8255A的引腳圖面向系統(tǒng)總線的信號線有：D0～D7：雙向數(shù)據(jù)線。CPU通過它向8255A發(fā) 送命令、數(shù)據(jù)；8255A通過它向CPU回送狀態(tài)、數(shù)據(jù)。片選信號線:低電平有效，由系統(tǒng)地址總線經(jīng)I/O地址譯碼器產(chǎn)生。CPU通過發(fā)高位端口地址信號使它變成低電平時，才能對8255A進行讀寫操作。讀信號線：該信號低電平有效，CPU通過執(zhí)行IN指令，發(fā)出信號將數(shù)據(jù)或狀態(tài)信號從8255A讀至CPU。寫信號線：該信號低電平有效，CPU通過執(zhí)行OUT指令，發(fā)寫信號將命令代碼或數(shù)據(jù)寫入8255A。RESET：復(fù)位信號線，高電平有效，當(dāng)RESET信號來到時，所有內(nèi)部寄存器都被清除，同時3個數(shù)據(jù)端口被自動置為輸入端口。A1，A0：芯片內(nèi)部端口地址信號線，與系統(tǒng)地址 總線低位相連。該信號用來尋址8255A內(nèi)部寄存器。兩位 地址，可形成片內(nèi)四個端口地址。面向I／O設(shè)備的信號線有：PA0～PA7：端口A的輸入輸出線；PB0～PB7：端口B的輸入輸出線；PC0～PC7：端口C的輸入輸出線；這24根信號線均可用來連接I／O設(shè)備，通過它們可以傳送數(shù)字量信息或開關(guān)量信息。VCC：+5V電源。GND：地線。8255A有兩個8位控制字：方式選擇控制字和C口按位置位／復(fù)位控制字。這兩個控制字共用一個端口地址，即控制字寄存器。為了區(qū)別這兩個控制字，規(guī)定了D7位為特征位，當(dāng)D7=1時，則是方式選擇控制字；當(dāng)D7=0時，則是C口按位置位／復(fù)位控制字。8255A的工作方式選擇控制字是用來設(shè)定通道的工作方式及數(shù)據(jù)傳送方向的，其格式如圖315所示。從控制字格式可知：圖315 8255A方式選擇控制字本系統(tǒng)中使用AT89C51單片機的P0口作為8255A的8位數(shù)據(jù)輸入口，、。在8255A的輸出口中，共使用了19個口。其中PA口作為LED顯示器的數(shù)據(jù)輸出口；PB(0~3)四個口作為LED顯示器的選通控制口；PC口7位數(shù)據(jù)口鍵盤值的輸入口。 聲音報警電路當(dāng)系統(tǒng)判斷有火災(zāi)或煤氣泄漏后，輸入給報警電路，進而揚聲器發(fā)出聲音報警。本系統(tǒng)設(shè)計的報警電路采用單頻音報警，實現(xiàn)單頻音報警的接口電路比較簡單，其發(fā)音元件采用壓電蜂鳴器，當(dāng)在蜂鳴器兩引腳上加3～15V直流工作電壓，就能產(chǎn)生3kHZ左右的蜂鳴振蕩音響。壓電式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡單、耗電少，更適于在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用。壓電式蜂鳴器，約需10mA的驅(qū)動電流，設(shè)計的聲音報警電路如圖316所示。在圖316中，“1”時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的通電而發(fā)音，“0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)音。圖316 聲音報警電路 鍵盤電路一個系統(tǒng)中，鍵盤是不可缺少的部分，它是系統(tǒng)的輸入設(shè)備，是人機對話不可缺少的方式之一，用于設(shè)置系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)值。鍵盤是本系統(tǒng)的輸入設(shè)備，用于設(shè)置溫度上限報警和室內(nèi)煤氣濃度報警等級。實際應(yīng)用中，有單按鍵組成的鍵盤和矩陣按鍵組成的鍵盤，它們各有優(yōu)缺點，單按鍵電路簡單，但不便于人們使用，而矩陣按鍵比較直觀易懂，特別適合民用。因此，本系統(tǒng)設(shè)計的鍵盤采用34矩陣鍵盤，它有12個按鍵，分別是0、*、。數(shù)字鍵用于設(shè)定溫度上限報警值和煤氣濃度報警等級，*和鍵分別為溫度和煤氣濃度等級設(shè)定選擇鍵，當(dāng)按下*時，即可輸入溫度的上限報警值；當(dāng)按下時，即可設(shè)定煤氣濃度的報警等級。求鍵值的方法采用逐行和逐列掃描的方法，設(shè)計的鍵盤電路如圖317所示。圖317 鍵盤電路 顯示電路顯示電路，可以對系統(tǒng)所采集的溫度進行顯示，以便住宅內(nèi)的人員可以查看發(fā)生火災(zāi)時的室內(nèi)溫度，而當(dāng)鍵盤設(shè)定溫度上限報警值或煤氣泄露等級報警值時，數(shù)碼管顯示當(dāng)前的設(shè)定值。另外，該溫度顯示電路也可做家用溫度計使用，一舉兩得。顯示電路作為單片機系統(tǒng)中最簡單的輸出設(shè)備，用以顯示單片機系統(tǒng)的運行結(jié)果與運行狀態(tài)等。常用的顯示器主要有LED數(shù)碼顯示器、LCD液晶顯示器和CRT顯示器。在本系統(tǒng)中，選用LED數(shù)碼顯示器顯示數(shù)字或符號。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長的特點，因此使用非常廣泛。本顯示電路較為簡單，采用 3位8段LED顯示器，并與三個9012三極管連接來實現(xiàn)溫度顯示，第一位是十位、第二位是個位、第三位是十分位。8段LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管。單片機系統(tǒng)中通常使用8段LED數(shù)碼顯示器，其外形及引腳如圖318所示，由圖可見8段LED顯示器由8個發(fā)光二極管組成。其中7個長條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個圓點形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字，包括A~F在內(nèi)的部分英文字母和小數(shù)點“．”等字樣。圖318 8段LED數(shù)碼顯示器引腳圖 LED顯示器有兩種不同的形式：一種是8個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱為共陽極LED顯示器；另一種是8個發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱為共陰極LED顯示器。共陰和共陽結(jié)構(gòu)的LED顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的，當(dāng)二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合從而顯示各種字符。 本顯示電路采用動態(tài)共陽極連接方式顯示，動態(tài)顯示要求使用11個I/O口，8段LED顯示器通過限流電阻與單片機連接，顯示方法是當(dāng)顯示第一位時，先把3位LED顯示器選通口截止，之后把要顯示的8位數(shù)據(jù)送到LED顯示器的公用數(shù)據(jù)口，再通過軟件選通第一位LED顯示器顯示。其余LED顯示器顯示方法同上。其電路如圖319所示。圖319 顯示電路 排氣電路排氣電路的作用是當(dāng)室內(nèi)有煤氣泄露時，啟動排氣扇排氣，降低室內(nèi)的氣體濃度。設(shè)計排氣電路時，由于排氣扇的工作電壓是220V，而系統(tǒng)的工作電壓是5V，如果用系統(tǒng)直接控制排氣扇工作不切實際。因此，必須設(shè)計轉(zhuǎn)換電路來實現(xiàn)排氣扇的工作。根據(jù)實際設(shè)計情況，系統(tǒng)使用繼電器控制排氣扇的開啟和關(guān)閉，設(shè)計電路如圖320所示。圖320 排氣電路 小區(qū)聯(lián)動在安保系統(tǒng)中，需要報警控制器與小區(qū)之間進行通信，從而將災(zāi)情信息告知小區(qū)終端。、可以實現(xiàn)雙機通信，如圖321所示。 TXDAT89C51 RXDRXD小區(qū)TXD 圖321 雙機通信以上是本系統(tǒng)中硬件模塊的設(shè)計，具體設(shè)計電路原理總圖見附錄A。第四章 家用安保系統(tǒng)軟件設(shè)計對于一個完整的系統(tǒng)而言，不僅包括硬件電路，還包括相應(yīng)的軟件。僅有硬件電路系統(tǒng)是不可以可靠工作的，必須具有相應(yīng)的軟件支持。因此，軟件設(shè)計的好壞關(guān)系到整個系統(tǒng)的性能，下面將介紹各個子程序的設(shè)計。