【文章內(nèi)容簡介】 機電儀一體化；面向控制，能針對性地解決從簡單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，因而能獲得更佳的性能價格比；抗干擾能力強，適應(yīng)溫度范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠地工作，這是其他機種無法比擬的；可以方便地實現(xiàn)多機和分布式控制，使整個控制系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。單片機的應(yīng)用范圍十分廣泛，下面僅列舉一些典型的應(yīng)用領(lǐng)域。①工業(yè)控制數(shù)控機床，溫度控制，可編程順序控制，電機控制，工業(yè)機器人，智能傳感器，離散與連續(xù)過程控制；②儀器儀表智能儀器，醫(yī)療器械，液體和氣體色譜儀，數(shù)字示波器；③電訊技術(shù)調(diào)制解調(diào)器，聲象處理，數(shù)字濾波，智能線路運行控制；④辦公自動化和計算機外部設(shè)備圖形終端機，傳真機，復(fù)印機，繪圖儀，磁盤/磁帶機，智能終端機；⑤導(dǎo)航與控制導(dǎo)彈控制，魚雷制導(dǎo)，智能武器裝置，航天導(dǎo)航系統(tǒng)；⑥汽車與節(jié)能點火控制，變速控制，防滑車控制，排氣控制，最佳燃料控制，計費器，交通控制；⑦商用產(chǎn)品自動售貨機，電子收款機，電子秤，銀行統(tǒng)計機；⑧家用電器微波爐，電視機，錄像機，音響設(shè)備，游戲機。AT89C51的特點：AT89C51是ATMEL公司采用CMOS工藝生產(chǎn)的低功耗、高性能8位單片機，與MCS51單片機兼容，其功能特點為：4K字節(jié)閃爍存儲器(FLASH)，可進行1000次寫、擦除操作。靜態(tài)操作，外接OHZ24MHZ晶振。三層程序存儲器瑣。128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)。32跟可編程輸/輸出線。兩個6位定時/計數(shù)器。六個中斷源。一個可編程串口。支持低功耗模式和掉電模式。下面我們介紹一下AT89C51的引腳，AT89C51引腳排列如圖22所示，各引腳的功能如下：VCC：供電電壓。GND：接地。PO口：PO口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫l時，被定義為高阻輸入。PO能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時，PO口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進行校驗時，PO輸出原碼，此時PO外部必須被拉高。圖22 AT89C51引腳排列圖P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向1/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向1/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向1/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，如下為管腳的備選功能: RXD(串行輸入口) TXD(串行輸出口) /INTO(外部中斷0) /INT1(外部中斷1) TO(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)P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3 報警器硬件設(shè)計 電源電路設(shè)計本系統(tǒng)電源電路原理圖如圖31所示，系統(tǒng)的電源采用220V交流供電，電網(wǎng)的220V交流電經(jīng)橋路整流，電容濾波，送入7805和7809的輸入端，最后輸出5V和9V的直流電。圖31 電源原理圖 主機電路設(shè)計報警器的主機采用AT89C51單片機來實現(xiàn)。單片機是將中央處理器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、定時/計數(shù)器及輸入輸出接口電路等計算機主要部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。現(xiàn)在世界上已經(jīng)有很多大公司能夠生產(chǎn)單片機，隨著超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，單片機的功能也日漸強大，運算速度日益提高，相繼出現(xiàn)了32位和64位單片機，但根據(jù)實際系統(tǒng)的需要和產(chǎn)品的性價比，本文選用ATMEL公司生產(chǎn)的8位單片機AT89C51，構(gòu)成系統(tǒng)的主機。主機部分的電路原理圖如圖32所示，它由復(fù)位電路、振蕩電路、蜂鳴器、共陰極7段數(shù)碼管組成。，用以檢測異常情況，以便進行報警處理。圖32 主機部分原理圖 時鐘電路 AT89C51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成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。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖33所示，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路?！?2MHz之間選擇，電容值在5～30pF之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。外部方式的時鐘電路如圖34所示，XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于MHz的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機使用。圖33 內(nèi)部方式時鐘電路圖34 外部方式時鐘電路 復(fù)位及復(fù)位電路 復(fù)位操作：復(fù)位是單片機的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。除PC之外，復(fù)位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表21所示。表21 一些寄存器的復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTCON00HAC00HTL000HPSW00HTL100HSP07HTH000HDPTR0000HTH100HP0~P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H復(fù)位信號及其產(chǎn)生：RST引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期(即二個機器周期)以上。若使用頗率為6MHz的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過4us才能完成復(fù)位操作。整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機器周期的S5P2時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的，其電路如圖36(a)所示。這佯，只要電源Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實現(xiàn)的，其電路如圖36(b)所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實現(xiàn)的，其電路如圖36(c)所示。 圖36(a) 上電復(fù)位 圖36(b) 按鍵電平復(fù)位 圖36(c)按鍵脈沖復(fù)上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于6MHz晶振，能保證復(fù)位信號高電平持續(xù)時間大于2個機器周期。本系統(tǒng)中的復(fù)位電路如圖37所示，利用的是單片機復(fù)位監(jiān)控芯片IMP812。IMP812 是在低功耗微處理器（uP）微控制器（uC）、。每個都具有去抖動的手動復(fù)位輸入。IMP812 是美國Maxim公司MAX812的改進型替代產(chǎn)品其工作溫度范圍擴展為40℃至105℃。只要電源電壓降至預(yù)置的復(fù)位門限以下時該電路就發(fā)出一個復(fù)位信號并在電源已經(jīng)升高到此復(fù)位門限后至少保持這個信號140ms。IMP812則具有高電平有效的RESET輸出。復(fù)位比較器已設(shè)計成可以忽略Vcc電壓的快速瞬變。IMP812的低功耗使之成為便攜式及電池供電設(shè)備的理想選擇。器件具有緊湊的4引腳SOT143封裝僅占用極小的電路板空間。圖37 IMP812的封裝圖 鍵盤電路鍵盤是標(biāo)準(zhǔn)的輸入設(shè)備，實現(xiàn)鍵盤有兩種方案：一是采用現(xiàn)有的一些芯片實現(xiàn)鍵盤掃描，如8279，CH451，LMC9768等，還有就是用軟件實現(xiàn)鍵盤掃描。使用現(xiàn)成的芯片可以節(jié)省CPU的開銷，但增加了成本，而用軟件實現(xiàn)具有較強的靈活性，也只需要很少的CPU開銷，可以節(jié)省開發(fā)成本。本文便使用軟件實現(xiàn)鍵盤的掃描。常見的鍵盤可分為獨立按鍵式鍵盤和行列掃描式鍵盤。獨立按鍵式鍵盤應(yīng)用在需要少量按鍵的情況，按鍵和單片機的I/O口線直接連接。而行列掃描式鍵盤用在按鍵需求較多的情形下。考慮到本系統(tǒng)操作簡便，所以采用獨立式鍵盤。獨立式鍵盤電路如圖38所示。圖38 按鍵電路圖理論上當(dāng)按鍵按下或彈起時，可以相應(yīng)的產(chǎn)生低電平或高電平，但實際并非如此。鍵盤按鍵一般都采用觸點式按鍵開關(guān)。當(dāng)按鍵被按下或釋放時，按鍵觸點的彈性會產(chǎn)生抖動現(xiàn)象。即當(dāng)按鍵按下時，觸點不會迅速可靠地接通，當(dāng)按鍵釋放時，觸點也不會立即斷開，而是要經(jīng)過一段時間的抖動才能穩(wěn)定下來，按鍵材料不同，抖動時間也各不相同。按鍵抖動