【文章內(nèi)容簡介】 機(jī)電儀一體化；面向控制，能針對(duì)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(jià)格比；抗干擾能力強(qiáng)，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(jī)種無法比擬的；可以方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，使整個(gè)控制系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。單片機(jī)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(jī)床，溫度控制，可編程順序控制，電機(jī)控制，工業(yè)機(jī)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(yùn)行控制；④辦公自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備圖形終端機(jī)，傳真機(jī)，復(fù)印機(jī)，繪圖儀，磁盤/磁帶機(jī)，智能終端機(jī)；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(diǎn)火控制，變速控制，防滑車控制，排氣控制，最佳燃料控制，計(jì)費(fèi)器，交通控制；⑦商用產(chǎn)品自動(dòng)售貨機(jī)，電子收款機(jī)，電子秤，銀行統(tǒng)計(jì)機(jī)；⑧家用電器微波爐，電視機(jī)，錄像機(jī)，音響設(shè)備，游戲機(jī)。AT89C51的特點(diǎn)：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(jī)，與MCS51單片機(jī)兼容，其功能特點(diǎn)為：4K字節(jié)閃爍存儲(chǔ)器(FLASH)，可進(jìn)行1000次寫、擦除操作。靜態(tài)操作，外接OHZ24MHZ晶振。三層程序存儲(chǔ)器瑣。128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)。32跟可編程輸/輸出線。兩個(gè)6位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。六個(gè)中斷源。一個(gè)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(gè)8位漏級(jí)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(shí)，被定義為高阻輸入。PO能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時(shí)，PO口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，PO輸出原碼，此時(shí)PO外部必須被拉高。圖22 AT89C51引腳排列圖P1口：P1口是一個(gè)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，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(shí)，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(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向1/O口，可接收輸出4個(gè)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(shí)器0外部輸入) T1(記時(shí)器1外部輸入) /WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通) /RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3 報(bào)警器硬件設(shè)計(jì) 電源電路設(shè)計(jì)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(jī)電路設(shè)計(jì)報(bào)警器的主機(jī)采用AT89C51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器及輸入輸出接口電路等計(jì)算機(jī)主要部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)在世界上已經(jīng)有很多大公司能夠生產(chǎn)單片機(jī)，隨著超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，單片機(jī)的功能也日漸強(qiáng)大，運(yùn)算速度日益提高，相繼出現(xiàn)了32位和64位單片機(jī)，但根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的需要和產(chǎn)品的性價(jià)比，本文選用ATMEL公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)AT89C51，構(gòu)成系統(tǒng)的主機(jī)。主機(jī)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(cè)異常情況，以便進(jìn)行報(bào)警處理。圖32 主機(jī)部分原理圖 時(shí)鐘電路 AT89C51內(nèi)部有一個(gè)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(shí)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(shí)鐘電路如圖33所示，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。～12MHz之間選擇，電容值在5～30pF之間選擇，電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。外部方式的時(shí)鐘電路如圖34所示，XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩器。對(duì)外部振蕩信號(hào)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(hào)。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘P1和P2，供單片機(jī)使用。圖33 內(nèi)部方式時(shí)鐘電路圖34 外部方式時(shí)鐘電路 復(fù)位及復(fù)位電路 復(fù)位操作：復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。除PC之外，復(fù)位操作還對(duì)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(hào)及其產(chǎn)生：RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期(即二個(gè)機(jī)器周期)以上。若使用頗率為6MHz的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過4us才能完成復(fù)位操作。整個(gè)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(hào)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖36(a)所示。這佯，只要電源Vcc的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)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(shí)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(shí)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(hào)高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)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(jī)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(gè)都具有去抖動(dòng)的手動(dòng)復(fù)位輸入。IMP812 是美國Maxim公司MAX812的改進(jìn)型替代產(chǎn)品其工作溫度范圍擴(kuò)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(shí)該電路就發(fā)出一個(gè)復(fù)位信號(hào)并在電源已經(jīng)升高到此復(fù)位門限后至少保持這個(gè)信號(hào)140ms。IMP812則具有高電平有效的RESET輸出。復(fù)位比較器已設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)鍵盤有兩種方案：一是采用現(xiàn)有的一些芯片實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描，如8279，CH451，LMC9768等，還有就是用軟件實(shí)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(shí)現(xiàn)具有較強(qiáng)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(shí)現(xiàn)鍵盤的掃描。常見的鍵盤可分為獨(dú)立按鍵式鍵盤和行列掃描式鍵盤。獨(dú)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(jī)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?？紤]到本系統(tǒng)操作簡便，所以采用獨(dú)立式鍵盤。獨(dú)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(shí)，可以相應(yīng)的產(chǎn)生低電平或高電平，但實(shí)際并非如此。鍵盤按鍵一般都采用觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)。當(dāng)按鍵被按下或釋放時(shí)，按鍵觸點(diǎn)的彈性會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象。即當(dāng)按鍵按下時(shí)，觸點(diǎn)不會(huì)迅速可靠地接通，當(dāng)按鍵釋放時(shí)，觸點(diǎn)也不會(huì)立即斷開，而是要經(jīng)過一段時(shí)間的抖動(dòng)才能穩(wěn)定下來，按鍵材料不同，抖動(dòng)時(shí)間也各不相同。按鍵抖動(dòng)