【文章內(nèi)容簡介】 AM操作時無讀寫信號產(chǎn)生，片外RAM操作時則有讀寫信號(PD, WR)產(chǎn)生。不同的存儲器操作在硬件信號方面的區(qū)別，這些反映在符號指令上則是有著完全不同的符號形式和尋址方式。定時器/、記錄外部脈沖與事件的數(shù)量等，是微機(jī)中最常用、最基本的部件之一。AT89C51單片機(jī)有2個16位的定時器/計(jì)數(shù)器:定時器0 (T0)和定時器1 (TDMO由2個定時寄存器TH0和TL0構(gòu)成，T1由TH1和TL1構(gòu)成，它們都分別映射在特殊功能寄存器中，從而可以通過對特殊功能寄存器中這些寄存器的讀寫來實(shí)現(xiàn)對這兩個定時器的操作。作定時器時，每一個機(jī)器周期定時寄存器自動加1，所以定時器也可看成是計(jì)量機(jī)器周期的計(jì)數(shù)器。由于每個機(jī)器周期為12個時鐘振蕩周期，所以定時的分辨率是時鐘振蕩頻率的1/12。作計(jì)數(shù)器時，只要單片機(jī)外部引腳T0(或T1)，有從1到0電平的負(fù)跳變，計(jì)數(shù)器就自動加1。計(jì)數(shù)的最高頻率一般為振蕩頻率的1/12，例如，選用12MHz晶振，則最高計(jì)數(shù)頻率為1MHz。T0或T1無論用作定時器或計(jì)數(shù)器都有4種工作方式：方式0、方式方式2和方式3。AT89C51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)簡單實(shí)用，其基本特點(diǎn)是：有5個固定的可屏蔽中斷源，3個在片內(nèi)，2個在片外，它們在程序存儲器中各有固定的中斷入口地址，由此進(jìn)入中斷服務(wù)程序五個中斷源有兩級中斷優(yōu)先級，可形成中斷嵌套，2個特殊功能寄存器用于中斷控制和條件設(shè)置的編程。外部中斷有下跳沿引起和低電平引起的選擇。串行中斷有發(fā)送(TI)和接收(RI)的區(qū)別，各個中斷源均有申請中斷的標(biāo)志，其打開與否，受該中斷自身的允許位和全局允許位的控制，并具有對于高優(yōu)先級和低優(yōu)先級的選擇。中斷系統(tǒng)有兩個控制寄存器1E和IP，它們分別用來設(shè)定各個中斷源的打開/關(guān)閉和中斷優(yōu)先級。此外，在TCON中另有4位用于選樣引起外部中斷的條件并作為標(biāo)志位。AT89C51單片機(jī)有4個8位雙向并行I/O端口[11]:P0, P1, P2, P3。每個I/O端口除可作為字節(jié)的外，其各條I/O線也可單獨(dú)地用作線。此外，單片機(jī)內(nèi)還有一個全雙工的串行I/O端口，能用于I/O端口擴(kuò)展或者串行異步通信。并行端口：4個并行端口P0, Pl, P2和P3有著不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功用。P0端口：總線陽端口，雙向，三態(tài)，數(shù)據(jù)地址分時復(fù)用。P1端口：I/O端口，準(zhǔn)雙向靜態(tài)口，輸出的信息有鎖存，輸入有讀引腳和讀鎖存器之分。P2端口：P2端口在片內(nèi)既有上拉電阻，又有切換開關(guān)MUX，所以P2端口在功能上兼有PO端口和P1端口的特點(diǎn)。P3端口：雙功能靜態(tài)I/O口P3端口和P1端口的結(jié)構(gòu)相似，區(qū)別僅在于門端口的各端口線有兩種功能選擇[12]。當(dāng)處于第一功能時，第二輸出功能線為1，此時,內(nèi)部總線信號經(jīng)鎖存器和場效應(yīng)管輸入瀚出，其作用與P1端口作用相同，也是靜態(tài)準(zhǔn)雙向I/O端口。當(dāng)處于第二功能時、鎖存器輸出1，通過第二輸出功能線輸出特定的內(nèi)含信號，在輸入方面，既可以通過緩沖器讀入引腳信號，還可以讀人片內(nèi)的特定第二功能信號以替代輸入功能信號。由于輸出信號鎖存并且輸入瀚出都有雙重功能，故稱P3端口為靜態(tài)雙功能端口AT89C51的端口驅(qū)動能力很弱，一般都需要在單片機(jī)外加上拉電阻，以便可以提供更大的電流。由于P0P3端口己映射成特殊功能寄存器中的P0P3端口寄存器，所以對這些端口寄存器的讀/寫就實(shí)現(xiàn)了信息從相應(yīng)端口的。表 1 P3口的第二功能端口引腳各個功能RXD(串行口輸入端)TXD(串行口輸出端)INT0(外部中斷0請求輸入端,低電平有效)INT1(外部中斷1請求輸入端,低電平有效)T0(定時器/數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖輸入端)T1((定時器/數(shù)器1計(jì)數(shù)脈沖輸入端)WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端,低電平有效)RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端,低電平有效)在雙音多頻智能報(bào)警器的硬件電路中，因系統(tǒng)進(jìn)行了I/O接口的擴(kuò)展，即在AT89C2051的芯片外擴(kuò)展了可編程并行I/O接口，所以單片機(jī)AT89C51的P0口分時用做地址總線或數(shù)據(jù)總線，而P3口則利用了他的第二功能。串行端口：89C51單片機(jī)片內(nèi)有一個串行I/O端口，通過引腳RXD(P3. 0)和TXD()可與外設(shè)電路進(jìn)行全雙工的串行異步通信。(1)串行端口的基本特點(diǎn)：單片機(jī)的串行端口有4種基本工作方式，通過編程設(shè)置，可以使其工作在任一方式，以滿足不同應(yīng)用場合的需要。其中，方式0主要用于外接移位寄存器，以擴(kuò)展單片機(jī)的I/O電路:方式1多用于雙機(jī)之間或與外設(shè)電路的通信:方式2和3除有方式1的功能外，還可用作多機(jī)通信，以構(gòu)成分布式多微機(jī)系統(tǒng)。串行端口有兩個控制寄存器，用來設(shè)置工作方式、發(fā)送或接收的狀態(tài)、特征位、數(shù)據(jù)傳送的波特率(每秒傳送的位數(shù))以及作為中斷標(biāo)志等。串行端口有一個數(shù)據(jù)寄存器SBUF(在特殊功能寄存器中的字節(jié)地址為99H)，該寄存器為發(fā)送和接收所共用。發(fā)送時，只寫不讀。接收時，只讀不寫。在一定條件下，向SBUF寫入數(shù)據(jù)就啟動了發(fā)送過程:讀SBuF就啟動了接收過程。串行通信的波特率可以程控設(shè)定，在不同工作方式中，由時鐘振蕩頻率的分頻值或由定時器T1的定時溢出時間確定，使用十分方便靈活。(2)串行端口的工作方式① 方式0：8位移位寄存器方式。多用于外接移位寄存器以擴(kuò)展1/O端口。② 方式1：10位異步通信方式。其中，1個起始位(0), 8個數(shù)據(jù)位(由低位到高位)和1個停止位(1)。波特率由定時器T1的溢出率和SMOD位的狀態(tài)確定。一條寫SBUF指令就可啟動數(shù)據(jù)發(fā)送過程。在發(fā)送移位時鐘(由波特率確定)的同步下，從TXD先送出起始位，然后是8位數(shù)據(jù)位，最后是停止位。這樣的一幀10位數(shù)據(jù)發(fā)送完后，中斷標(biāo)志TI置位。在允許接收的條件下(只EN=1)，當(dāng)RXD出現(xiàn)由1到0的負(fù)跳變時，即被當(dāng)成是串行發(fā)送來的一幀數(shù)據(jù)的起始位，從而啟動一次接收過程。當(dāng)8位數(shù)據(jù)接收完，并檢測到高電平停止位后，即把接收到的8位數(shù)據(jù)裝入SBUF，置位RI，一幀數(shù)據(jù)的接收過程就完成了。(3)串行端口控制寄存器①串行口控制寄存器SCONSCON的字節(jié)地址是98H，位地址(由低位到高位)分別是98H9FH。SCON的格式如圖6所示：圖6 串行口控制寄存器SCONSM0 SM1：串行口工作方式控制位。00方式0；01方式1；10方式2；11方式3。SM2: 僅用于方式2和方式3的多機(jī)通信控制位。REN: 0禁止接收。1允許接收。TB8: 在方式2和3中，TB8是發(fā)送機(jī)要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。RB8: 在方式2和3中，RB8是接收機(jī)接收到的第9位數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)正好來自發(fā)送機(jī)的TB8。② 電源控制寄存器PCONPCON的字節(jié)地址為87H，無位地址，PCON 的格式如圖7所示。圖中，SMOD為波特率加倍位，在計(jì)算串行方式1, 2, 3的波特率時：0，不加倍；1，加倍。GFI, GFO為通用的由用戶安排的標(biāo)志位。PD為掉電方式控制位。IDL為凍結(jié)方式控制位。圖7 電源控制寄存器SCON(1)時鐘電路89C2051單片機(jī)的時鐘信號通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳XTALI和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路框圖如圖8，9所示。圖8 內(nèi)部振蕩方式 圖9 外部振蕩方式圖8中，電容器起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在530pF。晶振頻率的典型值為12MHz，采用24MHz和6MHz的情況也比較多。這種方式適宜用來使單片機(jī)的時鐘與外部信號保持同步。外部振蕩方式的外部電路如圖9所示。由圖可見，外部振蕩信號由XTAL2引入，XTALl接地。為了提高輸入電路的驅(qū)動能力，通常也可使外部信號經(jīng)過一個帶有上拉電阻的TTL反相門后接入XTAL2。(2)復(fù)位電路當(dāng)89C51單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱RESE勸出現(xiàn)2個機(jī)器周期以上的高電平時，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位電路如圖10所示。圖中，電容C1和電阻R1對電源+5v來說構(gòu)成微分電路。圖10 單片機(jī)的復(fù)位電路(a) 上電復(fù)位電路 (b) 上電或開關(guān)復(fù)位電路上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。常用的上電或開關(guān)復(fù)位電路如圖10(b)所示。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RST持續(xù)一段時間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時，拉下復(fù)位鍵K后松開，也能使RST為一段時間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。 紅外對射檢測電路設(shè)計(jì)紅外對射工作原理：紅外對射有發(fā)射極和接受極兩個部分組成，發(fā)射端發(fā)出多束的人視覺不可見的光線，接收端收到發(fā)射端發(fā)射的光束，紅外對射本身進(jìn)入防衛(wèi)狀態(tài)，只有當(dāng)報(bào)警主機(jī)同時進(jìn)入布防狀態(tài)時，紅外對射感應(yīng)到有入侵物時，報(bào)警主機(jī)才會發(fā)出報(bào)警[13]。當(dāng)紅外對射防衛(wèi)光束被完全遮斷超過40ms時，接收端的蜂鳴器會產(chǎn)生現(xiàn)場提示音，報(bào)警信號輸出電路立即向主機(jī)發(fā)出無線/有線報(bào)警信號。如果有飛禽（如小鳥、鴿子）飛過被保護(hù)區(qū)域，由于其體積小于被保護(hù)區(qū)域，僅能遮擋一條紅外射線，則發(fā)射端認(rèn)為正常，不向報(bào)警主機(jī)報(bào)警。紅外線具有隱蔽性，在露天防護(hù)的地方設(shè)計(jì)一束紅外線可以方便地檢測到是否有人出入。此類裝置設(shè)計(jì)的要點(diǎn)：其一是能有效判斷是否有人員進(jìn)入；其二是盡可能大地增加防護(hù)范圍。當(dāng)然，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性也是追求的重要指標(biāo)。至于報(bào)警可采用聲光信號。此類設(shè)計(jì)的要點(diǎn)在于紅外線信號的發(fā)射與接收部分，由于目在市場上常用的紅外線發(fā)射器件和接收器件都具有頻率選擇性，因此要想得到較好的傳輸距離和穩(wěn)定的性能，必須將驅(qū)動紅外線發(fā)射管工作的振蕩電路頻率調(diào)整在紅外發(fā)射器件的工作頻率附近，現(xiàn)大部分產(chǎn)品的頻率為38KHz，我們在設(shè)計(jì)該電路時，也是讓其555電路組成的振蕩器工作在38KHz附近。至于接收電路，作為報(bào)警工作的話，沒有像紅外線通訊那樣要精確地還原出發(fā)射端發(fā)射的每一個數(shù)據(jù)，因此相對來說，要求可以放寬一些，設(shè)計(jì)時可以通過低通濾波，加倍壓整流等措施，將發(fā)射的紅外線信號轉(zhuǎn)變成用于控制的直流控制電壓，可以理解為：當(dāng)有紅外線信號收到時輸出一個高電平信號，如果有人阻斷了紅外線信號，輸出一個低電平信號，后續(xù)電路通過這個低電平信號啟動報(bào)警[14]。從實(shí)際的效果來看，報(bào)警信號必帶有鎖存功能，即當(dāng)有人進(jìn)入設(shè)防區(qū)域后報(bào)警信號就被鎖住即使人離開，報(bào)警也將繼續(xù)，直到人為的按動復(fù)位鍵才停止報(bào)警。特點(diǎn) ： （1）無形的防衛(wèi)方式：打破傳統(tǒng)的防盜方式，使入侵者在不知不覺中觸警。 （2）完備的防衛(wèi)能力：入侵者無法以快速跳躍、低姿匍伏或其他動作通過隱形防盜網(wǎng)防衛(wèi)射束網(wǎng)的防范。 （3）良好的抗干擾特性：當(dāng)昆蟲或小動物等通過防盜網(wǎng)時，由于不能完全遮斷防衛(wèi)射束，所以不會產(chǎn)生誤報(bào)警。 （4）嚴(yán)密的防破壞能力：當(dāng)隱形防盜網(wǎng)接收端電源線或信號線被剪斷時，報(bào)警信號輸出電路將自動輸出無線報(bào)警信號。 分機(jī)摘機(jī)電路設(shè)計(jì) 圖11 自動摘掛機(jī)電路如圖11所示。當(dāng)系統(tǒng)檢測到報(bào)警信號時,主控系統(tǒng)使其輸出端之一P ,此時三極管導(dǎo)通,繼電器開始工作,開關(guān)K1閉合,系統(tǒng)自動摘機(jī)。當(dāng)用戶執(zhí)行完命令操作之后(如向外報(bào)警過程完成后) ,主控系統(tǒng)對其判斷后給P ,三極管截止,繼電器斷開,開關(guān)K1斷開,自動掛機(jī)。 DTMF發(fā)碼電路設(shè)計(jì) 采用DTMF信號實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離微機(jī)通信,具有傳輸距離長、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確以及抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn),文中介紹了DTMF信號的收發(fā)芯片MT8870、MT5087的功能及引腳[15],并給出了DTMF信號發(fā)生器芯片MT5087和接收器芯片MT8870與單片機(jī)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用電路。由于雙音多頻DTMF信號具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確等特點(diǎn),因而可廣泛應(yīng)用于通訊、遙控等領(lǐng)域。利用DTMF信號可實(shí)現(xiàn)雙總線的遠(yuǎn)距離微機(jī)通訊,以完成控制或數(shù)據(jù)的傳輸。本文介紹采用DTMF信號發(fā)生芯片MT5087及接收芯片MT8870來實(shí)現(xiàn)與AT89C51單片機(jī)的硬件接口電路,該電路通過軟件編程可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通訊,具有一定的應(yīng)用價(jià)值。DTMF雙音頻編碼/譯碼是利用電力線進(jìn)行信息傳輸?shù)囊环N通信方式。它能方便與各種微處理器、傳感器接口，輸出可驅(qū)動發(fā)光二極管、繼電器、光電耦合器、可控硅等，被廣泛應(yīng)用于家用電器和工業(yè)設(shè)備自動控制、多路報(bào)警系統(tǒng)等領(lǐng)域。CAIMICRO公司生產(chǎn)的TCM508TCM8870分別是面向電力線載波通信而開發(fā)的DTMF專用編碼/譯碼集成電路。本文主要介紹了MT508MT8870芯片的主要特點(diǎn)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能，最后分析了由MT508MT8870組成的DTMF電力載波通信電路。MT 5087芯片介紹MT5087是一種性能優(yōu)異的雙音頻（DTMF）編碼集成電路，它采用CMOS制造工藝，具有工作頻率穩(wěn)定可靠、外圍元件少等性能，其主要特點(diǎn)如下：FSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)；可采用廉價(jià)的電視機(jī)晶振（）產(chǎn)生精確的高、低頻音頻信號；電源電壓范圍寬，~10V；具有鍵盤或電子輸入功能，可預(yù)置8或10個按鍵輸入；帶雙音頻和單音頻功能；有待機(jī)控制功能；輸出信號諧波失真小，滿足KSH70標(biāo)準(zhǔn)；輸入低電平時，禁止產(chǎn)生單音頻信號；帶輔助輸出，可在一個雙極型晶體管和一個CMOS門之間切換；任何頻率偏移都將從輸出端反饋回輸入端，防止產(chǎn)生誤碼。MT5087是雙音多頻電話撥號器,通過該芯片可完成44矩陣編碼。MT5087具有電源工作范圍寬、輸出電平可調(diào)、諧波失真小等特點(diǎn)。其引腳排圖12 MT5087引腳圖各引腳功能如下：VDD、VSS（1,6腳）：電源端；C1～C4（9腳）：內(nèi)部具有下拉電阻的鍵盤比值向輸入端；R1～R4（14～11腳）：內(nèi)部具有上拉電阻的鍵盤橫向輸入端；OSCOSC0（7,8腳）：振蕩器輸入、輸出端；TONE1（15腳）：單音抑制輸入端，為“0”時禁止單音輸出；TONE0（16腳）：雙音頻信號輸出端,此端接內(nèi)部NPN晶體管的發(fā)射極,外加接地電阻可構(gòu)成射極輸出器。