【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 調(diào)整，時(shí)鐘操作可通過AM/PM 指示決定采用24 或12 小時(shí)格式。DS1302 與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三個(gè)口線： RES （復(fù)位）、I/O（數(shù)據(jù)線） 、SCLK（串行時(shí)鐘）。時(shí)鐘/RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31 個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。DS1302 工作時(shí)功耗很低保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW。DS1302 是由DS1202 改進(jìn)而來，增加了以下的特性：雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)，Vcc1 為可編程涓流充電電源，附加七個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器。它廣泛應(yīng)用于電話、傳真、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。 存儲(chǔ)芯片的選擇系統(tǒng)主機(jī)對(duì)火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間、地方以及火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器等的相關(guān)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，因此火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)要具有存儲(chǔ)功能。考慮到需要存儲(chǔ)的信息量不多，本系統(tǒng)選用AT24C16。AT24C16是16K位的非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器，具有非易失性，并且可以象RAM一樣快速讀寫數(shù)據(jù)。在掉電狀態(tài)下，數(shù)據(jù)可以保存10年。比EEPROM或其他非易失性存儲(chǔ)器可靠性更高，系統(tǒng)更簡(jiǎn)單。與EEPROM不同，AT24C16以總線速度進(jìn)行寫操作，沒有任何延時(shí)。數(shù)據(jù)送到AT24C16 直接寫到具體的單元地址,下一個(gè)操作可以立即執(zhí)行。接口方式為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)二線制造串行接口，這種方式占用單片機(jī)腳位少，占用線路板空間小，節(jié)省系統(tǒng)資源。 鍵盤、顯示模塊的選擇[14]用戶與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行交互時(shí)，主要是通過顯示屏顯示輸出和鍵盤手動(dòng)輸入完成的。顯示單元是人機(jī)交互的窗口，是傳遞儀表工作狀態(tài)和檢測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵性設(shè)備，通常的顯示器件有液晶顯示器（LCD）和數(shù)碼管顯示器（LED）。其中數(shù)碼管僅能顯示有限的幾位數(shù)字或字母且占用系統(tǒng)管腳資源較多。由于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)要求顯示系統(tǒng)時(shí)間、火警、故障等信息，信息較多。因此，本系統(tǒng)采用點(diǎn)陣式大屏幕液晶顯示屏，全中文提示。本系統(tǒng)采用HS12864點(diǎn)陣式液晶屏，全中文顯示綜合功能信息，操作直觀方便。鍵盤電路的結(jié)構(gòu)可以分為獨(dú)立式按鍵和矩陣式鍵盤兩種方式。獨(dú)立式按鍵就是各按鍵間相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各占用一根I/O 口線，各口線間的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他口線上的工作狀態(tài)?？赏ㄟ^檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)來判斷哪個(gè)按鍵被按下了。獨(dú)立式按鍵電路靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但占用單片機(jī)I/O口數(shù)量較多，浪費(fèi)大，適用于按鍵較少的系統(tǒng)中。矩陣式鍵盤是一種適合按鍵數(shù)量較多的系統(tǒng)中，它是由行線和列線組成的，又稱行列式鍵盤。按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上，這種結(jié)構(gòu)，節(jié)省I/O口線。矩陣式鍵盤的工作原理：行線是通過上拉電阻接到＋5V 上。當(dāng)無按鍵時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。即列線電平為低電平，則行線電平為低；列線電平為高電平，則行線電平為高。本系統(tǒng)鍵盤采用矩陣式鍵盤，也就是行列式鍵盤，由行線和列線組成。采用這種結(jié)構(gòu)主要是考慮到I/O 口線的節(jié)省，在能節(jié)省口線的同時(shí)又能滿足系統(tǒng)對(duì)鍵盤的要求。 本章小結(jié) 本章首先介紹了系統(tǒng)方案的總體要求，然后又介紹了系統(tǒng)方案的構(gòu)想，最后介紹了器件的選用，確定了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 22 所示。圖22 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3 電路的硬件設(shè)計(jì)根據(jù)上一章所選的系統(tǒng)方案構(gòu)想，下面進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路的具體設(shè)計(jì)，由圖22所示，系統(tǒng)由主控機(jī)和系統(tǒng)子機(jī)兩部分組成。其中主控機(jī)由時(shí)鐘模塊、鍵盤顯示模塊、無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、聲光報(bào)警模塊及電源模塊等部分組成；系統(tǒng)子機(jī)由溫度傳感器，煙霧傳感器、無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊等組成。系統(tǒng)總體工作原理是由數(shù)字溫度傳感器和離子煙霧傳感器把監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳到系統(tǒng)子機(jī)CPU，處理后通過無線收發(fā)電路向主控機(jī)發(fā)送信號(hào)，接收端收到信號(hào)經(jīng)主控機(jī)CPU處理后，進(jìn)行分析和判斷后，把結(jié)果通過LCD液晶屏顯示出來，并把相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，若有火災(zāi)，則進(jìn)行相關(guān)報(bào)警操作。 火災(zāi)報(bào)警主控制器硬件設(shè)計(jì) 火災(zāi)報(bào)警控制器是以 AT89S52 芯片為核心；以HS12864點(diǎn)陣式液晶屏進(jìn)行顯示；同時(shí)還具有人工干預(yù)單片機(jī)主要手段的鍵盤；進(jìn)行信息傳遞的無心線通信模塊；存儲(chǔ)火災(zāi)信息的存儲(chǔ)器；為整個(gè)主控機(jī)進(jìn)行供電的電源模塊等。整個(gè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器是一個(gè)復(fù)雜的單片機(jī)控制系統(tǒng)，單片機(jī)是其核心部件。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警主控制器接收系統(tǒng)子機(jī)從探測(cè)器轉(zhuǎn)發(fā)過來關(guān)于火災(zāi)、故障等報(bào)警信號(hào)，并對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理后向用戶發(fā)出聲、光等報(bào)警信息；所有操作指示、包括火災(zāi)警、故障等系統(tǒng)反饋信息都在系統(tǒng)提供的液晶屏上顯示，讓用戶操作更簡(jiǎn)單、靈活、方便、圖像信息更直觀。本系統(tǒng)還具有時(shí)鐘電路，為系統(tǒng)提供日期及時(shí)間，時(shí)間以直觀方式顯示在液晶屏上，且為液晶待機(jī)時(shí)主界面。以上這些硬件模塊電路設(shè)計(jì)主要本著抗干能力強(qiáng)，傳遞信息準(zhǔn)確、可靠，硬件電路簡(jiǎn)潔、成本較少為基本原則。 AT89S52 單片機(jī)簡(jiǎn)述[15，16]AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。指令系統(tǒng)與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。AT89S52 管腳定義如圖31。圖31 AT89S52 管腳定義P0 口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏 輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0不具有內(nèi)部上拉電阻。 在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì)P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。此外，（）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（）。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號(hào)第二功能： T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用）P2 口：P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) AT89S52引腳圖 PLCC封裝4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì)P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR） 時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3 口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì)P3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。端口引腳 第二功能： RXD(串行輸入口) TXD(串行輸出口) INTO(外中斷0) INT1(外中斷1) TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0) T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1) 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)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號(hào)。EA/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。AT89S52 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路連接方式如圖32。圖32 AT89S52 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路連接圖 火災(zāi)報(bào)警主控制器時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)提供存儲(chǔ)火災(zāi)報(bào)警發(fā)生時(shí)間及時(shí)間顯示功能所需的時(shí)鐘基準(zhǔn)。本系統(tǒng)采用高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯DS1302。該芯片采用SPI三線接口與CPU 進(jìn)行同步通信，該芯片可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。DS1302 內(nèi)部有一個(gè)318 的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM 寄存器?？蔀榈綦姳Ｗo(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。 晶振。DS1302 芯片的特點(diǎn)：(1) Vcc1 為后備電源，Vcc2 為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行；(2)31*8 位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)RAM；(3)工作電壓： V～；(4)單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送兩種讀/寫時(shí)鐘或RAM 數(shù)據(jù)；(5)時(shí)芯片可以采用8 腳DIP 或8 腳SOIC 封裝；(6)適用溫度范圍：—40oC～+85oC。DS1302 與AT89S52 應(yīng)用連接電路如圖33。圖33 DS1302 與AT89S52連接電路 火災(zāi)報(bào)警主控制器存儲(chǔ)電路[18]系統(tǒng)主機(jī)對(duì)火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間、地方以及火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器等的相關(guān)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，因此火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)要具有存儲(chǔ)功能。本系統(tǒng)選用AT24C16。芯片AT24C16 的特點(diǎn)如下：(1) AT24C16 是串行、非易失的EEPROM 存儲(chǔ)器，低壓和標(biāo)準(zhǔn)電壓工作(Vcc=—)，2048x8（4k）存儲(chǔ)空間，斯密特觸發(fā)，噪聲抑制濾波輸入，內(nèi)部有64 頁，允許局部頁寫操作； (2) 采用8 引腳封裝，具有結(jié)構(gòu)緊湊、存儲(chǔ)容量大等特點(diǎn)，可以在2線總線上并接多片芯片，在使用時(shí)只需通過不同的地址對(duì)芯片進(jìn)行訪問；(3) AT24C16 采用的是I2C總線[19]。I2C總線最主要的優(yōu)點(diǎn)是其簡(jiǎn)單性和有效性。AT24C16 與AT89S52 連接電路圖34。圖34 AT24C16 與AT89S52 連接電路 火災(zāi)報(bào)警主控制器無線通信電路[24]火災(zāi)報(bào)警主控制器與系統(tǒng)子機(jī)之間靠無線通信芯片來實(shí)現(xiàn)信息交互，本系統(tǒng)選用nRF401。nRF401芯片的簡(jiǎn)介：射頻收發(fā)芯片nRF401工作在433MHz國(guó)際通用的ISM頻段；FSK調(diào)制和解調(diào)，抗干擾能力強(qiáng)；采用PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；靈敏度高達(dá)105dBm，最大發(fā)射功率達(dá)到+10dBm；數(shù)據(jù)速率可達(dá)20Kbit/S；可方便地嵌入測(cè)量和控制系統(tǒng)中。nRF401具有兩個(gè)信號(hào)通道，適合需要多信道工作的特殊場(chǎng)合；可直接與微控制器接口；低工作電壓（—），功耗低，發(fā)射時(shí)電源電流8mA，接收時(shí)電源電流250μA，接收待機(jī)狀態(tài)僅為8μA；僅需外接一個(gè)晶體和幾個(gè)阻容、電感元件，即可構(gòu)成一個(gè)完整的射頻收發(fā)器。nRF401采用20腳SSOIC封裝，內(nèi)部電路可分為發(fā)射電路、接收電路、模式和低功耗控制邏輯電路幾部分。發(fā)射電路包含有：射頻功率放大器，鎖相環(huán)（PLL），壓控振蕩器（VCO），頻率合成器等電路?；鶞?zhǔn)振蕩器采用外接晶體振蕩器產(chǎn)生電路所需的基準(zhǔn)頻率。本機(jī)振蕩用鎖相環(huán)（PLL）方式，由在DDS基礎(chǔ)上的頻率合成器、外接的無源回路濾波器和壓控振蕩器組成。壓控振蕩器由片內(nèi)的振蕩電路和外接的電感組成。要發(fā)射的數(shù)據(jù)通過DIN端（第9腳）輸入。接收電路包含有：低噪聲放大器、混頻器、FSK解調(diào)器、濾波器等電路。接收電路中，低噪聲放大器放大輸入的射頻信號(hào)，接收靈敏度105dBm。混頻器采用Ⅰ級(jí)混頻結(jié)構(gòu)，混頻器的輸出信號(hào)經(jīng)中頻濾波器濾波后送入FSK解調(diào)器解調(diào)，解調(diào)后的數(shù)字信號(hào)在DOUT端（第10腳）輸出。9腳DIN輸入數(shù)字信號(hào)和10腳DOUT輸出數(shù)字信號(hào)均為標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平信號(hào)，需要發(fā)射的數(shù)字信號(hào)通過DIN輸入，解調(diào)出來的信號(hào)經(jīng)過DOUT輸出；12腳通道選擇：CS=“0”為通道（,MHz），CS=“1”為通道2（）；18腳電源開關(guān)；PWR—UP=“0”為待機(jī)模式；19腳發(fā)射允許：TXEN=“1”為發(fā)射模式；TXEN=“0”為接收模式。nRF401內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖35，引腳圖36。圖35 nRF401內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖36 nRF401引腳圖nRF401電路如圖37所示。1腳和20腳之間連接的是震蕩電路，采用4MHz的晶震；9腳是數(shù)據(jù)的輸入引腳，10腳是