【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 單片機(jī) AT89C51 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除 只讀存儲(chǔ)器 （ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory） 的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱 單 片機(jī) 。并且與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C51 單片機(jī)為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 1. AT89C51 主要特性： ? 與 MCS51 微機(jī)控制系列產(chǎn)品兼容。 ? 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ? 壽命： 1 萬(wàn)次 寫 /擦循環(huán) ? 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 ? 全靜態(tài)工作： 0Hz16MHz ? 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ? 寬工作電壓范圍： Vcc 可為 +～ +6V。 ? 空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲(chǔ)內(nèi)容 2. 管腳說明： AT89C51 的引腳結(jié)構(gòu)圖，有雙列直插封裝 （ DIP） 方式和方形封裝方式。 外形及引腳排列如圖所示 電 源及時(shí)鐘引腳： VCC、 VSS、 XTAL XTAL2。 控制引腳： /PSEN、 ALE/PROG、 /EA/VPP、 RESET（即 RST） 。 I/O 引腳： P0、 P P P3，為 4 個(gè) 8 為 I/O 的外部引腳。 主 控電路的設(shè)計(jì) 圖 21 為分機(jī)主控電路設(shè)計(jì)圖，本設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)作為控制芯片，具體操作功能通過編寫程序來實(shí)現(xiàn) 當(dāng)單元樓梯口訪客通過對(duì)講機(jī)呼叫住戶時(shí)，其發(fā)出的信號(hào)傳給單片機(jī)， AT89C51 單片機(jī)接收到該信號(hào)后就會(huì)在程序控制下的管腳上產(chǎn)生一個(gè)高電平，振鈴工作，發(fā)出聲音，呼基于單片機(jī) AT89C51的樓宇呼叫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 叫住戶。住戶聽到鈴聲后可選擇兩種操作方式：開鎖和語(yǔ)音通話。 “ 開鎖 ” 是單片機(jī)主控電路發(fā)出命令，直接打開單元門，讓訪客進(jìn)來； “ 語(yǔ)音通話 ” 即是給單片機(jī)發(fā)出命令，控制語(yǔ)音電路工作，以實(shí)現(xiàn)住戶與訪客的語(yǔ)音通話。 以上兩種操作，不論住戶進(jìn)行哪種操 作，單片機(jī)在主程序的控制下在管腳上產(chǎn)生一低電平，占線指示燈亮，表明用戶分機(jī)正在工作。 在單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用中，單片機(jī)對(duì)鍵盤的控制方式有程序控制掃描方式、定時(shí)掃描方式和中斷掃描方式三種。本設(shè)計(jì)中案件采用中斷掃描方式，既當(dāng)有按鍵被按下時(shí)，振鈴呼叫用戶，同時(shí)啟動(dòng)分電路工作。 電源電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)電源電路主要為主控電路和語(yǔ)音電路提供穩(wěn)定的電壓，由于單片機(jī)的工作電壓時(shí) +5V，而語(yǔ)音電路的正常工作電壓是 +12V，所以電源電路設(shè)計(jì)采用 LM7805 和 LM7812分別來生成所需電壓。下面先介紹一下這兩種芯片。 LM78 系列集成三端穩(wěn)壓器 78xx 系列集成電路的外形如圖 A 所示，芯片上自帶一孔、散熱片，使用時(shí)應(yīng)用螺釘將其固定在鋁質(zhì)散熱片上，以利散熱。 基于單片機(jī) AT89C51的樓宇呼叫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 圖 1 使 LM78 系列的典型應(yīng)用電路，這個(gè)電路非常簡(jiǎn)單，在電路的輸入和輸出關(guān)系比較明確的情況下，一般在在電路圖中不再標(biāo)明集成塊的引腳序號(hào)。 C1 為輸入電容，一般情況下可省去不接，但當(dāng)集成塊遠(yuǎn)離整流濾波電路時(shí)，應(yīng)接入一只 左右的電容器，其作用是改善紋波和抑制輸入的過電壓。 C2 為輸出電容器，只要接抑制 左右的電容器就可以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，在實(shí)際應(yīng)用 電路中， C2 往往使用大容量的電解電容，目的是使輸出直流電壓更加平滑，但此時(shí)如果集成塊的輸入端出現(xiàn)短路故障，輸入端上的大電容儲(chǔ)存的電荷將通過集成塊內(nèi)部的輸出調(diào)整管得發(fā)射機(jī) — 基極 PN 結(jié)放電，癮大電容釋放的能量較大有可能會(huì)造 成集 成塊的損壞。為解決這一矛盾，可在集成塊的輸入端與輸出端之間反接一只二極管，見圖 23 中的 VD。這個(gè)二極管可在電路出現(xiàn)輸入端短路故障時(shí)為電容 C4 提供放電通路，以保護(hù)集成穩(wěn)壓器。 電源電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用交流 220V 供電，由于在本設(shè)計(jì)中需要 +5V 和 +12V 直流電，所以在電源電路設(shè)計(jì)中需要有兩路電源輸出。電源電路設(shè)計(jì)如圖 23 所示： 220V/50HZ 的交流電進(jìn)入本電路中，首先經(jīng)過變壓器進(jìn)行變壓，由交流 220V 變?yōu)?14V，交流 14V進(jìn)入電橋電路進(jìn)行整流，然后交流電整流為直流電，再進(jìn)行電容的濾波后進(jìn)入 12V 集成三端穩(wěn)壓器7812，生成 +12V 直流電，來滿足語(yǔ)音電路電源的需要，然后送入 5V 集成三端穩(wěn)壓器 7805，生成 +5V直流電，供給單片機(jī)使用。另外本電路還選用了 +12V 蓄電池一塊，它在有 220V 交流電輸入時(shí)不工作或者被充電，在停電時(shí)輸出 +12V 電壓支持本設(shè)計(jì) 的電路繼續(xù)工作一段時(shí)間，圖中 270 歐電阻為電池的充電電阻，它使初始充電電流不至于過大而損壞電池。 開鎖電路的設(shè)計(jì) 開鎖電路完成開啟門鎖的功能，采用繼電器實(shí)現(xiàn)。繼電器有多種分類，下面先介紹一下繼電器在本系統(tǒng)中的應(yīng)用。 繼電器的工作原理 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)，通常應(yīng)用于控制系統(tǒng)中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種 “ 自動(dòng)開關(guān) ” 。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、基于單片機(jī) AT89C51的樓宇呼叫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。 開鎖電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的開鎖電路采用繼電器控制的開關(guān)量輸出電路 ，開關(guān)量輸出電路常?？刂浦鴦?dòng)力設(shè)備的啟停。如果設(shè)備的啟停負(fù)荷不太大，而且啟停操作的響應(yīng)速度也要求不高，則適合于繼電氣隔離的開關(guān)量輸出電路。由于繼電器首先需要一定的電流才能動(dòng)作，所以必須在單片機(jī)的 I/O 口與繼電器線圈之間接 7407 或 75452P 等驅(qū)動(dòng)器，本設(shè)計(jì)采用外接 7407驅(qū)動(dòng)器。 本設(shè)計(jì)所用繼電器是直流電磁式繼電器，圖 24 為本設(shè)計(jì)開鎖電路的原理圖，繼電器的動(dòng)作由單片機(jī) AT89C51 的 端控制，單片機(jī)的輸出口通過驅(qū)動(dòng)器 7407 控制繼電器線圈。當(dāng)單片機(jī)輸出口的輸出為低電平時(shí)，繼電器線圈有電流流過，則繼 電器動(dòng)作；反之，當(dāng)單片機(jī)輸出口輸出高電平時(shí)，繼電器上無(wú)電流流過，開關(guān)恢復(fù)到原始狀態(tài)。繼電器 K 由晶體管 9013 驅(qū)動(dòng)， 9013 可以提供 300mA 的驅(qū)動(dòng)電流，適合于繼電器工作電流小于 300mA的場(chǎng)合。 Vcc 的電壓范圍是 6～ 30V。光 電耦合器使用 TIL117。 TIL117 有較高的電流傳輸比，最小值為 50%。晶體管 9013 的電流放大倍數(shù)大于 50。當(dāng)繼電器線圈工作電流為 300mA時(shí)，光電耦合器需要輸出大于 的電流，其中 9013 基極對(duì)地的電阻分流約 。輸入光電耦合器的輸入電流由 7047 提供，電流約為 20mA。 二極管 D 的作用是保護(hù)晶體管 T。當(dāng)繼電器 K 吸合時(shí)，二極管截止，不影響電路工作。繼電器釋放時(shí)，由于繼電器線圈存在電感，這時(shí)晶體管 T 已經(jīng)截止，所以會(huì)在線圈的兩端產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓。這個(gè)感應(yīng)電壓的極性是上負(fù)下正，正端接在 Tde 集電極上。當(dāng)感應(yīng)電壓與 Vcc 之和大于晶體管 T 的集電極反向耐壓時(shí)，晶體管 T 就有可能損壞。加入二極管 D 之后，繼電器線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流由二極管 D 流過，因此不會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，晶體管 T 得到了保護(hù)。 基于單片機(jī) AT89C51的樓宇呼叫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 鍵盤電路的設(shè)計(jì) 鍵盤是基本的輸入設(shè)備，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、 傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。下面介紹鍵盤的工作原理，鍵盤接口類型及其按鍵識(shí)別方法。 常用鍵盤接口 單片機(jī)常用鍵盤接口分別為獨(dú)立式鍵盤接口，和行列式鍵盤接口。 獨(dú)立式鍵盤接口每個(gè)按鍵各接一根輸入線，通過檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)判斷哪個(gè)按鍵被按下。在按鍵數(shù)目較多時(shí)，獨(dú)立鍵盤電路需用較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。 行列式（也稱矩陣式）鍵盤適用于按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。很明顯，在按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，行列式鍵 盤與獨(dú)立式鍵盤相比，要節(jié)省很多的 I/O 口線。在行列式鍵盤接口電路中，如果內(nèi)部有上拉電阻，則外部電路的上拉電阻可以省去。 一、 鍵盤的工作方式 鍵盤工作方式的選取根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中 CPU 工作的忙閑情況而定，其原則是既要保證能及時(shí)響應(yīng)按鍵操作，又不要過多占用 CPU 的工作時(shí)間。通常鍵盤工作方式有 3 種，即編程掃描、定時(shí)掃描和中斷掃描。 1. 編程掃描方式：只有當(dāng)單片機(jī)空閑時(shí)，才調(diào)用鍵盤掃描子程序，反復(fù)的掃描鍵盤，等待用戶從鍵盤上輸入命令或數(shù)據(jù)，來響應(yīng)鍵盤的輸入請(qǐng)求。 2. 定時(shí)掃描工作方式：每個(gè)一定的時(shí)間對(duì)鍵盤掃描一次。通常利用單片 機(jī)內(nèi)的定時(shí)基于單片機(jī) AT89C51的樓宇呼叫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 器，產(chǎn)生 10ms 的定時(shí)中斷， CPU 響應(yīng)定時(shí)器溢出中斷請(qǐng)求，對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，在有鍵按下時(shí)識(shí)別出該鍵，并執(zhí)行相應(yīng)鍵的處理功能程序。 3. 中斷工作方式：只有在鍵按下時(shí)，才執(zhí)行鍵盤掃描程序并執(zhí)行該按鍵功能程序，如果無(wú)鍵按下，單片機(jī)將不理睬鍵盤。 主機(jī)鍵盤電路的設(shè)計(jì) 鍵盤工作過程如下框圖