【文章內容簡介】 通用型 Altair 8800，售價 375 美元，帶有 1KB 存儲器。這是世界上第一臺微型計算機。 1976 年 intel 公司研制出 MCS48 系列 8 位的單片機，這也是單片機的問世。 Zilog 公司于 1976 年開發(fā)的 Z80 微處理器，廣泛用于微型計算機和工業(yè)自動控制設備。當時， Zilog、 Motorola 和 Intel 在微處理器領域三 足鼎立。 沈陽理工大學學士學位論文 9 20 世紀 80 年代初， Intel 公司在 MCS48 系列單片機的基礎上，推出了 MCS51 系列 8 位高檔單片機。 MCS51 系列單片機無論是片內 RAM 容量， I/O 口功能，系統(tǒng)擴展方面都有了很大的提高。 常用單片機簡介 STC 單片機： STC 公司的單片機主要是基于 8051 內核 ,是新一代增強型單片機 ,指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,速度快 8~12 倍 ,帶 ADC,4 路 PWM,雙串口 ,有全球唯一 ID 號 ,加密性好，抗干擾強 . PIC 單片機：是 MICROCHIP 公司的產品 ,其突出的特點是體積小 ,功耗低 ,精簡指令集 ,抗干擾性好 ,可靠性高 ,有較強的模擬接口 ,代碼保密性好 ,大部分芯片有其兼容的 FLASH程序存儲器的芯片 .EMC 單片機：是臺灣義隆公司的產品 ,有很大一部分與 PIC8 位單片機兼容 ,且相兼容產品的資源相對比 PIC 的多 ,價格便宜 ,有很多系列可選 ,但抗干擾較差。 ATMEL 單片機 (51 單片機 )： ATMEl 公司的 8 位單片機有 AT8 AT90 兩個系列 ,AT89系列是 8位 Flash單片機 ,與 8051系列單片機相兼容 ,靜態(tài)時鐘模式 。AT90系列單片機是增強 RISC 結構、全靜態(tài)工作方式、內載在線可編程 Flash 的 單片機 ,也叫 AVR 單片機。 PHLIPIS51LPC 系列單片機 (51 單片機 )： PHILIPS 公司的單片機是基于 80C51 內核的單片機 ,嵌入了掉電檢測、模擬以及片內 RC 振蕩器等功能 ,這使 51LPC 在高集成度、低成本、低功耗的應用設計中可以滿足多方面的性能要求 .HOLTEK 單片機：臺灣盛揚半導體的單片機 ,價格便宜 ,種類較多 ,但抗干擾較差 ,適用于消費類產品 . TI 公司單片機 (51 單片機 )：德州儀器提供了 TMS370 和 MSP430 兩大系列通用單片機 .TMS370 系列單片機是 8 位 CMOS 單片機 ,具有多種存儲模式、多種 外圍接口模式 ,適用于復雜的實時控制場合 。MSP430 系列單片機是一種超低功耗、功能集成度較高的 16 位低功耗單片機 ,特別適用于要求功耗低的場合 松翰單片機（ SONIX）：是臺灣松翰公司的單片，大多為 8 位機，有一部分與 PIC8位單片機兼容，價格便宜，系統(tǒng)時鐘分頻可選項較多，有 PMWADC 內振內部雜訊濾波。缺點 RAM 空間過小，抗干擾較好。 STC89C51 的基本結構 在這一塊芯片上，集成了一臺微型計算機的主要組成部分，其中包括 CPU、存儲器、可編程 I/O 口、定時器 /計數(shù)器、串行口 和中斷系統(tǒng) 等，各部 分通過內部總線相連。下面介紹幾個主要部分 ： 沈陽理工大學學士學位論文 10 STC89C51 的基本結構如圖 所示 圖 STC89C51 的基本結構 1. 電源引腳 VSS（ 20 腳）：接地， 0V 參考點。 VCC（ 40 腳）：電源，提供掉電、空閑、正常工作 2. 外接晶體引腳 XTAL1（ 19 腳）：接外部晶體的一端，振蕩反向放大器的輸入端和內部時鐘電路輸入端。 XTAL2（ 18 腳）：接外部晶體的另一端，振蕩反向放大器的輸出端。 3. 控制信號或與其它電源復用引腳 控制信號或與其它電源復用引腳 有 RST/VPD 等 4 種形式入、輸出。 4. 輸入 /輸出引腳 (1) P0 口（ ， 3239 腳）：是雙向 8 位三態(tài) I/O 口。可向其寫入 1 使其狀態(tài)為懸浮，用作高阻輸入。 P0 口也可以在訪問外部程序存儲器時作地址的低字節(jié)，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時作數(shù)據(jù)總線，此時通過內部強上拉傳送 1。 振蕩器和時序 OSC 程序存儲器 4 KB ROM 數(shù)據(jù)存儲器 256 B RAM/SFR 定時器 /計數(shù)器 2 16 AT89S51 CPU 64 KB 總線 擴展控制器 可編程 I/O 可編程全 雙工串行口 內中斷 外時鐘源 外部事 件數(shù) 外中斷 控制 并行口 串行通信 沈陽理工大學學士學位論文 11 (2)P1 口（ ， 18 腳）：是帶內部上拉的雙向 I/O 口。向 P1 口寫入 1時， P1 口被內部上拉為高電平，可用作輸入口；當作為輸入腳時，被外部拉低的 P1 口會因為內部上拉而輸出電流。 (3)P2 口（ ， 2128 腳）：是帶內部上拉的雙向 I/O 口。向 P2 口寫入1 時， P2 口被內部上拉為高電平，可用作輸入口。當作為輸入腳時，被外部拉低的 P2口會因為內部上拉而輸出電流。在訪問外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)時分別作為地址高位字節(jié)和 16 位地址，此時通過內部強上拉傳送 1。當使用 8 位尋址方式訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時 ,P2 口發(fā)送 P2 特殊功能寄存器的內容。 (4)P3 口（ ， 1017 腳）：是帶內部上拉的雙向 I/O 口。向 P3 口寫入 1 時， P3 口被內部 上拉為高電平，可用作輸入口。當作為輸入腳時，被外部拉低的P3 口會因為內部上拉而輸出電流。 P3 口腳具有第二功能，表 22 介紹了 P3 口的第二功能。 如表 31 所示： 表 P3口管腳第二功能 管腳 功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（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） STC89C51 單片機的的封裝和引腳 STC89C51系列單片機采用雙列直插式（ DIP） QFP44（ Quad Flat Pack）和 LCC（ Leaded Chip Caiier）形式封裝。這里僅介紹常用的總線型 DIP40 封裝，結構如圖 所示。 沈陽理工大學學士學位論文 12 圖 STC89C51 單片機的的封裝和引腳 部分管腳說明： 電源 :VCC 芯片電源，接 +5V； VSS 接地端； 時鐘 :XTAL XTAL2 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 控制線 :控制線 共有 4 根： （ 1） ALE/PROG:地址鎖存允許 /片內 EPROM 編程脈沖 ALE 功能：用來鎖存 P0 口送出的低 8 位地址 PROG 功能：片內有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 （ 2） PSEN:外 ROM 讀選通信號。 （ 3） RST/VPD:復位 /備用電源。 RST（ Reset）功能：復位信號輸入端。 VPD 功能：在 Vcc 掉電情況下，接備用電源。 （ 4） EA/Vpp:內外 ROM 選擇 /片內 EPROM 編程電源。 EA 功能：內外 ROM 選擇端。 Vpp 功能：片內 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程 期間，施加編程電源 Vpp。 沈陽理工大學學士學位論文 13 傳感器電路設計 傳感器是指能感受規(guī)定的被測量信息，并按照一定的規(guī)律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。它是一種檢測裝置，能將檢測到的信息轉換成為點信號或者其他形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。如今信息時代，隨著電子技術的快速發(fā)展，自動檢測，自動控制技術顯露出非凡的工作能力，而大多數(shù)設備只能處理電信號，也就需要把被測的非電量的信號通過傳感器轉換成電信號。 可見，傳感器是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的初始環(huán)節(jié)。如果沒 有傳感器對原始信息進行精確可靠的捕捉和轉換，就不能實現(xiàn)現(xiàn)代自動檢測和自動控制系統(tǒng)，現(xiàn)代科學技術的發(fā)展也就不能如此迅速。 紅外 傳感器簡介 1 PIR 傳感器簡單介紹 熱釋電紅外線 (PIR)傳感器是 80 年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。 是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，它能組成防入侵報警器或各種自動化節(jié)能裝置。 它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅動各種控制電路，如作電源開關控制、防盜防火報警、自動覽測等。 自 然界中存在的各種物體，如人體、木材、石頭、火焰、冰等都會發(fā)出不同波長的紅外線，利用紅外傳感器可對其進行檢測。根據(jù)工作原理，紅外傳感器分為熱型和量子型兩類，熱型紅外傳感器也稱熱釋電紅外傳感器或被動紅外傳感器。與量子型相比，其頻響速度較慢，靈敏度較低，但響應的紅外線波長范圍較寬，價格便宜，并可在常溫下工作。量子型與熱型的特點相反，而且要求冷卻條件。它是目前在防盜報警、火災檢測、自動門、自動水龍頭、自動電梯、 自動照明。及非接觸溫度測量等領域應用最廣泛的傳感器。其原因為：①被測對象自身發(fā)射紅外線，可不必另設光源； ②大氣對 22． 6lLm、3— 5lLm、 8— 141lm 三個被稱為“大氣窗口”的特定波段的紅外線吸收甚少，可非常容易被檢測；③中、遠紅外線不受可見光影響，可不分晝夜進行檢測。 2 PIR 的原理特性 沈陽理工大學學士學位論文 14 熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為 2*1mm的探測元件。在每個探測器內裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內的場效應管放大后向外輸出 。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大 70 分貝以上，這樣就可以測出 10~20 米范圍內人的行動。 菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學原理，在探測器前方產生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而 強其能量幅度。 人體輻射的紅外線中心波長為 9~10um，而探測元件的波長靈敏度在 ~20um范圍內幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為 7~10um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。一旦人侵入探測區(qū)域內，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同不能抵消，經(jīng)信號處理 而輸出電壓信號。 在該探測技術中，所謂 “被動”是指探測器本身不發(fā)出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量變化來完成探測目的。被動紅外報警器的特點是能夠響應入侵者在所防范區(qū)域內移動時所引起的紅外輻射變化，并能使監(jiān)控報警器產生報警信號，從而完成報警功能。 3 PIR 結構特性及安裝 沈陽理工大學學士學位論文 15 圖 12 PIR 結構 圖 12 是一個雙探測元熱釋電紅外傳感器的結構示意圖。使用時Ｄ端接電源正極，Ｇ端接電源負極，Ｓ端為信號輸出。該傳感器將兩個極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號 在內部相互抵消的原理來使傳感器得到補償。對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號。制造熱釋電紅外探測元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測波長范圍為０．２～２０μｍ。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。這種濾波片除了允許某些波長范圍的紅外輻射通過外，還能將燈光、陽光和其它紅外輻射拒之門外。 當人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅