【文章內(nèi)容簡介】 省了成本，提高了系統(tǒng)的性價比，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 6 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 芯片介紹 80C51 介紹 80C51 單片機(jī)屬于 MCS51 系列單片機(jī)，由 Intel 公司開發(fā)，其結(jié)構(gòu)是 8048的延伸，改進(jìn)了 8048 的缺點(diǎn)，增加了如乘（ MUL）、除（ DIV）、減（ SUBB）、比較（ PUSH）、 16 位數(shù)據(jù)指針 、布爾代數(shù)運(yùn)算等指令，以及串行通信能力和 5個中斷源。采用 40 引腳雙列直插式 DIP（ Dual In Line Package），內(nèi)有 128 個 RAM單元及 4K 的 ROM。 80C51 有兩個 16 位定時計數(shù)器，兩個外中斷，兩個定時計數(shù)中斷，及一個串行中斷，并有 4 個 8 位并行輸入口。 80C51 內(nèi)部有時鐘電路，但需要石英晶體和微調(diào)電容外接，本系統(tǒng)中采用 12MHz 的晶振頻率。由于 80C51的系統(tǒng)性能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及時間精度的要求，而且產(chǎn)品產(chǎn)量豐富來源廣，應(yīng)用也很成熟，故采用來作為控制核心。 MCS51 以其典型的結(jié)構(gòu)、完善 的總線、 SFR 的集中管理模式、位操作系統(tǒng)和面向控制功能的豐富的指令系統(tǒng)，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。 MCS51系列的典型芯片是 80C51（ CHMOS 型的 8051）。為此，眾多的廠商都介入了以80C51 為代表的 8 位單片機(jī)的發(fā)展，如 Philips、 Siemens（ Infineon）、 Dallas、ATMEL 等公司，我們把這些公司生產(chǎn)的與 80C51 兼容的單片機(jī)統(tǒng)稱為 80C51系列。特別是在近年來， 80C51 系列又有了許多發(fā)展，推出了一些新產(chǎn)品，主要是改善單片機(jī)的控制功能，如內(nèi)部集成了高速 I/O 口、 ADC、 PWM、 WDT 等，以及低電壓、微功耗、電磁兼容、串行擴(kuò)展總線和控制網(wǎng)絡(luò)總線性能等。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 （ a） 管腳圖 (b) 邏輯圖 圖 80C51 管腳圖 單片機(jī)的 40 個引腳大致可分為 4 類：電源、時鐘、控制和 I/O 引腳。 電源 : a. VCC 芯片電源，接 +5V； b. 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， a. ALE/PROG:地址鎖存允許 /片內(nèi) EPROM 編程脈 沖 (1) ALE 功能：用來鎖存 P0 口送出的低 8 位地址 (2) PROG 功能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 b. PSEN:外 ROM 讀選通信號。 c. RST/VPD:復(fù)位 /備用電源。 (1) RST（ Reset）功能：復(fù)位信號輸入端。 (2) VPD 功能：在 Vcc 掉電情況下，接備用電源。 d. EA/Vpp:內(nèi)外 ROM 選擇 /片內(nèi) EPROM 編程電源。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 (1) EA 功能：內(nèi)外 ROM 選擇端。 (2) Vpp 功能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，施加編程電源 Vpp。 I/O 線 : 80C51 共有 4 個 8 位并行 I/O 端口： P0、 P P P3 口，共 32 個引腳。 P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。 74LS138 74LS138 為 3 線 —8 線譯碼器 74LS138 有三個附加的控制端和當(dāng)時輸出為高電平（ S＝ 1），譯碼器處于工作狀態(tài)。否則，譯碼器被禁止，所有的輸出端被封鎖在高電平，如表 所示。這三個控制端也叫做 “片選 ”輸入端，利用片選的作用可以將多篇連接起來以擴(kuò)展譯碼器的功能。 帶控制輸入端的譯 碼器又是一個完整的數(shù)據(jù)分配器。在圖 電路中如果把作為 “數(shù)據(jù) ”輸入端（在同一個時間），而將作為 “地址 ”輸入端，那么從送來的數(shù)據(jù)只能通過所指定的一根輸出線送出去。這就不難理解為什么把叫做地址輸入了。例如當(dāng)＝ 101 時，門的輸入端除了接至輸出端的一個以外全是高電平，因此的數(shù)據(jù)以反碼的形式從輸出，而不會被送到其他任何一個輸出端上。 圖 74LS138 管腳圖 當(dāng)一個選通端（ E1）為高電平，另兩個選通端（ (/E2))和 /(E3)）為低電平時，可將地址端（ A0、 A A2）的二進(jìn)制編 碼在 Y0 至 Y7 對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如： A2A1A0=110 時，則 Y6 輸出端輸出低電平信號。 利用 E E2 和 E3 可級聯(lián)擴(kuò)展成 24 線譯碼器；若外接一個 反相器 還西安工業(yè)大學(xué)北方信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 可級聯(lián)擴(kuò)展成 32 線譯碼器。 若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時， 74LS138 還可作 數(shù)據(jù)分配器 ?？捎迷?8086 的譯碼電路中，擴(kuò)展內(nèi)存。 DAC0832 芯片介紹 DAC0832 是 8 分辨率的 D/A 轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個 DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 D/A 轉(zhuǎn)換 器由 8 位輸入鎖存器、 8 位 DAC 寄存器、 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。 DAC0832 是一個 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器。單電源供電，從 +5V ～ +15V 均可正常工作?；鶞?zhǔn)電壓的范圍為 10V ；電流建立時間為 1 S ； CMOS 工藝，低功耗 20mW 。 DAC0832 轉(zhuǎn)換器芯片為 20 引腳，雙列直插式封裝，其引腳排列如 圖所示 圖 DAC0832 的管腳圖 DAC0832 轉(zhuǎn)換器芯片為 20 引腳，雙列直插式封裝，其引腳排列如圖 所示 。 DAC0832 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如 圖所示。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 DAC0832 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 該轉(zhuǎn)換器由輸入寄存器和 DAC 寄存器構(gòu)成兩級數(shù)據(jù)輸入鎖存。使用時數(shù)據(jù)輸入可以采用兩級鎖存（雙鎖存）形式，或單級鎖存（一級鎖存，一級直通）形式，或直接輸入（兩級直通）形式。此外，由三個與門電路組成寄存器輸出控制邏輯電路，該邏輯電路的功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存控制，當(dāng) =0 時，輸入數(shù)據(jù)被鎖存；當(dāng) =1 時，鎖存器的輸出跟隨輸入的數(shù)據(jù)。 D/A 轉(zhuǎn)換電路是一個 R2R T 型電阻 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn) 8 位數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。對各引腳信號說明如下： a. DI7～ DI0：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入 b. 片選信號（輸入），低電平有效 c. ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號（輸入），高電平有效 d. 第 1 寫信號（輸入），低電平有效 上述兩個信號控制輸入寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式；當(dāng) ILE=1和 =0 時，為輸入寄存器直通方式；當(dāng) ILE=1 和 =1 時，為輸入寄存器鎖存方式。 e. 第 2 寫信號（輸入），低電平有效 1010 f. 數(shù)據(jù) 傳送控制信號（輸入），低電平有效 上述兩個信號控制 DAC 寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式；當(dāng) =0 和=0 時，為 DAC 寄存器直通方式；當(dāng) =1 和 =0 時，為 DAC 寄存器鎖存方式。 g. Iout1：電流輸出 1 h. Iout2：電流輸出 2 DAC 轉(zhuǎn)換器的特性之一是： Iout1+Iout2=常數(shù)。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 i. Rfb—反饋電阻端 元器件介紹 熱釋電紅外傳感器 BISS0001 是紅外傳感信號處理器專用集成電路，是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路 ,它配以熱釋電紅外傳感器和少量外元器件可以構(gòu)成被動式紅 外開關(guān)。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動洗手池等裝置。是一種高技術(shù)產(chǎn)品。已經(jīng)廣泛用于企業(yè)，賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。 圖 2 為 BIS0001 紅外傳感器信號處理器的原理框圖。外界元件由使用者根據(jù)需要選擇。由圖可見 BISS0001 是由運(yùn)算放大器、電壓比較器和狀態(tài)控制器、延遲時間定時器、封鎖時間定時器及參考電壓源等構(gòu)成的數(shù)模混合專用集成電路。可廣泛應(yīng)用于多種傳感器和延時控制器。 各引腳的定義和功能如下： VDD—工作電源正端。范圍為 3~5V。 Vss—工作電源負(fù)端。一般接 0V。 IB—運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端。經(jīng) RB 接 VSS 端， RB 取值為 1M左右。 1IN—第一級運(yùn)放放大器的反相輸入端。 1IN+—第一級運(yùn)放放大器的同相輸入端。 1OUT—第一級運(yùn)算放大器的輸出端。 2IN—第二級運(yùn)算放大器的反相輸出端。 2OUT—第二級運(yùn)算放大器的輸出端。 Vc—觸發(fā)禁止端。當(dāng) Vc＜ VR 時禁止觸發(fā)；當(dāng) VC＞ VR 時允許觸發(fā)。VR≈。 VRF—參考電壓及復(fù)位輸入端。一般接 VDD。接 “0”時可使定時器復(fù)位。 A—可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)控制端。當(dāng) A=“1”時，允許重復(fù)觸發(fā)，當(dāng) A=“0”時，不可重復(fù)觸發(fā)。 Vo —控制信號輸出端。由 Vs 上跳邊沿觸發(fā)使 Vo 從低電平跳變到高電平時為有效觸發(fā)。在輸出延時間 Tx 之外和無 Vs 上跳變時 Vo 為低電平狀態(tài)。 RR1RC1—輸出延遲時間 Tx 的調(diào)節(jié)端。 Tx≈49152R1C1。 RR2RC2—觸發(fā)封銷時間 Ti 的調(diào)節(jié)端。 Tx≈24R2C2。 BISS0001 是一款具有較高性能的傳感信號處理集 成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關(guān)。它能自動快速開啟各西安工業(yè)大學(xué)北方信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。 圖 BISS0001 器件圖 特點(diǎn) a. CMOS 工藝 b. 數(shù)?；旌? c. 具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器 d. 內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾 e. 內(nèi)設(shè)延遲時間定時器和封鎖時間定時器 f. 采用 16 腳 DIP 封裝 (1)BISS0001 管腳如圖 所示 圖 BISS0001 管腳圖 (2)BISS0001 管腳說明如表 所示 表 管腳說明 引腳 名 稱 I/O 功能說明 1 A I 可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。當(dāng) A為“ 1”時，允許重 復(fù)觸發(fā)；西安工業(yè)大學(xué)北方信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 反之，不可重復(fù)觸發(fā) 2 VO O 控制信號輸出端。由 VS 的上跳前沿觸發(fā)，使 Vo 輸出從低電平跳變到高電平時視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時間 Tx之外和無 VS 的上跳變時，Vo 保持低電平狀態(tài)。 3 RR1 輸出延遲時間 Tx的調(diào)節(jié)端 4 RC1 輸出延遲時間 Tx的調(diào)節(jié)端 5 RC2 觸發(fā)封鎖時間 Ti的調(diào)節(jié)端 6 RR2 觸發(fā)封鎖時間 Ti的調(diào)節(jié)端 7 VSS 工作電源負(fù)端 8 VRF I 參考電壓及復(fù)位輸入端。 通常接 VDD，當(dāng)接“ 0”時可使定時器復(fù)位 9 VC I 觸發(fā)禁止端。當(dāng) VcVR 時允許觸發(fā) (VR≈) 10 IB 運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端 11 VDD 工作電源正端 12 2OUT 0 第二級運(yùn)算放大器的輸出端 13 2IN+ I 第二級運(yùn)算放大器的反相輸入端 1