【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 省了成本，提高了系統(tǒng)的性價(jià)比，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。 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 6 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 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(gè)中斷源。采用 40 引腳雙列直插式 DIP（ Dual In Line Package），內(nèi)有 128 個(gè) RAM單元及 4K 的 ROM。 80C51 有兩個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器，兩個(gè)外中斷，兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)中斷，及一個(gè)串行中斷，并有 4 個(gè) 8 位并行輸入口。 80C51 內(nèi)部有時(shí)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(shí)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(jì)（論文） 7 （ a） 管腳圖 (b) 邏輯圖 圖 80C51 管腳圖 單片機(jī)的 40 個(gè)引腳大致可分為 4 類：電源、時(shí)鐘、控制和 I/O 引腳。 電源 : a. VCC 芯片電源，接 +5V； b. VSS 接地端； 時(shí)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(hào)。 c. RST/VPD:復(fù)位 /備用電源。 (1) RST（ Reset）功能：復(fù)位信號(hào)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(jì)（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(gè) 8 位并行 I/O 端口： P0、 P P P3 口，共 32 個(gè)引腳。 P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。 74LS138 74LS138 為 3 線 —8 線譯碼器 74LS138 有三個(gè)附加的控制端和當(dāng)時(shí)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(gè)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(gè)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(gè)時(shí)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(shí)，門的輸入端除了接至輸出端的一個(gè)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(huì)被送到其他任何一個(gè)輸出端上。 圖 74LS138 管腳圖 當(dāng)一個(gè)選通端（ E1）為高電平，另兩個(gè)選通端（ (/E2))和 /(E3)）為低電平時(shí)，可將地址端（ A0、 A A2）的二進(jìn)制編 碼在 Y0 至 Y7 對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如： A2A1A0=110 時(shí)，則 Y6 輸出端輸出低電平信號(hào)。 利用 E E2 和 E3 可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 24 線譯碼器；若外接一個(gè) 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(jì)（論文） 9 可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 32 線譯碼器。 若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)， 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(gè) DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)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(gè) 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(shí)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(jì)（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(jí)數(shù)據(jù)輸入鎖存。使用時(shí)數(shù)據(jù)輸入可以采用兩級(jí)鎖存（雙鎖存）形式，或單級(jí)鎖存（一級(jí)鎖存，一級(jí)直通）形式，或直接輸入（兩級(jí)直通）形式。此外，由三個(gè)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(shí)，輸入數(shù)據(jù)被鎖存；當(dāng) =1 時(shí)，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(gè) R2R T 型電阻 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn) 8 位數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。對(duì)各引腳信號(hào)說明如下： a. DI7～ DI0：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入 b. 片選信號(hào)（輸入），低電平有效 c. ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)（輸入），高電平有效 d. 第 1 寫信號(hào)（輸入），低電平有效 上述兩個(gè)信號(hào)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(shí)，為輸入寄存器直通方式；當(dāng) ILE=1 和 =1 時(shí)，為輸入寄存器鎖存方式。 e. 第 2 寫信號(hào)（輸入），低電平有效 1010 f. 數(shù)據(jù) 傳送控制信號(hào)（輸入），低電平有效 上述兩個(gè)信號(hào)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(shí)，為 DAC 寄存器直通方式；當(dāng) =1 和 =0 時(shí)，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(jì)（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(hào)處理器專用集成電路，是一款具有較高性能的傳感信號(hào)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(dòng)式紅 外開關(guān)。它能自動(dòng)快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)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(chǎng)、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(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。 圖 2 為 BIS0001 紅外傳感器信號(hào)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(shí)間定時(shí)器、封鎖時(shí)間定時(shí)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(shí)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(jí)運(yùn)放放大器的反相輸入端。 1IN+—第一級(jí)運(yùn)放放大器的同相輸入端。 1OUT—第一級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端。 2IN—第二級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸出端。 2OUT—第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端。 Vc—觸發(fā)禁止端。當(dāng) Vc＜ VR 時(shí)禁止觸發(fā)；當(dāng) VC＞ VR 時(shí)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(shí)可使定時(shí)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(shí)，允許重復(fù)觸發(fā)，當(dāng) A=“0”時(shí)，不可重復(fù)觸發(fā)。 Vo —控制信號(hào)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(shí)為有效觸發(fā)。在輸出延時(shí)間 Tx 之外和無 Vs 上跳變時(shí) Vo 為低電平狀態(tài)。 RR1RC1—輸出延遲時(shí)間 Tx 的調(diào)節(jié)端。 Tx≈49152R1C1。 RR2RC2—觸發(fā)封銷時(shí)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(hào)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(dòng)式的熱釋電紅外開關(guān)。它能自動(dòng)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(jì)（論文） 12 類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場(chǎng)、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(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。 圖 BISS0001 器件圖 特點(diǎn) a. CMOS 工藝 b. 數(shù)模混合 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(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)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(shí)，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(jì)（論文） 13 反之，不可重復(fù)觸發(fā) 2 VO O 控制信號(hào)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(shí)視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時(shí)間 Tx之外和無 VS 的上跳變時(shí)，Vo 保持低電平狀態(tài)。 3 RR1 輸出延遲時(shí)間 Tx的調(diào)節(jié)端 4 RC1 輸出延遲時(shí)間 Tx的調(diào)節(jié)端 5 RC2 觸發(fā)封鎖時(shí)間 Ti的調(diào)節(jié)端 6 RR2 觸發(fā)封鎖時(shí)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(shí)可使定時(shí)器復(fù)位 9 VC I 觸發(fā)禁止端。當(dāng) VcVR 時(shí)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(jí)運(yùn)算放大器的輸出端 13 2IN+ I 第二級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸入端 1