【文章內(nèi)容簡介】 編程脈沖輸入，用 ALE 鎖存從 P0 口輸出的低 8 位地址。在對片內(nèi) EPROM 編程時，編程 脈沖由此輸入。 PSEN（ 29 腳），外部程序存儲器讀選通信號，低電平有效。 EA（ 31 腳） ,訪問外部存儲器允許 /編程電壓輸入。 EA 為高電平時，訪問內(nèi)部存儲器；低電平時，訪問外部存儲器。 4)多功能 I/O 口引腳 8052 單片機設有 4 個雙向 I/O 口（ P0、 P P P3），每一組 I/O 口線都可以獨立地用作輸入或輸出口，其中： P0口（ 32～ 39 腳），雙向口（三態(tài)），可作為輸入 /輸出口，可驅動 8 個 LSTTL 門電路。實際應用中常作為分時使用的地址 /數(shù)據(jù)總線口，對外部程序或數(shù)據(jù)存儲器尋址時低 8 位地址與數(shù)據(jù)總線分時使 用 P0 口，先送低 8 位地址信號到 P0 口，由地址鎖存信號 ALE 的下降沿將地址信號鎖存到地址鎖存器后，再作為數(shù)據(jù)總線的口線對數(shù)據(jù)進行輸入或輸出。 P1 口（ 1～ 8 腳），準雙向口（三態(tài)），可驅動 4 個 LSTTL 門電路。用作輸入線時，鎖存器必須由單片機先寫入“ 1”，每一位都可編程為輸入或輸出線。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 5 頁共 39 頁 P2 口（ 21～ 28 腳），準雙向口（三態(tài)），可驅動 4 個 LSTTL 門電路?？勺鳛檩斎?/輸出口，實際應用中一般作為地址總線的高 8 位，與 P0 口一起組成 16 地址總線，用于對外部存儲器的接口電路進行尋址 [6]。 P3 口（ 10～ 17 腳），準雙 向口（三態(tài)），可驅動 4 個 LSTTL 門電路。雙功能口，作為第一功能使用時，與 P1口一樣；作為第二功能使用時，每一位都有特定用途，其特殊用途如表 所示。 表 P3 口第二用途 端口引腳 第二功能 注 釋 RXD 串行口數(shù)據(jù)接收端 TXD 串行口數(shù)據(jù)發(fā)送端 /INT0 外中斷請求 0 /INT1 外中斷請求 1 T0 定時 /計數(shù)器 0 外部計數(shù)信號輸入 T1 定時 /計數(shù)器 1 外部計數(shù)信號輸入 /WR 外部 RAM 寫選通信號輸出 /RD 外部 RAM 讀選通信號輸出 （ 1） STC89C52 STC89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復擦寫的Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，功能強大的 STC89C52 單片機可提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。 STC89C52 有 40 個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口， 同時內(nèi)含 2 個外中斷口， 3 個 16 位可編程定時計數(shù)器， 2 個全雙工串行通信口， 2 個讀寫口線。 STC89C52 有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。 （ 2）主要功能特性 1)兼容 MCS51 指令系統(tǒng) ； 2)8k 可反復擦寫 (1000 次） Flash ROM； 3)32 個雙向 I/O 口 ； 4)256*8bit 內(nèi)部 RAM； 5)3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器 ； 6)時鐘頻率 0～ 24MHz； 7)2 個串行中斷 ； 8)可編程 UART 串行通道 ； 9)2 個外部中斷源 ； 10)共 8 個中斷源 ； 11)2 個讀寫中斷口線 ； 12)3 級加密位 ； 13)低功耗空閑和掉電模式 ； 14)軟件設置睡眠和喚醒功能 [7]。 單片機最小系統(tǒng) STC89C52 的最小系統(tǒng)如圖 所示。整個最小系統(tǒng)由三個部分組成：晶振電路部分、復位電路部分、電源電路等三個部分組成。 晶振電路包括 2 個 30pF 的電容 C2 和 C3，以及 12M 的晶振 X1。電容的作用在這里是陜西理工學院畢業(yè)設計 第 6 頁共 39 頁 起振作用，能夠幫助晶振更好的起振，取值范圍是 1533PF。晶振的取值也可以是 24M，晶振的取值越高，單片機的執(zhí)行速度越快。在進行電路設計的時候，晶振電路越靠近單片機越好。 復位電路由 10uF 的極性電容 C1 和 10K 的電阻 R4 構成。利用電容電壓不能突變的性質，可以知道，當系統(tǒng)一上電， RESET 腳將會出現(xiàn)高電平，并且這個高電平持續(xù)的時間由電路的 RC 值來決定。典型的 51 單片機當 RESET 腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復位，所以適當組合 RC 的取值就可以保證可靠的復位 [8]。 最后一個是電源部分，采用 5V 的 USB 直接供電，可采用手機充電器、電腦 USB 口、移動電源等設備進行供電。 此外，除了單片機最小系統(tǒng)的 3 個部分之外，這里還多了一些外部電路。 由于 STC89C52 的 P0 口是漏極 開路輸出，因此在 P0口接了一個 10K 的排阻 R1，使得P0 口可以作為普通的 I/O 口使用，本設計用 P0 口來做液晶的數(shù)據(jù)口。 特別注意的是，對于 31 腳 (EA)，當接高電平時，單片機在復位后從內(nèi)部 ROM 的 0000H開始執(zhí)行；當接低電平時，復位后直接從外部 ROM 的 0000H 開始執(zhí)行。由于我們的程序存儲在了單片機內(nèi)部，所以 EA 要接高電平，保證單片機是從內(nèi)部讀取程序去執(zhí)行的。單片機最小系統(tǒng)如圖 所示 。 P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7R E S E TP 3 . 0 / R X DP 3 . 1 / T X DP 3 . 2 / I N T 0P 3 . 3 / I N T 1P 3 . 4 / T 0P 3 . 5 / T 1P 3 . 6 / W RP 3 . 7 / R DG N DV C CP 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7E AA L EP S E NP 2 . 7P 2 . 6P 2 . 5P 2 . 4P 2 . 3P 2 . 2P 2 . 1P 2 . 0X T A L 2X T A L 1G N DC 23 0 PC 33 0 PX 1G N DG N D14 0V C CV c cC 1 1 0 u fR 4 1 0 kv c c123456789 圖 單片機最小系統(tǒng) 超聲波測距報警電路 超聲波的工作原理 超聲波模塊使用 的 HCRS04 超聲波，此模塊可以提供非接觸式距離傳感功能范圍是2cm400cm， 測距 的 精度可達 3mm。該模塊包含了 超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路。 基本工作原理：利用 IO 端口觸發(fā)位置， 給其 至少 為 10us 高電平信號；模塊 自動地 發(fā)送40kHz 方波 ，并自動檢測是不是 有信號 回來 ； 有信號回來的話 ，通過 IO 端口 輸出高電平，高電平持續(xù) 的 時間 就 是超聲波 從 發(fā)射 到回來的時間 。測試距離 =（高 電平 時間 *速度（ 340m/s））/ 2。 如圖 所示， 只需要提供一個脈寬 10us 以上的觸發(fā)信 號，該模塊將發(fā)出 8 個 40kHz的 周期電平 和回波檢測。一旦檢測到 有 回波信號 的話，就會輸出回波信號?；夭ㄐ盘柕拿}沖陜西理工學院畢業(yè)設計 第 7 頁共 39 頁 寬度和 所測量的距離 是 成正比 的 。從這個信號接收到回波信號的時間間隔可以計算得到的距離 [9]。當距 離小于設定距離時，報警電路被觸發(fā)工作，并且聲音提醒學生坐直， 達到保護學生視力的目的。 圖 超聲波時序圖 超聲波的基本特性 超聲波 是在彈性介質中的一種機械振蕩，他的振蕩 頻率超過 20kHz， 分為兩種方向振蕩：橫向和縱向振蕩 ，超聲波在氣體、液體和固體 中都可以傳播。它有折射和反射現(xiàn)象，并且 在傳播 過程中 是有所衰減 的。 超聲波的 特性所述 如下 ： 1）波長 波的傳播速度是 頻率乘以波長。電磁波的傳播速度為 3 108米 /秒，但 在空氣中的聲波傳播速度 卻 很慢，約 344m／ s（ 20176。 C）。 這個相對較低的傳輸速度，波長是非常短的，這意味著該分辨率的距離和方向可以得到。正是由于這種高分辨率的特性， 使得它可以在測量中獲得 很高的 精度。 2）反射 為了檢測一個對象是否存在，超聲波可以在對象上 得到反射。因為許多的物品都可以反射 近 100%的超聲波，所以我們可以很容易地找到這些對象。因為布、棉、 毛等都可以吸收超聲波， 就很難用超聲波 來檢測。與此同時 ，由于不規(guī)則的反射通常是很難檢測 的 ，凹凸的表面和斜坡表面 的 對象。這些因素決定了理想的超聲檢測環(huán)境是在開放的地方，測試對象必須是反射 超聲 波 [9]。 3）溫度效應 聲波傳播速度可以用以下公式表示。 C = + （米 /秒）， T 為溫度（ C），也就是說， 周圍溫度變化 時 聲音傳播的速度是不同的。因此， 要 精確地測量對象的距離， 就要 經(jīng)常檢查環(huán)境溫度，尤其是 在冬天的時候，因為 室內(nèi)外溫差較大，對超聲波測距精度的影響較大， 在這個時候 可 以采 用 18B20 作為 溫度補償 以此 來減少由 于 溫度變化 而引起的測 量誤差，在房間里， 超聲波主要用于實現(xiàn)避障功能，考慮到測試環(huán)境的設計，對測量精度要求不高，所以溫度對系統(tǒng)的影響問題 不需要深入 探討。 4）衰減 超聲波在 空氣 在空氣中傳播隨著距離變長而減弱 。這是因為衍射現(xiàn)象所引起的球面擴散損失，而且還因為介電吸收的能量 產(chǎn)生的 吸收損耗。超聲波頻率越高 的話 ，衰減率 隨之 越高，超聲波傳播距離越短，這說明超聲衰減特性直接影響到超聲波傳感器的有效距離。 HCRS04型超聲波傳感器的振蕩頻率是 40kHz， 10 米的傳播會衰減到 40 個 聲壓級。此時，超聲波接收探頭 將會 很難接收到回波信號 [10]。 光線報警電路 該 模塊的 電路分為光敏電阻控制 的 電路和聲光報警電路。它的功能是完成由光敏電阻控制 的電路發(fā)出脈沖僅當條件滿足時，這個脈沖作用 在 89C52 單片機 端口上，通過檢測陜西理工學院畢業(yè)設計 第 8 頁共 39 頁 端口是不是 高電平，通過中斷控制 口給出滿足探測電路的脈沖，然后由發(fā)聲電路聲音提醒學生認為光線太暗，需要調節(jié)燈光亮度，從而保護學生視力。 圖 光敏控制電路 圖 為光敏控制電路原理圖。 若有較強的光照射在光敏電阻上時，光敏電阻的阻值變低，輸出高電平，這個是模擬信號，它經(jīng)過 ADC0832 轉換成數(shù)字信號然后經(jīng) 過反向器傳給89C52，傳過去的信號是低電平，說明光線輸出正常時輸出的信號為低電平；當光較弱時光敏電阻阻值無窮大，此時是低電平，相同的經(jīng)過反向器作用輸出電壓為高電平。反饋到 89C52上， 觸發(fā)蜂鳴器報警 [11]。 定時報警電路 報警電路分為單片機控制電路和報警電路。它主要是通過單片機定時 與 計數(shù)功能，完成45 分鐘定時在超時后發(fā)出報警 ，提醒學生 該 休息 了 。 89C52 單片機的有兩個可編程定時器 /計數(shù)器。他們有 2 種模式的操作（計數(shù)器模式和定時器模式）和 4 種模式（模式 0，模式 2，模式 1，模式，模式 3）?？刂谱衷?相應的特殊功能寄存器中，通過對其特殊功能寄存器的設置，可以方便地選擇合適的工作方式。 當定時器 /計數(shù)器為定時模式操作時，計數(shù)器的 加 1 信號由振蕩器 12 個分頻 信號 產(chǎn)生 ，即每 過 個機器周期，計數(shù)器加 1，直至計數(shù)溢出。很明顯，定時器的定時與系統(tǒng)的振蕩頻率有關。因為一個機器周期等于 12 個振蕩周期 [12]。如果晶體是 12MHz，計數(shù) 周期 ： T=1/（ 12106） Hz1/12=1μs 當定時器 /計數(shù)器的計數(shù)，由引腳 T0 和 T1 對 外部信號 計數(shù)， 外部脈沖的下降沿觸發(fā)計數(shù)。一個計數(shù)器采樣在每個機器周期的 S5P2 期間。如果一臺機 器周期采樣值為 1，下一臺機器周期采樣值為 0，則計數(shù)器加 1。機器周期 為 S3P1 的時候 ，新的計數(shù)值送入計數(shù)器。因此檢測從 1 跳到 0 需要 2 個機器周期，所以外部信號的最大計數(shù)計數(shù)頻率為 1 / 24。 工作 方式 控制 寄存器 TMOD 用于控制定時器 /計數(shù)器的操作，其字節(jié)地址 89H，定時器/計數(shù)器兩函數(shù)用于準確地模擬一段時間（一個定時器）或累積 外部輸入 的脈沖個數(shù) （作為一個計數(shù)器）。當定時器使用時，輸入端的輸入端的脈沖數(shù)是固定的，并且可以計算出固定時間的長度。當 89C52 單片機內(nèi)部定時器 /計數(shù)器作為定時器模式，計數(shù)輸入信號是 內(nèi)部 時鐘脈沖，每個機器周期產(chǎn)生一個脈沖計數(shù)器增加 1。因此，定時器 /計數(shù)器輸入脈沖和機器周期 一模一樣 ， 是時鐘頻率的 1 / 12。時鐘的設計是 6MHz，計數(shù)率為 500kHz，輸入脈沖的時間間隔為 秒 [12]。 如圖 所示，晶體管主要用于驅動。由于單片機的 IO 口驅動能力是不夠的，不能讓蜂鳴器發(fā)出聲音，所以我們通過三極管驅動電流