【文章內(nèi)容簡介】 片機的 CPU 為 8位，因此，其處理數(shù)據(jù)能力、運算速度和實施控制功能等各方面都符合本設計要求。 (2)存儲器系統(tǒng) 該系統(tǒng)包含 8K 字節(jié)的程序存儲器（ ROM/EPROM/Flash）和 512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）以及特殊功能寄存器 SFR。內(nèi)帶 2K 的 EEPROM 存儲空間。 (3)I/O 口和其他功能單元 包括 4個并行 I/O 口、 3 個 16位定時計數(shù)器 /計數(shù)器，即： T0和 T1以及 T2； 2 個通用異步串行口（ UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UART； 外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 [4]。但本次課題所涉及的 I/O口只用到了 、 、 、 、 。具體的分配如下表。 時鐘電路 CPU 總線控制 ROM/EPROM/FLASH 8K 字節(jié) RAM 128/256 字節(jié) SFR 21 個 /27 個 定時 /計數(shù)器 2 個 /3 個 中斷系統(tǒng) 6 個中斷源 2/4 個優(yōu)先級 串行口 全雙工 2 個 并行口 4 個 XTAL2 XTAL1 P0 P1 P2 P3 VSS VCC O RST EA ALE PSEN 北京理工大學珠海學院 2021屆本科生畢業(yè)設計 5 表 引腳功能 分配表 I/O口分配 功能 當繼電器 1閉合時該綠色發(fā)光二極管 1亮 控制繼電器 1的閉合與斷開 控制繼電器 2的閉合與斷開 當繼電器 2閉合時該綠色發(fā)光二極管 2（電壓控制型）亮 顯示復位（手動 /上電），若單片機有復位時，該七彩燈將亮 串口通信（ TTL 電平） 串口通信（ TTL 電平） 其他 懸空 52 單片機串行口結構 51/52 系列單片 機芯片的內(nèi)部設計有一個串行接口 UART，是一個可以編程的全雙工的異步串行通信接口，占用 與 這兩個引腳。在程序設計時可以設計為通用異步接收和發(fā)送器，也可以設置為同步移位寄存器，并且還能夠實現(xiàn)多機的通信。有三種幀格式，還能夠設置各種的波特率，總得來說，使用非常方便和靈活。 圖 單片機串行口結構圖 51/52 單片機串行口結構框圖如圖 所示，其組成部分有：發(fā)送 /接收緩沖寄存器SBUF、輸入移位寄存器、發(fā)送控制器、接收控制器和串行口控制寄存器等。串行口控制寄存器 SCON 用于設置串行口的工作方式、接收 /發(fā)送控制以及設定狀態(tài)標志等，發(fā)送緩沖寄存器 SBUF 則就是用在存放將要發(fā)送的數(shù)據(jù)，與此相對的是接收緩沖寄存器 SBUF，串行口控制寄存器 （98H） 發(fā)送SBUF(99H) 接收SBUF(99H) 門電路 發(fā)送控制器 接收控制器 =1 同步時鐘 輸入移位寄存器 串行口中斷 內(nèi)部總線 TXD() RXD() TI RI 北京理工大學珠海學院 2021屆本科生畢業(yè)設計 6 此寄存器的作用是接收由外部設備輸入移位寄存器中的數(shù)據(jù) ,其中定時器 T1的作用是作為波特率的發(fā)生器 [5]。 在進行串行通信的過程中，外面的設備的數(shù)據(jù)通過單片機的 引腳 RXD 輸入，輸入的數(shù)據(jù)首先是逐位的進入到輸入移位寄存器中，然后將此數(shù)據(jù)由串行的 轉換為并行的，最后才送入接收緩沖寄存器 SBUF 中。在接收時，則由輸入移位寄存器和接收緩沖器 SBUF 構成雙緩沖的結構，此雙緩沖結構的作用是避免在接收到次幀數(shù)據(jù)的時候， CPU未能及時地響應接收寄存器前一幀的中斷請求，還沒能把前一幀的數(shù)據(jù)讀走，而造成 2幀的數(shù)據(jù)重疊而產(chǎn)生接收錯誤。 在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，串行的數(shù)據(jù)通過單片機的 引腳 TXD 輸出，因為 CPU 是主動的，所以無論怎樣都不會產(chǎn)生像接收那樣會產(chǎn)生重疊的問題，故不需要雙緩沖器結構。將要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過發(fā)送控制器控制邏輯門電路而進行數(shù)據(jù)的逐位輸出即可。 單片機控制的外圍系統(tǒng) 復位電路的設計 單片機的復位是使單片機或系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定的初始狀態(tài)。單片機的工作正是從復位開始的。當 STC89C52RC 的 RST 引腳加高電平復位信號（保持 2 個以上機器周期）時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復位操作，而復位信號變?yōu)榈碗娖綍r，單片機就開始執(zhí)行程序。所設計的系統(tǒng)正為此高電平按鍵復位，上電瞬間， RST 引腳將獲得高電平，隨著電容 C0的充電，該引腳的高電平也將逐漸下降，在此，選用 10uf 的電容 C0 和 1K電阻 R0，從而可以保持足夠的時間 [6]。如圖 所示。 圖 單片機的復位電路 北京理工大學珠海學院 2021屆本科生畢業(yè)設計 7 時鐘電路的設計 作為單片機的時鐘基準，片內(nèi)振蕩器的輸入和輸出分別接上 XTAL1 與 XTAL2,一般來說，晶振頻率高一些可以提高指令的執(zhí)行速度，但與此相應的噪音也會增加，在滿足系統(tǒng)功能的前提下，應該選用低一些的晶振。由于本系統(tǒng)需要與 GSM 模塊通信，故應該選擇 的晶振 Y0，這樣便于將波特率設定為標稱值 9600bps。如下圖 所示。 圖 單片機的晶振電路 工作指示燈電路設計 當按下六角自鎖開關后， S0 將會從 3 轉向 1處，若 此時單片機接上 +5v 的電源，則工作指示燈發(fā)光二極管 LED0 會亮。而在 +5v 與電源接地之間加上一個電容，因為考慮到電源的輸入紋波對單片機的影響，所以需要在電源的管腳處增加一個 220uF 的電容 C3來實現(xiàn)濾波，以減小輸入管腳處所受到的干擾。設計的電路圖如圖 所示。 圖 工作指示燈電路 北京理工大學珠海學院 2021屆本科生畢業(yè)設計 8 外部繼電器控制模塊設計 (1)設計的原理 通常單片機輸入輸出端口輸出的電壓為 伏（ P0 口需加上拉電阻）， 若直接把單片機輸出的電壓加到繼電器上，則繼電器會拉低此電壓，使該繼電器無法正常的 進行工作。但是，三極管具有電流放大作用，不僅若此，還可以當做開關的通與斷來控制繼電器。從而實現(xiàn)用比較弱的直流電來控制比較強的交流電。 (2)設計的框圖 (3)電磁式繼電器 繼電器是電器控制中最常用的一種控制元器件。繼電器由通電線圈和觸點（常開或者常閉觸點）構成。其工作原理是當線圈通電時，由于磁場的作用，使開關觸點閉合或者打開，接通或斷開執(zhí)行機構，完成控制功能。 本設計中所用到的繼電器為松樂牌小型電磁式繼電器，主要組成部分有鐵芯、銜鐵、觸點彈簧和線圈等。 當主線圈回路通以一定的電壓時，線圈中將會流過一定的電流，此電流會產(chǎn)生電磁感應效應，從而將副回路的觸點彈簧吸引過來，導致副回路的交流電導通。當主回路的線圈電流消失時，電磁感應效應則隨之消失，副回路的觸點彈簧與導通回路的觸點斷開，利用這一特點就可以很方便的實現(xiàn)以主回路的弱小電流控制副回路的交流電流，其中續(xù)流的二極管 D1 是用來保護三極管不被感應電壓損壞，具體的設計電路圖如圖 。 圖 單片機控制繼電器回路 從 I/O口獲取電平 NPN 型三極管工作 電磁式繼電器工作 北京理工大學珠海學院 2021屆本科生畢業(yè)設計 9 GSM 模塊 SIM300介紹 圖 GSM模塊 SIM300實物圖 SIM300 的實物圖如上圖 所示， GSM 模塊 SIM300 內(nèi)部集成了 TCP/IP 協(xié)議，而且還對 TCP/IP AT 指令進行了擴展，所以設計該系統(tǒng)時用該模塊將會使設計變得十分方便與簡單，除了本設計需要利用到該模塊的 SMS功能外，此模塊還可以實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)以及高速傳輸?shù)膫髡嫘畔⒌慕邮张c發(fā)送。不僅如此，該模塊的功耗也比較低，當其進入睡眠不工作的狀態(tài)時，電流消耗僅有 毫安，其自動波特率的范圍也比較廣，滿足本設計系統(tǒng)的 9600bps 波特 率要求。 SIM300模塊的優(yōu)良的性能使它能夠應用于許多控制方面的系統(tǒng)，最基本的特點是為三頻 GSM/GPRS 900/1800/1900MH 或者四頻 850/900/1800/1900MHz. 并且 GSM300集成了比較完整的射頻電路和 GSM的基帶處理器，是一款主流的 GPRS 芯片 [7]。 SIM300 與單片機的通信方式 單片機 GSM 模塊之間的通信方式是串行通信方式的，并且是串行方式中的異步串行通信方式，異步串行通信是指發(fā)送方和接收方的數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收是靠自己的時鐘所控制的。但是，為了使 雙方的數(shù)據(jù)接收與發(fā)送相協(xié)調，一般要求發(fā)送與接收方的設備時鐘保持一樣，異步通信只需要一條通信線路就可以實現(xiàn)從一方到另一方的傳輸，但是兩條數(shù)據(jù)線的話就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸了，本設計的系統(tǒng)之間的連接方式就是通過兩條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹? 異步串行通信的過程中，幀的格式通常由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位這四部分組成的，如下圖 所示。異步通信時，發(fā)送方先發(fā)送 1 位起始位“ 0”，接著就發(fā)送 8 位數(shù)據(jù)，并且規(guī)定比較低的位在前面，較高的位在后面，其后是奇偶校驗位，北京理工大學珠海學院 2021屆本科生畢業(yè)設計 10 但是此位是可有可無的，最后是停止位“ 1”。完整的一 幀包括從起始位到停止位。各個位的作用如下所述。 空閑位 下一幀 空閑位 B D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 P S t 圖 異步串行通信的數(shù)據(jù)格式 起始位 B：起始位是在一幀數(shù)據(jù)的開始處的，它所占的位數(shù)是 1位。通信線上若沒有數(shù)據(jù)傳輸時，該位為高電平，接收端就不斷檢測通信線的狀態(tài)，當連續(xù)若干個“ 1”之后出現(xiàn)一個“ 0”時，就知道發(fā)送方發(fā)送了一個新的字符，接收方就準備接收了。 數(shù)據(jù)位 (D0D7)：起始位之后就是若干位的數(shù)據(jù)位了。傳送時首先是低位，然后才傳輸高位。 奇偶校驗位 (P)：數(shù)據(jù)位后是奇偶校驗位，奇偶校驗位是通過對數(shù)據(jù)進行奇偶性檢查，從而根據(jù)此來判斷字符是否傳輸正確。在通信的雙方，需要事先約定好到底是采用奇校驗還是偶校驗（本系統(tǒng)設 置的串行口工作方式是方式 1，所以沒有奇偶校驗位）。 奇偶校驗位的工作原理： P 是特殊功能寄存器 PSW 的最低位，它的值根據(jù)累加器 A的運算結果而變化。譬如說偶校驗，如果 A 中“ 1”的個數(shù)為偶數(shù)，則 P=0；如果累加器A中的“ 1”的個數(shù)為奇數(shù)，則 P=1。如果在進行串行通信時，把 A 的值（數(shù)據(jù)）和 P 的值（代表所發(fā)送數(shù)據(jù)的奇偶性）同時發(fā)送，那么接收數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)后，也要對數(shù)據(jù)進行一次奇偶校驗。如果檢驗結果相符（校驗后 P=0，而傳送過來的檢驗位也等于 0；或者檢驗后 P=1，而傳送過來的檢驗位也等于 1），那么就可以認為接收到的數(shù)據(jù)是正 確的，但是反之，則代表傳輸?shù)臄?shù)據(jù)時錯誤的。 停止位 (S)：占一位，代表一幀字符的結束，在末尾?？梢杂邪胛?。 在異步通信中，數(shù)據(jù)通常是通過字符進行傳輸?shù)?，幀格式或者幀的具體含義是 1 個字符完整的通信格式。發(fā)送方和接收方都是通過逐幀的進行發(fā)送與接收的，一幀中各位的時間間隔應該要相同，所以必須保證通信的雙機之間有相同的傳輸波特率，否則時間間隔就會不同，若其誤差超過百分之五時，雙機之間也就不能夠進行通信了。但是，異步通信的雙方的時鐘相互獨立，故時鐘頻率可以不一樣，從而在通信時不要求必須有同步的時鐘信號 ，這在現(xiàn)實中是比較容易實現(xiàn)的，雖然此方式的傳輸效率比較低，但是它可以利用校驗位檢測錯誤 [8]。 GSM 模塊與單片機雙機通信時，根據(jù)雙機的通信距離可分為短距離通信和長距離通信，短距離通信是指 1 米之內(nèi)，長距離通信是指 1000 米左右。因此，如果我們要傳輸更長的距離，就需要借助于其他的設備才能實現(xiàn)了。在此設計的系統(tǒng)中，我們選擇單片機雙機四種通信方式中的 TTL 電平通信，該通信方式是指直接將發(fā)送方的單片機 TXD 端北京理工大學珠海學院 2021屆本科生畢業(yè)設計 11 與接收方的 RXD 端相連接，發(fā)送方的 RXD與接收方的 TXD 直接相連接，并且它們的地端需要共連，這種連接 方式比較方便。如圖 所示。 圖 TTL電平雙機通信連接圖 TXD 甲機 （ STC89C52RC） RXD G