【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 別東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)方案 7 4 位代碼 。電話接口電路采用 MC34014，將控制機(jī)傳來的音頻信號(hào)傳給解碼電路，并可以將控制器提示音反饋至控制機(jī)。 本章小結(jié) 該系統(tǒng)經(jīng)過下述幾個(gè)方面論證 : (1)在市場(chǎng)實(shí)用性方面。經(jīng)過實(shí)際市場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在人們對(duì)電子產(chǎn)品智能化的要求和認(rèn)可度較高。所以該系統(tǒng)是有市場(chǎng)的。 (2)在系統(tǒng)使用性方面。使用普通電話機(jī)發(fā)出遙控命令信號(hào)，以 DTMF 信號(hào)作為運(yùn)載遙控命令的媒體，而無需專門安裝遙控發(fā) 送裝置。利用電話網(wǎng)絡(luò)傳送遙控命令或其他數(shù)字信息時(shí)，只需把接收裝置安裝在任何一個(gè)電話用戶線的終端，就可以接收任何地方 (只要電話能通達(dá)的地方 )的遙控操作或其他數(shù)字信息，接收裝置就像一部普通電話機(jī)、傳真機(jī)或其他電話用戶終端設(shè)備一樣被使用，因此不受距離的限制。所以，該系統(tǒng)使用非常方便。 (3)在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方面。該系統(tǒng)利用了 PSTN，這個(gè)各個(gè)電信運(yùn)營(yíng)商都可以提供，用電話線接入 PSTN 很容易實(shí)現(xiàn)。其他幾個(gè)功能塊都對(duì)外部沒有依賴性，可以獨(dú)立的完成，而且功能穩(wěn)定。 總之，該系統(tǒng)有市場(chǎng)，使用方便，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，所以是可行的。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 硬件電路設(shè)計(jì) 8 2 硬件電路設(shè)計(jì) 本作品使用了大量的硬件電路完成部分功能模塊，其目的就是充分利用硬件電路的可靠性、穩(wěn)定性，使整體電路達(dá)到比較高的穩(wěn)定性。 本論文的硬件電路設(shè)計(jì) 過程 ：首先單片機(jī)是核心，要選擇一個(gè)單片機(jī)來接收控制數(shù)據(jù)、進(jìn)行密碼校對(duì)、控制摘機(jī)、控制密碼的存寫、顯示處理以及輸出處理，對(duì)于這部分該論文設(shè)計(jì)選擇了 AT89S51 單片機(jī)。 由于該設(shè)計(jì)是運(yùn)用到公用電話網(wǎng)，雙音頻信號(hào)是關(guān)鍵技術(shù)，所以該論文需要 DTMF 解碼電路和電話接口電路，經(jīng)過比較決定使用精度高、穩(wěn)定性能好的雙音頻解碼集成片 MT8870 來完成 DTMF 解碼 ， 為減少外 圍元件，提高電路的穩(wěn)定性決定使用芯片 MC34014 來完成電話接口電路這部分模塊。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求需要有密碼保護(hù)功能及控制，所以設(shè)計(jì)了矩陣式鍵盤來作密碼 及控制代碼 的寫入，當(dāng)然還需要顯示電路來顯示密碼及控制代碼， 為了節(jié)省端口，簡(jiǎn)化顯示程序， 所以設(shè)計(jì) 采用了 74LS47 芯片作為段碼驅(qū)動(dòng)，位選使用 74LS138 芯片作為分時(shí)選通來控制數(shù)碼管的亮滅以及 AT89C46 密碼存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)密碼。最后就是輸出電路模塊來實(shí)現(xiàn)控制控制電器空調(diào)的開關(guān)和風(fēng)速的高低，其中選用了 74LS04 芯片作為單片機(jī)的輸出緩沖和繼電器來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的控制。 單片機(jī)的選型 及外圍電路 單片機(jī) 外圍電路 的 功能 單片機(jī)的外圍電路的功能就是使單片機(jī)在復(fù)位之后能夠正常的工作。 單片機(jī)的外圍電路主要有振蕩電路和復(fù)位電路。由于 單片機(jī) 是一種時(shí)序電路，需要采用外接晶振的方法來提供脈沖信號(hào)來正常工作，還有因?yàn)槿魏螁纹瑱C(jī)在工作之前都要有個(gè)復(fù)位的過程，需要外接個(gè)復(fù)位電路來復(fù)位 。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 硬件電路設(shè)計(jì) 9 單片機(jī)及外圍電路的電路 圖 圖 21 單片機(jī)及外圍電路 AT89S51 單片機(jī)的 芯片介紹 ATMEL 公司的 AT89X 系列單片機(jī)是目前市場(chǎng)上最流行的單片機(jī)系列之一，也是開發(fā)最常 用的芯片，對(duì)于一般用戶來說，存在下列很明顯的優(yōu)點(diǎn) :(1)內(nèi)含 Flash 存儲(chǔ)器 [3]。 (2)與 80051 引腳兼容。 (3)靜態(tài)時(shí)鐘方式，節(jié)能省電。 (4)可反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn) [3]。AT89X 系列包括兩大類 :一類是在線可編程的 ISP Flash 系列 (In System Programmable Flash)，這類單片機(jī)內(nèi)的 Flash 存儲(chǔ)器除了可常規(guī)并行編程外，還可以在線通過 SPI口串行編程 。第二類就是常規(guī)的 Flash 系列，這種單片機(jī)只能用常規(guī)的并行編程。上述兩種單片機(jī)都有標(biāo)準(zhǔn)型、低壓型、小封裝型，而 ISP Flash 系列還有增強(qiáng)型。 ISP Flash系列中的增強(qiáng)型單片機(jī)增加了片內(nèi)程序空間、數(shù)據(jù)空間和豐富的外設(shè)資源，增加的外設(shè)資源中包括看門狗定時(shí)器。 從系統(tǒng)功能的需要和性價(jià)比方面考慮，根據(jù)程序的數(shù)據(jù)量、接口電路，選用ATMEL 公司的 AT89S51 單片機(jī)作為控制器的核心。 AT89S51 單片機(jī)內(nèi)含 4KB 的FlashROM，內(nèi)存能滿足要求且程序能夠反復(fù)固化，便于程序的調(diào)試。在系統(tǒng)抗干擾的措施上還可以利用芯片內(nèi)部的看門狗，簡(jiǎn)化硬件電路，提高系統(tǒng)抗干擾能力。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 硬件電路設(shè)計(jì) 10 AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89S51 具有如下特點(diǎn)： 40 個(gè)引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外， AT89S51 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下， CPU暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 1．主要特性： ?8031 CPU與 MCS51 兼容 ?4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器 (壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ) ?全靜態(tài)工作： 0Hz24KHz ?三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定 ?128*8 位內(nèi)部 RAM ?32 條可編程 I/O 線 ?兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ?6 個(gè)中斷源 ?可編程串行通道 ?低功耗的閑置和掉電模式 ?片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2．管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被 定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 硬件電路設(shè)計(jì) 11 下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其 管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 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(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 硬件電路設(shè)計(jì) 12 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部 程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 I/O 地址分配如表 21 所示。 AT89S51 的 P1 口作為鍵盤接口，用來輸入操作控制碼和密碼 。PO 口作為段碼輸出和 6LED 位選，實(shí)現(xiàn)密碼及控制代碼的顯示 。P2 口分成兩組，低四位作為 MT8870 輸出的 4 位 BCD 碼的輸入口，高四位及 作為輸出控制 。AT89S51 的 P3 口接 AT93C46 存儲(chǔ)芯片用于存儲(chǔ)密碼 。AT89S51 的 P2 口的 一 接入解碼器 MT8870 輸出的 8421 碼。 表 21 I/O地址分配 I/O口 功能 引腳分配 I/O口 功能 引腳分配 P0 段碼輸出 P3 空 6LED位選 MT8870中斷輸入 P1 4*4鍵盤接口 開壓縮機(jī) P2 4位 BCD控制碼輸入口 空 輸入控制 摘機(jī) 密碼存儲(chǔ)器 CS 蜂鳴器 CLK 風(fēng) 扇高速 DI 風(fēng)扇低速 DO AT89S51 單片機(jī)外圍電路的工作原理 (1)電源 :單片機(jī)使用的是 SV電源，其中正極接 40 引腳 (Vcc )，負(fù)極 (地 )接 20 引腳 (Vss)。 (2)振蕩電路 :單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須提供脈沖信號(hào)才能正常工作，一般采用外接晶振的方法。外接晶振接入 18, 19 腳 (XTAL 1, XTAL2 )。說明二點(diǎn)問題 :(a)兩個(gè)瓷片電容 C2 和 C3 在 20 至 30uF，與石英振蕩器 XI 組成時(shí)鐘電路，為單片機(jī)提供一個(gè)頻率為 12M 的穩(wěn)定時(shí)鐘 (b)晶振頻率可以采用 6MHz,11 MHz, 12 MHz，在這里采用 12 MHz 的金屬外殼石英晶體振蕩器 (c)起振后 18 腳有一個(gè) 3V左右的正弦波。 (3)復(fù)位電路 :任何單片機(jī)在工作之前都要有個(gè)復(fù)位的過程，復(fù)位需要兩個(gè)機(jī)器周期 (大約 Sms )的時(shí)間就可以了。見圖 21(圖中 1uF 電容兩端并接手動(dòng)復(fù)位開關(guān) )。圖中電容 C1 和電阻 R2 組成上電復(fù)位電路，在單片機(jī)上電時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)大于兩個(gè)機(jī)器周期的復(fù)位信號(hào)，為單片機(jī)的 RESET 腳提供一個(gè)高電平復(fù)位信號(hào)，使單片機(jī)上電復(fù)位。電容 C1 取 lUf/16V的電解電容。電阻 R2 取 100K。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 硬件電路設(shè)計(jì) 13 (4) EA 引腳 (片內(nèi)程序存儲(chǔ)器選用端 ):當(dāng)機(jī)器復(fù)位后， PC 指針可能指向片內(nèi) ROM OOOOH 單元或片外 ROM OOOOH 單元，這取決于 EA 腳接高電平 (訪問內(nèi)部 ROM)還是低電平 (訪問外部 ROM)。這里