【導讀】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！本系統(tǒng)主要由單片機和GSM短信模塊組成，借助最可靠、最成熟的GSM移動網(wǎng)絡，以最直觀的中文短消息或電話形式，直接把報警地點的情況反映到您的手機屏幕上。并配備煙霧傳感器和燃氣泄漏傳感器，實現(xiàn)防火、防燃氣泄漏的作用。

　　

【正文】 FM31xx 的功能應用 FM31xx 的所有功能操作都是基于 I2C 總線的 ,且 FM31xx 只能做為從機 ,但經(jīng)過實驗驗證 ,有些功能并不像其使用說明書所述。下面分別介紹 FM31xx 各功能的使用方法及實驗結果。 FM31xx存儲器的讀寫操作 FM31xx系列存儲器的讀寫操作和普通的 I2C器件的讀寫操作基本相同。使用的從機地址是 1010xxxxb。它有兩個器件選擇引腳 ,同一總線上最多可以 有 4個 FM31xx芯片。所有系列芯片一致使用兩字節(jié)的存儲器地址 ,最近使用的存儲地址可保存。如果地址到達最后一個字節(jié)地址 ,則地址計數(shù)器將翻轉(zhuǎn)到 0000h。 FM31xx使用說明書上標稱的最大總線速度可以達到 1MHz,實驗測得的最大速度可達到 950kHz(1MHz時會出現(xiàn)讀寫錯誤。 ) 片內(nèi)處理器的讀寫操作 FM31xx 片內(nèi)處理器的所有讀寫操作都與存儲器的讀寫操作相類似。所不同的只是 ,處理器可使用不同的從機地址 (1101xxxxb) ,而存儲器只需要一字節(jié)的存儲器地址。 (1) 實時時鐘操作 FM31xx 的實時 時鐘能以 BCD 格式提供時間和日期信息。它可以由外部后備電源或電容永久供電。時鐘使用一個 晶振來提供 ,并可以使用軟件校準模式來提高時鐘精確性。使用后備電源時 ,要先給 Vdd 引腳上電 ,然后再斷開 ,此時后備電源的工作電流要比直接使用后備電源的電流小很多。實驗測得的直接使用后備電源時的電流為 。給Vdd 上電再斷開后再次測量 ,其后備電源的電流只有 。這一點在使用后備電源時一定要注意。此外 ,還應注意后備電源的電壓最大為 ,故在使用 5V電源時 ,不能直接把 Vbak 引腳接入 5V。在 使用非充電電源的時候 ,配件控制寄存 0Bh 中 VBC 位應該清零以防止電源江漢大學 2020屆本科生畢業(yè)論文 27 充電。事實上 ,實時時鐘也可支持電容供電。當在配件控制寄存器 0Bh 中的 VBC 位置位時 ,其電源為電容充電 ,充電電流大約 15μA,該電流會一直維持到 Vbak 引腳電壓達到或接近Vdd。在系統(tǒng)掉電情況下 , 1μF 的電容可使 RTC 大約工作 秒。 (2) 看門狗 看門狗是一個可編程定時器 , FM31xx 使用說明書介紹的定時時間以 100ms 為單位 ,定時范圍從 100ms 到 3 秒。但根據(jù)實驗測量結果看 ,其定時時間以 164ms 為單位 ,定時范圍從164ms 到 4920ms。 定時向看門狗復位寄存器 09h 寫入 00001010b 可防止看門狗復位。因為看門狗溢出后會產(chǎn)生 RST 引腳復位 ,實驗測得 164ms 后會再次啟動看門狗。 (3)低電平復位與手動復位 FM31xx 系列都有一個低壓復位引腳 RST,其內(nèi)部有弱上拉電阻開漏輸出。其它芯片的復位端可以連接到 RST 引腳線或。當電源電壓 Vdd 大于可編程門限電壓時 (通過配件控制寄存器 0x0B 中 VTP1 位和 VTP0 位對門限電壓進行編程 ,出廠默認值是) , RST 引腳處于弱上拉狀態(tài) 。相反 ,如果低于門限電壓 , RST 引腳則被拉低 (此時沒有考慮看門狗復位 ) ,并在 Vdd 低到不能維持芯片工作之前一直保持低電平。當電源電壓再次上升到大于門限電壓 (Vtp)時 ,實驗測得 RST 引腳將繼續(xù)維持低電壓 ,其時間 Trpu 大約為 164ms(并非說明書上的 100ms) ,從而確保系統(tǒng)具有足夠的復位時間 ,之后再回到弱上拉狀態(tài)。圖 3 所示是其復位操作時序。當 Vdd 低于門限電壓時 , I2C 總線不工作。 RST 引腳也允許手動復位 ,當 RST 輸入端檢測到外部低壓 ,實驗測得的拉低 RST 引腳時間為 164ms。如圖 3(b)所示。 (4)低壓報警與比較器操作 電 源電壓低于一定值時會產(chǎn)生低壓報警 ,比較器將產(chǎn)生非屏蔽中斷。其實現(xiàn)方法是將一個電位器接到電源電壓上 ,分壓端接到 PFI 引腳 ,并把 PFI 引腳的電壓值和內(nèi)部 電壓相比較。當 PFI 引腳電壓低于 時 , CAL/PFO 引腳輸出低電平 。當 PFI 引腳大于 時 , CAL/PFO 引腳輸出高電平。此外 ,此功能也可以做為一般的比較器使用。 (5)事件計數(shù)器操作 FM31xx 有兩個后備電源供電的事件計數(shù)器 ,其輸入引腳 CNT1 和 CNT2 是可編程的邊江漢大學 2020屆本科生畢業(yè)論文 28 沿觸發(fā)器 ,每個計數(shù)器連接一個 16 位計數(shù)器。當輸入引腳有邊沿變化時 ,各計數(shù) 器的相應寄存器的值就會遞增。當然 ,也可合并為一個 32 位計數(shù)器。 (6)序列號 該寄存器提供有一個 64 位的可讀可寫非易失性序列號。一旦配件控制寄存器 0Bh 中的 SNL 位置位 ,此寄存器單元將被鎖定。由于 8 字節(jié)數(shù)據(jù)位 (寄存器地址為 0x110x18)和鎖存位 SNL 都是由處理器配件的器件標識來訪問的 ,因此 ,序列號與存儲單元是明顯分開的。由于序列號能夠被無限次地寫入數(shù)據(jù) ,因此 ,這些位是通用存儲器。然而 ,當其一旦被鎖定 ,序列號就不可以改變 ,鎖定位 SNL 也不能被撤銷。序列號被鎖存后寄存器仍然能被系統(tǒng)讀取。 使用 FM31xx 時要特別注意 ,其掉電后 ,有些寄存器的值可能不會復位而保持原來的值。如寫配件控制寄存器 0x0B 中 VTP1 位和 VTP0 位的值對門限電壓進行的編程 ,在掉電后就不會丟失。 小結 FM31xx 芯片具有多種功能 ,可和多種微處理器搭配使用 ,因而可減小硬件電路的復雜性。隨著鐵電存儲器的廣泛應用 ,它的性價比將會越來越高。從而廣泛用于數(shù)據(jù)的存儲、電壓監(jiān)測、高精度時鐘等不同的場合。 注： FM31xx 讀寫子程序見附錄 第 5 章 實時時鐘 為了實現(xiàn)發(fā)生警情時，對發(fā)生警情的時間進行記錄，且為了保證系統(tǒng)的可靠 運行，要求系統(tǒng)進行自檢并定時上報系統(tǒng)運行狀態(tài)，因此需要系統(tǒng)具有實時時鐘功能。本設計選用了實時時鐘芯片 DS12887。 DS12887 是美國達拉斯半導體公司（ Dallas）推出的實時時鐘芯片，采用 CMOS 技術制成，具有內(nèi)部晶振和時鐘芯片備份鋰電池，和常用的時鐘芯片 MC146818B 和 DS1287的管腳兼容，采用 DS12887 芯片設計的時鐘電路不需任何外圍電路和器件，并具有良好的微機接口。 DS12887 芯片具有微功耗、外圍接口簡單、精度高、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，它功能豐富、應用廣泛，特別在工業(yè)控制及智能儀器儀表中 有廣泛用途。 DS12887 主要 功能 簡介 與 結構框圖 DS12887時鐘芯片的主要功能簡介 DS12887時鐘芯片的主要功能有：可作為 PC機的時鐘和日歷；與 MC146818B和 DS1287 的管腳兼容；在沒有外部電源的情況下可工作 10年以上，不丟失數(shù)據(jù)；自帶晶體振蕩器及鋰電池；可計算到 2100年前的秒、分、小時、星期、日、月、年 7種日歷信息，并有閏年江漢大學 2020屆本科生畢業(yè)論文 29 補償功能；二進制數(shù)碼或 BCD碼表示時間、日歷和鬧鐘； 12和 24小時兩種制式， 12小時時鐘模式帶有 PM和 AM指示，有夏令時功能； Motorola和 Intel總線時序選擇； 128字節(jié) RAM單元與軟件接口，其中 14字節(jié)為時鐘單元和控制 /狀態(tài)寄存器， 114字節(jié)為通用 RAM，可由用戶使用，所有 RAM單元數(shù)據(jù)都具有掉電保護功能（非易失性 RAM）；可編程方波輸出；中斷信號輸出 IRQ和總線兼容，定鬧中斷、周期性中斷、時鐘更新周期結束中斷可分別由軟件屏蔽，也可分別進行置位測試。 DS12887時鐘芯片的結構 DS12887時鐘芯片內(nèi)部由振蕩電路、分頻電路、周期中斷 /方波選擇電路、 14字節(jié)時鐘和控制單元、 114字節(jié)用戶非易失 RAM、 十進制 /二進制計數(shù)器、總線接口電路、電源開關寫保護單元和內(nèi)部鋰電池等部分組成， DS12887芯片的內(nèi)部結構框圖如圖所示。 DS12887 時鐘芯片的引腳排列及引腳功能 DS12887 時鐘芯片的引腳排列 DS12887 時鐘芯片的引腳排列 如圖 2 所示。 江漢大學 2020屆本科生畢業(yè)論文 30 DS12887 時鐘芯片的引腳 功能 DS12887 時鐘芯片的引腳功能如下： AD0AD7 為地址 /數(shù)據(jù)復用總線； NC 為空腳； MOT 為總線模式選擇（ Motorola/Intel），當此腳接到 Vcc 時，選用的是 Motorola 總線時序，當它接地或不接時，選用的是 Intel 總線時序； CS 為片選端； AS 為地址鎖存允許端； R/W 在 Intel 總線下作為寫； DS 在 Intel 總線下作為讀； RESET 為復位端，復位端對時鐘、日歷、 RAM 無效，系統(tǒng)上電時復位端要保持低電平 200ms 以上 DS12887 才可以正常工作； IRQ 為中斷請求輸出端； SQW 為方波輸出端，當 Vcc 低于 時沒有作用； Vcc 為 +5V 電源； GND 為接地端。 DS12887 時鐘芯片的地址分配及狀態(tài)控制寄存器 DS12887 時鐘芯片的地址分配 DS12887 芯片有 128 個 RAM 單元，其中 4 個單元用作控制寄存器，它們在任何時間都可訪問，即使更新周期也不例外， 10 個單元用作存放時鐘字節(jié)， 114 字節(jié)為通用 RAM，DS12887 時鐘芯片的地址分配如圖 3 所示。 江漢大學 2020屆本科生畢業(yè)論文 31 DS12887 時鐘芯片的狀態(tài)控制寄存器 DS12887 芯片內(nèi)部寄存器 A：內(nèi)部地址為 0AH。 UIP=1：更 新已到，不能讀 /寫 DS12887； UIP=0：更新末到，能讀 /寫 DS12887。 DV DV DV0 應設置為 010，表示打開晶振，允許計時。 RS RS RS RS0為方波頻率選擇位，產(chǎn)生方波周期中斷。 DS12887 芯片內(nèi)部寄存器 B：內(nèi)部地址為 0BH。 SET=0：時間更新正常進行，每秒計數(shù) 1 次； SET=1：禁止更新，程序可初始化時間和日歷。 PIE=1：允許周期中斷； PIE=0：禁止周期中斷。 AIE=1：允許報警中斷； AIE=0：禁止報警中斷。 UIE=1：允許更新結束中斷； UIE=0： 禁止更新結束中斷。 SQWE 為方波允許位。 SQWE=1：將 RS RS RS RS0 選定的方波輸出。 DM=1： BCD 碼； DM=0：二進制。該位不受復位信號影響。 24/12： 1 表示 24[小 ]時制； 0 表示 12[小 ]時制。 DSE 為夏時制允許位。 DSE=1：采用夏時制； DSE=0：不采用夏時制。 DS12887 芯片內(nèi)部寄存器 C：內(nèi)部地址為 0CH 。 江漢大學 2020屆本科生畢業(yè)論文 32 IRQF 為中斷申請標志。 PF 為方波周期中斷標志。 PF=1：方波周期結束，申請中斷。 AF 為鬧鈴中斷標志。 AF=1：當前時間與鬧鈴時間匹配時即刻申請中斷 。 UF 為更新周期結束中斷標志。 UF=1：更新周期結束時申請中斷。 DS12887 芯片內(nèi)部寄存器 D：內(nèi)部地址為 0DH。 VRT 為內(nèi)部鋰電池狀態(tài)。 VRT=1：鋰電池正常 ； VRT=0：鋰電池耗盡。 時間、日歷和定鬧單元 時間和日歷信息通過讀相應的內(nèi)存字節(jié)來獲取，時間、日歷和定時鬧鐘通過寫相應的內(nèi)存字節(jié)設置或初始化，其字節(jié)內(nèi)容可以是十進制或 BCD 形式。時間可選擇 12 小時制或24 小時制，當選擇 12 小時制時，小時字節(jié)高位為邏輯 “1”代表 PM。時間、日歷和定鬧字節(jié)是雙緩沖的，總是可訪問的。每秒鐘這 10 個 字節(jié)走時 1 秒，檢查一次定鬧條件，如在更新時，讀時間和日歷可能引起錯誤。三個字節(jié)的定鬧字節(jié)有兩種使用方法。第一種，當定鬧時間寫入相應時、分、秒定鬧單元，在定時允許、鬧鐘位置高電平的條件下，定鬧中斷每天準時起動一次。第二種，在三個定鬧字節(jié)中插入一個或多個不關心碼。不關心碼是任意從 C 到 FF 的 16 進制數(shù)。當小時字節(jié)的不關心碼位置位時，定鬧為小時發(fā)生一次由于相線小時和分鐘定鬧字節(jié)置不關心位時，每分鐘定鬧一次；當三個字節(jié)都置不關心位時，每秒中斷一次。 注： DS12887 應用程序見附錄 第六章 后備電源 為了防止竊賊在進入防區(qū)之前將系統(tǒng)的供電交流電源切斷，系統(tǒng)必須能夠在交流電源被切斷后繼續(xù)正常運行一段時間，本系統(tǒng)采用基于 51 單片機的鉛酸蓄電池作為后備電源，這就給系統(tǒng)設計提出了一個繼續(xù)解決的問題：就是蓄電池的充電電源管理問題。 技術背景 鉛酸蓄電池發(fā)展至今已經(jīng)有一百多年的歷史。鉛酸蓄電池自發(fā)明后以其價格低廉、原江漢大學 2020屆本科生畢業(yè)論文 33 材料易于獲得，使用上有充分的可命性，適用于大電流放電及廣泛的環(huán)境溫度范圍等優(yōu)點，在化學電源中一直占有絕對優(yōu)勢。近年來密封免維護鉛酸蓄電池由于具有密封好、無泄漏