【正文】 、功能設(shè)定、本地顯示、本地報警等功能。單片機應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、在線調(diào)試等幾個階段。模塊劃分為震動模塊、鍵盤控制、報警電路、 GSM模塊。 對于本設(shè)計的核心部分，單片機就是設(shè)計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。硬件包括單片機、輸入 /輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路 等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。 從設(shè)計的要求來分析該設(shè)計須包括以下結(jié)構(gòu)：震動電路、報警電路、單片機最小系統(tǒng)、復(fù)位電路及 GSM電路組成，它們之間的總體設(shè)計框圖如圖 。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。驅(qū)動電路并推動報警設(shè)備完成， 同時 通過 串口控制 GSM模塊發(fā)送短信到指定手機 。所以選用震動傳感器。 STC89 C51 復(fù)位電路 信號檢測電路 報警執(zhí)行電路 LED 發(fā)光顯示 比較 限流電阻 驅(qū)動 GSM 短信發(fā)送 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 共 38 頁 圖 震動傳感器 1） 相對式機械接收原理 由于機械運動是物質(zhì)運動的最 簡單的形式，因此人們最先想到的是用機械方法測量振動，從而制造出了機械式測振儀（如蓋格爾測振儀等）。相對式測振儀的工作接收原理是在測量時，把儀器固定在不動的支架上，使觸桿與被測物體的振動方向一致，并借 彈簧 的彈性力與被測物體表面相接觸，當(dāng)物體振動時，觸桿就跟隨它一起運動，并推動記錄筆桿在移動的紙帶上描繪出振動物體的位移隨時間的變化 曲線 ，根據(jù)這個記錄曲線可以計算出位移的大小及頻率等參數(shù) [10]。這樣，就發(fā)生一個問題，當(dāng)需要測的是絕對振動，但又找不到不動的參考點時，這類儀器就無用武之地。在這種情況下，我們必須用另一種測量方式的測振儀進(jìn)行測量，即利用慣性式測振儀。 應(yīng)變式壓力傳感器的敏感元件為一個圓形的金屬膜片，當(dāng)有力作用到上面的時候，它會產(chǎn)生 應(yīng)變，應(yīng)變有切向應(yīng)變和徑向應(yīng)變。應(yīng)變式壓力傳感器就是在兩個最大正值和兩個最大負(fù)值處分別貼上四個應(yīng)變片，組成全橋電路來測量壓力。傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即在外力作用下產(chǎn)生機械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化 [12]。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、 橫向效應(yīng)小等優(yōu)點。這種薄膜結(jié)構(gòu)能保證四個電阻阻值有較好的一致性，電橋的零點也可以達(dá)到對稱，它同時還具有量程大、靈敏度高、成本便宜等優(yōu)點。其數(shù)值一般很小，常以微應(yīng)變 με度量， 1 με =10－ 6 ε； （ ） V—— 材料泊桑比，一般金屬 V=； λ —— 壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān)； E —— 材料的彈性模量。不同屬性的導(dǎo)體，這兩項所占的比例相差很大?？捎貌煌膶?dǎo)體材料制成應(yīng)變片，目前主要有金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類。 對于金屬電阻應(yīng)變片，材料電阻率隨應(yīng)變產(chǎn)生的變化很小，可忽略，得： ?? SvRdR ??? )21( （ ） 電阻絲應(yīng)變片又稱金屬絲電阻應(yīng)變片 ,其優(yōu) 點是制作方便 ,應(yīng)變橫向效應(yīng)大 .選用應(yīng)變片時，要考慮應(yīng)變片的性能參數(shù)，主要有：應(yīng)變片的電阻值、靈敏度、允許電流和應(yīng)變極限等。應(yīng)變片產(chǎn)品包裝上標(biāo)明的 標(biāo)稱靈敏系數(shù) ，出廠時測定的該批產(chǎn)品的平均靈敏度系數(shù)值。 AT89C51具有如下特點： 40個引腳， 4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5個中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷， 2個 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 38 頁 16位可編程定時計數(shù)器 ,2個 全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器?？臻e模式下， CPU暫停工作，而 RAM定時計數(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。 AT89C51 單片機的基本組成功能方塊圖如圖 所示。下面介紹幾個主要部分。 AT89C51的 CPU是一個字長為 8位的中央處理單元，即它對數(shù)據(jù)的處理是按字節(jié)為單位進(jìn)行的。因此常說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器是指前 128個單元，簡稱內(nèi)部 RAM。 4)定時器 /計數(shù)器 出于控制應(yīng)用的需要，芯片內(nèi)部共有兩個 16位的定時器 /計數(shù)器以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以其定時或計數(shù)結(jié)果對單片機進(jìn)行控制。 6)串行口 AT89C51有 1 個全雙工的可編程串行口，以實現(xiàn)單片機和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。 7)中斷控制系統(tǒng) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 共 38 頁 AT89C51 的中斷系統(tǒng)功能較強，可以滿足一般控制應(yīng)用的需要。 8)時鐘電路 AT89C51 單片機芯片內(nèi)部有時鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。 9)內(nèi)部總線 上述部件只有通過內(nèi)部總線將其連接起來才能構(gòu)成一個完整的單片機系統(tǒng)。系統(tǒng)的地址信號、數(shù)據(jù)信號和控制信號分別 通過系統(tǒng)的三大總線 — 地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線進(jìn)行傳送，總線結(jié)構(gòu)減少了單片機的連線和引腳，提高了集成度和可靠性。 AT89C51 較詳細(xì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 。采用 40 引腳雙列直插封裝（ DIP）形式，引腳圖如圖 所示。 圖 AT89C51 引腳圖 VCC：供電電壓。 P0口： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1口： P1口是一個內(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。在 FLASH編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。并因此作為輸 入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。 P2口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。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。 P3口也可作為 AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： P3口管腳 備選功能 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（記時器 0外部輸入） 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 38 頁 T1（記時器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST腳 兩個機器周期的高電平時間。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號 端 。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN信號將不出現(xiàn)。注意加密方式 1時， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電 路的輸入。 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 128*8 位內(nèi)部 RAM 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 可編程串行通道 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 1） XTAL1和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫 “1” 且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在閑置模式下， CPU停止工作。在掉電模式下，保存 RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。 諾依曼原理），即程序存儲和程序控制。程序控制是指計算機能自動地逐一取出程序中的指令，加以分析并執(zhí)行規(guī)定的操作 [15]。 1) 復(fù)位方式 通過某種方式 , 使單片機內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復(fù)位。單片機除了正常的初始化外，當(dāng)程序運行出錯或由于操作錯誤而使系統(tǒng)處于死循環(huán)時，也需要按復(fù)位鍵重啟機器。 復(fù)位不影響片內(nèi) RAM存放的內(nèi)容 , 而 ALE 在復(fù)位期間將輸出高電平。 定時器 /計數(shù)器、串行口、中斷系統(tǒng)等特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)對各功能部件工作狀態(tài)的影響。例如使用晶振頻率為 12MHz時，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)不小于 2us。前兩種見 圖。 圖 （ a）上電復(fù)位電路 。由于復(fù)位后 PC=0000H，因此程序執(zhí)行總是從地址 0000H開始，為此就得在 0000H處 開始的存儲單元安放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便跳轉(zhuǎn)到實際程序的入口 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 38 頁 去執(zhí)行。在待機工作方式中，振蕩器保持工作，時鐘脈沖繼續(xù)輸出到中斷、串行口、定時器等功能部件，使它們繼續(xù)工作，但時鐘脈沖不再送到 CPU，因而 CPU停止工作。在掉電方式中，振蕩器工作停止，單片機內(nèi)部所有功能部件停止工作。 待機方式和掉電方式都是為了進(jìn)一步降低功耗而設(shè)計的節(jié)電工作方式，它們特別適合于電源功耗要 求很低的應(yīng)用場合。 CHMOS型單片機的節(jié)電方式是由特殊功能寄存器 PCON控制，其具體使用可參考相關(guān)書籍和手冊。 （ 1）內(nèi)部 EPROM編程 編程時，時鐘頻率應(yīng)定在 36MHz的范圍內(nèi)，其余各有關(guān)引腳的接法和用法如下： P1口和 P2口的 ~ EPROM的 4k地址輸入， P1為 8位地址； ~ PSEN應(yīng)為低電平； P0口為編程數(shù)據(jù)輸入； RST應(yīng)為高電平； RST的高電平可為 ，其余的都以 TTL的高低電平為準(zhǔn)； EA/VPP端加 +21V的編程脈沖，此電壓要求穩(wěn)定，不能大于 ，否則會損壞 EPROM 在出現(xiàn)正脈沖期間， ALE/PROG端加上 50ms的負(fù)脈，完成一次寫入。要讀出的程序存貯器單元地址由 P1口和 P2口的 ~， P2口的其他引腳及 PSEN 保持低電平， ALE、 EA和 RST 接高電平，檢驗的單元內(nèi)容由 P0 口送出。 （ 3）程序存貯器的保險位 AT89C51 內(nèi)部有一個保險位，亦稱保密位，一旦將該位寫入便建立了保險，就可禁止任何外部方法對片內(nèi)程序存貯器進(jìn)行讀寫。 保險位一旦寫入，內(nèi)部程序存貯器便不能再被寫入和讀出校驗，而且也不能執(zhí)行外部存貯器的 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 共 38 頁 程序。 通過以上對單片機硬件系統(tǒng)的簡單介紹，應(yīng)該已經(jīng)掌握了單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作的原理和過程，但是單片機要實現(xiàn)它的強大控制功能特性，只有硬件是不能工作的，還必須依靠它的指令才能發(fā)揮單片機的強大作用。 6 GSM 模塊 模塊選擇 GSM GSM 模塊作為用戶手機和控 制器之間數(shù)據(jù)交換的橋梁，在本系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，本系統(tǒng)使用 SIM900A GSM模塊。 SIM900A 的設(shè)計比較人性化，芯片總體是比較小巧的、消耗的功率也只有 。在綜合對比功能、價格等因素后選擇使用此款 GSM模塊。 SIM900A支持 GPRS和 GPRS編碼格式 CS1， CS2， CS3， CS4。 SIM900A采用省電技術(shù)設(shè)計，所以在 SLEEP模式下最低耗流只有 。 SIM900A的主要特性 SIM900A主要特性如圖 所示。 圖 編碼格式 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 共 38 頁 SIM900A功能圖 如圖 SIM900A的功能圖并說明了主要功能部分： GSM基帶，存儲器， GSM射頻，天線接口，其他接口。 2) 工作頻段： EGSM900Mhz/DCS1800Mhz自動搜索 2個頻段。 4) 工作溫度： 40176。 C。 6) 電源供電： DC524V，本系統(tǒng)適配器為 12V， 1A為 GSM模塊單獨供電。 Text模式實現(xiàn)起來很簡單，但是只能作為簡單的英文短信發(fā)送模式，是不能收發(fā)中文短信的；然而 PDU模式下不僅能發(fā)送英文短信，更重要的是能支持中文短信的發(fā)送。通過 文本與 Unicode