畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）家庭智能控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

1、摘 要 家庭智能化系統(tǒng)是 20 世紀(jì) 70 年代后期開(kāi)始出現(xiàn)的，80 年代中期，歐美市場(chǎng)上出現(xiàn) 了智能控制機(jī)，1984 年 1 月第一棟智能大樓在美國(guó)投入建成使用，自此，智能大樓在許 多國(guó)家積極興起。同時(shí)，家庭、樓宇的智能化也成為適應(yīng)人們對(duì)生活水平和生活質(zhì)量需 要提高的必然趨勢(shì)，各種家庭控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。我過(guò)在這方面的起步較晚，急需完成 的是研制出實(shí)現(xiàn)基本功能又符合我過(guò)應(yīng)用現(xiàn)狀的家庭智能控制系統(tǒng)。 從結(jié)構(gòu)上，智能家居控制系統(tǒng)可采用先進(jìn)的通訊總線方式或電力線載波通訊技術(shù)，其 產(chǎn)品部件安裝時(shí)無(wú)需對(duì)住宅內(nèi)已有的居住環(huán)境進(jìn)行大幅度的改造，無(wú)需復(fù)雜的布線及添 置新的設(shè)備材料，只要將產(chǎn)品模塊接入通訊總線或

2、 220v 電力線網(wǎng)絡(luò)即可形成控制系統(tǒng)1。 系統(tǒng)一般采用模塊化設(shè)計(jì)，使用簡(jiǎn)單的編碼指令，就可輕松進(jìn)行擴(kuò)展?？上纫缘土膬r(jià) 格安裝基本系統(tǒng)后，再根據(jù)需要擴(kuò)展更多的功能，進(jìn)行系統(tǒng)功能添加，家居智能系統(tǒng)的 擴(kuò)充性非常強(qiáng)大。 關(guān)鍵詞 智能化系統(tǒng)、通訊總線、電力線載波、模塊化、編碼 abstract intelligent home system is the 20th century began to emerge in the late 70s, the mid-80s, appeared on the european and american markets intelligent contro

3、l plane, in january 1984 the first intelligent building houses built in the united states the use of inputs, since in many intelligent building the rise of national positive. at the same time, the family, the building has become the intelligent adaptation of the standard of living and quality of lif

4、e of the inevitable trend of the need to improve, and control system of the family came into being. in this regard i have been starting late, is in urgent need of completion of the development achievement of the basic functions and applications in line with the status of my family have been the smar

5、t control system. from the structure, intelligent home control system using advanced communication bus or power line carrier communication technology, their products without components installed within the residential living environment has been a substantial transformation, the need for complicated

6、 wiring and installation of new the equipment and materials, as long as the product module communication bus access or 220v power line network to form a control system. systems generally use the modular design, the use of simple coding instructions, can be easily extended. can be installed at very l

7、ow prices for basic systems and then need to be extended in accordance with more features, add functionality to the system, smart home system is very powerful scalability. key words intelligent systems, communications bus, power line carrier, modularization, coding 目 錄 摘 要.i abstract.ii 目 錄.iii 1 引言

8、.- 1 - 1.1 課題背景.- 1 - 1.2 應(yīng)用前景及效益分析.- 1 - 1.2.1 國(guó)內(nèi)智能小區(qū)市場(chǎng)預(yù)測(cè).- 1 - 1.2.2 實(shí)用性及前瞻性.- 2 - 1.3 調(diào)協(xié)的科學(xué)性和合理性.- 2 - 1.3.1 社會(huì)效益.- 2 - 1.3.2 在智能小區(qū)的地位.- 2 - 1.3.3 未來(lái)市場(chǎng)走向.- 3 - 1.3.4 用戶需求.- 3 - 1.3.5 科技含量.- 3 - 1.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的總體設(shè)計(jì).- 4 - 1.4.1 管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì).- 4 - 1.4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì).- 5 - 2 單片機(jī)及存儲(chǔ)器.- 6 - 2.1 單片機(jī)簡(jiǎn)介 .- 6 - 2.2 單片機(jī)技

9、術(shù) .- 6 - 2.3 通信接口的實(shí)現(xiàn)方法 .- 7 - 2.3.1 單向并行通信接口的實(shí)現(xiàn).- 7 - 2.3.2 主從并行通信接口的實(shí)現(xiàn).- 7 - 2.4 存儲(chǔ)器 .- 8 - 3 m16c 單片機(jī)和內(nèi)部結(jié)構(gòu) .- 10 - 3.1 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) .- 10 - 3.2 芯片引腳的描述 .- 12 - 3.3 m 16c單片機(jī)中央處理器.- 14 - 4 dtmf 編解碼的遠(yuǎn)程控制 .- 15 - 4.1 dtmf 編解碼遠(yuǎn)程控制的原理.- 15 - 4.2 dtmf 編解碼芯片的選擇.- 16 - 4.3 mt8880 的工作原理.- 17 - 4.4 單片機(jī)電路 .- 20 -

10、 4.5 遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .- 21 - 5 電力線載波的本地控制.- 24 - 5.1 電力線載波本地控制的工作原理 .- 24 - 5.2 電力線 modem 及接口電路.- 25 - 5.3 驅(qū)動(dòng)電路.- 28 - 5.4 鍵盤(pán)接口芯片 .- 29 - 結(jié) 論.- 30 - 致 謝.- 31 - 參考文獻(xiàn).- 32 - 附 錄.- 33 - 1 引言 1.1 課題背景 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，智能化家電控制系統(tǒng) 在世界應(yīng)運(yùn)而生。智能小區(qū)在智能化大樓基礎(chǔ)上擴(kuò)展和延伸出來(lái)的，人們通過(guò)對(duì)小區(qū)建 筑群的四個(gè)基本要素（結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理）進(jìn)行優(yōu)化考慮，提供一個(gè)

11、投資合理， 又擁有高效率、舒適、溫馨、便利以及安全的人居環(huán)境。為適應(yīng)我國(guó)加快住宅建設(shè)發(fā)展， 增強(qiáng)住宅建設(shè)的科技含量的要求，我國(guó) 在繼“解困” 、 “安居”工程后，又加大了小康工 程的力度。 “智能型住宅家庭設(shè)施自動(dòng)控制與管理系統(tǒng)應(yīng)用研究”作為國(guó)家重大科技產(chǎn)業(yè) 項(xiàng)目，就是這一背景下提出的。 從結(jié)構(gòu)上，智能家居控制系統(tǒng)可采用先進(jìn)的通訊總線方式或電力線載波通訊技術(shù)， 其產(chǎn)品部件安裝時(shí)無(wú)需對(duì)住宅內(nèi)已有的居住環(huán)境進(jìn)行大幅度的改造，無(wú)需復(fù)雜的布線及 添置新的設(shè)備材料，只要將產(chǎn)品模塊接入通訊總線或 220v 電力線網(wǎng)絡(luò)即可形成控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)一般采用模塊化設(shè)計(jì)，使用簡(jiǎn)單的編碼指令，就可輕松進(jìn)行擴(kuò)展?？上纫缘?/p>

12、廉的價(jià) 格安裝基本系統(tǒng)后，再根據(jù)需要擴(kuò)展更多的功能，進(jìn)行系統(tǒng)功能添加，家居智能系統(tǒng)的 擴(kuò)充性非常強(qiáng)大2。 攻關(guān)任務(wù)：研究智能型住宅家庭設(shè)施自動(dòng)控制與管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括兩項(xiàng)任務(wù)， 其一是開(kāi)發(fā)家用管理軟件，其二是開(kāi)發(fā)家庭智能控制裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)家電控制進(jìn)行自動(dòng)檢 測(cè)；而家用電腦管理軟件要對(duì)家庭設(shè)施進(jìn)行管理并提供若干家政服務(wù)程序。 1.2 應(yīng)用前景及效益分析 建筑業(yè)是國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)，住宅建設(shè)占總房產(chǎn)建設(shè)投資的 80左右，國(guó)家十分關(guān)注 住宅建設(shè)，繼“解困” 、 “安居”工程后，又努力實(shí)施“小康”工程。為了加大“小康” 工程力度，可見(jiàn)，投身于住宅小區(qū)智能化以及相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)，既有利于推動(dòng)建筑業(yè)的 發(fā)展，又

13、能帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 1.2.1 國(guó)內(nèi)智能小區(qū)市場(chǎng)預(yù)測(cè) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等高新技術(shù)的延伸，智能建筑應(yīng)運(yùn) 而生。智能小區(qū)是智能大廈的基本含義中擴(kuò)展出來(lái)的。以 1999 年為例，國(guó)家在 99 年對(duì) 住宅的投資 17001800 億元人民幣，根據(jù)建設(shè)部對(duì)小區(qū)初、中、高三個(gè)等級(jí)的劃分，小 區(qū)智能化為住宅小區(qū)總投資的 133。以此比例計(jì)算，則僅 99 年度對(duì)小區(qū)智能化的 需求就達(dá) 1754 億元人民幣，而隨著住房體制改革的不斷深入及人們對(duì)住宅環(huán)境要求的 不斷提高，該數(shù)值還會(huì)將大幅度提高。由此可見(jiàn)，小區(qū)智能化市場(chǎng)前景廣闊。 1.2.2 實(shí)用性及前瞻性 智能型住宅家庭設(shè)

14、施自動(dòng)控制與管理系統(tǒng)應(yīng)用研究，該家庭智能控制器具有很強(qiáng)的 靈活必一，根據(jù)用戶需要，可以進(jìn)行靈活配置，例如：如果用戶不需要該模塊中的模擬 輸入，我們就會(huì)在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)預(yù)留同端口，而不焊接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，這樣可為用戶 省下投資，也為其將來(lái)擴(kuò)展做好準(zhǔn)備；12 路數(shù)字輸入點(diǎn)被開(kāi)關(guān)量或脈沖信號(hào)來(lái)觸發(fā)，其 可以配置成電表水表煤氣氣輸入，可以配置成安防信號(hào)輸入，也可以是二者結(jié)合；12 路 輸出只是一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)，也可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活配置?？傊?，該家庭智能控制器即 適合現(xiàn)在智能住宅的要求，也會(huì)在一定程度上滿足將來(lái)發(fā)展的需要4。 家庭智能控制器再加上各種傳感器構(gòu)成的控制系統(tǒng)，其價(jià)格為 4000 元左右，即每個(gè)

15、 住戶用于智能化投資在 4000 元左右，與當(dāng)前國(guó)家制定普及型智能住宅價(jià)格（5000 元）相 比，相對(duì)價(jià)位下降 20；而從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，隨著人民生活水平的提高以及家庭智能控制器 各類(lèi)相關(guān)器件價(jià)格的下調(diào)，大多數(shù)用戶對(duì)智能化的投資是可以接受的，并且其所帶來(lái)的 各種效益是無(wú)法估量的。 1.3 調(diào)協(xié)的科學(xué)性和合理性 設(shè)置的科學(xué)性和合理性可從以下幾方面反映出來(lái)： 1.3.1 社會(huì)效益 以小康住宅智能化宗旨，旨在為人們提供舒適、安全、健康的環(huán)境。這一方面提高 了人們生活水平，另一方面也為人們的高效率快節(jié)奏提供了條件。 智能住宅設(shè)施的自動(dòng)控制和管理，既需要相關(guān)行業(yè)的支持，也促進(jìn)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。 智能住宅建設(shè)的興

16、起，將使許多相關(guān)企業(yè)投入建筑市場(chǎng)，又為許多人提供了就業(yè)機(jī)會(huì)。 此外，對(duì)于生產(chǎn)智能控制器的廠商來(lái)說(shuō)，他們?cè)谕茝V應(yīng)用這項(xiàng)成果中，將會(huì)獲得可觀的 經(jīng)濟(jì)效益。 1.3.2 在智能小區(qū)的地位 智能小區(qū)在智能化大樓的基礎(chǔ)上擴(kuò)展和延伸出來(lái)，人們通過(guò)對(duì)小區(qū)建筑群的四個(gè)基 本要素（結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理）進(jìn)行優(yōu)化考慮，提供一個(gè)投資合理，又擁有高效率、 舒適、溫馨、便利以及安全的人居環(huán)境。從以上的定義可以看出，人們通常提出的智能 大廈的 3a（建筑設(shè)備自動(dòng)化 、辦公自動(dòng)化、通信自動(dòng)化）或 5a（在“3a”的基礎(chǔ)上加 上安防自動(dòng)化和防火自動(dòng)化）也適合智能小區(qū)，所以智能小區(qū)的“智能”很大一部分都 體現(xiàn)在其自動(dòng)化的程度

17、5。此次國(guó)家制定的該課題與以往課相比，其對(duì)智能建筑的功能 定位更加合理（功能多而必要） ，并且具有一定的前瞻性（廚房設(shè)備的自動(dòng)化以及模擬量 的引入隨著人民生活的提高也將會(huì)被人們接受） ?？傊?，本專(zhuān)題對(duì)智能小區(qū)“智能”的研 究，在智能小區(qū)的整體研究中起著相當(dāng)重要的作用。 1.3.3 未來(lái)市場(chǎng)走向 建筑業(yè)是國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)，住宅建設(shè)將占房產(chǎn)建設(shè)投資的 80左右，其中對(duì)智能小 區(qū)投資占總房產(chǎn)建設(shè)投資的 824，在這種背景下，國(guó)家將會(huì)進(jìn)一步加大對(duì)智能化建筑 的投資。由于智能小區(qū)的概念是近幾年才形成的，單個(gè)功能或系統(tǒng)如抄表、報(bào)警功能在 一些住宅小區(qū)中已經(jīng)有些應(yīng)用，但是還沒(méi)有哪個(gè)廠家能夠推出從總體上設(shè)計(jì)和規(guī)

18、劃成熟 的智能小區(qū)網(wǎng)絡(luò)化綜合管理系統(tǒng)，目前的市場(chǎng)還處于群龍無(wú)首階段。此時(shí)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)急 需一種性能價(jià)格比較高的智能化產(chǎn)品，這時(shí)研究智能型住宅家庭設(shè)施控制和管理系統(tǒng)將 有更重要的意義。 1.3.4 用戶需求 隨著生活水平的提高，一方面，人們對(duì)住宅的追求不僅僅局限于外表的裝飾，人們 對(duì)住宅的智能已經(jīng)有了初步的認(rèn)識(shí)；另一方面，在一些發(fā)達(dá)的城市中已經(jīng)出現(xiàn)智能小區(qū) 并為人們所接受，適合人們要求的智能化產(chǎn)品也具有很重要的意義。 1.3.5 科技含量 可以說(shuō)智能小區(qū)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制等的發(fā)展而提出和發(fā)展起 來(lái)的。智能小區(qū)的“智能”也可理解成為其科技含量，其科技含量的高低反映了智能小 區(qū)智能化

19、的水平。采用的 lonworks 技術(shù)是最近幾年內(nèi)流行的先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，運(yùn)用 該項(xiàng)技術(shù)研究并開(kāi)發(fā)出基于該技術(shù)的產(chǎn)品，將更有利于該產(chǎn)品的推廣，并且隨著 lonwork 技術(shù)本身的改進(jìn)和提高，智能化產(chǎn)品也利于更新?lián)Q代。 深圳市房地產(chǎn)一直處于良性發(fā)展中，發(fā)展商隊(duì)除在住宅的平面布置、小區(qū)環(huán)境及建 筑外立面很下功夫外，還將不同程度的智能引入住宅區(qū)。自日本東京在 1989 年建成首例 高水平智能化住宅區(qū)后，隨即世界其他一些城市也相繼建成不同程度和水準(zhǔn)的智能住宅 區(qū)。概括地說(shuō)，智能住宅區(qū)是指由網(wǎng)絡(luò)連接的若干智能住宅及智能管理下各種公共設(shè)施 的集合，通信技術(shù)、數(shù)據(jù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)是智能建筑的支

20、撐技術(shù)。智能 住宅基本標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足以下要求6： a）提供舒適、安全、高品位、宜人的家庭空間； b）信息高速公路進(jìn)入家庭，提供快捷、全方位信息交換功能； c）提供豐富多彩、高品位業(yè)余文化生活； d）提供包括兒童教育、成人教育在內(nèi)的多層次家庭和業(yè)余教育服務(wù)； e）提供家庭保健、遠(yuǎn)程看護(hù)服務(wù)。 智能住宅區(qū)內(nèi)的智能系統(tǒng)一般由通信、安全、管理、服務(wù)四個(gè)部分組成，家電自動(dòng) 控制系統(tǒng)局限在家庭住戶內(nèi)，通過(guò)一定程序控制家電開(kāi)關(guān)，達(dá)到遙控空調(diào)、音響、窗簾 等，住戶內(nèi)控制信號(hào)通過(guò)每戶照明配電箱的照明分支回路傳送。該系統(tǒng)屬錦上添花的智 能系統(tǒng)，適合高檔住宅如別墅。家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)是由保安中心管理主機(jī)、家庭報(bào)警器、 各

21、類(lèi)傳感器和傳輸纜線組成。家庭被盜的切入點(diǎn)主要是門(mén)和窗，傳感器對(duì)家庭重要地點(diǎn) 和區(qū)域布防，品質(zhì)齊全的傳感器能代替?zhèn)鹘y(tǒng)家居內(nèi)鋼筋防盜網(wǎng)，讓業(yè)主生活在更安全、 舒適的環(huán)境。 總之， “智能家庭管理系統(tǒng)”的完成，一方面，為家庭設(shè)施智能化的可行性提供了依 據(jù)；另一方面，也為制定家庭設(shè)施智能化規(guī)范提供了參考。并且，開(kāi)發(fā)出來(lái)的成果正在 轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品，這進(jìn)一步證明了研究的科學(xué)性和合理性。 1.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的總體設(shè)計(jì) 1.4.1 管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 圖 1.1 管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 家庭信息終端管理系統(tǒng)是一個(gè)基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的智能住宅控制系統(tǒng)，它是集住 宅安全防范系統(tǒng)、小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)于一體，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)線路構(gòu)成整個(gè)

22、住宅小區(qū)的 集中管理控制系統(tǒng)，主要綜合了普通家庭的安全防范、可視對(duì)講、三表抄送等功能，同 時(shí)即有強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)功能，具體如下： 1）集中抄表功能： 家庭信息終端對(duì)家庭內(nèi)各種計(jì)量表（如水、電、氣表等）進(jìn)行數(shù)據(jù)集中采集和計(jì)算， 各種表的讀數(shù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自動(dòng)傳送到管理控制中心，從而達(dá)到足不出戶實(shí)現(xiàn)抄收、統(tǒng) 計(jì)和計(jì)費(fèi)等功能，既減少了煩瑣的管理工作，又避免了對(duì)住戶的干擾。 網(wǎng)絡(luò)控制（模擬） 溫度及光亮傳感 緊急探測(cè) 家電控制 2）可視門(mén)鈴功能 每幢樓的樓道口均設(shè)有門(mén)口機(jī)，當(dāng)有客人來(lái)訪時(shí)，業(yè)主可以從大屏幕彩色 lcd 屏上 看到來(lái)訪者的圖象，并可以實(shí)現(xiàn)對(duì)講，實(shí)現(xiàn)家庭可視門(mén)鈴功能，加強(qiáng)了業(yè)主的安全防范 功能。

23、3）安全防盜及各種意外報(bào)警： 安全防盜報(bào)警包括紅外探測(cè)報(bào)警，門(mén)磁報(bào)警等，當(dāng)有小偷從窗戶爬進(jìn)或強(qiáng)行撬門(mén)， 家庭信息終端及時(shí)檢測(cè)意外情況后，首先高分貝喇叭報(bào)警，對(duì)不法分子起到威懾作用， 同時(shí)通過(guò)小區(qū)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)將報(bào)警信息上報(bào)給物業(yè)管理中心，便于保安及時(shí)趕到現(xiàn)場(chǎng)處理。 當(dāng)發(fā)生火災(zāi)、煤氣泄露等意外情況時(shí)7。家庭信息終端也能通過(guò)傳感器檢測(cè)到，且 及時(shí)切斷煤氣閥們，同時(shí)上報(bào)物業(yè)管理中心。 4）緊急求助功能 當(dāng)家庭發(fā)生緊急情況需要求助時(shí)（如緊急病人需要求助、不法分子非法闖入等） ，業(yè) 主可以立即按下緊急求助按紐，家庭信息終端將緊急求助信息通過(guò)小區(qū)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上報(bào)給 物業(yè)管理中心，物業(yè)管理中心能夠派保安能趕赴現(xiàn)場(chǎng)處理

24、，保障了住戶的安全。 5）電子公告： 小區(qū)管理中心可以向住戶發(fā)布各種電子公告（如小區(qū)通知、天氣預(yù)報(bào)等信息） 、家庭 信息終端終端收到信息后能夠在大屏幕真彩屏上顯示出來(lái)并提醒住戶閱讀。 6）觸摸屏操作 戶所有的操作采用觸摸屏的方式，由于內(nèi)部集中了先進(jìn)的 gui 圖形界面技術(shù)，實(shí)現(xiàn) 了傻瓜化的界面操作，使得業(yè)主操作非常簡(jiǎn)單。 7）ic 卡門(mén)禁功能： 可視對(duì)講門(mén)口機(jī)集成在一起，采用射頻 ic 卡的電子鑰匙，便于對(duì)小區(qū)每棟樓封閉性 管理。 8）靈活的網(wǎng)絡(luò)配置： 整個(gè)智能小區(qū)夠成一個(gè)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)，且網(wǎng)絡(luò)配置靈活，具有多種網(wǎng)絡(luò)連接方式，如 rs485 總線、小區(qū)寬帶網(wǎng)、電話線等，便于小區(qū)物業(yè)進(jìn)行統(tǒng)一的管理。

25、 1.4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì) 現(xiàn)代通信正朝著適應(yīng)知識(shí)密集型信息化社會(huì)各種通信要求的方向發(fā)展，世界上先進(jìn) 國(guó)家已完全掌握另外在各種傳輸介質(zhì)中傳送數(shù)字信號(hào)的技術(shù)通信系統(tǒng)的一般模型8，由 此我總結(jié)本設(shè)計(jì)所需結(jié)構(gòu)圖如 1. 2 所示： 圖 1.2 結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì) 2 單片機(jī)及存儲(chǔ)器 2.1 單片機(jī)簡(jiǎn)介 單片微型計(jì)算機(jī)（single chip microcomputer）簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，又稱(chēng)微控制器 （microcontrollerunit）或嵌埋式控制器（embedded controller）,是將計(jì)算機(jī)的基本部件 微型化，使之集成在一塊芯片上的微機(jī)。片內(nèi)含有 cpu、rom、ram、并行 i/o、串行

26、 i/o、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時(shí)鐘及系統(tǒng)總線。 單片機(jī)有著體積小、功耗低、功能強(qiáng)、性能/價(jià)格比高、易于于推廣應(yīng)用等顯著特點(diǎn)。 自 1974 年美國(guó)德克薩斯儀器公司推出第一個(gè)單片機(jī)以來(lái)，單片機(jī)在自動(dòng)化裝置、智能化 儀表、過(guò)程控制和家用電器等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用和迅猛的發(fā)展。近年來(lái)，單片機(jī) 結(jié)合專(zhuān)用集成電路 asic(applied specific integrated circuit)和精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī) risc（reduced instruction set computer）技術(shù)，發(fā)展成為嵌埋式處理器(embedded processor)，使得單片機(jī)可集成眾多的硬件和軟件，而

27、成為更深意義上的單片應(yīng)用機(jī)型， 使其以更強(qiáng)的功能深入到數(shù)據(jù)、數(shù)值分析、信號(hào)處理、智能機(jī)器人及圖像處理等技術(shù)領(lǐng) 域。從國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)應(yīng)用單片機(jī)的情況看，自 80 年代初起步以來(lái)，以 intel 公司的 mcs-48 系 列單片機(jī)為主導(dǎo)機(jī)種，率先滲入到微機(jī)控制的各個(gè)領(lǐng)域，并取得了一定的應(yīng)用成果。80 年代中期以后，隨著性能更強(qiáng)、速度更快的 mcs-51 系列加入國(guó)內(nèi)單片機(jī)行列，單片機(jī)迅 速得到了廣泛的應(yīng)用，獲得了微機(jī)界的一致好評(píng)。目前，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用均以 mcs- 51 系列為主，已成為我國(guó) 8 位單片機(jī)的主導(dǎo)機(jī)種。隨著功能不斷完善的開(kāi)發(fā)工具的推出， 該系列單片機(jī)得到了進(jìn)一步的應(yīng)用，已在各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域

28、的科研和技術(shù)改造、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中 起著越來(lái)越大的作用。 2.2 單片機(jī)技術(shù) 單片機(jī)具有性能穩(wěn)定、工作可靠、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，因此其應(yīng)用相當(dāng)廣泛。一個(gè) mcs51 系列的單片機(jī)（如 atmel89cxx）內(nèi)部包含有 ram、flash rom、兩個(gè)或者三個(gè) 16 位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、一個(gè)通用異步串行通信控制器（uart）等多種資源。但即便如 此，在一些相對(duì)復(fù)雜的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，僅僅一個(gè)單片機(jī)資源還是不夠的，因此而常 常需要擴(kuò)充 i/o 接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行通信接口、ram、rom 等。采用通用的標(biāo) 準(zhǔn)器件進(jìn)行擴(kuò)充是通常的做法，但將單片機(jī)本身作為一個(gè)通用的擴(kuò)充器件來(lái)使用，也不 失為一個(gè)好的方法。

29、在這種情況下，一個(gè)系統(tǒng)中就使用了兩個(gè)或兩個(gè)以上的單片機(jī)，而 單片機(jī)之間就要通過(guò)互連來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。mcs51 系列的單片機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)）都 帶有串口9，利用串口進(jìn)行互連通信極為方便，其各種連接方式在許多書(shū)籍和資料上都 有介紹，在此不再重述。但如果系統(tǒng)要求擴(kuò)充的資源是對(duì)外連接的串口，或?qū)ο嗷ブg 的數(shù)據(jù)傳送有一定的速度要求，則單片機(jī)的串口就不能用作系統(tǒng)內(nèi)兩單片機(jī)的通信接口 了。所幸的是，單片機(jī)的并行端口也能相互連接來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。根據(jù)單片機(jī)端口內(nèi)部 結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，這些端口的端口線可以直接相連，從而使兩單片機(jī)之間并行通信接口的實(shí) 現(xiàn)不用另外的硬件電路設(shè)備。基于這種情況，設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)不同的使用要

30、求，來(lái)采用 不同的并行連接方法。 2.3 通信接口的實(shí)現(xiàn)方法 下面介紹在兩個(gè)單片機(jī)之間進(jìn)行三種并行通信接口的實(shí)現(xiàn)方法。 2.3.1 單向并行通信接口的實(shí)現(xiàn) 在應(yīng)用中，如果只需一個(gè)單片機(jī)向另一個(gè)單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)，則可以采用單向并行通 信接口方式，這種方式較為簡(jiǎn)單。單片機(jī) a 為數(shù)據(jù)發(fā)送方，單片機(jī) b 為數(shù)據(jù)接收方，8 位端口可以是 p03 的任何一個(gè)。數(shù)據(jù)傳送的流程是：?jiǎn)纹瑱C(jī) a 將數(shù)據(jù)送到端口后，通 過(guò) stb 信號(hào)中斷單片機(jī) b，單片機(jī) b 進(jìn)入中斷并從端口讀取數(shù)據(jù)，讀完后，利用 busy 信號(hào)進(jìn)行應(yīng)答，單片機(jī) a 在檢查到端口線 chk 上的應(yīng)答信號(hào)后，就可以發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù) 了。以上是采用中

31、斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的具體方法10。當(dāng)然，單片機(jī) b 也可以采用查詢 方式接收數(shù)據(jù)。利用單向并行通信接口方法的優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用單片機(jī)的資源來(lái)擴(kuò)充 整個(gè)系統(tǒng)的串行通信接口、并行接口、定時(shí)器等部件。 2.3.2 主從并行通信接口的實(shí)現(xiàn) 主從并行通信接口的特點(diǎn)是兩單片機(jī)之間能夠通過(guò)并行通信接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到對(duì)方， 但這種方法必須有一個(gè)單片機(jī)處在主機(jī)狀態(tài)，另一個(gè)單片機(jī)處在從機(jī)狀態(tài)。單片機(jī) a 是 主機(jī)，單片機(jī) b 是從機(jī)，該接口使用了一個(gè) 8 位端口（如 p0 或 p1）和 4 根控制信號(hào)線。 在主從工作方式下，該接口的工作方式有主機(jī)發(fā)送從機(jī)接收和主機(jī)接收從機(jī)發(fā)送等 兩種情況。 主機(jī)發(fā)送從機(jī)接收方式的主

32、機(jī)工作流程 主發(fā)從收方式的工作流程如下11： （1）主機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)傳送方法控制位 dir 為 0，以表示主機(jī)有數(shù)據(jù)發(fā)送到從機(jī)； （2）主機(jī)在 stb 端口產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，以使從機(jī)進(jìn)入中斷，并準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)； （3）主機(jī)將數(shù)據(jù)送 8 位數(shù)據(jù)端口，再設(shè)定 ack 信號(hào)表示數(shù)據(jù)有效； （4）主機(jī)檢查 chk 端口，等待從機(jī)從 8 位端口取走數(shù)據(jù)； （5）數(shù)據(jù)發(fā)送完成返回。 主機(jī)接收從機(jī)發(fā)送時(shí)的主機(jī)工作流程 主機(jī)接收從機(jī)發(fā)送方式時(shí)的工作流程如下： （1）主機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)傳送方向控制位 dir 為 1，以表示主機(jī)將從從機(jī)讀取數(shù)據(jù)； （2）主機(jī)在 stb 端口產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，以使從機(jī)進(jìn)入中斷，并準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)； （

33、3）主機(jī)查詢 chk 端口，等待從機(jī)將數(shù)據(jù)送到 8 位端口上； （4）主機(jī)從 8 位端口上讀取數(shù)據(jù)，再設(shè)定 ack 信號(hào)以表示數(shù)據(jù)已被讀?。?（5）數(shù)據(jù)接收完成返回。 從機(jī)工作流程 在主從并行通信接口工作方式下，無(wú)論從機(jī)是接收數(shù)據(jù)還是發(fā)送數(shù)據(jù)，都是在中斷 （也可以是查詢方式）方式下進(jìn)行的，從機(jī)的工作流程如下： （1）進(jìn)入中斷服務(wù)程序； （2）檢查數(shù)據(jù)傳送的方向； （3）如果 dir 為 0，則等待 chk 信號(hào)有效，再?gòu)?8 位端讀取數(shù)據(jù)，讀完后設(shè)定 ack 信號(hào)有效； （4）如果 dir 為 1，從機(jī)將數(shù)據(jù)送到 8 位端上，再設(shè)定 ack 為有效，并等待主機(jī)取 走數(shù)據(jù)（即 chk 信號(hào)有效）

34、； （5）退出中斷服務(wù)程序。 2.4 存儲(chǔ)器 下面分別介紹各組成部份硬件的結(jié)構(gòu),工作原理和操作方法: m16c 單片機(jī)有 4 個(gè)存儲(chǔ)器空間，分別用來(lái)安排 4 種不同功用的存儲(chǔ)器： 一、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 二、特殊功能寄存器； 三、程序存儲(chǔ)器； 四、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和特殊功能寄存器集成于片內(nèi)，程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器則安 排在片外，用接口電路與單片機(jī)連接。4 種存儲(chǔ)器中，除內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和特殊功能寄存 器是統(tǒng)一編址的除外，各存儲(chǔ)器均分開(kāi)編址，并用不完全相同的尋址方式來(lái)訪問(wèn)它們。 ram，共 128 字節(jié)，地址范圍為 00h 一 7fh，前 32 個(gè)單元(地址 00h 一 1fh)

35、稱(chēng)為 寄存器區(qū)。其中，每 8 個(gè)寄存器形成-個(gè)寄存器組12。具體說(shuō)來(lái)： 寄存器 0 組 地址 00h 一 07h 寄存器 1 組 地址 08h 一 0fh 寄存器 2 組 地址 10h 一 17h 寄存器 3 組 地址 18h 一 1fh 通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器 psw 中 rs1、rs0 兩位的編程設(shè)置)，可選擇任一寄存器組 為工作寄存器組，方法如下： rs1 rso 所選中的寄存器組 0 0 選中的寄存器 0 組 0 1 選中的寄存器 1 組 1 0 選中的寄存器 2 組 1 1 選中的寄存器 3 組 當(dāng)某一組被設(shè)定成工作寄存器組后，該組中的 8 個(gè)寄存器，從低地址到高地址就分 別稱(chēng)為 r0

36、-r7，從而可以把它們用作通用寄存器，并可按寄存器尋址方式被訪問(wèn)。一旦工 作寄存器組被指定后，另外三組寄存器則同其它數(shù)據(jù) ram 一樣，只能按字節(jié)地址被予以 讀寫(xiě)。 字節(jié)地址 20h 到 2fh 稱(chēng)為位地址區(qū)，共有 16 個(gè)字節(jié)，計(jì) 128 位，每位都有相應(yīng)的 位地址，位地址范圍為 00h 一 7fh，見(jiàn)圖 3。通過(guò)位尋址，可以對(duì)各位進(jìn)行位操作。由 此可見(jiàn)，m16c 單片機(jī)有著相當(dāng)出色的位處理能力。 內(nèi)部數(shù)據(jù) ram 中，既有字節(jié)地址，又有位地址，兩者的地址范圍都是 00h 一 7fh，這在數(shù)據(jù)操作時(shí)應(yīng)加以注意。內(nèi)部數(shù)據(jù) ram 通常用來(lái)存放運(yùn)算過(guò)程的中間值，并 用作堆棧區(qū)。 單片機(jī)具有 64

37、k 字節(jié)的程序存儲(chǔ)器空間。其中片內(nèi)沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，必須在外部擴(kuò) 展程序存儲(chǔ)器才能構(gòu)成單片機(jī)應(yīng)用電路。擴(kuò)展容量可為 64k 字節(jié)中的任一容量，并且常 用 eprom 或 e2prom 的形式。程序存儲(chǔ)器中的某些地址被固定地用于特定程序的入口 地址： 地址用途 0000h 復(fù)位操作后的程序入口 0003h 外部中斷 0 服務(wù)程序入口 000bh 定時(shí)器 0 中斷服務(wù)程序入口 0013h 外部中斷 1 服務(wù)程序入口 001bh 定時(shí)器 1 中斷服務(wù)程序入口 0023h 串行 io 中斷服務(wù)程序入口 在編程時(shí)，通常在這些入口地址開(kāi)始的二三個(gè)地址單元中，放入一條轉(zhuǎn)移類(lèi)指令， 以使相應(yīng)的程序在指定的程序存

38、儲(chǔ)器區(qū)域中生成。例如，從 000h 陽(yáng)地址單元開(kāi)始，放入 一條轉(zhuǎn)移到 3000h 地址單元的轉(zhuǎn)移類(lèi)指令，定時(shí)器 0 的中斷服務(wù)程序就可從 3000h 地址 單元開(kāi)始安排。又如，定時(shí)器 l 的中斷服務(wù)程序非常短，不會(huì)占用到 0023h 地址單元， 或者串行 io 中斷根本就沒(méi)被使用，那么 001bh 就可以直接作為定時(shí)器 1 中斷服務(wù)程序 的首地址，而不必安排轉(zhuǎn)移類(lèi)指令。 程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放固化了的用戶程序，取指地址由程序計(jì)數(shù)器 pc 給出，pc 具有 自動(dòng)加 l 的功能，從而在無(wú)轉(zhuǎn)移類(lèi)指令的條件下，指令被逐一執(zhí)行13。轉(zhuǎn)移類(lèi)指令可改 變 pc 值，使程序得以轉(zhuǎn)移。程序存儲(chǔ)器中也可固化一片數(shù)據(jù)區(qū)

39、，存放被查閱的表格和參 數(shù)等。 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器又稱(chēng)為外部數(shù)據(jù) ram，當(dāng)片內(nèi) 128 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù) ram 不能滿足數(shù) 量上的要求時(shí)，可通過(guò)總線端口和其它 io 端口擴(kuò)展外部數(shù)據(jù) ram。其最大容量可達(dá) 64k 字節(jié)。外部數(shù)據(jù) ram 與內(nèi)部數(shù)據(jù) ram 的功用基本相同，但前者不能進(jìn)行堆棧操作。 當(dāng)單片機(jī)同時(shí)外接有程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，兩者的區(qū)別在于：程序存儲(chǔ)器只 有讀操作而無(wú)寫(xiě)操作，且讀操作信號(hào)由引腳 psen 直接提供；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器則有讀寫(xiě)操作， 且由引腳信號(hào) rd 和 wr 選通讀寫(xiě)操作。對(duì)片內(nèi) ram 和片外 ram 操作的區(qū)別在于：片 內(nèi) ram 操作時(shí)無(wú)讀寫(xiě)信號(hào)產(chǎn)生，片外 ram

40、 操作時(shí)則有讀寫(xiě)信號(hào)（rd,wr）產(chǎn)生。上面 是不同的存儲(chǔ)器操作在硬件信號(hào)方面的區(qū)別，這些反映在符號(hào)指令上則是有著完全不同 的符號(hào)形式和尋址方式。 3 m16c 單片機(jī)和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 3.1 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 我們來(lái)思考一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)我們?cè)诰幊唐髦邪岩粭l指令寫(xiě)進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，然后取下單 片機(jī)，單片機(jī)就可以執(zhí)行這條指令，那么這條指令一定保存在單片機(jī)的某個(gè)地方，并且 這個(gè)地方在單片機(jī)掉電后依然可以保持這條指令不會(huì)丟失14，這個(gè)地方就是單片機(jī)內(nèi)部 的只讀存儲(chǔ)器即 rom（read only memory），稱(chēng)為 flash rom。 圖 3.1 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 通過(guò)前面課程的介紹，我們已知道了單片機(jī)的內(nèi)部

41、有 rom、有 ram、有并行 i/o 口， 那么，除了這些東西之外，單片機(jī)內(nèi)部究竟還有些什么？這些個(gè)零碎的東西怎么連在一 起的？ 時(shí)鐘電路 rom/eprom/flash 4k 字節(jié) rom128 字節(jié) sfr21 個(gè) cpu xtal1xtal2 總線控制 中斷系統(tǒng) 5 中斷源、2 優(yōu)先 級(jí) 串行口 全雙工 2 個(gè) ret ale /psen /ea 并行口 4 個(gè) p0 p1 p2 p3 定時(shí)/計(jì)數(shù)器 2 個(gè) 表 3.1 單片機(jī)的內(nèi)部 符號(hào)地址功能介紹 bf0h b 寄存器 acce0h 累加器 pswd0h 程序狀態(tài)字 ipb8h 中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器 p3b0h p3 口鎖存器 ie

42、a8h 中斷允許控制寄存器 p2a0h p2 口鎖存器 sbuf99h 串行口鎖存器 scon98h 串行口控制寄存器 p190h p1 口鎖存器 th18dh 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1（高 8 位） th08ch 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1（低 8 位） tl18bh 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0（高 8 位） tl08ah 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0（低 8 位） tmod89h 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式控制寄存器 tcon88h 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器 dph83h 數(shù)據(jù)地址指針（高 8 位） dpl82h 數(shù)據(jù)地址指針（低 8 位） sp81h 堆棧指針 p080h p0 口鎖存器 pcon87h 電源控制寄存器 下面就

43、讓我們來(lái)對(duì)單片機(jī)內(nèi)部作一個(gè)完整的分析吧！從圖中我們可以看出，在 51 單 片機(jī)內(nèi)部有一個(gè) cpu 用來(lái)運(yùn)算、控制，有四個(gè)并行 i/o 口，分別是 p0、p1、p2、p3，有 rom，用來(lái)存放程序，有 ram，用來(lái)存放中間結(jié)果，此外還有定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行 i/o 口，中斷系統(tǒng)，以及一個(gè)內(nèi)部的時(shí)鐘電路。在一個(gè) 51 單片機(jī)的內(nèi)部包含了這么多的東西。 對(duì)圖進(jìn)行進(jìn)一步的分析，我們已知，對(duì)并行 i/o 口的讀寫(xiě)只要將數(shù)據(jù)送入到相應(yīng) i/o 口的鎖存器就可以了，那么對(duì)于定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行 i/o 口等怎么用呢？在單片機(jī)中有一 些獨(dú)立的存儲(chǔ)單元是用來(lái)控制這些器件的，被稱(chēng)之為特殊功能寄存器（sfr）。在這里我

44、 們就不過(guò)多的介紹了。 3.2 芯片引腳的描述 m16c 單片機(jī)融合了基于寄存器和基于存儲(chǔ)器兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),能夠?qū)崿F(xiàn)類(lèi)似 risc 的高速處理性能并具有超低功耗!極強(qiáng)的抗干擾能力和很高的 c 語(yǔ)言編程效率等特點(diǎn) m16c/62 是三菱公司在 90 年代末推出的新一代 16 位單片機(jī),采用高性能硅柵15cmos 工藝,100 腳塑料封裝,是 m16c/60 系列單片機(jī)中的一種,具有 1 兆字節(jié)的線性地址空間, 片內(nèi)集成了 10 位 a/d 轉(zhuǎn)換器!d/a 轉(zhuǎn)換器!dma 控制器!異步通信通道!定時(shí)器等豐富的 周邊功能電路模塊 112由于 m16c/62 帶有 dma 控制器,因此可以很方便地利用

45、 m16c/62 的 dma 方式來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)存數(shù)據(jù)和 rtl8019as 數(shù)據(jù)的交換提高通訊的性能,而采用線 性地址分配不僅減少了外圍電路的復(fù)雜度,還提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 hmos 制造工藝的 m16c 單片機(jī)都采用引腳的直插封裝（dip 方式） ，制造工藝為 chmos 的芯片除采用 dip 封裝方式外，還采用方型封裝工藝，引腳排列如圖。其中方型 封裝的 chmos 芯片有 44 只引腳，但其中 4 只引腳（標(biāo)有 nc 的引腳 1、12、23、34） 是不使用的。在以后的討論中，除有特殊說(shuō)明以外，所述內(nèi)容皆適用于 chmos 芯片。 在單片機(jī)的 40 條引腳中有 2 條專(zhuān)用于主電源的引腳，

46、2 條外接晶體的引腳，4 條控 制或與其它電源復(fù)用的引腳，32 條輸入/輸出（i/o）引腳。 下面按其引腳功能分為四部分?jǐn)⑹鲞@ 40 條引腳的功能。 1、主電源引腳 vcc 和 vss vcc接+5v 電壓； vss接地。 2、外接晶體引腳 xtal1 和 xtal2 xtal1 接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這 個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì) hmos 單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地； 對(duì) chmos 單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。 xtal2 接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。 采用外部振蕩器時(shí)，對(duì) hmos 單片機(jī)，

47、該引腳接外部振蕩器的信號(hào)，即把外部振蕩器的 信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；對(duì) xhmos，此引腳應(yīng)懸浮。 3、控制或與其它電源復(fù)用引腳 rst/vpd、ale/prog、psen 和 ea/vpp rst/vpd 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 推薦在此引腳與 vss 引腳之間連接一個(gè)約 8.2k 的下拉電阻，與 vcc 引腳之間連接一個(gè) 約 10f 的電容，以保證可靠地復(fù)位。 vcc 掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部 ram 的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng) vcc 主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而 vpd 在其規(guī)定的電壓范圍（50.5v）內(nèi)，vpd 就向內(nèi)

48、部 ram 提供備用電源。 ale/prog：當(dāng)訪問(wèn)外部存貯器時(shí)，ale（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的 低位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ale 端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)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)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而要 注意的是，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ale 脈沖16。ale 端可以驅(qū)動(dòng)（吸 收或輸出電流）8 個(gè) ls 型的 ttl 輸入電路。 對(duì)于 eprom 單片機(jī)，在 eprom 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（prog） 。 psen：此腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令 （或常數(shù)）期

49、間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 psen 有效。但在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)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)。psen 同樣可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出）8 個(gè) ls 型 的 ttl 輸入。 ea/vpp（引腳）：當(dāng) ea 端保持高電平時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在 pc（程序 計(jì)數(shù)器）值超過(guò) 0fffh 或 1fffh 時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng) ea 保持低電平時(shí)，則只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于常用的 m16c 來(lái)說(shuō)，無(wú)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以 ea 腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲(chǔ) 器。 對(duì)于 eprom 型的單片機(jī)，在 eprom 編程期間，此

50、引腳也用于施加 21v 的編程電 源（vpp） 。 4、輸入/輸出（i/o）引腳 p0、p1、p2、p3（共 32 根） p0 口：是雙向 8 位三態(tài) i/o 口，在外接存儲(chǔ)器時(shí)，與地址總線的低 8 位及數(shù)據(jù)總 線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) ls 型的 ttl 負(fù)載。 p1 口：是準(zhǔn)雙向 8 位 i/o 口。由于這種接口輸出沒(méi)有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存， 故不是真正的雙向 i/o 口。p1 口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) ls 型的 ttl 負(fù)載。對(duì) 8052、8032，p1.0 引腳的第二功能為 t2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的外部輸入，p1.1 引腳的第二功能 為 t2ex 捕捉、重裝觸發(fā)

51、，即 t2 的外部控制端。對(duì) eprom 編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收 低 8 位地址。 p2 口：是準(zhǔn)雙向 8 位 i/o 口。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高 8 位 地址總線送出高 8 位地址。在對(duì) eprom 編程和程序驗(yàn)證期間，它接收高 8 位地址。p2 可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) ls 型的 ttl 負(fù)載。 p3 口：是準(zhǔn)雙向 8 位 i/o 口，在 mcs-51 中，這 8 個(gè)引腳還用于專(zhuān)門(mén)功能，是復(fù) 用雙功能口。p3 能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) ls 型的 ttl 負(fù)載18。 作為第一功能使用時(shí)，就作為普通 i/o 口用，功能和操作方法與 p1 口相同。 作為第二

52、功能使用時(shí)，各引腳的定義如表所示。值得強(qiáng)調(diào)的是，p3 口的每一條引腳 均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。 表 p3 各口線的第二功能定義 口線 引腳 第二功能 p3.0 10 rxd（串行輸入口） p3.1 11 txd（串行輸出口） p3.2 12 int0（外部中斷 0） p3.3 13 int1（外部中斷 1） p3.4 14 t0（定時(shí)器 0 外部輸入） p3.5 15 t1（定時(shí)器 1 外部輸入） p3.6 16 wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)脈沖） p3.7 17 rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖） 3.3 m 16c 單片機(jī)中央處理器 中央處理器是單片機(jī)內(nèi)部的核心部件，它決定了單片機(jī)

53、的主要功能特性。中央處理 器主要由運(yùn)算部件和控制部件組成。下面我們把中央處理器功能模塊和有關(guān)的控制信號(hào) 線聯(lián)系起來(lái)加以討論，并涉及相關(guān)的硬件設(shè)備（如振蕩電路和時(shí)鐘電路） 。 1、運(yùn)算部件： 它包括算術(shù)、邏輯部件 alu、布爾處理器、累加器 acc、寄存器 b、暫存器 tmp1 和 tmp2、程序狀態(tài)字寄存器 psw 以及十進(jìn)制調(diào)整電路等。運(yùn)算部件的功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 的算術(shù)邏輯運(yùn)算、位變址處理和數(shù)據(jù)傳送操作。 mcs-51 單片機(jī)的 alu 功能十分強(qiáng)，它不僅可對(duì) 8 位變量進(jìn)行邏輯“與” 、 “或” 、 “異或” 、循環(huán)、求補(bǔ)、清零等基本操作，還可以進(jìn)行加、減、乘、除等基本運(yùn)算。為了 乘除運(yùn)算的

54、需要，設(shè)置了 b 寄存器。在執(zhí)行乘法運(yùn)算指令時(shí)，用來(lái)存放其中一個(gè)乘數(shù)和 乘積的高 8 位數(shù)；在執(zhí)行除法運(yùn)算指令時(shí)，b 中存入除數(shù)及余數(shù)。mcs-51 單片機(jī)的 alu 還具有一般微機(jī) alu，如 z80、mcs-48 所不具備的功能，即布爾處理功能。單片機(jī)指令 系統(tǒng)中的布爾指令集、存儲(chǔ)器中的位地址空間與 cpu 中的位操作構(gòu)成了片內(nèi)的布爾功能 系統(tǒng)，它可對(duì)位（bit）變量進(jìn)行布爾處理，如置位、清零、求補(bǔ)、測(cè)試轉(zhuǎn)移及邏輯“與” 、 “或”等操作。在實(shí)現(xiàn)位操作時(shí)，借用了程序狀態(tài)標(biāo)志器（psw）中的進(jìn)位標(biāo)志 cy 作為 位操作的“累加器” 。 運(yùn)算部件中的累加器 acc 是一個(gè) 8 位的累加器（ac

55、c 也可簡(jiǎn)寫(xiě)為 a） 。從功能上看， 它與一般微機(jī)的累加器相比沒(méi)有什么特別之處，但需要說(shuō)明的是 acc 的進(jìn)位標(biāo)志 cy 就 是布爾處理器進(jìn)行位操作的一個(gè)累加器。 單片機(jī)的程序狀態(tài) psw，是一個(gè) 8 位寄存器，它包含了程序的狀態(tài)信息。 2、控制部件 控制部件是單片機(jī)的神經(jīng)中樞，它包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、指令寄存器、譯碼以 及信息傳送控制部件。它以主振頻率為基準(zhǔn)發(fā)出 cpu 的時(shí)序，對(duì)指令進(jìn)行譯碼，然后發(fā) 出各種控制信號(hào)，完成一系列定時(shí)控制的微操作，用來(lái)控制單片機(jī)各部分的運(yùn)行。其中 有一些控制信號(hào)線能簡(jiǎn)化應(yīng)用系統(tǒng)外圍控制邏輯，如控制地址鎖存的地址鎖存信號(hào) ale，控制片外程序存儲(chǔ)器運(yùn)行的片內(nèi)外

56、存儲(chǔ)器選擇信號(hào) ea，以及片外取指信號(hào) psen。 4 dtmf 編解碼的遠(yuǎn)程控制 4.1 dtmf編解碼遠(yuǎn)程控制的原理 dtmf 是由低頻組和高頻組兩組頻率信號(hào)構(gòu)成，每個(gè)數(shù)字信號(hào)由低頻組和高頻組的 任一組合而成。設(shè) v(t)為 dtmf 信號(hào)，vh(t)和 vl(t)分別構(gòu)成 v(t)的兩個(gè)信號(hào)，則它們滿 足下列關(guān)系式：v(t)= vh(t)+ vl(t)，式中兩項(xiàng)分別表示高、低音頻的值。根據(jù) ccitt 的建 議，dtmf 編譯碼定義如圖 4.1 所示，可用下式表示：v(t)=asinwlt+bsinwht 式中兩項(xiàng)分 別表示低、高音頻的值，a 和 b 分別表示低音頻和高音頻的樣值量化基線

57、。同時(shí)規(guī)定， 對(duì)于表中的標(biāo)稱(chēng)頻率在發(fā)送時(shí)，dtmf 的信號(hào)頻率偏差不應(yīng)超過(guò) 1.8%，每位數(shù)字的信號(hào) 極限時(shí)長(zhǎng)應(yīng)該大于 40ms，而接收設(shè)備對(duì) 2%的偏差應(yīng)能可靠的接收，對(duì) 30ms40ms 的信 號(hào)時(shí)長(zhǎng)可以正常的接收。 表 4.1 dtmf 編碼表 由于雙音多頻（dtmf）技術(shù)易于識(shí)別，抗干擾能力強(qiáng)，發(fā)號(hào)速度快并且一般控制系 統(tǒng)的傳輸數(shù)量不多，所以利用雙音多頻的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送是一種比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。 dtmf 技術(shù)早期主要應(yīng)用在程控交換，移動(dòng)通信，近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)它在遠(yuǎn)程控制、過(guò) 程控制等自動(dòng)控制領(lǐng)域方面，有著廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景。本文設(shè)計(jì)的就是一種利用 dtmf 編解碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)

58、控制和自動(dòng)報(bào)警的家庭智能控制系統(tǒng)的研究。 由電話線上傳送過(guò)來(lái)的兩個(gè)高、低音頻的組合信號(hào)被中心控制器的 dtmf 多音多頻 編解碼電路接收解碼并以 bcd 碼的形式送入單片機(jī)，單片機(jī)即可對(duì)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行控制操 作；相反，單片機(jī)送出的 bcd 碼經(jīng) dtmf 多音多頻編解碼電路編碼后，產(chǎn)生兩個(gè)高、低 音頻的組合信號(hào)也可以通過(guò)電話線向外發(fā)送出去。這樣，根據(jù) dtmf 的編解碼原理，就 可以借助千家萬(wàn)戶的電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部與外部的信息交換，它既可以檢測(cè)到電話線上 傳來(lái)的控制家電的雙音頻信號(hào)，也可以撥達(dá)預(yù)先設(shè)定好的電話對(duì)家庭內(nèi)的緊急情況進(jìn)行 報(bào)警。 4.2 dtmf 編解碼芯片的選擇 為了實(shí)現(xiàn)家庭智能控制

59、、家庭自動(dòng)報(bào)警的雙向功能，要求系統(tǒng)既能檢測(cè)電話線上傳 來(lái)的雙音頻信號(hào)，檢測(cè)呼叫過(guò)程中的各種信號(hào)音，又能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撥號(hào)功能。由此采用 mt8880 作為 dtmf 發(fā)送和接受器。 mt8880 是 mitel 公司生產(chǎn)的一種功能較強(qiáng)的 dtmf 發(fā)送和接收芯片，主要有以下 特點(diǎn)： 提供完整的 dtmf 發(fā)送和接受功能； 具有接受呼叫音和帶通濾波的能力； 能與微處理器直接接口，經(jīng)過(guò)編程控制可靈活的滿足多種應(yīng)用； mt8880 的管腳排列和引腳說(shuō)明： in+ 1 in- 2 cs 3 vref 4 vss 5 osc1 6 osc0 7 tone 8 r/w 9 /cs 10 re1 11 cp 12

60、 irq 13 d0 14 d1 15 d2 16 d3 17 est 18 st/gt 19 vdd 20 mt8880 圖 4.1 mt8880 的管腳排列 osc1、osc0：時(shí)鐘或振蕩器輸入和輸出端，通常兩端外接 3.58mhz 晶體； in+、in-：運(yùn)放的同相和反相輸入； gs：增益選擇端； vref：基準(zhǔn)電壓輸出端，它由 vss、vdd 產(chǎn)生，通常為 vdd/2，作為運(yùn)放輸入偏 置； tone：發(fā)送 dtmf 的輸出端； r/-w：讀/寫(xiě)控制信號(hào)輸入，與 ttl 兼容； /cs：片選輸入信號(hào)，若/cs 為 ttl 低電平，則此電路被選中； rei：寄存器選擇輸入，與 ttl 電平