住宅小區(qū)公用路燈用電量分配裝置的設(shè)計(jì)

1、目 錄摘 要IABSTRACTII第1章 緒 論11.1單片機(jī)的概念11.2 單片機(jī)的發(fā)展21.3 本文研究的內(nèi)容及意義31.4 設(shè)計(jì)指標(biāo)41.5本課題的主要工作4第2章 路燈用電分配裝置的硬件設(shè)計(jì)52.1 用電量的分配原理52.2 方案的選擇與論證62.3 主控單片機(jī)芯片的選擇和介紹82.3.1 AT89C2051的概述及功能特性82.3.2 時(shí)鐘電路112.3.3 芯片擦除112.3.4 復(fù)位電路112.4 路燈按鈕電路的設(shè)計(jì)122.5 環(huán)境照明電路的設(shè)計(jì)142.6 執(zhí)行分配的繼電器電路的設(shè)計(jì)162.7 系統(tǒng)供電電源電路設(shè)計(jì)162.7.1 主系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)172.7.2 繼電器工作電源設(shè)

2、計(jì)172.8 系統(tǒng)可靠性問題的設(shè)計(jì)182.8.1 看門狗電路設(shè)計(jì)182.8.2長期運(yùn)行需要考慮的安全性問題21第3章 軟件設(shè)計(jì)233.1 主程序流程圖及分析233.2 中斷子程序流程圖及分析24第4章 抗干擾設(shè)計(jì)264.1干擾產(chǎn)生的原因264.1.1干擾源264.1.2干擾傳輸途徑274.2抗干擾設(shè)計(jì)27第5章 調(diào)試30結(jié) 論31參考文獻(xiàn)33致 謝34附錄A 系統(tǒng)總電路圖. 35附錄B 程序清單36摘 要   隨著住房制度改革的深入，越來越多的居民買了商品房，原來的單位住宅樓的公用路燈費(fèi)用是由單位出資的，而商品住宅樓內(nèi)的居民來自不同的單位，要不要安裝路燈？安裝路燈后費(fèi)用如何解決？“住

3、宅公用路燈用電量分配裝置”是為了解決商品住宅樓內(nèi)公用路燈的收繳費(fèi)用問題。此裝置的設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)硬件框圖結(jié)構(gòu)，部分主要功能模塊（單片機(jī)芯片AT89C2051，復(fù)位及看門狗電路 MAX813L，繼電器接口電路等組成）和單元電路，軟件編程思想及設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮和解決的幾個(gè)主要問題。系統(tǒng)以AT89C2051單片機(jī)為核心，利用其指令來實(shí)現(xiàn)對(duì)住宅公用路燈用電量的自動(dòng)分配，同時(shí)在路燈啟動(dòng)按鈕電路中添加了照明度檢測(cè)系統(tǒng)，它能夠根據(jù)周圍環(huán)境的亮度來控制是否使用路燈。 住宅公用路燈用電量分配裝置具有低功耗；可靠性；安全性；低成本等特點(diǎn)。該設(shè)計(jì)解決了樓道路燈電費(fèi)收繳的難題，有較好的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；看門

4、狗；繼電器電路AbstractWith the developing of the house system , more and more people have bought the commodity apartment, the cost of street lamp was pay by the unit in the past, but the people in the commodity are coming from different places. Do they need the street lamp and how to pay the cost for every

5、one ? " the power consumption of public street lamp of the house distributes the device " can solve all of them . The design includes the systematic hardware block diagram structure, some main function module (the AT89C2051 microcomputer and watchdog timer MAX813L, relay interface circuit,

6、etc.) and unit circuit, the software programming thought and the problems in the designning. The system takes AT89C2051 monolithic integrated circuit as a key, using its instruction to get the public street light electricity consumption of the houses automatic assignment. And with the illuminance ex

7、amination system in the street light start button electric circuit,it can act according to the environment brightness to control whether to use the street light. Assign the device to have low consumption in power consumption of public street lamp of the house; dependability; securities; safe, and lo

8、w cost. Thus the problem of collecting stairway lam electricity cost will be settled well. KeyWords:   microcomputer；watchdog timer ；relay interface circuit第1章 緒 論1.1單片機(jī)的概念單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講就是把中央處理器CPU（Central Processing Unit）、存儲(chǔ)器（Memory）、定時(shí)器、I/0（Input

9、/Output）接口電路等一些計(jì)算機(jī)的主要功能部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜，為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。雖然單片機(jī)只是一個(gè)芯片，但從組合和功能上看，它已具有微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的含義。中文“單片機(jī)”的稱呼由英文名稱“Single Chip Microcomputer”直接翻譯而來。單片機(jī)把微型計(jì)算機(jī)的各主要部分集成在一塊芯片上，大大縮短了系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)傳送距離，從而提高了系統(tǒng)的可靠性及運(yùn)行速度。因而在工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域中，單片機(jī)系統(tǒng)是最理想的控制系統(tǒng)。所以，單片機(jī)是典型的嵌人式系統(tǒng)，是嵌入式系統(tǒng)低端應(yīng)用的最佳

10、選擇2。由于單片機(jī)的這種結(jié)構(gòu)形式及它所采取的半導(dǎo)體工藝，使其具有很多顯著的特點(diǎn)，因而在各個(gè)領(lǐng)域都得到了迅猛的發(fā)展。單片機(jī)主要有如下特點(diǎn)： （1）有優(yōu)異的性能價(jià)格比。 （2）集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。 （3）控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。 （4）低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便

11、攜式產(chǎn)品。 （5）外部總線增加了I C（Inter-Integrated Circuit）及SPI（Serial Peripheral Interface）等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)。 （6）單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 由此來看，單片機(jī)有著一般微處理器（CPU）芯片所不具備的功能，它可單獨(dú)地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機(jī)最大的特征。然而單片機(jī)又不同于單板機(jī)（一種將微處理器芯片、存儲(chǔ)器芯片、輸入輸出接口芯片安裝在同一塊印制電路板上的微型計(jì)算機(jī)），單片機(jī)芯片在沒有開發(fā)前，它只是具備功能極強(qiáng)的超大規(guī)模集成電路，如果對(duì)它進(jìn)

12、行應(yīng)用開發(fā)，它便是一個(gè)小型的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，但它與單板機(jī)或個(gè)人電腦(PC機(jī))有著本質(zhì)的區(qū)別2。不同的單片機(jī)有著不同的硬件特征和軟件特征，即它們的技術(shù)特征均不盡相同，硬件特征取決于單片機(jī)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用戶要使用某種單片機(jī)，必須了解該型產(chǎn)品是否滿足需要的功能和應(yīng)用系統(tǒng)所要求的特性指標(biāo)。這里的技術(shù)特征包括功能特性、控制特性和電氣特性等等，這些信息需要從生產(chǎn)廠商的技術(shù)手冊(cè)中得到。軟件特征是指指令系統(tǒng)特性和開發(fā)支持環(huán)境，指令特性即我們熟悉的單片機(jī)的尋址方式，數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方式，輸入輸出特性及對(duì)電源的要求等等。開發(fā)支持的環(huán)境包括指令的兼容及可移植性，支持軟件(包含可支持開發(fā)應(yīng)用程序的軟件資源)及

13、硬件資源。要利用某型號(hào)單片機(jī)開發(fā)自己的應(yīng)用系統(tǒng)，掌握其結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)特征是必須的。1.2 單片機(jī)的發(fā)展1946年第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生至今，依靠微電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，從電子管晶體管集成電路大規(guī)模集成電路，使得計(jì)算機(jī)體積更小，功能更強(qiáng)。特別是近20年時(shí)間里，計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得飛速的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在工農(nóng)業(yè)，科研，教育，國防和航空航天領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)是一個(gè)國家現(xiàn)代科技水平的重要標(biāo)志。20世紀(jì)70午代，微電子技術(shù)正處于發(fā)展階段，集成電路屬于中規(guī)模發(fā)展時(shí)期，各種新材料新工藝尚未成熟，單片機(jī)仍處在初級(jí)的發(fā)展階段，元件集成規(guī)模還比較小，功能比較簡單，一般均把CPU、RAM有的還包括了一些

14、簡單的I/O口集成到芯片上，而美國的Fairchild(仙童)公司首先推出了第一款單片微型計(jì)算機(jī)F8，類似的單片機(jī)還有Zilog公司的Z80微處理器。隨后Intel公司于1976年推出了影響面大、應(yīng)用更廣的MCS48單片機(jī)系列，它以體積小，功能全，價(jià)格低贏得了廣泛的應(yīng)用，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，成為單片機(jī)發(fā)展史上重要的里程碑。MCS48單片機(jī)系列的推出標(biāo)志著在工業(yè)控制領(lǐng)域，進(jìn)入到智能化嵌入式應(yīng)用的芯片形態(tài)計(jì)算機(jī)的探索階段。參與這一探索階段的還有Motorola、Zilog和Ti等大公司，它們都取得了滿意的探索效果，確立了在SCMC的嵌入式應(yīng)用中的地位。這就是Single Chip Micro

15、computer的誕生年代，單片機(jī)一詞即由此而來。這一時(shí)期的特點(diǎn)是：嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的芯片集成設(shè)計(jì)；少資源、無軟件，只保證基本控制功能。到了80年代初，單片機(jī)已發(fā)展到了高性能階段，在MCS-48探索成功的基礎(chǔ)上很快推出了完善的、典型的單片機(jī)系列MCS-5l。MCS-51系列單片機(jī)的推出，標(biāo)志Single Chip Microcomputer體系結(jié)構(gòu)的完善。雖然它仍是8位的單片機(jī)，但是其功能卻有很大的增強(qiáng)。不但擁有完善的總線結(jié)構(gòu)（8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線及相應(yīng)的控制總線，通信總線，擴(kuò)展總線）還有完善的指令系統(tǒng)1。8位單片機(jī)之后，16位單片機(jī)也有很大的發(fā)展，如1983年Intel公司推出的MC

16、S96單片機(jī)，將一些用于測(cè)控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、程序運(yùn)行監(jiān)視器(WDT)、脈寬調(diào)制器(PWM)、高速I/O口納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。MCS-51單片機(jī)系列向各大電氣商的廣泛擴(kuò)散，許多電氣商競相使用80C51為核，將許多測(cè)控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、可靠性技術(shù)應(yīng)用到單片機(jī)中,隨著單片機(jī)內(nèi)外圍功能電路的增強(qiáng)，強(qiáng)化了智能控制器特征。微控制器(Microcontrollers)成為單片機(jī)較為準(zhǔn)確表達(dá)的名詞。90年代的至今, 單片機(jī)呈現(xiàn)全面發(fā)展的階段。單片機(jī)已成為工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍采用的智能化控制工具，小到玩具、家電行業(yè)，大到車載、艦船電子系統(tǒng)，遍及計(jì)量測(cè)試、工業(yè)過程控制、機(jī)

17、械電子、金融電子、商用電子、辦公自動(dòng)化、工業(yè)機(jī)器人、軍事和航空航天等眾多領(lǐng)域。為滿足不同的要求，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力和多機(jī)通信能力的16位、32位、64位通用型單片機(jī)，小型廉價(jià)型、外圍系統(tǒng)集成的專用型單片機(jī)，以及形形色色各具特色的現(xiàn)代單片機(jī)6。1.3 本文研究的內(nèi)容及意義本文主要研究的是住宅小區(qū)中公用路燈用電量的分配裝置。隨著人民生活水平的提高和住房制度改革的深入，越來越多的居民買了商品房，住進(jìn)了商品住宅樓。住宅小區(qū)的建設(shè)水平也在日益提高，不僅規(guī)劃設(shè)計(jì)合理、功能齊全、配套完善，而且環(huán)境優(yōu)美，深受城市居民的喜愛，其中住宅小區(qū)的路燈對(duì)小區(qū)作用尤其是夜間照明的作用越來越受到人們的重視。

18、隨之而來的問題是，原來單位住宅樓是由單位安裝路燈并由單位負(fù)責(zé)繳費(fèi)的，樓內(nèi)居住的單位職工不用擔(dān)心沒路燈和收繳費(fèi)用的問題；而商品樓內(nèi)的住戶來自不同的單位，要不要安裝路燈？裝了路燈后費(fèi)用如何收??？這就出現(xiàn)了所謂的路燈問題。為什么呢？因?yàn)槭紫劝惭b路燈不便利，其次安裝路燈后費(fèi)用收繳不方便。很多城市已經(jīng)普及了1戶1表，小區(qū)的路燈用電從哪里來？對(duì)于以上的問題，目前往往采用2個(gè)辦法解決：其一是為每個(gè)樓道路燈接一電表，但次方法需要根據(jù)電表度數(shù)人工分?jǐn)?，有人上門挨戶定期收費(fèi)，十分不方便；另外一是把樓道路燈接入樓到內(nèi)某住戶電表，大概估算后由各住戶協(xié)商出資，但此方法容易引起糾紛。鑒于以上情況,樓道路燈問題正日益成為住

19、房商品化后的一大難題。住宅公用路燈用電量分配裝置正是為了徹底解決樓道路燈的費(fèi)用分擔(dān)問題而設(shè)計(jì)的。采用該裝置后，樓道路燈的電費(fèi)能自動(dòng)分?jǐn)偟阶舾髯缘碾姳韮?nèi)，解決了住戶的后顧之憂，給生活帶來了便利3。1.4 設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)住宅小區(qū)公用路燈用電量分配裝置的技術(shù)指標(biāo)如下:1系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制器；2裝置能夠解決電費(fèi)自動(dòng)分?jǐn)偟阶舾髯噪姳碇校?. 根據(jù)環(huán)境照度控制是否需要路燈； 4. 要求系統(tǒng)在死機(jī)狀態(tài)下能自動(dòng)復(fù)位,恢復(fù)正常工作。1.5本課題的主要工作 詳細(xì)分析課題任務(wù)，對(duì)單片機(jī)在用電量分配原理應(yīng)用這方面進(jìn)行深入的研究，結(jié)合所學(xué)的知識(shí)根據(jù)課題任務(wù)設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)公用路燈的硬件原理圖和軟件，達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。全文

20、將分為四章。 第一章緒論，先簡要介紹單片機(jī)的概況及住宅公用路燈分配裝置的現(xiàn)狀，再介紹本文的主要工作。 第二章硬件設(shè)計(jì)部分，主要介紹了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)和各部分器件的說明。 第三章軟件設(shè)計(jì)，分為2個(gè)部分，一部分是分析流程，一部分是軟件編程。 第四章是抗干擾設(shè)計(jì)，介紹了采用硬件和軟件結(jié)合的方式盡可能降低干擾。 最后是結(jié)論、參考文獻(xiàn)、致謝及目錄。第2章 路燈用電分配裝置的硬件設(shè)計(jì)2.1 用電量的分配原理住宅公用路燈用電量分配裝置主要解決電費(fèi)的自動(dòng)分?jǐn)倖栴}，而電費(fèi)的分?jǐn)偸侨绾谓鉀Q實(shí)現(xiàn)的呢？下面討論電費(fèi)的分?jǐn)偅ǚ峙洌┰?。眾所周知，電費(fèi)是按照用電度數(shù)×每度單位電費(fèi)計(jì)算的。因此，在某種意義上

21、說，電費(fèi)即用電量（度數(shù)），而用電量即電能=功率×小時(shí)（即時(shí)間），所以在電器功率一定的前提下，電費(fèi)的分配就是時(shí)間的分配問題，也就是說，每戶承擔(dān)一定時(shí)間的路燈供電任務(wù)。住宅公用路燈用電量分配裝置的電費(fèi)分配就是用電量的分配，其原理圖如圖2.1所示。只要分時(shí)依次控制開關(guān)S1、S2 Sn接通，即可實(shí)現(xiàn)所有的路燈用電量的分?jǐn)?。這里關(guān)鍵是各開關(guān)的控制問題，要求每次上個(gè)開關(guān)斷開后，下個(gè)開關(guān)接通，并在任何時(shí)刻只允許有一個(gè)開關(guān)處于接通狀態(tài)。假設(shè)電費(fèi)用F表示，電價(jià)用J表示，用電度用W表示，路燈功率用P表示（KW），點(diǎn)燈總時(shí)間用t表示（h），則各物理量之間的關(guān)系為：F=W×J，W=P×t

22、如果有n住戶分?jǐn)傠娰M(fèi)，則每戶所承擔(dān)的電費(fèi)F1=F/n=W×J/n=P×t×J/n=P×（t/n）×J3 圖2.1 用電量分配原理圖電表 2電表 n電表 1路燈1路燈nS1Sn各開關(guān)依次分時(shí)閉合相線零線表1用戶側(cè)用電量分配裝置零線 2.2 方案的選擇與論證方案一:采用PLC為主要控制器的設(shè)計(jì)方案,原理圖如下圖2.2所示。以PLC控制器為主,輔以光電傳感器,放大器,A/D轉(zhuǎn)換器組成,整個(gè)電路工作原理是:由光電傳感器檢測(cè)光線亮度從而決定是否使用路燈,亮度模擬信號(hào)經(jīng)放大器放大和A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳給PLC,最后由PLC將用電量平均分配到用戶電表15。

23、圖2.2 方案一的原理框圖 光線光電傳感器A/D轉(zhuǎn)換器 PLC電表路燈放大器方案二：采用單片機(jī)為主的設(shè)計(jì)方案。該方案主要由四部分構(gòu)成：一是光線亮度檢測(cè)部分，它由雙電源比較器LM393實(shí)現(xiàn)。當(dāng)周圍環(huán)境光線昏暗的時(shí)候，光敏電阻能使雙電源比較器翻轉(zhuǎn)，引腳輸出低電平從而使單片機(jī)開始工作；二是單片機(jī)AT89C2051系統(tǒng)，這是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，用戶輪流承擔(dān)路燈點(diǎn)亮的任務(wù)由單片機(jī)的指令來實(shí)現(xiàn)完成。三是繼電器接口電路，電量通過此電路平均分?jǐn)偟礁饔脩綦姳碇小Ｋ氖强撮T狗電路，它作用是使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，使之從故障中解脫出來8。系統(tǒng)原理框圖如下圖2.3 光線光敏電阻 單片機(jī)雙電源比較器繼電器看門狗電表路燈圖2

24、.3 方案二的原理框圖按照用電量分配原理和分配裝置的用途，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案時(shí)至少要考慮以下一些因素。成本因素。普通電表或者各種電子計(jì)量電表的價(jià)格相對(duì)較低，每個(gè)樓道必須安裝一個(gè)此分配裝置，因此，必須要考慮住戶的心里接受傾向，生產(chǎn)成本不能太高，最好與普通電表接近。這樣才能為住戶所認(rèn)可，才有市場(chǎng)推廣價(jià)值。功能因素。顯然，本分配裝置的主要功能是樓道路燈用電量的自動(dòng)分?jǐn)?，但同時(shí)也必須考慮其它一些附加功能。例如，為了節(jié)約用電，必須有根據(jù)環(huán)境照明度控制路燈使用的功能。性能因素：可靠性。必須能可靠實(shí)現(xiàn)電量的分配，同時(shí)必須確保不會(huì)因?yàn)橥饨绺蓴_引起誤動(dòng)作等；安全性。主要是指裝置本身的安全運(yùn)行和路燈使用者的安全方面，

25、即裝置本身不會(huì)出現(xiàn)過熱燒毀等問題及使用者不會(huì)觸電等；實(shí)用性。裝置的選取需是常見的元件器材，在發(fā)生故障時(shí)維修起來也比較方便；低功耗。因?yàn)樵撗b置在公用電網(wǎng)中，作為一個(gè)電子裝置本身一定要耗能；但功耗過高，則電力部門每年承擔(dān)的電力損失就會(huì)非常大，也會(huì)影響產(chǎn)品應(yīng)用11。從成本方面來比較，方案一的投資較大，相比下方案二采用單片機(jī)控制的系統(tǒng)投資成本小。住宅小區(qū)的用戶來自不同單位的人，如果公用設(shè)備投資過高，會(huì)給用戶帶來經(jīng)濟(jì)方面的壓力，公用設(shè)備應(yīng)盡量采用信價(jià)比高的元件，所以在考慮成本這方面，方案二的可行度高。從實(shí)現(xiàn)功能來說，兩個(gè)方案都能達(dá)到基本的功能，但是采用PLC控制器的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能多，然而本設(shè)計(jì)主要是達(dá)到

26、基本的功能就行，其它功能可以省略，沒必要多花錢去增加額外的功能。從節(jié)省能源這方面來看，方案一的PLC要一直處與工作狀態(tài)，消耗大量的電能來時(shí)刻監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行，而方案二采用的單片機(jī)系統(tǒng)自帶了待機(jī)功能，在使用的時(shí)候才處于正常工作狀態(tài)，此外大多數(shù)時(shí)間是待機(jī)狀態(tài)，消耗的電能極少，可以說是低功耗系統(tǒng)。從操作性來說，PLC控制需要有人在旁邊操作和輸入程序，而單片機(jī)幾乎實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，無須有關(guān)人員操作。采用單片機(jī)的系統(tǒng)維護(hù)起來也比PLC控制系統(tǒng)方便和便宜?；谏鲜鲈?，最終確定采用方案二。2.3 主控單片機(jī)芯片的選擇和介紹單片機(jī)的選型從以下幾個(gè)方面考慮：1.單片機(jī)的系統(tǒng)適應(yīng)性。適應(yīng)性指單片機(jī)能否完成應(yīng)用系統(tǒng)的控

27、制功能，它主要從以下幾個(gè)方面體現(xiàn)：（1）單片機(jī)的CPU是否有合適的處理能力。（2）單片機(jī)是否有系統(tǒng)所需要的I/O端口數(shù)。（3）單片機(jī)是否含有系統(tǒng)所需的中斷源和定時(shí)器。（4）單片機(jī)片內(nèi)是否有系統(tǒng)所需的外接口。（5）單片機(jī)的極限性能是否能夠滿足要求。2. 單片機(jī)的市場(chǎng)供應(yīng)情況。3. 單片機(jī)的可開發(fā)性9。結(jié)合上述選型依據(jù)，雖然其通用的80C51系列的單片機(jī)具有電源電壓適應(yīng)范圍寬、抗干擾能力和驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。然而對(duì)這個(gè)系統(tǒng)來說，根據(jù)其系統(tǒng)所要應(yīng)用的需要：主要是其應(yīng)用的引腳、應(yīng)用所需要的容量以及在制作過程中所要考慮的體積、價(jià)格及供應(yīng)等因素。同時(shí)AT89C2051單片機(jī)和80C51單片機(jī)是完全

28、兼容的，它與80C51的顯著區(qū)別在于它內(nèi)部有一個(gè)閃存。另外考慮到在調(diào)試過程中實(shí)驗(yàn)器材的現(xiàn)實(shí)情況，該系統(tǒng)選選用AT89C2051單片機(jī)為主控芯片。2.3.1 AT89C2051的概述及功能特性AT89C2051是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能COMS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含2K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128 byte 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C2051適用在許多高性價(jià)比的場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域6。主

29、要性能參數(shù)：RST/VPPP1.6P1.7VCC(RXD)P3.0P3.3P3.2XTAL1XTAL2(TDX)P3.1P1.0(AINO)P1.4P3.7P1.1(AIN1)P1.2P1.3P1.5(TO)P3.4(T1)P3.5 GND1234567810920191817161514131211圖2.4 AT89C2051引腳圖與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz24MHz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器128×8字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)可編程I/O口線2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源可編程串行UART通道低功耗空閑和掉電模式功

30、能特性概述：AT89C2051提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：2K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，15個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，內(nèi)置一個(gè)精密比較器，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C2051可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAW中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位18。引腳功能說明：圖2.4是AT89C2051的引腳結(jié)構(gòu)圖,有雙列直插封裝(DIP)方式和方行封裝方式。下面介紹這些引

31、腳。Vcc：電源電壓GND：接地端XTAL1：接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，該引腳接收振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：接外部晶體的另一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)懸浮不連接。RST：復(fù)位輸入端。當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 Ready/ ：字節(jié)編程的進(jìn)度可通過“RDY/BSY”輸出信號(hào)監(jiān)測(cè)，編程期間，P3.1引腳在P3.2變高“H”后被拉低來指示“BSY”。P3.1在編程結(jié)束后被再次拉高“H”來指示“

32、RDY”。P1端口（P1.0P1.7）：P1是一組8位雙向I/O端口，P1.2P1.7提供內(nèi)部上拉電阻，P1.0和P1.1內(nèi)部無上拉電阻，主要是考慮它們分別是內(nèi)部精密比較器的同相輸入端（AINO）和反相輸入端（AINI），P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可作為輸入口。P1作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流（）。在對(duì)Flash編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P1接收低8位地址。P.1和P1.0在不使用外部上拉電阻的情況下應(yīng)設(shè)置為“0”，或者在使用上拉電阻時(shí)應(yīng)設(shè)為“1”。P3端口（P3.0

33、3.7）：P3（P3.6除外）是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可作為輸入口。P3作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流（）。P3口還用于實(shí)現(xiàn)AT89C2051特殊的功能，如下表2.1所示：表2.1 P3口特殊功能表 引 腳 功 能 特 性 P 3.0 RXD (串行輸入口) P3.1 TXD (串行輸出口) P3.2 (外中斷0) P3.3 (外中斷1) P3.4 T0 (定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部輸入) P3.5 T1 (定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部

34、輸入)2.3.2 時(shí)鐘電路振蕩電路和單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路共同構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘方式。AT89C2051內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，單片機(jī)引腳XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入和輸出端。放大器與作為反饋組件的片外晶體或陶瓷諧振器一切構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。設(shè)計(jì)中選用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式是采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路。單片機(jī)片內(nèi)振蕩器的時(shí)鐘電路如圖2.5所示。圖2.5中選擇12MHz的振蕩晶體，兩只電容器取值27PF。則單片機(jī)的4個(gè)周期的具體數(shù)值分別是：振蕩周期=1/12s；時(shí)鐘周期=

35、1/6s；機(jī)器周期=1s；指令周期=14s。片內(nèi)時(shí)鐘電路在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意晶體和電容器應(yīng)盡可能地靠近單片機(jī)芯片，以減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作。2.3.3 芯片擦除整個(gè)EPROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，AT89C2051設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所

36、用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。2.3.4 復(fù)位電路單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)工作時(shí)，會(huì)經(jīng)常要求進(jìn)入復(fù)位工作狀態(tài)，所以復(fù)位電路要求能準(zhǔn)確可靠地工作，而且單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)與應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)位狀態(tài)是密切相關(guān)的。單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的。在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RST腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機(jī)便可實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。為了保證系統(tǒng)可靠地復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，通常使RST引腳保持10ms以上的高電平。只要RST保持高電平，單片機(jī)就循環(huán)復(fù)位；當(dāng)RST從高電平變?yōu)榈碗娖揭院?，單片機(jī)就從0000H地址開始執(zhí)行程序。在單片機(jī)復(fù)位的有效期間，ALE、PSEN引腳輸出高電平。單片機(jī)的通

37、常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。設(shè)計(jì)中選用上電自動(dòng)復(fù)位方式，由“看門狗”電路實(shí)現(xiàn)。圖2.5 主控芯片設(shè)計(jì)圖2.4 路燈按鈕電路的設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)住宅樓來說，應(yīng)該每個(gè)樓層都必須裝有路燈啟動(dòng)裝置。目前住宅小區(qū)最流行的啟動(dòng)路燈方式為：聲控啟動(dòng)，觸摸啟動(dòng)，按鈕啟動(dòng)。三者以聲控啟動(dòng)最方便，只要人在樓道里面，只要弄出一定程度的聲音，例如用力踏樓梯，或者拍下手掌都能被聲控系統(tǒng)識(shí)別從而自啟動(dòng)路燈照明，但是此系統(tǒng)投資成本較大，而且維護(hù)起來也需要一定費(fèi)用。觸摸啟動(dòng)系統(tǒng)和按鈕啟動(dòng)方式工作原理差不多，唯一不同的是觸摸系統(tǒng)采用的是手指一觸碰感應(yīng)開關(guān)就能啟動(dòng)，不像按鈕啟動(dòng)需要人把按鈕按下才啟動(dòng)，觸摸啟動(dòng)系統(tǒng)成本投資比按

38、鈕啟動(dòng)大。采用按鈕方式啟動(dòng)路燈雖然比起聲控系統(tǒng)或者觸摸系統(tǒng)落后，但是卻能在最大程度的節(jié)約能源和節(jié)省成本，而在后期維護(hù)方面，聲控系統(tǒng)和觸摸系統(tǒng)需要的費(fèi)用也遠(yuǎn)比按鈕啟動(dòng)高。所以本設(shè)計(jì)中路燈啟動(dòng)方式選用按鈕。下圖2.7中的S1Sn為分布于各樓層住戶門口的路燈按鈕。當(dāng)任何一個(gè)按下時(shí)，均會(huì)通過發(fā)光耦合器TLP521-2，使得單片機(jī)P3.2引腳產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，從而觸發(fā)外中斷INT0，喚醒單片機(jī)，控制繼電器電路動(dòng)作，點(diǎn)亮路燈。當(dāng)然，路燈能否點(diǎn)亮首先取決于P30的狀態(tài)（即環(huán)境照度）。光耦合器TLP521-2是一個(gè)光電耦合器件，它是把發(fā)光把發(fā)光器件(如發(fā)光二極管)和光敏器件(如光敏三極管)組裝在一起，通過光線實(shí)

39、現(xiàn)耦合構(gòu)成電一光和光一電的轉(zhuǎn)換器件。TLP521-2芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖2.6所示。當(dāng)電信號(hào)送入光電耦合器的輸入端時(shí),發(fā)光二極管通過電流而發(fā)光,光敏器件受到光照后產(chǎn)生電流導(dǎo)通,當(dāng)輸入無信號(hào)時(shí),發(fā)光二極管不兩,光敏電阻截止。使用光電耦合器時(shí)，輸入部分和輸出部分必須分別采用獨(dú)立的電源，如果兩端共用一個(gè)電源，則光電耦合器件的隔離將失去意義。圖2.6 TLP521-2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 光電耦合器主要是用來隔離輸入輸出的，主要是隔離輸入信號(hào)。因?yàn)樵诟鞣N應(yīng)用電路中，往往有一些信號(hào)需要傳輸?shù)娇刂破?，但如果將這些信號(hào)接到單片機(jī)上，會(huì)有以下問題：信號(hào)不匹配，輸入信號(hào)可能是交流信號(hào)、高壓信號(hào)、按鍵等干接點(diǎn)信號(hào)；比較

40、長的接連線路容易引進(jìn)干擾、雷電、感應(yīng)電磁等。不經(jīng)常過隔離不可靠，所以信號(hào)需要光耦進(jìn)行隔離接入單片機(jī)。選用TLP521-2的原因是因?yàn)檫@芯片便宜而且功能達(dá)到我們?cè)O(shè)計(jì)的要求。圖2.7 路燈按鈕電路設(shè)計(jì)圖 2.5 環(huán)境照明電路的設(shè)計(jì)如果用戶在任何情況按下按鈕都會(huì)啟動(dòng)路燈的話，這樣會(huì)造成不必要的電能消耗，同時(shí)也加重了用戶的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，所以最好設(shè)置個(gè)環(huán)境亮度感應(yīng)電路。此環(huán)境感應(yīng)電路必須能讓用戶在打開路燈按鈕并且周圍環(huán)境昏暗的時(shí)候才啟動(dòng)路燈照明。同時(shí)也避免了一些淘氣頑皮的孩子隨便啟動(dòng)路燈照明造成不必要的電能浪費(fèi)。環(huán)境照明度檢測(cè)電路采用雙電源比較器LM393實(shí)現(xiàn)。圖2.8中 的R*為光敏電阻，當(dāng)環(huán)境照明度變低

41、，使得該電阻的阻值>100K時(shí)，比較器LM393翻轉(zhuǎn)，1腳輸出為低電平送入單片機(jī)引腳P3.0。單片機(jī)根據(jù)此引腳電平狀態(tài)決定是否可以使用路燈11。圖2.8 環(huán)境照明電路設(shè)計(jì)LM393是有兩個(gè)獨(dú)立的、高精度電壓比較器組成的集成電路，失調(diào)電壓低，最大為2.0mV。它專為獲得寬電壓范圍、單電源供電而設(shè)計(jì)，也可以以雙電源供電；而無論電源電壓大小，電源消耗的電流都很低。它還有一個(gè)特征：即使是單電源供電，比較器的共模輸入電壓范圍接近地電平。主要應(yīng)用于限幅器、簡單的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、脈沖發(fā)生器、方波發(fā)生器、延時(shí)發(fā)生器、寬電頻壓控振蕩器、MOS時(shí)鐘計(jì)時(shí)器、多頻振蕩器和高電平數(shù)字邏輯門電路。393被設(shè)計(jì)成能連接

42、TTL和COMS；當(dāng)用雙電源供電時(shí)，它能兼容MOS邏輯電路,這是低功耗的393相較于標(biāo)準(zhǔn)比較器的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。 LM393的引腳圖2.9及引腳功能表2.2如下所示 電源電壓范圍寬：IN B-INB+OUTBOUTAINA-INA+GNDVcc圖2.9 LM393引腳圖 單電源：2.0V to 36V 雙電源±1.0V to 18V 電源電流消耗很低(0.4mA)： 輸入偏置電流低：25nA 輸入失調(diào)電流低：±5nA 輸入失調(diào)電壓：±3mA 輸入共模電壓范圍接近地電平： 差模輸入電壓范圍等于電源電壓： 輸出飽和電壓低：250mV to 4mA 輸出電平兼容TTL，DTL

43、，ECL，MOS和COMS邏輯系統(tǒng)。表2.2 LM393引腳功能表 引出端序號(hào) 符號(hào) 功能 1 OUT A 輸出 A 2 IN A- 反向輸入A 3 INA+ 同向輸入A 4 GND 接地端 5 INB- 同向輸入B 6 INB+ 反向輸入B 7 OUT B 輸出 B 8 Vcc 電源電壓2.6 執(zhí)行分配的繼電器電路的設(shè)計(jì)本裝置設(shè)計(jì)的樓道住戶為12戶，符合國內(nèi)大多數(shù)住宅樓每個(gè)樓道12戶（6×2）的要求；因此，分別由12路繼電器擔(dān)當(dāng)個(gè)住戶分時(shí)供電的切換功能。繼電器線圈分別由US1US12驅(qū)動(dòng)，繼電器動(dòng)合觸電的一端接每個(gè)住戶的用戶側(cè)相線L1L12，另一側(cè)并接作為路燈的相線LINE16。設(shè)

44、計(jì)電路如圖2.10所示。圖2.10 執(zhí)行分配的繼電器電路設(shè)計(jì)圖繼電器電路動(dòng)作設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是繼電器觸電合、斷的延時(shí)時(shí)間，必須考慮繼電器的動(dòng)作有一定時(shí)滯；否則，會(huì)出現(xiàn)上個(gè)繼電器尚未徹底斷開，下一個(gè)繼電器已經(jīng)動(dòng)合的現(xiàn)象，使得系統(tǒng)分配精度出現(xiàn)較大的誤差，甚至不能正常分配。繼電器中的線圈為感性負(fù)載，在電路分?jǐn)鄷r(shí)，電感存儲(chǔ)的能量會(huì)使電路分?jǐn)嗬щy，所產(chǎn)生的電火花的劇烈變化向空間輻射電磁波，從而可能改變單片機(jī)的I/O口電平，造成單片機(jī)輸出的不正常變化。為此，本設(shè)計(jì)在繼電器的常開觸頭并聯(lián)了阻容吸收電路，以減少觸頭間電火花能量，減少誤動(dòng)作的概率。2.7 系統(tǒng)供電電源電路設(shè)計(jì) 總系統(tǒng)供電電源電路的設(shè)計(jì)分為主系統(tǒng)電源設(shè)

45、計(jì)與繼電器工作電源設(shè)計(jì)兩部分。2.7.1 主系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)主系統(tǒng)采用+5V電源。為了降低成本，采用“變壓器降壓整流濾波穩(wěn)壓”的線形電源。這里選用了78M05三端穩(wěn)壓器。78M05集成穩(wěn)壓器是將功率調(diào)整管、取樣電阻以及基準(zhǔn)穩(wěn)壓、誤差放大、啟動(dòng)和保護(hù)電路等全部集成在一個(gè)芯片上而形成的一種穩(wěn)壓集成電路。由于78M系列三端集成穩(wěn)壓器內(nèi)部有過熱、過流保護(hù)電路，外圍元件少，性能優(yōu)良，體積小、價(jià)格低，所以在很多電路中廣泛應(yīng)用。它的工作原理與一般的分立件組成的串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源相似，區(qū)別在于增加了啟動(dòng)電路、恒壓源以及保護(hù)電路。為了使穩(wěn)壓器能在比較大的電壓范圍內(nèi)正常工作，在基準(zhǔn)電壓形成和誤差放大部分設(shè)置了恒流

46、源電路，啟動(dòng)電路的作用就是為恒流源建立工作點(diǎn)。實(shí)際電路是由一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，在輸出不同電壓穩(wěn)壓器中，采用不同的串并聯(lián)接法，形成不同的分壓比，通過誤差放大之后去控制調(diào)整管的工作狀態(tài)，以形成和穩(wěn)定一系列的輸出電壓。雖然三端穩(wěn)壓器有很多優(yōu)點(diǎn)，但因目前功率集成技術(shù)水平的限制，它的最大電流只能達(dá)到1.5A。然而本次設(shè)計(jì)需要的是電壓，可以不考慮電流部分。使用三端集成穩(wěn)壓器時(shí)一定要注意：輸入電壓與輸出電壓差不能過大，一般選擇在610V為宜，壓差過小，輸出電壓紋波大，起不到穩(wěn)壓作用，壓差過大，穩(wěn)壓器本身消耗的功率就隨之增大，容易損害穩(wěn)壓器13。變壓器盡管與繼電器工作電源需要的變壓器為同一變壓器，但繞組副邊獨(dú)立

47、，減小相互影響。2.7.2 繼電器工作電源設(shè)計(jì) 繼電器工作電壓為+12V，這里采用和主電源設(shè)計(jì)類似的“繼電器變壓器降壓整流”的方式，再通過78M12三端穩(wěn)壓器穩(wěn)定輸出電壓。上述電源中所用的電源變壓器功率為10W。必須選用空載功耗小的變壓器；否則，功耗大大增加，而且變壓器自身發(fā)熱嚴(yán)重，根本無法適合長期運(yùn)行。主要設(shè)計(jì)如圖2.11所示。圖2.11 總電源電路設(shè)計(jì)圖2.8 系統(tǒng)可靠性問題的設(shè)計(jì)該系統(tǒng)用在長期連續(xù)工作且無人監(jiān)控的狀態(tài)下,因此必須十分重視系統(tǒng)的可靠性問題。在本設(shè)計(jì)中，主要考慮了系統(tǒng)死機(jī)后的自恢復(fù)問題和系統(tǒng)能不能保持長年累月的運(yùn)行。為了解決這些問題，設(shè)計(jì)中是通過系統(tǒng)的監(jiān)視定時(shí)器（即看門狗電路

48、“WDT”）以及元器件的合理選用等方面來實(shí)現(xiàn)的。2.8.1 看門狗電路設(shè)計(jì)看門狗電路主要選用了MAX813L。這種電源監(jiān)視器件的功耗很低，主要功能有3個(gè)：復(fù)位；電源電壓監(jiān)視；看門狗定時(shí)器17。設(shè)計(jì)原理如圖2.12所示圖2.12 看門狗電路設(shè)計(jì)圖MAX813L實(shí)質(zhì)上是一個(gè)可使微處理器復(fù)位或者產(chǎn)生中斷請(qǐng)求的定時(shí)器，使其輸出端與單片機(jī)的復(fù)位端（RESET）相連。這樣就形成了硬件的看門狗技術(shù)。看門狗的設(shè)計(jì)使用目的是作為微處理器的一個(gè)監(jiān)控者。微處理器在運(yùn)行中會(huì)受到各種各樣的干擾，如電源及空間電磁干擾，當(dāng)它們超過抗干擾極限的時(shí)候，就有可能引起微處理器死機(jī)。尤其在單片機(jī)的應(yīng)用環(huán)境中，更容易受到復(fù)雜干擾源的干

49、擾影響。有了看門狗這個(gè)監(jiān)控，就能夠在單片機(jī)死機(jī)后，重新使它復(fù)位恢復(fù)運(yùn)行。 手操作允許通過手動(dòng)按鈕開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖去觸發(fā)復(fù)位信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)RESET。對(duì)TTL/COMS兼容，因此，它可以由外部的邏輯電路去驅(qū)動(dòng)。在MAX813L中，可以利用接到看門狗定時(shí)器的輸出脈沖端來產(chǎn)生復(fù)位脈沖，因此將與簡單的接在一起就行。當(dāng)單片機(jī)經(jīng)過1.6秒仍然沒有二次觸發(fā)開門狗電路輸入端WDI，那么WDO就會(huì)輸出一個(gè)負(fù)脈沖，這個(gè)負(fù)脈沖作用于，通過復(fù)位信號(hào)強(qiáng)制產(chǎn)生RESET信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)上述看門狗信號(hào)要求,在關(guān)鍵的延時(shí)子程序模塊的適當(dāng)?shù)胤郊尤肓恕拔构贰敝噶?以免干擾程序正常運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)指令為：CLR P3.3NOPN

50、OPSETB P3.3MAX813L引腳圖如圖2.13所示：GNDMAX813L12534678WDLRSTPFIVcc圖 2.13 MAX813L 引腳圖手動(dòng)復(fù)位輸入端（）：當(dāng)該端輸入低電平保持140ms以上時(shí)，MAX813L就輸出復(fù)位信號(hào)。該輸入端的最小輸入脈寬要求可以有效地消除開關(guān)的抖動(dòng)。 和TTL/COMS兼容。工作電源（VCC）：接+5V電源。電源接地端（GND）：接地。電源故障輸入端（PFI）：當(dāng)該端輸入低于1.25V時(shí)，5號(hào)引腳輸出端的信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖?。電源故障輸出端（PFO）：電源正常時(shí)，保持高電平，電源電壓變低或掉電時(shí)，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖??？撮T狗信號(hào)輸入端（WDL）

51、：程序正常運(yùn)行時(shí)，必須在小于1.6s的時(shí)間間隔內(nèi)向該輸入端發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào),以清除芯片內(nèi)部的看門狗定時(shí)器。若超過1.6s該輸入端收不到脈沖信號(hào),則內(nèi)部定時(shí)器溢出。復(fù)位信號(hào)輸出端（RST）：上電時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生200ms的復(fù)位脈沖；手動(dòng)復(fù)位端輸入低電平時(shí)，該端也產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)輸出?？撮T狗信號(hào)輸出端（）：正常工作時(shí)輸出保持高電平，看門狗輸出時(shí)，該端輸出信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖健?.8.2長期運(yùn)行需要考慮的安全性問題由于該裝置長期運(yùn)行狀況，因此必須考慮裝置本身的安全性問題和裝置安全性引發(fā)的其它諸如人身安全性、住宅樓安全性等問題。這里的關(guān)鍵是要保證裝置本身的安全性。以下從幾個(gè)方面進(jìn)行簡要闡述。裝置的功耗和散熱

52、問題是連在一起的，只有降低功耗，才能減少裝置的發(fā)熱，也才能從根本上解決散熱問題。關(guān)于功耗問題，前面已經(jīng)作了專門討論，這里只說明一點(diǎn)：三端穩(wěn)壓器和變壓器均緊貼在裝置的金屬外殼上，以金屬外殼作為一個(gè)大散熱體。由于此裝置一般安裝在配電箱內(nèi)，而配電箱一般又是金屬外殼，這樣又可促進(jìn)散熱，從外界解決了散熱問題。由于裝置本身的元件失效導(dǎo)致系統(tǒng)過流，引發(fā)電力火災(zāi)等，這個(gè)問題比較容易解決。只要在裝置的電源進(jìn)線上串接快速熔斷器，就足以保證避免此類現(xiàn)象的發(fā)生。有些時(shí)候市電的波動(dòng)會(huì)比較大，可能因?yàn)殡妷哼^高而造成器件的損壞，如果在器件外面添加過電壓保護(hù)電路，就能使器件得到保護(hù)。本裝置采用了過電壓保護(hù)電路來實(shí)現(xiàn)對(duì)器件的保

53、護(hù)，具體設(shè)計(jì)圖如下2.14所示。在正常的情況下，通過互感器L1和L2的電流大小相等，方向相反，合成磁場(chǎng)為0。所以L3上無感生電流，晶閘管上沒有觸發(fā)電流而截止；如果過壓或者發(fā)生漏電，L1與L2之間的電流就不平衡，于是合磁場(chǎng)就不為0，L3就產(chǎn)生感生電流。產(chǎn)生的感生電流經(jīng)過電阻Rw流入晶閘管而使其導(dǎo)通，接觸器線圈得電使其常閉觸點(diǎn)斷開，達(dá)到過壓保護(hù)。即保護(hù)了器件的目的，也可以保障人身的安全。圖2.14 過電壓保護(hù)電路的設(shè)計(jì)第3章 軟件設(shè)計(jì) 本文的軟件設(shè)計(jì)包括主程序的設(shè)計(jì)以及INT0中斷子程序設(shè)計(jì)2部分。3.1 主程序流程圖及分析在本系統(tǒng)中，軟件的功能主要是實(shí)現(xiàn)繼電器電路的切換。為了降低功耗，繼電器組的

54、切換是由單片機(jī)外中斷INT0來實(shí)現(xiàn)，切換的前提是環(huán)境光的照明度。圖3.1是系統(tǒng)分配裝置的主程序流程圖。跳轉(zhuǎn)到主程序入口軟復(fù)位系統(tǒng)初始化定義外中斷0為邊沿高優(yōu)先中斷開放中斷關(guān)閉所有繼電器延時(shí)以等待喚醒穩(wěn)定設(shè)置成IDLE運(yùn)行方式通過設(shè)定PCON的最低位為1實(shí)現(xiàn) 開始圖3.1 主程序框圖系統(tǒng)的初始化包含了以下的內(nèi)容：設(shè)置堆棧指針，設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)控制器，開放中斷，延時(shí)，關(guān)閉繼電器和設(shè)置PCON。編寫實(shí)現(xiàn)初始化內(nèi)容的程序如下：MOV IE， #00H ；禁止所有中斷，以設(shè)置SPMOV SP， #60HMOV P1， #0FFH ；關(guān)閉User5-User12繼電器SETB P3.1 ；關(guān)閉User1繼電

55、器SETB P3.4 ；關(guān)閉User2繼電器SETB P3.5 ；關(guān)閉User3繼電器SETB P3.7 ；關(guān)閉User4繼電器LCALL DL15MS ；延時(shí)，以保證關(guān)閉MOV IP， #01H ；定義 為高優(yōu)先級(jí)MOV TCON， #01H ；為下跳沿觸發(fā)SETB EX0 ；允許 中斷SETB EA ；開放中斷MOV PCON， #01H ；進(jìn)入IDLE（空閑）方式，以降低功耗3.2 中斷子程序流程圖及分析 當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到外部有路燈啟動(dòng)按鍵按下時(shí)，進(jìn)入外部中斷0并且關(guān)閉所有中斷。經(jīng)過延時(shí)15ms去抖后判斷P3.2是否為低電平,如果為低則進(jìn)入下一步；如果為高則退出中斷子程序。當(dāng)P3.2為低電平時(shí)再判