基于單片機(jī)防盜警報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說明

1、目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc3924 第 1 章 引言 PAGEREF _Toc3924 3 HYPERLINK l _Toc19301 1.1 選題背景 PAGEREF _Toc19301 3 HYPERLINK l _Toc29298 1.2 課題介紹 PAGEREF _Toc29298 4 HYPERLINK l _Toc20159 1.3 本文的主要工作 PAGEREF _Toc20159 5 HYPERLINK l _Toc23535 1.4 方案選擇論證 PAGEREF _Toc23535 5 HYPERLINK l _Toc19143 1.4.

2、1 MCU PAGEREF _Toc19143 5的選擇 HYPERLINK l _Toc1267 1.4.2 顯示器的工作原理及其選型 PAGEREF _Toc1267 6 HYPERLINK l _Toc9351 1.4.3 液晶顯示和數(shù)字顯示 PAGEREF _Toc9351 6 HYPERLINK l _Toc29941 1.4.4 防盜報(bào)警器選擇傳感器的選擇 PAGEREF _Toc29941 7 HYPERLINK l _Toc27102 2.1 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc27102 8 HYPERLINK l _Toc15735 2.2 AT89C51芯片介紹 P

3、AGEREF _Toc15735 9 HYPERLINK l _Toc15588 2.2.1 引腳功能 PAGEREF _Toc15588 9 HYPERLINK l _Toc23652 2.2.2 結(jié)構(gòu)原則 PAGEREF _Toc23652 11 HYPERLINK l _Toc16192 2.2.3 AT89C51定時(shí)器/計(jì)數(shù)器相關(guān)控制寄存器介紹 PAGEREF _Toc16192 12 HYPERLINK l _Toc17034 2.2.4 MAX708芯片介紹 PAGEREF _Toc17034 13 HYPERLINK l _Toc9536 2.3 MCU 復(fù)位設(shè)置 PAGEREF

4、 _Toc9536 14 HYPERLINK l _Toc9936 2.4 8255A芯片介紹 PAGEREF _Toc9936 14 HYPERLINK l _Toc5821 2.4.1 8255A管腳及結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc5821 15 HYPERLINK l _Toc21515 2.4.2 8255 的工作原理 PAGEREF _Toc21515 16 HYPERLINK l _Toc29711 2.4.3 PAGEREF _Toc29711 8255的控制字18 HYPERLINK l _Toc20138 2.5 AT89C51和8255的接口電路 PAGEREF _Toc2

5、0138 19 HYPERLINK l _Toc1941 2.6 顯示部分 PAGEREF _Toc1941 20 HYPERLINK l _Toc22670 2.6.1 七段顯示解碼器 PAGEREF _Toc22670 20 HYPERLINK l _Toc12455 2.6.2 7448解碼驅(qū)動(dòng) PAGEREF _Toc12455 21 HYPERLINK l _Toc19650 2.6.3 MCU與7448解碼驅(qū)動(dòng)及LED連接 PAGEREF _Toc19650 23 HYPERLINK l _Toc15081 2.6.4 外部地址鎖存器 PAGEREF _Toc15081 23 HY

6、PERLINK l _Toc23038 第三章檢測(cè)信號(hào)放大電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc23038 24 HYPERLINK l _Toc27986 3.1 熱釋電紅外傳感器典型電路 PAGEREF _Toc27986 25 HYPERLINK l _Toc6667 3.2 紅外光電二極管警示燈電路 PAGEREF _Toc6667 26 HYPERLINK l _Toc30320 3.2.1 光電二極管控制電路 PAGEREF _Toc30320 27 HYPERLINK l _Toc13703 3.3 紅外檢測(cè)信號(hào)放大電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc13703 28 HYPERLIN

7、K l _Toc18338 3.3.1 光耦驅(qū)動(dòng)接口 PAGEREF _Toc18338 30 HYPERLINK l _Toc32414 3.3.2 集成電路運(yùn)算放大器 PAGEREF _Toc32414 31 HYPERLINK l _Toc16235 3.3.3 精密多功能運(yùn)算放大器INA105 PAGEREF _Toc16235 31 HYPERLINK l _Toc690 3.3.4 低功耗、雙路運(yùn)算放大器 LM358 PAGEREF _Toc690 34 HYPERLINK l _Toc17157 第 4 章 電源設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc17157 35 HYPERLINK

8、l _Toc20994 4.1 MCU系統(tǒng)電源 PAGEREF _Toc20994 35 HYPERLINK l _Toc10715 4.2 檢測(cè)部分電源 PAGEREF _Toc10715 35 HYPERLINK l _Toc30162 5.1 主程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc30162 37 HYPERLINK l _Toc12697 5.2 檢查子程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc12697 38 HYPERLINK l _Toc4267 5.3 中斷子程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc4267 38 HYPERLINK l _Toc10225 5.4 閱讀子程序設(shè)計(jì) PAGERE

9、F _Toc10225 39 HYPERLINK l _Toc16800 5.5 程序設(shè)計(jì)說明 PAGEREF _Toc16800 40 HYPERLINK l _Toc8002 5.6 程序清單 PAGEREF _Toc8002 41 HYPERLINK l _Toc27328 第 6 章 調(diào)試 PAGEREF _Toc27328 45 HYPERLINK l _Toc28102 6.1 安裝調(diào)試 PAGEREF _Toc28102 45 HYPERLINK l _Toc15394 6.2 音頻（和繼電器）驅(qū)動(dòng)電路特定連接 PAGEREF _Toc15394 45 HYPERLINK l _

10、Toc29433 6.3 程序修改 PAGEREF _Toc29433 46 HYPERLINK l _Toc12322 6.4 程序執(zhí)行過程 PAGEREF _Toc12322 47 HYPERLINK l _Toc15692 結(jié)論 PAGEREF _Toc15692 48 HYPERLINK l _Toc19153 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc19153 49 HYPERLINK l _Toc14951 至 PAGEREF _Toc14951 51 HYPERLINK l _Toc15785 示意圖 PAGEREF _Toc15785 52第一章 簡(jiǎn)介隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)防盜、防盜

11、、防火的安防設(shè)備的需求大大增加。對(duì)盜竊、搶劫、火災(zāi)和燃?xì)庑孤┑仁鹿实臋z測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)的需求也在增加。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新穎的紅外防盜報(bào)警器。本設(shè)計(jì)中的輸入部分主要是各種傳感器。不同類型的檢測(cè)器使用不同的手段來(lái)檢測(cè)各種入侵行為；具有不同功能的傳感器還可以檢測(cè)不同類型的情況。本章主要介紹選題背景、選題介紹、本文主要工作、程序演示。1.1 選題背景單片機(jī)現(xiàn)在越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于智能儀表、工業(yè)控制、日常生活等諸多領(lǐng)域?？梢哉f，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到了人類生活和工作的每一個(gè)角落，說明它與我們的工作有關(guān)，與生活息息相關(guān)，也說明我們每個(gè)人都有可能和有機(jī)會(huì)使用微控制器來(lái)改變您周圍的儀器、產(chǎn)品、工作和生

12、活環(huán)境。紅外技術(shù)已成為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。因?yàn)樗遣豢梢姽?，所以用作防盜報(bào)警監(jiān)視器，隱蔽性好，晝夜均可使用，抗干擾能力強(qiáng)。這種監(jiān)控報(bào)警裝置廣泛應(yīng)用于博物館、單位重點(diǎn)部門和家庭的保護(hù)1 。通常紅外發(fā)射電路采用脈沖調(diào)制方式。紅外接收電路首先將接收到的紅外光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，對(duì)調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行放大和解調(diào)，供無(wú)線發(fā)射電路使用。無(wú)人遮擋紅外光時(shí)，鎖相環(huán)輸出低電平，報(bào)警器處于監(jiān)控狀態(tài)；一旦有人闖入，擋住紅外光，鎖相環(huán)失鎖，輸出高電平，驅(qū)動(dòng)繼電器接入無(wú)線發(fā)射電路，監(jiān)控室接收到無(wú)線報(bào)警信號(hào)，可分辨報(bào)警位置2 。當(dāng)我們考慮更廣泛的區(qū)域時(shí)：如果社區(qū)中的每個(gè)家庭都安裝了防盜報(bào)警器。當(dāng)家中無(wú)

13、人時(shí)，可將家中防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置為布防狀態(tài)。當(dāng)小偷闖入時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向社區(qū)安全中心發(fā)出警報(bào)3 。周界報(bào)警系統(tǒng)：在小區(qū)圍墻設(shè)置主動(dòng)紅外探測(cè)器，防止不法分子從圍墻轉(zhuǎn)入小區(qū)作案，保障小區(qū)居民生命安全4 。一些防盜報(bào)警系統(tǒng)還連接到主機(jī)。探測(cè)器發(fā)出的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)會(huì)根據(jù)防區(qū)的類型和主機(jī)的工作狀態(tài)（布防、撤防）進(jìn)行邏輯判斷，然后發(fā)出警報(bào)5,6 。防盜系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在報(bào)警主機(jī)的功能上。1.2 課題介紹本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制防盜報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)需要對(duì)16個(gè)以上的監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控。防盜報(bào)警系統(tǒng)以單片機(jī)為核心組成。主要完成用戶的鍵盤輸入、數(shù)字（可漢字液晶）顯示、故障狀態(tài)指示，完成報(bào)警檢測(cè)。如果發(fā)生報(bào)警事故，可向外界

14、發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。系統(tǒng)基本框圖如下：圖1.1 系統(tǒng)基本框圖報(bào)警電路顯示電路單片機(jī)檢測(cè)電路警語(yǔ)播放電路鍵盤輸入單片機(jī)防盜報(bào)警系統(tǒng)主要應(yīng)用于賓館、倉(cāng)庫(kù)、住宅樓等場(chǎng)所，可對(duì)監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控。一旦發(fā)生盜竊情況，單片機(jī)將收到有效信號(hào)，發(fā)出報(bào)警指令，即進(jìn)行聲光報(bào)警，并指示盜竊地點(diǎn)，相關(guān)人員將提醒采取相關(guān)措施。該防盜報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低。如果更換其他傳感器，該系統(tǒng)還可用于火警、煤氣泄漏等報(bào)警。1.3 本文的主要工作在設(shè)計(jì)之前，首先對(duì)該課題進(jìn)行廣泛的市場(chǎng)調(diào)研工作，分析、比較、總結(jié)，然后進(jìn)行方案選擇論證。在設(shè)計(jì)方面，分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)主要分為單片機(jī)部分和檢測(cè)部分兩部分。軟件設(shè)計(jì)分為

15、主程序設(shè)計(jì)和中斷子程序設(shè)計(jì)。完成正文部分后，主要的工作就是調(diào)試。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的預(yù)期現(xiàn)象，必須對(duì)軟件和硬件進(jìn)行必要的修改。1.4 方案選擇演示1.4.1 MCU的選擇本設(shè)計(jì)采用低功耗、高性能的89C51單片機(jī)，集成電路設(shè)計(jì)中心推出的BI/ATu89C51單片機(jī)。它是一款低功耗、高性能的 8 位 CMOS 微控制器，包含 4K 字節(jié)的快速可擦可編程/可擦只讀存儲(chǔ)器（EEPROM），時(shí)鐘頻率高達(dá)24 MHZ，完全兼容 8031 指令系統(tǒng)和引腳。兼容的。片上 EEPROM 內(nèi)容使用通用非易失性存儲(chǔ)器對(duì)程序存儲(chǔ)器進(jìn)行在線 (+5V) 電擦除、點(diǎn)寫入或重新編程。此外，BI/ATu89C51還支持軟件選擇的

16、兩種掉電工作模式。非常適合電池供電或其他需要低功耗的應(yīng)用。由于該芯片的4K程序存儲(chǔ)器可在線編程或用編程器重復(fù)編程，因此受到應(yīng)用設(shè)計(jì)者的歡迎并被廣泛使用。1.4.2 監(jiān)視器的工作原理及其選型有用于點(diǎn)亮顯示器的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)方法。所謂靜態(tài)顯示，是指當(dāng)顯示器顯示某個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管不斷地開啟或關(guān)閉。這種顯示方式的每一位都需要由一個(gè)8位輸出端口控制。靜態(tài)顯示時(shí)，較小的電流可以獲得較高的亮度，文字不閃爍，可直接由8255A的輸出口驅(qū)動(dòng)。在單片機(jī)串口方式0的應(yīng)用中，也采用靜態(tài)顯示方式。當(dāng)顯示位數(shù)較少時(shí)，以靜態(tài)顯示方式為宜。當(dāng)位數(shù)較大時(shí)，靜態(tài)顯示需要的I/O口太多，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方式。所謂動(dòng)態(tài)顯示，就

17、是將顯示器的每一位依次點(diǎn)亮（掃描）。使用人類視覺暫留功能可以看到整個(gè)顯示，但掃描速度必須足夠快，以免字符閃爍。顯示屏的亮度不僅與導(dǎo)通電流有關(guān)，還與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，實(shí)現(xiàn)更高的亮度和更穩(wěn)定的顯示。如果顯示位數(shù)不超過8位，則只需要一個(gè)I/O端口（稱為掃描端口）來(lái)控制顯示的公共位置，一個(gè)8位端口（稱為段數(shù)據(jù)端口）是控制顯示的每個(gè)位置所顯示的字體所需的。 )，為防止閃爍，顯示時(shí)間為12ms。1.4.3 液晶顯示和數(shù)字顯示LED是一種離子注入的全固態(tài)半導(dǎo)體發(fā)光器件。它的電壓很低，正好與TTL電路相匹配。發(fā)光效率高，壽命最長(zhǎng)。是儀表數(shù)顯的主體。LCD由低電壓驅(qū)動(dòng)，功耗極低?？芍苯?/p>

18、與CMOS功耗電路匹配。它是 LSI 的孿生兄弟。此外，其極薄且扁平的結(jié)構(gòu)可立即在極強(qiáng)的環(huán)境光下使用。生產(chǎn)的方便性等，都充分展示了其優(yōu)越的性能。但是液晶顯示器最大的缺點(diǎn)之一是工作溫度范圍窄，尤其是低濕度范圍不夠用，液晶顯示器不宜外加直流電壓。一般來(lái)說，使用液晶顯示信息需要液晶材料或器件，以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。三者合而為一。在這種設(shè)計(jì)中，只需要使用幾個(gè)數(shù)字來(lái)指示被盜位置，使用液晶顯示器會(huì)很浪費(fèi)，而數(shù)字顯示器則簡(jiǎn)單且便宜。1.4.4 防盜報(bào)警器選擇傳感器的選擇目前市面上用于防盜報(bào)警器的傳感器大多為紅外或微波產(chǎn)品，分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。由于誤報(bào)等原因，本設(shè)計(jì)采用無(wú)源探頭。它的工作原理比較簡(jiǎn)

19、單：發(fā)射器發(fā)射一定頻率的脈沖紅外光束和微波，對(duì)方的接收器接收相同頻率的紅外光束或微波。當(dāng)中央控制器確定一發(fā)一收的頻率一致時(shí)，表明波束行進(jìn)方向上沒有物體。相反，如果光束行進(jìn)路徑上有異物，光束會(huì)被反射和散射，接收器接收到的信號(hào)就會(huì)丟失，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。本設(shè)計(jì)的輸入部分主要是各種傳感器。不同類型的探測(cè)器使用不同的手段來(lái)探測(cè)各種入侵行為，如人體的運(yùn)動(dòng)、物體的振動(dòng)、玻璃的破碎和門窗的開閉等，系統(tǒng)會(huì)對(duì)獲得的入侵行為進(jìn)行邏輯判斷。發(fā)出信號(hào)并發(fā)出警報(bào)。常用的傳感器包括紅外探測(cè)器、磁控管（門磁）、振動(dòng)開關(guān)、被動(dòng)紅外探測(cè)器（PIR）、雙探測(cè)探測(cè)器、煙霧探測(cè)器和溫度探測(cè)器。這些傳感器不僅可以監(jiān)測(cè)門窗、開放式陽(yáng)臺(tái)、固

20、定玻璃、保險(xiǎn)箱等的異常情況，還可以監(jiān)測(cè)家中的火災(zāi)報(bào)警。當(dāng)家中無(wú)人時(shí)，它還具有檢測(cè)物體移動(dòng)的功能，以了解家中是否存在盜竊等異常情況。這些設(shè)備以自己的方式有效地工作，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳送到控制單元并提供警報(bào)控制。本設(shè)計(jì)采用熱釋電紅外傳感器檢測(cè)人體特有的紅外線。海盜。第二章單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)由于該系統(tǒng)主要用于多點(diǎn)集中檢測(cè)和報(bào)警，因此應(yīng)該能夠?qū)ΡO(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行巡檢。為了防止誤報(bào)，當(dāng)系統(tǒng)在某個(gè)點(diǎn)檢測(cè)到盜竊時(shí)，應(yīng)再次延遲檢測(cè)。盜竊只能報(bào)警，盜竊地點(diǎn)可以用數(shù)字表示。本系統(tǒng)的傳感器可選擇接觸式、斷開式等開關(guān)量傳感器；系統(tǒng)終端部分選用聲音報(bào)警電路和數(shù)顯電路；數(shù)顯由解碼驅(qū)動(dòng)器解碼驅(qū)動(dòng)。本章主要介紹單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及其相關(guān)

21、芯片及各部分接口電路的概述。2.1 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示。主機(jī)采用89C51單片機(jī)，地址鎖存器采用74LS373，數(shù)顯部分采用共陰極數(shù)碼管，放大器、揚(yáng)聲器及多點(diǎn)檢測(cè)電路采用8255并行I/O口。由于每臺(tái) 8255 有 3 個(gè)端口，每臺(tái)有 8 個(gè)點(diǎn)，所以每臺(tái) 8255 可以監(jiān)控 24 個(gè)房間。如果需要，可以增加8255的數(shù)量。圖 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件總圖具體電路圖見附錄總圖。2.2 AT89C51芯片介紹AT89系列單片機(jī)（簡(jiǎn)稱89系列單片機(jī)）是ATMEL公司的8位Flash單片機(jī)。該系列單片機(jī)最吸引人的特點(diǎn)是內(nèi)置了片上Flash存儲(chǔ)器，因此具有非常廣泛的用途，特別是在需要

22、特殊信息保存的便攜式儀器和系統(tǒng)中18 。89系列單片機(jī)由8031內(nèi)核組成，兼容8051系列單片機(jī)。該系列易于更換和構(gòu)建用于基于 8051 的系統(tǒng)。 89系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與80C51類似，主要包含以下部分：8031CPU；振蕩電路；總線控制單元；中斷控制部分；芯片閃存；片上 RAM；并行I/O接口；計(jì)時(shí)器；串行I/O接口；圖 2.2 AT89C51 引腳圖2.2.1 引腳功能1、I/O口線，AT89C51的引腳圖如圖2.2所示。(1) P0 端口 - 8 位、開漏雙向 I/O 端口。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器和擴(kuò)展 I/O 口時(shí)，P0 口復(fù)用為低字節(jié)地址/數(shù)據(jù)線。 P0口也可以作為通用I/O口使用，但需要

23、加一個(gè)上拉電阻成為準(zhǔn)雙向口。當(dāng)用作普通輸入時(shí)，應(yīng)設(shè)置輸出鎖存器。端口 0 可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 負(fù)載。(2) P1 端口 - 8 位，準(zhǔn)雙向 I/O 端口，帶有部分上拉電阻。P1口是為用戶準(zhǔn)備的I/O雙向口。(3) P2 端口 - 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 端口，帶有部分上拉電阻。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器或外部擴(kuò)展 I/O 口時(shí)，P2 口輸出高 8 位地址。 P2 端口也可用作通用 I/O 端口。用作輸入時(shí)，輸出鎖存器應(yīng)設(shè)置為 1。P2 端口可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 負(fù)載。(4) P3 端口 - 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 端口，帶有部分上拉電阻。P3 端口也可用作通用 I/O 端口。用作輸入時(shí)，輸出鎖存

24、器應(yīng)設(shè)置為 1。端口 3 還提供各種替代功能，如表 2.1 所示。表 2.1 P3 端口替代功能別針替代功能闡明P3.0接收端串行數(shù)據(jù)接收P3.1TXD串行數(shù)據(jù)傳輸P3.2外部中斷 0 應(yīng)用P3.3外部中斷 1 應(yīng)用P3.4T0定時(shí)器 0 外部事件計(jì)數(shù)輸入P3.5T1定時(shí)器 1 外部事件計(jì)數(shù)輸入P3.6外部 RAM 寫選通P3.7外部 RAM 讀選通2、控制信號(hào)線(1) RST復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。當(dāng)振蕩器穩(wěn)定后，將高電平施加到 RST 引腳超過兩個(gè)機(jī)器周期（即 24 個(gè)晶振周期）以復(fù)位器件。(2)外部程序存儲(chǔ)器訪問使能信號(hào)EA（External Access Enable）。信號(hào)接地時(shí)，

25、ROM的讀操作僅限于外部程序存儲(chǔ)器，地址為0000HFFFFH；當(dāng)信號(hào)連接到V CC時(shí)，ROM 的讀操作從外部程序存儲(chǔ)器開始，并可以繼續(xù)到外部程序存儲(chǔ)器。(3)片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)PSEN（Program Stroe Enable），低電平有效。在片外程序存儲(chǔ)器尋址期間，有效時(shí)，將程序存儲(chǔ)器內(nèi)容致到P0端口（數(shù)據(jù)總線）；訪問外部 RAM 時(shí)無(wú)效。(4) - 低字節(jié)地址鎖存信號(hào)ALE（地址鎖存使能）。系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE的下降沿將P0口輸出的低8位地址鎖存到外部地址鎖存器中，實(shí)現(xiàn)低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳輸。另外，ALE 端連續(xù)輸出頻率為晶振頻率 1/6 的正脈沖，可作為外部定時(shí)脈沖，但需要注意

26、的是，每次外部RAM 被訪問。3.電源線(1) V CC - 電源電壓輸入引腳。(2) GND電源地。4. 外部晶振引線(1) XTAL1芯片振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路的反相放大器的輸入端。要使用芯片振蕩器，請(qǐng)連接外部石英晶體和微調(diào)電容器。(2) XTAL2芯片振蕩器的反相放大器的輸出。要使用芯片振蕩器，請(qǐng)連接外部石英晶體和微調(diào)電容器。使用外部振蕩器時(shí)，XATL1 引腳接收振蕩器信號(hào)，XATL2 懸空。2.2.2 結(jié)構(gòu)原理AT89C51的基本組成框圖如圖2.3所示。下面簡(jiǎn)要介紹各部分的組成和功能：中斷控制中斷控制CPU片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器總線控制片內(nèi)RAM4個(gè)I/O端口定時(shí)器1定時(shí)器0ETC振蕩器串

27、行端口TXD RXDP0 P2 P1 P3計(jì)數(shù)器輸入外部中斷擴(kuò)展中斷圖 2.3 AT89C51 基本組成框圖1.中央處理器單片機(jī)的中央處理器（CPU）是單片機(jī)的核心，完成計(jì)算和控制操作。中央處理器主要包括運(yùn)算器和控制器。運(yùn)算符主要用于實(shí)現(xiàn)算術(shù)、邏輯運(yùn)算和位運(yùn)算。它包括算術(shù)和邏輯運(yùn)算單元ALU、累加器ACC、B寄存器、程序狀態(tài)字PSW和兩個(gè)臨時(shí)寄存器?？刂破魇亲R(shí)別指令并根據(jù)指令性質(zhì)協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)各部件工作的部件?？刂破髦饕ǔ绦蛴?jì)數(shù)器PC（Program Counter）、PC遞增器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序和控制邏輯電路等，其功能是控制指令的讀取、譯碼和執(zhí)行，控制時(shí)序和邏輯的指令執(zhí)行過程。2

28、. 記憶單片機(jī)的存儲(chǔ)器分別是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器主要用于存儲(chǔ)指令代碼和一些常量和表格。程序開發(fā)調(diào)試成功后，永久駐留在程序內(nèi)存中，在關(guān)機(jī)和斷電狀態(tài)下代碼不會(huì)丟失。程序存儲(chǔ)器在運(yùn)行過程中是只讀的而不是寫的，所以也稱為ROM（Read Only Memory）。RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）用于在程序運(yùn)行過程中存儲(chǔ)工作變量和數(shù)據(jù)，因此也稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。單片機(jī)中集成了一定容量的RAM，提高了單片機(jī)的運(yùn)行速度，降低了功耗。標(biāo)準(zhǔn)AT89單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器采用4KB閃存Flash Memory，編程和擦除完全電實(shí)現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)的 AT89 微控制器包含 128*8 位的 RAM，并使用單字節(jié)地址。實(shí)際上s

29、lice的字節(jié)地址空間為256（00HFFH），其中高128字節(jié)地址（80HFFH）被特殊功能寄存器SFR占用，用戶只能使用低128-字節(jié)單位 (00H7FH) 存儲(chǔ)讀/寫數(shù)據(jù)。3.外圍接口電路CPU與外圍設(shè)備之間的信息交換必須通過接口電路進(jìn)行。這主要是為了解決CPU的高速處理能力與外部設(shè)備的低速運(yùn)行之間的速度匹配問題，可以有效提高CPU的工作效率；同時(shí)也提高了CPU的外部驅(qū)動(dòng)能力，輸出接口電路有鎖存器和驅(qū)動(dòng)器。 ，輸入接口電路具有三態(tài)門控，已成為接口電路的基本特征。4.時(shí)鐘振蕩電路單片機(jī)芯片部分有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容都需要外接。 AT89C51的晶振頻率高達(dá)24MHz。2.2.3

30、AT89C51定時(shí)器/計(jì)數(shù)器相關(guān)控制寄存器介紹：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器 TCON工作模式控制寄存器 TMODTMOD 用于設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作模式。它不能是位可尋址的。它只能以字節(jié)為單位傳輸指令。字節(jié)地址為89H，其位定義如下：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0位序D7D6D5D4D3D2D1D0位符號(hào)門C/TM1M0門C/TM1M0C/T 計(jì)數(shù)模式/計(jì)時(shí)模式選擇位。C/T=0，選擇定時(shí)工作模式； C/T=1，選擇計(jì)數(shù)工作模式。M1 和 M0 工作模式選擇位。M1M0=00，選擇工作模式0； M1M0=01，選擇工作模式1；M1M0=10，選擇工作模式2； M1M0=11，選擇工作模式

31、3。中斷使能寄存器 IE中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP2.2.4 MAX708芯片介紹 MAX708是一款帶有比較器、手動(dòng)復(fù)位、兩組復(fù)位電平輸出的電源監(jiān)控芯片。它是一種微處理器電源監(jiān)控芯片，可以同時(shí)輸出高電平有效和低電平有效復(fù)位信號(hào)。復(fù)位信號(hào)可由 VCC 電壓、手動(dòng)復(fù)位輸入或單獨(dú)的比較器觸發(fā)?？梢允褂脝为?dú)的比較器來(lái)監(jiān)控第二電源信號(hào)，為處理器提供電壓驟降的預(yù)警功能。在設(shè)備發(fā)出復(fù)位信號(hào)、向操作員發(fā)出警報(bào)或電源切換之前，考慮使用此功能進(jìn)行正常關(guān)機(jī)。一、特點(diǎn)(1) RESET信號(hào)/RESET信號(hào)輸出；(2) 一個(gè)獨(dú)立的比較器，其閾值為1.25V，用于停電或低電警告；(3) 手動(dòng)復(fù)位輸入；(4) 需要100uA

32、的電源電流；(5) 復(fù)位域值為：2.63V、2.93V、3.08V；2.引腳圖MAX708的引腳圖如右圖所示：圖 2.4 MAX708 引腳圖2.3 MCU復(fù)位設(shè)置RST 引腳為復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。當(dāng)振蕩器穩(wěn)定后，將高電平施加到 RST 引腳超過兩個(gè)機(jī)器周期（即 24 個(gè)晶振周期）以復(fù)位器件。接口電路如圖 2.5 所示。圖2.5 MAX708和89C51的接口電路圖圖 2.5 中的時(shí)鐘復(fù)位電路現(xiàn)在使用的是 MAX708 芯片，因?yàn)?8255 也需要復(fù)位，而這個(gè)芯片可以同時(shí)復(fù)位單片機(jī)和 8255。因此，MAX708與AT89C51、8255之間的接口電路如圖2.6所示。圖2.6 MAX70

33、8與89C51、8255A的接口電路圖2.4 8255A芯片介紹8255A是INTEL公司生產(chǎn)的可編程輸入輸出接口芯片。它具有三個(gè) 8位并行I/O端口，分別稱為PA端口、 PB端口和PC端口，分為高4位端口（ PC7PC4 ）和低4位端口（ PC3PC0 ），它們都可以改變I/O口的工作模式通過軟件編程。 8255A可以直接與單片機(jī)接口，具體接口電路圖如圖2.10所示。2.4.1 8255A管腳及結(jié)構(gòu)的引腳如圖 2.7a 所示。 8255A的框圖如圖 2.7b 所示。它由以下部分組成：1. 數(shù)據(jù)端口A 、 B 、 C8255A具有三個(gè)并行端口， PA 、 PB和PC 。兩者都可以選擇作為輸入和

34、輸出工作模式，但在功能和結(jié)構(gòu)上有一些區(qū)別。(1) PA口：一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器；一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。(2) PB口：一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器；一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。(3) PC口：一個(gè)8位輸出鎖存器；一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。通常PA口和PB口作為輸入輸出口，PC可以作為輸入輸出口，也可以在軟件的控制下分成兩個(gè)4位的端口，作為端口時(shí)的狀態(tài)控制信號(hào)。 A 和 B 在頻閃模式下運(yùn)行。2. D0D7：8位三態(tài)雙向輸入/輸出通道，是8255A的數(shù)據(jù)總線和CPU接口。3. RESET：高電平動(dòng)作。復(fù)位時(shí)，8255A的PA、PB、PC端口和控制寄存器將被消除，PA、PB和PC端口都

35、設(shè)置為輸入端口模式。4. /CS：芯片選擇，低電平動(dòng)作。 /CS=0時(shí)，選擇8255A；當(dāng)/CS=1時(shí)，8255A不能與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。5. /RD：讀使能，低電平動(dòng)作。當(dāng) /RD=0 和 /CS=0 時(shí)，CPU 從 8255A 讀取數(shù)據(jù)。6. /WR：寫使能，低電平動(dòng)作。當(dāng) /WR=0 和 /CS=0 時(shí)，CPU 將數(shù)據(jù)寫入 8255A。7、A0、A1：地址選擇線，用于選擇8255A的PA口、PB口、PC口和控制寄存器。如表 2.2 所示。表 2.2 地址選擇A0 A1選定的端口名稱0 0擴(kuò)音端口0 1PB端口1 0電腦端口1 1控制寄存器8、8255A的部分結(jié)構(gòu)(1) 8255A的框圖

36、包括4部分：（如圖2.7b所示）數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫控制邏輯（ R/W控制邏輯）A 、 B組控制單元（A組&B組控制）PA口、 PB口、 PC口（PA0 PA7、PB0 PB7、PC0 PC7）(2) 數(shù)據(jù)總線緩存器：三態(tài)雙向8位用于傳輸數(shù)據(jù)，是CPU與8255之間的接口。當(dāng)CPU進(jìn)行“讀”或“寫”時(shí)，數(shù)據(jù)碼、控制命令碼等會(huì)被寫入。通過此數(shù)據(jù)總線緩沖區(qū)致或接收。(3)讀/寫控制邏輯：其作用是控制數(shù)據(jù)和控制字的傳輸。從 CPU 接收 A0、A1、/RD、/WR、/CS 和 RESET 等控制信號(hào)，然后產(chǎn)生各種動(dòng)作。當(dāng) RESET 復(fù)位時(shí)，控制寄存器清零，PA、PB、PC 端口設(shè)置為輸入端口，所以

37、 RESET 引腳應(yīng)與 CPU 的 RESET 連接，以產(chǎn)生一致的復(fù)位動(dòng)作。 /CS、/RD、/WR低電平使能，當(dāng)/CS=0時(shí)，8255A使能，A0、A1為寄存器尋址輸入線，與/RD、/WR配合選擇3個(gè)輸入輸出寄存器、控制寄存器、并控制信息傳輸?shù)姆较?。如?2.3 所示。(4) A組和B組控制電路：這是根據(jù)CPU的命令字控制8255工作模式的兩組電路。每組控制電路接受來(lái)自讀寫控制邏輯的各種命令，從數(shù)據(jù)接受控制字（即指令）并向相應(yīng)的端口發(fā)出適當(dāng)?shù)拿?。A控制端口A和端口C的高4位； B組控制電路控制端口B和C的低4位。2.4.2 8255 的工作原理8255有3種工作模式，分別是Mode 0 、

38、Mode 1 、Mode 2 ，如圖2.8所示。1.模式0 （基本輸入/輸入模式）。這種方式不需要任何選通信號(hào)。兩個(gè) 8 位端口（端口 A 和端口 B）和兩個(gè) 4 位端口（端口 C）。 A口、 B口、 C口的高4位和低4位可設(shè)置為輸入或輸出。用作輸出端口時(shí)，輸出數(shù)據(jù)被鎖存；當(dāng)用作輸入端口時(shí)，輸入數(shù)據(jù)不被鎖存。在模式 0 下，每個(gè)端口的輸入和輸出可以有 16 種不同的組合。2.模式1 （頻閃輸入/輸出模式）。這樣， A 、 B 、 C 三個(gè)端口分為兩組：A 組包括端口A和端口C的高4位。端口 A可以編程為輸入端口或輸出端口。高4位用作輸入/輸出操作的控制和同步信號(hào)； B組包括端口B和端口C的低4

39、位，端口B也被編程設(shè)置輸入或輸出端口，端口C的低4位用作輸入/輸出操作的控制和同步信號(hào)；任何端口都可以用作輸入或輸出；如果只有一個(gè)端口工作在模式 1，剩下的 13 位可以工作在模式0 ；輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)被鎖存。一個(gè)。針b。功能結(jié)構(gòu)圖 2.7 8255A 引腳及框圖表2.3 8255A端口選擇及功能A0 A1操作0 00 11 00 00 11 01 1xx1 1xx0 1 00 1 00 1 01 0 01 0 01 0 01 0 0XX 10 1 01 1 0端口數(shù)據(jù)總線B口數(shù)據(jù)總線C口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線端口A數(shù)據(jù)總線端口B數(shù)據(jù)總線C端口數(shù)據(jù)總線 - 控制寄存器數(shù)據(jù)總線是三態(tài)的非法狀態(tài)數(shù)據(jù)總

40、線是三態(tài)的3.模式2 （雙向總線模式）。這樣A口為8位雙向總線， C口的PC3PC7作為輸入/輸出同步控制信號(hào)。在這種情況下，端口B和端口C的PC0PC2只能編程為模式0或模式1工作。B CB C APB7PB0控制控制PA7PA0B組A組方式1I/OI/ObB CB C APB7PB0控制控制PA7PA0I/OI/O雙向A口控制方式2c圖2.8 8255的三種工作模式A 模式 0 b 模式 1 c 模式 22.4.38255控制字8255有兩種控制字，即控制A口、 B口和C口工作模式的模式控制字，以及控制C口每一位置位/復(fù)位的控制字。兩個(gè)控制字寫入的控制寄存器是一樣的，只是用D7位來(lái)區(qū)分是哪

41、一種控制字。當(dāng)D7=1 時(shí)， C口的控制字置位/復(fù)位。兩個(gè)控制字的格式和定義如下圖所示：抗體圖 2.9 8255 的控制字格式a 模式選擇控制字 b 端口 C 設(shè)置/復(fù)位控制字2.5 AT89C51和8255的接口電路在89C51單片機(jī)上擴(kuò)展一個(gè)8255A芯片，不增加任何邏輯電路，其接口如圖2.10所示。圖中8255A的PA口地址為7CH，PB口地址為7DH，PC口地址為7EH，控制字寄存器地址為7EH。這里，8951單片機(jī)對(duì)8255采用線性尋址方式。圖 2.10 89C51 和 8255A 的接口電路圖2.6 顯示部分在數(shù)字測(cè)量?jī)x器和各種數(shù)字系統(tǒng)中，數(shù)字量需要直觀地顯示出來(lái)，一方面供人們直觀

42、地讀取測(cè)量和操作的結(jié)果；另一方面，用于監(jiān)控?cái)?shù)字系統(tǒng)的工作狀態(tài)。因此，數(shù)字顯示是許多數(shù)字設(shè)備中不可缺少的一部分。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，當(dāng)盜竊發(fā)生時(shí)，所有者應(yīng)該知道它發(fā)生在哪里。所以數(shù)字1、2、3、4用LED直觀的顯示出來(lái)，表示對(duì)應(yīng)的位置非常明顯。并且采用7448解碼驅(qū)動(dòng)，為軟件提供了方便。2.6.1 七段顯示解碼器數(shù)顯通常由解碼器、驅(qū)動(dòng)器和顯示器組成，如圖2.11所示。下面分別介紹顯示和解碼驅(qū)動(dòng)。數(shù)字顯示器是用來(lái)顯示數(shù)字、字符或符號(hào)的設(shè)備?，F(xiàn)在產(chǎn)品種類繁多，廣泛應(yīng)用于各種數(shù)碼設(shè)備。目前，數(shù)字顯示器件正朝著小尺寸、低功耗、平面化的方向發(fā)展。常用的LED顯示屏有七段，這種顯示屏有共陰極和共陽(yáng)極兩種。當(dāng)某個(gè)

43、LED 的陽(yáng)極為高電平時(shí)，該 LED 亮起并顯示相應(yīng)的段。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器譯碼器驅(qū)動(dòng)器顯 示 器脈沖信號(hào)KHZ圖2.11 數(shù)字顯示電路組成框圖如圖2.12b所示，七段數(shù)碼管使用不同的發(fā)光段組合來(lái)顯示0到15的阿拉伯?dāng)?shù)字。在實(shí)際應(yīng)用中，不使用1015，而是顯示在兩位數(shù)的顯示器上。一個(gè)。剖面布置圖 B.剖面組合圖丙。共陽(yáng)極 D.共陰極圖圖2.12 七段數(shù)字顯示發(fā)光段組合圖2.6.2 7448解碼驅(qū)動(dòng)如上所述，分段數(shù)碼管通過組合不同的發(fā)光段來(lái)顯示不同的數(shù)碼管。因此，為了使數(shù)碼管能夠顯示所代表的數(shù)字，必須通過解碼器對(duì)數(shù)字進(jìn)行解碼，然后驅(qū)動(dòng)器點(diǎn)亮相應(yīng)的段。比如對(duì)于8421碼的0011狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)是3

44、，那么解碼驅(qū)動(dòng)應(yīng)該讓a、b、c、d、g各段亮，即對(duì)應(yīng)某組數(shù)字，譯碼器要確定在 的幾個(gè)輸出端都有信號(hào)輸出，這是分段數(shù)碼管電路的主要特點(diǎn)。下面介紹常用的7448七段顯示解碼器。7448七段顯示譯碼器的輸出為高電平有效驅(qū)動(dòng)共陰極顯示。 7448的功能如表2.4所示。有3個(gè)輔助控制端子LT、RBI、BI/RBO，簡(jiǎn)述如下： = 1 * GB3 關(guān)燈輸入BI/RBOBI/RBO是一種特殊的控制端子，有時(shí)作為輸入，有時(shí)作為輸出。當(dāng) BI/RBO 作為輸入且 BI=0 時(shí)，無(wú)論其他輸入端是什么電平，每個(gè)段的輸出 ag 都為 0，所以字體關(guān)閉。 = 2 * GB3 測(cè)試燈輸入LTLT=0時(shí)，BI/RBO為輸出

45、端，RBO=1。此時(shí)，無(wú)論其他輸入端的狀態(tài)如何，每一段的所有輸出ag都為1，顯示字體為。此輸入通常用于檢查 7448 本身和顯示的質(zhì)量。 = 3 * GB3 動(dòng)態(tài)歸零輸入打點(diǎn)當(dāng)LT=1，RBI=0，輸入碼DCBA=0000時(shí)，各段輸出ag均為低電平，BCD碼對(duì)應(yīng)的字體0熄滅，故稱為“零關(guān)” .使用LT=1，RBI=0可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)0的“消隱”。此時(shí)BI/RBO為輸出端，RBO=0。 = 4 * GB3 動(dòng)態(tài)過零輸出RBO當(dāng) BI/RBO 用作輸出時(shí)，它由 LT 和 RBI 控制。當(dāng) LT=1 且 RBI=0 時(shí)，當(dāng)輸入碼 DCBA=0000 時(shí)，RBO=0；如果 LT=0 或 LT=1 且 RB

46、I=1，則 RBO=1。該端子主要用于顯示多位數(shù)字時(shí)多個(gè)解碼之間的連接。表2.4 7448功能表十進(jìn)制或功能進(jìn)入雙/RBO輸出字體LT打點(diǎn)DCBAabcdefg01234567891112131415HHHHHHHHHHHHHHHHXXXXXXXXXXXXXXLLLLLLLHLLHLLLHHLHLLLHLHLHHL長(zhǎng)高地獄HLLHHLHLHLHHHHLLHHHL呼呼呼HHHHHHHHHHHHHHH哈哈哈哈哈LHHLLLL哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈嗚嗚嗚哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈LLLHHLH咯咯咯咯LHLLLHH啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊LLLLLL消隱脈沖消隱燈測(cè)試XH大號(hào)X大號(hào)XXXXXL

47、LLLXXXX大號(hào)大號(hào)HLLLLLLLLLLLL哈哈哈哈哈從函數(shù)表可以看出，對(duì)于輸入碼0000，解碼條件為：LT和RBI同時(shí)等于1，而對(duì)于其他輸入碼，則要求LT=1。此時(shí)解碼器的每一段ag的輸出電平由輸入的BCD碼決定，滿足顯示字體的要求。2.6.3 MCU與7448解碼驅(qū)動(dòng)和LED的連接現(xiàn)在直接用7448解碼來(lái)驅(qū)動(dòng)LED顯示數(shù)字，直觀清晰，在軟件上有優(yōu)勢(shì)。 7448的輸入接單片機(jī)通用I/O口，電阻起限壓作用。單片機(jī)與 7448 解碼驅(qū)動(dòng)器和 LED 之間的接口電路如下圖所示。圖 2.13 單片機(jī)與 7448 解碼驅(qū)動(dòng)器與 LED 連接圖2.6.4 外部地址鎖存器單片機(jī)中的 16 位地址分為高

48、 8 位（A15A8）和低 8 位（A70）。高 8 位由 P2 端口輸出，低 8 位由 P0 輸出。 P0口也是數(shù)據(jù)輸入/輸出接口，所以傳輸時(shí)采用分時(shí)的方式，先輸出低8位地址，再傳輸數(shù)據(jù)。但是，當(dāng)外部存儲(chǔ)器被讀/寫時(shí)，地址必須保持不變，這就需要一個(gè)合適的寄存器來(lái)存儲(chǔ)低8位地址。這個(gè)外部寄存器稱為地址鎖存器。當(dāng)執(zhí)行外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，任何帶有輸入/輸出控制的 8 位寄存器都可以用作地址鎖存器8 。目前常用的地址鎖存芯片有：74LS273、74LS373、8282等，引腳圖見2.14 。引腳說明：STB：數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號(hào)，高電平有效。當(dāng)信號(hào)為高電平時(shí)，外部數(shù)據(jù)被選通到外部鎖存器，為負(fù)時(shí)數(shù)據(jù)被鎖

49、存。/OE：數(shù)據(jù)輸出使能信號(hào)，低電平有效。當(dāng)信號(hào)為低電平時(shí)，鎖存器中的數(shù)據(jù)被輸出到數(shù)據(jù)輸出線。當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，輸出線為高阻抗。D0D7：8 位數(shù)據(jù)輸入線。Q0Q7：8位數(shù)據(jù)輸出線。(a) 74LS273 (b) 74LS373 (c) 8282圖 2.14 地址鎖存器引腳圖89C51單片機(jī)的P0口與地址鎖存器的連接方法如圖2.15所示。圖2.15中的圖b是74LS373的引腳圖，/OE是使能控制端，G是鎖存控制信號(hào)。 74HC373具有三種工作狀態(tài)： (1)/OE為低電平，G為高電平時(shí)，輸出狀態(tài)與輸入狀態(tài)相同，即輸出跟隨輸入。(2)/OE為低電平，G由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，輸入端的數(shù)據(jù)被鎖定

50、到部分寄存器中，部分寄存器的容量與輸出端的容量相同。當(dāng)G保持低電平時(shí)，即使輸入數(shù)據(jù)發(fā)生變化，輸出狀態(tài)也不會(huì)受到影響，從而實(shí)現(xiàn)了鎖存功能。(3)/OE為高電平時(shí)，鎖存緩沖器三態(tài)門關(guān)閉，即三態(tài)門輸出為高配置，輸入端D0D7與輸出端Q0Q7隔離，所以輸出不能輸出。(a) 使用 74LS273 (b) 使用 74LS373 (c) 使用 8282圖2.15 89C51單片機(jī)P0口與地址鎖存器的連接方法第三章檢測(cè)信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)紅外技術(shù)已成為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。因?yàn)樗遣豢梢姽?，所以用作防盜報(bào)警監(jiān)視器，隱蔽性好，晝夜均可使用，抗干擾能力強(qiáng)。本設(shè)計(jì)的輸入部分主要是各種傳感器。

51、不同類型的檢測(cè)器使用不同的手段來(lái)檢測(cè)各種入侵行為；如果更換其他傳感器，該系統(tǒng)還可用于火警、煤氣泄漏等報(bào)警。本章主要介紹幾種不同的使用紅外探測(cè)報(bào)警的電路，并由此得到探測(cè)信號(hào)放大電路。3.1 熱釋電紅外傳感器典型電路熱釋電紅外傳感器由于其獨(dú)特而卓越的功能，被廣泛應(yīng)用于國(guó)防和民用領(lǐng)域的遙控、遙測(cè)、防盜、預(yù)警、縱火和自動(dòng)化設(shè)施等領(lǐng)域。原理及典型應(yīng)用電路如圖3.1所示。熱釋電紅外傳感器主要由具有高熱系數(shù)的鋯鈦酸鉛陶瓷和濾光鏡窗口組成，如鉭酸鋰和甘油三酯鈦。它可以以非接觸方式檢測(cè)物體發(fā)出的紅外能量變化。并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出12 。金屬和塑料封裝的熱釋電紅外傳感器配備有用于阻抗轉(zhuǎn)換的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。輸出阻抗

52、一般為1047k。頂部或側(cè)面裝有濾光鏡，用于選擇接收不同波長(zhǎng)的熱釋電紅外線。人體輻射的紅外線的中心波長(zhǎng)為910m，該檢測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度為0.220m，周長(zhǎng)幾乎恒定。波長(zhǎng)超過7-10m的紅外線通過，小于7m的紅外線被吸收，從而獲得僅對(duì)人體敏感的熱紅外紅外線。如果使用菲涅耳透鏡配合放大電路，將檢測(cè)到的紅外信號(hào)放大60-70dB，就可以檢測(cè)到人在10-20m距離的運(yùn)動(dòng)。熱釋電紅外傳感器的文字符號(hào)為AT。圖 3.3 是熱釋電紅外傳感器的典型應(yīng)用電路。 AT為雙元件熱釋電紅外傳感器，電路如圖3.1所示，其接收波長(zhǎng)為6.514m，適用于防盜報(bào)警系統(tǒng)，輸出阻抗為10k； AT是單晶熱釋電紅外傳感器，接收波

53、長(zhǎng)為120m，適用于溫度遙測(cè)，但也可用于防盜和自動(dòng)控制系統(tǒng)。其電路如圖 3.2 所示。在這個(gè)電路中，當(dāng)AT接收到人體信號(hào)時(shí)，它會(huì)輸出一個(gè)微弱的低頻信號(hào)，頻率約為0.33Hz。晶體管VT 1和運(yùn)算放大器A 1組成的兩級(jí)放大器將信號(hào)放大到70-75dB。由A 2 等構(gòu)成的電壓比較器設(shè)定基準(zhǔn)電壓。當(dāng)沒有目標(biāo)進(jìn)入時(shí)，最后階段沒有輸出；一旦目標(biāo)進(jìn)入檢測(cè)范圍，AT 就會(huì)輸出信號(hào)。經(jīng)放大后，當(dāng)電壓高于比較器設(shè)定電壓時(shí)，A 2輸出高電位，VT 2導(dǎo)通，繼電器K吸合，其觸點(diǎn)接通報(bào)警電路或控制電路，實(shí)現(xiàn)熱釋電紅外探測(cè)的目的。3.1 雙晶熱釋紅外傳感器 3.2 單晶熱釋紅外傳感器3.3 熱釋電紅外傳感器典型電路3.

54、2 紅外光電二極管警示燈電路在圖 3.4 中，VDP 是紅外光電二極管，在電路中反向連接。當(dāng)置于紅外光強(qiáng)度較弱的環(huán)境中時(shí)，VDP部分只有極少的載流子流過，呈現(xiàn)高阻值；當(dāng)它接收到一定強(qiáng)度的紅外光時(shí)，其PN結(jié)的載流子因紅外光的激發(fā)而增加，VDP的反向電流增大，呈現(xiàn)出較低的電阻值。圖 3.4 紅外光電二極管電路圖 3.4 主要由運(yùn)算放大器 IC 1和四個(gè)與非門（D 1a D 1d ）組成。 VDP無(wú)燈時(shí)，調(diào)節(jié)RP使 = 6 * GB3 IC 1的腳為1.5V左右， = 4 * GB3 D 1b的腳輸出高電平。這里D 1a和D 1d組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，D 1d 的第11 腳輸出高電平， D 1C 的第

55、10 腳輸出電平，發(fā)光二極管VL 不亮。我們?cè)谧呃鹊囊粋?cè)安裝了設(shè)備，在對(duì)面安裝了白熾燈（燈光中的紅外光），VL沒有亮。當(dāng)不速之客闖入光源與光電二極管之間的警戒區(qū)時(shí)，VDP接收到的光強(qiáng)瞬間減小，等效電阻值增大，在M點(diǎn)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，耦合到輸入端IC 1 通過C 1 ， IC 1的第6 腳變?yōu)楦唠娖剑?D 1b 的第10 腳輸出高電平，VL 亮起，并向主人報(bào)警。3.2.1 光電二極管控制電路光電二極管是常用的光敏元件之一。與普通半導(dǎo)體二極管相比，相似之處在于管芯為PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?；不同的是，在外觀上，光電二極管管殼上有一個(gè)“窗口”，光線可以通過它進(jìn)入。當(dāng)光線通過“窗口”照射到光電二極管上時(shí)，P

56、N結(jié)的反向漏電流增大，此時(shí)的漏電流稱為光電流；無(wú)光時(shí)，PN結(jié)的反向漏電流很小。泄漏電流稱為暗電流。我們利用光電二極管的這一特性發(fā)展了許多經(jīng)典的光電二極管控制電路12 。光電二極管的典型應(yīng)用電路如圖 3.5 所示。從圖中可以看出，光電二極管工作時(shí)必須施加反向電壓。這里，R L是光電二極管的負(fù)載電阻，U 0是輸出電壓。圖 3.5 光電二極管典型應(yīng)用電路通過以上兩個(gè)例子和數(shù)據(jù)，我們可以比較設(shè)計(jì)如下的紅外檢測(cè)信號(hào)放大電路。3.3 紅外檢測(cè)信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)紅外線檢測(cè)信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)紅外線檢測(cè)器可以檢測(cè)人體發(fā)出的紅外線。當(dāng)人員進(jìn)入報(bào)警器的監(jiān)控區(qū)域時(shí)，可發(fā)出報(bào)警聲。適用于家庭、辦公室、倉(cāng)庫(kù)、實(shí)驗(yàn)室等重要場(chǎng)合

57、的防盜報(bào)警。設(shè)計(jì)電路原理如圖 3.6 所示。它由紅外傳感器、晶體管、運(yùn)算放大器、電壓比較器、V/I轉(zhuǎn)換器等組成。圖 3.6弱信號(hào)放大電路(1)檢測(cè)部分：該傳感器使用帶有菲涅耳透鏡的熱釋電紅外傳感器。U2-熱釋電紅外傳感器U3-低功耗雙運(yùn)放電路LM358U4電壓比較器LM393U5 - 低漂移高增益運(yùn)算放大器 OP27U6-V/I轉(zhuǎn)換芯片INA105當(dāng)紅外檢測(cè)傳感器IC1檢測(cè)到前方人體輻射的紅外信號(hào)時(shí)，從U2的腳輸出一個(gè)微弱的電信號(hào)，經(jīng)三極管VT1構(gòu)成的一級(jí)放大電路放大后輸入通過 C2 到運(yùn)算放大器 U3 以獲得高增益。 ，低噪聲放大，此時(shí)U3的7腳輸出的信號(hào)足夠強(qiáng)。 U3用作電壓比較器，其5腳

58、由R9和VD2提供參考電壓。當(dāng)U3的1腳輸出的信號(hào)電壓到達(dá)U3的5腳時(shí)，比較兩個(gè)輸入端的電壓。此時(shí)U4的1腳由原來(lái)的高電平變?yōu)榈碗娖?。此時(shí)LM393的1腳輸出方波信號(hào)，輸入到V/I轉(zhuǎn)換器INA105，輸出420mA電流信號(hào)，用于遠(yuǎn)距離傳輸。U2采用進(jìn)口器件Q74，波長(zhǎng)9-10um。 U3采用運(yùn)放LM358，增益高，功耗低。 U4是低功耗、低失調(diào)電壓的雙電壓比較器LM393。其中C2和C5必須使用漏極小的鉭電容，否則會(huì)影響調(diào)試。 RP1是調(diào)節(jié)靈敏度的關(guān)鍵元件，應(yīng)選用線性高精度密封型。在生產(chǎn)過程中，在U2傳感器的末端前面安裝了一個(gè)菲涅爾透鏡，因?yàn)槿祟惢顒?dòng)的頻率在0.1-10Hz的范圍內(nèi)，需要使用菲

59、涅爾透鏡來(lái)倍增人類活動(dòng)的頻率。(2) 單片機(jī)系統(tǒng)部分檢測(cè)信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)的接口圖如圖 3.7 所示。紅外檢測(cè)放大電路與單片機(jī)的具體連接見附錄總圖。8255的每個(gè)輸入和輸出端口都會(huì)連接一個(gè)檢測(cè)信號(hào)信號(hào)，即每個(gè)輸入都有一個(gè)檢測(cè)電路，它傳輸一個(gè)420mA的電流信號(hào)，連接一個(gè)250歐姆的電阻進(jìn)行轉(zhuǎn)換。一個(gè)1V5V的電壓信號(hào)，在這個(gè)電路中只有1V和5V是可能的，然后通過一個(gè)電壓比較器LM393，當(dāng)LM393的2腳（U7）為5V時(shí)，輸出為高電平，光電耦合器導(dǎo)通時(shí)on，8255的輸入口為低電平（其余時(shí)間為高電平），表示檢測(cè)到有人。圖 3.7 檢測(cè)信號(hào)與單片機(jī)接口以下是各部分的詳細(xì)介紹3.3.1 光耦驅(qū)動(dòng)接口晶

60、體管輸出光電耦合器的光感受器是光電晶體管。光電晶體管與普通晶體管相同，只是它們不使用基極。代替基極電流，光被用作晶體管的輸入。當(dāng)電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)，光電晶體管受到光的影響，電流在cb和ce之間流動(dòng)。這兩個(gè)電流基本上是受光的照度控制的。 ce極間的電流常作為輸出電流，輸出電流受Vce的電壓影響較小，當(dāng)Vce增大時(shí)略有增大。光電晶體管的集電極電流Ic與發(fā)光二極管的電流IF之比稱為光耦和電流傳輸比CTR。不同結(jié)構(gòu)的光耦的電流傳輸比差異很大16 。晶體管輸出光耦可用作開關(guān)，發(fā)光二極管和光電晶體管通常處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)電流脈沖通過發(fā)光二極管時(shí)，發(fā)光二極管在電流持續(xù)時(shí)間內(nèi)打開。光耦合器也可以作為線性