毕业设计-基于at89c51单片机楼宇呼叫系统的设计

毕业设计-基于at89c51单片机楼宇呼叫系统的设计内容摘要：

作原理，键盘接口类型及其按键识别方法。 常用键盘接口 单片机常用键盘接口分别为独立式键盘接口，和行列式键盘接口。 独立式键盘接口每个按键各接一根输入线，通过检测输入线的电平状态判断哪个按键被按下。 在按键数目较多时，独立键盘电路需用较多的输入口线且电路结构复杂，故此键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。 行列式（也称矩阵式）键盘适用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。 很明显，在按键数目较多的场合，行列式键盘与独立式键盘相比，要节 省很多的 I/O 口线。 在行列式键盘接口电路中，如果内部有上拉电阻，则外部电路的上拉电阻可以省去。 一、 键盘的工作方式 键盘工作方式的选取根据实际应用系统中 CPU 工作的忙闲情况而定，其原则是既要保证能及时响应按键操作，又不要过多占用 CPU 的工作时间。 通常键盘工作方式有 3 种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。 1. 编程扫描方式：只有当单片机空闲时，才调用键盘扫描子程序，反复的扫描键盘，等待用户从键盘上输入命令或数据，来响应键盘的输入请求。 2. 定时扫描工作方式：每个一定的时间对键盘扫描一次。 通常利用单片机内的定时基于单片机 AT89C51的楼宇呼叫系统的设计 12 器，产生 10ms 的定时中断， CPU 响应定时器溢出中断请求，对键盘进行扫描，在有键按下时识别出该键，并执行相应键的处理功能程序。 3. 中断工作方式：只有在键按下时，才执行键盘扫描程序并执行该按键功能程序，如果无键按下，单片机将不理睬键盘。 主机键盘电路的设计 键盘工作过程如下框图 25 所示，首先键盘的工作方式可以采取中断工作方式，当只有键按下时，才执行键盘扫描程序，否则，单片机将不予理睬键盘。 其次采用线反转法确定具体的键号。 最后实现按键的功能，执行键处理程序。 综上所述可以采用 2 8 行列式（矩阵式）键盘，如图 26 所示， 键盘扫描工作方式的工作过程如下： 1. 在键盘扫描子程序中，首先判断键盘上有无按键按下。 其方法为 P0 口 8 位输出全为0，读 P2 口状态，若 P2 口全为 1，则说明键盘无按键按下；若不全为 1，则说明键盘可能有按键按下。 用软件延时 10ms 来消除按键抖动的影响。 确实有按键按下时，进行下一步。 2. 求按下键的键号。 根据前面介绍的扫描法，逐列置 0 扫描，读入行线的状态，最后确定按键的位置。 3. 等待按键释放后，再进行按键功能的处理操作。 语音通话电路的设计 语音电路的设计主要是采用集成运算放大器，其电路设计相对简 单，而且具有较好的基于单片机 AT89C51的楼宇呼叫系统的设计 13 抗干扰能力。 集成运算放大器的原理及特性 集成电路运算放大器 集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入阻抗和低输出阻抗的多级直接耦合放大电路。 它的种类很多，电路也不一样，但结构有共同之处。 一般由输入级、输出级、中间（放大）级、电平移动级，补偿过载保护电路等组成。 根据其结构特点，一般利用差动电路包括温漂在内的共模干扰，利用电流源解决弱电流偏置问题，利用有源负载提高开环增益。 集成运算放大器的组成如框图 27 所示。 输入级：要求输出电阻高，差模放大倍数高，抑制零点漂移和共模 干扰信号的能力强。 都采用差分放大电路。 中间级：要求电压放大倍数高。 常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。 偏置电路：为各级放大电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点，一般由恒流源电路构成。 模拟选通放大器 F3140A 和 F3140B F3140 是一种多功能的集成运算放大器，其各管脚功能如表 21 所示。 表 2 1 F3140 各个管脚的功能 管脚号 2 3 6 1 5 4 7 8 符号 IN IN+ OUT OA+ OA V+ V S 功能 输入 输出 调零 电源 选通 F3140 的工作状态受选通端 S 控制，当 S 端低电位时，无论输入端有无信号输入，输出端均无信号输出，即 F3140 被阻断；当 S 端高电位时， F3140 将信号放大输出，即 F3140被选通。 因此，将二个始终相依的脉冲信号接入 F3140A 和 F3140B 的 S 端，即可控制 F314A和 F3140B 分时交替工作，实现送话方向的瞬时单向选通。 基于单片机 AT89C51的楼宇呼叫系统的设计 14 利用 F3140 模拟选通功能组成的声控半双工对讲机原理框图如图 2 所示。 其核心是在语音信号发出的同时，产生两路输出高低电位始终相异的控制信号，控制 F3140A 和F3140B 分时交替工作，从而实现 了对对讲机实行声控的目的。 控制信号的高电位值接近正电源 V+。 低电位值接近 V。 MIC 拾取 A 方欲传送到 B 方的语音信号。 当 A 方讲话时，语音信号经过整流滤波，使同相比较电路输出高电位，选通 F3140A，语音信号从 A 方传到 B 方，而反方向比较电路输出低电位，阻断 F3140B， B 方不能向 A 方传送消息。 反之，若 A 方不讲话，则同相比较电路输出低电位，阻断 F3140A，而反方向比较电路输出高电位，选通 F3140B， B 方可向 A 方传送信息。 利用 A 方语音信号选通 F31使用 12V 单一电源的声控半双工语音电路，如图 2 8所示。 其工作原理按其各自功能的不同，作如下分析。 语音通话电路的设计 整流滤波电路 MIC 拾取 A 方语音信号经前置放大器 A 放大后，分成两路：一路输入 F3140A，用于音调功率放大；另一路输入整流滤波电路，用于产生 F3140 的选通信号。 整流滤波电路由正半波整流电路 A1 和 RC 低通滤波电路组成。 若 UI 大于 UC，运放 A1 的负反馈削弱，则在 A1 的开环增益作用下，其输出电压迅速增加，整流二极管 D1 导通，形成深反馈，于是UC 跟随 UI，电容 C 充电。 反之，若 UI 小于 UC，则 D1 截止，电容 C 通过电阻 R 放电。 如 果 C 的放电时间短于 A 方语音中途停顿时间，那么将是变化平缓的脉动直流电压，其数值大于 6V。 基于单片机 AT89C51的楼宇呼叫系统的设计 15 比较电路 比较电路由同相比较器 A2 和反相比较器 A3 构成。 比较器的输入信号就是滤波电路的输出信号 UC。 参考电压 UR 是由 10kΩ电位器对 12V 直流电压源分压源分压得到，其数值大于 6V。 A 方讲话时， UC 大于 UR， A2 输出高电位，选通 F3140A，语音信号由功放 A放大，激励扬声器 B 放音， A 方到 B 方送话电路通畅； A3 则输出低电位，阻断 F3140B，B 方到 A 方受话通断断开。 反之， A 方不讲话， UC 小于 UR， A 方到 B 方送话通路断 开，而 B 方到 A 方的受话通路接通。 显然，参考电压 UR 设置得越大，控制电路的抗干扰能力就越强。 箍位电路 为防止 F3140B 接受过强的输入信号，引起自激，影响其阻断效果，必须在 F3140B的输入端插入箍位电路，限制其输入幅度。 箍位电路由电压跟随器 A4 和 A5 及二极管 D2和 D3 组成。 电阻分压器提供给 A4 和 A5 的输入电压分别为 VI4=7V,VI5=5V。 当 F3140B的输入电压大于 时，二极管 D2 导通箍位，当输入电压小于 时，二极管 D3 导通箍位。 从而确保 F3140B 可靠地阻断。 基于单片机 AT89C51的楼宇呼叫系统的设计 16 系统总线 设计 模拟开关 CD4067 本系统用户分机按键选用多通道模拟开关 CD4067，CD4067 模拟开关是数字电路中模拟开关是很有用的器件，用它来切换数字信号的传输是十分方便的。 本系统通过单片机 AT89C51 将按键通过一定的程序计算得出，再换算成为四位二进制编码，然后通过模拟开关CD4067 将选通信号传输给用户。 CD4067 是单 16 路（单刀 16 位）模拟开关，各开关由外部输入二进制的地址码 A、 B、 C、 D 来切换。 其中脚 {10}、 {11}、 {13}和 {14}是地址码 A、 B、 C、 D 的输入端；脚 {2}～ {11}和 {16}～ {23}是开关的输入 /输出端（开关位）；脚 1 是开关的输出 /输入公共端（开关刀）；脚 {15}为控制端，低电平有效（选通），高电平禁止（开关开路）。 CD4067 的真值表如附表所示。 4 位二进制码 A、 B、 C、 D 共有 16 种状态，所以可以控制16 个开关的通断。 表 22 CD4067 模拟开关 D C B A INH 接通通道 0 0 0 0 0 “ 0” 0 0 0 1 0 “ 1” 0 0 1 0 0 “ 2” 0 0 1 1 0 “ 3” 0 1 0 0 0 “ 4” 0 1 0 1 0 “ 5” 0 1 1 0 0 “ 6” 0 1 1 1 0 “ 7” 1 0 0 0 0 “ 8” 1 0 0 1 0 “ 9” 1 0 1 0 0 “ 10” 1 0 1 1 0 “ 11” 基于单片机 AT89C51的楼宇呼叫系统的设计 17 1 1 0 0 0 “ 12” 1 1 0 1 0 “ 13” 1 1 1 0 0 “ 14” 1 1 1 1 0 “ 15” ∅ ∅ ∅ ∅ 1 均不接通 系统工作原理介绍 本课题设计一个楼宇呼叫系统，要求当访客按下门口主机上所需访问的用户门号时，用户可收到呼叫信号并给予相应的回复。 现设计的系统，当访客按下主机按键时，单片机 AT89C51 扫描键盘，确定按键号，再将信号通过多路模拟开关 CD4067 将选通信号传递给用户，用户接通室内分机与访客谈话，之后按下开锁按钮为访客开门。 整个对讲系统的工作过程是：电源盒为主机提供电源，内部设有降压充电电路，将市电降压、整流、滤波后，向蓄电池充电，市电停电时由蓄电池提供电源。 主机是整个系统的核心，内部设有电源控制电路、呼叫电路、对讲电路、开锁电路等，通过呼叫线、送话线、受话线、开锁线、地线这五条连接线与用户分机连接。 访客要进入楼内，先按防盗门主机上的 编号按键，该住户分机振铃响起，住户摘机后通过对讲系统对来人进行确认，然后按开锁键，使主机上的开锁电路动作，将防盗门打开。 系统总线设计 1. 系统接线方式： 4 芯主杆线 +1 条呼叫线， 4 为系统主杆线，与每台分机内表示绿、红、黑、白字符位置相接，蓝线为分机呼叫线，将按键位置相对的房号呼叫线接到该用户分机即可。 2. 五线分机电路简单，一般为不保密通话，既可以有 2 户同时和主机通话，主机呼叫分机需要一直按住按键，振铃声才会有，分机 5 根线一般为送话线、受话线、开锁线、接地线、呼叫振铃线。 其中送话线、受话线、 开锁线、接地线是公共线。 基于单片机 AT89C51的楼宇呼叫系统的设计 18 基于单片机 AT89C51的楼宇呼叫系统的设计 19 3 控制部分 单片机控制系统介绍 单片机 AT89C51 在本设计中的作用主要是将门口主机的按键信息扫描之后计算出键码，并传送给模拟开关 CD4067 使住户能接收到呼叫请求，并且完成语音通话的信号请求与传输，能够控制电门锁打开楼门。 程序部分 键盘的程序设计 键盘采用编程扫描工作方式，键盘的功能有以下四个方面： （ 1） 判断键盘上有无按键闭合，其方法为扫描口 ～ ，输出全为 0。 读 、 口的状态，若 、 为 1（键盘上行线全 为高电平），则键盘上无按键闭合，若、 不全为 1，则有键处于闭合状态。 （ 2） 去除键的机械抖动，其方法为判别出键盘上有按键闭合后，延迟一段时间再判断键盘的状态，若仍有键闭合，则认为键盘上有 1 个键处于稳定的闭合期，否则认为是键的抖动。 （ 3） 判别闭合键的键号，方法为对键盘的列线进行逐列扫描，扫描口 ～ 口依次输出下列编码，既只有 1 列为低电平，其余各列为高电平，相应地依次读 P2 口的状态，若 、 全为 1，则列线为 0 的这 1 列上没有键闭合。 闭合键的键号等于为低电平的列号加上行线的首 键号。 即键号 N=行首键号 +列号。 （ 4） CPU 对键的 1 次闭合仅做 1 次处理，采用的方法为等待闭合键释放以后再处理。 键盘程序流程图： 基于单片机 AT89C51的楼宇呼叫系统的设计 20 1. 键盘子程序如下： KEYI： MOV A， 00H ；判有无键按下，使所有列线为 0 的编码→ A KL1： JNB ， PK1 ；第一行如有闭合键，跳 PK1 进行处理 JB ， KL1 ；在第二行键中无闭合键跳 KL1 PK1： ACALL DL10 ；调用延时 10ms 子程序 DL10 软件消除抖动 JNB ， PK2 ；判断是否由抖动引起的。 JB ， KL1 P。