基于单片机at89c51楼宇呼叫系统的设计

基于单片机at89c51楼宇呼叫系统的设计内容摘要：

单片机 AT89C51 AT89C51 是一种带 4K 字节闪存可编程可擦除 只读存储器 （ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory） 的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称 单 片机。 并且与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能 8 位 CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器， AT89C2051 是它的一种精简版本。 AT89C51 单片机为很多 嵌入式控制系统 提供了一种灵活性高且价廉的方案。 1. AT89C51 主要特性：  与 MCS51 微机控制系列产品兼容。  4K 字节可编程闪烁存储器  寿命： 1 万次 写 /擦循环  数据保留时间： 10 年  全静态工作： 0Hz16MHz  三级程序存储器锁定  宽工作电压范围： Vcc 可为 +～ +6V。  空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容 2. 管脚说明： AT89C51 的引脚结构图，有双列直插封装 （ DIP） 方式和方形封装方式。 外形及引脚排列如图所示 电 源及时钟引脚： VCC、 VSS、 XTAL XTAL2。 控制引脚： /PSEN、 ALE/PROG、 /EA/VPP、 RESET（即 RST）。 I/O 引脚： P0、 P P P3，为 4 个 8 为 I/O 的外部引脚。 主 控电路的设计 图 21 为分机主控电路设计图，本设计采用 AT89C51 单片机作为控制芯片，具体操作功能通过编写程序来实现 当单元楼梯口访客通过对讲机呼叫住户时，其发出的信号传给单片机， AT89C51 单片机接收到该信号后就会在程序控制下的管脚上产生一个高电平，振铃工作，发出声音，呼基于单片机 AT89C51的楼宇呼叫系统的设计 8 叫住户。 住户听到铃声后可选择两种操作方式：开锁和语音通话。 “ 开锁 ” 是单片机主控电路发出命令，直接打开单元门，让访客进来； “ 语音通话 ” 即是给单片机发出命令，控制语音电路工作，以实现住户与访客的语音通话。 以上两种操作，不论住户进行哪种操 作，单片机在主程序的控制下在管脚上产生一低电平，占线指示灯亮，表明用户分机正在工作。 在单片机系统应用中，单片机对键盘的控制方式有程序控制扫描方式、定时扫描方式和中断扫描方式三种。 本设计中案件采用中断扫描方式，既当有按键被按下时，振铃呼叫用户，同时启动分电路工作。 电源电路的设计 本设计电源电路主要为主控电路和语音电路提供稳定的电压，由于单片机的工作电压时 +5V，而语音电路的正常工作电压是 +12V，所以电源电路设计采用 LM7805 和 LM7812分别来生成所需电压。 下面先介绍一下这两种芯片。 LM78 系列集成三端稳压器 78xx 系列集成电路的外形如图 A 所示，芯片上自带一孔、散热片，使用时应用螺钉将其固定在铝质散热片上，以利散热。 基于单片机 AT89C51的楼宇呼叫系统的设计 9 图 1 使 LM78 系列的典型应用电路，这个电路非常简单，在电路的输入和输出关系比较明确的情况下，一般在在电路图中不再标明集成块的引脚序号。 C1 为输入电容，一般情况下可省去不接，但当集成块远离整流滤波电路时，应接入一只 左右的电容器，其作用是改善纹波和抑制输入的过电压。 C2 为输出电容器，只要接抑制 左右的电容器就可以改善负载的瞬态响应，在实际应用 电路中， C2 往往使用大容量的电解电容，目的是使输出直流电压更加平滑，但此时如果集成块的输入端出现短路故障，输入端上的大电容储存的电荷将通过集成块内部的输出调整管得发射机 — 基极 PN 结放电，瘾大电容释放的能量较大有可能会造 成集 成块的损坏。 为解决这一矛盾，可在集成块的输入端与输出端之间反接一只二极管，见图 23 中的 VD。 这个二极管可在电路出现输入端短路故障时为电容 C4 提供放电通路，以保护集成稳压器。 电源电路的设计 本设计采用交流 220V 供电，由于在本设计中需要 +5V 和 +12V 直流电，所以在电源电路设计中需要有两路电源输出。 电源电路设计如图 23 所示： 220V/50HZ 的交流电进入本电路中，首先经过变压器进行变压，由交流 220V 变为 14V，交流 14V进入电桥电路进行整流，然后交流电整流为直流电，再进行电容的滤波后进入 12V 集成三端稳压器7812，生成 +12V 直流电，来满足语音电路电源的需要，然后送入 5V 集成三端稳压器 7805，生成 +5V直流电，供给单片机使用。 另外本电路还选用了 +12V 蓄电池一块，它在有 220V 交流电输入时不工作或者被充电，在停电时输出 +12V 电压支持本设计 的电路继续工作一段时间，图中 270 欧电阻为电池的充电电阻，它使初始充电电流不至于过大而损坏电池。 开锁电路的设计 开锁电路完成开启门锁的功能，采用继电器实现。 继电器有多种分类，下面先介绍一下继电器在本系统中的应用。 继电器的工作原理 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统和被控制系统，通常应用于控制系统中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种 “ 自动开关 ”。 故在电路中起着自动调节、基于单片机 AT89C51的楼宇呼叫系统的设计 10 安全保护、转换电路等作用。 开锁电路的设计 本设计的开锁电路采用继电器控制的开关量输出电路 ，开关量输出电路常常控制着动力设备的启停。 如果设备的启停负荷不太大，而且启停操作的响应速度也要求不高，则适合于继电气隔离的开关量输出电路。 由于继电器首先需要一定的电流才能动作，所以必须在单片机的 I/O 口与继电器线圈之间接 7407 或 75452P 等驱动器，本设计采用外接 7407驱动器。 本设计所用继电器是直流电磁式继电器，图 24 为本设计开锁电路的原理图，继电器的动作由单片机 AT89C51 的 端控制，单片机的输出口通过驱动器 7407 控制继电器线圈。 当单片机输出口的输出为低电平时，继电器线圈有电流流过，则继 电器动作；反之，当单片机输出口输出高电平时，继电器上无电流流过，开关恢复到原始状态。 继电器 K 由晶体管 9013 驱动， 9013 可以提供 300mA 的驱动电流，适合于继电器工作电流小于 300mA的场合。 Vcc 的电压范围是 6～ 30V。 光 电耦合器使用 TIL117。 TIL117 有较高的电流传输比，最小值为 50%。 晶体管 9013 的电流放大倍数大于 50。 当继电器线圈工作电流为 300mA时，光电耦合器需要输出大于 的电流，其中 9013 基极对地的电阻分流约。 输入光电耦合器的输入电流由 7047 提供，电流约为 20mA。 二极管 D 的作用是保护晶体管 T。 当继电器 K 吸合时，二极管截止，不影响电路工作。 继电器释放时，由于继电器线圈存在电感，这时晶体管 T 已经截止，所以会在线圈的两端产生较高的感应电压。 这个感应电压的极性是上负下正，正端接在 Tde 集电极上。 当感应电压与 Vcc 之和大于晶体管 T 的集电极反向耐压时，晶体管 T 就有可能损坏。 加入二极管 D 之后，继电器线圈产生的感应电流由二极管 D 流过，因此不会产生很高的感应电压，晶体管 T 得到了保护。 基于单片机 AT89C51的楼宇呼叫系统的设计 11 键盘电路的设计 键盘是基本的输入设备，在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、 传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。 下面介绍键盘的工作原理，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。