智能应急照明系统毕业论文

1、毕业设计（论文）报告毕业设计（论文）报告 题 目智能应急灯系统的设计智能应急灯系统的设计 系别 专业 班级 学生姓名 学号 指导教师 2017 年 4 月 智能应急灯系统的设计智能应急灯系统的设计 摘要：摘要：本文设计了一种基于单片机的应急灯控制器。该设计以 MCS-51 单片机为核 心，符合消防应急灯具国家标准 GBl7945-2000。论文首先分析了智能消防应急疏散 照明的技术背景及目前的发展现状和未来的发展趋势，说明设计的意义及目标。接 着介绍了常用智能消防应急灯的分类，着重说明了自带电源智能消防应急灯具的工 作原理，提出了符合国家标准的总体结构框图。随后，合理的选择了主要器件，给 出了

2、三个关键模块的具体电路图，包括电源模块、单片机模块和通信模块，并分析 其工作原理， 实现了掉电检测与电源转换、 电池状态检测、 光源状态检测以及 RS-485 通信等功能。在软件设计方面，分析了控制器的工作逻辑，画出了系统主程序框图 和电池开路、短路及正常状态分析流程图。 关键词：关键词：单片机、应急灯、消防、RS-485 通信 7 A Design of MCU-based Controller of Emergency LuminaryA Design of MCU-based Controller of Emergency Luminary AbstractAbstract：This p

3、aper presents an emergency luminary controller based on single-chip microcomputer. The design uses the MCS-51 microcontroller as the core and meets the requirement of the national standards for fire emergency luminary GBl7945-2000. Firstly, the technical background, the current study and the develop

4、ment trend of the fire emergency evacuation lighting as well as the significance and the objectives of this design are expound. Then, the classification of the fire emergency luminary widely used and the principle of self-powered emergency luminary for fire fighting are highlighted. The overall stru

5、cture diagram according to the national standard is also presented. Subsequently, after the key devices were reasonably chosen, the specific circuit diagram of three important modules including the power modules, the CPU module and the photo-electrical isolated communication module are presented. Th

6、e operation of every module is analyzed. The functions of power-down detection, power conversion, battery state detection, lighting LED state inspection and RS-485 communication are achieved. In the design of software, the work logic of the controller and the main block diagram of the system are int

7、roduced. The flowchart to analyze the three states of battery, open circuit, short circuit and the normal are drawn. Keywords:Keywords: Single-chip microcomputer 、 Emergency luminary 、 Fire fighting 、 RS-485communication ii 7 目录目录 前言 . 1 第一章 智能应急灯系统 . 2 1.1 智能应急灯背景介绍 . 2 1.2 相关技术的发展现状及趋势 . 2 1.3 课题意

8、义及其目的 . 3 第二章智能消防应急灯工作原理 . 4 2.1 常用智能消防应急灯 . 4 2.2 自带电源型智能消防应急灯具工作原理 . 4 2.3 本智能消防应急灯设计的总体结构 . 5 2.3.1 系统硬件设计 . 5 2.3.2 应急灯单元 . 5 第三章 硬件电路分析 . 6 3.1 电源模块 . 6 3.1.1 主电电路 . 7 3.1.2 Li 电池模块. 8 3.2 单片机模块 . 11 3.2.1 器件选型 . 12 3.2.2 分析电路 . 16 3.3 通信模块 . 17 3.3.1 器件选型 . 17 3.3.2 分析电路 . 19 第四章 软件分析 . 20 第五章

9、 总结 . 22 谢辞 . 23 参考文献 . 24 附录 . 25 iii 7 前言前言 应急灯是由应急电源供电的，提供必要处所应急照明用的灯具。应急灯被广泛 地用于工厂、学校、仓库、码头、机场、医院、宾馆、酒店、大型办公楼、高档娱 乐场等人员密集的场所。 随着电子技术和微型计算机的迅速发展，促进了微型计算机测量和控制技术的 迅速发展和广泛应用，单片机的应用已经渗透到国民经济的各个部门和领域，它起 到了越来越重要的作用。广泛用在在各种控制电路中用来完善电路的控制功能。对 传统应急灯控制电路的改进。首先要根据相关的技术规范，其次对应急灯控制电路 进行分析改进，完善各种控制要求，增加一些辅助控制

10、功能，增强其控制性。本课 题设计的智能应急灯系统主控制用MCS-51 单片机作微处理器，应急灯单元也用 MCS-51 系列单片机作微处理器。单片机因为其性能十分稳定、适应能力强，并且开 发价格低廉、门槛低，非常适用于工业控制中。主控制器和应急灯单元共同构成多 单片机通信系统，应急灯嵌入的单片机主要完成应急灯状态采集、点亮或熄灭应急 灯的功能，并与主控制器进行通信。应急灯的状态及时送往上位主控制器，并在主 控制器上显示出来，如果是故障状态则主控制器会有相应的声光显示。 随着科技的进步和社会的发展，单体建筑的面积越来越大，建筑高度越来越高， 聚集的人员越来越多，当建筑物内部发生火灾时，造成人员严重

11、伤亡的危险性越来 越大，所以良好的应急照明系统是一个相当重要的安全设施，是保障建筑物内人员 安全、及时疏散的前提，并且利于救援工作的顺利进行，从而最大限度地减少人员 的伤亡和降低财产的损失。本课题设计的智能应急灯主要用于消防领域。当火灾发 生时，正常供电可能无法使用，这时候智能应急灯就为撤离人员和消防人员提供了 应急照明。 1 7 第一章第一章 智能应急灯系统智能应急灯系统 1.11.1 智能应急灯背景介绍智能应急灯背景介绍 所谓应急照明，是指在非正常状态下才使用的照明设施，包括：备用照明、疏 散照明、安全照明。随着我国综合国力的不断增强，人民生活水平的日益提高，公 众聚集场所越来越多，公众聚

12、集场所火灾事故也日趋频繁，特别是群死群伤恶性火 灾时有发生，不但造成了大量人员伤亡，而且影响了社会政治稳定。 消防应急灯具作为一种重要的消防器材，广泛应用于宾馆、商场、娱乐场所等 公众聚集场所，其功能是这些场所发生火灾断电后，应急灯具自动照明，引导被困 人员疏散。消防应急疏散照明技术是一项重要的救生疏散技术。近几年，随着国民 经济的高速发展，高大而复杂的智能建筑日益增多，对消防安全的要求越来越高， 消防应急灯具的品种不断增多(如表 1.1)，性能不断改进，技术水平有了很人提高。 按功能分 按工作方式分 按应急供电方式分 按工作实现方式分 按安装高度分 按用途分 照明或标志照明和标志消防应急灯

13、持续工作型、非持续工作型 自带电源型、集中电源型 独立控制型、集中控制型、字母控制型 高位安装型、低位安装型、高低位复合安装型 消防应急照明灯、消防应急标志灯、消防应急照明标志灯 表 1.1 消防应急灯的分类 欧美等发达国家消防应急疏散照明技术发展较早、较快，一直处于领先地位， 上述各种灯具已被大量生产和广泛应用。我国起步较晚，但近年来发展也很快。目 前，国内已申请到国家公安部消防产品认证的应急灯制造商大约 300 余家，但产品 质量、性能和品种同发达国家相比还有一定的差距。只有少数大型企业及一些合资 企业的产品与国外产品相差无几，并向智能环保型方向发展，但价格稍高。现在， 自带电源独立控制型

14、消防应急灯具是我国的主要应急灯具产品。 1.21.2 相关技术的发展现状及趋势相关技术的发展现状及趋势 目前蓄电池供电方式主要采用如下两种形式：一种是独立式供电，每个应急灯 2 7 自带备用蓄电池，平时由市电供电，只有当市电电源切断时，备用电源才自动投入 运行；另一种是采用集中式供电，每个应急灯本身不带电源，市电故障时，由专用 集中式应急电源供电。针对两种不同的供电方式必须提供不同的内部控制电路。本 文设计的控制电路是独立式供电的应急灯具。 目前国内大部分的应急灯具采用的都是由分离器件搭配通用 lC(如 555、 LM358) 构建控制系统。国家对消防应急灯具有完整的国家标准(GBl7945-

15、2000)，要求应急灯 具具备完善的应急转换、充电保护和故障检测、保护和显示等功能，这要求有当数 量的分离元件，同时对单个元件的特性要求也较高。部分厂商出于降低成本的目的， 只能提供应急转换、充电计时等功能，而不能完整的提供的故障检测、故障显示和 保护等国家标准所强制要求达到的指标。国内市场也出现了应急灯具的控制芯片， 但是其存在的主要问题： 1.对电池的保护不够。大多采用慢速充电的方式给应急电源进行持续充电，应急 电源充满后没有涓流充电过程，容易导致应急电源的过充； 2.没有充电时间可选，不能适应于不同型号的电池； 3.应急照明灯和应急标志灯需要采用不同的控制芯片； 4.应急工作时间达不到标

16、准要求的 90min； 5.终止电压偏低，未能满足标准规定额定电压要求的 80； 6.充放电耐久试验末次放电时间达不到首次放电时间的 85。 1.31.3 课题意义及其目的课题意义及其目的 据权威人士估计，全国应急灯一年的市场总需求量大概在 4 亿左右。随着国民 经济的发展、社会安全意识的提高，对公众安全的要求只会越来越高，意味着应急 灯具市场必然从不成熟走向成熟。目前的应急灯具大部分不同程度的存在着质量不 过关、安全隐患，直接威胁到公众的安全。造成这种局面的直接原因来源于应急控 制电路。设计安全性能更好、稳定性更高的消防应急灯控制芯片是必然的趋势。 3 7 第二章第二章智能消防应急灯工作原理

17、智能消防应急灯工作原理 2.12.1 常用智能消防应急灯常用智能消防应急灯 自 19 世纪 40 年代开始，国家及地方权威性机构就明文规定了应急灯在商业楼 房，工业设施及公共场所方面的使用，以确保人们远离由于火灾或其他事故引起的 恐慌所带来的对生命财产安全的威胁。应急灯广泛运用于大型场所如银行营业厅， 商场等人口聚集比较多的地方，以有效的确保外出人员的安全。 目前市场上应急灯按应急供电方式分为：自带电源型和集中电源型。自带电源 型自带备用蓄电池，平时由市电供电，只有当市电电源切断时，备用电源自动投入 运行；集中电源型单个本身不带电源，市电故障时，由专用集中式应急电源供电。 2.22.2 自带电

18、源型智能消防应急灯具工作原理自带电源型智能消防应急灯具工作原理 自带电源型消防应急灯具主要由以下器件构成：应急灯具、蓄电池、控制电路、 状态显示灯、测试开关等。对于常明应急疏散标志灯和应急疏散照明灯米说，由于 应用要求的多样性，他们在这些元件的选择上也会有很大的差异。下面简要说明两 种应急灯具的器件构成和工作原理。 常明应急疏散标志灯的工作原理：如果市电电压正常，则状态指示灯绿灯、充 电状态灯(红灯)亮，故障指示灯灭，控制电路控制开关电源给 LED 灯供电，保持疏 散显示正常，同时控制电路检测市电电压、电池电压和光源，提供充电回路给蓄电 池进行慢速充电；如果慢速充电完成，则充电指示红灯灭。如果

19、在市电正常情况下， 出现电池开路、电池短路等故障，故障指示灯(黄灯)亮，提示管理人员需要对系统进 行检查和维修；当市电电压低于应急转换电压时，控制电路转入应急状态，此时备 用电源和光源的同路被打开，保证光源能正常的二作；当电池电压低于规定的放电 电压时，控制电路应断开电池的所有放电回路，同时整个控制电路应停止工作以避 免蓄电池的漏电。 应急疏散照明灯的工作原理和常明急疏散灯类似，不同的是市电正常情况下， 光源不亮，应急疏散照明灯应能检测光源开路与否，如果出现故障，指示灯应亮。 4 7 2.32.3 本智能消防应急灯设计的总体结构本智能消防应急灯设计的总体结构 2.3.12.3.1 系统硬件设计

20、系统硬件设计 该系统主要由主控制器和应急灯单元两部分构成。主控制用 MCS-51 单片机作 微处理器，应急灯单元也用 MCS-51 系列单片机作微处理器。主控制器和应急灯单 元共同构成多单片机通信系统，应急灯嵌入的单片机主要完成应急灯状态采集、点 亮或熄灭应急灯的功能，并与主控制器进行通信。应急灯的状态及时送往上位主控 制器，并在主控制器上显示出来，如果是故障状态则主控制器会有相应的声光显示。 应急灯第*号灯应急灯第*号灯应急灯第*号灯 主控制器 应急灯第*号灯应急灯第*号灯应急灯第*号灯 图 1 主控制器与分散应急灯之间连接原理框图 2.3.22.3.2 应急灯单元应急灯单元 应急灯状态主要

21、有应急灯应急状态、故障状态、充电和主电状态。应急灯的状 态采集由单片机完成。用 3 个发光二极管来表示应急灯的 4 个状态，同时留出串行 通信口和主控制器进行通信。本设计主要完成应急灯单元的设计，结构框图见图 2。 图 2 系统结构框图 5 7 第三章第三章 硬件电路分析硬件电路分析 3.13.1 电源模块电源模块 图 3 为电源模块框图，图 4 为此模块的电路图。下面将对每一模块所需用的器 件进行选型，并分析每个模块所要完成的功能。 电 池 充 电 电 池 监 视 整流滤波稳压通信模块 电源 整流滤波稳压单片机模块 电 池 充 电 电 池 监 视 图 3 电源模块框图 6 7 1 D1 U7

22、 78 09 421 VinVout 31 U9 78 06 VinVout 3 DIODE C 3 47 0uF D3 Vcc G N D U1 9v B RID GE1 C 5 10 00u F C 9 10 0uF 32 G N D 2 GND 1 D2 U8 78 09 22 0v9v421 VinVout 31 U10 78 06 VinVout 3 VCC C 7 47 0uF P 2 0 P2 .0 R 10 4. 7K R 9 R ES2 Q7 NPN Q8 PN P R 14 R ES2 Q10 PN P G N D G N D P 2 1 B RID GE1 C 6 10

23、00u F C 8 10 0uF R 13 P2 .14. 7K Q9 NPN C 8 0. 1u F 322 R 11 GND R ES2 R 12 R ES2 R 16 4. 7K GND R 15 R ES2 3 R 22 R ES2 4. 7K P1 .5 R 20 4. 7K R 21 Q1 Q2 PN P R 24 R ES2 Q3 NPN Q4 PN P A 2 IN2 V2 4v D4 DIODE PN PQ11 36 k R ES2 B T2 6v R 17 R ES2 GND Q12 NPN R 23 NPN P1 .6 R ES2 R 25 R ES2 R 27 R ES

24、2 GND R 26 R ES2 R 19 R ES2 R 18 GND R ES2 A 2 V1 4v D1 DIODE Q5 PN PD1 IN1 3 R ? R ES2B T1 6v DIODE VCCQ6 NPN R 30 R ES2 R 29 R ES2 R 28 R ES2 GND 图 4 电源模块电路图 3.1.13.1.1 主电电路主电电路 1.器件选型 1）电源稳压器 LM78XX 系列主要有 LM712、LM709、LM705 和 LM733 等几种，都是三端电 源，在单片机中最为常用的有 LM705 和 LM733 两类。这些元件都使用了电流限制、 热关断和安全区补偿技术

25、，使他们在大多数工作条件下都非常稳定可靠。如果采用 合适的散热器，他们的输出电流可以超过 1.5A。 图 4 中的 U7/U8/U9/U10 为 LM78XX 系列电源稳压器，其引脚分布及功能如表 3.1 及图 5 所示。此元件使用了 7806 输出 6V 电压，7809 输出电压为 9V。 引脚编号 1 2 3 引脚符号 Vin GND Vout 引脚功能 电源输入端 接地端 电源输出端 表 3.1 LM78XX 系列电源稳压器引脚功能一览表 7 7 图 57806 引脚图 2）整流电路桥 本电路常用于小功率单相交流输入的场合。目前大量普及的微机、电视机等家 电产品中所采用的开关电源中，他将

26、交流电变为直流电，应用十分广泛。 2.电路分析 主电电源模块主要有变压器、整流桥和电源稳压器组成（见图 6） 。 1 D1 78 09U7 421 VinVout 3A B1 78 06U9 VinVout 3B VCC C 7 47 0uF G N D U1 C 5 10 00u F B RID GE1 C 9 10 0uF 32 G N D 2 GND 9v 1 D2 78 09U8 22 0v421 VinVout C78 06U10 31 B Vin D1 Vout 3 DIODE C 8 0. 1u F C 7 47 0uF D VCC G N D B RID GE1C 6 10 0

27、0u F C 10 10 0uF 32 G N D 2 GND 图 6主电源电路 3.1.2 Li3.1.2 Li 电池模块电池模块 Li 电池模块有电池充电电路、电池检测电路和电源转换电路组成（见图 7） 。Li 电池由主电电源充电，当没有市电时，应急灯工作电源需要由 Li 电池提供。 8 7 VCC 19V R 22 R ES2 4. 7K P1 .5 R 20 4. 7K R 21 Q1 Q2 PN P R 24 R ES2 Q3 NPN Q4 PN P R 23 NPN P1 .6 R ES2 R 25 R ES2 R 27 R ES2 U6 GND R 26 R ES2 A 2 V1

28、 4v D1 DIODE Q5 PN PD1 IN1 3 R ? R ES2B T1 6v DIODE VCCQ6 NPN VCC 26V R 30 R ES2 R 29 R ES2 R 28 R ES2 GND 图 7 Li 电池模块电路图 1.Li 电池充电电路 应急灯电池的充电非常重要， 如果电池出现过充电或者充电不够， 直接导致应急 灯具电池的使用寿命。考虑到精确的快速充电模式需要非常复杂的电路，目前几乎 所有的应急灯具都采用固定时间慢充的方式给电池充电。当慢速充电完成后，转为 涓流充电，以保证电池继续处于充满状态，从国家标准来看，要求涓流充电电流小 于 0.05C。 本设计由单片机

29、P1.5 和 P1.6 引脚控制 Li 电池的充电。当 P1.5 为高电平时 NPN 三极管 Q1 导通,Q1 的发射机有电流，即 Q2 的基极有了电流使 Q2 管导通，这时由 主电电源给 Li 电池充电。若单片机 P1.5 为低电平 Q1 管不能导通，Q2 管没有基极 电流，从而 Q2 管不会导通 Li 电池不能充电。单片机 P1.6 引脚同样控制三极管 Q3、 Q4 给 Li 电池充电。 单片机 P1.5 和 P1.6 引脚同时为高电平可使 Li 电池快速充电 （见 图 8） 。 9 7 VCC A 9 V R22 RES2 4. 7K P1 .5 R20 4. 7K R21 Q1 Q2

30、PNP NPN R27 10 0K D1 DIODE BT1 6V GND 图 8 Li 电池充电电路 2.电池检测电路 自带电源型消防应急灯具由于使用的独立电源作为备用电源， 电池的特性会直接 影响到应急时间、光源的亮度，因此采用合适的电池非常重要。本设计采用 Li 充电 电池。同时，控制系统必须对电池进行检测： 检测到的电压输入 A/D 转换器中变为数字信号送到单片机中进行处理。A/D 转 换器的输入值在 05V 之间（见图 9） 。 1）当输入到 A/D 转换器 IN1 中的电压为 00.5V 时，电池为短路状态。 2）当输入到 A/D 转换器 IN1 中的电压为 0.63.2V 时，电

31、池为正常状态。 3）当输入到 A/D 转换器 IN1 中的电压为 3.35V 时，电池为断路状态。 VCC A 9 V R22 RES2 4. 7K P1.5 R20 4. 7K R21 Q1 Q2 PNP NPN R27 10 0K A 2 V1 4V D1 DIODE IN1 3 R34 20 KBT1 6V GND 图 9 电池检测电路 10 7 3.电源转换电路 当有市电时，应急灯的电源由市电提供。市电通过 LED D2 供电给 A 点。当无 市电时，Q6 管马上导通，随即Q5 导通，由Li 电池供点给 A 点。由此电路可完成电 源转换功能（见图 10） 。 Vcc R27 RES2

32、7806_Vout DIODE D3 D1 DIODE Q5 PNP BT? BATTERY D2 Vcc DIODEA Q6 GND R28 RES2 R30 RES2 NPN R29 RES2 GND 图 10 电源转换电路 3.23.2 单片机模块单片机模块 单片机模块电路主要由看门狗电路、A/D 转换电路和光源检测电路等组成。单 片机模块框图见图 11，电路图见图 12。 复位 看门狗单片机 图 11 单片机模块框图 数据采集 11 7 U4 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 WR RD 63 64 65 P1.0 P1.1 P1

33、.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 P3.6 P3.7 X2 X1 GND 8051 Vcc P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 VCC D4 R38 10K LED D5 R1 131 132 133 134 CS SO WP Vss Vcc RESET SCK SI 140 137 138 139 R38 10K LED VCC X25045 Component_1 C

34、9 VCC S1 SW-PB C12 22uF CAP R31 1K CAP Y1 11.0592MHZ C10 Vcc 45 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 74 ALE 76 P27 78 79 80 81 82 83 84 RE0 U5 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 107 109 EOC 93 94 108 110 1sb2-8IN0 2-7IN1 2-6IN2 2-5IN3 2-4IN4 2-3IN5 2-2IN6 msb2-1IN7 ALE STARTADD-A EOCADD-B ref(-)ADD-C ref(+)

35、 ENABLE CLOCK 0809 U? 85 86 87 88 89 90 91 92 104 105 106 U6 P00 P01 P02 123 124 125 126 127 128 ALE D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 OE LE 74LS373 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 ADD-A ADD-B ADD-C 115 117 118 119 120 U1 R34 0.3k U1 U1 NOR R35 2M VCC AR1 R32 10K R33 10K 0.1uF OR U2 OPAM P NOT R22 RES2 Q1 R36 0.01k R

36、35 0.1k Q2 PNP C11 P2.3 NOR4.7K R20 4.7K R21 NPN D1 LED 图 12 单片机模块电路图 3.2.13.2.1 器件选型器件选型 1.单片机 本设计采用 MCS-51 系列单片机。51 单片机的典型产品有 8031,8051 和 8751 三 种机型，除片内程序存储器的容量不同外，其内部结构与引脚完全形同。本设计采 用的是 8051，其引脚配置图见图 13。 HMOS 的 MCS-51 单片机采用双列直插式封装，有 40 个引脚，分为地址总线、 数据总线、控制总线 3 类见图 13。MCS-51 系列单片机的各引脚的功能如下： 1）主电源引脚

37、Vcc，Vss Vcc：接+5V 电源 Vss：接地 2）外接晶振引脚 XTAL1,XTAL2 XTAL1：片内反相放大器输入端 XTAL2：片内反相放大器输出端 12 7 U 4 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 WR RD 63 64 65 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST RXD TXD IN T0 IN T1 T0 T1 P3.6 P3.7 X 2 X 1 G ND 8051 V cc P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA A L

38、 E PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 V cc 45 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 74 A L E 76 P27 78 79 80 81 82 83 84 图 13 51 单片机引脚图 外接晶体时 XTAL1,、XTAL2各接晶体一端构成振荡器。 3）输入/输出引脚 P0，P1，P2，P3 P0.0P0.7:P0 口的 8 各引脚，P0 口是 8 位漏极开路型双向 I/O 扩展接口时， P0.0P0.7 分时复用，做低 8 位地址总线与双向 8 位数据总线。 P1.0P1.7:P1 口的 8 个引脚，

39、 P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 对 于 52 子系列，P1.0 还可以用于定时器/计数器 2 的计数脉冲输入端 T2，P1.1 还可以 作为定时器/计数器 2 的外部控制端 T2EX。 P2.0P2.7：P2 口的 8 个引脚，P2 口也是一个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，在 访问片外存储器或扩展 I/O 接口是，还用于提供高 8 位地址。 P3.0P3.7:P3 口的 8 个引脚， P3 口也是一个带上拉电阻的 I/O 口， 除可工作为双 向的输入输出口外，还具有第 2 功能。 4)控制线（4 条） ALE/PROG:双功能引脚。 由于 P0 口的 8 个引脚

40、是低 8 位地址总线与数据总线分 时复用，因此必须将P0 口输出的低 8 位地址进行锁存。在访问片外存储器时，每机 器周期该信号出现 2 次。其下降沿用于控制锁存P0 口输出的低 8 位地址。即使不访 问片外存储器，访问引脚上仍出现上述频率的周期性信号，因此也可作为对外输出 的时钟脉冲， 频率为振荡器频率的 1/6。 必须注意的是： 在访问片内外存储器时， ALE 脉冲会跳空 1 个。 对片内含有 EPROM 的机型， 此引脚在编程时可作为编程脉冲/PROG 的输入端。 13 7 /PSEN：片外程序存储器读选通信号输出端，在 CPU 从片外程序存储器取址期 间，此信号每个机器周期两次有效，已

41、通过P0 口读入指令，在访问片外数据存储器 时，该信号不出现。 /EA/ Vpp：双功能引脚，卫片外程序存储器选用端。当该引脚信号有效（低电平） 时，选择片外程序存储器，否则，即/EA/Vpp=1 时，访问片内程序存储器。 RST/VP0：双功能引脚，在单片机工作期间，当引脚上出现连接2 个机器周期的 高电平时可实现复位操作。 在 VCC掉电期间，若该引脚接备用电源（+5V） ，可向片内 RAM 供电，以保存 片内 RAM 中的信息。 2.多通道并行 A/D ADC0809 ADC0809 是 NS 公司生产的 CMOS、8 位、8 通道、逐次比较型 A/D 转换芯片。 它的主要特点如下： 1

42、)逐次比较型，单电源供电，具有三台输出所存。 2)输出与 TTL 兼容，无需外部进行 0 点和满度调整。 3) 8 位分辨率，最大非线性误差0.4%LSB。 4）转换时间为 100us,存取时间为 135us。 5）功耗为 15mW。 ADC0809 的引脚分布图如图 14 所示。引脚功能说明如下： 1）IN0IN7：8 路输入通道的模拟量输入端口。 2）2-12-8：8 位数字量输出端口。 3）START、ALE：START 为启动控制输入端口，ALE 为地址锁存控制信号端 口，这两个端口可以连接在一起，输入一个正脉冲时，便启动模/数转换。 4）EOC、 OE： EOC 为转换输出结束信号脉

43、冲输出端口，OE 端的电平由低变高， 打开三态输出锁存器，将转换结果数字量输出到数据总线上。 5）REF（+） 、REF（-） ：REF（+）和 REF（-）为参考电压输入端。 6）CLK:时钟输入端。 7）ADD_A、ADD_B、ADD_C：8 路模拟量的三位地址选通输入端，已选择对 14 7 应的输入通道，类似 3-8 译码器的选通。 U 5 P0 0 P0 1 P0 2 P0 3 P0 4 P0 5 P0 6 P0 7 10 7 10 9 EO C 93 94 10 8 11 0 1sb 2-8IN0 2-7IN1 2-6IN2 2-5IN3 2-4IN4 2-3IN5 2-2IN6 m

44、sb 2 -1IN7 A LE ST A RTA DD -A EO CA DD -B ref(-)A DD -C ref(+ ) EN A B LE C LO C K 08 09 85 86 87 88 89 90 91 92 10 4 10 5 10 6 图 14 8089 引脚图 3.锁存器扩展并行输出口 74LS373 74LS373 的引脚功能如下： 1）1D8D：8 位数据输入端。 2）OE：三态允许控制端（低电平有效） 3）LE：锁存允许端 4）1Q8Q：8 位数据输出锁存端。 U? P00 P01 P02 123 124 125 126 127 128 ALE D0 D1 D2

45、D3 D4 D5 D6 D7 OE LE 74LS373 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 ADD-A ADD-B ADD-C 115 117 118 119 120 图 15 74LS373 引脚图 4.看门狗芯片 X25045 看门狗的作用是防止程序发生死循环，或者说程序跑飞。工作原理：在系统运 行以后就启动了看门狗的计数器，看门狗就开始自动计数，如果到了一定时间还不 去清零看门狗，那么看门狗计数器就会溢出从而引起看门狗中断，造成系统复位。 1）SO：串行数据输出脚，在一个读操作的过程中，数据从SO 脚移位输出。在 时钟的下降沿时数据改变。 15 7 2）SI：串行数据输入脚

46、，所有的操作码、字节地址和数据从SI 脚写入，在时钟 的上升沿时数据被锁定。 3）SCK：串行时钟，控制总线上数据输入和输出的时序。 4）/CS ：芯片使能信号，当其为高电平时，芯片不被选择，SO 脚为高阻态， 除非一个内部的写操作正在进行，否则芯片处于待机模式；当引脚为低电平时，芯 片处于活动模式，在上电后，在任何操作之前需要 CS 引脚的一个从高电平到低电平 的跳变。 5）/WP：当 WP 引脚为低时，芯片禁止写入，但是其他功能正常。当 WP 引脚 为高电平时，所有功能都正常。当 CS 为低时，WP 变为低可以中断对芯片的写操作。 R 1 1 3 1 1 3 2 1 3 3 1 3 4 C

47、 S SO W P V s s V cc R ES ET SC K SI 1 4 0 1 3 7 1 3 8 1 3 9 X 2 5 0 4 5 C o mp o n en t_ 1 图 16 X25045 引脚图 3.2.23.2.2 分析电路分析电路 本设计中，51 单片机工作于 11.0592MHz，P0 口用于读取 8 位 A/D 转换数据， P2 口的 P2.7 用于 ADC0809 的片选控制， 51 单片机通过外部中断 0 触发对 A/D 数据 的读取。 模拟信号输入端 IN0 用于输入待转换的光源检测电压， IN1 用于输入待转换 的 Li 电池检测电压。 51 单片机 P0

48、口的低三位地址数据经锁存后送入 ADC0809 的通 道选择端 ADD_A、ADD_B、ADD_C。 在图12中,ADC0809的A/D启动端START由51单片机的P27与写控制信号/WR 经过或非门后控制，转换完成后 ADC0809 的 EOC 端信号反相后送入 51 单片机的 INT0 端，触发 51 单片机外部中断服务程序，在终端中读取 A/D 数据。 用 X25045 芯片设计了一种新的看门狗电路， X25045 硬件连接图如图 3-10 所示。 X25045 芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。在看门 狗定时器预置的时间内若没有总线活动， 则 X25045

49、将从 reset 输出一个高电平信号， 16 7 经过微分电路 C2、R3 输出一个正脉冲，使 CPU 复位。 3.33.3 通信模块通信模块 通信模块电路图见图 17 C1 C2 10uF R4 Vcc R1 1k R2 1k R3 4.7k 1k R5 4.7k CAP R7 1K V0 U1 P3.0 RX0IC IE IC IE IA IK 34 35 36 37 IA IK U3 7 5 6 12 R6 4.7k R0 RE DE DI MAX485 VCC B A GND 8 9 10 A R8 1K F1 PPTC V 2 2 TLP521-1 P2.0 P3.1 RE0 TX0

50、 30 31 32 33 U2 1A 1K 2A 2K 1C 1E 2C 2E P1J3 1 2 485 B A 1 5 1 N TLP521-2 PPTC GND J4 1 2 R9 0.12k 1 F2 V 1 图 17 通信模块电路图 3.3.13.3.1 器件选型器件选型 1.光耦合器 TPL521-1 非线性光耦。光耦合器亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。光 耦合器以光为媒介传输电信号，它对输入、输出电信号有良好的隔离作用。光耦合 器一般由三部分做成：光的发射、光的接收及信号的放大。输入的电信号驱动发光 二极管（LED） ，使之发出一定的波长的光，被光探测器接收而产生光电流，在经

51、过 进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而引起到输入输出隔离的作 用。由于光耦合器的输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具 有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低 阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。 当在输入端加一正向导通电压，LED 发光，光敏三级管受光照，发射结导通， 三级管相当于开关。此“开关”的通断由输入端决定。 17 U? 7 1A 1K 1C 1E 图 18 TPL521-1引脚图 2.RS-485 接口 51 单片机仅含有一个具有 UART 全部功能的串口，该接口可以同时进行数据的 发送和接收，也可以作为一个同步移位寄存

52、器使用。需要说明的是，这个串口的信 号电平是 TTL 电平，在近距离传输过程中可以比较好的满足要求，一般可以实现稳 定串口数据通信的距离是 510m，如果进一步提高通信距离，误码率会明显增加。 RS-485 标准采用平衡式发送、差分式接收的数据收发器来驱动总线，具体技术 参数如下： 1）接收器的输入电阻 RIN12K 2）驱动器能输出7V 的共模电压 3）输入端的电容50pF 4）在节点数为 32 个，配置 120的终端电阻的情况下，驱动器至少还能输出 电压 1.5V 5）接收器的输入灵敏度为200mV 本设计采用的是 MAX485 芯片。其工作电源为+5V，额定电流为 300uA，采用 双工通讯方式。它完成奖 TTL 电平转换为 RS-485 电平的功能（见图 19） 。 RO接收器的输出 /RE接收器输出使能。/RE=0，允许接收器输出；/RE=1 接收器被禁止，输出端 为高祖。 DE驱动器输出使能，DE=1，允许驱动器工作；DE=0.，驱动器被禁止，输出端 为高祖。 DI驱动器输入，DI=1 输出端