毕业设计（论文）-基于红外传感器的城市客车人数统计系统的设计与制作.doc

湖南铁道职业技术学院电气工程系2013级毕业设计（论文）毕业设计（论文）题 目 城市客车客流量统计系统 学生姓名 专业班级 工业控制104班 学 号 所 在 系 电气工程系 指导教师 张文初 完成时间 2012年12月12日 摘 要公交系统是城市交通系统的重要组成部分，它的有序高效运行对整个城市交通状况的改善有着举足轻重的作用。城市客车统计系统作为城市智能公交调度系统的信息采集前端，是车辆调度、运营管理的重要数据来源。本产品主要利用了热释电红外传感器和反射式红外传感器的光电技术采集客流量，进而区别出乘客与货物，提高准确性；通过该方法将乘客的上、下信息转换为高低电平信号，以单片机为核心器件的主控器对高低电平信号进行分析来判断乘客上、下车的数量。本文详细阐述了乘客信息采集装置设计、硬件电路设计、软件设计以及它们的使用。该套客流量统计系统能够自动、智能自动采集各个站点上下车的客流量，得出客流方向、数量规律，是客流量统计、评估的有效办法，提高公共交通的运营管理效率和服务质量。关键字：城市公交车；红外传感器；单片机；客流量统计ABSTRACTThe public transport system is the urban traffic system important constituent, its orderly and efficient operation of the whole city traffic improvement has a pivotal role. City bus statistical system as the city public transport intelligent dispatching system information acquisition front end, is the vehicle scheduling and operation management of the important sources of data.This product is mainly used the pyroelectric infrared sensor and reflection type infrared sensor photoelectric technology acquisition passenger flow, and then the difference between passengers and goods, improve accuracy; Through the method of passengers, information into high and low level signals, based on the single chip computer as the core components of the master controller to high and low level signal analysis to determine the number of passengers on and off the bus. This paper elaborated on passenger information collection device design, hardware circuit design, software design, and how to use them.This set of passenger flow statistics system can automatic, intelligent automatic acquisition each site of passenger volume hop on and off, it is concluded that the passenger flow, quantity pattern, passenger flow statistics, evaluation, and some effective measures to improve the public transport for the operation and management efficiency and service quality.Key words: the city bus; Infrared sensor; SCM; Passenger flow statistics目 录摘要1英文摘要2第一章 引言.61.1客流量统计系统的意义 .61.2客流量统计系统现状.71.3客流量统计系统的确定.71.4章节安排.7第二章 客流量统计系统概述2.1客流量统计系统要实现的功能.82.2硬件系统的总体构成.82.3硬件系统的方案.92.4硬件系统方案的确定.12第三章 红外传感器部分.133.1热释电红外传感器.133.1.1热释电效应原理.133.1.2内部电路及工作原理.133.1.3热释电红外传感器的主要参数.153.1.4正确的安装要求.153.2光电传感器.163.2.1光电传感器简介.163.2.2红外发射二极管.163.2.3红外接收模块.17第四章 单片机及其他芯片.174.1单片机的选择及应用.174.1.1单片机芯片的发展概况及选择.174.1.2单片机的基本结构.184.1.3 STC89C52RC的引脚说明.194.1.4上电按钮复位电路.214.1.5晶振电路.224.1.6下载端口.224.1.7显示电路.234.2 BISS0001芯片简介.234.2.1 BISS0001性能特点.234.2.2 BISS0001功能引脚图及说明.244.3 555定时器.25第五章 LED显示电路.275.1 LED数码管引脚及符号.275.2 LED数码管使用条件. .29第六章 系统的软件程序设计.296.1系统软件的总体设计刘程.306.2系统程序设计说明.306.3程序的模拟调试.31第七章 调试及安装使用说明.317.1热释电红外传感器模块的调试.317.2反射式红外传感器模块的调试.317.3单片机硬件系统的调试.317.4客流量统计系统的安装使用说明.32第八章 结束语.32谢辞.39参考文献.40附录1 单片机程序.41附录2 探测部分电路图.43附录3 单片机系统电路图 第1章 引言随着我国国民经济的飞速发展，城市建设日新月异，随之而来的交通问题也是日益严峻。影响城市交通的主要因素之一，是城市的公交车辆，公交车辆也是直接反映着城市形象的问题。目前，公交车辆的调度管理还存在一些问题，公交企业在行车计划的制定、线路的调整及规划等方面的决策还缺乏一定数据基础，从而出现了公交车有时空车行驶，有时又挤得密密麻麻，造成交通拥堵的情况，这样就会加大了燃料的消耗及设备损耗，给城市的发展留下了不好的印象，间接地增加了公交企业的运营成本。1.1客流量统计系统的意义公交车客流量统计系统是公交车上能够自动、智能准确地采集每个时段上下车的客流量，并对每个站点的客流量信息进行汇总，得出得出客流方向、数量规律，为公交企业的管理者提供实时、准确的旅客统计数据作为规划、车辆调度、运营管理的依据。从而可以提高公交车的载客率、降低公交车的空驶率、减少燃料的消耗和设备的损坏，进而可以提高公交企业的经营效益，提高公共服务水平，改善城市的交通状况，为市民出行提供便利，提升城市的形象。1.2客流量统计系统现状目前，现有的统计系统采用的方法很多但其大都功能单一，统计任务的准确性较差，所以，乘客流量统计系统在应用中要达到理想目的是有相当大难度的。乘客流量统计系统的国内外现状目前国内统计乘客流量的方式主要有下边四种：机械式，靠乘客踏在机械踏板上来计数，机械踏板为单开关模式，乘客踏在机械踏板上，开关闭合；乘客离开机械踏板时，开关断开，但是由于这种方法只能笼统地统计出通过的乘客数量而不能区分乘客上、下车状态，所以仅能判断乘客是否通过而不能判断乘客的上、下车情况，故采用这种方法采集的数据错误率较高，不能满足公交公司的线路安排及票款管理的需要。依据编码调制的光电感应式，靠人上、下遮挡光线感应传输来计数，该方法虽然采用编码调制方法在信号源处清除干扰，但是无法解决被测对象本身的干扰，自然光、树影都有可能引起误动作，更为严重的是乘客之间的相互干扰，它将引起判断乘客上、下车的逻辑错误，造成记录不准确，故该方法也很难适应我国当前大客流量的现状。在公交车门两侧安装红外线探头，上海遥薇实业有限公司发明的乘客自动计数仪(发明专利申请号为20030314)，就是采用这种方法，经过试验分析，这种方法的缺点也是前后两个人容易相互干扰，造成乘客上、下车判断过程中的逻辑错误，使计数结果不准确，这种方法同样难以适应我国大客流量的现状。城市公交IC卡应用系统，采用IC卡刷卡消费这种方法可以很准确的记录上、下车乘客数量，但是，由于现阶段我国城市发展迅速，流动人口大，无法完全普及IC卡的使用，故采用IC卡也无法满足公交公司的实际要求。在国际上，瑞士、美国、德国等国家采用的是特定编码调制红外技术，其特点是借助反射和对射红外线探测人的信息，再经过信息处理来完成计数功能。由于国外乘客少，并且规定只能前门上车、后门下车，所以无需判断乘客上、下情况，这样就对计数器的要求大大降低，乘客数量的统计数据可以满足公交公司的参考要求，但是，国内的乘车环境、条件、大客流量等都决定了这种方法无法在国内应用。所以，目前国内外均无适合我国大客流量特点的乘客流量统计系统，并且价格也想到昂贵，很难在国内广泛使用。1.3客流量统计系统的确定通过对国内外现状的分析，我们根据现有的知识，设计出一款价格较低，性能稳定的客流量统计系统。系统通过红外传感器将信息转换为高低电平信号输入到主控器，由主控器的核心器件根据高低电平信号来进行数据统计。客流量统计系统设计的重点及难点是主控器的核心器件的程序编程，如何才能实现这一功能。1.4章节安排 本文共有八个章节，其中，第一章主要介绍设计本产品的背景及它在生活中的重要意义；第二章至第七章主要介绍该产品的原理和设计方案，以及一些硬件的功能；第八章是对该产品的一个总结和未来的展望。其详细的章节分布如下：第1章 绪论部分，主要介绍本文设计的背景及国内外现状，确定乘客流量统计系统的设计方法。第2章 系统框架的总体概述及工作原理，通过比较各种元器件功能的优劣，最终确定系统将采用哪一种方案来实现客流量信息采集。第3章 介绍探测部分的硬件构成，包括热释电红外传感器、红外二极管的发射与接收的元器件原理及注意事项。第4章 主要介绍单片机的原理，同时也会介绍人体红外处理芯片、555定时器的功能原理。第5章 介绍LED数码管显示电路的构成。第6章 介绍乘客流量统计系统的软件设计。第7章 介绍该产品的使用及注意事项。第8章 对本文进行总结，并对今后还需要解决问题及系统的扩展应用做进一步展望。第2章 客流量统计系统概述2.1客流量统计系统要实现的功能（1）人数采集统计功能公交车在各个停靠站点上下车的人数都能精确无误地被系统记录。（2）数据存储功能每个公交车停靠站点以及该站点的客流量为一对一记录保存，以便公交公司工作人员分析各站点的客流量，合理的制定相应的运营计划。（3）数据传输功能车载人数统计系统可以将各个公交停靠站点的客流量数据通过有线或者无线方式传输给计算机。2.2硬件系统的总体构成本系统硬件部分主要考虑的功能有：当有人从热释电红外传感器和反射式红外传感器前面走过时，将同时产生两个高电平，产生的高电平经过与非门处理之后输入单片机，计数系统将加1或减1，同时LED指示灯会闪烁一下。当有人从旁边经过或只有物体通过时，该计数器将不会计数。38K脉冲信号有人上下车无人上下车OUT输出反射式红外传感器模块26 us热释电红外传感器模块无人上下车时输出波形热释电红外传感器模块OUT输出无人上下车有人上下车无人上下车有人上下车处理之后的输出波形探测部分输出波形图电源单片机系统电源稳压器热释电红外传感器系统与非门元器件反射式红外传感器系统LED指示灯提示LED数码管显示串口电路车载智能终端硬件系统总体构成框架2.3 硬件系统的方案根据我们要实现的功能，我们拟定了三种可供选择的方案：方案一：热释电红外传感器模块采用LM324对热释电红外传感器输出的信号放大；反射式红外传感器发射模块采用38k晶振和非门元器件进行红外线发射，接收模块采用红外接收二极管和LM358芯片组成接收端。1k1138k晶振10338k脉冲信号发射9013红外发射二极管5k4.7k+5V-5V38k晶振发射电路原理方案二：热释电红外传感器模块采用人体专用红外传感器BISS0001芯片对热释电红外传感器输出的信号进行放大；反射式红外传感器发射模块采用555定时器芯片来发射红外传感器信号，接收模块采用IR3638集成芯片对红外线信号进行接收。BISS0001热释电855047k10347k47uF1M10uF1M10k1031031M100k47k4.7k10k-5V100103104+信号输出1M+5V 热释电传感器电路90131041031k5k+5V5555k4.7k红外发射二极管555红外发射电路 LF0038红外接收电路方案三：热释电红外传感器模块采用人体专用红外传感器BISS0001芯片对热释电红外传感器输出的信号进行放大；反射式红外传感器发射模块的红外信号发射采用单片机STC89C52RC内部包含PWM输出控制; 接收模块采用IR3638集成芯片对红外线信号进行接收。2.4 硬件系统方案的确定综合上述的三套系统放案，它们从理论上来说都可以实现对客流量进行统计，但它们也有各自的缺点。（1）热释电红外传感器模块：芯片BISS0001相对于LM324而言，其抗干扰的能力比较强。（2）反射式红外传感器发射模块：方案一与方案二的反射式红外信号发射模块对电路的影响不大，而方案三采用单片机STC89C52RC内部包含PWM输出控制红外发射二极管发射红外信号很容易实现载波信号的设置，但单片机管脚的输出驱动能力有限，发射的距离不远，并且有可能会影响到单片机的性能。（3）反射式红外传感器接收模块：红外传感器接收模块部分，红外接收二极管和LM358芯片组成的接收端电路设计比较复杂且灵敏度不高，因此不予采用。经过慎重考虑之后，决定采用第二套方案，它的电路设计简单，可靠性高。第3章 电红外传感器部分3.1热释热释电红外传感器热释电红外传感器是一种被动式调制型温度敏感元件，它是通过目标与背景的温差来探测目标，其工作原理是利用热释电效应，即在钛酸钡一类晶体的上、下表面设置电极，在上表面覆以黑色膜，若有红外线间歇地照射，其表面温度将上升T，其晶体内部的原子排列将产生变化，引起自发极化电荷，在上下极之间产生电压U。常用的热释电红外光敏元件的材料有陶瓷氧化物和压电晶体，如:钛酸钡、钽酸锂、硫酸三甘肽及钛铅酸铅等。3.1.1热释电效应原理实质上，热释电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极。在环境温度有T的变化时，由于有热释电效应，在两个电极上会产生电荷Q，即在两电极之间产生一微弱的电压U。由于它输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷Q会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，T=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境有差别，产生T，则有T输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出。所以这种传感器也称为人体运动传感器。由实验证明，传感器不加光学镜（也称菲捏尔透镜）其检测距离小于2米，而加上光学透镜后，其检测距离可增加到10米左右。3.1.2内部电路及其工作原理热释电红外传感器内部由光学滤镜、场效应管、红外感应源（热释电元件）、偏置电阻、EMI电容等元器件组成。光学滤镜的主要作用是只允许波长在10微米左右的红外线（人体发出的红外线波长）通过，而将灯光、太阳光及其他辐射滤掉，以抑制外界的干扰。为了抑制自身温度变化产生的干扰，红外感应源通常由两个串联或者并联的热释电元件组成，这两个热释电元件的电极相反，环境背景辐射对两个热释电元件几乎具有相同的作用，使其产生的热释电相互抵消，输出信号接近为零，一旦有人进入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接受收，由于角度不同，两片热释电元件接收到的热量不同，热释电能量也不同，不能完全抵消，经处理电路处理后输出控制信号。热释电效应同电压效应类似，是指由于温度的变化而引起晶体表面电荷的现象。热释电红外传感器由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在传感器监测范围内温度有T变化时，热释电会在两个电极上产生电荷Q，即在两电极之间产生一微弱的电压U。由于热释电元件输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换成电压形式，该阻抗高达104兆欧，故引入一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷Q会被空气中的离子结合而消失，即当环境温度稳定不变时，T=0，传感器无输出。在自然界，任何高于绝对温度（-273摄氏度）时，物体都会产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此，红外线波长与温度的高低有关。人体或者体积较大的动物都有恒定的体温，一般在37摄氏度左右，所以会发出10微米左右的波长，当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，人体发出10微米左右的红外线通过菲捏尔透镜滤光片增强后聚焦到红外感应源（热释电元件）上，红外感应源在接收到人体红外辐射时就会失去电荷平衡，向外放释电荷，进而产生T并将T向外围电路输出，后继电路经检测处理后就能产生报警信号。若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有信号输出，所以这种传感器适合人体或者动物的活动情况。常用的热释电红外传感器型号主要有:P220、LHI958、LHI954、RE200B、KDS209、LHI878、PD632等。热释电红外传感器通常采用3引脚金属封装，各引脚分别为:电源供应端（内部开关管D极，DRAIN）、信号输出端（内部开关管S极，SOURCE）、接地端（GROUND）3.1.3热释电红外传感器的主要参数:工作电压:常用的热释电红外传感器工作电压范围为315V工作波长:8.014微米源极电压:0.41.1V，R=47千欧输出信号电压:通常大于2.0V检测距离:常用的热释电红外传感器检测距离约为610m水平角度:约为120度工作温度:-1040摄氏度热释电红外传感器的优缺点:优点:本身不发出任何类型的辐射，器件功耗小，隐蔽性好，价格低廉缺点:容易受各种热源、光源干扰 人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头吸收 易受射频辐射的干扰 环境温度与人体温度接近时，探测灵敏度明显下降，不易被探头接收3.1.4正确的安装要求:（1）热释电红外传感器应离地面22.2m，向下倾斜15度（2）热释电红外传感器应远离空调、冰箱、火炉等空气温度变化敏感的区域（3）中间不能隔有玻璃、窗帘等（4）不能直对门窗及有阳光直射的地方，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报热释电红外传感器对人体的敏感程度还与人的运动方向有很大的关系。热释电红外传感器对于径向移动反应最不敏感，而对于横切方向3.2光电传感器3.2.1光电传感器简介光电传感器是通过把光强度的变化转换成为电信号的变化来实现控制。它们分别为发送器、接收器、检测器。发射器对准目标发射光束，发射的光束源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成，红外接收二极管，在接收器前面装有光学元件。光电检测电路能滤出有效信号。槽型光电传感器把一个发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧。发光器能发出红外光或可见光，在无阻的情况下光接收器能够接收到光。当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作，输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽型开关的检测距离因为受到整体结构限制，一般只有几厘米。主要用于测速。对射型光电传感器是把发光器和接收器分离开，就可以使检测距离加大。由一个发光器和一个光接收器组成的光电开关，简称对射式光电开关，它的检测距离可达几米甚至几十米。使用时把发光器和接收器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，光电接收器就动作输出一个开关控制信号。反射式红外传感器把红外发射二极管和接收元器件装入同一个装置内，利用反射原理完成光电控制作用。正常情况下，红外发射二极管发出想红外信号波不会被接收器收到，一旦光路被检测物挡住，收光器便会收到红外二极管发出的信号，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。3.2.2红外发射二极管红外发射二极管LF0038F作为发射模块的红外信号发射器件,其电气参数如下：峰值波长为940nm；正向工作电压VF为1.2V，正向驱动电流IF最大值100mA，一般来说，IF越大，发射距离越远。由于红外接收模块可以接收的载波频率为38kHz，所以红外发射模块需要以38kHz的载波发射信号3.2.3红外接收模块红外接收模块采用LF0038F，其性能参数为：可接收的载波频率典型值是38kHz；当红外发射模块的正向电流为300mA时，LF0038F接收的最大距离为15m；接收角度的典型值为45 。红外接收模块对供电电源的要求比较严格，为防止误输出信号的发生，对其输入电源进行多级抗干扰以及滤波处理。555定时器输出驱动红外发射模块向外发射38kHz的脉冲信号，LF0038F接收到有效信号时OUT端输出低电平信号，当LF0038F接收不到有效信号时OUT端输出高电平信号，期间由低电平到高电平会产生一个上升沿信号。第四章 单片机及其他芯片4.1单片机的选择及应用4.1.1单片机芯片的发展概况及其选择随着电子技术、微电子技术的飞速发展，单片机作为计算机的一个独特的分支，也得到迅速发展。它是在一块芯片上集成了多种功能部件所构成的一台完整的、具有一定功能的单片微型计算机。它打破了典型微型计算机按逻辑功能划分芯片机构的传统概念，以体积小、功能强，性能价格比高等优点被广泛应用于诸多领域，如工业控制系统、智能化仪表、数据采集系统等。单片机技术的开发和应用水平已逐渐成为一个国家工业发展水平的标志之一。目前世界上有很多单片机制造公司，如美国的INTEL、ATMEL、MOTOROLA和ZILOG公司；德国的SIEMENS公司；荷兰的PHILIPS公司等。他们相继推出了各种类型的单片机，其中Intel公司推出的一种高性能8位单片机MCS-51系列单片以其优越的性能，成熟的技术和高性价比迅速占了工业测控和自动化工程领域的主要市场，成为单片机领域中的主流产品。我们采用型号为STC89C52的单片机。因为：STC89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-52指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C52提供了高性价比的解决方案。4.1.2单片机的基本结构STC89C52是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，STC89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。MCS-52单片机内部结构8052单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。数据存储器(RAM)8052内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。程序存储器(ROM)：8052共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。定时/计数器(ROM)：8052有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。并行输入输出(I/O)口：8052共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。全双工串行口：8052内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。中断系统：8052具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。时钟电路：8052内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8052单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-52系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。下图是MCS-52系列单片机的内部结构示意图。 MCS-52系列单片机的内部结构4.1.3STC89C52RC的引脚说明：MCS-52系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程 序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作 输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻 拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存 储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器 的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器 时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时， /EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。4.1.4上电按钮复位电路 本设计采用上电按钮复位电路：首先经过上电复位，当按下按键时，RST直接与VCC相连，为高电平形成复位，同时电解电容被电路放电；按键松开时，VCC对电容充电，充电电流在电阻上，RST依然为高电平，仍然是复位，充电完成后，电容相当于开路，RST为低电平，单片机芯片正常工作。其中电阻R2决定了电容充电的时间，R2越大则充电时间长，复位信号从VCC回落到0V的时间也长。4.1.5晶振电路本设计晶振电路采用11.0592M的晶振。晶振的作用是给单片机正常工作提供稳定的时钟信号。单片机的晶振并不是只能用11.0592M，只要不超过20M就行，在准许的范围内，晶振越大，单片机运行越快，还有用11.0592M的就是好算时间，因为一个机器周期为1/12时钟周期，所以这样用11.0592M的话，一个时钟周期为11us，那么定时器计一次数就是0.9us了，电容范围在20-40pF之间，这里连接的是30pF的电容。机器周期=10*晶振周期=12*系统时钟周期4.1.6下载端口设计用到的STC89C52单片机芯片的ISP下载线是通过单片机的TXD，RXD引脚把程序烧进去的。管脚TXD和RXD用于异步串行通信。其实STC89C52单片机的ISP下载线就是一个max232芯片连接STC和计算机的串行通信口。计算机把程序从九针串口送到max232芯片，电平转换后送进单片机的串行口，也就是TXD和RXD。然后单片机的串行模块把数据送到程序区。4.1.7显示电路 就时钟而言，通常可采用液晶显示或数码管显示。由于一般的段式液晶屏，需要专门的驱动电路，而且液晶显示作为一种被动显示，可视性相对较差；对于具有驱动电路和微处理器接口的液晶显示模块（字符或点阵），一般多采用并行接口，对微处理器的接口要求较高，占用资源多。另外，STC89C52RC本身无专门的液晶驱动接口，因此，本时钟采用数码管显示方式。数码管作为一种主动显示器件，具有亮度高、价格便宜等优点，而且市场上也有专门的时钟显示组合数码管。对于实时时钟而言，显示显然是另一个重要的环节。通常LED显示有两种方式：动态显示和静态显示。静态显示的优点是程序简单、显示亮度有保证、单片机CPU的开销小，节约CPU的工作时间。但占有I/O口线多，每一个LED都要占有一个I/O口，硬件开销大，电路复杂。需要几个LED就必须占有几个并行口，比较适用于LED数量较少的场合。当然当LED数量较多的时候，可以使用单片机的串行口通过移位寄存器的方式加以解决，但程序编写比较麻烦。LED动态显示硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需要占有CPU较多的时间，在单片机没有太多实时测控任务的情况下可以采用。4.2 BISS0001芯片简介BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。4.2.1 BISS0001性能特点：1. CMOS数模混合 2. 具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号预处理 3. 双向鉴幅器可有效抑制干扰4. 内设延迟时间定时器和封锁时间定时器，稳定可靠，调节范围宽 5. 内置参考电源 6. 工作电压范围宽 +3V+5V 7. 采用16脚DIP及SOP封装4.2.2 BISS0001功能引脚图及说明引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发2VOO控制信号输出端。由VS的上跳前沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。3RR1-输出延迟时间Tx的调节端4RC1-输出延迟时间Tx的调节端5RC2-触发封锁时间Ti的调节端6RR2-触发封锁时间Ti的调节端7VSS-工作电源负端8VRFI参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位9VCI触发禁止端。当VcVR时允许触发(VR0.2VDD)10IB-运算放大器偏置电流设置端11VDD-工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端4.3 555定时器 555定时器电路是一种中规模集成定时器，目前应用十分广泛。通常只需外接几个阻容元件,就可以构成各种不同用途的脉冲电路,如多谐振荡器、单稳态触发器以及施密特触发器等。555定时电路有TTL集成定时电路和CMOS集成定时电路,它们的逻辑功能与外引线排列都完全相同。 （1）内部电路及引脚(2)555的工作原理它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5K的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为和。C1和C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放