智能火灾报警监测系统

摘要河北联合大学轻工学院COLLEGE OF LIGHT INDUSTRY, HEBEI POLYTECHNIC UNIVERSITY毕业设计说明书设计题目： 智能火灾报警监测系统学生姓名： 学 号： 专业班级： 学 部：指导教师： 副教授 2012年05月19日摘 要目前，随着国内经济发展的需要，各大中城市都侧重于兴建大型豪华宾馆酒店、办公楼、购物商场等公共场所，在一定程度上，就加大了防火灭火的困难，迫切需要在智能建筑中设计一套火灾自动报警系统。火灾自动报警系统探测火灾隐患，肩负安全防范重任，是智能建筑中建筑设备自动化系统的重要组成部分。我国自1985年以来，单片机的开发和应用取得了一定的进展，尤其进入90年代以后，在自动控制、智能仪表、自动测试、家电、通讯得到了很好的应用，其中用单片机开发的火灾自动报警器就是很好的一例火灾自动报警器最初是以晶体管继电器为分立元件的产品，80年代末，90年代初随着微型计算机的开发应用，出现了以微机为核心的通用火灾报警器。该设计是有单片微机控制的火灾自动探测报警控制器，将烟传感器及温度传感器接入单片微机，经微机运算和逻辑判断，经专用声光报警集成电路来进行火灾报警，异常（烟感，温感其中之一动作）报警，故障报警及引爆控制，消防一体化。由于单片机集成度较高，故该设计具有结构简单，可靠性好，成本低等优点。由于现代建筑事业的快速发展，在现代建筑中要求具有火灾报警以至自动消防系统，基于此目的,采用了AT89C51单片机以及8279芯片等进行设计,大大提高了系统的智能化和反应速度。8279芯片和单片机直接通过BIC8718八位驱动器连接，具有良好的驱动性。键盘和显示器的设计实现了人机互动的环节，该系统还有噪声抑制环节以防以防虚假的火灾信息警报。且本设计可同时用于监测多个区域,其工作原理与本文所介绍内容基本相同。由于本设计所针对的场合的原因,所以对灭火剂的选择有非常严格的要求,即能够在喷放以后迅速接近火源并把其与空气隔绝,达到灭火的目的, 七氟丙烷就是很好的灭火剂。关键字：AT89C51单片机；8279芯片；传感器；火灾报警AbstractAbstractCurrently, with the development needs of the domestic economy, major cities have focused on the construction of large luxury hotels hotels, office buildings, shopping malls and other public places, to some extent, it increased the difficulties in fire fighting, the urgent need for smart design a building fire alarm system. Automatic fire alarm system for detecting fire hazards, safety precautions to shoulder heavy responsibilities, is an intelligent building automation system building an important part. China since 1985, microcontroller development and application has made some progress, especially into the 90s later, in control, smart instrumentation, automatic test, home appliances, communications get good applications, the development of automatic fire with MCU Alarm is a very good example of automatic fire alarm relay for the first transistor is a discrete product, the late 80s, early 90s with the development and application of micro-computers, there have been at the core of the universal computer fire alarm.This design has the fire automatic-detection which the monolithic microcomputer controls to report to the police the controller, turns on the smoke sensor and the temperature sensor the monolithic microcomputer, after microcomputer operation and logical judgement, Reports to the police the integrated circuit after the special-purpose acousto-optics to carry on the fire to report to the police, exceptionally (smoke feeling, the warm feeling one of them movement) reports to the police, the breakdown reports to the police and the ignition control, the fire integration. Because monolithic integrated circuit integration rate higher, therefore this design has the structure simply, reliability good, the cost is low and so on the merit.As a result of the modern architecture enterprise fast development, the request has the fire in the modern architecture to report to the police down to the automatic fire prevention system, based on this goal, has used the AT89C51 monolithic integrated circuit as well as 8,279 chips and so on carries on the design, greatly enhanced the system intellectualization and the reaction rate. SCM 8279 and drive directly connected via BIC8718 8, has a good drive of. Design and Implementation of the keyboard and display part of the human-computer interaction, the system also links to prevent the noise information to prevent false fire alarms.Also this design may simultaneously use in to monitor many regions, its principle of work and this article introduced the content basic is same.Because this design aims at situation reason, therefore has the extremely strict request to the fire-extinguishing choice, namely will be able to spurt later rapidly to approach the fire hazard and it with the air isolation, achieved the fire fighting the goal, seven propyl fluoride will be the very good fire-extinguishing.Keywords: AT89C51 monolithic integrated circuit;8,279chips ;The fire reports III目录河北联合大学学士学位论文摘 要IAbstractII前 言0第1章 系统概述1第2章 系统硬件电路设计32.1系统硬件组成及工作原理32.2传感器42.2.1数字温度传感器42.2.2离子感烟传感器92.3主机电路及键盘显示电路132.3.1AT89C51的结构及特点132.3.2 Intel8279芯片及键盘显示电路272.4 8279与单片机的接口332.5 报警接口电路33第3章 软件部分设计353.1单片微机主程序353.2故障处理子程序353.3火警报警子程序363.4单片机火灾报警控制器程序清单：373.5 AD7416的温度数据采样参考程序清单:40第4章 噪声及其抑制444.1噪声的种类及来源444.2噪声抑制44结 论46谢 辞47参考文献48第 45 页 共 58 页第1章 系统概述前 言随着电子技术的飞速发展，各类分立电子元器件已及其所构成的相关功能单元已逐渐被功能更强大，性能更稳定，使用更方便的集成电路所取代。由集成电路构成的各种自动控制，自动测量，自动显示电路遍及各种电子产品和设备，单片微型计算机简称为单片机，又称为微控制器，是微型计算机的一个重要分支。单片机是上个世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统于同一个硅片的器件。80年代以来，单片机发展迅速，各类新产品不断涌现，出现了许多高性能新型机种，现已成为自动化和各类控制领域的支柱产业之一。本设计为基于单片机的火灾报警系统，用于各类建筑中进行火灾探测和报警。它以Intel公司的MCS-51系列单片机AT89C51为核心，采用烟传感器和温度传感器对异常状况进行多角度监测，通过专用的声光报警系统进行报警，接口电路来进行一系列灾后动作。本设计共分三章：第一章为系统概述，第二章为系统硬件电路设计，第三章为软件部分设计，第四章为噪声种类及其抑制。然后是全篇结论和附录，附录中含有本设计的经济技术分析，英文资料及其汉语翻译。 第1章 系统概述该设计可以具有以下功能及要求： 装置对火灾能自动探测报警和控制。 装设感烟传感器及感温的数字温度传感器，能对室内的烟雾及温度的突变进行报警。 对传感器的布线故障、内部元件的损坏能进行声、光报警。 如果两个传感器中有一个动作表示室内有异常现象(如烟雾浓度过大或室内温差大于设定值)，装置能发出异常报警信号，令值班人员到现场处理。 如烟感、温感同时动作，说明有火灾，装置能发出火灾报警。 火灾报警10s后不解除，则控制启动灭火器灭火器喷气前，还能发出停机、关门等顺序动作信号。故障、异常、火灾报警声音各不相同，有明显的区别。 总的来说系统由五个大的部分组成：前向通道部分，主机电路部分，报警接口电路部分，灭火执行部分和人机对话部分。 该系统的前向通道由两个部分组成。一部分是由离子烟感传感器进行信号采集，通过放大电路进行信号放大，然后进行开关量转换；另一部分则由于本设计基于简化设计方案，节能和使所设计的系统的稳定性更好的原则采取了一种10位低功耗数字温度传感器，而改变了传统的传感器-运放-A/D转换的思路，由传感器与主机直接相连，对于该温度传感器的详细情况将在第二章进行详细介绍。主机电路部分采用AT89C51单片机，将在第二章进行详细介绍。报警接口电路主要完成三种报警声，光显示，除此之外还有控制灭火器的功能。经过单片机处理的信号会根据信号的种类进入接口电路的不同部分，进而由接口电路根据所接收到的信号种类来进行后续动作。灭火执行部分和报警接口电路部分是紧密相关的，也就是说一旦以上程序确定了是发生了火灾，那么由单片机程序进行控制时，经过10秒如果工作人员还没有采取任何动作，则由接口电路触发灭火执行电路进行灭火动作。人机对话部分采用了与AT89C51接口实现方便的Intel8279芯片。8279是专用键盘，显示控制芯片，能对芯片进行自动扫描；识辨键盘上按下键的键号，可充分提高CPU的利用效率。借于此，工作人员可以在发生任何一种情况的时候，及时采取相应的控制措施。在设计的最后将对在单片机设计任务中的干扰问题进行探讨。总之，该系统是根据目前市场对精度，稳定性和结构简化上的要求进行设计的。其中数字温度传感器的采用就很好的体现了这一点。第2章 系统硬件电路设计第2章 系统硬件电路设计在本章中，将对本设计所采用的两种传感器，AT89C51单片机，8155寄存器以及键盘显示电路中所采用的Intel8279芯片逐个进行论述。2.1系统硬件组成及工作原理系统的硬件组成如图2-1。离子感烟传感器开关量转换及放大AT89C518279键盘显示数字温度传感器接口电路灭火控制部分驱动电机单元电机组图2-1 系统组成结构框图系统工作时，各个端口的离子感烟传感器和数字温度传感器同时工作。其中各个离子感烟传感器将采集到的烟雾信号通过开关量转换送往放大电路进行放大输出，进入主机电路，这些就是前面提到的前向通道电路所包含的主要部分。信号经过AT89C51单片机处理后，由单片机根据内部所设定的程序进行信号输出，共有三种信号模式，即火灾（两种传感器同时动作），异常（只有一个传感器动作）和故障。这些信号进入接口电路，由该电路进行报警或者别的动作467。与此同时，单片机把处理过的信号通过人机对话系统显示出来，由工作人员根据不同的情况通过键盘来进行不同的操作。本系统的键盘显示电路采用了Intel8279芯片。8279是专用键盘，显示控制芯片，能对显示自动扫描；能识别键盘上按下键的键号；可充分提高CPU的工作效率；8279与AT89C51接口方便。一旦发生火灾情况，在接口电路中进行了继电器设置，该电路可以通过触发电路使继电器闭合，进而使得驱动电路得以运行，从而达到驱动电动机控制灭火器和关机等一系列动作的目的。2.2传感器燃烧是一种伴随有光、热的化学反应，了解物质燃烧的过程对传感器的选择有很大的帮助。对于普通可燃烧物质的表现形式，首先是产生燃烧气体，然后是烟雾，在氧气供应充分的条件下，才能达到全部燃烧，产生火焰，并散发出大量的热，使环境温度升高。火的发展在多数情况下，总是头两个阶段所占有的时间比较长，这是燃烧的开始阶段。如果要把火灾损失控制在最初限度，保证人身不受伤亡，那么火灾的探测器就应该从此阶段开始进行为宜。因为此阶段尽管产生了大量溶胶和烟雾，充满了建筑物内的空间，但环境温度并不高，尚未蔓延发展。根据火灾探测的方法和原理，目前世界各国生产的火灾传感器器有感烟式、感温式、感光式、可燃气体探测式和复合式等类型。本设计采用的是AD7416数字温度传感器和离子感烟传感器，以下对两个传感器的功能和结构以及在该系统中的作用进行介绍。2.2.1数字温度传感器AD7416是装在一个芯片中的完整的温度监视系统。内部包括一个带隙温度传感器和一个10位A/D转换器，精度可达0.25，它包括一个带隙温度传感器和一个用来监视并将温度的高低数字化的10位AD转换器，精度可达0.25，还有一个门限可编程的用来比较测量温度的比较器。片内寄存器可以用来设定高、低温度门限，并提供一个漏极开路的超温指示器（OTI）输出，当超过设定的门限时OTI输出即有效。 该传感器是LM75的升级替换产品。广泛应用于个人计算机、电子测试设备、办公设备、家用电器、过程控制等场合。其优点就是完全打破传统的设计模式:传感器-运放-A/D转换，从而大大简化了设计方案，提高了电路的可靠性，轻松地实现标度变换过程。根据该设计所在工作环境的要求，可采用AD7416元件进行温度检测。、该传感器的主要特点如下：1. AD7416有一个片内温度传感器可以精确的测量环境温度。它包括一个10位A/D转换器，它以0.25的分辨力将温度数字化。它也包含两个片内寄存器，可以将温度与设定的高、低门限比较；当超温发生时一个超温指示器（OTI）输出报警信号。2. 宽的电源电压范围2.7V至5.5V，低电源电流典型为0.35mA。 3. AD7416有自动掉电特性因而有很好的功耗性能。在较慢的通过率情况下，器件可被编程在低功率 掉电方式下工作，这样可以进一步节省器件的功耗。 4. 节省空间的SO-8和小型SOIC封装。 5. I2C兼容的接口。 、其工作主要参数如下：接口方式：I2C/SM BUS测量范围：-30125超温指示：有省电工作方式：有最大并联数：8工作电压：5V转换时间：400s、其引脚排列如图2-2所示，引脚说明如表2- 1。8SDA1+VDD 7SCL2AD7416A06OTI3A15GND4A2图2-2 引脚图 引脚名称说 明GND电源地VDD正电源电压，2.75.5VSCL串行总线时钟OTI超温掉电输出（漏极开路）SDA数字I/O。双向数据串行总线，漏极开路输出A2A0串行总线地址可编程的低3位表2- 1 引脚说明1）、器件的主要组成器件功能框图如图2-3所示。由带隙温度传感器、10位A/D转换器、温度寄存器、可设点比较器、故障排队计数器等组成。图2-3 AD7416功能框图（1）带隙温度传感器和10位A/D转换器传感器将温度转换成电压，再由A/D转换器转换成10位数字量送温度值寄存器。A/D转换器的一次转换时间约400s。（2）温度值寄存器 温度值寄存器是一个16位只读寄存器，它的高10位D15D6由A/D转换器送来的数字量以补码格式储存，低6位D5D0未用，如表2-2。温度数据格式见表2- 3（小数点在D8、D7之间）。该表中显示了A/D转换器的全部理论范围128至+127。实际应用中，温度的测量范围将取决于器件的正常工作温度范围，表中所列的数据为理论工作范围中的一些典型值。D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D0MSBB8B7B6B5B4B3B2B1LSB未用表2-2 温度值寄存器Tab.2-2 the temperature register温度数字量输出12810 0000 000012510 0000 110010010 0111 00007510 1101 01005011 0011 10002511 1001 11000.2511 1111 1111000 0000 0000+0.2500 0000 0001+100 0001 01000+250 0011 00100+500 0110 01000+750 1001 01100 +1000 1100 10000+1250 1111 10100+1270 1111 11100表2.-3 温度数据格式（3）可设点比较器它对实际测量温度与预先设定的高（TOTI ）和低（THYST ）门限（寄存在图2-3中所示的上、下限寄存器中）进行比较，并在超温指示输出端（OTI）输出一个指示信号。OTI输出端需一个外部上拉电阻，通常为10k。图2-4是一简单的风扇控制器，当温度超过80时它将接通冷却风扇，而在温度降到75时关断风扇。（4）故障排队计数器 为了避免在噪声环境下的误触发，器件提供了一个故障排队计数器。例如，如果故障排队设置为4，则必须连续4次的测量温度大于TOTI（或小于THYST），OTI才输出有效。任何打断了这种持续的读操作将复位故障排队计数器，所以如果有三次读数大于TOTI，接着有一次读数小于TOTI，则故障排队计数器将被复位而不会触发OTI。（5）工作地址 AD7416的地址由A0、A1、A2决定，地址格式为：1001 A2A1A0 R/W。 图2-4 风扇控制器（6）多个数字温度传感器并用由于该设计的报警器在实际应用中多同时应用与多个区域，所以有必要对多个数字温度传感器并用的电路进行描述。图2-5表示了8个AD7416并联的电路。AD7416串行地址的低3位可以由用户设置，允许选择从至共8个不同的地址。下图显示出了有8个AD7416接到一个串行总线的系统，它们的OTI输出可以线与以共同形成一个公共的中断线。这样安排并不表示必须读每个器件以决定哪一个已产生了中断，而如果每个器件需要单独的中断，则OTI 输出可以分别连接到I/O芯片。 图2-5 8个AD7416并联电路 （7）应用实例 图 2-6评估电路 硬件原理图如图2-6。该电路选用了AD7414，AD7416和AD7814，均为AD系列，也可同时采用同一种芯片。本设计将全部采用AD7416。下面对该电路进行说明。（1）各器件的地址不同，而SDA、DOUT引线可直接相连；AD7414、AD7416的OTI输出线与（低电平有效），现作超限报警指示。（2）因温度的惯性系数较大，可采用简便有效的移动平均法、中值法、低通滤波法等进行软件滤波。在实际应用中，可边采样，边计算其平均值，以其平均值作为温度采样值。采样次数为816次即可。（3）本系统采用LCM103液晶模块作温度显示，X25045作上电复位及看门狗用。（4）其中AD7416的温度数据采样参考程序将在文末附录的程序清单里列出。 2.2.2离子感烟传感器 感烟传感器采用离子感烟传感器。感烟探测器可探测70%以上的火灾，而离子感烟探测器又是目前较为广泛的感烟探测器。今天，此探测器仍占目前已安装探测器总数的90%以上。一般离子感烟探测器的电离室均设计成单极性的，因为当发生火灾时烟雾进入电离室后，单极性电离室要比双极性电离室的电离电流变化大，也就是说可以得到较大的电压变化f，从而可以提高离子感烟探测器的灵敏度.在实际的离子感烟探测器的设计中，是将两个单极性电离室串联起来，一个作为检查电离室(也叫外电离室)，结构上做成烟雾容易进入的型式:另一个作为补偿电离室(也叫内电离室)，做成烟粒子很难进入，而空气又能缓慢进入的结构型式。电离室采用这种串联的方式，主要是为了减少环境温度、湿度、气压等自然条件的变化对电离电流的影响，提高离子感烟探测器的环境适应能力和稳定性。图2-7（a）为电离电流形成原理图，（b）为离子感烟传感器原理图，图2-7（c）为工作电压波形图。它由检查电离室1，补偿电离室2，信号放大回路3，开关转换回路4，以及火灾模拟检查回路5，故障自动监测回路6等组成。该传感器是利用烟雾粒子改变电离室电离电流的原理制成的。两个极板分别接在电源的正负极上，在电极之间放有a粒子放射源，它持续不断的放射出a粒子，a粒子以高速运动撞击极板间的空气分子，使空气分子电离为正离子和负离子(电子)，这样电极之间原来不导电的空气具有了导电性，实现这个过程的装置称为电离室。在电场作用下，正负离子有规则的运动形成离子电流。离子感烟探测器是利用两片放射性物质241镅(AM)为源，构成两个电离室(检检查电离室和补偿电离室)及场效应晶体管(EFT)等电子元器件组成的电子线路，把物质初期燃烧所产生的烟雾信号转换成直流电压信号，通过导线传输给报警器，发出声光报警信号。当无烟时补偿室和检查室两端电压几乎相等，当有烟进入检查室时，部分正离子和负离子被吸附到燃烧生成物和烟雾颗粒上（燃烧生成物与烟雾颗粒比离子大1000倍左右），故其在电场中的移动速度就会比原来的速度慢，而且在移动过程中正负离子中和的机会也将增多，也就是离子电流会相应地减小使电离电荷迁移速度降低，电离电流减少。在另一方面，由于内补偿室是密封的，无烟雾粒子进入，离子电流是恒定的。由于离子感烟传感器中的监察室和补偿室是采用串联连接方式，检查室的等效电阻是变化的（随烟雾而变），可等效为一只可调电阻RP，补偿室室等效，电阻R是不变的检测室的。当有燃烧有烟雾时，检查室和补偿室之间产生电位差P1Am241IEP2主探测区电离区域（a）电离电流原理图信号放大回路3火灾模型检查电路5开关转换电路4故障自动检查电路612D地线C信号线B检查线A电源线探测（a）离子感烟传感器原理图检查检查线a）信号线（正常）b）信号线（故障）c）信号线（异常）d） （b）工作电压波形图图2-7离子感烟传感器原理及波形 因而引起电离室分压比的变化，在信号放大回路输入端产生电压V，此电压增加到一定值时，开关转换电路即动作，发出报警信号并使确认灯亮。为了防止传感器至控制器间发生电路断线，接触不良，传感器丢失等问题发生，设有故障自动监测回路。当发生上述情况之一时，故障监测电路动作并发出报警信号，为防止探测器内部元件损坏而引起失误。传感器设有火灾模拟检查回路，定期通以电平，在信号端应有信号发生，否则应报传感器故障。由图2-7（c）工作电压波形图知道在传感器检查线上加以矩形电压波形，如传感器正常则信号线上电平与检查线波形相同如图2-7（c）。如传感器内部器件有损坏，或有断线发生则不管检查线上电压如何变化，信号线皆无电压，此即为故障状态。而当检查线无。电平输入时，信号线扔有输出则表面烟感已经动作，即室内处于异常状态。 图2-8 离子烟感传感器电路原理Fig.2-8 the circuit theory of ion smoke transducer离子烟感传感器电路原理图如图2-8所示，当火灾发生时，检测电离室两端电压增加，当达到一定值时，场效应管导通，由其漏极（D）耦合到三极管BG1进行放大输出。当烟雾达到一定浓度，BG1的输出电压达到某一值时，通过起门限作用的稳压二极管DW触发BG3导通，从而使报警器送来的+24V电源经过BG3与报警部位信号指示灯构成导通回路而达到报警的目的。因而确认灯在BG3的集电极上与BG3串联，所以，当BG3导通时，确认灯L点亮，证明探测器已经工作。由BG1，BG2两只三极管组成正反锁电路。当BG1基极从场效应管漏极取得高电位以后，开始导通，此时BG2的基极电位被拉下，变成低电位从此BG2导通，向BG1基极注入一个大电流，因此，即便场效应管截止，BG1照常能导通，从而使烟探测器有记忆功能。稳压管Dw是接在BG3基极回路中起门限作用，以防烟雾值不到需要值而发生报警。C2是接在BG1基极回路中的一个延时电容。它可以防止瞬间即过的烟尘使传感器动作，对于持续不断的而又达到一定浓度的烟雾能即时报警。二极管D4是为C2通过R4放电而设置的。BG4的基极接在电源线上，集电极接在检查线上，射极接在信号线上，是一个有源三端三极管。当与报警器接成回路时，BG4是导通的，当传感器接触不良，传感器被取走或是发生断线故障，则BG4不能为传感器提供报警信号，从而发出故障报警信号，实现了故障自动监测的作用。为了及时了解探测器元件是否损坏，则在二极管D2与电阻R2之间通过D3二极管增加了一根检查线，它可以由报警器加入检查周期电压，启动场效应管工作一样，如传感器元件是好的则信号线上有信号输出，否则，无信号输出，说明有故障即故障报警，这就是火灾模拟检查电路。综上所述，离子感烟探测器在正常运行中对烟雾的识别能力较强，稳定性较好。工作寿命长，对人体无害，绝对安全。故在本设计中采用单源双室的离子感烟探测器。2.3主机电路及键盘显示电路单片机是指一个集成在芯片上的完整计算机系统。尽管大部分功能集成在一块小芯片上，但他具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线目前大部分还会具有外存。本设计采用了AT89C51型单片机作为系统主机。AT89C51的P1口与第五节中的接口电路连接。P1.0，P1.1位与烟感，温感信号线相接，微机可通过P1.0，P1.1位采集烟感和温感信号，P1.2位为故障位，各指示灯控制信号以实现在故障报警时故障位置（是温感？还是烟感？）的指示。P1.3位为检查信号，由微机不断的发送一矩形波电平，构成检查和探测两个周期，P1.4位为电源控制线。P1.5，P1.6，P1.7位分别为故障、异常、火灾报警控制线。键盘显示电路部分采用了Intel8279芯片。2.3.1AT89C51的结构及特点AT89C51以微处理器为核心，带4K字节闪烁可编程可擦出只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。通过总线将各种外围设备连接在一起，各个部件间的数据和信息都通过总线传送，这样使其扩展容易，而且AT89C51抗干扰能力强，指令丰富，编程容易。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和256 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，与标准MCS-51指令系统产品兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。1）、主要性能参数:与MCS51产品指令和引脚完全兼容4k字节可重擦写Flash闪速存储器1000次擦写周期全静态操作：0Hz-24MHz三级加密程序存储器128*8字节内部RAM32个可编程I/O口线2个16位定时/计数器6个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式2）、功能特性概述:AT89C51提供以下标准功能：4k字节可重擦写Flash闪速存储器，128*8字节内部RAM，32个可编程I/O口线，2个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作方式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7VCCP0.0P0.2P0.1P0.4P0.3P0.5P0.7P0.6一一EAALE一一PSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0XTAL2XTAL1GND图2-9 引脚图3）、AT89C51方框图:P2.0P2.7P0.0P0.7VccP3.0P3.7 ALUP1.0P1.7 图2-10 方框图4）、引脚功能说明:Vcc：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出个电流（Iil）。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出个电流（Iil）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令），P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。Flash编程和程序校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”是，它们被内部上拉电阻拉到高并可作为输入端口。此时，被外部拉底的P3口将用上拉电阻输出电流（Iil）。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：表2-4 P3口第二功能表端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外中断0）P3.3INT1（外中断1）P3.4T0（定时/计数器0）P3.5T1（定时/计数器1）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）此外，P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器是将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN:程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡器和陶瓷振荡器均为可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号脉冲无任何要求，但必须保证脉冲高低电平要求的宽度。芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写成“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作被执行。 此外，AT89C51没有稳态逻辑，可以在低零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。5）时钟振荡器：AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图2-11。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1，C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1，C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低，振荡器工作的稳定性，起振的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30pF 10pF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40pF 10pF。 内部振荡电路 图2-11 外部振荡电路用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图2-11右图所示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。6）、空闲节电模式：在空闲工作模式状态，CPU自身处于睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。此时，同时将片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容冻结。空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。由硬件复位终止空闲状态只需两个机器周期有效复位信号，在此状态下，片内硬件禁止访问内部RAM，但可以访问端口引脚，当用复位终止空闲状态方式时，为避免可能对端口产生意外写入，激活空闲模式的那条指令后一条指令不应是一条对端口或外部存储器的写入指令。7）、掉电模式：在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内RAM和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器，但不改变RAM中的内容，在Vcc恢复到正常工作电平前，复位应无效，且必须保持一定时间使振荡器重新启动并稳定工作。空闲和掉电模式下，各端口引脚状态如表2-5所示。表2-5 空闲和掉电模式外部引脚状态模式程序存储器ALEPSENP0P1P2P3空闲模式内部11数据数据数据数据空闲模式外部11浮空数据地址数据掉电模式内部00数据数据数据数据掉电模式外部00浮空数据数据数据8）、程序存储器的加密：AT89C51有3个程序加密位，可对芯片上的3个加密位LB1，LB2，LB3进行编程（P）或不编程（U）来得到如表2-6所示功能： 表2-6 加密位保护功能表 程序加密位 保护类型LB1LB2LB31UUU无程序保护功能2PUU禁止从内部存储器取