烟感火灾报警系统的设计与仿真

1、设计论文毕业 任务书一、题目烟感火灾报警系统的设计与仿真二、指导思想和目的要求1.学习使用proteus单片机系统设计仿真软件2.学习并掌握用keil进行单片机编程3.学习并掌握单片机汇编语言三、主要技术指标1.设计实现烟浓度信息的采集2.设计烟浓度信号的放大和模数转换电路，并实现电路的仿真3.实现对烟浓度信号的判断并输出报警信息四、进度和要求1. 13周查找并学习相关资料，学习并掌握proteus软件的使用。2. 47周学习并掌握keil软件使用。3. 812周完成烟感火灾报警系统软硬件设计并做出必要的仿真4. 1516周撰写论文5. 17周修改论文并最终定稿6. 18周答辩前的准备工作。五

2、、主要参考文献1. 林志琦，基于proteus的单片机可视化软硬件仿真，北京航空航天大学出版社. 2006.92. 李学海，pic 单片机实用教程，北京航空航天大学出版社 2007.23. 赵英然，智能建筑火灾自动报警系统设计与实施，知识产权出版社 2005.1 4. 罗晓梅等，消防电气技术，中国电力出版社 2006.15. 徐爱钧，8051单片机实践教程:asm51汇编语言与c51高级语言应用，电子工业出版社 2005.36. (美) 赛尔吉欧佛朗哥，基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计(第3版)，西安交通大学出版社 2004.87. 邬宽明，单片机外围器件实用手册.数据传输接口器件分册，

3、北京航空航天大学出版社 2005.8学生_ 指导教师_ 系主任 _ 本科毕业设计论文目 录一、题目2烟感火灾报警系统的设计与仿真2二、指导思想和目的要求2三、主要技术指标2四、进度和要求2摘 要2abstract3前 言4第1章 绪 论5第2章 mcs-51(89c51)单片机简介72.1概述72.2 mcs-51系列（89c51）单片机的基本特点82.2.1 mcs-51(89c51)单片机管脚及片外总线结构82.2.2 mcs-51（89c51）单片机的内部结构102.3 mcs-51(89c51)的指令系统132.3.1指令概述132.3.2寻址方式142.3.3指令内容152.4 mc

4、s-51(89c51)单片机串行接口162.4.1串行通信的基本概念172.4.2串行口的结构172.4.3串行口的工作方式182.4.4串行口的应用19第4章 proteus软件简介194.1 进入 proteus isis204.2 工作界面204.3 基本操作214.3.1图形编辑窗口214.3.2预览窗口（the overview window）234.3.4对象选择器窗口234.3.5图形编辑的基本操作23第5章 系统硬件电路设计285.1烟浓度采集及信号放大电路设计285.1.1 烟浓度采集电路295.1.2 信号放大电路305.1.3 模数转换电路315.2报警显示及消防联动控制

5、电路315.3 器件简介325.3.1 pic16f877325.3.1.2核心区域包含的部件及其功能325.3.1.2 pic16f877外围模块区域345.3.2锁存器74ls37335第6章 系统软件设计376.1 pic 16f877 模数转换程序376.1.1程序流程图376.1.2程序清单376.2控制端程序386.2.1程序流程图386.2.2主程序396.2.2 比较子程序406.2.1 报警状态显示子程序41结 束 语43致 谢44参 考 文 献45毕业设计小结46摘 要论文以89c51单片机为核心，设计了一个火灾烟感报警系统。在该系统中，由传感器采集周围环境中的烟浓度信息，

6、将烟浓度信息转化为电信号，然后对此信号进行放大和模数转换处理，然后将生成的数字信号送往基于单片机的控制中心，经单片机对烟浓度信号的分析判断，输出相应的报警信息。系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。硬件设计包括烟浓度采集电路、信号放大电路、模数转换电路、8051单片机控制端和液晶显示电路。烟浓度采集电路采用散射光原理，主要由发光二极管和光敏晶体管组成；信号放大电路采用三运放测量放大器；模数转换电路选用内置adc模块的pic16f877单片机；控制端使用8051单片机。软件设计包括pic单片机的模数转换程序和8051单片机的控制程序两大部分，采用汇编语言设计完成。系统的设计和仿真基于proteu

7、s单片机电路设计和仿真平台，完成了整个系统电路的设计及除烟浓度采集部分以外的所有电路及程序的仿真。经验证，本系统能实现消防报警系统的基本功能。若在本系统的基础上增加控制端与探测器及消防联动设备的通信电路，即可投入使用。相对于现有火灾消防报警系统，本系统具有低成本、易于安装等特点，具有很好的实用性。关键词： 单片机 放大电路 模数转换abstract前 言随着高科技的不断发展，智能建筑的兴起，火灾自动报警系统已和人们日常生活密不可分。目前广泛使用的火灾自动报警系统由感烟探测器、感温探测器、感光探测器、手动报警按钮、各种中继器、模块、智能火灾报警控制器及各级消防联动设备组成，各探测器和控制器之间采

8、用二总线通信。上述系统组件具有智能化程度高、集成度高、灵敏度高、易于采购的特点，在一定程度上简化了系统的设计。但这种组件价格昂贵，不适用于小规模经济型建筑。本设计在实现火灾消防报警系统基本功能的前提下，最大程度简化设计，降低成本。本系统设计以单片机为核心，对探测器所采集的环境烟浓度信息进行处理和判断，并输出报警信息。系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。硬件设计包括烟浓度采集电路、信号放大电路、模数转换电路、8051单片机控制端和液晶显示电路。烟浓度采集电路采用散射光原理，主要由发光二极管和光敏晶体管组成；信号放大电路采用三运放测量放大器；模数转换电路选用内置adc模块的pic16f877单片

9、机；控制端使用8051单片机。软件设计包括pic单片机的模数转换程序和8051单片机的控制程序两大部分，采用汇编语言设计完成。系统的设计和仿真基于proteus单片机电路设计和仿真平台，完成了整个系统电路的设计及除烟浓度采集部分以外的所有电路及程序的仿真。经验证，本系统能实现消防报警系统的基本功能。若在本系统的基础上增加控制端与探测器及消防联动设备的通信电路，即可投入使用。相对于现有火灾消防报警系统，本系统具有低成本、易于安装等特点，具有很好的实用性。第1章 绪 论随着信息社会的发展，建筑越来越成为人类环境的一个组成部分。智能建筑正在世界范围内蓬勃发展，并在大量的建筑实践中取得显著的成效。在智

10、能建筑的构建过程中，消防系统的重要性毋庸置疑。智能化建筑中的火灾自动报警系统是整个消防系统的一部分，具体的说，是消防系统的电气控制部分和系统集成中心。智能化建筑中的火灾自动报警系统设计、施工归属建筑电气设计的范畴，是在建筑专业的总体规划下，建筑结构、建筑设备、建筑 电气等专业相互密切配合、紧密关联所组成的智能化建筑的消防安全监控系统。智能化建筑电气设计的重点是消防和管理两个方面。消防主要是指建筑物火灾的早期预备及发生火灾后的扑救及疏散问题；管理主要指空调、电梯、供水、供电等机电设备的自动化运行、管理及其节能控制问题。这两个方面的问题对于多功能建筑来说是必须注意的问题，但对于智能化建筑来说，由于

11、其自身起火因素多、火势蔓延快、火灾扑救和人员物资疏散问题困难等特点，决定了消防安全问题比管理自动化问题更为重要。基于这一基本思想，智能化建筑电气设计必须包含火灾自动报警系统设计内容并构成消防安全集成中心，同时其配电和照明系统、机电设备控制系统、节能控制系统等也必须符合消防安全要求。“火灾自动报警系统”实际上是“火灾探测报警和消防设备联动控制系统”的简称，它是依据主动防火对策，以被监测的各类建筑物、油库为警戒对象，通过自动化手段实现早期火灾探测、火灾自动报警和消防设备连锁联动控制。所以，火灾自动报警系统主要包括火灾探测和自动报警系统、自动灭火控制系统和消防疏导指示系统等。在火灾报警系统中，火灾探

12、测器长年累月的监测被警戒的现场或对象，当监测场所或对象发生火灾时，火灾探测器检测到火灾产生的烟雾、高温、火灾特有的气体等信号并转换成电信号，经过与正常状态阈值或参数模型分析比较，给出火灾报警信号，通过火灾报警控制器上的声光报警显示装置显示出来，通知消防人员发生了火灾。同时，火灾自动报警系统通过火灾报警控制器启动报警装置，告诫现场人员投入灭火操作或从火灾现场疏散；启动断电控制装置，防排烟设备、防火门、防火卷帘、消防电梯、火灾应急照明、消防电话（投入指挥调度通讯以及分机和主机的直接通话）等减灾装置，防止火灾蔓延、控制火势和求助消防部门支援；启动消火栓、水喷淋、水幕及气体灭火系统及装置，及时扑灭火灾

13、，减少火灾损失。一旦火灾被扑灭，整个火灾自动报警系统有回到正常监控状态。显然，要使火灾自动报警系统充分发挥作用，对火灾实现拟人化的监测和分析判断，要求火灾自动报警系统将微电子技术、微机控制技术、只能数据处理技术等技术融入系统主机火灾报警控制器，使之结构紧凑、功能完善、使用灵活方便。必须指出，在火灾自动报警系统中其主导作用的是人，要求借助系统并尽可能通过值班人员的大脑思维判断，做出发生火灾的结论并启动相应连锁联动装置。控制火势，扑救火灾。所以，这里可以绘出火灾自动报警系统的组成结构及功能关系如图1-1所示。火灾发生人发现火灾烟感探测器感温探测器手动操作装置对讲机手动/自动切换启动电路延迟电路灭火

14、装置灭火报警音响器保护区门上指示灯总火灾灯总故障灯火灾、故障报警灯火灾探测器动作部位显示灯灭火部位显示灯起动动作指示灯灭火报警音响器灭火剂放出指示灯判断电路辅助设备图1.1 火灾报警系统的组成结构及功能关系本系统以89c51单片机为核心，设计了一个火灾烟感报警系统。在该系统中，由传感器采集周围环境中的烟浓度信息，将烟浓度信息转化为电信号，然后对此信号进行放大和模数转换处理，然后将生成的数字信号送往基于单片机的控制中心，经单片机对烟浓度信号的分析判断，输出相应的报警信息。系统设计力求简化，节约成本，实现了消防报警系统的基本功能。设计的主要依据是8051 单片机系统开发原理和proteus单片机仿

15、真平台的使用。下面对这两部分进行了简单的介绍。1.1 mcs-51(89c51)单片机简介1.1.1概述随着计算机硬件技术的发展，计算机芯片技术水平的不断提高，我们构成计算机应用系统的随意性不断加大。目前8位16位32位单片机已及具备各种优异性能，特殊类型的单片机，在计算机外部设备，通讯，智能仪表，过程控制等方面得到广泛应用。单片计算机是把微计算机主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微计算机，故可把单片机看成是一个不带外设的微计算机，它具有以下特点：1. 受集成限制，片内存储器容量较小，一般rom小于4/8k字节，ram小于256字节；但可以外部扩展，通常rom，ram分别可以扩展至64k字节。

16、2. 可靠性好。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，其抗工业噪声干扰优于一般的通用cpu；程序指令及常数，表格固化在rom中不易破坏；许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。3. 易扩展。片内计算机正常运行所必须的部件。芯片外部有许多供扩展用三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。4. 控制功能强。为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中均有丰富的条件分支转移指令、i/o口的逻辑操作以及位处理功能。一般来说，单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微处理器。5. 一般单片机内无监控程序和系统通用管理软件，只放置有用户调试好的应用程序。1.1.2 mcs-

17、51系列（89c51）单片机的基本特点mcs-51系列单片机属高档8位单片机，是intel公司在1980年以后推出的新产品，就其指令和运行速度而言，也超过了8085的cpu和z80的cpu，成为当前工业测控系统中理想的机种。1.1.2.1 mcs-51(89c51)单片机管脚及片外总线结构1. 管脚功能图示mcs51单片机为40管脚芯片，如图2-1所示。按其引脚功能可分为三部分：l i/o口线：p0口、p1口、p2口、p2口共四个8位口；l 控制口线（片外取指控制）、ale（地址锁存控制）、(片外存储器选择)，rest(复位控制)；l 电源及时钟：vcc、vss；xtal1、xtal2。按其应

18、用特性也可分为三部分：l i/o口线不能都作为用户i/o口线；l i/o口的驱动能力。p0口可驱动8个ttl门电路，p1、p2、p3则只能驱动4个ttl门电路；l p3口是双功能口，用于用户i/o和控制总线cb。图1.2 mcs-51（89c51）管脚功能图2. 三总线结构单片机的管脚除了电源、复位、时钟接入、用户i/o口外，其余管脚都是为实现系统扩展而设置的。这些管脚构成了暗显形式，即：l 地址总线（ab）。地址总线宽度为16位，因此，其外部存储器直接寻址范围为64k字节。16位地址总线由p0口经地址锁存器提供低8位地址（a0-a15）；l 数据总线（db）。数据总线宽度为8位，由p0口提供

19、；l 控制总线（cb）。由p3口的第2功能状态和4根独立控制线reset、ea、ale和psen组成。3. 端口功能p0口（p01-p07）：双向8位三态i/o口，此口为地址总线低8位及数据总线分时复用口，可带8个ls ttl负载；p1口（p11-p17）：8位准双向i/o口(作为输入时，口锁存器置1)，可带4个ls ttl负载；p2口（p21-p27）：8位准双向i/o口，与地址总线高8位复用，可带4个ls ttl负载，89c51只作地址总线使用；p3口（p31-p37）： 8位准双向i/o口，为双功能复用口，可带4个ls ttl负载。微处理器cpu控 制器件b数据存储器ramp0.0p2.

20、0p1.0p3.0串行口定时/计数器中断系统特殊功能寄存器sfr程序存储器xalt1xalt2pseneaalereset图1.3 mcs-51(89c51)单片机内部总体结构1.1.2.2 mcs-51（89c51）单片机的内部结构按功能划分，mcs-51（89c51）单片机内部总体结构由8个部分组成，如图2-2所示，即微处理器(cpu)、数据存储器(ram)、程序存储器（rom/eprom）、特殊功能寄存器（sfr）、i/o口（p1口、p2口、p3口）、串行口、定时器/计数器及中断系统，它们是通过片内一总线连接起来的。1. 微处理器（cpu）微处理器是内部核心部件，它决定了单片机的主要功能

21、特性。微处理器由运算器和控制器件等部件构成。l 运算器模块包括算术逻辑运算部件alu，位处理器，累加器 acc，寄存器b，暂存器，以及程序状态字寄存器等。该模块的功能是实现数据的算术逻辑运算，位变量处理和数据传送操作；l 定时控制逻辑模块是产生操作时序的，它是单片机的心脏，由时钟电路和复位电路完成。2. mcs-51(89c51)单片机存储器mcs-51(89c51)的存储器可划分为五类：程序存储器：一个微机系统之所以能按照一定的次序进行工作，主要是能不存在着程序，程序实际是一串二进制码，该二进制码存放在程序存储器中，89c51无内部rom，所以只能扩eprom，用来存放程序；内部数据存储器：

22、mcs-51(89c51)单片机内部有128个字节的随机存取存储器ram，作为用户的数据寄存器，它能满足大多数控制型应用场合的需要，作为处理问题的数据缓冲器；特殊功能寄存器（sfr-special function register）：特殊功能寄存器反映了mcs-51(89c51)的状态，实际上是mcs-51(89c51)的状态字和控制字寄存器。sfr综合的，实时的反映整个单片机基本系统内部的工作状态即工作方式；位地址空间：mcs-51(89c51)的一个很大的优点在于它具有一个功能很强的布尔处理机。在mcs-51(89c51)指令系统中，存在着位处理指令子集，使用这些指令，所处理的数据仅为一

23、位二进制数。在mcs-51(89c51)单片机内共有211个可寻址位，他们存在于内部ram(128个)和特殊功能寄存器区（83个）中；外部数据存储器：mcs-51(89c51)应用系统往往是一个扩展系统。当片内ram不够用时，可在外部扩充数据存储器。mcs-51(89c51)给用户提供了可达64k字节的外部扩展能力。3. mcs-51(89c51)的i/o端口mcs-51(89c51)单片机有四个双向的8位并行i/o口p1-p3，每个口都有一个8位的锁存器，复位后它们的初态全为offh。p0口是三态双向口，称为数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写数据操作。p0口还用于输出外部

24、存储器的低8位地址。由于是分时使用，先输出外部存储器的低8位地址，故应在外部加锁存器将此地址数据锁存，地址锁存信号用ale。然后，p0口才作为数据口使用。p1口是专供用户使用的i/o口，是准双向口。所谓准双向口，是指该口用作输入时，口锁存器必须为1，即必须将1写入锁存器。p2口也是准双向口。它是供系统扩展外部存储器时输出高8位地址。如果系统没有扩展外部数据存储器和程序存储器时，p2口也将作为用户i/o口使用。p3口是双功能口，也是准双向口。该口的每一位可以独立地定义为第一i/o口功能和第二i/o口功能。作为第一功能使用时，口的结构与操作与p1口相同。图2-3为各i/o口构成的三总线形式，即地址

25、总线(ab)，数据总线(db)，控制总线(cb)。图中锁存器为外扩部件，常用74ls373,74ls573或intel 8212。表1.1 p3口的第二功能定义端 口 引 脚第 二 功 能p3.0rxd （串行输入口）p3.1txd （串行输出口）p3.2int0（外部中断0）p3.3int1（外部中断1）p3.4t0 （定时器0外部中断）p3.5t1 （定时器0外部中断）p3.6wr （外部数据存储写选通）p3.7rd （外部数据存储读选通）p2口alep0口psenwrrd8051地址锁存器控制总线（cb）数据总线（db）a0a7地址总线（ab）a8a15图1.4 mcs-51（89c51

26、）总线结构形式图1.1.3 mcs-51(89c51)的指令系统1.1.3.1指令概述顾名思义，指令为指挥计算机执行某种操作的命令。一条指令可用两种语言形式表示，即机器语言指令或汇编语言指令。机器语言指令用二进制代码表示，称为指令码，也称为机器码，计算机能直接识别并加以分析和执行。汇编语言指令用助记符表示，称为汇编语言指令，它便于程序员编写，阅读和识别程序，但不能直接被计算机识别和理解，必须汇编成机器语言指令才能被计算机所认识，并执行。mcs-51(89c51)指令系统由49条单字节指令、45条双字节指令和17条三字节指令组成。在111条指令中，64条指令执行周期为12个振荡器周期，45条为2

27、4个振荡器周期，只有乘、除法指令需要8个振荡器周期。用汇编语言表示的格式为：标号：操作码助记符 操作数目的操作数，源操作数；注释l 标号是该指令的符号地址，可根据需要设置。某个指令一旦赋予某个标号，在其他语句的操作数中就可引用该标号，以便控制程序的转移和寻址。标号与操作码之间用冒号“：”分隔开；l 操作码和操作数是指令的核心部分，在这两者之间用若干空格隔开。操作码在汇编 语言中用助记符表示，它的作用是命令cpu做任何操作。操作数有目的操作数和源操作数，两者之间由逗号“，”隔开。在有些指令中可无操作数；l 注释是对该指令的解释，可有可无。它的主要作用是便于阅读，属非处理部分，注释之前用分号“；”

28、隔开。用机器语言表示的指令格式以8位二进制数（字节）为基础，有单字节，双字节，三字节指令，其格式如图1.5所示：操作码操作码操作码数据或寻址方式数据或寻址方式数据或寻址方式7 07 07 07 07 07 0单字节：双字节：三字节：图1.5 指令格式1.1.3.2寻址方式1. 寄存器寻址方式寄存器寻址方式是对由指令选定的工作寄存器（r0r7）进行读/写，由指令操作码字节的最低3位指明的所寻址的工作寄存器。对累加器a,寄存器b，数据指针dptr，位处理累加器cy等，也可当作寄存器方式寻址。2. 直接寻址方式直接寻址方式是指令直接给出操作数地址；直接寻址方式可访问三种地址空间；特殊功寄存器地址空间

29、，这是唯一能寻址特殊功能寄存器的寻址方式；内部数据存储器ram地址空间；特定的位地址空间。3. 寄存器间接寻址方式寄存器间接寻址时将制定的寄存器内容作为地址，由该地址指定的单元内容作为操作数。mcs-51(89c51)规定r0和r1位间接寻址寄存器，它可寻址的内部ram低位地址的128字节单元内容。还可采用数据指针（dptr）作为间接寻址寄存器，寻址外部数据存储器结构64k字节空间，但不能用本寻址方法寻址特殊功寄存器。4. 立即寻址方式立即寻址方式是由指令直接给出操作数来寻址的。通常紧跟指令操作码后的一个或两个字节数，就是寻址所需的操作数。5. 变址间接寻址方式基址寄存器加变址寄存器间接寻址方

30、式，是mcs-51(89c51)指令即所独有的，它是以程序计数器pc或数据指针dptr作为基址寄存器，以累加器a作为变址寄存器，这两者内容之和位有效地址。6. 相对寻址方式它以pc的当前值为基准，加上指令中给出的相对偏移量（rel）形成有效地址。7. 位寻址方式mcs-51(89c51)设有独立的位处理器。进行位处理时，可对内部ram和特殊功能寄存器的某些位寻址单元进行寻址。1.1.3.3指令内容按指令的功能分为5大类。l 数据传输类（29条）l 算术运算类（24条）l 逻辑运算类（24条）l 控制转移类（17条）l 布尔处理类（17条）下面将一些指令符号的意义做简单的介绍：rn当前选中的寄存

31、器区的8个功能寄存器r0r7ri当前选中的寄存器区中的可作地址寄存器的两个寄存器r0，r1direct8位的内部数据存储器单元和特殊功能寄存器的地址#data包含在指令中的8位常数#data16包含在指令中的16位常数rel8位带符号的偏移量。用于sjmp和所有的条件转移指令中dptr数据指针，可用作16位的地址寄存器bit内部ram或特殊功能寄存器中的直接寻址位c进位标志或进位位，或布尔处理机中的累加器间接寄存器或基址寄存器的前缀，r1,a+dptr(x)x中的内容(x)由x寻址的单元中的内容mov a, rn ； 寄存器内容传送到累加器mov rn，a； 累加器内容传送寄存器mov a,

32、direct； 直接寻址字节传送到累加器mov dptr，#data； 16位常数装入数据指针mov direct，#data； 立即数送到直接寻址字节 mov direct，a； 累加器内容传送到直接地址movc a，a+dptr； 代码字节传送到累加器mov a，#data； 立即数传送到累加器mov a，dptr； 外部ram（16位地址）传送到apush direct； 直接地址压入栈顶pop direct； 栈顶弹到直接地址swap a； 累加器高4位和低4位交换anl a，#data， 立即数“与”到累加器add a，rn； 寄存器内容加到累加器中inc rn； 累加器加1mul

33、ab； 累加器a和累加器b相乘inc direct； 直接地址字节加1acall addrl1； 绝对调用子程序ret 从子程序返回reti 从中断返回ljmp addrl6； 长转移ajmp addrl1； 绝对转移cjnz a，direct，rel； 比较直接地址字节和a，不相等则转移setb bit； 直接地址置位jnb bit，rel； 直接地址为0则转移1.1.4 mcs-51(89c51)单片机串行接口mcs-51(89c51)单片机内部由一个功能很强的全双工的串行口，该串口有四种工作方式，波特率可用软件设置，由片内的定时器/计数器产生。串行接口接收、发送数据可触发中断系统，使用十

34、分方便。1.1.4.1串行通信的基本概念1. 串行通信的基本概念计算机的cpu与外部设备之间的信息交换，以及计算机与计算机之间的信息交换过程成为通信。通信的基本方式可分为并行通信和串行通信两种。串行通信是数据字节的各位一位一位地依次传送的通信方式。串行通信的速度慢，但占用的传输线条数少，适用于远距离的数据传送。并行通信是数据字节各位同时传送的通信方式。并行通信的优点是数据传诵速度快，缺点是占用的传输线条数多，适用于近距离通信2. 串行通信方式串行通信有单工，半双工和全双工通信之分。l 如果在通信过程的任意时刻，信息只能由一方a传到另一方b，则称为单工；l 如果在任意时刻，信息既可由a传到b，又

35、能由b传a，但只能由一个方向上的传输存在，称为半双工传输；l 如果在任意时刻，线路上存在a到b和b到a的双向信号传输，则称为全双工。mcs-51(89c51)单片机有一个全双工串行口。全双工的串行通讯只需要一根输出线和一根输入线。数据的输出又称发送数据（txd），数据的输入又称接收数据（rxd）。串行通讯中主要有两个技术问题，一个是数据传送、另一个是数据转换。数据传送主要解决传送中的标准、格式及工作方式等问题。数据转换是指数据的串并行转换。具体说，在发送端，要把并行数据转换为串行数据；而在接收端，却要把接收到的串行数据转换为并行数据。1.1.4.2串行口的结构mcs-51(89c51)串行口的

36、构成：mcs-51(89c51)的串行口仅占用了单片机的p3.0（10脚）和p3.1（11脚），分别为接收端rxd和发送端txd。当非串行口方式工作时，这两根线还可以作为一般的i/o口线使用。mcs-51(89c51)的串行口主要由两个物理上独立的串行数据缓冲器sbuf，发送控制器，接收控制器，输入移位寄存器和输出控制门组成，如图2-4所示。两个数据缓冲器可同时分别发送、接收数据，发送数据缓冲器只能写入不能读出，接收数据缓冲器只能读出不能写入，两个缓冲器共用一个字节地址。mcs-51(89c51)单片机串行口控制寄存器有两个：特殊功能寄存器scon(98h)和pcon(87h)，可以用软件改变

37、两者内容来控制串行口地工作方式和波特率。定时器/计数器t1用作穿行口地波特率发生器。1asbufsbuf波特率发生器t1门 发送控制器t1接收控制器r1移位寄存器 txd 串行口中断 rxd图1.6 mcs-51(89c51)单片机串行接口1.1.4.3串行口的工作方式mcs-51(89c51)串行口有四种工作方式，它们由串行口控制寄存器scon的最高二位sm0、sm1的状态来定。l 工作方式0串行口的工作方式0为同步移位寄存器输入/输出方式。在串行口外接移位寄存器以扩展i/o接口，也可以外接串行同步i/o设备。l 工作方式1串行口定义为工作方式1时，则被扩展为波特率可变的8为异步通信接口。l

38、 工作方式2和3串行口工作于方式2和方式3时，则被定义为9位异步通信接口。传送一帧信息为11位，其中1位起始位（0）、8位数据位（低位在先，高位在后）、1位可编程控制位、1位停止位（1）。其格式如下： 起始位d0d1d2d3d4d5d6d7d8停止位方式2和方式3的差别仅仅在于波特率不同。方式2 的波特率是固定的，方式3 的波特率是可变的。1.1.4.4串行口的应用l 方式2、方式3与多机通信多机通信中，要保证主机与所有选择的从机实行可靠的通信，必须保证通信接口具有识别功能。而mcs-51(89c51)串行扩展寄存器scon中的sm2位就是满足这一要求而设置的多机通信控制位。在串行口以方式2（

39、或方式3）接收时，若sm21，则仅当接收器收到的第9位数据为1时，数据才装入接收缓冲器sbuf，并置1接收中断标志r1向cpu发出中断请求：如果接收到的第9位数据位0，则不置1中断标志r1，信息将丢失。若sm20，则接收到一个数据字节后，不管第9位数据为1还是0都置1接收中断标志r1，接受到的数据装入sbuf。在多机通信中，其技术关键就在于巧妙的利用sm2位和接收到的第9个附加数据位的配合。1.2 proteus软件简介proteus isis是英国labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于windows操作系统上，可以仿真、分析(spice)各种模拟器件和集成电路，该软件的

40、特点是：实现了单片机仿真和spice电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、rs232动态仿真、i2c调试器、spi调试器、键盘和lcd系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、avr系列、pic12系列、pic16系列、pic18系列、z80系列、hc11系列以及各种外围芯片。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方

41、的软件编译和调试环境，如keil c51 uvision2等软件。具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和spice分析于一身的仿真软件，功能极其强大。本章介绍proteus isis软件的工作环境和一些基本操作。1.2.1 进入 proteus isis双击桌面上的isis 6 professional图标或者单击屏幕左下方的“开始”“程序”“proteus 6 professional” “isis 6 professional”，出现如图1-1所示屏幕，表明进入proteus isis集成环境。图1.7 启动时的屏幕1.2.2 工作界面proteus isis的工作界面是一

42、种标准的windows界面，如图1-2所示。包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。图1.8 proteus isis的工作界面1.2.3 基本操作1.2.3.1图形编辑窗口在图形编辑窗口内完成电路原理图的编辑和绘制。为了方便作图坐标系统（co-ordinate system）isis中坐标系统的基本单位是10nm，主要是为了和proteus ares保持一致。但坐标系统的识别（read-out）单位被限制在1th。坐标原点默认在图形编辑区的中间，图形的坐标值能够显示在屏幕的右下角的状态

43、栏中。点状栅格（the dot grid）与捕捉到栅格（snapping to a grid）编辑窗口内有点状的栅格，可以通过view菜单的grid命令在打开和关闭间切换。点与点之间的间距由当前捕捉的设置决定。捕捉的尺度可以由view菜单的snap命令设置，或者直接使用快捷键f4、f3、f2和ctrl+f1。如图1-3所示。若键入f3或者通过view菜单的选中snap 100th， 图1.9 视图菜单你会注意到鼠标在图形编辑窗口内移动时，坐标值是以固定的步长100th变化，这称为捕捉， 如果你想要确切地看到捕捉位置，可以使用view菜单的x-cursor命令，选中后将会在捕捉点显示一个小的或大

44、的交叉十字。实时捕捉（real time snap）当鼠标指针指向管脚末端或者导线时，鼠标指针将会被捕捉到这些物体，这种功能被称为实时捕捉，该功能可以使你方便的实现导线和管脚的连接。可以通过tools菜单的real time snap 命令或者是ctrl+s切换该功能。可以通过view菜单的redraw命令来刷新显示内容，同时预览窗口中的内容也将被刷新。当执行其它命令导致显示错乱时可以使用该特性恢复显示。视图的缩放与移动可以通过如下几种方式：l 用鼠标左键点击预览窗口中想要显示的位置，这将使编辑窗口显示以鼠标点击处为中心的内容。l 在编辑窗口内移动鼠标，按下shift键，用鼠标“撞击”边框，这

45、会使显示平移。我们把这称为shift-pan。l 用鼠标指向编辑窗口并按 缩放键或者操作鼠标的滚动键，会以鼠标指针位置为中心重新显示。1.2.3.2预览窗口（the overview window）该窗口通常显示整个电路图的缩略图。在预览窗口上点击鼠标左键，将会有一个矩形蓝绿框标示出在编辑窗口的中显示的区域。 其他情况下，预览窗口显示将要放置的对象的预览。这种place preview特性在下列情况下被激活：l 当一个对象在选择器中被选中l 当使用旋转或镜像按钮时l 当为一个可以设定朝向的对象选择类型图标时（例如：component icon, device pin icon等等）l 当放置对

46、象或者执行其他非以上操作时，place preview会自动消除l 对象选择器（object selector）根据由图标决定的当前状态显示不同的内容。显示对象的类型包括：设备，终端，管脚，图形符号，标注和图形。l 在某些状态下，对象选择器有一个pick切换按钮，点击该按钮可以弹出库元件选取窗体。通过该窗体可以选择元件并置入对象选择器，在今后绘图时使用。1.2.3.4对象选择器窗口通过对象选择按钮，从元件库中选择对象，并置入对象选择器窗口，供今后绘图时使用。显示对象的类型包括：设备，终端，管脚，图形符号，标注和图形。4.3.5图形编辑的基本操作1.对象放置（object placement）放

47、置对象的步骤如下（to place an object:）1、根据对象的类别在工具箱选择相应模式的图标（mode icon）。2、根据对象的具体类型选择子模式图标（sub-mode icon）。3、如果对象类型是元件、端点、管脚、图形、符号或标记，从选择器里（selector）选择你想要的对象的名字。对于元件、端点、管脚和符号，可能首先需要从库中调出。4、如果对象是有方向的，将会在预览窗口显示出来，你可以通过预览对象方位按钮对对象进行调整。5、最后，指向编辑窗口并点击鼠标左键放置对象。2.选中对象（tagging an object）用鼠标指向对象并点击右键可以选中该对象。该操作选中对象并使其

48、高亮显示，然后可以进行编辑。 选中对象时该对象上的所有连线同时被选中。 要选中一组对象，可以通过依次在每个对象右击选中每个对象的方式。也可以通过右键拖出一个选择框的方式，但只有完全位于选择框内的对象才可以被选中。 在空白处点击鼠标右键可以取消所有对象的选择。3.删除对象（deleting an object）用鼠标指向选中的对象并点击右键可以删除该对象，同时删除该对象的所有连线。4.拖动对象（dragging an object）用鼠标指向选中的对象并用左键拖曳可以拖动该对象。该方式不仅对整个对象有效，而且对对象中单独的labels也有效。如果wire auto router功能被使能的话，被

49、拖动对象上所有的连线将会重新排布或者fixed up。这将花费一定的时间（10秒左右），尤其在对象有很多连线的情况下，这时鼠标指针将显示为一个沙漏。 如果你误拖动一个对象，所有的连线都变成了一团糟，你可以使用undo命令撤消操作恢复原来的状态。5.拖动对象标签（dragging an object label）许多类型的对象有一个或多个属性标签附着。例如，每个元件有一个“reference”标签和一个“value”标签。可以很容易地移动这些标签使你的电路图看起来更美观。移动标签的步骤如下（to move a label）1）选中对象2、用鼠标指向标签，按下鼠标左键。3、拖动标签到你需要的位置。

50、如果想要定位的更精确的话，可以在拖动是改变捕捉的精度（使用f4、f3、f2、ctrl+f1键）。4、释放鼠标6.调整对象大小（resizing an object）子电路（sub-circuits）、图表、线、框和圆可以调整大小。当你选中这些对象时，对象周围会出现黑色小方块叫做“手柄”，可以通过拖动这些“手柄”来调整对象的大小。调整对象大小的步骤如下（to resize an object）1、选中对象2、如果对象可以调整大小，对象周围会出现黑色小方块，叫做“手柄”。3、用鼠标左键拖动这些“手柄”到新的位置，可以改变对象的大小。在拖动的过程中手柄会消失以便不和对象的显示混叠。7.调整对象的朝向

51、（reorienting an object）许多类型的对象可以调整朝向为0, 90, 270 ，360或通过x轴y轴镜象。当该类型对象被选中后，“rotation and mirror”图标会从兰色变为红色，然后就可以来改变对象的朝向。调整对象朝向的步骤如下（to reorient an object）1、选中对象2、用鼠标左键点击rotation图标可以使对象逆时针旋转，用鼠标右键点击rotation图标可以使对象顺时针旋转。3、用鼠标左键点击mirror图标可以使对象按x轴镜象，用鼠标右键点击mirror图标可以使对象按y轴镜象。毫无疑问当rotation and mirror图标是红色

52、时，操作他们将回改变某个对象，即便你当前没有看到它，实际上，这中颜色的指示在你想对将要放置的新对象操作时是格外有用的。当图标是红色时，首先取消对象的选择，此时图标会变成兰色，说明现在可以“安全“调整新对象了。8.编辑对象（editing an object）许多对象具有图形或文本属性，这些属性可以通过一个对话框进行编辑，这是一中很常见的操作，有多种实现方式。编辑单个对象的步骤是（to edit a single object using the mouse）：1、选中对象2、用鼠标左键点击对象。连续编辑多个对象的步骤是（to edit a succession of objects using

53、 the mouse）1、选择main mode图标，再选择instant edit图标。2、依次用鼠标左键点击各个对象以特定的编辑模式编辑对象的步骤是（to edit an object and access special edit modes:）1、指向对象2、使用键盘ctrl+e对于文本脚本来说，这将启动外部的文本编辑器。如果鼠标没有指向任何对象的话，该命令将对当前的图进行编辑。通过元件的名称编辑元件的步骤如下（to edit a component by name:）1、键入e2、在弹出的对话框中输入元件的名称（part id）。确定后将会弹出该项目中任何元件的编辑对话框，并非只限于

54、当前sheet的元件。编辑完后，画面将会以该元件为中心重新显示。你可以通过该方式来定位一个元件，即便你并不想对其进行编辑。& 在object specifics这一节中将详细说明对应于每种对象类型的具体编辑操作方式。9.编辑对象标签（editing an object label）元件、端点、线和总线标签都可以象元件一样编辑。编辑单个对象标签的步骤是（to edit a single object label using the mouse:）1、选中对象标签。2、用鼠标左键点击对象。连续编辑多个对象标签的步骤是（to edit a succession of object labels using the mouse:）1、选择main mode图标，再选择instant edit图标。2、依次用