畢業(yè)設(shè)計(jì)--智能樓宇設(shè)計(jì)(含外文翻譯）

1、<p><b>　　智能樓宇設(shè)計(jì)</b></p><p>　　Intelligent Building Design</p><p>　　2011 屆 電氣工程 系</p><p>　　專 業(yè) 自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </

2、p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　完成日期 2011年 5 月 25 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告</b

3、></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文是針對(duì)智能建筑的水表、電表、煤氣表抄表系統(tǒng)所作的研制。經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)和案例的分析、研究之后，結(jié)合樓宇的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一套基于單片機(jī)控制技術(shù)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了水表、電表、煤氣表數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理、傳輸?shù)裙ぷ?，使每一位住戶的水?/p>

4、、煤氣表數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳遞給物業(yè)公司的中央控制室，以便查抄。</p><p>　　為了準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)水表、電表、煤氣表數(shù)據(jù)地遠(yuǎn)程抄收，本文設(shè)計(jì)完成了以AT89C51為控制核心，同時(shí)具備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集功能和數(shù)據(jù)通信功能的系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)部分包括:（1）智能儀表部分。主要包括通過(guò)傳感器設(shè)計(jì)來(lái)完成物理量向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換;（2）數(shù)據(jù)采集器部分。主要包括單片機(jī)及其擴(kuò)展接口的設(shè)計(jì)，信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)切換電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

5、設(shè)計(jì)，通訊接口設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中盡量做到簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，節(jié)省外圍電路。在軟件設(shè)計(jì)上，主要針對(duì)數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)采集功能和串行通訊功能進(jìn)行程序的編寫(xiě)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：智能樓宇 遠(yuǎn)程抄表 單片機(jī)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The meter-reading system in wat

6、er meter and in gas meter for intelligent building is designed in this paper. Through analysis and study of the correlative technique and cases, combined with the practical conditions of the residential quarters, the rem

7、ote meter-reading system based on microcomputer control technique is designed. The design considers sensor technique, microcomputer technique and communication technique as major supports. Based on these techniques, dat

8、a collecting, data processing</p><p>　　In order to carry out the remote reading of the water meters and gas meters accurately, this paper designed the hardware and software system, which used AT89C51 as the

9、control core and possessed the remote data collecting and date communication function. The hardware design included the follows: （1）Intelligent meter module, converting the physical signals to the electrical signals by t

10、he sensor. （2） Data acquisition module, including the designs of microcomputer and its extended interface; the d</p><p>　　Keyword:Intelligent building Remote meter-reading microcomputer.</p><p

11、><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1 引言1</b></p><p>　　1.2 課題背景1</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展與前景2</p><

12、p>　　1.3.1 國(guó)外智能樓宇的發(fā)展2</p><p>　　1.3.2 國(guó)內(nèi)智能樓宇的發(fā)展3</p><p>　　1.3.3 智能樓宇在我國(guó)的發(fā)展前景3</p><p>　　1.4 智能樓宇的分類3</p><p>　　1.5 智能樓宇的構(gòu)成與功能4</p><p>　　1.6 智能樓宇的

13、發(fā)展方向5</p><p>　　1.7 本文所要研究的主要內(nèi)容6</p><p>　　第2章 設(shè)計(jì)方案與元件簡(jiǎn)介7</p><p>　　2.1 方案選擇7</p><p>　　2.1.1 抄表方案選擇7</p><p>　　2.2 元件簡(jiǎn)介8</p><p>　　2.2.1

14、 處理器8</p><p>　　2.2.2　用于I/O擴(kuò)展的芯片8255A17</p><p>　　2.4.3　用于數(shù)據(jù)采集的芯片74LS15120</p><p>　　2.2.3　驅(qū)動(dòng)LED顯示的移位寄存器芯片74LS16421</p><p>　　2.3 三表（水、電、煤氣表）的選擇21</p><p&g

15、t;　　第3章 硬件連接23</p><p>　　3.1 硬件接線圖23</p><p>　　3.2　芯片間的連接24</p><p>　　3.2.1　74LS151與8255A的連接24</p><p>　　3.2.2　8255A與AT89C51的連接25</p><p>　　3.2.3　AT89C51

16、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展與連線26</p><p>　　3.2.4　AT89C51與74LS164的連接27</p><p>　　3.2.5　74LS164驅(qū)動(dòng)８位LED顯示電路27</p><p>　　3.2.6　面板顯示28</p><p>　　3.3　電源電路28</p><p>　　3.4 防盜、防火開(kāi)關(guān)量

17、信號(hào)采集29</p><p>　　第4章 軟件系統(tǒng)31</p><p>　　4.1 系統(tǒng)調(diào)試31</p><p>　　4.2 數(shù)據(jù)流程31</p><p>　　第5章 結(jié)論32</p><p><b>　　致謝33</b></p><p><b&g

18、t;　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p>　　附錄A 外文資料:35</p><p>　　附錄B 硬件連接圖50</p><p>　　附錄C 流程圖51</p><p>　　附錄D 軟件流程53</p><p>　　附錄E 元器件表57</p><p>&l

19、t;b>　　第1章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，智能化建筑在發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)運(yùn)而生。1984年美國(guó)哈特福特市將一座舊式大樓改造，并且對(duì)大樓的空調(diào)、電梯、照明和防盜等設(shè)備采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制，為客戶提供說(shuō)語(yǔ)音通信、文字處理、電子郵件和情報(bào)資

20、料等信息服務(wù)，被稱為世界上第一座智能化大樓。次年，日本東京的一座智能大廈也相繼成立，從此智能社區(qū)引起了世界各國(guó)的關(guān)注。隨后在各國(guó)相繼形成熱潮，我國(guó)也引進(jìn)了這一新技術(shù)[1]。</p><p>　　智能樓宇是通過(guò)對(duì)建筑四個(gè)基本要素（結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理以及它們之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)）的優(yōu)化考慮，提供一個(gè)投資合理，又擁有高效率、舒適、溫馨、便利以及安全的環(huán)境。由于“智能化”是一個(gè)相對(duì)的概念，“智能化”技術(shù)本身也正在不斷地發(fā)展

21、、完善、直至成熟，因此智能建筑智能化是一個(gè)過(guò)程，它應(yīng)當(dāng)隨著智能化技術(shù)的發(fā)展和人們需求的不斷增長(zhǎng)而增長(zhǎng)?？偟膩?lái)說(shuō)，智能建筑是利用現(xiàn)代4C（即計(jì)算機(jī)、通訊與網(wǎng)絡(luò)、自控、IC卡）技術(shù)，通過(guò)有效的傳輸網(wǎng)絡(luò)，將多元信息服務(wù)與管理、物業(yè)管理與安防、智能化系統(tǒng)集成，為樓宇的服務(wù)與管理提供高技術(shù)的智能化手段，以期實(shí)現(xiàn)快捷高效的超值服務(wù)與管理，提供安全舒適的環(huán)境[2]。</p><p><b>　　1.2 課題背景&l

22、t;/b></p><p>　　由于國(guó)內(nèi)智能樓宇的發(fā)展非常迅速，越來(lái)越多的開(kāi)發(fā)商、業(yè)主及最終用戶關(guān)注并投入到智能樓宇的發(fā)展，具有良好的應(yīng)用前景和發(fā)展態(tài)勢(shì)，再加上中國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源是目前設(shè)計(jì)的基本原則之一。充分利用千兆以太網(wǎng)資源和有線電視寬帶網(wǎng)資源，結(jié)合智能樓宇使用率的逐年提升特點(diǎn)，采用建筑結(jié)構(gòu)充分預(yù)留和在網(wǎng)絡(luò)上互連互融，按實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算機(jī)千兆以太網(wǎng)互連分期實(shí)現(xiàn)，不論入戶多少，均能實(shí)現(xiàn)低投入

23、，滿足l0M/100Mbit/s速率的要求。[7]所以基于以太網(wǎng)建立智能樓宇管理系統(tǒng)既具有良好的發(fā)展前景和潛在的市場(chǎng)價(jià)值，又能滿足中國(guó)國(guó)情的需要，建立起低成本的樓宇管理系統(tǒng)。而且目前的建筑管理軟件尚處在發(fā)展階段，并未出現(xiàn)哪個(gè)軟件占有絕對(duì)的市場(chǎng)份額。綜上所述，基于以太網(wǎng)的智能樓宇管理系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)還是一個(gè)比較前沿的課題，有一定的研究?jī)r(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[3]。</p><p>　　課題來(lái)源于國(guó)家教育部數(shù)字社區(qū)中心，屬于橫向課

24、題。同時(shí)由數(shù)字社區(qū)中心自主開(kāi)發(fā)的第一代用戶網(wǎng)關(guān)，在每一用戶安裝此網(wǎng)關(guān)，通過(guò)485總線與用戶控制箱和八表、報(bào)警設(shè)備相連，能往建筑郵件服務(wù)器發(fā)送該用戶的八表數(shù)據(jù)郵件、安防報(bào)警郵件、緊急呼救郵件和設(shè)備報(bào)警郵件。由此從硬件的數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)發(fā)送均能實(shí)現(xiàn)，但上層軟件和中間監(jiān)控通訊層卻沒(méi)有實(shí)施方案，正好這個(gè)智能建筑管理系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)上層的監(jiān)督管理作用，同時(shí)它是基于模塊化設(shè)計(jì)的，很容易將用戶網(wǎng)關(guān)作為一個(gè)模塊添加到管理平臺(tái)下;中間監(jiān)控通訊層是由三個(gè)VB后臺(tái)監(jiān)

25、控軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)監(jiān)控、接收郵件服務(wù)器的郵件，并做相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析、處理和用戶信息的展現(xiàn)。通過(guò)軟件和硬件的相結(jié)合，基于B/S架構(gòu)的智能樓宇管理系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)用戶網(wǎng)關(guān)的智能控制功能[4]。</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展與前景</p><p>　　1.3.1 國(guó)外智能樓宇的發(fā)展</p><p>　　早在1979年，美國(guó)斯坦福研究所就提出了在建筑物內(nèi)將家用電器、

26、電氣設(shè)備的控制線統(tǒng)一為家庭總線的概念。之后，在美國(guó)成立了現(xiàn)代住宅研究會(huì)，專門(mén)從事這一領(lǐng)域的研究。1983年，美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)開(kāi)始制定家庭電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。1984年，美國(guó)住宅建筑者協(xié)會(huì)成立了現(xiàn)代住宅開(kāi)發(fā)公司，開(kāi)展有關(guān)基礎(chǔ)性研究工作，并在1989年推出了將電力供應(yīng)、空調(diào)控制和數(shù)據(jù)通訊合成為整體的布線系統(tǒng)示范單元。</p><p>　　歐洲在1986年把集成化的家庭系統(tǒng)研究列為尤利卡計(jì)劃，大力進(jìn)行研究。在20世紀(jì)80年代

27、，歐洲電氣標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)制定了家用數(shù)字總線標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步規(guī)范化了智能住宅技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　日本在80年代初就大力推進(jìn)家庭電子化。在80年代中期，將家用電器、保安設(shè)備、通訊設(shè)備功能綜合后，提出了家庭自動(dòng)化的新構(gòu)想。1988年，日本建立了住宅信息化促進(jìn)會(huì)，主要開(kāi)展家庭總線技術(shù)的研究，并且公布了總線標(biāo)準(zhǔn)。近年來(lái)為了大型住宅小區(qū)的需要，又提出了超級(jí)家庭總線系統(tǒng)的概念。1996年，日本推出多媒體技術(shù)引入智能住宅，

28、并取得重要研究成果。</p><p>　　在東南亞，新加坡的智能建筑技術(shù)研究處于領(lǐng)先水平。如寶德勝家庭智能化系統(tǒng)，己經(jīng)用于30多個(gè)住宅小區(qū)。在98亞洲家庭電器與電子消費(fèi)品國(guó)展覽會(huì)上展示的“未來(lái)之家”，其智能品質(zhì)受到人們的關(guān)注。智能住宅系統(tǒng)具有家庭安全自動(dòng)化、家庭設(shè)備自動(dòng)化和家庭通訊自動(dòng)化的功能。</p><p>　　國(guó)外，智能網(wǎng)絡(luò)家居常被稱為“smart home”?，F(xiàn)在己有不少地方，如加

29、拿大、澳大利亞等地開(kāi)發(fā)了這種智能網(wǎng)絡(luò)家居社區(qū)。這些社區(qū)都通過(guò)電子手段提供與社區(qū)有關(guān)的信息和服務(wù)。這種方式不僅縮短了人們物理上的距離，而且給用戶帶來(lái)了許多方便。住戶可以遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制家中的各種設(shè)備，如提前打開(kāi)空調(diào)、開(kāi)關(guān)燈、收發(fā)傳真等一系列內(nèi)部事務(wù)。這一智能化控制使得整個(gè)小區(qū)的智能化水平又提高了很多，當(dāng)然這和國(guó)外網(wǎng)絡(luò)普及應(yīng)用水平和高國(guó)民收入是密不可分的[5]。</p><p>　　1.3.2 國(guó)內(nèi)智能樓宇的發(fā)展&l

30、t;/p><p>　　我國(guó)對(duì)智能建筑的研究剛剛起步，但已經(jīng)引起有關(guān)部門(mén)的高度重視。一些大公司和房地產(chǎn)商己投入相當(dāng)?shù)牧α?，推?dòng)智能建筑的普及與推廣。1997年，建設(shè)部組織有關(guān)單位制定了《全國(guó)樓宇智能化系統(tǒng)示范工程建設(shè)要點(diǎn)與技術(shù)導(dǎo)則》（試行稿），對(duì)智能建筑設(shè)計(jì)規(guī)定了基本要求。在上海、北京、大連、成都等城市，已先后建成不同規(guī)模、不同標(biāo)準(zhǔn)的智能化建筑。在上海浦東新區(qū)建立了“信息城”，城中設(shè)有智能信息套房，作為智能樓宇的示范單

31、元，展示現(xiàn)代高新技術(shù)服務(wù)于人類的美好前景。</p><p>　　雖然建筑智能化在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)只是近幾年的事，但隨著國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和建筑功能的改善，人們需要加強(qiáng)對(duì)外交流，因此產(chǎn)生了智能建筑這一概念。針對(duì)中國(guó)智能建筑市場(chǎng)己經(jīng)形成，建設(shè)部設(shè)立了有關(guān)科研課題對(duì)其進(jìn)行研究，但主要是在對(duì)現(xiàn)在的新技術(shù)、新產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化、組合。據(jù)建設(shè)部科學(xué)技術(shù)委員會(huì)智能建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)推廣中心副主任黃久松介紹，為了避免投入、產(chǎn)出的效率問(wèn)題，對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行

32、科學(xué)管理，建設(shè)部將推出“建筑智能化管理暫行辦法”，同時(shí)也將慢慢建立設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)、檢驗(yàn)等標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在建設(shè)部對(duì)樓宇智能化方面的研究主要集中在滿足通訊，為智能化提供基礎(chǔ)、有線電視傳播（娛樂(lè)）、計(jì)算機(jī)進(jìn)入家庭、物業(yè)管理四大方面。黃久松副主任認(rèn)為將來(lái)的智能化建筑最好實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合一，有利于長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，便于小區(qū)管理，但其中有許多問(wèn)題有待解決。如何讓人們居住的有限空間進(jìn)一步改善，根據(jù)收入水平高低，滿足不同人的需要已經(jīng)不僅是建設(shè)部的問(wèn)題了[6]。</

33、p><p>　　1.3.3 智能樓宇在我國(guó)的發(fā)展前景</p><p>　　由于我國(guó)大城市人口密集，居住集中，高層建筑樓群較為普及，以及現(xiàn)代高新技術(shù)的推廣應(yīng)用，導(dǎo)致了人們?cè)诮ㄖ枨蟾拍钌系淖兏?。從以往追求居住的物理空間和豪華的裝修向著享受現(xiàn)代化精神內(nèi)涵與浪漫生活情趣的方向發(fā)展，追求更高的層次和境界。因此，盡管智能建筑在我國(guó)剛剛起步，但卻有著十分廣闊的發(fā)展前景，市場(chǎng)潛力巨大，必將成為我國(guó)這個(gè)世紀(jì)

34、建筑市場(chǎng)的主流。</p><p>　　1.4 智能樓宇的分類</p><p>　　根據(jù)全國(guó)建筑智能化系統(tǒng)示范工程建設(shè)要點(diǎn)與技術(shù)導(dǎo)則，智能建筑可以分為一星級(jí)、二星級(jí)、三星級(jí)建筑。</p><p><b>　　一星級(jí)建筑:</b></p><p>　　具有安全防范子系統(tǒng)、信息管理子系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。其中安全防范子系統(tǒng)包

35、括出入口管理及周邊防越報(bào)警、閉路電視監(jiān)控、對(duì)講與防盜門(mén)控、住戶報(bào)警、巡更管理。信息管理子系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程抄表與管理IC卡、車(chē)輛出入與停車(chē)管理、供電設(shè)備、公共照明、電梯、供水等主要設(shè)備監(jiān)控管理、緊急廣播、物業(yè)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。信息網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)包括為實(shí)現(xiàn)上述功能的科學(xué)合理布線。</p><p><b>　　二星級(jí)建筑:</b></p><p>　　二星級(jí)除了具備一星級(jí)的全部功能之

36、外，同時(shí)在安全防范子系統(tǒng)和信息管理子系統(tǒng)的建設(shè)方面，其功能及技術(shù)水平應(yīng)有較大提升。信息傳輸通道應(yīng)采用高速寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)作為主干網(wǎng)。物業(yè)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)配置局部網(wǎng)絡(luò)，并可供用戶聯(lián)網(wǎng)使用。</p><p><b>　　三星級(jí)建筑:</b></p><p>　　三星級(jí)除了具備二星級(jí)全部功能，其中信息傳輸通道應(yīng)采用寬帶光纖用戶接入網(wǎng)作為主干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)交互式數(shù)字視頻業(yè)務(wù)。三星級(jí)建筑智

37、能化系統(tǒng)建設(shè)在可能條件下，應(yīng)實(shí)施現(xiàn)代集成建造系統(tǒng)（HI-CIMS）技術(shù)，并把物業(yè)管理能化系統(tǒng)建設(shè)納入整個(gè)樓宇建設(shè)中，作為HI-CIMS工程中一個(gè)子系統(tǒng)。同時(shí)，考慮物業(yè)公司對(duì)其智能化系統(tǒng)管理的運(yùn)行模式，使其實(shí)現(xiàn)先進(jìn)性、可擴(kuò)展性和科學(xué)性的管理。</p><p>　　1.5 智能樓宇的構(gòu)成與功能</p><p>　　樓宇的智能化系統(tǒng)可分為用戶智能化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)布線和管理中心三層結(jié)構(gòu)。用戶智能控制

38、包容了用戶所需的所有功能，它以新技術(shù)來(lái)簡(jiǎn)化操作、方便用戶、提高系統(tǒng)的智能化;網(wǎng)絡(luò)布線的建設(shè)，將三者緊密地結(jié)合成一個(gè)統(tǒng)一的智能網(wǎng)絡(luò)，并充分考慮到將來(lái)對(duì)寬帶的需求;智能樓宇綜合管理中心既是樓宇智能網(wǎng)絡(luò)的管理中心，又是將樓宇局域網(wǎng)同廣域網(wǎng)連接起來(lái)的通道。</p><p>　　在一定程度上，可以認(rèn)為智能化建筑=樓宇的智能化+樓宇網(wǎng)絡(luò)化。具有何種檔次的綜合布線系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，既是樓宇建設(shè)的主要投資之一，也是評(píng)價(jià)樓宇水平

39、的重要標(biāo)志。特別是對(duì)樓宇的通信網(wǎng)絡(luò)必須具有前瞻性，否則，有可能造成一步失誤永遠(yuǎn)落后的尷尬局面。</p><p>　　智能樓宇的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有著如下的特點(diǎn):首先采用先進(jìn)的、符合標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)和設(shè)備;同時(shí)所有的系統(tǒng)均采用集散式的構(gòu)造方式，既具有分散于各個(gè)住戶的終端或設(shè)備，又通過(guò)網(wǎng)絡(luò)集中到一個(gè)管理或控制中心，中心提供公共信息資源，或者對(duì)各個(gè)用戶提供集中安全監(jiān)控;最后，所有的智能系統(tǒng)既可獨(dú)立，又可以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)集中管

40、理。</p><p>　　通過(guò)集成化的各類互連社區(qū)局域網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)社區(qū)用戶間信息暢通、資源共享、安防監(jiān)控、四表數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、多媒體通信渠道的信息化人文環(huán)境，實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合一，VOD視頻點(diǎn)播和各類增值服務(wù)，形成一個(gè)實(shí)用、高效、開(kāi)放的社區(qū)集成管理平臺(tái)?？偟膩?lái)說(shuō)，智能樓宇應(yīng)該具有安全自動(dòng)化系統(tǒng)、通訊自動(dòng)化系統(tǒng)和管理自動(dòng)化系統(tǒng)。</p><p>　　（1）安全自動(dòng)化系統(tǒng)</p>&l

41、t;p>　　以空間來(lái)分，可分為室內(nèi)部分和室外部分。</p><p>　　室內(nèi)部分:用戶室內(nèi)紅外線探頭、緊急救助、煤氣泄漏、門(mén)磁系統(tǒng)、所有信息連接到用戶室內(nèi)智能控制器。智能控制器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析把分析結(jié)果傳送到大廈管理中心，由大廈管理計(jì)算機(jī)作處理。顯示及打印情況，通知值班人員及110報(bào)警中心。其各部分組成功能如下:紅外線防盜探測(cè)器在用戶室內(nèi)的每個(gè)入口及窗口安裝紅外線探測(cè)器，當(dāng)有人非法進(jìn)入時(shí)，紅外線探測(cè)器

42、觸發(fā)報(bào)警，將信號(hào)傳送至室內(nèi)智能控制器，發(fā)出聲光信號(hào)，智能控制器將此信號(hào)送至大廈管理中心，顯示出哪一戶、哪間房發(fā)生何種類型報(bào)警，值班人員即可調(diào)度就近保安人員現(xiàn)場(chǎng)查詢及處理。消防報(bào)警系統(tǒng):在客廳安裝煙感或溫感，當(dāng)用戶發(fā)生火災(zāi)時(shí)，觸發(fā)報(bào)警，并將信號(hào)傳送到報(bào)警中心。門(mén)磁系統(tǒng):在門(mén)框上邊中央位置安裝一對(duì)門(mén)磁，當(dāng)有人非法打開(kāi)大門(mén)時(shí)，即報(bào)警，主機(jī)將信號(hào)傳至控制中心。</p><p>　　室外部分:在圍墻端設(shè)立周界紅外線對(duì)射報(bào)警

43、系統(tǒng)。一旦有人非法越墻時(shí)就報(bào)警，同時(shí)觸發(fā)周界攝像機(jī)跟蹤攝相和錄相。</p><p>　?。?）通訊自動(dòng)化系統(tǒng)</p><p>　　大廈的物業(yè)管理中心不僅是智能樓宇的網(wǎng)絡(luò)管理控制中心，而且是大廈局域網(wǎng)連接Internet的通道。大廈的每一個(gè)用戶都連入大廈的局域網(wǎng)，可以通過(guò)管理中心的代理服務(wù)器連入Internet。在大廈管理中心架設(shè)電子郵件服務(wù)器、域名服務(wù)器、WWW服務(wù)器，這樣大廈的用戶可以有

44、自己的電子郵箱、個(gè)人主頁(yè)。管理中心提供大廈BBS（電子公告版）、VOD（視頻點(diǎn)播）、網(wǎng)上電子商務(wù)等虛擬社區(qū)服務(wù)，極大的方便了大廈用戶。</p><p>　　（3）管理自動(dòng)化系統(tǒng)</p><p>　　不僅實(shí)現(xiàn)大廈的用戶管理、信息查詢，而且實(shí)現(xiàn)大廈的自動(dòng)抄表系統(tǒng)。大廈用戶水、電、煤氣三表輸出的脈沖信息由智能控制器讀出，再通過(guò)Lon網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)酱髲B的管理中心，管理中心讀出三表讀數(shù)，并打印出來(lái)。先進(jìn)

45、的可以與銀行聯(lián)通，定期通過(guò)銀行系統(tǒng)扣費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程抄表與自動(dòng)扣費(fèi)的結(jié)合[7]。</p><p>　　1.6 智能樓宇的發(fā)展方向</p><p>　　智能建筑的發(fā)展始終伴隨著時(shí)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。隨著全球網(wǎng)絡(luò)信息化的迅猛發(fā)展，e時(shí)代向智能建筑提出了新的挑戰(zhàn)。智能建筑發(fā)展已進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)信息化應(yīng)用的新階段。建立動(dòng)態(tài)、交互和實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)集成平臺(tái)是樓宇智能化發(fā)展的主要方向。</p>

46、<p>　　智能建筑.net發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施目標(biāo)，以原有的樓宇智能化技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步融入.net關(guān)鍵性技術(shù)XML和基于全套Web集群服務(wù)器系列的柔性與集成，提供基于現(xiàn)有微軟技術(shù)平臺(tái)的具有高度可擴(kuò)展性Web化建筑物和樓宇智能化集成解決方案。</p><p>　　創(chuàng)立基于Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)化的智能建筑服務(wù)和管理的信息系統(tǒng)集成平臺(tái)，目標(biāo)就是將建筑物內(nèi)的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)和信息應(yīng)用系統(tǒng)集成

47、在一個(gè)動(dòng)態(tài)、交互和實(shí)時(shí)的管理和服務(wù)的平臺(tái)上。將建筑物傳統(tǒng)的物業(yè)管理與網(wǎng)絡(luò)化、信息化、自動(dòng)化的應(yīng)用功能結(jié)合在一起。實(shí)現(xiàn)綜合信息共享和交互，設(shè)備協(xié)同運(yùn)作，管理網(wǎng)絡(luò)信息化。智能建筑的使用者和管理者可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地的，并以智能方式所提供的瀏覽、存儲(chǔ)和查詢與信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行交互。</p><p>　　對(duì)于智能大廈的管理者來(lái)講，意味著通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)，可以隨時(shí)隨地的提供信息與數(shù)據(jù)的編輯、儲(chǔ)存、優(yōu)化和查詢。管理者的需求與

48、網(wǎng)絡(luò)、議備和信息與數(shù)據(jù)始終聯(lián)系在一起。</p><p>　　智能建筑將永遠(yuǎn)不會(huì)有確定的定義，它將一代勝似一代的發(fā)展下去。但是有一點(diǎn)是可以確定的，那就是智能建筑將永遠(yuǎn)走在時(shí)代科技發(fā)展的前列[8]。</p><p>　　1.7 本文所要研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本文研究的重點(diǎn)是智能樓宇的抄表系統(tǒng)和防火防盜系統(tǒng)。對(duì)于抄表系統(tǒng)和防火放到系統(tǒng)，從信息采集、傳輸?shù)斤@

49、示等方法上作了比較詳細(xì)的分析。樓宇智能化是人們對(duì)生存環(huán)境要求的一個(gè)質(zhì)的轉(zhuǎn)變?？萍歼M(jìn)步日新月異，綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，現(xiàn)代化水平不斷提高，用計(jì)算機(jī)完成各種管理與統(tǒng)計(jì)工作就顯得十分重要，它能顯著減少管理人員工作量和提高科學(xué)管理水平。</p><p>　　第2章 設(shè)計(jì)方案與元件簡(jiǎn)介</p><p><b>　　2.1 方案選擇</b></p><p&

50、gt;　　2.1.1 抄表方案選擇</p><p>　　常用的抄表方式分為以下幾類：</p><p>　　手工抄表方式：供電管理人員到現(xiàn)場(chǎng)抄取電度表的讀數(shù)，然后計(jì)費(fèi)。</p><p>　　手持式就地抄表系統(tǒng)：這是一種簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)完成的自動(dòng)抄表功能功能的方式，它采用的方法主要為無(wú)線通訊抄表系統(tǒng)、紅外線抄表系統(tǒng)和超聲波抄表系統(tǒng)。</p><p>

51、　　移動(dòng)式（抄表車(chē)）無(wú)線抄表系統(tǒng)：利用汽車(chē)裝載收發(fā)裝置和無(wú)線電技術(shù)及電度表上的模塊，在用戶附近一定距離內(nèi)接受電度表數(shù)。</p><p>　　自動(dòng)抄表系統(tǒng):是由主站通過(guò)傳輸媒體將多個(gè)電能表電能量的記錄值的信息集中抄讀的系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要有采集用戶脈沖電能表電能量信息的采集終端、集中器、通訊信道和抄表中心等幾個(gè)部分組成。集中器數(shù)據(jù)可通過(guò)信道遠(yuǎn)距離傳送到主站或經(jīng)IC卡等介質(zhì)集中抄收后輸入到主站計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)足不出戶就可抄回電

52、量[9]。</p><p>　　假設(shè)確定集中抄表系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)對(duì)1800家用戶三表及防火、防盜信號(hào)的采集就需要確定數(shù)據(jù)采集器的安裝位置。以每12戶為單位，采用以89C51單片機(jī)為核心的信號(hào)采集三表及防盜、防火系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。按一層共有用戶60家，樓層高度為30層。以每12戶為基本單位，每戶有3個(gè)脈沖信號(hào)和2個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)，所以每個(gè)基本單位有60個(gè)輸入信號(hào)，每層共有300個(gè)信號(hào)輸入。而89C51共有24個(gè)并行輸入輸出口（P

53、A口三個(gè)，PB口三個(gè)，PC口三個(gè)）因而需要用8255芯片進(jìn)行擴(kuò)展I/O口。采用74LS151進(jìn)行脈沖信號(hào)的采集，用EEPROM擴(kuò)展89C51的外部存儲(chǔ)器，內(nèi)部數(shù)據(jù)用8位的LED進(jìn)行靜態(tài)顯示。</p><p>　　2.1.2 組成元件</p><p>　　由系統(tǒng)框圖可以看出，該系統(tǒng)主要有以下五大部分組成：</p><p>　　1、數(shù)據(jù)集中器：利用74LS151，82

54、55A，AT89C51構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用</p><p>　　EEPROM2864A擴(kuò)展AT89C51的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。</p><p>　　2、控制面板：八位的LED顯示，LED燈，復(fù)位及查詢開(kāi)關(guān)構(gòu)成控制面板。</p><p>　　3、三表（水、電、煤氣表）的選擇：均采用帶有脈沖輸出功能的三表。</p><p>　　4、防火報(bào)警器：可以

55、采用輸出信號(hào)為開(kāi)關(guān)的量信號(hào)的防火報(bào)警器。</p><p>　　5、防盜報(bào)警器：也可以采用輸出信號(hào)為開(kāi)關(guān)的量信號(hào)的防盜報(bào)警器。</p><p><b>　　2.2 元件簡(jiǎn)介</b></p><p>　　2.2.1 處理器</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Fla

56、sh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活

57、性高且價(jià)廉的方案[10]。</p><p>　　2.2.1.1 AT89C51的結(jié)構(gòu)</p><p>　　89C51單片機(jī)采用40引腳雙列直插封（DIP）形式。對(duì)于CMOS單片機(jī)除采用DIP形式外，還采用方形封裝工藝。由于受到引腳數(shù)目的限制，所以有一些引腳具有第二功能。在單片機(jī)的40條引腳中，有2條專用于主電源的引腳，2條外接晶體的引腳，4條控制和其它電源復(fù)用的引腳，32條輸入／輸出引腳

58、。下面分別說(shuō)明這些引腳的名稱和功能。引腳如圖2-2所示。 </p><p><b>　　引腳功能： </b></p><p>　　（1）主電源引腳Vcc和Vss 圖2-2 89C51引腳</p><p>　　Vcc：接+5V電源。

59、 </p><p><b>　　Vss：接電源地。</b></p><p>　?。?）時(shí)鐘振蕩引腳XTALl和XTAL2</p><p>　　XTALl：接外部晶體的一端。在單片內(nèi)部，它是反相放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。在測(cè)外部時(shí)鐘電路時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，此引腳必須接地；對(duì)CHMOS單片機(jī)，此

60、引腳作為驅(qū)動(dòng)端。</p><p>　　XTAL2：接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端，振蕩器的頻率是晶體振蕩頻率。若采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖；對(duì)于CHMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸空。</p><p>　?。?）控制信號(hào)引腳RST／Vpd ALE／PROG．PsENH和EA／Vpp。</p><p>

61、;　　RST／Vpd：復(fù)位／備用電源輸入端。單片機(jī)上電后，只要在該引腳上輸入24個(gè)振蕩周期2個(gè)機(jī)器周期O寬度以上的高電平就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位；若在RST與Vcc：之間接一個(gè)10μF的電容，而在RST與Vss之間接一個(gè)8.2KQ的下拉電阻，則可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)上電自動(dòng)復(fù)位。RST／Vpd具有復(fù)位功能，在主電源Vcc掉電期間，該引腳可接上+5V的備用電源。當(dāng)Vcc掉到低于規(guī)定的電平，而Vpd在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)時(shí)，+5V就向片內(nèi)RAM提供備用電源，以

62、保持片內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)不丟失，復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。</p><p>　　ALE／PROG：地址鎖存使能輸出／編程脈沖輸入端。當(dāng)CPU訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE的輸出作為外部鎖存地址的低位字節(jié)的控制信號(hào)；當(dāng)不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端仍以1／6的時(shí)鐘振蕩頻率固定地輸出正脈沖。因此，它可用做對(duì)外輸出的時(shí)鐘或用于定時(shí)。但要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)會(huì)丟失一個(gè)脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。另外，在對(duì)8

63、751片內(nèi)EPROM編程（固化）時(shí)，此引腳用于輸入編程脈沖（PROG）。</p><p>　　PSEN：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。CPU在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器期間，每個(gè)機(jī)器周期中，PSEN信號(hào)兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)不再出現(xiàn)。PSEN端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。</p><p>　　EA／VPP：外部訪問(wèn)允許／編程電源輸入，當(dāng)EA端輸入高電平

64、時(shí)，CPU執(zhí)行程序，在低4KB地址時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)EA輸入低電平時(shí)，CPU僅訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器。在對(duì)8751EPROM編程時(shí)，此引腳接+2lV的編程電壓VPP。</p><p>　?。?）輸入／輸出（I／O）引腳PO．P1．P2和P3</p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I／O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)l時(shí)，被定義為高

65、阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)／地址的第八位。在FLASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I／0口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。Pl口管腳寫(xiě)入l后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLAS

66、H編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上

67、拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I／O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p&

68、gt;　　2.2.1.2 AT89C51的主要性能特點(diǎn)</p><p>　?。?）與MCS-51兼容</p><p>　?。?）4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器</p><p>　　（3）全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz</p><p>　?。?）三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定</p><p>　?。?）128×8位內(nèi)部RAM&l

69、t;/p><p>　　（6）32可編程I／O線</p><p>　?。?）兩個(gè)16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　（8）5個(gè)中斷源</b></p><p>　?。?）可編程串行通道</p><p>　　（10）低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　?。?1）片

70、內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路</p><p>　　2.2.1.3 AT89C51內(nèi)部功能介紹</p><p><b>　?。ㄒ唬?中央處理器</b></p><p>　　中央處理器（CPU）是單片機(jī)最核心的部分，它主要有運(yùn)算器和控制器兩部分構(gòu)成。</p><p><b>　?、龠\(yùn)算器</b></p&g

71、t;<p>　　運(yùn)算器包括算術(shù)運(yùn)算部件ALU（Arithmetic Logic nit）、累加器Acc：（Accumulator）、B寄存器TMPl和TMP2、程序狀態(tài)寄存器PSW（Program Status Word）。</p><p>　　算術(shù)邏輯部件ALU：ALU由加法器和其它邏輯電路等組成。它的功能是完成各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算，其典型操作包括對(duì)8位數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)加、減、乘、除及邏輯與、或、異或、

72、取反等運(yùn)算，以及循環(huán)移位、位操作等。</p><p>　　累加器Acc：簡(jiǎn)稱累加器A，它是一個(gè)8位寄存器，通過(guò)暫存器與ALU相連，在CPU中累加器A是工作最頻繁的寄存器。在算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算時(shí)，通常用累加器A存放一個(gè)參加操作的數(shù)，作為ALU的一個(gè)輸入，而ALU的運(yùn)算結(jié)果又存入累加器A中。</p><p>　　寄存器B： 寄存器B一般用于乘、除法指令，它與累加器A配合使用。運(yùn)算前，寄存器B

73、中存放乘數(shù)或除數(shù)；運(yùn)算后，B中保存了乘積的高位字節(jié)或商的余數(shù)部分。此外，寄存器B可作為存放中間結(jié)果的暫存器使用。</p><p>　　程序狀態(tài)字寄存器PSW：PSW是一個(gè)8位寄存器，用于寄存當(dāng)前指令執(zhí)行的某些狀態(tài)，反映指令執(zhí)行結(jié)果的一些特征，比如，進(jìn)位和溢出等。不同的特征用相應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)志位表示按功能分，PSW的標(biāo)志可以分為兩類：一類是狀態(tài)標(biāo)志，它表示當(dāng)前指令執(zhí)行后，運(yùn)算結(jié)果的一些特征，這類標(biāo)志為后面的操作提供判斷

74、的依據(jù)。另一類是用戶設(shè)定的標(biāo)志位，來(lái)選擇CPU當(dāng)前使用的工作寄存器組，或用戶在程序設(shè)計(jì)中作為某種特定的標(biāo)志位。</p><p>　　四個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位定義：</p><p>　　C：進(jìn)位標(biāo)志位，有時(shí)表示為CY。在進(jìn)行加法（或減法）運(yùn)算時(shí)，如果操作結(jié)果的最高位C7有進(jìn)位（或借位），CY置1；否則，CY置0。在進(jìn)行位操作時(shí)，CY作為累加器C，也稱布爾累加器。此外，循環(huán)移位指令和比較轉(zhuǎn)移指令也會(huì)影響

75、CY標(biāo)志。</p><p>　　AC：半進(jìn)位標(biāo)志位。在進(jìn)行加法（或減法）運(yùn)算時(shí)，如果低半字節(jié)向高半字節(jié)有進(jìn)位（或借位），則AC標(biāo)志置l；否則AC標(biāo)志置0。AC標(biāo)志用于校正BCD碼加法或減法運(yùn)算的結(jié)果，作為（BCD）碼運(yùn)算調(diào)整指令DA判斷的依據(jù)之一。</p><p>　　P：奇偶標(biāo)志位。該標(biāo)志位始終跟蹤累加器A內(nèi)容的奇偶性，如果結(jié)果中A內(nèi)有奇數(shù)個(gè)1，則標(biāo)志P置1；否則置0。</p>

76、;<p>　　OV：溢出標(biāo)志位。帶有符號(hào)算術(shù)運(yùn)算時(shí)，結(jié)果發(fā)生溢出，則OV標(biāo)志置1：否則置0。</p><p><b>　?、诳刂破?lt;/b></p><p>　　控制器是單片機(jī)的指揮部件，它是CPU的大腦中樞。它包括程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令寄存器、堆棧指針、數(shù)據(jù)指針、指令譯碼器、時(shí)鐘發(fā)生器和定時(shí)控制邏輯等。控制器的功能是接受來(lái)自存儲(chǔ)器的指令，進(jìn)行譯碼，

77、并通過(guò)定時(shí)和控制電路，在規(guī)定時(shí)刻發(fā)出指令操作所需的各種控制指令和CPU外部所需的各種控制信號(hào)，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的操作。</p><p><b>　　時(shí)鐘及復(fù)位</b></p><p>　　單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，復(fù)位操作則使單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的初態(tài)開(kāi)始運(yùn)行。</p><p>

78、;<b>　?。?）時(shí)鐘電路</b></p><p>　　89C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器（簡(jiǎn)稱晶振）或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘情號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多。</p><p>　　外部振蕩方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式適宜用來(lái)使

79、單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持同步。外部振蕩方式的外部電路如圖2-3所示。</p><p>　　由上左圖可見(jiàn)，外部振蕩信號(hào)由XTAL1引入，XTAL2接地。為了提高輸入電路的驅(qū)動(dòng)能力，通常使外部信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)帶有上拉電阻的TTL反相門(mén)后接入XTAL1。</p><p><b>　?。?）電路</b></p><p>　　當(dāng)MCS-5l系列單片機(jī)的復(fù)位

80、引腳RST（全稱RESET）出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。</p><p>　　根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位。</p><p>　　上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位電路如下圖2-4中（a）圖所示。圖中電容C1和電阻R1對(duì)電源+5V來(lái)說(shuō)構(gòu)成微分電路。上電后

81、，保持RST一段高電平時(shí)間，由于單片機(jī)內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中電阻R1，也能達(dá)到上電復(fù)位的操作功能，如下圖（a）中右圖所示。</p><p>　　上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開(kāi)關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。常用的上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位電路如圖（b）所示。上電后，由于電容C3的充電和反相門(mén)的作用，使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵K后松開(kāi)，也能使RST為

82、一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作。</p><p>　　根據(jù)實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)，下面給出這兩種復(fù)位電路的電容、電阻參考值。</p><p>　　圖（a）中：C1＝10-30μF，R1＝1kΩ</p><p>　　圖（b）中：C1＝1μF，Rl＝lkΩ，R2＝10kΩ</p><p>　?。╝）復(fù)位電路

83、（b）上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位電路</p><p>　　圖 2-4 單片機(jī)的復(fù)位電路</p><p>　?。?）單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)</p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計(jì)數(shù)器PC＝0000H，這表明程序從0000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行。單片機(jī)冷啟動(dòng)后，片內(nèi)RAM為隨機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)RAM區(qū)中的內(nèi)容，21個(gè)特殊功能寄存器復(fù)位后

84、的狀態(tài)為確定值，見(jiàn)下表2-5。</p><p>　　值得指出的是，記住一些特殊功能寄存器復(fù)位后的主要狀態(tài)，對(duì)于了解單片機(jī)的初態(tài)，減少應(yīng)用程序中的初始化部分是十分必要的。</p><p>　　表2-5 特殊功能寄存器表</p><p><b>　?。ㄈ┲袛?lt;/b></p><p>　　89C51有一個(gè)五源兩級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)

85、，其中2個(gè)外部中斷，2個(gè)定時(shí)器中斷和一個(gè)串行口中斷，這五個(gè)中斷請(qǐng)求鎖存信號(hào)分別鎖存在TCON和SCON中。在我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中共用到4個(gè)中斷：兩個(gè)外部中斷分別用于電壓低和掉電信號(hào)的輸入，定時(shí)器T0溢出中斷和串行口中斷。單片機(jī)復(fù)位以后，IE、IP均被清“0”。根據(jù)需要可以置位或清零IE相應(yīng)位以允許或禁止各中斷源的中斷請(qǐng)求，置位或清零IP相應(yīng)位可把相應(yīng)的中斷源置為低優(yōu)先級(jí)或高優(yōu)先級(jí)。</p><p>　　在每個(gè)機(jī)器周

86、期內(nèi)單片機(jī)對(duì)所有中斷源進(jìn)行順序檢測(cè)，并在任一周期的S6期間找到所有有效的中斷請(qǐng)求并對(duì)其優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排隊(duì)。只要能滿足下列條件之一：①無(wú)同級(jí)或高級(jí)中斷請(qǐng)求正在服務(wù)；②現(xiàn)行的機(jī)器周期是指令的最后一個(gè)機(jī)器廚期；③若現(xiàn)行的指令是RETI或是訪問(wèn)IE、IP的指令時(shí)，則需要執(zhí)行完該指令的下一條指令才能響應(yīng)新的中斷請(qǐng)求；單片機(jī)便在緊接著的下一個(gè)機(jī)器周期S1的期間響應(yīng)中斷，否則將丟棄中斷查詢的結(jié)果。</p><p>　　單片機(jī)響應(yīng)中

87、斷后，只保護(hù)斷點(diǎn)而不保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)（如PSW，DPTR，ACC的內(nèi)容等），因而CPU現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和恢復(fù)必須由用戶的中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)；而且不能清除串行口的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位TI和RI（TI和RI必須由軟件清零），也無(wú)法清除外輸入申請(qǐng)信號(hào)INT0和INT1，所有這些都要在編制程序時(shí)予以考慮。</p><p><b>　?。ㄋ模〦PROM</b></p><p>　　單片機(jī)內(nèi)的程序存儲(chǔ)器

88、通常是只讀存儲(chǔ)器。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)都是專用控制器，一旦研制成功，其監(jiān)視程序也就定型，因此可用ROM作程序存儲(chǔ)器。ROM中的內(nèi)容不會(huì)丟失，從而提高了可靠性。</p><p>　　AT89C51的EPROM允許在線對(duì)程序存儲(chǔ)器重新編程，也可用常規(guī)的非易揮發(fā)存儲(chǔ)芯片編程器編程，壽命為1000次周期，數(shù)據(jù)保存期可達(dá)10年。89C5l的I／O口P0，P1，P2和P3處具有與80C5l相同的一些性質(zhì)和用途外，在EPERO

89、M編程時(shí)，P0口還可接受代碼字節(jié)，并在程序校驗(yàn)輸出代碼字節(jié)，但在程序校驗(yàn)說(shuō)，需要外接上拉負(fù)載電阻。在EPEROM編程和程序校驗(yàn)期間，P1口接受低地址字節(jié)，P2口接受高位地址位和一些控制信號(hào)。P3口也接受一些EPEROM編程和校驗(yàn)用的控制信號(hào)。此時(shí)，ALE／（／PROG）弓l腳是編程脈沖輸入／PROG端。在EPEROM編程期間，如果選擇12V編程電壓，即將12V編程電壓（VPF，）加在EA／（／VPP）引腳上。該芯片內(nèi)有三個(gè)加密位，其狀態(tài)

90、位編程（P）或不可編程（U）。</p><p>　　如果加密位LB1倍編程，則／EA腳的電平在復(fù)位時(shí)被采樣并鎖存。若器件在加電時(shí)不進(jìn)行復(fù)位，那么該所存儲(chǔ)器初始化為一隨機(jī)值，并在復(fù)位有效前始終保持該值。為使器件工作正常，／EA的鎖存值必須與引腳的當(dāng)前邏輯電平一致。89C5l的三個(gè)加密位可以不被編程（U）或被編程（P），以獲得表格所示的特性。</p><p>　　89C51出廠時(shí)，片內(nèi)FPER

91、OM代碼存儲(chǔ)陣列通常為擦除狀態(tài)（即內(nèi)容為FFH）并準(zhǔn)備接受編程。編程接口引腳可接12V的高電壓，也可接Vcc低電壓編程開(kāi)放信號(hào)。低電壓編程模式為用戶進(jìn)行在線編程提供了方便。高電壓編程模式與一般EPROM編程器兼容。此時(shí)，89C51代碼陣列存儲(chǔ)陣列進(jìn)行電擦除，這中電擦除可在用戶用系統(tǒng)中進(jìn)行。生產(chǎn)廠家也可提供己在存儲(chǔ)陣列中編好用戶程序的產(chǎn)品。</p><p>　　通過(guò)適當(dāng)組合控制信號(hào)，可對(duì)FPEROM進(jìn)行在線編程前，

92、應(yīng)對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)陣列進(jìn)行擦除。寫(xiě)操作周期是自定時(shí)的，一經(jīng)初始化就將自動(dòng)按時(shí)完成，在對(duì)89C51編程前，應(yīng)根據(jù)FPEROM編程模式標(biāo)出產(chǎn)生的地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。</p><p>　　要對(duì)89C51編程，必須按照以下操作順序：</p><p>　?、僭诘刂肪€上輸入所需存儲(chǔ)單元地址。</p><p>　　②在數(shù)據(jù)線輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)字節(jié)。</p><p>

93、;　?、奂せ钫_的控制信號(hào)組合。</p><p>　?、懿捎酶唠妷壕幊棠Ｊ綍r(shí)，應(yīng)將（／EA）／VPP接12V。</p><p>　　同時(shí)產(chǎn)生一次ALE／（／PROG）脈沖，對(duì)FPEROM陣列中的一個(gè)字節(jié)后的加密位進(jìn)行編程。寫(xiě)字節(jié)周期是自定時(shí)的，時(shí)間不超過(guò)0.5ms。改變陣列地址和數(shù)據(jù)重復(fù)步驟①～④，直到編程結(jié)束。</p><p>　?。ㄎ澹㏑AM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</

94、p><p>　　RAM可分為工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、堆棧和數(shù)據(jù)緩沖四個(gè)區(qū)。RAM的0～1FH為四組工作寄存器區(qū)，每個(gè)區(qū)有8個(gè)工作寄存器ROAR7，由PSW的第三、第四位指示CPU當(dāng)前使用的工作寄存器區(qū)。RAM的20～2FH為位可尋址區(qū)，這16個(gè)單元的每一位都有一個(gè)位地址，可以視為軟件觸發(fā)器，用于都有一個(gè)位地址，可以視為軟件觸發(fā)器，用于存放各種程序標(biāo)志、位控制變量，當(dāng)然也可作一般的數(shù)據(jù)緩存使用。堆棧一般設(shè)在30～7FH

95、的范圍內(nèi)，棧頂位置由棧指針SP指出，復(fù)位以后（SP）為07H，一般應(yīng)對(duì)SP初始化來(lái)具體設(shè)置堆棧區(qū)。RAM中除了作為工作寄存器、位標(biāo)志和堆棧區(qū)以外的單元，都可以作為數(shù)據(jù)緩沖器使用，存放輸入的數(shù)據(jù)或運(yùn)算的結(jié)果。</p><p>　?。┒〞r(shí)器／計(jì)數(shù)器</p><p>　　AT89C51有兩個(gè)16位的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器T0、T1，通過(guò)對(duì)TH0、TH0和TH1、TL1的初始化編程來(lái)設(shè)置T0、T1計(jì)數(shù)

96、處置，通過(guò)TCON和TMOD的編程來(lái)選擇T0、T1的工作方式和控制T0、W1的運(yùn)行。T0、T1作為定時(shí)器使用時(shí)，以振蕩器輸出時(shí)鐘脈沖的十二分頻信號(hào)作為計(jì)數(shù)信號(hào)，也就是每一個(gè)機(jī)器周期定時(shí)器加1，定時(shí)器從計(jì)數(shù)初值開(kāi)始加1計(jì)數(shù)直至定時(shí)器溢出。</p><p><b>　?。ㄆ撸┐锌?lt;/b></p><p>　　AT89C51單片機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)全雙工的串行異步通信口，可同時(shí)

97、發(fā)送、接收串行數(shù)據(jù)。該串行口的內(nèi)部有兩個(gè)物理上獨(dú)立的數(shù)據(jù)接收、發(fā)送緩沖器，前者只能讀出不能寫(xiě)入，后者只能寫(xiě)入不能讀出，兩個(gè)緩沖器公用一個(gè)字節(jié)地址SBUF（99H）。CPU對(duì)SBUF執(zhí)行寫(xiě)操作，就是將數(shù)據(jù)寫(xiě)入發(fā)送緩沖器；CPU對(duì)SBUF執(zhí)行讀操作，就是讀出接收緩沖器的內(nèi)容。</p><p>　　AT89C51的串行口有四種工作方式，在該系統(tǒng)中選用的是方式1即8位數(shù)據(jù)UART（通用異步接收／發(fā)送器）方式。單片機(jī)工作于

98、方式1時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)從TXD輸出，接收數(shù)據(jù)從RXD輸入，串行口的波特率由定時(shí)器1的溢出率及PCON中的SMOD的取值決定。</p><p><b>　?。ò耍㊣／O端口</b></p><p>　　AT89C51有四個(gè)并行口，四個(gè)并行口都是雙向口。P0、P1、P2和P3分別是4個(gè)I／O端口對(duì)應(yīng)的鎖存器。當(dāng)I／O端口某一位用于輸入時(shí)，必須在相應(yīng)口鎖存器的對(duì)應(yīng)位先寫(xiě)入l。&

99、lt;/p><p>　　在該系統(tǒng)中P0、P1、P2三個(gè)口均作為輸入口使用，P3口工作于第二功能。P0口內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，是一個(gè)8位漏極開(kāi)路型的雙向I／O口，P1、P2、P3口都是準(zhǔn)雙向口。準(zhǔn)雙向口的特點(diǎn)是：當(dāng)外部維持在低電平時(shí)，準(zhǔn)雙向口的輸入要提供源電流，而外部低電平消失時(shí)，又會(huì)自動(dòng)地使自己拉向高電平。P0口作輸入口需要置高：由準(zhǔn)雙向口的結(jié)構(gòu)可知，當(dāng)Pl、P2口作為輸入口時(shí)，必須先對(duì)它置高電平使內(nèi)部MOS管截至。因?yàn)?/p>

100、內(nèi)部上拉電阻阻值為20KΩ40KΩ，故不會(huì)對(duì)外部的輸入產(chǎn)生影響。若不先對(duì)它置高且原來(lái)是低電平，則MOS管導(dǎo)通，讀入的數(shù)據(jù)是不正確的。P3口工作第二功能時(shí)，該為的鎖存器也應(yīng)置“1”，使其內(nèi)部的與非門(mén)對(duì)選擇輸出功能通暢。</p><p>　　2.2.2　用于I/O擴(kuò)展的芯片8255A</p><p>　　2.2.2.1　8255A芯片簡(jiǎn)介</p><p>　　8255A

101、是Intel公司生產(chǎn)的可編程輸入輸出接口芯片，它具有3個(gè)8位的并行I/O口，引腳功能如下：</p><p>　　具有三種工作方式，可通過(guò)程序改變其功能，因而使用靈活方便，通用性強(qiáng)，可作單片機(jī)與多種外圍設(shè)備連接時(shí)的中間接口電路。8255A共有40個(gè)引腳，采用雙列直插式封裝，各引腳D7～D0：三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線，與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線連接，用來(lái)傳送數(shù)據(jù)信息。</p><p>　　CS：片選信號(hào)線，低電平

102、有效，表示芯片被選中。</p><p>　　RD：讀出信號(hào)線，低電平有效，控制數(shù)據(jù)的讀出。</p><p>　　WR：寫(xiě)入信號(hào)線，低電平有效，控制數(shù)據(jù)的寫(xiě)入。</p><p>　　VCC：+5V電源。</p><p>　　PA7～PA0：A的輸入/輸出線。</p><p>　　PB7～PB0：B口輸入/輸出線。<

103、/p><p>　　PC7～PC0：C口輸入/輸出線。</p><p>　　RESET：復(fù)位信號(hào)線。</p><p>　　A1～A0：地址線，用來(lái)選擇8255內(nèi)部端口。</p><p><b>　　GND：地線。</b></p><p>　　2.2.2.2　8255A內(nèi)部功能介紹</p>

104、<p>　　8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括三個(gè)并行數(shù)據(jù)輸入/輸出端口，二個(gè)工作方式控制電路，一個(gè)讀/寫(xiě)控制邏輯電路和8位總線緩沖器。</p><p>　　各部分功能概括如下：</p><p>　　（1） 端口A、B、C</p><p>　　A口：是一個(gè)8位數(shù)據(jù)出鎖器/緩沖器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。</p><p>　　B口：是一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸

105、入/輸出鎖存器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入結(jié)沖器。</p><p>　　C口：是一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入/輸出端口。C作為控制/狀態(tài)住處緩沖器（輸入不鎖存）。</p><p>　　通常A口、B口作為數(shù)據(jù)輸入/輸出端口。C口作為控制/狀態(tài)信息端口，它在“方式控制字”的控制下可分為二個(gè)4位端口。每個(gè)端口有一個(gè)4位鎖存器，分別與A口和B口配合使用，作為控制信號(hào)輸出或狀態(tài)信息輸入端口。</p><

106、;p>　　（2） 工作方式控制電路</p><p>　　工作方式控制電路有兩個(gè)，一個(gè)是A組控制電路，另一個(gè)是B組控制電路。這兩組控制電路具有一個(gè)控制命令寄存器，用來(lái)接收中央處理器發(fā)來(lái)的控制字，以決定兩組端口的工作方式，也可根據(jù)控制字的要求對(duì)C口按位清“0”或者位置“1”。</p><p>　　A組控制電路用來(lái)控制A口和C口的上半部分（PC7～PC4）。B組控制電路用來(lái)控制B口和C口的

107、下半部分（PC3～PC0）。</p><p>　?。?）總線數(shù)據(jù)緩沖器</p><p>　　總線數(shù)據(jù)緩沖器是一個(gè)三態(tài)雙向8位緩沖器，作為8255與系統(tǒng)總線之間的接口，用來(lái)傳送數(shù)據(jù)、指令、控制命令以及外部狀態(tài)信息。</p><p>　?。?） 讀/寫(xiě)控制邏輯電路</p><p>　　讀/寫(xiě)控制邏輯電路接收CPU發(fā)來(lái)的控制信號(hào)WR、RD、RESE

108、T、地址信號(hào)A1～A0等，然后根據(jù)控制信號(hào)的要求，將端口數(shù)據(jù)讀出，送往CPU，或者將CPU送來(lái)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入端口。</p><p>　　2.2.2.3　8255A工作方式的選擇</p><p>　　8255有三種基本工作方式：</p><p>　　方式0：基本輸入輸出；</p><p>　　方式1：選通輸入輸出；</p><p

109、><b>　　方式2：雙向傳送。</b></p><p>　　由工作方式控制字來(lái)決方式控制字的格式，由CPU通過(guò)輸入/輸出指令來(lái)提供。三個(gè)端口中C口被分為兩個(gè)部分，上半部分隨A口稱為A組，下半部分隨B口稱為B組。其中A口可工作于方式0、1和2，而B(niǎo)口只能工作在方式0和1。</p><p><b>　　（1） 工作方式0</b></p&

110、gt;<p>　　工作方式0是一種基本的輸入/輸出的工作方式。在這種方式下，三個(gè)端口都可以由程序設(shè)置為輸入或者輸出，沒(méi)有固定的用于應(yīng)答的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。其基本功能可概括為：可具有兩個(gè)8位端口（A、B）和兩個(gè)四位端口（C口的上半部分和下半部分）；任何一個(gè)端口都可以設(shè)定為輸入或者輸出。各端口的輸入、輸出可構(gòu)成16種組合；數(shù)據(jù)輸出時(shí)可以鎖存，輸入時(shí)不鎖存。按照方式0工作時(shí)，CPU可以通過(guò)簡(jiǎn)單的傳送指令對(duì)任意一個(gè)端口進(jìn)行讀/寫(xiě)。這樣各端