基于单片机的智能节能台灯设计论文.doc

毕 业 论 文（设 计）

题 目： 基于单片机的智能节能台灯设计
（英文）Design of Intelligent Energy Saving Table lamp Based on Single chip Microcomputer

基于单片机的智能节能台灯设计
摘要
单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹，台灯已是千家万户的必需生活用品，当夜晚来临时，人们摸黑去开灯，非常不方便，而当离开时，人们又经常忘记关灯而造成巨大的能源浪费。
本文设计制作了一种智能台灯，主要是以红外热释电处理芯片BISS0001和单片机组成的红外传感控制电路。其原理是：以人体红外辐射（波长为9.5um）为传感信号，当人体在台灯的范围内且环境光强较弱时，自动感应开灯，省去黑夜摸灯的麻烦；当人离开台灯传感器检测范围，自动感应关灯。另外当人身体太靠近桌面时，台灯自动感应，蜂鸣器发出警报，警告纠正坐姿，同时灯光控制电路控制灯光变暗，若在一定时间内未离开桌面则自动熄灭，当纠正好坐姿则消除警报，灯光变亮。其特点是自动开关灯，节约能源；且能纠正坐姿，防止近视。
本文首先介绍结合了单片机的智能化电器的普遍推广推动了家用小电器台灯的智能化。然后介绍设计中用到的单片机的功能以及传感器的选择。最后进行台灯的硬件设计和软件设计。

关键词：AT89S51单片机；BISS0001；智能台灯，节能
Design of Intelligent Energy Saving Table lamp Based on Microcomputer
ABSRACT
Single-chip microcomputer penetrated into all areas of our lives,it is very difficult to find the area of almost no traces of single-chip.Lamp is necessary for thousands of households living supplies.When in the dark,the people is very inconvenient to turn on the lights,and they often forger to turned off the lights when they left, it is resulting in a huge waste of energy.
In this paper, an intelligent design table lamp, Mainly pyroelectric infrared BISS0001 chip and single-chip processor consisting of infrared sensor control circuit. The principle is that infrared radiation in the human body for the sensor circuit,automatic sensors turn on the lights when the body of the scope of the lamp and the environment when a weak light.In another way,turn off the lights by automatic sensor when people leave the lamp sensor detection range. In addition, when the body is too close to the desktop. The buzzer alarm to warning to correct posture by the lamp automatic sensor. In the same time, lighting control circuit to control lights dimmed. if within a certain period of time not to leave the desktop the lights automatically extinguished, The lights brighten and remove the alarm when the correct good posture . It is features is automatic light switch, energy conservation; can correct posture and prevent myopia.
This paper first introduces the intelligent combination of SCM appliances to promote the general promotion of the small household electrical appliances intelligent lamp. And then used to introduce single-chip design features as well as the sensor of choice. The final table of the hardware design and software design.

Key words：AT89S51 Microcomputer;BISS0001;Intelligent Table lamp;Energy Saving

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目录
第1章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2研究的意义 2
1.2.1 在节约电能方面的意义 2
1.2.2对使用者的眼睛保护及坐姿的调整 3
1.3课题发展现状 4
1.3.1单片机的发展 4
1.3.2单片机的现状 4
1.3.3 台灯的发展现状 5
1.4研究内容 6
第2章 AT89S52单片机的选择及功能简介 7
2.1系统的构成框图 7
2.2 AT89S52单片机简介 7
2.3主要功能特性 8
2.4引脚结构及功能说明 8
2.5存储器结构 11
2.6看门狗定时器 11
2.6.1WDT的作用 11
2.6.2掉电和空闲方式下的WDT 11
2.7定时器0和定时器1 12
2.8中断 12
2.9本章小结 12
第3章 传感器的选择及功能介绍 14
3.1传感器 14
3.1.1传感器的定义 14
3.1.2传感器的分类 14
3.1.3传感器的静态特性 15
3.1.4传感器的动态特性 15
3.1.5传感器的灵敏度 16
3.1.6传感器的分辨力 16
3.1.7传感器的迟滞性 16
3.2热释电红外传感器 16
3.2.1概述 17
3.2.2热释电红外传感器工作原理 17
3.2.3热释电红外传感器的优缺点 19
3.2.4热释电红外传感器的抗干扰性能 19
3.2.5热释电红外传感器的应用前景 19
3.2.5小结 19
3.3菲涅尔透镜 19
3.3.1概述 20
3.3.2菲涅尔透镜的工作原理 20
3.3.3菲涅尔透镜的优点 21
3.3.4小结 21
3.4光敏电阻 21
3.4.1概术 22
3.4.2光敏电阻工作原理 22
3.4.3光敏电阻的分类 22
3.4.5光敏电阻的主要参数 23
3.4.6光敏电阻的制作材料 23
3.4.7小结 23
3.5本章小结 23
第4章 硬件电路原理及设计 24
4.1传感器及信号处理部分 25
4.1.1人体热释电红外传感器 25
4.1.2光强信号变成可处理的数字信号 29
4.2.1外接晶振电路 32
4.2.2复位电路 33
4.2.3存储器部分 34
4.3单片机控制下的灯光控制电路 34
4.3.1 74LS138译码器资料 34
4.3.2 DAC0832转换芯片资料 37
4.4本章小结 39
第5章 软件程序设计 41
5.1总体程序框图 41
5.2主程序流程图 41
5.3单片机程序 42
5.4 PROTEUS ISIS对系统仿真 44
5.4.1系统软件Proteus ISIS概述 44
5.4.2 ProteusISIS对系统仿真 45
5.5本章小结 47
第6章 总结和展望 48
6.1设计总结 48
6.2设计展望 48
参考文献 49
致谢 51

基于单片机控制的智能节能台灯
第1章 绪论
1.1研究背景
社会在不断进步，人类在不断追求，市场在不断变化，高科技应用含量决定着产品发展的新趋势和前景，智能化技术在电子产品领域的应用意义深远。随着电子产品的快速发展，家用电器也越来越偏向智能化，已经应用于实际中的有智能洗衣机，智能电饭锅，智能电磁炉等，而所用的智能化家用电器都用一个共同的特点，都是利用单片机作为中央控制单元。结合了单片机的智能家用电器和普通家用电器相比，功能上更强，使用更方便，安全可靠性也更高，最重要的是更节省电能，提高了家用电器的品质。随着智能控制理论和人工智能研究的深入，各种更加逼真地模拟人类智能的家用电器会更多地出现，而单片机和智能理论的结合，将来不但更多地改进现行家用电器，而且将会产生全新的家用电器。
家用电器因为单片机的加入而走向智能化，并且随着人们生活水平的提高日益走向平民化，我们的生活也随着家用用电器的发展越来越方便、舒适。随着家用电器的发展，作为家用电器当中的小台灯也要顺应科技的发展步伐走向智能化。虽然按键式的台灯还是台灯市场的主体。但是，随着现代电子技术的发展和人们的需求变化，传统的台灯已经感受到产品更新换代的威胁。与其他的智能化家用电器一样，智能化台灯有许多普通按键台灯所无法比及的优势，智能化台灯一方面可以更节省电能，有利于环保，另一方面可以纠正使用者的坐姿，预防脊椎变形和眼睛近视。同时，智能台灯在黑暗的时候自动开关灯的功能也让使用者使用起来更方便，省去黑暗摸灯的麻烦。智能型电器产品由于它们的巨大优势将渐渐进入人们的生活中。
台灯不仅在功能上日趋向智能化，同时在外观上已逐步向组合化、装饰化、情趣化方向发展。组合化是随着人们生活节奏的加快，一些方便实用、新颖、美观的组合台灯正在市场上兴起，有闹钟与台灯组合的，有小型取暖器与台灯组合的，有微型电讯与台灯组合的，还有把笔架、文具盒、像片框与台灯组合的等等，使台灯更具有实用性。装饰化，装饰化台灯注重装饰效果，体现鲜明的艺术特色，使台灯成为一件具有实用性的艺术品。由于这些台灯不但具有现代工艺性，而且式样多变，工艺精湛，造型也别具匠心。质料上不再是单一塑料制品，还采用不锈钢、铜、玻璃等材料制成，风格各异。有乳白、橘黄、草绿、玫瑰红、湖绿等颜色，消费者可按房间装饰风格及家具风格来选购不同款式、质料的台灯，使台灯与室内布置形成一个完善的艺术整体。情趣化，情趣化台灯往往以小巧玲珑、想象丰富等特点而颇受青少年青睐。基于以上背景，我们提出了基于单片机的智能岩体声发射监测仪的设计。
1.2研究的意义
1.2.1 在节约电能方面的意义
我国政府非常重视节能和节约。1997年11月1日我国颁布了《中华人民共和国节约能源法》，节能已经是法律上的规定，是我国重要国策之一。北京2008年奥运场馆建设，在“科技奥运，人文奥运，绿色奥运”三大理念的基础上，又提出“勤俭办奥运”的方针，充分体现政府节能，节约的决心！国家发改委提出了“电机系统节能工程”、“建筑节能工程”、“绿色照明工程”等十大重点节能工程，通过这十大工程，“十一五”期间将实现节约2.4亿吨标准煤的目标。2006年1月将实行国家建设部颁布的“民用建筑节能管理规定”，2005年7月1日开始实施的“公共建筑节能设计标准”GB50189—2005要求全年的总能耗（采暖，通风，空气调节和照明）减少50%。广大电气技术工作者只有认认真真研究节约电能的理论和技术，开发出优良的节电产品并应用于实际，才能从根本上贯彻国家规定的各项节能法规，造福于社会。照明节能意义重大，我国照明耗电大体占全国总发电量10%～12%，2003年我国总发电量为18500亿度，按12%计，照明耗电达2220亿度。据资料报道，目前城市照明（指景观照明和功能照明的统称），年用电量约占全国总发电量的4%～5%。照明节能主要从三个方面入手：选用高效节能的电光源和灯具；选用高品质电子镇流器或节能型电感镇流器；配置适宜，先进照明控制装置。目前我国城市公共照明每年开支达数百亿元。应积极推广采用国际上流行的全数字智能路灯节能控制技术：即智能光源降压——稳压——调光技术。它的技术思想为：在繁忙时段，控制路灯保持较强的照度，午夜时分，自动调光；后半夜车稀人少时，控制路灯保持较低的照度的照明。在美国、德国此类技术得到了政府大力扶持和推广，节电率高于30%。我国已有独立自主知识产权的这方面技术产品如哈工大楼宇自动化研究所研制的“金卤灯调压调光系统”，在城市道路照明应用中运行效果优良。今后尚需政府的行政支持。
智能节能台灯最大的优点就是省电和方便。方便不用多说了，来之则亮去之则暗，不用动手。省电是比较重要的，现在全世界都缺少电能。2003年，美国和加拿大大面积停电。我国也是，每到夏天就有很多省市拉闸限电。如果用上我们的智能台灯，那么假设一天我们可以节省10min 的开灯时间，灯上装的是10W的节能灯泡（一个10W的节能灯泡相当于40W的白炽灯泡）。节省的电能为10Wｘ600s = 6000J ，一个月（30天）就能节省180000J，一年就能节省2190000J的电能，相当于0.6千瓦时。不要小看这个0.6千瓦时的电能。如果全国人都能每年节省0.6千瓦时的电能，那么每年全国会省下7.8亿千瓦时的电能，这7.8亿千瓦时的电能相当节省接近4亿人民币，4亿人民币可以建造多少所希望小学，可以救助多少无家可归的孤儿，可以圆多少贫穷的孩子无法圆的上学梦啊！更重要作用的是环境保护。大家都知道我国有70%的电能来自火力发电厂，而火力发电厂少发一度电（就是1千瓦时）会减少1千克的CO2排放。那么节省3.9亿度的电能就等于少向大气排放39万吨的CO2 ，而CO2是温室效应的最归祸首。就是因为全球向大气排入过多的CO2，导致了温室效应的加剧，海平面上升，大片的土地被淹没，气候变暖，降水和土壤湿度进一步减少，气候逐渐干旱，土地沙漠化和草原退化将变的更加严重。智能节能台灯在节约电能的同时也保护了自然环境，一举两得。
1.2.2对使用者的眼睛保护及坐姿的调整
近年来，我国青少年近视发病率节节上升，发病人数居全球首位，达到历史空前水平。全国政协委员、沈阳何氏眼科医院院长何伟呼吁，关注我国青少年视力健康，切实加强中小学生近视眼的防治工作刻不容缓。何伟委员告诉记者，目前我国共有四亿多近视眼患者，以13亿人口计，约每3个人中就有1个是近视眼，特别是青少年近视的发病率居世界第二，人数居世界第一，且渐趋低龄化，中小学生近视检出率为53.8％(城市60.7％、农村30.7％)，高中以上学生更是高达70％。 近视正严重危害青少年的健康成长，同时影响我国高素质人才职业的筛选，缩小特殊职业人员的选取范围，更是对实现我国二十一世纪健康目标的严重挑战。多年来近视眼病在我国、日、韩和东南亚地区特别严重，时时影响着青少年的学习、健康、工作和生活。近年来我国近视眼患病率已上升到世界第二位，仅次于日本，总数量居世界第一。近视眼病的防治是一种世界性的重大难题，迄今没有治愈的有效药物和方法。市售的药物和器具只能起到一定的调理和缓解作用，而手术和激光治疗有严格的年龄限制，而且还包含着严重的隐患和风险。除了遗传原因，诱发学生患近视眼病的根源有多种，必须从诱发的所有根源上做起，才能真正防止。
我国的中小学生之所以出现这么严重的近视问题，原因是他们在平时在灯下学习或做作业的时候不注意坐姿，由于离光源太近，久而久之使视力下降，出现了近视眼。目前市场上出售的调光台灯多为手动式，即根据使用者的需要，用手转动调光旋钮，改变台灯的亮度，虽然有节约用电的作用，但无防近视功能。为使中、小学生在灯下看书或做作业时，不能离灯过近，若超过规定(即调定)的距离，灯光便自动变暗乃至熄灭，而离开规定距离，灯光则自动变亮，我们设计了一种智能台灯。它可以在使用者看书写字姿势不正确或者距离台灯太近的时候，灯光会慢慢变暗提醒你纠正，直到你坐姿完全正确为止。从而使你养成良好的读书写字姿势，保护好视力防止近视眼，这个功能都是台灯根据人体探测电路的输出信号来控制，如果晚上工作学习太累不小心趴在台灯下睡着了，台灯的传感器检测到你距离光源太近，经提醒电路暗灯提醒未离开则在单片机程序控制下自动熄灭台灯，同时起到了省电的作用。
1.3课题发展现状
单片机在本次智能节能台灯设计中是主要控制单元，主要控制电路灯光控制电路是在单片机的控制下工作。下面就介绍一下智能节能台灯的大脑，单片机的发展状况以及在各个领域中的实际应用。在对其熟悉的基础上对它进行合理的利用。
1.3.1单片机的发展
微型计算机即单片机，1976年Intel公司推出了8位的MCS-48系列单片机，它以等特点，赢得了广泛的应用和好评，为单片机的发展奠定了坚实的基础，成为单片机发展史上一个重要阶段。其后，在MCS-48成功的刺激下，许多半导体芯片在生产厂商竞相研制和发展自己的单片机系列。到80年代末，世界各地已相继研制出大约50个系列300多个品种的单片机产品，其中包括Motorola公司的6801，6802，Zilog公司的Z-8系列，Rockwell公司的6501，6502等，此外，日本的NEC公司，日立公司等也不甘落后，相继推出了各自的单片机品种。
尽管目前单片机的品种很多，但是我国使用最多的是Intel公司的MCS-51单片机系列。MCS-51系列是在MCS-48的基础上上世纪八十年代初发展起来的，虽然它是8位的单片机，但其功能较MCS-48有很大的增强。此外，它还具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点，因此应用愈加广泛，直到现在，MCS-51仍不失为单片机的主流系列。继8位单片机之后，又出现了16位单片机，1983年Intel公司推出的MCS-96系列处理器。单片机就是其中的典型代表。与MCS-51相比，MCS-96不但字长增加一倍，而且在其它性能方面也有很大的提高，特别是芯片内还增加了一个4路或8路的10位A/D转换器，使其具有A/D转换的功能。
1.3.2单片机的现状
纵观单片机近30年的发展历程，单片机今后将向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、低价格、外围电路简单化以及片内存储器容量增加的方向发展。但其位数不一定会继续增加，尽管现在已经有了32位单片机，但使用的并不多。可以预言，今后的单片机将是功能更强、集成度和可靠性更高而功耗更低、以及使用更方便等特点。此外，专用化也是单片机的一个发展方向，针对单一用途的专用单片机将会越来越多。
随着微电子技术和超大规模集成电路技术的发展，单片机真正意义上的嵌入式系统的出现。单片机能最好地满足嵌入式应用的环境要求，例如，芯片级的物理空间、大规模集成电路的低价位、良好的外围接口总线和突出控制功能的指令系统。单片机有计算机系统内核，嵌入到电子系统中，为电子系统智能化奠定了基础。因此，当前单片机在电子系统中的广泛使用，使经典电子系统迅速过渡到智能化的现代电子系统。又单片微型计算机以其体积小、性价比高、功能强、可靠性高等独有特点，在各个领域（如工业控制、家电产品、汽车电子、通信、智能仪器仪表）得到广泛应用。
1.3.3 台灯的发展现状
台灯本来是一个非常简单的照明工具，就是一个电源加一个灯泡，但是随着科技的进步，人们开始对台灯的功能要求也开始日渐提高。所以它的功能也由简单的照明开始向其他的节能和护眼等方面发展，有些台灯还添加了闹钟和定时等功能。
1、护眼台灯的护眼原理
护眼台灯主要由单端荧光灯和灯具两部分组成。单端荧光灯为节能灯；灯具里的主要电器元件是电子镇流器和启动器。它的工作原理是把低频闪提高至高频闪，这种护眼灯采用变频电子镇流器，将电频率由50H z提高至5500H z以减少频闪，采用三基色荧光粉，减少了炫光效应，使得光线柔和不刺目，使人眼感受不到频闪不适，以此来减轻视力疲劳。频闪效应是所有荧光灯管的一个测试指标：频闪越少，照明效果越好。普通台灯在50赫兹的交流电状态下正常工作的时候，每秒钟会发生闪烁100次左右，如此高的闪烁频率，光靠人眼是看不出来的。因此，在台灯下时间一长，再加上不注意用眼卫生，极其容易发生近视。而护眼灯的原理则是将50赫兹的电频率提高到40000至55000赫兹，而相应的台灯每秒钟的闪烁频率就会大幅度下降，有的甚至可以下降为零，从而起到保护视力的功能。但是，目前灯具市场里的不少品牌的护眼灯的质量不过关，护眼灯内部的电频率根本无法达到质量要求的40000赫兹以上的要求。
2、节能台灯
一般的节能台灯都是在灯泡上做研究，尽量使用节能灯具，可以把白炽灯泡换成LED的节能型灯泡。近年来随着绿色照明概念的提出，研制新型的环保节能台灯成为当务之急。目前已有专业人员研发出半导体环保节能台灯，将半导体LED用于室内照明。这是一款实用新型的台灯，由于以发光二极管为光源，再配以专门设计的外形结构，可极大限度地利用光的效率，给人以温馨或者恬静的感觉，特别适用于家庭、宾馆以及办公室等环境的工作、学习、休息等照明与装饰的需要，由于基本消除了频闪，使得灯光对视力保健更有效果，同时，还具有节省电能的效能。本实用新型台灯提供的光线照度均匀、无闪烁，并且产品使用寿命长、省电、反应速度快、环保、防爆、冷光源、安全性高，适合一般的工作、学习、居住等局部照明之用。
相信随着科技的发展，未来的照明光源将以环保节能的半导体发光器件为主，更易控制和实现多功能化和智能化。
1.4研究内容
随着智能化技术的飞速发展，智能化家用电器的日益普及，作为千家万户日常使用的家用小电器--智能节能台灯也应运而生。智能台灯是利用单片机的本文设计是选择了AT89S51作为控制芯片。将硬件设计分为传感器及信号处理部分、以80C51组成的中央处理单元、提醒电路及灯光控制电路。对各部分功能作用予以详细说明。软件设计采用模块化结构，将各模块设计完成后进行总调。
本文第一章为绪论，阐述了结合了单片机的智能化技术在家用电器领域中的应用，详细介绍了智能节能台灯研究的意义及未来台灯的发展趋势。
第二章对中央控制单元做了详细的介绍，选择了AT89S51作为控制器，对其功能、特性做了详细说明。
第三章对传感器的概念及其特性进行简单的介绍，对本文设计用到的热释电红外传感器和光敏电阻的工作原理及其特性进行详细的说明。
第四章对智能节能台灯的硬件进行设计，划分成为传感器信号处理，单片机最小系统以及在其控制下的灯光控制电路和提醒电路，分别设计出电路结构，并说明其功能作用。
第五章介绍了智能节能台灯的软件设计，根据硬件结构，先画出总的程序框图，结合台灯设计需要的效果，用汇编语言编出程序，并用PROTEUS仿真验证。
第六章是本论文的总结和进一步工作展望。

第2章 AT89S52单片机的选择及功能简介
2.1系统的构成框图

图1.1 单片机控制的智能节能台灯的系统结构图
2.2 AT89S52单片机简介
AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
2.3主要功能特性
u 8031 CPU与MCS-51 兼容
u 4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环)
u 全静态工作：0Hz-24KHz
u 三级程序存储器保密锁定
u 128*8位内部RAM
u 32条可编程I/O线
u 两个16位定时器/计数器
u 6个中断源
u 可编程串行通道
u 低功耗的闲置和掉电模式
u 片内振荡器和时钟电路
2.4引脚结构及功能说明

图1.2 AT89S51单片机引脚图
本次试验的单片机AT89S51采用PDIP封装形式,引脚结构如上图1.2所示。各对应引脚功能如下：
VCC：供电电压。
GND：接地。
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。
表1.1 P1口各引脚第二功能
端口引脚
第二功能
P1.5
MOSI（用于ISP编程）
P1.6
MISO（用于ISP编程）
P1.7
SCK（用于ISP编程）
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。
表2-2 P3口各引脚第二功能
端口引脚
第二功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
INT0（外中断0）
P3.3
INT1（外中断1）
P3.4
T0（定时/计数器0外部输入）
P3.5
T1（定时/计数器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）
I/O口作为输入口时有两种工作方式即所谓的读端口与读引脚读端口时实际上并不从外部读入数据而是把端口锁存器的内容读入到内部总线经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作这是由硬件自动完成的不需要我们操心1然后再实行读引脚操作否则就可能读入出错为什么看上面的图如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为0Q^为1加到场效应管栅极的信号为1该场效应管就导通对地呈现低阻抗,此时即使引脚上输入的信号为1也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1若先执行置1操作则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入由于在输入操作时还必须附加一个准备动作所以这类I/O口被称为准双向口89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口接下来让我们再看另一个问题从图中可以看出这四个端口还有一个差别除了P1口外P0P2P3口都还有其他的功能。
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器（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）。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
2.5存储器结构
MCS-51单片机内核采用程序存储器和数据存储器空间分开的结构，均具有64KB外部程序和数据的寻址空间。
程序存储器：如果EA引脚接地，全部程序均执行外部存储器。
在AT89S51，假如EA接VCC，程序首先执行地址从0000H-0FFFH(4KB)内部程序存储器,再执行地址为1000H-FFFFH(60KB)的外部程序存储器。
数据存储器：AT89S51的具有128字节的内部RAM，这128字节可利用直接或间接寻址方式访问，堆栈操作可利用间接寻址方式进行，128字节均可设置为堆栈区空间。
2.6看门狗定时器
WDT是为了解决CPU程序进行时可能进入混乱或死循环而设置，它由一个14bit计数器和看门狗复位SFR（WDTRST）构成。外部复位时，WDT默认为关闭状态，要打开WDT，用户必须按顺序将01EH和0E1H写到WDTRST寄存器（SFR地址为0A6H），当启动了WDT，它会随晶体振荡器在每个机器周期计数，除硬件复位或WDT溢出复位外没有其它方法关闭WDT，当WDT溢出，将使RST引脚输出高电平的复位脉冲。
2.6.1WDT的作用
打开WDT需按次序写01EH和0E1H到WDTRST寄存器（SFR地址为0A6H），当WDT打开后，需要一定的时候01EH和0E1H到WDTRST寄存器以避免WDT计数溢出。14位WDT计数器计数达到16383（3FFFH）,WDT将溢出并使器件复位。WDT打开时，它会随晶体振荡器在每个机器周期计数，这意味着用户必须在小于每个16383机器周期内复位WDT，也即写01EH和0E1H到WDTRST寄存器，WDTRST为只写寄存器。WDT计数器既不可读也不可写，当WDT溢出时，通常将使RST引脚输出高电平的复位脉冲。复位脉冲持续时间为98×Tost，Tost=1/Fost（晶体振荡频率）。为使WDT工作最优化，必须在合适的程序代码时间段周期地复位WDT防止WDT溢出。
2.6.2掉电和空闲方式下的WDT
掉电时期，晶体振荡停止，WDT也停止。掉电模式下，用户不能再复位WDT。有两种方法可以退出掉电模式：硬件复位或通过激活外部中断。当硬件复位退出掉电模式时，处理WDT可象通常的上电复位一样。当由中断退出掉电模式则有所不同，中断低电平状态持续到晶体振荡器稳定，当中断电平变为高即响应中断服务。为防止中断复位，当器件复位，中断引脚持续为低时，WDT并未开始计数，直到中断引脚被拉高为止。这为在掉电模式下的中断执行中断服务程序而设置。
为保证WDT在退出掉电模式时极端情况下不溢出，最好在进入掉电模式前复位WDT在进入空闲模式前，WDT打开时，WDT是否继续计数由SFR中的AUXR的WDIDLE位决定，在IDLE期间（位WDIDLE=0）默认状态是继续计数。为防止AT89S51从空闲模式中复位，用户应周期性地设置定时器，重新进入空闲模式。当位WDIDLE被置位，在空闲模式中WDT将停止计数，直到从空闲（IDLE）模式中退出重新开始计数。
2.7定时器0和定时器1
MCS—51系列的单片机一般有两个内部的16位定时器/计数器．分别称为T0和Tl。这两个计数器分别是由两个8位的RAM单元组成的，即每个计数器都是16位的计数器，最大的计数量是65536。那么这个定时/计数器是如何产生定时作用的呢?举个例子，如果将时钟定时到1分钟，那么秒针计数到60次后，时钟闹铃就会响。这里有个计数和定时之间的概念转化，时间表示为秒针计数值，即秒针每一次走动的时间正好是ls。
单片机中的定时器和计数器是复用的，计数器是记录外部脉冲的个数，而定时器则是由单片机提供的一个非常稳定的计数源。定时器是由单片机的晶振经过12分频后获得的一个脉冲源。当单片机的晶振为12MHz时，计数值1代表的时间就是1us。计数器的容星是16位，也就是最大的计数值到65536，因此计数计到65536就会产生溢出。当定时器/计数器计溢出时，就会使得相关的寄存器标志产生变化，单片机将由此I而产生定时中断，在中断服务程序中处理定时到而需要完成的任务。
2.8中断
AT89S51平时是掉电的，INT0或INT1的下降沿唤醒CPU。当INT0出现下降沿之后恢复为高电平时，CPU被唤醒，执行完INT0的中断服务程序后，CPU进入掉电状态，这时INT1的下降沿唤醒CPU时，只执行INT1的中断服务程序，这时很正常。而如果是INT0出现下降沿后保持为低电平时，CPU被唤醒，执行完INT0的中断服务程序后，CPU进入掉电状态，这时INT1的下降沿唤醒CPU时，先执行INT0的中断服务程序，然后才执行INT1的中断服务程序，
2.9本章小结
本章首先进行论证，选择单片机，接着完成了单片机的选型，对AT89S52与传统单片机的优点做了比较，并对详细功能及引脚做了介绍，最后列举了该系列单片机的应用领域。

第3章 传感器的选择及功能介绍
3.1传感器
传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，它通常由敏感元件和转换元件组成，它的性能直接影响到整个检测电路，对检测系统起着重要的作用。
3.1.1传感器的定义
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
3.1.2传感