建筑工程安全生产事故(事件)应急预案--学位论文.doc

摘 要人们生活水平的提高和社会的进步推动着各个领域发展高效率的控制方法，以适应当今高效率的时代要求。方便、快捷、简单，已经成为如今各种灯控系统的研发目标。传统的家庭灯控制系统往往是一个房间一个控制开关，每个开关固定地对应控制着一个灯的亮灭，各个开关和房间之间彼此独立。假如房间较大，楼层较高，则必须步行到每个楼层和房间进行照明灯的关断或者开启,这给当今讲究效率的生活方式带来了诸多不便。随着科学技术的不断发展，人类社会迎来了电子信息时代。为此，借助现代化高科技电子技术和通信技术，本文简要设计了家庭灯控系统。 本文根据设计任务的要求进行方案设计，并确定出最优的设计方案。该方案设计出一种具有结构简单、价格低廉、工作性能可靠等特点的家庭灯控系统。本设计方案就是在一个家庭中采用多个控制板连接在总线上。各个控制板间可以互相通信，彼此之间关系对等，没有主从机之分。根据该设计方案，本设计制作了两部可供演示的样机，进一步证明该设计的实际应用性。 在文中，主要论述了家庭灯控系统的方案设计、硬件和软件设计。重点阐述系统的结构、相关电路模块设计、系统的程序设计及系统扩展。最后，对本次设计进行了总结。 关键字：通信；家庭灯；AT89S52；MAX485 AbstractWith the improvement of peoples living standard and the promoting of social progress, a Efficient control is demanded to meet the High-efficiency requirements of the times. Today, Convenient, quick, easy ，Has become the goals of a variety of lighting control system development. Traditional family lights Control system is always a control switch in a room.b Each switch fixed to a lamps light and off .Its independent between the switchs and the rooms. We must walk to each floor and room for a lights turn on or turn off. If the room is larger, the floor higher, it has brought a lot of inconvenience to the efficiency of todays lifestyle. With the continuous development of science and technology, human society entered the electronic information age. Therefore , with modern high-tech electronics and communications technology , this paper is designed home lighting control system . This papers design is according to the requirements of the design task and to determine the optimal design. The program to design a household lamp control system of simple, low cost and reliable performance characteristics. In the design there are many of panels connected to the bus in a family. The panels can communicate with each other and it is an equal relationship ,there are not Host computer and Slave computer. According to the design, I designed and manufactured two prototypes for demonstration . and further prove that the design of practical application.In the paper mainly discusses the home light control systems design, the hardware and software design. Focus on narrative the structure of the system, related circuit module design, system programming and system expansion. Finally, a summary of this design.Key words: communication; family lights; AT89S52; MAX485目 录引言11 通信的介绍及选择21.1 通信的种类21.1.1并行通信21.1.2串行通信21.1.3通信的选择31.2串行数据在传输线上的形式和标准31.3 串行通信的数据传输率51.4 串行通信的发送时钟和接收时钟51.5 异步通信协议62 灯控系统的总体设计92.1 家庭概况92.2 无主从机的通信系统解决方案92.3 灯控系统的总体结构92.4单个控制板的总体原理图103 系统的硬件设计113.1主要元器件的选取113.1.1主控制器的选择113.1.2控制器的选定及其简介133.1.3总线芯片的选定及其简介153.2电路原理图设计163.2.2单片机的引脚控制功能设计163.2.3系统时钟电路173.3.4复位电路183.3.5串口接口电路183.3.6输出控制和状态显示电路194 软件部分204.1 单片机通信的软件设计204.1.1通信协议204.1.2波特率的设置204.2 单片机的软件流程215 硬件系统制作及调试265.1 硬件系统的设计265.2 系统PCB板的设计275.2.1确定PCB的大小275.2.2 PCB布局275.2.3PCB布线275.3 硬件调试285.3.1检测元器件295.3.2检测各个引脚信号295.3.3遇到的问题及其解决295.4 软件调试295.4.1程序的初始化调试295.4.2程序模块的可行性调试295.4.3遇到的问题及其解决306 结论32谢 辞33参 考 文 献34附 录35 第 46 页 共46页引言社会的进步推动着各个领域树立效率的控制方法，以适应时代的要求。方便、快捷、简单，已经成为如今各种灯控系统的研发目标。传统的家庭灯控制系统往往是一个房间一个控制开关，每个开关固定地对应控制着一个灯的亮灭，各个开关和房间之间彼此独立。假如房间较大，楼层较高，则必须步行到每个楼层和房间进行照明灯的关断或者开启。这给当今讲究效率的生活方式带来了诸多不便。本课题基于上述背景，完成设计家庭灯控系统，服务于社会。家庭灯控系统，它是基于分布式控制系统理论而设计的，由由若干台控制器并联组成分布式通信控制系统，各控制器间通过RS-485 总线连接，实现互相之间的通信控制。通过按键选择所要控制的楼层房间的照明灯，并控制其是关断还是开启，取代了必须到各个房间进行控制的繁琐劳动。系统采用了分布式结构设计和RS-485总线通信，通过软件的改进实现了没有主从机的通信方式，安装、使用方便，运行可靠，扩展灵活，可广泛应用于家庭、企业等场合，具有较好的应用前景。 本文介绍了家庭灯控系统的总体设计、工作原理；阐述了软硬件电路设计，并给出了详细电路图。本设计的重点是串行通信的设计。1 通信的介绍及选择1.1 通信的种类通信是指计算机与外界的信息传输，既包括计算机与计算机之间的传输，也包括计算机与外部设备，如终端、打印机和磁盘等设备之间的传输。随着计算机网络化和微机分级分布式应用系统的发展，通信的功能越来越重要。在通信领域内，有两种数据通信方式：并行通信和串行通信。1.1.1并行通信并行通信传输中有多个数据位，同时在两个设备之间传输。发送设备将这些数据位通过 对应的数据线传送给接收设备，还可附加一位数据校验位。接收设备可同时接收到这些数据，不需要做任何变换就可直接使用。并行方式主要用于近距离通信。计算 机内的总线结构就是并行通信的例子。这种方法的优点是传输速度快，处理简单。缺点：并行数据传输技术向来是提高数据传输率的重要手段，但是，进一步发展却遇到了障碍。首先，由于并行传送方式的前提是用同一时序传播信号，用同一时序接收信号，而过分提升时钟频率将难以让数据传送的时序与时钟合拍，布线长度稍有差异，数据就会以与时钟不同的时序送达，另外，提升时钟频率还容易引起信号线间的相互干扰，导致传输错误。因此，并行方式难以实现高速化。从制造成本的角度来说，增加位宽无疑会导致主板和扩充板上的布线数目随之增加，成本随之攀升。1.1.2串行通信串行通信是指 使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，先由具有几位总线的计算机内的发送设备，将几位并行数据经并-串转换硬件转换成串行方式，再逐位经 传输线到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式，以供接收方使用。传输的每一位数据占据一个固定的时间长度，其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息。串行数据传输的速度要比并行传输慢得多，适用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信，对于覆盖面极其广 阔的公用电话系统来说具有更大的现实意义。这种方法的优点是通信成本也较低，只需一个信道，而且支持长距离传输。串行数据通信的方向性结构有三种，即单工、半双工和全双工。缺点：数据传输速度低。在串行口传送1位的时间内， 并行口可以传送一个字节。当并行口完成单词“advanced”的传送任务时，串行口中仅传送了这个单词的首字母“a”。1.1.3通信的选择通过以上对两种通信方式的对比知道，在本设计中采用串行通信已经足以满足要求，因此我们选择了串行通信的标准。1.2串行数据在传输线上的形式和标准串行数据在传输时通常采用调幅（AM）和调频（FM）两种方式传送数字信息。远程通信时，发送的数字信息，如 二进制数据，首先要调制成模拟信息。 调幅方式 幅度调制是用某种电平或电流来表示逻辑“1”，称为传号（mark）；而用另一种电平或电流来表示逻辑“0”，称为空号（space）。出现在传输线上的mark/space的 串行数据形式如图1.1所示。图1.1 mark/space串行数据使用mark/space形式通常有四种标准，TTL标准、RS-232标准、20mA电流环标准和60mA电流环标准。 TTL标准：用+5V电平表示逻辑“1”；用0V电平表示逻辑“0”，这里采用的是正逻辑。 RS-232标准：用-5V -15V之间的任意电平表示逻辑“1” ；用+5V +15V电平表示逻辑“0”，这里采用的是负逻辑。 20mA电流环标准。线路中存在20mA电流表示逻辑1，不存在20mA电流表示逻辑0。 60mA电流环标准。线路中存在60mA电流表示逻辑1，不存在60mA电流表示逻辑0。 调频方式 频率调制方式是用两种不同的频率分别表示二进制中的逻辑1和逻辑0，通常使用曼彻斯特编码标准和堪萨斯城标准。 曼彻斯特编码标准，它的数据形式如图1.2所示。这种标准兼有电平变化和频率变化来表示二进制数的0和1。从图中可看出。每当出现一个新的二进制位时，就有一个电平跳变。如果该位是逻辑1，则在中间还有一个电平跳变；而逻辑0仅有位边沿跳变。所以逻辑1的频率比逻辑0的频率大一 倍。曼彻斯特编码标准通常用在两台计算机之间的同步通信。图1.2 曼彻斯特编码标准 堪萨斯城标准，它的数据形式如图1.3所示。它用频率为1200Hz中的4个周期表示逻辑0；而用频率为2400Hz中的8个周期表示逻辑1。图1.3堪萨斯城标准1.3 串行通信的数据传输率数据传输率是指单位时间内传输的信息量，可用比特率和波特率来表示。 比特率：比特率是指每秒传输的二进制位数，用bps （bit/s)表示。 波特率，波特率是指每秒传输的符号数，若每个符号所含的信息量为1比特，则波特率等于比特率。在计算机中，一个符号的含义为高低电平，它们分别代表逻辑“1”和逻辑“0”，所以每个符号所含的信息量刚好为1比特，因此在计算机通信中，常将比特率称为波特率，即： 1波特（B）= 1比特（bit）= 1位/秒（1bps） 例如:电传打字机最快传输率为每秒10个字符/秒，每个字符包含11个二进制位,则数据传输率为:11位/字符10个字符/秒=110位/秒=110波特（Baud）计算机中常用的波特率是：110、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、28800、33600，目前最高可达56Kbps. 位时间Td 位时间是指传送一个二进制位所需时间，用Td 表示。Td = 1/波特率 = 1/B 例如：B=110波特/秒， 则Td= 1/110 0.0091ms 。1.4 串行通信的发送时钟和接收时钟在串行通信中，二进制数据以数字信号的信号形式出现,不论是发送还是接收，都必须有时钟信号对传送的数据进行定位。在TTL标准表示的二进制数中，传输线上高电平表示二进制1，低电平表示二进制0，且每一位持续时间是固定的，由发送时钟和接收时钟的频率决定。 发送时钟 发送数据时，先将要发送的数据送入移位寄存器，然后在发送时钟的控制下，将该并行数据逐位移位输出。通常是在发送时钟的下降沿将移位寄存器中的数据串行输出，每个数据位的时间间隔由发送时钟的周期来划分。接收时钟 在接收串行数据时，接收时钟的上升沿对接收数据采样，进行数据位检测，并将其移入接收器的移位寄存器中，最后组成并行数据输出。 波特率因子 接收时钟和发送时钟与波特率有如下关系：F = n B 这里F 是发送时钟或接收时钟的频率; B 是数据传输的波特率； n 称为波特率因子。设发送或接收时钟的周期为Tc，频率为F的位传输时间为Td，则： Tc = 1/F, Td= 1/B得到： Tc = Td /n在实际串行通信中，波特率因子可以设定。在异步传送时，n = 1，16，64，实际常采用n = 16，即发送或接收时钟的频率要比数据传送的波特率高n倍。在同步通信时，波特率因子n必须等于1。1.5 异步通信协议1、串行异步通信时的数据格式 异步方式通信ASYNC（Asynchronous Data Communication）,又称起止式异步通信，是计算机通信中最常用的数据信息传输方式。它是以字符为单位进行传输的，字符之间没有固定的时间间隔要求，而每个字符中的各位则以固定的时间传送。收、发双方取得同步的方法是采用在字符格式中设置起始位和停止位。在一个有效字符正式发送前，发送器先发送一个起始位，然后发送有效字符位，在字符结束时再发送一个停止位，起始位至停止位构成一帧。串行异步传输时的数据格式如图1.4所示。 图1.4 串行异步数据格式从图中可以看到以下几点： 起始位：起始位必须是持续一个比特时间的逻辑“0”电平，标志传送一个字符的开始。 数据位：数据位为5-8位，它紧跟在起始位之后，是被传送字符的有效数据位。传送时先传送字符的低位，后传送字符的高位。数据位究竟是几位，可由硬件或软件来设定。 奇偶位：奇偶校验位仅占一位，用于进行奇校验或偶校验，也可以不设奇偶位。 停止位：停止位为1位、1.5位或2位，可有软件设定。它一定是逻辑“1”电平，标志着传送一个字符的结束。 空闲位：空闲位表示线路处于空闲状态，此时线路上为逻辑“1”电平。空闲位可以没有，此时异步传送的效率为最高。 2、串行异步通信时的数据接收 串行异步通信时，接收方不断地检测或监视串行输入线上的电平变化，当检测到有效起始位出现时，便知道接着是有效字符位的到来，并开始接收有效字符，当检测到停止位时，就知道传输的字符结束了。经过一段随机时间间隔之后，又进行下一个字符的传送过程。 通常接收端的采样时钟周期要比传输字符的位周期短，常用的采样时钟频率为位频率的16倍，采取这种措施是为了提高抗干扰能力，参看图1.5所示。图1.5 采样时钟周期从图中可知，传输字符的位周期Td等于采样时钟周期Tc的16倍。接收器的采样时钟的每个上升沿对输入信号进行采样，检验接收数据线上的低电平是否保持8或9个连续的时钟周期，以确定传输线上的低电平是否是真的起始位。这样就可以避免噪声干扰引起的误操作，从而删除假的起始位。相当精确地确定起始位的中间点，从而提供一个时间基准，从这个基准开始，每隔16个Tc对其余数据位采样，以确保传输数据的正确性。接收端为实现采样数据的基准，可以执行以下步骤： 在接收端设置一采样时钟频率计数器，当检测到起始位下降沿时，将其清零，并开始对采样时钟计数，即每来一个时钟，计数器加1。 当计数器计到8时，表示已到达起始位的中间位置，此时采样值为0，说明是真正的起始位，同时将计数器清零；若采样值不为0，则说明一开始检测到的下降沿不是真正的起始位前沿，而是一次干扰，此次检测应作废，计数器清零，并重新开始检测起始位。 检测到真正的起始位后，计数器清零，以后每次计到16时，便采样收到的信号波形（即每一位的中间），将采到的数值暂存起来，同时将计数器清零，重新计数，直至最后的停止位被采样。 如果停止位采样正确（为1），则字符被接收，并由暂存器装入寄存器。若停止位采样值为0，说明同步或传输有问题，此次采样所得字符作废,不被接收。 2 灯控系统的总体设计家庭灯控系统一般应用于小范围区域，机与机之间没有主从之分，属于一个典型的小范围内的分布式应用。针对这一特点，我们设计为各机即为主机也可为从机的结构，各机之间的通信采用标准的RS485总线，可以满足在1200米的范围内实现各机间的通信。2.1 家庭概况假如我们在一个房间或者一层楼中，想控制其它房间或者其它楼层的照明灯的亮灭情况，我们可以通过控制板首先按下所要选择的房间或者楼层，然后控制板上就会显示你所选房间或者楼层的照明灯的亮灭情况，接着根据需要按下各个灯的亮灭控制键，每次按下那就的灯就会由亮到灭或者由灭到亮，并且每次按下控制板都会将灯的状态送回所选择的房间或者楼层，从而达到控制的目的。家庭最多可以有八个房间或者楼层，每个房间或者楼层中有八个照明灯和一个控制板，而各个控制板是互相通信的，可以互相进行通信控制。2.2 无主从机的通信系统解决方案每个单片机中的程序都是一样的，平时都处于接收信息的状态，一旦有按键按下则调用相应的处理程序进行相应的选择房间或者照明灯的状态处理。当接收到信息时则进行中断，然后判断是否是选择本机的地址，是则进行相应的标志设定，不是则返回主程序中继续侦听总线信息。2.3 灯控系统的总体结构图2.1中各机都挂接485总线上平时都处于侦听状态，随时等待其它机的呼叫。RS4851号机2号机3号机 图2.1 总体结构图在RS485总线上，同一时刻，只能有一个机间的通信，RS485通信的可靠性从软件通信协议上要做处理，硬件上也要做相应的可靠性设计。2.4单个控制板的总体原理图状态显示 控制输出主控制器按键RS485器件图2. 总体原理图3 系统的硬件设计3.1主要元器件的选取3.1.1主控制器的选择 硬件设计过程中控制器是系统的核心部分，它能够控制系统的信号的采集及处理功能，它的性能的好坏决定着系统设计的成败与否，因此，必须对主控制器从功能和应用性能进行选择。可选用控制器主要有FPGA、PLC、单片机两类，它们各有自己的有缺点。方案一：采用FPGA为系统的控制器，FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，模块大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减少了体积，提高了稳定性，并且可应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能控制。FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。但是由于本设计对数据处理的时间要求不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。方案二：可编程控制器（PLC)是专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，、用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入、输出控制各种类型的机械或生产过程。它的主要功能是逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制、PID控制、数据控制、通信和联网等。因此它的抗干扰能力强，工作可靠，但其无法读取外部存储器的数据。而本课题家庭照明控制系统要实现对照明的人性化管理，也就是根据人的控制输入出现相应的照明场景和自动执行相应控制输出相结合，具备很大的灵活性。方便修改相应的场景参数，易于功能扩展，还可以与其它控制模块进行通信。方案二：采用AT89S51单片机作为控制系统的方案。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，各个领域应用广泛。并且，由于芯片引脚少，在硬件很容易实现。AT89S51单片机自身带资源有两个定时器，2个外部中断，和一格串行通信中断。综合上述三种方案，方案一和二功能强大、控制编成复杂且成本较高，与方案三对比，方案三硬件简单、灵活度大、成本较低，而且就目前所要设计的系统，AT89S51单片机自带功能基本都能满足设计需求。由于单片机技术在各个领域得到越来越广泛的应用，世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机。而单片机的设计在满足大多数测控参数对数据处理速度和数据容量相对要求不高的前提下，大力发展了其控制功能和控制运行的可靠性，因而更适合于检测、控制型应用场合。本系统并不需要进行复杂数学模型的计算工作，数据容量也不多，非常适合使用单片机作为本系统的微处理器。而在单片机家族的众多成员中，AT89系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。目前，可用于AT89系列单片机开发的硬件越来越多，与其配套的各类开发系统、各种软件也日趋完善，因此，可以极方便地利用现有资源，开发出用于不同目的的各类应用系统。由于AT89S51单片机是在8031的基础上推出的增强型产品，并提高了芯片的集成度，因此在性能上大为提高，增加了多种片内硬件功能，并扩展了功能单元的种类和数量。通过以上分析，在本设计中采用AT89S51处理输入的数据并控制照明灯，其完全是胜任的，故最终选择方案三来实现该设计。（2）总线标准的选择方案一：采用RS-232。RS-232串口标准是种在低速率串行通讯种增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即单端通讯。其收发端的数据信号都是相对于地信号的。所以其共模抑制能力差，再加上双绞线的分布电容，其传输距离最大约为15M，最高速率为20KBPS，且其只能支持点对点通信。方案二：采用RS-485。为弥补RS-232 通信距离短、速率低等缺点，人们又提出了RS-485接口标准。RS-485采用平衡发送和差分接收方式实现通信：发送端将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A,B两路输出，经过线缆传输之后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。由于传输线通常使用双绞线，又是差分传输，所以又极强的抗共模干扰的能力，总线收发器灵敏度很高，可以检测到低至200mV电压。故传输信号在千米之外都是可以恢复。RS-485/422最大的通信距离约为1219M，最大传输速率为10Mb/S，传输速率与传输距离成反比，在100Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。RS-485采用半双工工作方式，支持多点数据通信。RS-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。RS-485只规定了平衡驱动器和接收器的电气特性，而没有规定接插件、传输电缆和应用层通信协议，因而在是一种相对经济、具有相当高噪声抑制、相对高的传输速率、传输距离远和宽共模范围的平台。RS-485总线上只能有一个主机，往往应用在集中控制枢纽与分散控制单元之间。方案三：采用CAN标准。CAN控制器工作于多主方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。CAN总线通过CAN控制器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现，当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。再者，CAN具有完善的通信协议，可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低了系统的开发难度，缩短了开发周期。CAN-bus基本设计规范要求有高的位速率、高抗电磁干扰性而且能够检测出产生的任何错误。CAN- bus总线在通信能力可靠性、实时性、灵活性、易用性、传输距离远、成本低等方面有着明显的优势。通过以上三个方案的简单比较，看起来似乎采用CAN比较有优势，但我们不防将上述比较有优势的两种总线标准RS-485和CAN的总性能列于下表中再次进行比较。RS-485与CAN总线性能比较见表3.1：特性RS-485CAN-bus成本低廉稍高，多20-30元/节点总线利用率低 高网络特性单主节点多主节点数据传输率低高容错机制无可靠的错误处理和检错机制通讯距离最大1.2Km可达10Km（5Kb/s）开发难度简单需要一定的技术基础表3.1通过以上比较，我们不难发现虽然CAN的优势比较大，但在本系统中采用RS-485已经足以满足要求，而不必再采用开发难度较大成本较高的CAN。所以最终本系统采用RS-485的总线形式。3.1.2控制器的选定及其简介由上述方案论证得出所用的控制器为89S51单片机，单片机（MICROCONTROLLER，又称为微控制器）是在一块硅片上集成了各种部件的微型机算机，这些部件包括中央处理器CPU、数据存贮器RAM、程序存贮器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。本设计的主控制电路由89S51作为核心。这个系列的单片机的技术性能如下：工作环境温度0+70，存储环境温度-65+1500。EA/Vpp端对Vss的电压为-05+215v，任何脚到Vss的电压为-05+7v，电源电压+5V10，电源电流为125250mA，电源功耗为1.5w。其中89S51的封装管脚如图3.1所示。89S51的内部结构主要包括有ALU部件、定时和控制部件、并行I/O接口、串行I/O接口、定时器部件、程序存储器、数据存储器等七个部分。 ALU部件含有ALU单元以及累加器Acc、寄存器B、栈指针SP、数据指针DPTR、程序状态字PSW、暂时寄存器TMP1、TMP2等。ALU除了可以进行四则算术运算之外，还可以进行布尔运算。图3.1 89S51封装引脚图其中定时和控制部件用于产生指令执行的同步信号及微操作信号。它和ALU部件形成了89S51的CPU。89S51有四个并行I/O接口分别为P0、P1、P2和P3，它们都是8位并行端口。它们都是双向通道，每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。作输出时数据可以锁住；作输入时数据可以缓冲。但这四个通道的功能不完全相同。其中，P0 口是地址/数据复合总线，它用于传送低8位地址A0A7；也用于传送数据D0D7。P2口是高8位地址A8A15的地址总线，但也可作一般的I/O口。P1是一个纯I/O口，它只用于数据的输入输出。P3是控制信号及I/O信号复用口，它除了用作1/O口之外，还用于传送控制信号。P3口对应引脚用于控制信号时的情况如表3.2所示。表3.2 P3口的引脚功能引脚信号控制信号说明P3.0RXD串行数据输入P3.1TXD串行数据输出P3.2INT0外部中断0P3.3INT1外部中断1P3.4T0定时器0输入P3.5T1定时器1输入P3.6WR写存储器信号P3.7RD读存储器信号单片机的复位通常有上电复位和按钮复位两种复位方式。上电复位是利用电容的充放电来实现。按钮复位又分为按钮电平复位和按钮脉冲复位。前者，将复位端通过电阻与VCC相接；后者，利用微分产生正脉冲来达到复位的目的。复位电路参数的选择，应能保证复位高电平持续时间大于两个机器周期。3.1.3总线芯片的选定及其简介由上述方案论证得出所用的通信标准为RS-485， Maxim公司生产的MAX485接口芯片是就是一种常用的RS485芯片。 图3.2 MAX485封装引脚图 MAX485采用单一电源+5 V工作，额定电流为300 A，采用半双工通讯方式。它完成将TTL电平转换为RS485电平的功能。其引脚结构图如图3.2所示。从图中可以看出,MAX485芯片的结构和引脚都非常简单,内部含有一个驱动器和接收器。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可；/RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当/RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。在与单片机连接时接线非常简单。只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可。同时将A和B端之间加匹配电阻，一般可选100的电阻。可以串行口取电，可以驱动max232与max485实现通信。没加负载时电压有5.16V，加负载后降制3V左右。 MAX485主要特性： 半双工； 速率：2.5Mbps； 限摆率：NO； 低电流关断模式：NO； 接收允许控制：YES； 静态电流300； 负载个数：32； 引脚数：8MAX485是用于RS-485与RS-422通信的低功耗收发器。MAX485的驱动器摆率不受限制, 可以实现最高2.5Mbps的传输速率。这些收发器在驱动器禁用的空载或满载状态下，吸取的电源电流在120A至500A之间。所有器件都工作在5V单电源下。驱动器具有短路电流限制，并可以通过热关断电路将驱动器输出置为高阻状态。接收器输入具有失效保护特性，当输入开路时，可以确保逻辑高电平输出。具有较高的抗干扰性能。MAX485与单片机的连接如3.3图所示： 图3.3 MAX485与单片机的连接图3.2电路原理图设计3.2.2单片机的引脚控制功能设计本控制系统设计中单片机的各管脚的控制功能阐述如下：（1） P0口是一组双向I/O端口。在设计中P0.0P0.7接上一个排阻作为上拉电阻然后再分别与LED灯相连，用于显示当前所选的照明灯的状态。（2） P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。本设计中P1.0P1.7与44按键相接，构成按键部分，用来控制房间或者楼层照明灯的选择和亮灭的控制。（3） P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。本设计中P2.0P2.7分别与八个LED灯相接，构成控制输出部分，用来控制当前所控制照明灯的亮灭状态。（4） P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。在整个系统中，这8个引脚还具有专门的第二功能。本设计中用到P3.0和P3.1作为串口输出，P3.7作为MAX485的使能端的控制引脚，RXD与TXD与RS-485芯片MAX485相连，信号经过电平转换后与其它机的MAX485连接。3.2.3系统时钟电路晶振是电路中常用用的时钟元件,全称是叫晶体震荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。AT89S51单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶振，就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路如下图3.4所示。图中，两个电容C2、C3起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在20-30pF。晶振频率的典型值为6MHz或12MHz，设计中电容取30pF，晶振