智能楼宇设计大学设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流智能楼宇设计大学设计.精品文档.石家庄铁道大学毕业设计智能楼宇设计Intelligent Building Design 2011 届 电气工程 系专 业 自动化 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 2011年 5 月 25 日毕业设计成绩单学生姓名 学号 班级 专业自动化毕业设计题目智能楼宇设计指导教师姓名马月辉指导教师职称副教授评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分 成绩：院长（主任） 签字： 2011年 月 日毕业设计任务书题目智能楼宇系统设计学生姓名 学号 班级 专业自动化承担指导任务单位电气工程系导师姓名 导师职称副

2、教授一、主要内容楼宇自动化系统的设计二、基本要求系统为开放性系统，体系结构必须灵活三、主要技术指标（或研究方法）趋势预测、状态日志、报警四、应收集的资料及参考文献IP、BMS相关资料五、进度计划1-3周 课题调研、收集、学习参考资料，查阅外文资料，书写开题报告。4-5周 制定毕业设计方案。613周 设计硬件电路、确定各元件参数、软件算法。1415周 整理并撰写毕业设计论文，提交论文给指导老师。16周 答辩。教研室主任签字时间2011年 月 日毕业设计开题报告题目智能楼宇设计姓名 学号 班级 专业自动化一、智能楼宇研究背景及现状由于国内智能楼宇的发展非常迅速，越来越多的开发商、业主及最终用户关注

3、并投入到智能楼宇的发展，具有良好的应用前景和发展态势，再加上中国是发展中国家，充分利用网络资源是目前设计的基本原则之一。我们国家的目前研究水平处于发展中，而欧美等发达国家中研究水平处于成熟阶段。二、研究目的和意义随着全球信息化进程的加快，人类社会正逐步步入以智力资源为首要依托的智能型社会。城市作为经济技术的主要载体，也必将踏上以社会生活智能化为基本特征的发展道路，这是历史发展的必然选择，是城市功能演变的必然结果。电脑走进我们的家庭生活，和我们日常生活的家庭居室更加紧密地结合起来，不但是我们住宅的一部分，而且是住宅中的神经中枢、控制中心，这与全球信息化浪潮的推动和人类社会的进步是分不开的。电脑使

4、我们的家成为一个更加迷人温馨的舒适之地，开启了人类家居生活的新纪元。因此，不论从城市现代化建设的必然要求出发，还是从提高城市居民生活质量的需求出发，在我国加强数字化家园建设，已成为城市信息化建设不可或缺的重要组成部分，它的社会意义就在于：（1）有利于物业管理基础工作走向科学化。实现物业管理智能化，可以使管理信息得到有效的集中，大大减少数据的冗余，确保数据的准确性和及时性，使信息在物业管理中的威力得以发挥。（2）有利于物业管理水平和效率不断提高。在传统管理条件下，物业管理服务于经营过程中，信息流的反馈总是相对滞后，这种现象在财务管理中尤为突出。通过管理的智能化，信息的处理和传递得以及时完成，使管

5、理工作可以做到事前控制，从而提高企业的管理水平和效率。（3）有利于节省土地，便于加强城市规划和管理。实现住宅产业现代化，发展数字化住宅，将会淘汰掉一批规模小、素质差、实力弱的小公司和依靠投机发财的企业；经营不善、严重亏损的开发公司也将被排挤出局。这样，那些经大风大浪“筛选”出来的优秀企业就可以集中精力发挥他们在技术创新等方面的优势，为百姓建造更多更好的住宅。三、主要工作和所采用的方法、手段1.自动抄表系统：该系统主要有采集用户脉冲电能表电能量信息的采集终端、集中器、通讯信道和抄表中心等几个部分组成。集中器数据可通过信道远距离传送到主站或经IC卡等介质集中抄收后输入到主站计算机实现足不出户就可抄

6、回电量。2.安全防护系统：（1）防盗报警：防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号。（2）防火报警：采用放射同位素组成的离子感烟传感器，其传感器主要是红外及感烟传感器（特别适用于室内）。四、预期达到的效果不仅实现楼宇的用户管理、信息查询，而且实现楼宇的自动抄表系统。楼宇用户水、电、煤气三表输出的脉冲信息由智能控制器读出，管理中心读出三表读数，并打印出来。先进的可以与银行联通，定期通过银行系统扣费，从而实现远程抄表与自动扣费结合。对于智能建筑的管理者来讲，意味着通过网络管理平台，可以随时随地的提供信息与数据的编辑、储存、优化和查询。管理者的需求与网

7、络、议备和信息与数据始终联系在一起。指导老师完成日期2011年 月 日摘 要本文是针对智能建筑的水表、电表、煤气表抄表系统所作的研制。经过对国内外相关技术和案例的分析、研究之后，结合楼宇的实际情况，设计了一套基于单片机控制技术的远程抄表系统。该设计综合运用了传感器技术、单片机技术以及通信技术，实现了水表、电表、煤气表数据采集、存储、处理、传输等工作，使每一位住户的水表、煤气表数据准确传递给物业公司的中央控制室，以便查抄。为了准确地实现水表、电表、煤气表数据地远程抄收，本文设计完成了以AT89C51为控制核心，同时具备远程数据采集功能和数据通信功能的系统的硬件设计和软件设计。硬件设计部分包括:（

8、1）智能仪表部分。主要包括通过传感器设计来完成物理量向电信号的转换;（2）数据采集器部分。主要包括单片机及其扩展接口的设计，信号调理电路、信号切换电路、模数转换电路设计，通讯接口设计。在硬件设计过程中尽量做到简化结构，节省外围电路。在软件设计上，主要针对数据采集器的数据采集功能和串行通讯功能进行程序的编写。关键词：智能楼宇 远程抄表 单片机 AbstractThe meter-reading system in water meter and in gas meter for intelligent building is designed in this paper. Through ana

9、lysis and study of the correlative technique and cases, combined with the practical conditions of the residential quarters, the remote meter-reading system based on microcomputer control technique is designed. The design considers sensor technique, microcomputer technique and communication technique

10、 as major supports. Based on these techniques, data collecting, data processing, data storage as well as data transmitting are realized. The data of the water meter and the gas meter in every family can be transmitted to the center control room exactly.In order to carry out the remote reading of the

11、 water meters and gas meters accurately, this paper designed the hardware and software system, which used AT89C51 as the control core and possessed the remote data collecting and date communication function. The hardware design included the follows: （1）Intelligent meter module, converting the physic

12、al signals to the electrical signals by the sensor. （2） Data acquisition module, including the designs of microcomputer and its extended interface; the designs of signal demodulator circuit, signal switchover circuit and A/D converted circuit; the design of communicate interface.In the hardware desi

13、gn, this paper tries to simplify the system structure and peripheral circuit.In the software design, the programs for collecting data and communication are made.Keyword:Intelligent building Remote meter-reading microcomputer.目 录第1章 绪论11.1 引言11.2 课题背景11.3 国内外的发展与前景21.3.1 国外智能楼宇的发展21.3.2 国内智能楼宇的发展31.3

14、.3 智能楼宇在我国的发展前景31.4 智能楼宇的分类31.5 智能楼宇的构成与功能41.6 智能楼宇的发展方向51.7 本文所要研究的主要内容6第2章 设计方案与元件简介72.1 方案选择72.1.1 抄表方案选择72.2 元件简介82.2.1 处理器82.2.2用于I/O扩展的芯片8255A172.4.3用于数据采集的芯片74LS151202.2.3驱动LED显示的移位寄存器芯片74LS164212.3 三表（水、电、煤气表）的选择21第3章 硬件连接233.1 硬件接线图233.2芯片间的连接243.2.174LS151与8255A的连接243.2.28255A与AT89C51的连接25

15、3.2.3AT89C51数据存储器的扩展与连线263.2.4AT89C51与74LS164的连接273.2.574LS164驱动位LED显示电路273.2.6面板显示283.3电源电路283.4 防盗、防火开关量信号采集29第4章 软件系统314.1 系统调试314.2 数据流程31第5章 结论32致谢33参考文献34附录A 外文资料:35附录B 硬件连接图50附录C 流程图51附录D 软件流程53附录E 元器件表57第1章 绪 论1.1 引言随着计算机技术、现代通信技术和自动控制技术的迅速发展，智能化建筑在发达国家应运而生。1984年美国哈特福特市将一座旧式大楼改造，并且对大楼的空调、电梯、

16、照明和防盗等设备采用计算机进行监测控制，为客户提供说语音通信、文字处理、电子邮件和情报资料等信息服务，被称为世界上第一座智能化大楼。次年，日本东京的一座智能大厦也相继成立，从此智能社区引起了世界各国的关注。随后在各国相继形成热潮，我国也引进了这一新技术1。智能楼宇是通过对建筑四个基本要素（结构、系统、服务、管理以及它们之间的内在关联）的优化考虑，提供一个投资合理，又拥有高效率、舒适、温馨、便利以及安全的环境。由于“智能化”是一个相对的概念，“智能化”技术本身也正在不断地发展、完善、直至成熟，因此智能建筑智能化是一个过程，它应当随着智能化技术的发展和人们需求的不断增长而增长。总的来说，智能建筑是

17、利用现代4C（即计算机、通讯与网络、自控、IC卡）技术，通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、智能化系统集成，为楼宇的服务与管理提供高技术的智能化手段，以期实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的环境2。1.2 课题背景由于国内智能楼宇的发展非常迅速，越来越多的开发商、业主及最终用户关注并投入到智能楼宇的发展，具有良好的应用前景和发展态势，再加上中国是发展中国家，充分利用网络资源是目前设计的基本原则之一。充分利用千兆以太网资源和有线电视宽带网资源，结合智能楼宇使用率的逐年提升特点，采用建筑结构充分预留和在网络上互连互融，按实际情况进行计算机千兆以太网互连分期实现，不论入

18、户多少，均能实现低投入，满足l0M/100Mbit/s速率的要求。7所以基于以太网建立智能楼宇管理系统既具有良好的发展前景和潜在的市场价值，又能满足中国国情的需要，建立起低成本的楼宇管理系统。而且目前的建筑管理软件尚处在发展阶段，并未出现哪个软件占有绝对的市场份额。综上所述，基于以太网的智能楼宇管理系统在国内还是一个比较前沿的课题，有一定的研究价值和经济价值3。课题来源于国家教育部数字社区中心，属于横向课题。同时由数字社区中心自主开发的第一代用户网关，在每一用户安装此网关，通过485总线与用户控制箱和八表、报警设备相连，能往建筑邮件服务器发送该用户的八表数据邮件、安防报警邮件、紧急呼救邮件和设

19、备报警邮件。由此从硬件的数据采集到数据发送均能实现，但上层软件和中间监控通讯层却没有实施方案，正好这个智能建筑管理系统能实现上层的监督管理作用，同时它是基于模块化设计的，很容易将用户网关作为一个模块添加到管理平台下;中间监控通讯层是由三个VB后台监控软件来实现，实时监控、接收邮件服务器的邮件，并做相应的数据分析、处理和用户信息的展现。通过软件和硬件的相结合，基于B/S架构的智能楼宇管理系统能实现用户网关的智能控制功能4。1.3 国内外的发展与前景1.3.1 国外智能楼宇的发展早在1979年，美国斯坦福研究所就提出了在建筑物内将家用电器、电气设备的控制线统一为家庭总线的概念。之后，在美国成立了现

20、代住宅研究会，专门从事这一领域的研究。1983年，美国电子工业协会开始制定家庭电气设计标准。1984年，美国住宅建筑者协会成立了现代住宅开发公司，开展有关基础性研究工作，并在1989年推出了将电力供应、空调控制和数据通讯合成为整体的布线系统示范单元。欧洲在1986年把集成化的家庭系统研究列为尤利卡计划，大力进行研究。在20世纪80年代，欧洲电气标准化委员会制定了家用数字总线标准，进一步规范化了智能住宅技术标准。日本在80年代初就大力推进家庭电子化。在80年代中期，将家用电器、保安设备、通讯设备功能综合后，提出了家庭自动化的新构想。1988年，日本建立了住宅信息化促进会，主要开展家庭总线技术的研

21、究，并且公布了总线标准。近年来为了大型住宅小区的需要，又提出了超级家庭总线系统的概念。1996年，日本推出多媒体技术引入智能住宅，并取得重要研究成果。在东南亚，新加坡的智能建筑技术研究处于领先水平。如宝德胜家庭智能化系统，己经用于30多个住宅小区。在98亚洲家庭电器与电子消费品国展览会上展示的“未来之家”，其智能品质受到人们的关注。智能住宅系统具有家庭安全自动化、家庭设备自动化和家庭通讯自动化的功能。国外，智能网络家居常被称为“smart home”。现在己有不少地方，如加拿大、澳大利亚等地开发了这种智能网络家居社区。这些社区都通过电子手段提供与社区有关的信息和服务。这种方式不仅缩短了人们物理

22、上的距离，而且给用户带来了许多方便。住户可以远程监视、控制家中的各种设备，如提前打开空调、开关灯、收发传真等一系列内部事务。这一智能化控制使得整个小区的智能化水平又提高了很多，当然这和国外网络普及应用水平和高国民收入是密不可分的5。1.3.2 国内智能楼宇的发展我国对智能建筑的研究刚刚起步，但已经引起有关部门的高度重视。一些大公司和房地产商己投入相当的力量，推动智能建筑的普及与推广。1997年，建设部组织有关单位制定了全国楼宇智能化系统示范工程建设要点与技术导则（试行稿），对智能建筑设计规定了基本要求。在上海、北京、大连、成都等城市，已先后建成不同规模、不同标准的智能化建筑。在上海浦东新区建立

23、了“信息城”，城中设有智能信息套房，作为智能楼宇的示范单元，展示现代高新技术服务于人类的美好前景。虽然建筑智能化在国内出现只是近几年的事，但随着国家信息产业的发展和建筑功能的改善，人们需要加强对外交流，因此产生了智能建筑这一概念。针对中国智能建筑市场己经形成，建设部设立了有关科研课题对其进行研究，但主要是在对现在的新技术、新产品进行优化、组合。据建设部科学技术委员会智能建筑技术开发推广中心副主任黄久松介绍，为了避免投入、产出的效率问题，对市场进行科学管理，建设部将推出“建筑智能化管理暂行办法”，同时也将慢慢建立设计、施工、维护、检验等标准。现在建设部对楼宇智能化方面的研究主要集中在满足通讯，为

24、智能化提供基础、有线电视传播（娱乐）、计算机进入家庭、物业管理四大方面。黄久松副主任认为将来的智能化建筑最好实现三网合一，有利于长远发展，便于小区管理，但其中有许多问题有待解决。如何让人们居住的有限空间进一步改善，根据收入水平高低，满足不同人的需要已经不仅是建设部的问题了6。1.3.3 智能楼宇在我国的发展前景由于我国大城市人口密集，居住集中，高层建筑楼群较为普及，以及现代高新技术的推广应用，导致了人们在建筑需求概念上的变革。从以往追求居住的物理空间和豪华的装修向着享受现代化精神内涵与浪漫生活情趣的方向发展，追求更高的层次和境界。因此，尽管智能建筑在我国刚刚起步，但却有着十分广阔的发展前景，市

25、场潜力巨大，必将成为我国这个世纪建筑市场的主流。1.4 智能楼宇的分类根据全国建筑智能化系统示范工程建设要点与技术导则，智能建筑可以分为一星级、二星级、三星级建筑。一星级建筑:具有安全防范子系统、信息管理子系统、信息网络子系统。其中安全防范子系统包括出入口管理及周边防越报警、闭路电视监控、对讲与防盗门控、住户报警、巡更管理。信息管理子系统包括远程抄表与管理IC卡、车辆出入与停车管理、供电设备、公共照明、电梯、供水等主要设备监控管理、紧急广播、物业管理计算机系统。信息网络子系统包括为实现上述功能的科学合理布线。二星级建筑:二星级除了具备一星级的全部功能之外，同时在安全防范子系统和信息管理子系统的

26、建设方面，其功能及技术水平应有较大提升。信息传输通道应采用高速宽带数据网作为主干网。物业管理计算机系统应配置局部网络，并可供用户联网使用。三星级建筑:三星级除了具备二星级全部功能，其中信息传输通道应采用宽带光纤用户接入网作为主干网，实现交互式数字视频业务。三星级建筑智能化系统建设在可能条件下，应实施现代集成建造系统（HI-CIMS）技术，并把物业管理能化系统建设纳入整个楼宇建设中，作为HI-CIMS工程中一个子系统。同时，考虑物业公司对其智能化系统管理的运行模式，使其实现先进性、可扩展性和科学性的管理。1.5 智能楼宇的构成与功能楼宇的智能化系统可分为用户智能化系统、网络布线和管理中心三层结构

27、。用户智能控制包容了用户所需的所有功能，它以新技术来简化操作、方便用户、提高系统的智能化;网络布线的建设，将三者紧密地结合成一个统一的智能网络，并充分考虑到将来对宽带的需求;智能楼宇综合管理中心既是楼宇智能网络的管理中心，又是将楼宇局域网同广域网连接起来的通道。在一定程度上，可以认为智能化建筑=楼宇的智能化+楼宇网络化。具有何种档次的综合布线系统和通信网络平台，既是楼宇建设的主要投资之一，也是评价楼宇水平的重要标志。特别是对楼宇的通信网络必须具有前瞻性，否则，有可能造成一步失误永远落后的尴尬局面。智能楼宇的系统结构有着如下的特点:首先采用先进的、符合标准的技术和设备;同时所有的系统均采用集散式

28、的构造方式，既具有分散于各个住户的终端或设备，又通过网络集中到一个管理或控制中心，中心提供公共信息资源，或者对各个用户提供集中安全监控;最后，所有的智能系统既可独立，又可以在计算机网络的基础上实现集中管理。通过集成化的各类互连社区局域网和现场检测网，实现社区用户间信息畅通、资源共享、安防监控、四表数据远传、多媒体通信渠道的信息化人文环境，实现三网合一，VOD视频点播和各类增值服务，形成一个实用、高效、开放的社区集成管理平台。总的来说，智能楼宇应该具有安全自动化系统、通讯自动化系统和管理自动化系统。（1）安全自动化系统以空间来分，可分为室内部分和室外部分。室内部分:用户室内红外线探头、紧急救助、

29、煤气泄漏、门磁系统、所有信息连接到用户室内智能控制器。智能控制器负责数据采集，数据分析把分析结果传送到大厦管理中心，由大厦管理计算机作处理。显示及打印情况，通知值班人员及110报警中心。其各部分组成功能如下:红外线防盗探测器在用户室内的每个入口及窗口安装红外线探测器，当有人非法进入时，红外线探测器触发报警，将信号传送至室内智能控制器，发出声光信号，智能控制器将此信号送至大厦管理中心，显示出哪一户、哪间房发生何种类型报警，值班人员即可调度就近保安人员现场查询及处理。消防报警系统:在客厅安装烟感或温感，当用户发生火灾时，触发报警，并将信号传送到报警中心。门磁系统:在门框上边中央位置安装一对门磁，当

30、有人非法打开大门时，即报警，主机将信号传至控制中心。室外部分:在围墙端设立周界红外线对射报警系统。一旦有人非法越墙时就报警，同时触发周界摄像机跟踪摄相和录相。（2）通讯自动化系统大厦的物业管理中心不仅是智能楼宇的网络管理控制中心，而且是大厦局域网连接Internet的通道。大厦的每一个用户都连入大厦的局域网，可以通过管理中心的代理服务器连入Internet。在大厦管理中心架设电子邮件服务器、域名服务器、WWW服务器，这样大厦的用户可以有自己的电子邮箱、个人主页。管理中心提供大厦BBS（电子公告版）、VOD（视频点播）、网上电子商务等虚拟社区服务，极大的方便了大厦用户。（3）管理自动化系统不仅实

31、现大厦的用户管理、信息查询，而且实现大厦的自动抄表系统。大厦用户水、电、煤气三表输出的脉冲信息由智能控制器读出，再通过Lon网络传输到大厦的管理中心，管理中心读出三表读数，并打印出来。先进的可以与银行联通，定期通过银行系统扣费，从而实现了远程抄表与自动扣费的结合7。1.6 智能楼宇的发展方向智能建筑的发展始终伴随着时代科学技术的进步。随着全球网络信息化的迅猛发展，e时代向智能建筑提出了新的挑战。智能建筑发展已进入网络信息化应用的新阶段。建立动态、交互和实时的网络信息系统集成平台是楼宇智能化发展的主要方向。智能建筑.net发展战略实施目标，以原有的楼宇智能化技术基础上进一步融入.net关键性技术

32、XML和基于全套Web集群服务器系列的柔性与集成，提供基于现有微软技术平台的具有高度可扩展性Web化建筑物和楼宇智能化集成解决方案。创立基于Internet/Intranet网络化的智能建筑服务和管理的信息系统集成平台，目标就是将建筑物内的自动化监控系统与网络和信息应用系统集成在一个动态、交互和实时的管理和服务的平台上。将建筑物传统的物业管理与网络化、信息化、自动化的应用功能结合在一起。实现综合信息共享和交互，设备协同运作，管理网络信息化。智能建筑的使用者和管理者可以通过互联网络随时随地的，并以智能方式所提供的浏览、存储和查询与信息和数据进行交互。对于智能大厦的管理者来讲，意味着通过网络管理平

33、台，可以随时随地的提供信息与数据的编辑、储存、优化和查询。管理者的需求与网络、议备和信息与数据始终联系在一起。智能建筑将永远不会有确定的定义，它将一代胜似一代的发展下去。但是有一点是可以确定的，那就是智能建筑将永远走在时代科技发展的前列8。1.7 本文所要研究的主要内容本文研究的重点是智能楼宇的抄表系统和防火防盗系统。对于抄表系统和防火放到系统，从信息采集、传输到显示等方法上作了比较详细的分析。楼宇智能化是人们对生存环境要求的一个质的转变。科技进步日新月异，综合国力竞争日趋激烈，现代化水平不断提高，用计算机完成各种管理与统计工作就显得十分重要，它能显著减少管理人员工作量和提高科学管理水平。第2

34、章 设计方案与元件简介2.1 方案选择2.1.1 抄表方案选择常用的抄表方式分为以下几类：手工抄表方式：供电管理人员到现场抄取电度表的读数，然后计费。手持式就地抄表系统：这是一种简单的现场完成的自动抄表功能功能的方式，它采用的方法主要为无线通讯抄表系统、红外线抄表系统和超声波抄表系统。移动式（抄表车）无线抄表系统：利用汽车装载收发装置和无线电技术及电度表上的模块，在用户附近一定距离内接受电度表数。自动抄表系统:是由主站通过传输媒体将多个电能表电能量的记录值的信息集中抄读的系统。该系统主要有采集用户脉冲电能表电能量信息的采集终端、集中器、通讯信道和抄表中心等几个部分组成。集中器数据可通过信道远距

35、离传送到主站或经IC卡等介质集中抄收后输入到主站计算机实现足不出户就可抄回电量9。假设确定集中抄表系统，要实现对1800家用户三表及防火、防盗信号的采集就需要确定数据采集器的安装位置。以每12户为单位，采用以89C51单片机为核心的信号采集三表及防盗、防火系统的数据。按一层共有用户60家，楼层高度为30层。以每12户为基本单位，每户有3个脉冲信号和2个开关量信号，所以每个基本单位有60个输入信号，每层共有300个信号输入。而89C51共有24个并行输入输出口（PA口三个，PB口三个，PC口三个）因而需要用8255芯片进行扩展I/O口。采用74LS151进行脉冲信号的采集，用EEPROM扩展89

36、C51的外部存储器，内部数据用8位的LED进行静态显示。2.1.2 组成元件由系统框图可以看出，该系统主要有以下五大部分组成：1、数据集中器：利用74LS151，8255A，AT89C51构成数据采集系统，采用EEPROM2864A扩展AT89C51的外部数据存储器。2、控制面板：八位的LED显示，LED灯，复位及查询开关构成控制面板。3、三表（水、电、煤气表）的选择：均采用带有脉冲输出功能的三表。4、防火报警器：可以采用输出信号为开关的量信号的防火报警器。5、防盗报警器：也可以采用输出信号为开关的量信号的防盗报警器。2.2 元件简介2.2.1 处理器AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可

37、擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案10。2.2.1.1 AT89C51的结构89C51单片机采用40引脚双列直插封（DIP）形式。对于CMOS单

38、片机除采用DIP形式外，还采用方形封装工艺。由于受到引脚数目的限制，所以有一些引脚具有第二功能。在单片机的40条引脚中，有2条专用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制和其它电源复用的引脚，32条输入输出引脚。下面分别说明这些引脚的名称和功能。引脚如图2-2所示。 引脚功能： （1）主电源引脚Vcc和Vss 图2-2 89C51引脚Vcc：接+5V电源。 Vss：接电源地。（2）时钟振荡引脚XTALl和XTAL2XTALl：接外部晶体的一端。在单片内部，它是反相放大器的输入端，该放大器构成了片内振荡器。在测外部时钟电路时，对于HMOS单片机，此引脚必须接地；对CHMOS单片机，此引脚作为

39、驱动端。XTAL2：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端，振荡器的频率是晶体振荡频率。若采用外部时钟电路时，对于HMOS单片机，该引脚输入外部时钟脉冲；对于CHMOS单片机，此引脚应悬空。（3）控制信号引脚RSTVpd ALEPROGPsENH和EAVpp。RSTVpd：复位备用电源输入端。单片机上电后，只要在该引脚上输入24个振荡周期2个机器周期O宽度以上的高电平就会使单片机复位；若在RST与Vcc：之间接一个10F的电容，而在RST与Vss之间接一个8.2KQ的下拉电阻，则可实现单片机上电自动复位。RSTVpd具有复位功能，在主电源Vcc掉电期间，该引脚可接

40、上+5V的备用电源。当Vcc掉到低于规定的电平，而Vpd在其规定的电压范围内时，+5V就向片内RAM提供备用电源，以保持片内RAM中的数据不丢失，复位后能继续正常运行。ALEPROG：地址锁存使能输出编程脉冲输入端。当CPU访问外部存储器时，ALE的输出作为外部锁存地址的低位字节的控制信号；当不访问外部存储器时，ALE端仍以16的时钟振荡频率固定地输出正脉冲。因此，它可用做对外输出的时钟或用于定时。但要注意的是：每当访问外部数据存储器时会丢失一个脉冲。ALE端可以驱动8个LSTTL负载。另外，在对8751片内EPROM编程（固化）时，此引脚用于输入编程脉冲（PROG）。PSEN：外部程序存储器

41、读选通信号。CPU在访问外部程序存储器期间，每个机器周期中，PSEN信号两次有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号不再出现。PSEN端可以驱动8个LSTTL负载。EAVPP：外部访问允许编程电源输入，当EA端输入高电平时，CPU执行程序，在低4KB地址时，将自动转向执行外部程序存储器的程序。当EA输入低电平时，CPU仅访问片外程序存储器。在对8751EPROM编程时，此引脚接+2lV的编程电压VPP。（4）输入输出（IO）引脚POP1P2和P3P0口：P0口为一个8位漏级开路双向IO口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写l时，被定义为高阻输入。P0能

42、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FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I0口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。Pl口管脚写入l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IO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

43、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IO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。2.2.1.2 AT89C51的主要性能特点（1）与MCS-51兼容（2）4

44、K字节可编程闪烁存储器（3）全静态工作：0Hz-24Hz（4）三级程序存储器锁定（5）1288位内部RAM（6）32可编程IO线（7）两个16位定时器计数器（8）5个中断源（9）可编程串行通道（10）低功耗的闲置和掉电模式（11）片内振荡器和时钟电路2.2.1.3 AT89C51内部功能介绍（一） 中央处理器中央处理器（CPU）是单片机最核心的部分，它主要有运算器和控制器两部分构成。运算器运算器包括算术运算部件ALU（Arithmetic Logic nit）、累加器Acc：（Accumulator）、B寄存器TMPl和TMP2、程序状态寄存器PSW（Program Status Word）。

45、算术逻辑部件ALU：ALU由加法器和其它逻辑电路等组成。它的功能是完成各种算术和逻辑运算，其典型操作包括对8位数据进行算术加、减、乘、除及逻辑与、或、异或、取反等运算，以及循环移位、位操作等。累加器Acc：简称累加器A，它是一个8位寄存器，通过暂存器与ALU相连，在CPU中累加器A是工作最频繁的寄存器。在算术运算和逻辑运算时，通常用累加器A存放一个参加操作的数，作为ALU的一个输入，而ALU的运算结果又存入累加器A中。寄存器B： 寄存器B一般用于乘、除法指令，它与累加器A配合使用。运算前，寄存器B中存放乘数或除数；运算后，B中保存了乘积的高位字节或商的余数部分。此外，寄存器B可作为存放中间结果

46、的暂存器使用。程序状态字寄存器PSW：PSW是一个8位寄存器，用于寄存当前指令执行的某些状态，反映指令执行结果的一些特征，比如，进位和溢出等。不同的特征用相应的状态标志位表示按功能分，PSW的标志可以分为两类：一类是状态标志，它表示当前指令执行后，运算结果的一些特征，这类标志为后面的操作提供判断的依据。另一类是用户设定的标志位，来选择CPU当前使用的工作寄存器组，或用户在程序设计中作为某种特定的标志位。四个状态标志位定义： C：进位标志位，有时表示为CY。在进行加法（或减法）运算时，如果操作结果的最高位C7有进位（或借位），CY置1；否则，CY置0。在进行位操作时，CY作为累加器C，也称布尔累加器。此外，循环移位指令和比较转移指令也会影响CY标志。AC：半进位标志位。在进行加法（或减法）运算时，如果低半字节向高半字节有进位（或借位），则AC标志置l；否则AC标志置0。AC标志用于校正BCD码加法或减法运算的结果，作为（BCD）码运算调整指令DA判断的依据之一。 P：奇偶标志位。该标志位始终跟踪累加器A内容的奇偶性，如果结果中A内有奇数个1，则标志P置1；否则置0