基于單片機防盜報警系統(tǒng)的設(shè)計.doc

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1、基于單片機防盜報警系統(tǒng)的設(shè)計目 錄第1章 緒 論31.1選題背景31.2課題介紹41.3本文主要工作51.4方案選擇論證51.4.1單片機的選擇51.4.顯示器工作原理及其選擇61.4.3液晶顯示和數(shù)碼顯示61.4.4 防盜報警選擇傳感器的選擇72.1硬件系統(tǒng)總體設(shè)計82.2 AT89C51芯片的介紹92.2.1引腳功能92.2.2 結(jié)構(gòu)原理112.2.3 AT89C51定時器/計數(shù)器相關(guān)的控制寄存器介紹122.2.4 MAX708芯片介紹 132.3 單片機復(fù)位設(shè)置142.4 8255A芯片介紹142.4.1 8255A的引腳和結(jié)構(gòu)152.4.2 8255的工作方式162.4.3 8255的

2、控制字182.5 AT89C51與8255的接口電路192.6 顯示部分202.6.1七段顯示譯碼器202.6.2 7448譯碼驅(qū)動212.6.3 單片機與7448譯碼驅(qū)動器及LED的連接232.6.4外部地址鎖存器23第3章 檢測信號放大電路設(shè)計243.1 熱釋紅外線傳感器典型電路253.2 紅外光敏二極管警燈電路263.2.1 光敏二極管控制電路273.3紅外線探測信號放大電路設(shè)計283.3.1光電耦合器驅(qū)動接口303.3.2 集成電路運算放大器313.3.3 精密多功能運算放大器INA105313.3.4 低功耗、雙運算放大器LM35834第4章 電源設(shè)計354.1 單片機系統(tǒng)電源354

3、.2檢測部分電源355.1 主程序設(shè)計375.2 核對子程序設(shè)計385.3 中斷子程序設(shè)計385.4 讀數(shù)子程序設(shè)計395.5 程序設(shè)計說明405.6 程序清單41第6章 調(diào)試456.1安裝調(diào)試456.2音響（和繼電器）驅(qū)動線路具體連接456.3 程序修改466.4 程序執(zhí)行過程47結(jié)論48參考文獻49致謝51原理圖52第1章 緒 論隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對防盜、防劫、防火保安設(shè)備的需求量大大增加。針對偷盜、搶劫、火災(zāi)、煤氣泄漏等事故進行檢測和報警的系統(tǒng)，其需求也越來越高。本設(shè)計運用單片機技術(shù)設(shè)計了一新穎紅外線防盜報警器。而本設(shè)計中的輸入部分主要是各種各樣的傳感器。不同類型的探測器用不同的手段探

4、測各種入侵行為；不同作用的傳感器，也可檢測出不同類型的情況。本章節(jié)主要介紹了本設(shè)計的選題背景、課題介紹、本文主要工作、方案論證。1.1選題背景 單片機現(xiàn)在已越來越廣泛地應(yīng)用于智能儀表、工業(yè)控制、日常生活等很多領(lǐng)域，可以說單片機的應(yīng)用已滲透到人類的生活、工作的每一個角落，這說明它和我們每個人的工作、生活密切相關(guān)，也說明我們每個人都有可能和有機會利用單片機去改造你身邊的儀器、產(chǎn)品、工作與生活環(huán)境。紅外技術(shù)已經(jīng)成為先進科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，他在各領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。由于他是不可見光，因此用他做防盜報警監(jiān)控器，具有良好的隱蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干擾能力強。這種監(jiān)控報警裝置廣泛應(yīng)用與博物館、

5、單位要害部門和家庭的防護1。通常紅外線發(fā)射電路都是采用脈沖調(diào)制式。紅外接收電路首先將接收到的紅外光轉(zhuǎn)換為電信號，并進行放大和解調(diào)出用于無線發(fā)射電路的調(diào)制信號。當(dāng)無人遮擋紅外光時，鎖相環(huán)輸出低電平，報警處于監(jiān)控狀態(tài)；一旦有人闖入便遮擋了紅外光，則鎖相環(huán)失鎖，輸出高電平，驅(qū)動繼電器接通無線發(fā)射電路，監(jiān)控室便可接收到無線報警信號，并可區(qū)分報警地點2。當(dāng)我們考慮的范圍廣一點：若是在小區(qū)每一住戶內(nèi)安裝防盜報警裝置。當(dāng)住戶家中無人時，可把家庭內(nèi)的防盜報警系統(tǒng)設(shè)置為布防狀態(tài)，當(dāng)竊賊闖入時，報警系統(tǒng)自動發(fā)出警報并向小區(qū)安保中心報警3。周界報警系統(tǒng)：在小區(qū)的圍墻上設(shè)置主動紅外對射式探測器，防止罪犯由圍墻翻入小區(qū)

6、作案，保證小區(qū)內(nèi)居民的生活安全4。有的防盜報警系統(tǒng)還連有上位機。將探測器發(fā)回的現(xiàn)場信號按防區(qū)的類型與主機的工作狀態(tài)（布防、撤防）作出邏輯判斷，進而發(fā)出報警5,6。一個防盜系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在報警主機的功能上。1.2課題介紹本設(shè)計是利用單片機對防盜報警系統(tǒng)進行控制，系統(tǒng)要求能對16個以上的監(jiān)測點進行自動監(jiān)測。是以單片機為核心構(gòu)成防盜報警系統(tǒng)，以完成用戶鍵盤輸入，數(shù)碼（可漢字液晶）顯示、故障狀態(tài)指示為主，完成報警檢測，若有報警事故發(fā)生，可向外界發(fā)出聲光報警信號。系統(tǒng)基本框圖如下所示:圖1.1 系統(tǒng)基本框圖報警電路顯示電路單片機檢測電路警語播放電路鍵盤輸入單片機防盜報警系統(tǒng)主要用于賓館、倉庫、居民樓

7、等場所，它能對受監(jiān)測點進行自動監(jiān)測。一旦出現(xiàn)盜情，由單片機接收有效信號，并發(fā)出報警命令，即進行聲光報警，并指示被盜地點，提醒有關(guān)人員進行有關(guān)措施。該防盜報警系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低等優(yōu)點。若更換其他的傳感器，該系統(tǒng)還可以用于火災(zāi)報警、煤氣泄漏等報警。1.3本文主要工作在設(shè)計之前首先工對本課題作廣大的市場調(diào)研工作，進行分析、對比、總結(jié)，再進行方案選擇論證。具體到設(shè)計時,又分硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，硬件設(shè)計主要分兩大部分：單片機部分和檢測部分。軟件設(shè)計分主程序設(shè)計和中斷子程序設(shè)計。在完成正文部分后，主要工作就是要進行調(diào)試，為了實現(xiàn)設(shè)計預(yù)計現(xiàn)象，軟件和硬件都要作必要的修改。1.4方案選擇論證1

8、.4.1單片機的選擇本設(shè)計采用低功耗，高性能的89C51單片機,北京集成電路設(shè)計中心推出的BIATu89C51的單片機。是一種低功耗，高性能的含有4K字節(jié)快檫寫可編程檫除只讀存儲器（EEPORM）的8位CMOS單片機，時鐘頻率高達24MHZ，與8031的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。芯片上的EEPROM允許在線（5V）電檫除，點寫入或采用通用的非易失存儲器對程序存儲器重復(fù)編程。此外，BIATu89C51還支持由軟件選擇的二種掉電工作方式。非常適用于電池供電或其他要求低供耗場合。由于芯片內(nèi)的4程序存儲器可在線或用編程器重復(fù)編程，受到了應(yīng)用設(shè)計者的歡迎，并得到較為廣泛的應(yīng)用。1.4.顯示器工作原理及其選

9、擇點亮顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。所謂靜態(tài)顯示就是當(dāng)顯示器顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二級管恒定地導(dǎo)通或截止，例如7段顯示器a,b,c,d,e,f導(dǎo)通,g截止，顯示0。這種顯示方式每一位都需要有一個8位輸出口控制，靜態(tài)顯示時，較小的電流可以得到較高的亮度且字符不閃爍，所以可以采用8255A的輸出口直接驅(qū)動。在單片機串行口方式0應(yīng)用中，也是采用靜態(tài)顯示方法。當(dāng)顯示器位數(shù)較少時采用靜態(tài)顯示的方法是適合的。當(dāng)位數(shù)較多是，用靜態(tài)顯示所需I/O口太多，一般采用動態(tài)顯示方法。所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮顯示器各個位（掃描），對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整

10、個顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。顯示的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點亮?xí)r間和間隔時間有關(guān)。調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共位只需要一個I/O口（稱為掃描口），控制顯示器的各位所顯示的字型也需一個8位口（稱為段數(shù)據(jù)口），為了防止閃爍，顯示的時間在12ms。1.4.3液晶顯示和數(shù)碼顯示LED是一種離子注入型全固體半導(dǎo)體發(fā)光器件，它的電壓低，正好與TTL電路匹配，發(fā)光效率高，壽命最長，是目前儀表數(shù)字顯示的主體。 LCD是低電壓驅(qū)動，極微小功耗，與CMOS功耗電路可直接匹配，是LSI的孿生兄弟，此外其極薄的扁平結(jié)構(gòu)立刻眼在極亮的環(huán)境

11、光下使用，以及信息容量大，生產(chǎn)容易等等，都充分顯示了它的優(yōu)越性能。但是液晶顯示一個最大的缺點，是工作溫度范圍較窄，特別是低濕范圍不夠，液晶顯示器不宜施加直流電壓，一般來說，使用液晶顯示信息，需要液晶材料或器件，相應(yīng)的驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三者統(tǒng)一。在本設(shè)計中只需要使用幾個數(shù)字來表示被盜地點，用液晶顯示就顯得浪費了，而數(shù)碼顯示就簡單便宜了。1.4.4 防盜報警選擇傳感器的選擇目前，用于防盜報警的傳感器,市場上大多為紅外線或微波類產(chǎn)品，分為主動式和被動式二種。由于誤報等原因本設(shè)計采用被動式探頭。它的工作原理比較簡單：發(fā)射器按一定的頻率發(fā)射出脈沖式的紅外波束和微波，對方的接收器則按相同的頻率接收紅外波束

12、或微波。當(dāng)一發(fā)一收的頻率經(jīng)中心控制器判別一致時，表明波束行進的方向沒有物體存在。反之，光束行進路徑上有異物遮擋，光束被反射、散射，接收器接受的信號就會丟失，從而發(fā)出報警信號。 而本設(shè)計輸入部分主要是各種各樣的傳感器。不同類型的探測器用不同的手段探測各種入侵行為，如人體的移動、物體的震動、玻璃的破碎和門窗的開關(guān)等，系統(tǒng)將所得的信號進行邏輯判斷，發(fā)出警報。常用的傳感器有對射紅外探測器、磁控管（門磁）、震動開關(guān)、被動紅外探測器（PIR）、雙鑒探測器、煙感、溫感探測頭等。這些傳感器不僅可以對室內(nèi)的門、窗、敞開的陽臺、固定玻璃、保險箱等的異常情況進行監(jiān)測，而且還能對家中的火警進行監(jiān)測。在家中無人的情況下

13、還具有探測有無物體移動的功能，以發(fā)現(xiàn)家中是否有偷竊等異常情況。這些器件有效地各施其則，為控制單元傳送現(xiàn)場的資料，提供報警控制。本設(shè)計采用熱釋紅外線傳感器，通過探測人體特有的紅外線來檢測盜情。第2章 單片機系統(tǒng)的硬件設(shè)計由于該系統(tǒng)主要用于多點集中檢測報警，故應(yīng)能對受監(jiān)測點進行巡回檢測，為防止誤報警，當(dāng)檢測到某點有盜請時該系統(tǒng)應(yīng)延時再進行檢測一次，若確有盜情方可報警，并用數(shù)字指示出被盜地點。該系統(tǒng)的傳感器可選用接觸式、斷開式等開關(guān)量傳感器；系統(tǒng)終端部分選用音響報警電路及數(shù)碼顯示電路；其中數(shù)碼顯示由譯碼驅(qū)動器譯碼驅(qū)動。本章節(jié)主要介紹單片機系統(tǒng)的硬件設(shè)計及其相關(guān)芯片的概述和各部分的接口電路。2.1硬件

14、系統(tǒng)總體設(shè)計硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示，主機選用89C51單片機，地址鎖存器選用74LS373，數(shù)碼顯示部分選用共陰極數(shù)碼管，放大器、揚聲器及多點檢測電路選用8255并行I/O口。由于8255每片3個口，每個有8個點，故每片8255可監(jiān)測24個房間，若需要，還可以增加8255的數(shù)量。 圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)硬件總圖其具體電路圖見附錄總圖。2.2 AT89C51芯片的介紹 AT89系列單片機（簡稱89系列單片機）是ATMEL公司的8位Flash單片機。這個系列單片機最吸引人的特點就是在片內(nèi)含有Flash存儲器，因此它有著十分廣泛的用途，特別是在便攜式和需要特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用18。8

15、9系列單片機是以8031核構(gòu)成的，所以與8051系列單片機相互兼容。這個系列對于以8051為基礎(chǔ)的系統(tǒng)來說，進行取代和構(gòu)造十分容易。89系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與80C51相近，主要含有以下幾個部件：l 8031CPU；l 振蕩電路；l 總線控制部件；l 中斷控制部件；l 片內(nèi)Flash存儲器；l 片內(nèi)RAM；l 并行I/O接口；l 定時器；l 串行I/O接口； 圖2.2 AT89C51引腳圖2.2.1引腳功能1、I/O口線, AT89C51引腳圖如圖2.2所示。（1）P0口8位、漏極開路的雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲器及擴展I/O口時，P0口作為低字節(jié)地址/數(shù)據(jù)線復(fù)用。 P0口也可做通用I/O口

16、使用，但需要加上拉電阻，變?yōu)闇?zhǔn)雙向口。當(dāng)作為普通輸入時，應(yīng)將輸出鎖存器置1。P0口可驅(qū)動8個TTL負載。（2）P1口8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。 P1口是為用戶準(zhǔn)備的I/O雙向口。（3）P2口8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。 當(dāng)使用片外存儲器或外擴I/O口時，P2口輸出高8位地址。P2口也也可做通用I/O口使用。用做輸入時，應(yīng)將輸出鎖存器置1。P2口可驅(qū)動4個TTL負載。（4）P3口8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。P3口也可做通用I/O口使用。用做輸入時，應(yīng)將輸出鎖存器置1。P3口還提供各種替代功能，如表2.1所示。 表2.1 P3口替代功能引腳替代功能說明P3.0

17、RXD串行數(shù)據(jù)接收P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2外部中斷0申請P3.3外部中斷1申請P3.4T0定時器0外部事件計數(shù)輸入P3.5T1定時器1外部事件計數(shù)輸入P3.6外部RAM寫選通P3.7外部RAM讀選通 2、控制信號線（1）RST復(fù)位輸入信號，高電平有效。在振蕩器穩(wěn)定工作時，在RST引腳施加兩個機器周期（即24個晶振周期）以上的高電平，將器件復(fù)位。（2） 外部程序存儲器訪問允許信號EA（External Access Enable）。 當(dāng)信號接地時，對ROM的讀操作限定在外部程序存儲器，地址為0000HFFFFH；當(dāng)接VCC時，對ROM的讀操作從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲

18、器。（3）片外程序存儲器讀選通信號PSEN（Program Stroe Enable）,低電平有效。在片外程序存儲器取址期間，當(dāng) 有效時，程序存儲器內(nèi)容被送至P0口（數(shù)據(jù)總線）；在訪問外部RAM時，無效。（4）低字節(jié)地址鎖存信號ALE（Address Latch Enable）。 在系統(tǒng)擴展時，ALE下降沿將P0口輸出的低8位地址鎖存在外接的地址鎖存器中，以實現(xiàn)低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)分時傳送。此外，ALE端連續(xù)輸出正脈沖，頻率為晶振頻率的1/6，可用做外部定時脈沖使用，但要注意，每次訪問外RAM時要丟失一個ALE脈沖。3、電源線（1）VCC電源電壓輸入引腳。（2）GND電源地。4、外部晶振引線（1）

19、XTAL1片內(nèi)振蕩器反向放大器和時鐘發(fā)生線路的輸入端。使用片內(nèi)振蕩器，連接外部石英晶體和微調(diào)電容。（2）XTAL2片內(nèi)振蕩器反向放大器的輸出端。使用片內(nèi)振蕩器，連接外部石英晶體和微調(diào)電容。當(dāng)使用外部振蕩器時，引腳XATL1接收振蕩器信號，XATL2懸空。2.2.2 結(jié)構(gòu)原理AT89C51基本組成框圖如圖2.3所示。下面簡要說明各部分的組成及功能：中斷控制CPU片內(nèi)Flash存儲器總線控制片內(nèi)RAM4個I/O端口定時器1定時器0ETC振蕩器串行端口TXD RXDP0 P2 P1 P3計數(shù)器輸入外部中斷擴展中斷 圖2.3 AT89C51基本組成框圖1、中央處理器 單片機的中央處理器（CPU）是單片

20、機的核心，完成運算和控制操作。中央處理器主要包括運算器和控制器。 運算器主要用來實現(xiàn)算術(shù)、邏輯運算和位操作。其中包括算術(shù)和邏輯運算單元ALU、累加器ACC、B寄存器、程序狀態(tài)字PSW和兩個暫存器等。 控制器是識別指令并根據(jù)指令性質(zhì)協(xié)調(diào)計算機內(nèi)各組成單元進行工作的部件?？刂破髦饕ǔ绦蛴嫈?shù)器PC（Program Counter）、PC增量器、指令寄存器、指令譯碼器、定時及控制邏輯電路等。其功能是控制指令讀入、譯碼和執(zhí)行，并對指令執(zhí)行過程進行定時和邏輯控制。 2、存儲器 單片機內(nèi)部的存儲器分別為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。 程序存儲器主要用來存儲指令代碼和一些常數(shù)及表格。程序在開發(fā)和調(diào)試成功之后就永

21、久性地駐留在程序存儲器中，在停機斷電狀態(tài)下代碼也不會丟失。程序存儲器在操作運行過程中只讀不寫，因而又被稱為只讀存儲器ROM（Read Only Memory）。用隨機存儲器RAM（Random Access Memory）來存儲程序運行期間的工作變量和數(shù)據(jù)，所以又被稱為數(shù)據(jù)存儲器。一定容量的RAM集成在單片機內(nèi)，提高了單片機的運行速度，也降低了功耗。標(biāo)準(zhǔn)AT89單片機的程序存儲器采用4KB的快速擦寫存儲器Flash Memory,編程和擦除完全是電氣實現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)AT89單片機含有128*8位RAM，采用單字節(jié)地址。實際上片內(nèi)的字節(jié)地址空間是256個（00HFFH）,其中高128字節(jié)地址(80HF

22、FH)被特殊功能寄存器SFR占用,用戶只能使用低128字節(jié)單元(00H7FH)來存放可讀/寫的數(shù)據(jù)。3、外圍接口電路CPU與外圍設(shè)備的信息的交換都要通過接口電路來進行。這主要是解決CPU的高速處理能力和外部設(shè)備低速運行之間的速度匹配問題，并可以有效地提高CPU的工作效率；同時也提高了CPU對外的驅(qū)動能力，輸出接口電路具有鎖存器和驅(qū)動器，輸入接口電路具有三態(tài)門控制，成為接口電路的基本特征。4、時鐘振蕩電路單片機芯片內(nèi)部有時鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容都需要外接。AT89C51的晶振頻率為高為24MHz。2.2.3 AT89C51定時器/計數(shù)器相關(guān)的控制寄存器介紹：1、 定時器/計數(shù)器的控制寄存器

23、TCON2、 工作方式控制寄存器TMODTMOD用于設(shè)定定時器/計數(shù)器的工作方式，不可位尋址，只能用字節(jié)傳送指令，字節(jié)地址為89H，其各位定義如下：定時/計數(shù)器1定時/計數(shù)器0位序D7D6D5D4D3D2D1D0位符號GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0C/T 計數(shù)方式/定時方式選擇位。C/T=0，選擇定時工作方式；C/T=1，選擇計數(shù)工作方式。M1和M0 工作方式選擇位。M1M0=00，選擇工作方式0；M1M0=01，選擇工作方式1；M1M0=10，選擇工作方式2；M1M0=11，選擇工作方式3。3、 中斷允許寄存器IE4、 中斷優(yōu)先級寄存器IP2.2.4 MAX708芯片介紹 MA

24、X708 具有比較器、手動復(fù)位、兩組復(fù)位電平輸出的電源監(jiān)控芯片, 是一種微處理器電源監(jiān)控芯片，可同時輸出高電平有效和低電平有效的復(fù)位信號。復(fù)位信號可由VCC電壓、手動復(fù)位輸入、或由獨立的比較器觸發(fā)。 獨立的比較器可用于監(jiān)視第二個電源信號，為處理器提供電壓跌落的預(yù)警功能。這一功能是為器件發(fā)出復(fù)位信號前的正常關(guān)機、向操作者發(fā)送警報、或電源切換而考慮的。1、特性 (1)RESET信號/RESET信號輸出； (2)域值值為1.25V、用于電源失效或低電源警告的獨立比較器； (3)手動復(fù)位輸入； (4)需要100uA的電源電流； (5)復(fù)位域值為：2.63V、2.93V、3.08V；2、引腳圖 MAX7

25、08的引腳圖如右所示： 圖2.4 MAX708 的管腳圖2.3 單片機復(fù)位設(shè)置RST引腳是復(fù)位輸入信號，高電平有效。在振蕩器穩(wěn)定工作時，在RST引腳施加兩個機器周期（即24個晶振周期）以上的高電平，將器件復(fù)位。接口電路如圖2.5所示。 圖2.5 MAX708與89C51的接口電路圖圖2.5中的時鐘復(fù)位電路現(xiàn)在用的是一塊MAX708芯片，因為8255也需要復(fù)位，用該芯片可以使單片機和8255同時復(fù)位。所以,MAX708與AT89C51及8255的接口電路如2.6所示。 圖2.6 MAX708與89C51及8255A的接口電路圖2.4 8255A芯片介紹8255A是INTEL公司生產(chǎn)的可編程輸入輸

26、出接口芯片，它具有3個8位的并行I/O口分別稱為PA口、PB口、PC口又分為高4位口（PC7PC4）和低4位（PC3PC0），它們都可以通過軟件編程來改變I/O口的工作方式。8255A可以與單片機直接接口，具體接口電路圖如圖2.10所示。2.4.1 8255A的引腳和結(jié)構(gòu) 8255A的引腳如圖2.7a所示。8255A的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.7b所示。它由以下幾個部分組成：1、數(shù)據(jù)端口A、B、C8255A有三個位并行口，PA、PB和PC。都可以選擇作為輸入輸出工作模式，但在功能和結(jié)構(gòu)上有一些差異。（1） PA口：一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器；一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。（2） PB口：一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖

27、存器和緩沖器；一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。（3） PC口：一個8位的輸出鎖存器；一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。通常PA口、PB口作為輸入輸出口，PC可作為輸入輸出口，也可在軟件的控制下，分為兩個4位的端口，作為端口A、B選通方式操作時的狀態(tài)控制信號。2、D0D7：8位三態(tài)雙向輸入/輸出通道是8255A與CPU接口的數(shù)據(jù)總線。3、RESET：高電平動作。復(fù)位時，8255A的PA、PB、PC口與控制寄存器將被消除，PA、PB、PC口皆被設(shè)定為輸入口模式。4、/CS：芯片選擇，低電平動作。當(dāng)/CS=0時，8255A被選擇；當(dāng)/CS=1時，8255A無法與CPU做數(shù)據(jù)傳輸。5、/RD：讀取使能，低電平動作。/R

28、D=0且/CS=0時，CPU從8255A讀取數(shù)據(jù)。6、/WR：寫入使能，低電平動作。/WR=0且/CS=0時，CPU將數(shù)據(jù)寫入8255A。7、A0、A1：地址選擇線，用來選擇8255A的PA口、PB口、PC口和控制寄存器。如表2.2所示。 表2.2 地址選擇 A0 A1 被選中的端口名 0 0 PA口 0 1 PB口 1 0 PC口 1 1 控制寄存器8、8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(1)8255A的方塊圖包括4個部分：（如圖2.7b所示）數(shù)據(jù)總線緩沖器（Data Bus Buffer）讀/寫控制邏輯（R/W Control Logic）A、B組控制單元(Group A & Group B Contr

29、ol)PA口、PB口、PC口（PA0PA7,PB0PB7,PC0PC7）(2)數(shù)據(jù)總路線緩沖器：三態(tài)雙向8位用來傳輸數(shù)據(jù),為CPU和8255間的接口。當(dāng)CPU執(zhí)行“讀取”或“寫入”時，都經(jīng)由此數(shù)據(jù)總線緩沖器傳送或接收數(shù)據(jù)碼、控制命令碼等。(3)讀/寫控制邏輯：其功能是用來控制數(shù)據(jù)與控制字的傳輸。從CPU接收到A0、A1、/RD、/WR、/CS及RESET等控制信號，然后產(chǎn)生各種不同動作。當(dāng)RESET復(fù)位時，控制寄存器被清除，且PA、PB、PC口被設(shè)定為輸入口，因此RESET引腳應(yīng)與CPU的RESET接在一起，產(chǎn)生一致的復(fù)位動作。/CS、/RD與/WR均為低電平使能,當(dāng)/CS=0時,8255A被

30、使能,A0、A1為寄存器尋址輸入線，配合/RD、/WR用來選擇3個輸入輸出寄存器、控制寄存器,并控制信息傳送方向。如表2.3所示。（4）A組和B組控制電路：這是兩組根據(jù)CPU的命令字控制8255工作方式的電路。每組控制電路從讀、寫控制邏輯接受各種命令，從內(nèi)部數(shù)據(jù)接受控制字（即指令）并發(fā)出適當(dāng)?shù)拿畹较鄳?yīng)的端口。A組控制電路控制A口及C口的高4位；B組控制電路控制B口及C的低4位。2.4.2 8255的工作方式8255有3中工作方式，即方式0、方式1、方式2，如圖2.8所示。1、方式0（基本輸入/輸入方式）。這種方式不需要任何選通信號。兩個8位端口（口A和口B）和兩個4位端口（口C）。A口、B口

31、及C口的高4位和低4位都可以設(shè)定為輸入或輸出。作為輸出口時，輸出的數(shù)據(jù)都被鎖存；作為輸入口時，輸入數(shù)據(jù)不鎖存。在方式0時，各個端口的輸入、輸出可有16種不同的組合。2、方式1（選通輸入/輸出方式）。在這種方式下,A、B、C三個口分為兩組：A組包括A口和C口的高4位，A口可由編程設(shè)定為輸入口或輸出口，若懸河C口的高4位用來作為輸入/輸出操作的控制和同步信號；B組包括B口和C口的低4位，B口同樣由編程設(shè)定輸入或輸出口，C口的低4位用來作為輸入/輸出操作的控制和同步信號；任何一個端口都有可做為輸入或輸出；若只有一個端口工作于方式1，余下的13位，可以工作在方式0下；A口和B口的輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)都被鎖

32、存。 a.引腳 b. 內(nèi)部功能結(jié)構(gòu) 圖2.7 8255A引腳和結(jié)構(gòu)圖表2.3 8255A端口選擇及功能A0 A1操 作0 00 11 00 00 11 01 1X X1 1X X0 1 00 1 00 1 01 0 01 0 01 0 01 0 0X X 10 1 01 1 0A口 數(shù)據(jù)總線B口 數(shù)據(jù)總線C口 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 A口數(shù)據(jù)總線 B口數(shù)據(jù)總線 C口數(shù)據(jù)總線控制寄存器數(shù)據(jù)總線為三態(tài)非法狀態(tài)數(shù)據(jù)總線為三態(tài)3、方式2（雙向總線方式）。在這種方式下，A口為8位雙向總線，C口的PC3PC7用來作為輸入/輸出的同步控制信號。在這種情況下，B口和C口的PC0PC2只能編程方式為0或方式1工作。B

33、 C APB7PB0控制控制PA7PA0B組A組方式1 I/OI/ObB C APB7PB0控制控制PA7PA0I/OI/O雙向A口控制方式2c 圖2.8 8255的三種工作方式A 方式0 b 方式1 c 方式22.4.3 8255的控制字8255有兩種控制字，即控制A口、B口、C口的工作方式的方式控制字和控制C口各位置位/復(fù)位控制字，兩種控制字寫入的控制寄存器相同，只是用D7位來區(qū)分哪一種控制字。D7=1時為C口置位/復(fù)位控制字。兩種控制字的格式和定義如下圖所示: a b圖2.9 8255的控制字格式 a方式選擇控制字 b C口置/復(fù)位控制字2.5 AT89C51與8255的接口電路在89C

34、51單片機上擴展一片8255A芯片，無需外加任何邏輯電路，其接口如圖2.10所示。圖中8255A的PA口地址為7CH，PB口地址為7DH，PC口地址為7EH，控制字寄存器地址為7EH。這里8951單片機對8255采用了線性選址法。 圖2.10 89C51與8255A的接口電路圖2.6 顯示部分在數(shù)字測量儀表和各種數(shù)字系統(tǒng)種，都需要將數(shù)字量直觀地顯示出來，一方供人們直觀讀取測量和運算的結(jié)果；另一方面用于監(jiān)視數(shù)字系統(tǒng)的工作情況。因此數(shù)字顯示是許多數(shù)字設(shè)備不可缺少的部分，本設(shè)計中發(fā)生盜情時要讓主人知道具體發(fā)生在哪點，所以直觀地用LED顯示數(shù)字1、2、3、4，表示相對應(yīng)的地點，很是一目了然。并且采用7

35、448譯碼驅(qū)動,為軟件提供了方便。2.6.1七段顯示譯碼器數(shù)字顯示通常由譯碼器、驅(qū)動器和顯示器等部分組成，如圖2.11所示。下面對顯示器和譯碼驅(qū)動器分別進行介紹。數(shù)碼顯示器是用來顯示數(shù)字、文字或符號的器件，現(xiàn)在已有各種不同類型的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字設(shè)備中，目前數(shù)碼顯示器件正朝小型、低功耗、平面化方向發(fā)展。常用的LED顯示器有七段，這種顯示器有共陰極和共陽極兩種。當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應(yīng)的段被顯示。計數(shù)器譯碼器驅(qū)動器顯 示 器脈沖信號KHZ圖2.11 數(shù)字顯示電路組成框圖圖2.12b表示七段數(shù)字顯示器利用不同發(fā)光段組合，顯示015等阿拉伯?dāng)?shù)字。在實際應(yīng)用中，10

36、15并不采用，而是兩位數(shù)字顯示器進行顯示。a. 分段布置圖 b.段組合圖 c. 共陽極 d.共陰極圖2.12 七段數(shù)字顯示發(fā)光段組合圖2.6.2 7448譯碼驅(qū)動 如前所述,分段式數(shù)碼管是利用不同發(fā)光段組合的方式顯示不同數(shù)碼管的。因此，為了使數(shù)碼管能將所代表的數(shù)顯示出來，必須將數(shù)碼經(jīng)譯碼器譯出，然后經(jīng)驅(qū)動器點亮對應(yīng)的段。例如，對于8421碼的0011狀態(tài)，對應(yīng)的十進制數(shù)為3，則譯碼驅(qū)動器應(yīng)使a、b、c、d、g各段點亮，即對應(yīng)于某一組數(shù)碼，譯碼器應(yīng)有確定的幾個輸出端有信號輸出，這是分段式數(shù)碼管電路的主要特點。下面介紹常用的7448七段顯示譯碼器。7448七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動共陰

37、極顯示器。7448的功能如表2.4所示。它有3個輔助控制端LT、RBI、BI/RBO，現(xiàn)分別簡要說明如下：滅燈輸入BI/RBO BI/RBO是特殊控制端，有時作為輸入，有時作為輸出。當(dāng)BI/RBO作為輸入使用且BI=0時，無論其他輸入端是什么電平，所有各段輸出ag均為0，所以字型熄滅。試燈輸入LT 當(dāng)LT=0時，BI/RBO是輸出端，且RBO=1，此時，無論其他輸入端是什么狀態(tài)，所有各段輸出ag均為1，顯示字型為。該輸入端常用于檢查7448本身及顯示器的好壞。動態(tài)滅零輸入RBI 當(dāng)LT=1，RBI=0且輸入代碼DCBA=0000時，各段輸出ag均為低電平，與BCD碼相應(yīng)的字型0熄滅，故稱“滅零

38、”。利用LT=1，RBI=0可以實現(xiàn)某一位0的“消隱”。此時BI/RBO是輸出端，且RBO=0。動態(tài)滅零輸出RBO BI/RBO作為輸出使用時，受控于LT和RBI。當(dāng)LT=1且RBI=0，輸入代碼DCBA=0000時RBO=0；若LT=0或者LT=1且RBI=1，則RBO=1。該端主要用于顯示多位數(shù)字時，多個譯碼之間的連接。 表2.4 7448功能表十進制或功能輸 入BI/RBO輸 出字 型LTRBID C B Aa b c d e f g01234567891112131415HHHHHHHHHHHHHHHHXXXXXXXXXXXXXXL L L LL L L HL L H LL L H H

39、L H L LL H L HL H H LL H H HH L L LH L L HH L H LH L H HH H L LH H H LH H H HHHHHHHHHHHHHHHHH H H H H H HL H H L L L LH H L H H L HH H H H L L HL H H L L H HL L L H H H HH H H L L L LH H H H H H HH H H H L H HL L L H H L HL L H H L L HL H L L L H HH L L H L H HL L L L H H HL L L L L L L消 隱脈沖消隱燈 測 試X

40、HLXLXX X X XL L L LX X X XLLHL L L L L L LL L L L L L LH H H H H H H從功能表可以看出，對輸入代碼0000，譯碼條件是：LT和RBI同時等于1，而對其他輸入代碼則要求LT=1，這時候譯碼器各段ag輸出的電平是由輸入BCD碼決定的，并且滿足顯示字型的要求。2.6.3 單片機與7448譯碼驅(qū)動器及LED的連接現(xiàn)直接用7448譯碼驅(qū)動LED顯示數(shù)字，直觀明了，在軟件方面也有優(yōu)點。7448的輸入接單片機一般I/O口，電阻起限壓作用。單片機與7448譯碼驅(qū)動器及LED的接口電路如下所示。 圖2.13 單片機與7448譯碼驅(qū)動器及LED的連

41、接圖2.6.4外部地址鎖存器單片機中的16位地址，分為高8位（A15A8）和低8位（A70）。高8位由P2口輸出，低8位由P0輸出。而P0口同時又是數(shù)據(jù)輸入/輸出接口，故在傳送時采用分時方式，先輸出低8位地址，然后再傳送數(shù)據(jù)。但是，在對外部存儲器進行讀/寫操作時，地址必須保持不變，這就需要適當(dāng)?shù)募拇嫫鞔娣诺?位地址，這個外接的寄存器就稱為地址鎖存器。在進行外部存儲器擴展時，凡具有輸入/輸出控制的8位寄存器均可作為地址鎖存器8。目前常用的地址鎖存器芯片有：74LS273、74LS373、8282等,引腳圖分別如2.14所示。引腳說明：l STB:數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號,高電平有效.當(dāng)該信號為高電平

42、時,外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器,負跳變時,數(shù)據(jù)鎖存。l /OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，低電平有效。當(dāng)該信號為低電平時，鎖存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。當(dāng)該信號為高電平時，輸出線為高阻態(tài)。l D0D7：8位數(shù)據(jù)輸入線。l Q0Q7：8位數(shù)據(jù)輸出線。（a）74LS273 (b) 74LS373 (c)8282 圖2.14 地址鎖存器引腳圖89C51單片機P0口與地址鎖存器的連接方法如圖2.15所示。圖2.15中的b圖為74LS373的引腳圖，/OE為使能控制端，G為鎖存控制信號。74HC373有三種工作狀態(tài)：（1）當(dāng)/OE為低電平，G為高電平時，輸出狀態(tài)和輸入狀態(tài)相同，即輸出跟隨輸入。（2）當(dāng)/OE為低電

43、平，G由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，輸入端數(shù)據(jù)鎖入內(nèi)部寄存器中，內(nèi)部寄存器中的內(nèi)容與輸出端相同。當(dāng)G保持低電平時，即輸入端數(shù)據(jù)變化也不會影響輸出端狀態(tài)，從而實現(xiàn)了鎖存功能。（3）當(dāng)/OE為高電平時，鎖存器緩沖三態(tài)門封閉，即三態(tài)門輸出為高組態(tài)，輸入端D0D7和輸出端Q0Q7隔離，則不能輸出。(a)使用74LS273 (b)使用74LS373 (c)使用8282圖2.15 89C51單片機P0口與地址鎖存器的連接方法第3章 檢測信號放大電路設(shè)計紅外技術(shù)已經(jīng)成為先進科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，他在各領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。由于他是不可見光，因此用他做防盜報警監(jiān)控器，具有良好的隱蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干擾能

44、力強。而本設(shè)計輸入部分主要是各種各樣的傳感器，不同類型的探測器用不同的手段探測各種入侵行為；若更換其他的傳感器，該系統(tǒng)還可以用于火災(zāi)報警、煤氣泄漏等報警。本章節(jié)主要介紹幾種不同的利用紅外線檢測報警的電路，并由此得出檢測信號放大電路。3.1 熱釋紅外線傳感器典型電路熱釋紅外線傳感器由于具有獨特的優(yōu)異功能，被廣泛應(yīng)用在國防和民用領(lǐng)域，作遙控、遙測、防盜、警戒、放火及自動化設(shè)施，其原理及典型應(yīng)用電路如圖3.1所示。 熱釋紅外線傳感器主要由高熱系數(shù)的鋯鈦酸鉛系陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等配合濾光鏡片窗口組成，它能以非接觸形式，檢測出物體放射出來的紅外能量變化，并將其轉(zhuǎn)換成電信號輸出12。金屬、塑料封裝

45、熱釋紅外傳感器，內(nèi)裝有變換阻抗用的場效應(yīng)晶體管，輸出阻抗一般為1047k，頂端或側(cè)面裝有濾光鏡片，用來選擇接收不同波長的熱釋紅外線。人體輻射的紅外線中心波長為910m,而這種探測元件的波長靈敏度特性在0.220m,范圍幾乎是穩(wěn)定不變的.在硅片表面上截止波長710m,的濾光片,使波長超過710m的紅外線通過,而小于7m的紅外線被吸收,于是就得到只對人體敏感的熱釋紅外線。如果用菲涅耳透鏡配合放大電路，將檢測出來的紅外信號放大6070dB，則可檢測出1020m處人的行動，。熱釋紅外線傳感器的文字符號為AT。圖3.3為熱釋紅外線傳感器典型應(yīng)用電路。AT為雙元件熱釋紅外線傳感器，內(nèi)部電路見圖3.1，其接

46、收波長為6.514m，適用于防盜報警系統(tǒng)，輸出阻抗為10k;AT為單元件熱釋紅外線傳感器，接收波長為120m，適用于溫度遙測，但同樣亦可用于防盜及自動控制系統(tǒng)，其內(nèi)部電路如圖3.2所示。 在這例電路中，當(dāng)AT接收到人體信號時，輸出一個微弱的低頻信號，其頻率約為0.33Hz。經(jīng)晶體管VT1和運算放大器A1組成的兩級放大器將信號放大至7075dB。由A2等組成的電壓比較器，設(shè)定一參考電壓。在無目標(biāo)進入時，末級無輸出；一旦有目標(biāo)進入探測范圍，AT則有信號輸出，經(jīng)放大后，電壓高于比較器設(shè)定電壓時，A2輸出高電位，VT2導(dǎo)通，繼電器K吸合，其觸點接通報警電路或控制電路，實現(xiàn)熱釋紅外線探測之目的。 3.1

47、雙元件熱釋紅外線傳感器 3.2 單元件熱釋紅外線傳感器3.3 熱釋紅外線傳感器典型電路3.2 紅外光敏二極管警燈電路 圖3.4中，VDP是紅外光敏二極管，在電路中反向連接。當(dāng)把它置于紅外光照強度很弱的環(huán)境中時，VDP內(nèi)部僅有極少的載流子流過，表現(xiàn)為高阻值；當(dāng)它接收到一定強度的紅外光時，其內(nèi)部的PN結(jié)載流子受紅外光激發(fā)而增多，VDP反向電流增大，表現(xiàn)為低阻值。 圖3.4 紅外光敏二極管電路圖3.4主要由運算放大器IC1和四與非門（D1aD1d）等組成。在VDP無光照時，調(diào)節(jié)RP使IC1的腳為1.5V左右，D1b的腳輸出高電平。在這里，D1a與D1d構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，D1d第11腳輸出高電平，D

48、1C的第10腳輸出抵電平，發(fā)光二極管VL不亮。 我們將本裝置安裝在走廊的一側(cè)，其對面安裝一只白熾燈（燈光中含有紅外光），VL不亮。當(dāng)有不速之客闖入光源與光敏二極管之間的警戒域時，VDP接收的光強瞬時減小，等效電阻值增大，在M點產(chǎn)生一個脈沖信號，經(jīng)C1耦合到IC1的輸入端，IC1的第6腳變?yōu)楦唠娖剑珼1b的第10腳輸出高電平，VL發(fā)亮，向主人報警。3.2.1 光敏二極管控制電路 光敏二極管是常用的光敏元件之一,它與普通的半導(dǎo)體二極管相比，相似之處是管心都是一個PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦阅?；不同之處是從外形上看時，光敏二極管管殼上有一個能射入光線的“窗口”。當(dāng)光線透過“窗口”照射到光敏二極管管心上時，

49、PN結(jié)反向漏電流增大，此時的漏電流稱為光電流；而無光照時，PN結(jié)反向漏電流很小，此時的漏電流稱為暗電流。我們就是利用光敏二極管的這一特點，演變出許許多多的經(jīng)典光敏二極管控制電路12。光敏二極管的典型應(yīng)用電路如圖3.5所示。從圖中可以看出，光敏二極管工作時必須加上反向電壓。在這里，RL為光敏二極管的負載電阻，U0為輸出電壓。圖3.5 光敏二極管的典型應(yīng)用電路從以上兩個例子及資料中我們可以比較設(shè)計出以下紅外線探測信號放大電路。3.3紅外線探測信號放大電路設(shè)計紅外線探測信號放大電路設(shè)計中紅外線探測器能探測人體發(fā)出的紅外線，當(dāng)人進入報警器的監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，即可發(fā)出報警聲，適用于家庭、辦公室、倉庫、實驗室等

50、比較重要場合防盜報警。 該設(shè)計電路原理見圖3.6。由紅外線傳感器、晶體三極管、運算放大器、電壓比較器、V/I轉(zhuǎn)換器等組成。圖3.6 微弱信號放大電路(1) 檢測部分：傳感器采用帶菲涅耳透鏡的熱釋電紅外線傳感器。U2-熱釋電紅外線傳感器U3-低功耗雙運算放大電路LM358U4-電壓比較器LM393U5-低漂移高增益運算放大器OP27U6-V/I轉(zhuǎn)換器芯片INA105紅外線探測傳感器IC1探測到前方人體輻射出的紅外線信號時，由U2的腳輸出微弱的電信號，經(jīng)三極管VT1等組成第一級放大電路放大，再通過C2輸入到運算放大器U3中進行高增益、低噪聲放大，此時由U3的7腳輸出的信號已足夠強。U3作電壓比較器

51、，它的第腳由R9、VD2提供基準(zhǔn)電壓，當(dāng)U3的1腳輸出的信號電壓到達U3的5腳時，兩個輸入端的電壓進行比較，此時U4的1腳由原來的高電平變?yōu)榈碗娖?。此時LM393的1腳輸出的是一個方波信號，然后將之輸入到一個V/I轉(zhuǎn)換器INA105,它的輸出將是一個420mA的電流信號，以便于遠距離傳輸。U2采用進口器件Q74，波長為910um。U3采用運放LM358，具有高增益、低功耗。U4為雙電壓比較器LM393，低功耗、低失調(diào)電壓。其中C2、C5一定要用漏電極小的鉭電容，否則調(diào)試會受到影響。RP1是調(diào)整靈敏度的關(guān)鍵元件，應(yīng)選用線性高精度密封型。制作時，在U2傳感器的端面前安裝菲涅爾透鏡，因為人體的活動頻

52、率范圍為0.110Hz，需要用菲涅爾透鏡對人體活動頻率倍增。(2) 單片機系統(tǒng)部分檢測信號入單片機接口圖如圖3.7所示。紅外線探測放大電路與單片機的具體連接見附錄總圖。8255的每一個輸入輸出口都將接一個檢測來的信號信號，也就是每一路輸入都有一個檢測電路，它傳過來的是一個420mA的電流信號，接一個250歐姆的電阻使其轉(zhuǎn)換成1V5V的電壓信號，此電路中只可能為1V和5V兩種情況，再通過一個電壓比較器LM393,當(dāng)LM393（U7）的2腳為5V時，輸出為高電平，光電耦合器導(dǎo)通，8255的輸入口將為低電平（其余時刻為高電平），表示檢測到有人。 圖3.7 檢測信號與單片機接口圖以下對各部分作一些具體

53、介紹3.3.1光電耦合器驅(qū)動接口 晶體管輸出型光電耦合器的受光器是光電晶體管。光電晶體管除了沒有使用基極外跟普通晶體管一樣，取代基極電流的是以光作為晶體管的輸入。當(dāng)電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光時，光電晶體管受光的影響在cb間和ce間有電流流過，這兩個電流基本上受光的照度控制，常用ce極間的電流作為輸出電流，輸出電流受Vce的電壓影響很小，在Vce增加時，稍有增加。光電晶體管的集電極電流Ic與發(fā)光二極管的電流IF之比稱為光電耦合器和電流傳輸比CTR。不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器的電流傳輸比相差很大16。 晶體管輸出型光電耦合器可做為開關(guān)運用,這時發(fā)光二極管和光電晶體管平常都處于關(guān)斷狀態(tài)。在發(fā)光二極管通過電流

54、脈沖時，發(fā)光二極管在電流持續(xù)的時間內(nèi)導(dǎo)通。光電耦合器也可做線性耦合器運用,在發(fā)光二極管上提供一個偏置電流,再把信號電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上,引起其亮度的變化,這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號。輸出電流也就將隨輸入的信號電壓線性變化。圖3.8是使用4N25的光電耦合器的接口電路圖。4N25起到耦合脈沖信號和隔離單片機系統(tǒng)與輸出部分的作用，使兩部分的電流信號獨立。輸出部分的地線接機殼或接大地，而8031系統(tǒng)的電源地線浮空，不與交流電源的地線相接。這樣可以避免輸出部分電源變化對單片機電源的影響，減少系統(tǒng)所受的干擾,提高系統(tǒng)的可靠性。由于光電耦合器是電流輸出型，不受輸出端工

55、作電壓的影響，因此可用于不同電平的轉(zhuǎn)換。 圖3.8 光電耦合器4N25的接口電路光電耦合器常用于較遠距離的信號隔離傳送。一方面可以起到隔離兩個系統(tǒng)地線作用，使兩個系統(tǒng)的電源相互獨立，消除地位不同所產(chǎn)生的影響。另一方面，光電耦合器的發(fā)光二極管是電流 驅(qū)動器件，可以形成電流環(huán)路的傳送形式。由于電流環(huán)電路是低阻抗電路，它對噪聲的敏感度低，因此提高了通迅系統(tǒng)的抗干擾能力。3.3.2 集成電路運算放大器集成電路運算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多極直接耦合器放大電路，它的類型很多，電路也不一樣，但結(jié)構(gòu)具有共同之處，圖3.9表示集成運放的內(nèi)部電路組成框圖。圖3.10集成電路運算放大器代表

56、符號。圖中輸入級一般是由BJT、JFET或MOSFET組成的差分式放大電路，利用它的對稱特性可以提高整個電路的共模抑制比和其他方面的性能，它的兩個輸入端構(gòu)成整個電路的反相輸入端和同相輸入端。電壓放大級的主要作用是提高電壓增益，它可由一級或多級放大電路組成，輸出級一般由電壓跟隨放大器或互補電壓跟隨器組成，以降低輸出電阻，提高帶負載能力。偏置電路是為各級提供合適的工作電流。此外還有一些輔助環(huán)節(jié)，如電平移動電路、過載保護電路以及高頻補償環(huán)節(jié)等18。3.3.3 精密多功能運算放大器INA105INA105精密多功能運算放大器是集成運放與外圍元件有機結(jié)合、并利用集成工藝與激光調(diào)阻技術(shù)相結(jié)合所形成的不同于常規(guī)集成運放的放大器件。利用這種新器件的不同組合連結(jié)，可以組成各種很有特色的精密應(yīng)用電路。該器件核心部分是一個精密運算放大器，其失調(diào)電壓典型值僅為50V，共模抑制比大大于86dB，失調(diào)電壓漂移5V/。與常規(guī)集成運放不同的是，它在芯片上同時制作了四個電阻，分別連接運放的兩個輸入端，如圖3.11所示。這四個電阻通過激光調(diào)阻技術(shù)將它精確到25K。這樣利用四個電阻的不同連接，就能組成很有特色的應(yīng)用電路，而且一般無需再外接精密電阻。圖3.9 集成電路運放大器內(nèi)部組成原理框圖 圖3.10 集成電路運算放大器代表符號 由于激光調(diào)阻值精度極高，用它組成增益為1的電壓跟隨器（