單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)

單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)在智能化系統(tǒng)中，與居民日常生活安全問題最緊密相關(guān)的是智能報(bào)警系統(tǒng)，它是以保障安全為目的建立起來的技術(shù)防范系統(tǒng)。它包括以現(xiàn)代物理和電子技術(shù)及時發(fā)現(xiàn)侵入破壞行為、產(chǎn)生聲光報(bào)警阻嚇犯罪、實(shí)錄事發(fā)現(xiàn)場圖像和聲音提供破案憑證、以及提醒值班人員采取恰當(dāng)?shù)姆婪洞胧?。智能?bào)警系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用家庭內(nèi)部的線、寬帶網(wǎng)絡(luò)等設(shè)施，將報(bào)警處理機(jī)與外部網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)相連，從而達(dá)到具有一定智能，可以網(wǎng)絡(luò)化管理，可實(shí)現(xiàn)防盜、監(jiān)測、報(bào)警等強(qiáng)大功能的報(bào)警系統(tǒng)。

根據(jù)所要完成功能的復(fù)雜程度以及要求達(dá)到的智能化水平，安全防范系統(tǒng)的配置和組成會有較大的差異。最簡單的方法是將各子系統(tǒng)機(jī)械的組合，但效果不一定理想，比較好的方法是進(jìn)行有針對性的有機(jī)組合，比如以網(wǎng)絡(luò)為連接紐帶的智能化組合。另外，系統(tǒng)能夠通過PC機(jī)、服務(wù)器、工作站接入互聯(lián)網(wǎng)，從而可在網(wǎng)絡(luò)上遙控或遠(yuǎn)程觀看電視監(jiān)控圖像，已成為衡量安全防范系統(tǒng)檔次的重要標(biāo)準(zhǔn)。

本章分析了現(xiàn)有報(bào)警系統(tǒng)中存在的不足，設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為用戶端和報(bào)警中心兩部分；報(bào)警系統(tǒng)由報(bào)警中心、用戶端報(bào)警系統(tǒng)通過公用網(wǎng)組網(wǎng)而成。報(bào)警中心和用戶端報(bào)警主機(jī)都通過線接入報(bào)警網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)的報(bào)警中心設(shè)置一臺中心接警主機(jī)和一臺個人微機(jī)，中心接警主機(jī)通過串行總線與微機(jī)相連。

本章主要介紹用戶端報(bào)警系統(tǒng)中報(bào)警主機(jī)的詳細(xì)設(shè)計(jì)方式，對中心接警主機(jī)的設(shè)計(jì)和整個報(bào)警中心系統(tǒng)的工作狀態(tài)僅做概要介紹。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的用戶端報(bào)警主機(jī)硬件包含10個子模塊，它們由AT89C52單片機(jī)統(tǒng)一調(diào)度管理。單片機(jī)控制程序以C語言編寫，以輪詢方式檢測單片機(jī)各口狀態(tài)。該報(bào)警主機(jī)在抗干擾方面采取了多種措施，具有較好的穩(wěn)定性。

最后，本章對報(bào)警系統(tǒng)的智能化發(fā)展做了某些設(shè)想。比如引入專家系統(tǒng)，令系統(tǒng)內(nèi)部含有大量的報(bào)警領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R與經(jīng)驗(yàn)，能夠以人類專家的水平完成特別困難的某一專業(yè)領(lǐng)域的任務(wù)，因而增強(qiáng)系統(tǒng)的智能。

隨著計(jì)算機(jī)普及和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，人們對居住環(huán)境要求的不斷提高，也將“智能化”引入了住宅小區(qū)和家庭建設(shè)中。小區(qū)的智能化最終體現(xiàn)在小區(qū)獨(dú)立家庭運(yùn)用多元信息技術(shù)（IT），并達(dá)到監(jiān)控與信息交互的能力。因此實(shí)現(xiàn)家庭智能化是實(shí)現(xiàn)小區(qū)智能化的基礎(chǔ)和最終建設(shè)目標(biāo)。家庭智能化系統(tǒng)所提供的功能有以下三項(xiàng)內(nèi)容，即：家庭安全防護(hù)系統(tǒng)、家庭電器自動化和家庭通信與網(wǎng)絡(luò)。13.1引言

家庭安全防護(hù)系統(tǒng)，它是一門綜合性的學(xué)科，閉路電視監(jiān)控子系統(tǒng)、防盜防侵入探測報(bào)警子系統(tǒng)和門禁控制子系統(tǒng)是安全防護(hù)系統(tǒng)基本和通用的三大組成部分。從應(yīng)用領(lǐng)域而言，構(gòu)成區(qū)域性安全防護(hù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)首先是家庭報(bào)警系統(tǒng)。傳統(tǒng)的機(jī)械式（如防盜網(wǎng)、防盜窗、防盜門）家居防護(hù)系統(tǒng)，在實(shí)際使用中暴露出一些隱患。例如火災(zāi)逃生受到影響；熟人入室作案不易發(fā)覺;影響樓體的美觀、市容的整潔;為犯罪分子提供了便利的翻越條件。智能監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)是報(bào)警控制器和各類探測器，報(bào)警器與各探測器的聯(lián)絡(luò)可以采用有線或者無線聯(lián)接方式，在這個系統(tǒng)中，報(bào)警器居于核心的位置。探測器有被動式紅外、對射式紅外、門磁、煙感、氣感，此外還有作控制用的遙控器和緊急報(bào)警用的緊急按鈕。用戶根據(jù)需要可以增、減相應(yīng)的探測器。當(dāng)有警情發(fā)生時，報(bào)警器可以通過有線、無線方式按照一定的順序?qū)?bào)警信息自動轉(zhuǎn)到用戶指定的管理中心、物業(yè)中心和報(bào)警上，以達(dá)到能及時掌握警情、處理警情的目的。目前國內(nèi)外流行的報(bào)警系統(tǒng)按信息傳輸方式一般分成三種類型：1、有線網(wǎng)絡(luò)傳輸通過鋪設(shè)專用線路網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)成報(bào)警信息的傳輸。它的優(yōu)點(diǎn)是：系統(tǒng)專用化，信息傳輸不受外界因素的干擾，通信速度快、容量大，適合大容量小區(qū)使用；費(fèi)用低，由于小區(qū)采用自己的通信線路，報(bào)警通信是不需要費(fèi)用的。它的缺點(diǎn)是：工程施工要求高，對于線路鋪設(shè)、總線隔離有較高的技術(shù)要求；沒有語音通信功能；只適合聯(lián)網(wǎng)使用。2、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸用電波發(fā)射的辦法來傳輸信息，具有較強(qiáng)的抗破壞性，傳輸速度快，準(zhǔn)確率高的優(yōu)點(diǎn)，但其適應(yīng)區(qū)域受發(fā)射機(jī)的功率限制，若采用接力式發(fā)射，則一旦某一接收/發(fā)射機(jī)出故障，會影響到其它用戶，同時受雷、電等氣象因素的影響較大。

3、公共網(wǎng)絡(luò)傳輸利用現(xiàn)有的公共網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳輸，比如網(wǎng)有其十分優(yōu)越的條件：(1)的普及率較高，不必再建專用傳輸網(wǎng)，設(shè)備投入成本低；(2)可雙向聯(lián)絡(luò)；(3)可多址報(bào)警；(4)可遙控撤、布防；(5)對現(xiàn)場有監(jiān)聽功能；(6)可組網(wǎng)使用也可單獨(dú)使用。家庭中的報(bào)警主機(jī)與管理中心之間通過普通線路進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。適合老小區(qū)改造；缺陷是傳輸速度相對無線方式略慢，容量小，報(bào)警速度慢。要產(chǎn)生通信費(fèi)用，由于采用線路通信，每次報(bào)警都要付若干費(fèi)。13.2嵌入式智能報(bào)警系統(tǒng)概要

安全防護(hù)系統(tǒng)的綜合性功能安全防范系統(tǒng)的應(yīng)用可大可小，有著如表13－1所示的層次結(jié)構(gòu)：

表13－1安全防范系統(tǒng)層次個體防范型單項(xiàng)局部范圍用安全防范系統(tǒng)局部防范型多項(xiàng)局部范圍用安全防范系統(tǒng)大樓綜合型以大樓為對象的綜合性安全防范系統(tǒng)社區(qū)網(wǎng)絡(luò)型服務(wù)社區(qū)的局域性安全防范網(wǎng)絡(luò)城市管理型以城市為目標(biāo)的綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)

對于大型的具有智能的安全防范系統(tǒng)，由于設(shè)備眾多和功能繁雜，為了能夠進(jìn)行有效的管理，必須周密組織，形成以中央監(jiān)控室內(nèi)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為核心的綜合性安全防范系統(tǒng)，功能框圖如圖13－1所示，其可能實(shí)現(xiàn)的功能包括下列四大類。

1.

圖像監(jiān)控功能(1)

視像監(jiān)控采用各類攝像機(jī)、切換控制主機(jī)、多屏幕顯示、模擬或數(shù)字記錄裝置、照明裝置，對內(nèi)部與外界進(jìn)行有效的監(jiān)控，監(jiān)控部位包括要害部門、重要設(shè)施和公共活動場所。(2)

影像驗(yàn)證在出現(xiàn)報(bào)警時，顯示器上顯示出報(bào)警現(xiàn)場的實(shí)況，以便直觀地確認(rèn)報(bào)警，并做出有效的報(bào)警處理。圖像識別系統(tǒng)

在讀卡機(jī)讀卡或以人體生物特征作憑證識別時，可調(diào)出所存儲的員工相片加以確認(rèn)，并通過圖像掃描比對鑒定來訪者。

2.探測報(bào)警功能(1)

內(nèi)部防衛(wèi)探測所配置的傳感器包括雙鑒移動探測器、被動紅外探測器、玻璃破碎探測器、聲音探測器、光線回路、門接觸點(diǎn)及門鎖狀態(tài)指示等。(2)

周界防衛(wèi)探測精選拾音電纜、光纖、慣性傳感器、地下電纜、電容型感應(yīng)器、微波和主動紅外探測器等探測技術(shù)。(3)

危機(jī)情況監(jiān)控工作人員可通過按動緊急報(bào)警按鈕或在讀卡機(jī)輸入特定的序列密碼發(fā)出警報(bào)。通過內(nèi)部通信系統(tǒng)和閉路電視系統(tǒng)的聯(lián)動控制。3.控制功能(1)

對于圖像系統(tǒng)的控制，最主要的是圖像切換顯示控制和操作控制。(2)

識別控制，如門禁控制，車輛出入控制，專用電梯出入控制。相應(yīng)報(bào)警的聯(lián)動控制，這種聯(lián)動邏輯控制，可設(shè)定在發(fā)生緊急事故時關(guān)閉保管庫、控制室、主門及通道等關(guān)鍵出入口，提供完備的保安控制功能。

4.自動化輔助功能(1)內(nèi)部通信系統(tǒng)提供中央控制室與員工之間的通信功能。(2)雙向無線通信為中央控制室與動態(tài)情況下的員工提供靈活而實(shí)用的通信功能。(3)有線廣播提供在一定區(qū)域內(nèi)靈活地播放音樂、傳送指令、廣播緊急信息用。(4)

撥打提供向外界傳送信息的功能。(5)巡更管理系統(tǒng)與閉路電視系統(tǒng)結(jié)合在一起，檢查巡更員是否巡更到位，以確保安全。(6)綜合保安管理系統(tǒng)與樓宇管理系統(tǒng)和辦公室自動化管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，可提供進(jìn)出門、燈光和登記調(diào)度的綜合控制。安全防護(hù)系統(tǒng)組建方式

不同的智能化水平，安全防范系統(tǒng)的組成會有較大的差異。好的方法是進(jìn)行有針對性的有機(jī)組合，特別是以網(wǎng)絡(luò)為連接紐帶的智能化組合。系統(tǒng)具有“網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化”功能，能夠通過PC機(jī)、服務(wù)器、工作站接入互聯(lián)網(wǎng)，從而可在網(wǎng)絡(luò)上遙控或遠(yuǎn)程觀看電視監(jiān)控圖像。居住社區(qū)構(gòu)成區(qū)域性安全防范系統(tǒng)的基礎(chǔ)首先是家庭防盜系統(tǒng)，從體系結(jié)構(gòu)來分析，防盜系統(tǒng)可以有簡單系統(tǒng)和綜合性智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之分。首先看圖13-2所示簡單的家庭防盜系統(tǒng)。

它可監(jiān)視各種入侵及門窗環(huán)境，其操作方式可以是有設(shè)防、撤防、緊急按鈕等功能鍵的紅外/無線遙控器，也可以從鍵盤輸入密碼進(jìn)行操作。在設(shè)防狀態(tài)下，當(dāng)探測到入侵或觸發(fā)報(bào)警后，會根據(jù)預(yù)先存入的號碼自動撥打，并在家中就地產(chǎn)生強(qiáng)力警號以阻嚇入侵。在上述系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，融入智能和網(wǎng)絡(luò)的概念，可以構(gòu)造出家庭嵌入式智能報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)，如圖13－3所示。本章設(shè)計(jì)的嵌入式智能報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)即以圖13-4區(qū)域性智能報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)的基本構(gòu)成為目標(biāo)。該系統(tǒng)分為用戶端和報(bào)警中心兩部分；報(bào)警系統(tǒng)由報(bào)警中心、用戶端報(bào)警系統(tǒng)通過公用網(wǎng)、寬帶網(wǎng)組網(wǎng)而成。報(bào)警中心和用戶端報(bào)警主機(jī)都通過線和寬帶網(wǎng)接入報(bào)警網(wǎng)絡(luò)。報(bào)警中心系統(tǒng)報(bào)警中心是報(bào)警和緊急求助信號接收與鑒別中心。報(bào)警中心用于監(jiān)控用戶端報(bào)警主機(jī)工作狀態(tài)，接收處理報(bào)警信息，復(fù)核報(bào)警信息，控制用戶端報(bào)警主機(jī)動作，同時完成用戶數(shù)據(jù)庫查詢，電子地圖顯示、打印、值班員現(xiàn)場監(jiān)聽/對講/數(shù)字錄音等處理工作，并與其它安防系統(tǒng)形成聯(lián)動。收到緊急信號后，值班人員先識別該信號是真實(shí)還是虛假的，如：判別對方的口令是否正確、監(jiān)聽有無回答聲音、查看電視監(jiān)控圖像、對講等，如果信號屬實(shí)則立刻通知有關(guān)對策部門。同時將從中心數(shù)據(jù)庫中調(diào)出的求助者地址、病史等資料一并傳送出去。報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)用戶端報(bào)警系統(tǒng)用戶端報(bào)警系統(tǒng)主要由報(bào)警主機(jī)、紅外感應(yīng)探頭、煤氣泄露探測器、煙霧探測器、門磁感應(yīng)探測器、緊急按鈕、警號、遙控器以及可以聯(lián)動控制的電視攝錄設(shè)備，出入口控制設(shè)備等組成。用戶端室內(nèi)報(bào)警主機(jī)通過公用線路和寬帶網(wǎng)與小區(qū)物業(yè)的報(bào)警中心聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)測是否有非法入侵居民住宅、緊急呼救、火災(zāi)等事件，并自動向報(bào)警中心、用戶、用戶指定接警微機(jī)等報(bào)警。報(bào)警信號源(1)侵入報(bào)警其工作模式均是由傳感器監(jiān)視門、窗和室內(nèi)，如傳感器被觸發(fā)而啟動，則產(chǎn)生報(bào)警信號。入侵探測器的種類很多。被動紅外探測器探測入侵者在監(jiān)視區(qū)域中移動產(chǎn)生的熱變化。紅外線對照式探測器由一個紅外線發(fā)射器與一個接收器以相對方式布置組成。當(dāng)有人橫跨過門窗或其它監(jiān)視區(qū)域時，遮斷不可見的紅外線光束而引發(fā)報(bào)警。偵光式行動偵測器能夠檢測出周圍光線的微量變化。接近式探測器所探測的距離通常在幾十厘米以內(nèi)。該種探測器大多用于檢測門把手是否被人觸動，保險柜是否被移動等。超聲波物體移動探測器利用多普勒效應(yīng)工作。微波探測器利用超高頻無線電波的多普勒頻移原理來探測移動物體。玻璃破碎聲傳感器只對10KHz-15KHz高頻的玻璃破碎聲音進(jìn)行有效的檢測。(2)遭威逼或搶劫時的緊急報(bào)警

如果在入侵探測器處于撤防狀態(tài)或遭破壞等情況下，住戶家庭內(nèi)發(fā)生遭搶劫或遭威逼等突發(fā)事件，可利用緊急報(bào)警按鈕向報(bào)警中心站報(bào)警，中心站收到此類報(bào)警信號后將接通相應(yīng)閉路電視監(jiān)控、紅外視頻以及聲音監(jiān)聽設(shè)備，通過住戶處攝像機(jī)發(fā)送之圖像及其他信息，迅速對其所受危害狀況進(jìn)行記錄，并根據(jù)判斷及時向公安部門緊急報(bào)警，請求出擊。

(3)火災(zāi)報(bào)警使用熱敏探頭、煙感探頭、滅火器、警笛、閃光燈等全套設(shè)備，一旦發(fā)生火災(zāi)，報(bào)警中心站將通知消防管理局出動車輛滅火。(4)溫度、煤氣和水浸報(bào)警

室內(nèi)溫度的改變會嚴(yán)重危及冷庫等貨倉物品的保存，因此某些場合需要密切監(jiān)視溫度的升降過程，此外對于室內(nèi)水位高低（發(fā)生水浸）及煤氣泄漏等緊急情況亦需立即通知報(bào)警中心站，并轉(zhuǎn)往工程搶修部門。

(5)醫(yī)療救護(hù)報(bào)警可隨身攜帶，一旦患者自我感覺出現(xiàn)異?？闪⒓磳⒒颊咝盘杺魉偷綀?bào)警中心站，報(bào)警中心站將通知急救中心前往救護(hù)和處理。

(6)閉路電視攝錄和出入口控制

對于珠寶商店、銀行、大型貨倉，安裝24小時攝像的視頻監(jiān)控和長時間錄像是非常適用的；而對于需要嚴(yán)格控制人員出入的區(qū)域可采用磁卡號碼系統(tǒng)、亂序鍵盤、掌紋識別機(jī)、視網(wǎng)膜識別機(jī)、指紋識別機(jī)、聲音識別機(jī)等裝置。報(bào)警主機(jī)報(bào)警主機(jī)是用戶端報(bào)警系統(tǒng)的核心，它具有如下功能:1．防盜；2．防火；3．防燃?xì)庵卸荆?．緊急求助和防劫持求救；自動語音報(bào)警；

6．剪線報(bào)警；7．報(bào)警優(yōu)先；8．可通過設(shè)置布防、撤防、現(xiàn)場監(jiān)聽、對講等功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程異地遙控；9．無線遙控、異地按鍵、報(bào)警中心3種方式控制工作狀態(tài)；10．無論布、撤防狀態(tài)均不影響機(jī)使用，觸警時自動切斷，優(yōu)先報(bào)警；11．異地操作必須進(jìn)行4位密碼校驗(yàn)，保證了用戶操作的安全性；12．可選后備電池，在停電時可以繼續(xù)工作數(shù)小時。報(bào)警中心系統(tǒng)

區(qū)域性智能報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)的中心值班站即報(bào)警中心系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置一臺中心接警主機(jī)，該主機(jī)通過RS232串行總線與微機(jī)相連，和作為上位機(jī)的微機(jī)一起，監(jiān)控用戶端報(bào)警主機(jī)工作狀態(tài)，接收處理報(bào)警信息，復(fù)核報(bào)警信息，控制用戶端報(bào)警主機(jī)動作，同時完成用戶數(shù)據(jù)庫查詢，電子地圖顯示、打印、值班員現(xiàn)場監(jiān)聽/對講/數(shù)字錄音等處理工作。

中心接警主機(jī)中心接警主機(jī)通過線接收用戶端報(bào)警主機(jī)發(fā)送的報(bào)警信號，做初步處理后，通過RS232接口送到上位機(jī)處理；上位機(jī)向用戶端報(bào)警主機(jī)發(fā)送的指令也通過RS232接口先發(fā)送至中心接警主機(jī)，再由它通過線發(fā)送至用戶端報(bào)警主機(jī)。中心接警主機(jī)作為功能強(qiáng)大的上位機(jī)和分布運(yùn)行的用戶端報(bào)警主機(jī)的聯(lián)系橋梁，主要起信息存儲轉(zhuǎn)發(fā)的功能，同時對某些信息做必要的顯示。上位機(jī)上位機(jī)具備以下功能：(1)以聲光方式顯示報(bào)警，可以指令控制用戶端報(bào)警主機(jī)解除報(bào)警根據(jù)實(shí)際情況繪制電子地圖，錄入用戶端報(bào)警主機(jī)的相應(yīng)資料。能夠在繪制的電子地圖上以顏色顯示各用戶端報(bào)警主機(jī)狀態(tài)和各防區(qū)內(nèi)容，以及用戶地址與信息和報(bào)警發(fā)生后的處置對策。

(2)可以通過中心接警主機(jī)對用戶端報(bào)警主機(jī)進(jìn)行控制，進(jìn)行功能和狀態(tài)檢測。(3)

遇有警報(bào)時，其報(bào)警信號可以經(jīng)由線路、寬帶網(wǎng)或人工方式向相關(guān)部門轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)告。(4)

可以程序設(shè)置報(bào)警聯(lián)動動作，即遇有報(bào)警時，用戶端報(bào)警主機(jī)的編程輸出端可通過繼電器執(zhí)行相應(yīng)動作。具有報(bào)警圖像資料庫，要求裝備有攝像機(jī)聯(lián)動系統(tǒng)。報(bào)警系統(tǒng)的誤報(bào)問題

任何探測器都有其特點(diǎn)、適用范圍和局限性，如選用不當(dāng)會引起誤報(bào)警。雙技術(shù)報(bào)警器可減少誤報(bào)警，即只有當(dāng)兩種不同原理的探測器同時探測到目標(biāo)時，方才產(chǎn)生報(bào)警信號。由雙重技術(shù)組合的空間探測器稱為雙鑒器，目前有被動紅外與微波雙鑒探測器、被動紅外與超聲波雙鑒探測器、玻璃破碎聲與振動雙鑒探測器等。探測器采用微處理器來實(shí)現(xiàn)智能化，并在報(bào)警中心站增強(qiáng)對報(bào)警信號的計(jì)算機(jī)鑒別和處理能力，同時輔以必要的人機(jī)交互或人機(jī)干預(yù)，也可減少誤報(bào)。13.3嵌入式智能報(bào)警主機(jī)

硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的嵌入式報(bào)警主機(jī)包含以下10個子模塊：電源子模塊、數(shù)碼管顯示驅(qū)動子模塊、語音錄制存儲子模塊、數(shù)據(jù)存儲子模塊、雙音多頻信號接收發(fā)送子模塊、無線遙控發(fā)射/接收子模塊、警號驅(qū)動子模塊、報(bào)警接入子模塊、信號發(fā)送/接收子模塊、AT89C52單片機(jī)主控制子模塊；同時包含過壓保護(hù)、限流保護(hù)、光耦隔離保護(hù)等一些輔助電路。9個功能性子模塊由單片機(jī)主控制子模塊統(tǒng)一控制其工作時序關(guān)系和狀態(tài)變化。如圖13-5所示。

信號的傳輸只在8個功能型子模塊和AT89C52單片機(jī)主控制子模塊之間發(fā)生，8個功能型子模塊之間是沒有信號交互的，所有要交互的信號都在AT89C52單片機(jī)中匯總、處理、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)。圖中箭頭所指即信號的流向。比如雙音多頻信號收發(fā)子模塊和AT89C52之間是雙向箭頭，就表示它們之間是雙向數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)碼管顯示子模塊和AT89C52之間是單向箭頭，且箭頭指向數(shù)碼管顯示子模塊，因此表示數(shù)碼管顯示子模塊只接收AT89C52發(fā)來的控制信號，不向AT89C52發(fā)送信號。電源子模塊提供電源支持。

單片機(jī)

主控制子模塊

本機(jī)采用AT89C52單片機(jī)作為主控CPU芯片，它是一種低功耗高性能的8位單片機(jī)，內(nèi)部有3個16位定時/計(jì)數(shù)器、一個串行口、8KFlash可編程可擦除存儲器和256個字節(jié)的RAM及兩個外部中斷源，32個I/O口線；它采用了CMOS工藝和高密度非易失性存儲器技術(shù)，其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MSC-51兼容。它功能密集，開發(fā)設(shè)備成熟，比較適合本機(jī)子模塊多，處理任務(wù)繁復(fù)的特點(diǎn)。

本單片機(jī)只使用內(nèi)部程序存儲器，不需外部尋址，P0、P1、P2、P3各口均用作I/O口。P1、P3口的結(jié)構(gòu)可以用作雙向I/O接口。P0、P2口做雙向I/O口用時需要外接上拉電阻，本機(jī)在P0、P2口掛了10K的外接排電阻。本單片機(jī)沒有外接RAM,程序運(yùn)行時只使用內(nèi)部的256字節(jié)RAM。為了存儲用戶數(shù)據(jù)，使用了1片EEPROM數(shù)據(jù)存儲器24C02。24C02是I2C總線產(chǎn)品，89C52沒有專門的I2C總線接口，故使用2根I/O口線在程序中仿I2C總線協(xié)議實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與24C02之間的通信。

時鐘系統(tǒng)89C52單片機(jī)片內(nèi)含有一個構(gòu)成時鐘振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1、XTAL2（即18腳、、19腳）分別是此放大器的輸入端和輸出端，這個放大器外接作為反饋元件的晶體后便成為自激振蕩器，如圖13－6所示。

晶體呈感性，與2個電容構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。振蕩器的振蕩頻率主要取決于晶體；電容有微調(diào)作用，電容值的大小可以影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性，當(dāng)選用480K晶體時，選用120pF這個值是一般理論值。在設(shè)計(jì)印刷電路板時，電容、晶體的位置都盡量靠近單片機(jī)，主要為了防止走線太長寄生電感增加影響諧振頻率。為了提高溫度穩(wěn)定性，本機(jī)采用溫度穩(wěn)定性好的零溫度系數(shù)電容。

振蕩器輸出的振蕩脈沖經(jīng)2分頻成為內(nèi)部時鐘信號，用作單片機(jī)內(nèi)部各功能部件按序協(xié)調(diào)工作的控制信號，其周期稱為時鐘周期。6個時鐘周期構(gòu)成1個機(jī)器周期。CPU執(zhí)行一條指令的時間稱為指令周期。指令周期以機(jī)器周期為單位。一條單周期指令執(zhí)行的時間就是一個機(jī)器周期。89C52單片機(jī)除乘法指令、除法指令是4周期指令外，其余都是單周期指令和雙周期指令。本機(jī)使用480K晶振，故可以算出單指令執(zhí)行時間為：

時鐘電路產(chǎn)生CPU的工作時序脈沖，是CPU正常工作的關(guān)鍵。時鐘信號不僅是對噪聲干擾最敏感的部位，也是單片機(jī)系統(tǒng)的主要噪聲源。單片機(jī)的時鐘信號為頻率很高的方波，方波是由與其頻率相同的正弦基波和其倍頻正弦波疊加而成。頻率越高，越容易發(fā)射出去成為噪聲源。此外，時鐘頻率越高，信息傳輸線上信息變換頻率也越高，致使線間串?dāng)_、反射干擾以及公共阻抗干擾加劇。本機(jī)選用了較低的時鐘頻率，這對降低系統(tǒng)的電磁發(fā)射，提高系統(tǒng)的抗干擾性能很有利。

為了保證時鐘電路受到最小的干擾，本機(jī)在設(shè)計(jì)電路板時采取了以下措施：(1)

時鐘脈沖電路盡量靠近單片機(jī)，引線短而粗；(2)

晶振電路電容遠(yuǎn)離發(fā)熱元件；(3)

大電流信號線、電源變壓器遠(yuǎn)離晶振信號的連線；用地線包圍振蕩電路。

復(fù)位

本單片機(jī)的復(fù)位電路以差分比較器LM393為核心構(gòu)成。所謂復(fù)位，就是令RST引腳上出現(xiàn)寬度大于10ms的正脈沖，而在單片機(jī)工作期間，RST引腳為“0”電平。本機(jī)的復(fù)位電路如圖13－7所示。

由圖可見，在上電之后，9腳電壓立刻跳變?yōu)楦唠娖?，單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。12V電源通過10K電阻對電容充電，當(dāng)充到運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入電壓高于正極時，運(yùn)算放大器輸出“0”電壓，復(fù)位過程結(jié)束。正極電壓為，復(fù)位時間可由零狀態(tài)響應(yīng)方程算得:式中，us為12V充電電壓，uc為10uf電容電壓，R為10K充電電容，帶入相應(yīng)值，有

即復(fù)位時間為38.6毫秒左右。LM393可以在非復(fù)位期間將單片機(jī)復(fù)位腳電壓牢牢箝在低電平上，即使電源受到高電平脈沖干擾，由于運(yùn)算放大器LM393的抗共模干擾能力，仍會令89C52的復(fù)位腳保持低電壓，由此排除了高電平噪聲脈沖誤復(fù)位的干擾。在圖13-7所示復(fù)位電路中，放電二極管4007必不可少，在電源斷電時它可以使電容迅速放電，從而確保電源恢復(fù)時單片機(jī)可靠復(fù)位。電源子模塊

本機(jī)采用交流220V供電，驅(qū)動警號發(fā)聲、輸出供電、給蓄電池充電和驅(qū)動干簧管繼電器需要12V供電，板上其余集成塊和阻容元件使用直流5V供電，故電路板上設(shè)計(jì)為雙電源輸出。

220V/50Hz的市電進(jìn)入本機(jī)后，首先進(jìn)入變壓器，輸出交流14V；交流14V進(jìn)入主電路板的電橋，經(jīng)過電橋整形和電容濾波去交流成分后送入12V集成三端穩(wěn)壓器7812，生成＋12V直流電，一邊滿足音頻功率放大器LM386、干簧管繼電器、外接探測器工作等供電需求，一邊送給5V集成三端穩(wěn)壓器7805，生成直流5V,給電路板上其余器件供電。其連接示意圖如圖13－8所示。

7812、7805的輸出負(fù)載電流均為500mA，本機(jī)在報(bào)警時，有最大消耗功率3.6W，折合7812輸出負(fù)載電路300mA，故能夠以12V電壓輸出200mA電流供外接報(bào)警器使用。兩片集成三端穩(wěn)壓器都配有散熱片，如散熱片與集成三端穩(wěn)壓器接觸不良，會導(dǎo)致集成三端穩(wěn)壓器溫度過高，嚴(yán)重時會燒毀集成三端穩(wěn)壓器。

本機(jī)可以選配12V蓄電池一塊，它在有220V市電輸入時不工作或者被充電，在停電時輸出12V電壓支持本機(jī)繼續(xù)工作一段時間；圖中270歐姆電阻為電池的充電電阻，它使初始充電電流不至于過大而損壞了電池。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最重要并且危害最嚴(yán)重的干擾來源于電源的污染。由于電源是由市電電網(wǎng)經(jīng)變換后得到，市電電網(wǎng)電源污染問題嚴(yán)重。各種干擾極易耦合到供電線路中，同時，電源本身也會產(chǎn)生干擾。常見的干擾源如圖13－9所示。

對本機(jī)有較大影響的是電網(wǎng)干擾、電源干擾和繼電器干擾。電網(wǎng)干擾包括以下幾個方面：(1)

電壓的波動：過壓、欠壓和突然停電等。(2)

浪涌、下陷：浪涌與下陷是電壓的快變化，如果幅度過大也會損壞系統(tǒng)。(3)

尖峰電壓：尖峰電壓的持續(xù)時間很短，電壓幅值比較高，對單片機(jī)的干擾比較嚴(yán)重。繼電器的線包是一個電感負(fù)載，其觸點(diǎn)相當(dāng)于一個開關(guān)。當(dāng)繼電器的線圈通斷電流時，在開始的幾微秒內(nèi)不改變瞬態(tài)的形式。這表明在此短時間內(nèi)，分布電容使線圈有效短路，它是引起干擾瞬態(tài)的原因之一。

繼電器線圈電感與分布電容的比很大，這樣，當(dāng)電流截?cái)鄷r，繼電器線圈周圍的磁場消失，在大約3μS之內(nèi)，電壓上升到近似電源電壓的100倍，即具有陡峭前沿的大幅度浪涌電壓，然后按線圈、分布電容和電阻所決定的速率下降到零。繼電器的浪涌電壓具有陡峭的前沿，它能產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和激勵。同時，普通繼電器的觸點(diǎn)開關(guān)呈現(xiàn)機(jī)械彈性震蕩。當(dāng)開關(guān)閉合時它引起電流的重復(fù)閉合和斷開，這時所產(chǎn)生的瞬態(tài)，比斷開時所產(chǎn)生的瞬態(tài)具有更長的持續(xù)時間，干擾也更嚴(yán)重。

在由變壓器、整流管、調(diào)整管等組成的線性穩(wěn)壓電源內(nèi)，因整形單向脈沖，會產(chǎn)生電磁干擾信號。為了減少干擾因素，本機(jī)在設(shè)計(jì)上采用了一系列抗干擾的措施，包括供電策略、電源接地和電源濾波技術(shù)。對于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的不同器件，合理的供電策略可以提高系統(tǒng)的抗干擾性能。圖13－10(a)所示表示兩負(fù)載采用一根電源母線供電的情況，圖13－10(b)所示表示兩負(fù)載采用各自獨(dú)立的電源線供電的情況。

減少電源的接地電阻，那么兩負(fù)載間的耦合可以減小。圖13－10(b)所示的分開供電的方法有助于減少通過公共電源母線上產(chǎn)生的負(fù)載感生干擾。

本機(jī)在設(shè)計(jì)接地時，遵循以下原則：(1)在接地面上，電源接地和數(shù)字信號接地相互隔離，減少地線間的耦合。(2)分別建立交流、直流和數(shù)字信號的接地通路。(3)將幾條接地通路接到電源公共點(diǎn)上，以保證電源電路有低的阻抗通道。電源濾波的主要目的是抑制在電源線上的傳導(dǎo)高頻干擾。單片機(jī)系統(tǒng)的電源濾波通常包括交流端的濾波和直流端的濾波。直流端的濾波主要是抑制整流電路和開關(guān)電路所產(chǎn)生的高頻干擾，通常用電容濾波就足夠了。數(shù)碼管顯示驅(qū)動子模塊顯示部分由4個狀態(tài)顯示燈、1個紅色共陰極7段數(shù)碼顯示管、1片移位寄存器74LS164、單片機(jī)的2根口線以及一些外圍阻容元件構(gòu)成，用來顯示報(bào)警、布防、撤防、錄音、電源、輸入號碼、報(bào)警撥打號碼、異地現(xiàn)場監(jiān)聽等多種狀態(tài)和信息。74LS164是8比特串入并出移位寄存器。它內(nèi)部由8個級聯(lián)的DQ觸發(fā)器構(gòu)成。單片機(jī)的1腳作為74LS164的時鐘驅(qū)動線，2腳作為74LS164的數(shù)據(jù)輸入線，74LS164的并行輸出線分別接7段數(shù)碼管的各段對應(yīng)管腳，在單片機(jī)程序中，根據(jù)74LS164的真值表和時序圖，在2根口線上輸入符合74LS164輸入要求的0/1數(shù)據(jù)，就可以在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的內(nèi)容。下面給出驅(qū)動74LS164的子程序：sbitLS164_CP=P1^0;//定義單片機(jī)1腳控制74LS164的時鐘線sbitLS164_AB=P1^1;//定義單片機(jī)2腳為74LS164的數(shù)據(jù)線

………voidLED_DRIVER(bitD7,bitD6,bitD5,bitD4,bitD3,bitD2,bitD1,bitD0){LS164_AB=D7;LS164_CP=1;LS164_CP=0;//送入最高位比特

LS164_AB=D6;LS164_CP=1;LS164_CP=0;LS164_AB=D5;LS164_CP=1;LS164_CP=0;LS164_AB=D4;LS164_CP=1;LS164_CP=0;LS164_AB=D3;LS164_CP=1;LS164_CP=0;LS164_AB=D2;LS164_CP=1;LS164_CP=0;LS164_AB=D1;LS164_CP=1;LS164_CP=0;LS164_AB=D0;LS164_CP=1;LS164_CP=0;//送入1字節(jié)數(shù)據(jù)的最低位比特，置低時鐘，保持//數(shù)據(jù)}例如要讓數(shù)碼管顯示“5”，根據(jù)74LS164的并行輸出線與數(shù)碼管的連線情況，知道令74LS164并行輸出“1,1,0,0,1,1,0,1”即可，在程序中執(zhí)行：LED_DRIVER(1,1,0,0,1,1,0,1);就達(dá)到目的。

語音錄制存儲子模塊

本機(jī)具有語音錄制/存儲/播放功能，使用者可以預(yù)先錄下一段語音，在向外報(bào)警時播放。這樣警情接聽者就可以在沒有電子地圖的情況下獲得一定的信息。本機(jī)語音錄制存儲子模塊以單片20秒周期錄/放音語音電路ISD1420為核心，再結(jié)合一個錄音麥克、一個錄音按鈕和幾個阻容元件即可實(shí)現(xiàn)語音錄/放功能，單片機(jī)只需要2根線分別控制ISD1420的播放方式、監(jiān)控ISD1420的播放狀態(tài)。ISD1420的取樣頻率為6.4KHz，取樣的語音直接存儲到片內(nèi)的不揮發(fā)存儲器中，不需要數(shù)字化和壓縮的其它手段。ISD1420由一個單錄音信號REC實(shí)現(xiàn)錄音操作。麥克輸入信號經(jīng)AC耦合傳送到前置放大器，AC耦合電容和ISD1420內(nèi)部一個10K電阻一起決定低頻截至頻率。ISD1420前置放大器的輸出由輸入信號、麥克基準(zhǔn)和自動增益控制共同決定。麥克基準(zhǔn)（MICREF）是麥克前置放大的反相輸入，當(dāng)器件使用該輸入腳并以差分形式連接到麥克時，能減少噪聲、實(shí)現(xiàn)共模抑制。本機(jī)電路經(jīng)測試共模干擾小，故沒有使用差分輸入，麥克基準(zhǔn)腳（18腳）懸空。自動增益控制（AGC）調(diào)整前置放大器的增益，能在一個很寬的范圍內(nèi)適應(yīng)麥克的輸入電平。

當(dāng)錄音時間超過20秒時，ISD1420自動退出錄音狀態(tài)，并使能25腳變低，指示錄音結(jié)束。每次錄音都從內(nèi)部存儲器的地址“0”開始存放，且在錄音前將內(nèi)部寄存器全部清零。

ISD1420的放音過程很簡單，單片機(jī)通過1根口線連接ISD1420的PLAYL腳，控制放音啟動和選擇電平放音模式，當(dāng)此管腳的信號由高變?yōu)?時，將開始放音操作；PLAYL變?yōu)楦唠娖?，遇到結(jié)束標(biāo)志（EOM）或存儲器的尾部放音將停止，ISD1420自動進(jìn)入調(diào)電等待模式。并通過另1根口線檢測放音結(jié)束標(biāo)志，以決定后續(xù)處理。語音錄制存儲子模塊的電路連接方式如圖13－11所示：

數(shù)據(jù)存儲子模塊數(shù)據(jù)存儲子模塊由串行EEPROM24C02構(gòu)成。24C02內(nèi)部具有256×8的存儲結(jié)構(gòu)，在I2C總線主控器進(jìn)行讀寫操作時，要先給定一個起始操作地址，下一字節(jié)操作時地址會自動加一。外部有3個器件編碼地址管腳、2個I2C總線接口管腳。器件編碼地址管腳用來在多個I2C總線器件同時掛在I2C總線上時進(jìn)行器件尋址。24C02可以存儲6組用戶設(shè)置的報(bào)警號碼、異地操作密碼、報(bào)警主機(jī)等待摘機(jī)的振鈴次數(shù)。I2C總線的基本原理I2C總線是一種串行總線。它采用兩線制，即一根時鐘線和一根數(shù)據(jù)線。I2C總線的時鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA都是雙向傳輸線，總線備用時SDA和SCL都必須保持高電平狀態(tài)，只有關(guān)閉I2C總線時才使SCL鉗位在低電平。

I2C總線上每傳輸一位數(shù)據(jù)都有一個時鐘脈沖相對應(yīng)，在時鐘線高電平期間數(shù)據(jù)線上必須保持有穩(wěn)定的邏輯電平狀態(tài)，高電平為數(shù)據(jù)1，低電平為數(shù)據(jù)0。只有在時鐘線為低電平時，才允許數(shù)據(jù)線上的電平狀態(tài)變化。如圖13－12所示。

I2C總線傳送數(shù)據(jù)時有兩種時序狀態(tài)被分別定義為起始信號和終止信號。在時鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線出現(xiàn)由高到低的電平變化時將啟動I2C總線，為I2C總線的起始信號。在時鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線出現(xiàn)由低到高的電平變化時將停止I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸，為I2C總線的終止信號。起始信號和終止信號都由主控制器AT89C52產(chǎn)生。

對于不具備I2C總線硬件接口的AT89C52單片機(jī)來說，為了能夠準(zhǔn)確的檢測到總線上的信號，必須保證在總線的一個時鐘周期內(nèi)對數(shù)據(jù)線至少進(jìn)行兩次采樣。如圖13－13所示：

I2C總線上的數(shù)據(jù)傳輸格式

I2C總線傳送的每一個字節(jié)均為8位，但每啟動一次I2C總線，其后的數(shù)據(jù)傳輸字節(jié)數(shù)是沒有限制的。每傳送一個字節(jié)后都必須跟隨一個應(yīng)答位，并且首先發(fā)送的數(shù)據(jù)位為最高位，在全部數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后主控制器發(fā)終止信號，如圖13－14所示。

從如圖13-14所示可以看到，沒有時鐘信號時數(shù)據(jù)傳送將停止進(jìn)行，接口的線與特征將使SCL在低電平時鉗住總線。

這種情況可以用于當(dāng)接收器接收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)后要進(jìn)行一些其他工作而無法立即接收下個數(shù)據(jù)時，迫使總線進(jìn)入等待狀態(tài)，直到接收器準(zhǔn)備好接收新數(shù)據(jù)時，接收器再釋放時鐘線使數(shù)據(jù)傳送得以繼續(xù)進(jìn)行。I2C總線數(shù)據(jù)傳送時，每傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)后必須有應(yīng)答信號，與應(yīng)答信號相對應(yīng)的時鐘由主控器產(chǎn)生，這時，發(fā)送器必須在這一時鐘位上釋放數(shù)據(jù)線，使其處于高電平狀態(tài)，以便接收器在這一位上送出應(yīng)答信號。應(yīng)答信號在第9個時鐘位上出現(xiàn)，接收器輸出低電平為應(yīng)答信號，輸出高電平則為非應(yīng)答信號。

按照總線規(guī)約，起始信號表明一次數(shù)據(jù)傳送的開始，其后為尋址字節(jié)，尋址字節(jié)由高7位地址和最低1位方向位組成，方向位表明主控器與被控器數(shù)據(jù)傳送方向，方向位為“0”時表明主控器對被控器的寫操作，為1時表明主控器對被控器的讀操作。在尋址字節(jié)后是按指定讀、寫操作的數(shù)據(jù)字節(jié)與應(yīng)答位。在數(shù)據(jù)傳送完成后主控器都必須發(fā)送停止信號，下面以簡化的圖解方式（見書）介紹兩類數(shù)據(jù)傳送格式。

從上述數(shù)據(jù)傳送格式可以看出：l

無論何種方式起始、停止，尋址地址都由主控器發(fā)送，數(shù)據(jù)字節(jié)的傳送方向則遵循尋址字節(jié)中方向位的規(guī)定。l

尋址字節(jié)只表明器件地址及傳送方向，器件內(nèi)部的n個數(shù)據(jù)地址由器件設(shè)計(jì)者在該器件的I2C總線數(shù)據(jù)操作格式中指定第一個數(shù)據(jù)字節(jié)作為器件內(nèi)的單元地址數(shù)據(jù)，并且設(shè)置地址自動加減功能。l

每個字節(jié)傳送都必須有應(yīng)答信號相隨。l

I2C總線被控器在接收到起始信號后都必須復(fù)位它們的總線邏輯，以便對將要開始的被控器地址的傳送進(jìn)行預(yù)處理。

I2C總線的地址約定為了消除I2C總線系統(tǒng)中主控器與被控器的地址選擇線，最大限度地簡化總線連接線，I2C總線采用了獨(dú)特的尋址約定，規(guī)定了起始信號后的第一個字節(jié)為尋址字節(jié)，用來尋址被控器件，并規(guī)定數(shù)據(jù)的傳送方向。在I2C總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約中，尋址字節(jié)由被控器的七位地址位（它占據(jù)了D7-D1位）和一位方向位（D0位）組成。七位地址位由器件編號地址（高4位D7-D4）和引腳地址（低3位D3-D1）組成；方向位為0時表示主控器將數(shù)據(jù)寫入控制器，為1時則表示主控器從被控器讀取數(shù)據(jù)。

主控器發(fā)送起始信號后，立即發(fā)送尋址字節(jié)，這時，總線上的所有器件都將尋址字節(jié)中的7位地址與自己器件地址相比較。如果兩者相同，則該器件認(rèn)為被主控器尋址。在本產(chǎn)品中，單片機(jī)始終作為主控器，不用考慮其器件地址；AT24C02始終作為被控器，查AT24C02的器件手冊可知AT24C系列E2PROM器件編號地址均為1010，引腳地址為A2、A1、A0，在電路板上均接地，因此都為0，則該器件的尋址字節(jié)為SLAW=0A0H，SLAR=0A1H。

數(shù)據(jù)操作格式I2C總線上掛接的存儲類器件片內(nèi)字尋址范圍為256字節(jié)。通常E2PROM寫入時，總需要一定的寫入時間5-15ms，在寫入程序中無法連續(xù)寫入多個數(shù)據(jù)字節(jié)。為解決連續(xù)寫入多個數(shù)據(jù)字節(jié)，常設(shè)置頁寫功能，即在E2PROM器件中設(shè)有一定容量（頁寫）的數(shù)據(jù)寄存器。用戶一次寫入E2PROM的數(shù)據(jù)字節(jié)不大于頁寫字節(jié)數(shù)時，可按通常RAM的寫入速度，裝載入E2PROM中的數(shù)據(jù)寄存器中，隨后啟動自動寫入定時邏輯，經(jīng)過5-10ms時間，自動將數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)同步寫入E2PROM的指定單元中。這樣一來，只要一次寫入字節(jié)數(shù)不多于頁寫容量，總線對E2PROM的操作可視為對靜態(tài)RAM的操作，只要求下次數(shù)據(jù)操作在5-10ms之后進(jìn)行。

在AT24C系列中，對應(yīng)于頁寫字節(jié)數(shù)，數(shù)據(jù)寄存器分別有2、3、4位頁地址。這些地址分別是AT24C系列片內(nèi)E2PROM的最低2、3、4位地址，為字地址的低位部分。在寫入時，寫入數(shù)據(jù)按照字地址的低位部分，定位在數(shù)據(jù)寄存器的頁地址空間、數(shù)據(jù)寄存器地址的低位部分（頁地址），溢出時不會向字地址的高位部分進(jìn)位，這就會造成寫入數(shù)據(jù)在地址空間的翻卷現(xiàn)象，現(xiàn)以本產(chǎn)品中的AT24C02為例加以說明。AT24C02的頁寫字節(jié)數(shù)為8，片內(nèi)數(shù)據(jù)寄存器的頁地址，從000到111。在數(shù)據(jù)寫入操作時，根據(jù)字地址（WORDADR）的最低3位地址裝載到指定的數(shù)據(jù)寄存器中，當(dāng)裝載到數(shù)據(jù)寄存器地址為111后一個數(shù)據(jù)時，該數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)寄存器的000地址中，而字地址的A3位并不進(jìn)位，這就造成寫入地址的翻卷。對應(yīng)于頁寫功能，AT24C02有字節(jié)寫和頁寫兩種方式進(jìn)行寫操作。頁寫是指向E2PROM片內(nèi)指定單元（WORDADR）連續(xù)寫入不多于n個字節(jié)頁寫數(shù)據(jù)（m≤n）的操作。N為頁寫字節(jié)數(shù)，m為寫入字節(jié)數(shù)。

AT24C系列E2PROM的讀操作與通常的SRAM相同，但每讀一個字節(jié)地址自動加1。由于數(shù)據(jù)字地址寄存器提供其地址空間與頁寫數(shù)據(jù)寄存器空間相同，因此地址指針同樣會出現(xiàn)翻卷現(xiàn)象。為了避免糾纏翻卷現(xiàn)象，本產(chǎn)品采用指定地址讀的方式。指定地址讀是按指定的字地址讀出一個字節(jié)數(shù)據(jù)的操作。由于要寫入字地址，故要先進(jìn)行一個字地址的寫操作，然后重復(fù)起始狀態(tài)，讀入一個數(shù)據(jù)字節(jié)，

雙音多頻信號接收發(fā)送子模塊

雙音多頻為了接收機(jī)輸入的號碼，在報(bào)警狀態(tài)下向外撥出號碼，本機(jī)包含了雙音多頻接收/發(fā)送電路。機(jī)有兩種撥號方式，即脈沖撥號和雙音多頻撥號，現(xiàn)在以雙音多頻最為普遍使用。雙音多頻撥號方式中的雙音頻是指兩個特定的單音頻信號的組合來代表數(shù)字或功能。兩個單音頻的頻率不同，所代表的數(shù)字和功能也不同。

根據(jù)CCITT的建議，國際上采用697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz這8個頻率產(chǎn)生8種不同的單音頻信號，故稱為多頻。把這8種頻率分成兩個群，即高頻群和低頻群。從高頻群和低頻群任意各抽出一種頻率進(jìn)行組合，共有16種不同的組合，代表16種不同的數(shù)字或功能，如表13-2所示。

表13-2雙音多頻的組合雙音多頻的組合功能數(shù)字或功能高頻群Hz1209133614771633低頻群Hz697123A770456B852789C941*0#DMT8880CE

本機(jī)的雙音多頻信號接收發(fā)送子模塊以MT8880CE為核心構(gòu)成。MT8880CE是帶調(diào)用進(jìn)程濾波器的集成雙音多頻收發(fā)器，20腳塑料DIP封裝。它由CMOS工藝制作，耗散功率低，可靠度高。它的內(nèi)部計(jì)數(shù)器提供了一個爆發(fā)模式，這樣，爆發(fā)鈴音能以精確的時間進(jìn)行傳輸。與MT8880CE相連的單片機(jī)或者其他微處理器可以選擇打開“調(diào)用進(jìn)程濾波器”來分析調(diào)用進(jìn)程音。MT8880CE與單片機(jī)之間可以使用標(biāo)準(zhǔn)微處理器總線直接匹配連接，

DTMF生成器

內(nèi)嵌在MT8880CE中的DTMF生成器可以精確地生成16個標(biāo)準(zhǔn)的DTMF音對。生成音對需要的所有頻率由外部3.579545MHz晶振分頻可得。要通過單片機(jī)AT89C52指定一個DTMF信號，或者向單片機(jī)發(fā)送一個信號，都要遵循一個編碼格式，其對應(yīng)關(guān)系如表13-4所示。

低頻群Hz697697697770770770852852852941941941高頻群Hz120913361477120913361447120913361477133612091477數(shù)字或功能1234567890*＃D3000000011111D2000111100001D1011001100110D0101010101010爆發(fā)模式在某些應(yīng)用中，要求被生成的DTMF信號可以被指定一個持續(xù)周期。這時，標(biāo)準(zhǔn)DTMF信號時序能夠通過使用爆發(fā)模式實(shí)現(xiàn)。這個爆發(fā)/暫停持續(xù)時間是51ms±1ms，這個持續(xù)時間對自動撥號是標(biāo)準(zhǔn)間隔。當(dāng)這個爆發(fā)/暫停信號被發(fā)送后，在MT8880CE狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位被硬件置位，表示發(fā)送器已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。在DTMF模式下，發(fā)送爆發(fā)/暫停信號的時序就是如此；但在CP（調(diào)用進(jìn)程）模式下，爆發(fā)/暫停持續(xù)時間是102ms±2ms。當(dāng)CP模式和爆發(fā)模式都被選中時，DTMF信號只能被發(fā)送，但不能接收。內(nèi)部寄存器MT8880CE內(nèi)部有5個寄存器，即1個發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器、1個接收數(shù)據(jù)寄存器、1個控制寄存器、2個狀態(tài)寄存器，首先通過如表13-5所示了解如何選擇寄存器。

RS0R/W功能00寫發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器01讀接收數(shù)據(jù)寄存器10寫控制寄存器11讀狀態(tài)寄存器

不論操作哪個寄存器，MT8880CE與單片機(jī)AT89C52交換數(shù)據(jù)都是通過D3－D0這四根總線進(jìn)行。通過如表13-6、表13-7、表13-8所示看看狀態(tài)寄存器和2個控制寄存器的含義。

MT8880CE狀態(tài)寄存器位名稱狀態(tài)標(biāo)志置位狀態(tài)標(biāo)志清除b0IRQ中斷發(fā)生時，該位或者b1置位無中斷。讀狀態(tài)寄存器后該位被清除b1發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空（爆發(fā)模式）暫停持續(xù)周期結(jié)束，發(fā)送器準(zhǔn)備發(fā)送新數(shù)據(jù)讀狀態(tài)寄存器后該位被清除，或者不在爆發(fā)模式下b2接收數(shù)據(jù)寄存器滿在接收數(shù)據(jù)寄存器中有數(shù)據(jù)讀狀態(tài)寄存器后該位被清除b3指導(dǎo)檢測不到有效的DTMF信號檢測到有效的DTMF信號后被清除MT8880CE控制寄存器A位名稱功能描述b0TOUT音對或單音輸出高電平使能輸出。爆發(fā)模式或非爆發(fā)模式都可使用b1CP/DTMF模式控制邏輯“0”選擇DTMF模式，邏輯“1”選擇CP模式b2IRQ中斷使能邏輯“1”使能中斷模式。當(dāng)中斷使能且選擇DTMF模式，管腳IRQ/CP會在收到1個正確的DTMF信號后發(fā)中斷，置“0”b3RSEL寄存器選擇邏輯“1”將在下一個寫操作選擇控制寄存器B，然后返回AMT8880CE控制寄存器B位名稱功能描述b0BURST爆發(fā)模式邏輯“0”使能爆發(fā)模式b1TEST測試模式邏輯“0”使能測試模式b2S/D單音/雙音生成邏輯“0”允許DTMF信號生成，邏輯“1”允許單音生成b3C/R行/列音選擇邏輯“0”選擇行頻率，“1”選擇列頻率工作方式

單片機(jī)從AT24C02讀出報(bào)警號碼，通過4根數(shù)據(jù)總線送給MT8880CE，由它生成相應(yīng)的雙音多頻碼，再送給發(fā)送電路。單片機(jī)通過操作I/O控制器、控制寄存器A、控制寄存器B，檢測狀態(tài)寄存器即可使MT8880CE工作在各種狀態(tài)。比如說MT8880CE可以工作在DTMF模式下，接收DTMF信號，也可以工作在呼叫處理模式下，接收頻率為450赫茲的呼叫處理音；在發(fā)送DTMF信號時，MT8880CE既可以工作在爆發(fā)模式下，以51ms的間隔發(fā)送DTMF信號，也可以工作在測試模式下，以102ms的間隔發(fā)送信號。接收DTMF信號時序如圖13-15所示。

單片機(jī)89C52從MT8880CE中讀數(shù)據(jù)和向MT8880CE中寫數(shù)據(jù)的時序如圖13-16與圖13-17所示。

89C52讀MT8880CE數(shù)據(jù)周期

89C52寫MT8880CE數(shù)據(jù)周期

將一部雙音多頻接到本機(jī)上，將本機(jī)的編程/入網(wǎng)選擇檔撥動到編程檔位置，提起話筒，按下鍵盤上任意一個數(shù)字鍵，本機(jī)是這樣識別并讀取這個鍵值的：首先，單片機(jī)程序在循檢過程中檢測到某些管腳狀態(tài)發(fā)生變化，然后開始讀取MT8880CE的狀態(tài)寄存器，如果發(fā)現(xiàn)MT8880CE中還沒有有效的鍵值，就檢查相應(yīng)管腳狀態(tài)，看是否還需要讀取MT8880CE的狀態(tài)寄存器；如果MT8880CE中已生成有效的鍵值，則把這個值讀出來，或者進(jìn)行處理，或者存入24C02中。讀取異地送來的DTMF控制信號與這個原理一樣，核心的C51程序如下：ReadStatus:voidMT8880_StatusRegister_READ(){MT8880_CP2=0;//先停動MT8880CE的系統(tǒng)總線

MT8880_RW=1;MT8880_RS0=1;//這2句共同設(shè)置讀狀態(tài)寄存器

MT8880_CS=0;//選中MT8880CEMT8880_D0=1;MT8880_D1=1;MT8880_D2=1;MT8880_D3=1;//以上4句釋放數(shù)據(jù)總線

MT8880_CP2=1;//啟動一次讀操作}if(MT8880_D2==1)//是否有鍵值生成{MT8880_CP2=0;//停動MT8880總線

MT8880_CS=1;//不選中MT8880voidMT8880_DataRegister_READ(){MT8880_RW=1;MT8880_RS0=0;////這2句共同設(shè)置讀接收數(shù)據(jù)寄存器

MT8880_CS=0;//給片選信號

MT8880_D0=1;MT8880_D1=1;MT8880_D2=1;MT8880_D3=1;//以上4句釋放數(shù)據(jù)總線

MT8880_CP2=1;//啟動一次讀操作，讀數(shù)據(jù)寄存器值到D0-D3口

}}else{MT8880_CP2=0;MT8880_CS=1;//停動8880總線

if(ISD1420_REC_ZJ==0)//是否還在摘機(jī)狀態(tài)

gotoReadStatus;}無線遙控發(fā)射接收子模塊

本機(jī)的無線遙控發(fā)射/接收子模塊由編碼調(diào)制發(fā)射和接收解調(diào)解碼兩部分組成。編碼調(diào)制發(fā)射部分做成可以隨身攜帶的遙控器，接收解調(diào)解碼部分做在主電路板上。編碼、解碼由HY2262/2272這兩塊芯片完成，調(diào)制方式為數(shù)字幅度調(diào)制，該數(shù)字通信系統(tǒng)的構(gòu)成框圖如圖13-18所示。

編解碼芯片HY2262/2272HY2262/2272是一種CMOS工藝編解碼電路，HY2262/2272最多可有12位三態(tài)地址端管腳，任意組合可提供312＝531441地址碼，HY2262最多可有6位數(shù)據(jù)端管腳，本機(jī)使用10腳、12腳、13腳作為數(shù)據(jù)端管腳，11腳接地，使用1腳至8腳共8個管腳作為三態(tài)地址管腳，可產(chǎn)生38＝6561種芯片地址碼，故可滿足6561套產(chǎn)品在一起工作而互不干擾，設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出。

編碼芯片HY2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片HY2272接收到信號后，其地址碼要經(jīng)過兩次比較核對，只有在檢測到發(fā)送地址碼與自己設(shè)定的地址碼一致時，才能夠解讀狀態(tài)碼信息，VT腳才輸出高電平，與此同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵使電源輸入管腳和數(shù)據(jù)輸出管腳導(dǎo)通，編碼芯片處于工作狀態(tài)，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。

當(dāng)控制發(fā)射機(jī)的按鍵沒有按下時，HY2262不接通電源，其17腳為低電平，所以300MHz的高頻發(fā)射電路不工作，當(dāng)控制發(fā)射機(jī)的按鍵按下時，HY2262得電工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)基帶信號，當(dāng)17腳為高電平期間，300MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻載波信號，當(dāng)17腳為低平期間，

300MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全受控于2262的17腳輸出的數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制度為100％的調(diào)幅。

在具體的應(yīng)用中，外接振蕩電阻可根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，阻值越大時鐘振蕩頻率越慢，編碼的寬度越大，發(fā)碼一幀的時間越長。推薦值：2262/4.7M/2272/820K2262/3.3M/2272/680K2262/1.2M/2272/200K，本機(jī)采用2262/3.3M/2272/680K。地址碼和數(shù)據(jù)碼都用寬度不同的脈沖來表示，兩個窄脈沖表示“0”；兩個寬脈沖表示“1”；一個窄脈沖和一個寬脈沖表示“F”也就是地址碼的“懸空”，如圖13-19所示。

每發(fā)一個碼字，都需要32個時鐘周期。這是一種改進(jìn)的矩形脈沖不歸零波形，脈沖之間有間隔，碼元間波形干擾極小，且利于同步時鐘提取；脈沖寬，碼元能量高，匹配接收時輸出信噪比高。經(jīng)電路偏置處理，該基帶信號調(diào)制載波時相當(dāng)于雙極性脈沖調(diào)制。

HY2272只有在連續(xù)兩次檢測到相同的地址碼和數(shù)據(jù)碼才會把數(shù)據(jù)碼中的“1”驅(qū)動相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出端為高電平和驅(qū)動VT端同步為高電平。因?yàn)闊o線發(fā)射的特點(diǎn)，第一組字碼非常容易受零電平干擾，往往會產(chǎn)生誤碼，所以程序做丟棄處理。本機(jī)，2272的接收時序如圖13-20所示：

數(shù)字幅度調(diào)制由編碼芯片HY2262送出的編碼信號是一種基帶信號，一定要用基帶信號對高頻載波進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生頻帶信號，才能由天線發(fā)射出去。本機(jī)采用數(shù)字幅度調(diào)制。

ASK是用基帶數(shù)字信號與高頻載波相乘，再經(jīng)過適當(dāng)?shù)膸V波器，帶通濾波器用來濾除高頻諧波和低頻干擾。圖13-21ASK鍵控模型

下面給出本機(jī)的調(diào)制發(fā)射原理圖，如圖13-25所示，然后結(jié)合調(diào)制原理進(jìn)行說明。

由如圖13-25所示可見，本機(jī)采用的是單三極管基極調(diào)制電路，就是用基帶編碼信號改變NPN型高頻功率放大器9018的基極偏壓，以實(shí)現(xiàn)ASK調(diào)制。9018采用LC串聯(lián)諧振電路作為集電極的負(fù)載。得電以后，9018在2P偏置電容的作用下，通過正反饋?zhàn)饔闷鹫?；?dāng)振蕩頻率在300MHz左右時，由2.2uh電感、微帶等效電感、2至8P可調(diào)電容、7P、10P電容構(gòu)成的負(fù)載達(dá)到阻抗Z最小，把9018看作內(nèi)阻很小的電壓源，則此時串聯(lián)諧振回路電流最大，即將載波頻率穩(wěn)在300MHz上。

可調(diào)電阻、7P電阻和10P電阻共同形成4.6P-6P的可調(diào)范圍，微帶PCB印制線等效電感在10-8h數(shù)量級。當(dāng)可調(diào)電容調(diào)節(jié)容值時，諧振頻率大致在260MHz-340MHz之間變動。發(fā)射天線

天線的作用是將發(fā)射機(jī)送來的高頻電流變換為無線電波并傳送到空間；將空間傳來的無線電波轉(zhuǎn)變?yōu)榻邮諜C(jī)能夠傳送的高頻電流。因此，天線是一個導(dǎo)波和輻射波的變換裝置，即能量轉(zhuǎn)換器件。由于時變電流能輻射電磁波，因而天線也被稱為輻射源。但要產(chǎn)生有效的輻射或接收，它的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)是一個開放系統(tǒng)。本機(jī)選用頂端加了水平圓餅的鞭天線作為HY2262/2272發(fā)射/接收電路的發(fā)射/接收天線。

ASK信號解調(diào)對二進(jìn)制振幅調(diào)制信號，本機(jī)采用包絡(luò)解調(diào)法，其流程框圖如圖13-26所示。

圖13-26

ASK包絡(luò)解調(diào)方框圖

如圖13-26所示中SASK（t）信號經(jīng)過帶通濾波器抑制來自信道的帶外干擾，相乘器進(jìn)行頻譜反向搬移，以恢復(fù)基帶信號。低通濾波器用來抑制相乘器產(chǎn)生的高次諧波干擾。信號放大器將微弱的小信號放大。

這里給出本機(jī)ASK接收解調(diào)部分的原理圖，如圖13-27所示。圖13-27

UHP波段無線8位地址4位數(shù)據(jù)收機(jī)示意圖

由如圖13-27所示可見，射頻信號在環(huán)形印制板天線上產(chǎn)生感生電動勢，形成一個電壓信號源；接收信號經(jīng)選頻放大濾波后，送2級運(yùn)算放大器LM17358放大，LM17358輸出符合HY2272輸入標(biāo)準(zhǔn)的基帶信號，送給解碼芯片2272。微帶等效電感與7P電容組成的并聯(lián)諧振回路作為負(fù)載接9018的集電極；接并聯(lián)諧振回路一端的電容102起低通濾波作用。由下式可求的諧振頻率為：警號驅(qū)動子模塊本機(jī)的警號驅(qū)動子模塊包括一片模擬四聲訊響器KD9561、一片音頻功率放大器LM386和一個8Ω/2W的喇叭。需要報(bào)警時，由單片機(jī)導(dǎo)通三極管，進(jìn)而啟動KD9561，輸出一定頻率的（聽起來比較尖銳）的信號，但該信號的電流不夠大，功率不夠強(qiáng)，直接推動喇叭聲音會很弱，故還要送入功放處理，最后用12V下的大電流去推動喇叭，并能產(chǎn)生100分貝以上的警號鳴響聲。模擬四聲訊響器KD9561廣泛應(yīng)用于推動報(bào)警輸出的電子產(chǎn)品，它根據(jù)一個外接振蕩電阻確定發(fā)聲的頻率，振蕩電阻越大，頻率越低，聲音越低沉，反之則高亢。

LM386的輸出增益可以通過外接電阻和電容進(jìn)行調(diào)整，它內(nèi)部預(yù)置20倍的增益，通過外接器件，可以達(dá)到200倍的增益。該子模塊的電路連接如圖13-28所示，單片機(jī)在37腳給出一個低電平就能驅(qū)動喇叭發(fā)聲。

圖13-28警號驅(qū)動子模塊

報(bào)警接入子模塊

本機(jī)的報(bào)警接入子模塊很簡單，它允許5路常閉信號輸入，其中防區(qū)1、防區(qū)2、防區(qū)3串聯(lián)在一起，主要用于接入需要本機(jī)12V供電的設(shè)備，因?yàn)檫@3個防區(qū)的常閉接入口邊設(shè)計(jì)了12V電源輸出口；防區(qū)4、防區(qū)5串聯(lián)在一起，主要用于接入無源設(shè)備，比如緊急按鈕，該設(shè)備只是一個機(jī)械接觸裝置，不需要供電就可以工作。當(dāng)外接探測器正常工作時，單片機(jī)的相應(yīng)口可以檢測到低電壓。當(dāng)外接探測器送來報(bào)警信號時，單片機(jī)的相應(yīng)口通過上拉電阻可以檢測到高電壓，因此產(chǎn)生相應(yīng)動作。圖13-29報(bào)警接入端口

反向二極管起保護(hù)作用，在誤接強(qiáng)電時，可擊穿二極管，保護(hù)單片機(jī)，330Ω電阻也起限流保護(hù)作用，其接線圖如圖13-29所示。信號發(fā)送/接收子模塊通過線發(fā)送報(bào)警信息是該報(bào)警主機(jī)的主要報(bào)警方式。要把信號傳送到接聽機(jī)上，或者監(jiān)聽線的狀態(tài)，首先必須知道數(shù)字程控交換機(jī)NO.7信令中與用戶線信令有關(guān)的東西，具體來說，包括呼叫流程、用戶狀態(tài)信令、地址信令、可聞信號。用戶狀態(tài)信令通過用戶話機(jī)的叉簧產(chǎn)生，是直流信令。摘機(jī)時，用戶環(huán)路閉合，在用戶線上有直流電流流過，掛機(jī)時用戶環(huán)路斷開,用戶的阻抗。地址信令也稱選擇信令，是雙音多頻信號，即俗稱的號碼?？陕勑盘柊?種，一般采用450Hz的交流信號，如：撥號音是450Hz正弦波，電壓峰峰值＝0.7V，是連續(xù)發(fā)送的信號；回鈴音是450Hz正弦波，電壓峰峰值＝0.7V，5秒周期信號，其中1秒送，4秒斷；忙音是450Hz正弦波，電壓峰峰值＝0.7V，0.7秒周期信號，其中0.35秒送、0.35秒斷；通知音是450Hz正弦波，電壓峰峰值＝0.7V，1.2秒周期信號，其中0.2秒送，0.2秒斷、0.2秒送，0.6秒斷；催掛音（請確認(rèn)）450Hz正弦波，電壓峰峰值遠(yuǎn)大于0.7V,是連續(xù)發(fā)送的信號。下面給出固定的呼叫流程，如圖13-30所示。圖13-30固定呼叫流程圖在線路上沒有送來任何鈴流之前，線路由交換機(jī)提供大約－48V的直流電壓。當(dāng)用戶被呼叫時，交換機(jī)發(fā)來振鈴信號。振鈴為25Hz正弦波信號。根據(jù)振鈴信號電壓比較高的特點(diǎn)，本機(jī)先使用高壓穩(wěn)壓二極管進(jìn)行降壓，然后輸入至光電耦合器。經(jīng)過光耦的隔離轉(zhuǎn)換，從光電耦合器輸出的波形是時通時斷的正弦波，經(jīng)過RC回路進(jìn)行濾波輸出比較標(biāo)準(zhǔn)的方波。方波信號直接輸出至單片機(jī)的1個輸入口，完成整個振鈴音檢測和計(jì)數(shù)的過程。如果在預(yù)置的振鈴次數(shù)內(nèi)用戶摘機(jī)，程序檢測到用戶摘機(jī)狀態(tài)后就退出檢測振鈴狀態(tài)；如果在預(yù)置的振鈴次數(shù)內(nèi)用戶沒有摘機(jī)，程序就模擬摘機(jī)。本機(jī)的信號收/發(fā)子模塊以高頻中功率放大器KSP2222A和音頻變壓器為核心構(gòu)成，還包含模擬摘/掛機(jī)電路、光耦PC817和整形濾波電路、一些外圍阻容元件和控制音頻變壓器次級線包與外線連接的干簧管繼電器。KSP2222A起信號放大作用；音頻變壓器起放大、隔離、雙向傳輸信號的作用。模擬摘/掛機(jī)電路由一個繼電器和一些外圍器件構(gòu)成，在報(bào)警狀態(tài)下，它切斷內(nèi)部，使報(bào)警優(yōu)先撥出；光耦PC817和整形濾波電路如前所述，用來接收振鈴信號，這部分的接線如圖13-31所示。圖13-31信號接收/發(fā)送子模塊由如圖13-31所示可以看出，該收/發(fā)子模塊完成的任務(wù)如下：接收從MT8880CE第8腳輸出的雙音多頻信號或者其他輔助信息，并把它放大，然后通過音頻變壓器耦合發(fā)送到線上。雙音多頻信號通過電容值為0.1uf的無極性磁片電容耦合到三極管KSP2222A的基極。與電容串接的電阻可以調(diào)節(jié)送至三極管KSP2222A基極的信號電壓，使這個電壓既不太小也不太大。因?yàn)镵SP2222A的放大倍數(shù)是固定的，而各路信號源輸出的信號幅度是不同的，所以需要通過降壓調(diào)整各路信號的幅值在輸出到KSP2222A的基極時基本一樣。接收從ISD1420輸出的語音信號，即預(yù)先錄制的警情說明，并把它放大，然后通過音頻變壓器耦合發(fā)送到線上。語音信號通過電容值為0.1uf的無極性磁片電容耦合到三極管KSP2222A的基極，該電容同樣起高通隔直的作用。與電容串接的電阻同樣是調(diào)節(jié)送至三極管KSP2222A基極的信號電壓。接收從麥克輸出的語音信號，即在遠(yuǎn)程用戶進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)聽傳送的信號，并把它放大，然后通過音頻變壓器耦合發(fā)送到線上。該路上的電阻、電容也起上述作用。接收從單片機(jī)12腳發(fā)出的確認(rèn)信號，在遠(yuǎn)程控制時，遠(yuǎn)程用戶會聽到一些提示音，這個聲音由單片機(jī)程序控制在12腳輸出1KHz的脈沖，經(jīng)電容濾波后得到，KSP2222A將它放大，然后通過音頻變壓器耦合發(fā)送到線上。單片機(jī)21腳在報(bào)警時會輸出一個“0”電平，這個“0”電平使與21腳相連的運(yùn)算放大器LM393的7腳輸出12V，一方面控制干簧管繼電器吸合，使音頻變壓器次級的4腳通過1個150Ω電阻與線接通，一方面改變KSP2222A的基極靜態(tài)電壓，使之處于恰當(dāng)?shù)墓ぷ鼽c(diǎn)，準(zhǔn)備放大輸出信號。線上發(fā)來的DTMF信號經(jīng)音頻變壓器耦合送入MT8880CE，這樣程序就可以監(jiān)聽遠(yuǎn)程用戶的指令。本子模塊不光要接收外線信號，也要接收本地信號。當(dāng)本機(jī)要錄制報(bào)警號碼時，需要把“入網(wǎng)－編程”撥動開關(guān)撥到“編程”檔，并接1部DTMF制式到本機(jī)的相應(yīng)RJ11插口。這樣由本地座機(jī)輸出的DTMF信號就送入MT8880CE的輸入腳。再由MT8880CE解碼后送入單片機(jī)做后續(xù)處理。13.4嵌入式報(bào)警主機(jī)軟件設(shè)計(jì)

程序框架

本機(jī)程序用C51編寫，簡便易讀，源程序由C51編譯軟件LOPEVer3.26編譯成十六進(jìn)制文件格式的機(jī)器碼，由WH500－800編程器將*.hex文件燒寫到89C52中。在燒寫芯片時，選擇加密選項(xiàng)，令89C52中的內(nèi)容不被非法讀出。編譯成機(jī)器碼后總程序量為7K，為了防止程序意外跑飛，在正常程序之后填充了冗余指令，令8K容量的程序存儲器滿，當(dāng)程序指針意外指向非法位置時，可以跳轉(zhuǎn)回初始化位置。

程序的編制方式采用典型的嵌入式系統(tǒng)軟件工程化方式，軟件包括人機(jī)交互處理、CPU處理、I/O處理、各項(xiàng)功能模塊，為標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)化編程，即每個子功能編寫為一段子程序，供主程序或者其他子程序調(diào)用。主程序中采用輪詢的方式檢查各口線狀態(tài)。在處理數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)時，采用了集合結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)一般也叫數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是指互相之間存在著一種或多種關(guān)系的數(shù)據(jù)元素的集合，通常采用二元組描述：B＝（D，R）B表示一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它由數(shù)據(jù)元素的集合D和二元關(guān)系的集合R所組成。集合是元素關(guān)系極為松散的一種結(jié)構(gòu)，處理少量數(shù)據(jù)已經(jīng)足夠。

數(shù)據(jù)在24C02中存儲采用索引結(jié)構(gòu)，每一個索引號對應(yīng)一個24C02中的地址，該地址就是一條記錄的首地址。例如，單片機(jī)程序希望查詢存儲在24C02中的第3組報(bào)警號碼，第3組號碼的索引號為3，查索引表：switch(NUMSERIAL){case1:NUMSERIAL=102;break;//數(shù)組1的起始位置=0長20位case2:NUMSERIAL=124;break;//數(shù)組2的起始位置=20長13位case3:NUMSERIAL=144;break;//數(shù)組3的起始位置=33長13位……}根據(jù)索引表可知，它對應(yīng)的地址是144，因此單片機(jī)程序就從地址144開始讀取數(shù)據(jù)。下面請看圖13-32所示的程序主流程

圖13-32程序主流程

流程說明

程序初始化

由圖13-32所示程序主流程圖，89C52在上電之后，首先進(jìn)行初始化。初始化過程中，首先定義一些標(biāo)志變量和中轉(zhuǎn)存儲變量。

（1）初始化各I/O口，使各口處于邏輯“1”，可以檢測外部狀態(tài)。

2）初始化MT8880CE，即寫MT8880CE的控制寄存器，使MT8880CE處于正確的工作狀態(tài)，可以接受DTMF信號。

（3）點(diǎn)亮數(shù)碼管，檢查數(shù)碼管是否完好。

（4）檢測是否是首次上電。程序讀24C02中的一個標(biāo)志，如果是首次上電，該標(biāo)志位置位；如果首次使用，則必須進(jìn)行一些初始化：設(shè)置在5次振鈴之后如果沒有用戶接聽，則本機(jī)模擬摘機(jī)；將所有的報(bào)警號碼長度設(shè)置為空；最后將首次上電標(biāo)志位置位。信號循環(huán)處理流程程序完成初始化之后，進(jìn)入循環(huán)處理體，單片機(jī)程序依次檢查各口狀態(tài)，并做出相應(yīng)的處理。（1）處理電源燈閃爍的問題，按要求，在無報(bào)警、無遠(yuǎn)控信號的情況下電源燈應(yīng)以一定頻率閃爍。程序中采用定時改變電源燈開/關(guān)狀態(tài)的辦法達(dá)到這個目的。（2）程序檢查89C52的36腳狀態(tài)，當(dāng)本機(jī)處于編程狀態(tài)下，用戶沒有摘機(jī)時，36腳為5V電壓，用戶摘機(jī)后，36腳為0V電壓。因此在檢測到36腳為0V電壓后，程序調(diào)用用于處理錄制報(bào)警的子程序voidMake_Program()。（3）檢測25腳，看有無遙控器信號輸入，該腳平時為低，無線解碼有效就變高。解碼數(shù)據(jù)由26、27、28、32腳輸入，這4個腳分別對應(yīng)HX2272數(shù)據(jù)輸出總線的D0－D3口。遙控器發(fā)來的信號分為3種：布防信號、撤防信號、緊急報(bào)警信號，在收到布防或者撤防信號，并進(jìn)行相應(yīng)處理之后，為了提示用戶操作成功，會控制喇叭發(fā)出短促的鳴響，鳴響時間由定時器控制。（4）處理布防延時，本機(jī)在本地布防之后，1分鐘后才真正進(jìn)入布防狀態(tài)，這是為了方便使用者在啟動布防后，有時間在屋內(nèi)活動而不觸發(fā)某些探測器，如紅外線電子防護(hù)欄；因此在本地使用遙控器布防后1分鐘內(nèi)，非緊急報(bào)警的報(bào)警信號即使發(fā)生也不會使主機(jī)進(jìn)行撥打報(bào)警；如果是緊急報(bào)警信號，則不受該限制。進(jìn)入布防延時處理后，程序?qū)⒄{(diào)用一段50ms的延時程序，該延時由單片機(jī)內(nèi)部的定時器形成，這50ms加上程序輪詢的時間再乘以一個倍數(shù)就構(gòu)成了60秒的延時。（5）檢查有無緊急按鈕報(bào)警信號，處理報(bào)警標(biāo)志。（6）檢查有無非緊急按鈕外部報(bào)警信號，處理報(bào)警標(biāo)志。（7）檢查有無外線故障，比如線斷線、短路，如果有則啟動現(xiàn)場報(bào)警。（8）檢測鈴流，如果檢測到了，就進(jìn)一步檢查是否在設(shè)定振鈴數(shù)內(nèi)是否沒有用戶摘機(jī)。如果是，程序進(jìn)入異地控制主機(jī)狀態(tài)。（9）檢查報(bào)警標(biāo)志是否置位，如果報(bào)警標(biāo)志置位，則進(jìn)入報(bào)警處理。軟件抗干擾

按照可靠性理論，程序設(shè)計(jì)最重要任務(wù)是，確保應(yīng)用程序按照給定的順序有秩序地運(yùn)行。有序運(yùn)行的基礎(chǔ)是硬件的可靠性，可靠性高的硬件基礎(chǔ)可以保證不會出現(xiàn)硬件故障；但是，在工業(yè)現(xiàn)場使用時，大量的干擾源雖然不會造成單片機(jī)系