教室智能照明控制系统(4)

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2.3.1键盘的接口设计

键盘的结构形式有两种，即独立式按键和矩阵式键盘。本系统使用的是4×4矩阵式键盘，第一行从左到右为1、2、3、4，第二行为5、6、7、8，第三行为9、0、开、关，第四行为增值、减值、定时、确认。该形式的键盘，每个按键开关位于行列的交叉处，采用逐行扫描的方法识别键码。矩阵键盘的列线从左到右分别与单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3相连，矩阵键盘的行线从上到下分别与P1.4、P1.5、P1.6、P1.7相连。每当按下一个键时，对应的行线与列线就会连通，这样单片机就能检测出信号，并通过键盘扫描程序对键盘进行扫描，以识别被按键的行、列位置。

2.3.2 LED数码显示的接口设计

数码显示与驱动电路由74LS138译码器、7447 TTL BCD-7段高有效译码器/驱动器、4个数码管以及5个A1015三极管组成。由单片机的P0.0～P0.3口输出的四位BCD码，经7447芯片后，翻译成7段数码管a、b、c、d、e、f、g相应的段，并输出点亮数码管相应的段。单片机的P0.4、P0.5口输出的信号经74LS138译码器后产生的高电平信号加在A1015三极管的基极，控制三极管的导通，从而起到对相应数码管的选通作用。4个7段数码管都被接成共阳极方式。 2.3.3 看门狗监控电路的设计

本系统采用MAXIM公司的低成本微处理器监控芯片MAX813L构成硬件狗，与AT89C51的接口电路如图3.1所示。MR与WDO经过一个二极管连接起来，WDI接单片机的P2.7口，RESET接单片机的复位输入脚RESET，MR经过一个复位按钮接地。该监控电路的主要功能如下：

（1）系统正常上电复位：电源上电时，当电源电压超过复位门限电压4.65V，RESET端输出200ms的复位信号，使系统复位。

（2）对+5V电源进行监视：当+5V电源正常时，RESET为低电平，单片机正常工作；当+5V电源电压降至+4.65V以下时，RESET输出高电平，对单片机进行复位。

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（3）看门狗定时器被清零，WDO维持高电平；当程序跑飞或死机时，CPU不能在1．6s内给出“喂狗”信号，WDO跳变为低电平，由于MR端有一个内部250mA的上拉电流，D导通MR获得有效低电平，RESET端输出复位脉冲，单片机复位，看门狗定时器清零，WDO又恢复成高电平。

（4）手动复位：如果需要对系统进行手动复位，只要按下手动复位按钮，就能对系统进行有效的复位。 2.4 分控制器的电路设计

图2-3 分控制器系统的硬件电路原理图

分控制器采用低档型的AT89C2051单片机作为微处理器，AT89C2051也是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含2K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），兼容标准MCS-51指令系统，具有15线可编程I/O口，该单片机具有体积小、成本低、结构简单、性价比较高等特点。 2.5 RS485通信电路的设计

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在各种分布式集散控制系统中，往往采用一台单片机作为主机，多个单片机作为从机，主机控制整个系统的运行；从机采集信号，实现现场控制；主机和从机之间通过总线相连，如图2-4所示。主机通过TXD向各个从机（点到点）或多个从机（广播）发送信息，而各个从机也可以向主机发送信息，但从机之间不能自由通信，其必须通主机进行信息传递。 图2-4 单片机多机通信连线图

主机 RXD TXD RXD TXD 从机1 RXD TXD …… RXD TXD 从机n 多机通信时，为了保证通信的可靠性，在点到点通信时，采用了寻址技术，即主机先发送一帧地址信息给各个从机，各从机接收到主机发来的地址信息后，便与本机的地址号相比较。若相同，则开始与主机的通信；若不同，则不理睬主机发送的数据信息，也不向主机发送信息。

多机通信时，单片机的串行口只能工作在方式2、3。此时单片机发送或接收的一帧信息都是11位，1位起始位、9位数据位、1位停止位，其中第9位数据发送或接收是通过TB8或RB8实现的。当主机发送地址信息时，使TB8=1，所有SM2=1的从机都将产生中断，接收此地址信息进行比较，其中被主机呼叫的从机的SM2位被清“0”；主机发送数据信息时，使TB8=0，仅有SM2=0的从机才将产生中断，接收主机发来的命令或数据信息，其余从机不予理睬。针对RS232的不足，出现了新的串行数据接口标准RS-422，它采用平衡驱动和差分接收的方法，从根本上消除了地波和共模电磁波的干扰。发送端相当于两个单端驱动器，发送同一个信号时，其中一个驱动器的输出永远是另一个驱动器的反相信号。于是两条线上传送的信号电平，当一条表示逻辑“1”时，另一条为逻辑“0”。在干扰信号作为共模信号出现时，接收器接收差分输入电压，只要接收器有足够的抗共模电压工作范围，就能从

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地线的干扰中分离出有效信号，正确接收传送的信息，其最小可区分0.20V的电位差值。由于平衡双绞线的长度与传输速率成反比，RS422在1200米距离内能把速率提高到100Kb/s；在较短距离内，其传输速率可高达10Mb/s，实现了长距离、高速率下传输数据。

采用RS-422实现两点之间远程通信时，需要两对平衡差分电路形成全双工传输电路。在实际应用系统中，往往有多点互连而不是两点直连，而且大多数情况下，在任一时刻只有一个主控模块（点）发送数据，其他模块（点）处在接收数据的状态，于是便产生了主从结构形式的RS-485标准。RS485只能按半双工方式工作，因此发送电路必须由使能信号加以控制，但它只需要一对双绞线即可实现多点半双工通讯。

本系统的有线通信方式采用RS485总线进行通信，RS485标准支持半双工通信，只需三根线就可以进行数据的发送和接收，同时具有抑制共模干扰的能力，接收灵敏度可达±200mV，大大提高了通信距离，在100K bps速率下通信距离可达1200m，如果通信距离缩短，最大速率可达10M bps。在这里使用的是主从式通信方式，主机由主控制器充当，从机为分控制器。主机处于主导和支配地位，从机以中断方式接收和发送数据，主机发送的信息可以传送到所有的从机或指定的从机，从机发送的信息只能为主机接收，从机之间不能直接通信。主机与从机的通信电路图分别如图2-5与图2-6所示。

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89C51 12345678 P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7INT1INT0131215141918171620 P2.0T1T0EA/VPPXTAL1XTAL2RESETRDWRGNDP2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7403938373635343332212223242526272810113029+5V5.1KΩ5.1KΩ5.1KΩ470ΩMAX485ROVCC+5V3.3KΩ20Ω120Ω12V7V TLP521-4ABREDEADIGND20Ω3.3KΩ12V7V 31 9 TLP521-4B+5V5.1KΩRXDTXDALE/PPSENTLP521-4C5.1KΩ图2-5 主机通信电路图

12389C2051RST/VppRXD/P3.0TXD/P3.1VCC201918171615141312115.1KΩ5.1KΩ5.1KΩ5.1KΩ470ΩMAX485ROVCCTLP521-4AREBDEADIGND20Ω3.3KΩ12V7V+5V+5V3.3KΩ20Ω120Ω12V7VP1.7P1.64XTAL2P1.55 XTAL1P1.46INT0/P3.2P1.37 INT1/P3.3P1.28T0/P3.4P1.1/AIN19T1/P3.5P1.0/AIN0 10GNDP3.7 TLP521-4B+5V TLP521-4C5.1KΩ 图2-6 从机通信电路图