毕业设计43智能红外检测系统设计
-
智能红外检测系统设计
第一章
绪
论
1.1
课题研究的背景
随着人类知识的积累和工业生产技术的发展，人类对自然的控制与加工能力越来越
强。在人类社会的各个领域，从工业、农业、商业、国防、通信、交通运输、科学技术直
到文化娱乐、教育、医疗乃至家庭生活的每一个角落，自动化设备、智能仪器仪表正延展
着人们的感官，精确地执行人的命令，实现着人们过去可望而不可及的愿望。
由于微处理器生产成本的下降，目前各种自动化设备和智能仪器仪表的核心部件通常
是由专用的微处理器构成。这些专用的微处理器在我国一般称为单片机，国外称为微控制
器。单片机广泛用于自动化控制设备、消费电子产品、智能仪器仪表等领域，尤其是在新
型智能化小产品开发方面，几乎是单片机一统天下。
< br>单片机是一类特殊的微处理器，它内部的硬件结构与一般为微处理器相同的是都有控
制器、运算器和各种专用寄存器。控制器将时钟振荡器产生的方波脉冲按固定的时间顺序
分配给芯片内的各个部件，即产生节拍。在节拍的作用下控制器按程序计数器中的地址从
程序存储器中取回指令进行译码，运算器和各种专用寄存器则根据译码在控制器的控制下
有条不紊地进行数据的传递和运算处理。
单片机的应用，打
破了人们的传统设计思想。原来需要使用模拟电路、脉冲数字电路
等部件来实现的功能，
在应用了单片机以后，无需使用诸多的硬件，可以通过软件来解决
问题。目前单片机已经
成为科技、自控等领域的先进控制手段，在人类日常生活中的应用
也非常广泛。
(1)
工业过程控制中的应用。
单片机的
I/O
口线多，操作指令丰富，逻辑操作功能强大，特别适用于工业过程
控制。单片机
可作主机控制，也可作分布或控制系统的前端机。单片机具有丰富的逻
辑判断和位操作指
令，因此广泛应用于开关量控制、顺序控制以及逻辑控制。
(2)
家用、民用电器中的应用
单片机价格低廉、体积小巧、使用方便，广泛应用在人类
生活中的诸多场合，如
洗衣机、电冰箱、空调器等。
(3)
智能化仪器、仪表中的应用
单片机可应用于各类仪器、仪表和设备中，大大地提高了
测试的自动化程度与精
度，如智能化的示波器、计价器、电表、水表等。
(4)
计算机网络、外设及通信技术中的应用
单片机中集成了通信接口，因而能在
计算机网络以及通信设备中广泛应用。如
Intel
公司的
8044
，它由
8051
< br>单片机与
SDLC
通信接口组合而成，用高性能的串行接
口单元
SIU
代替传统的
UART,
其传送距离可达
1200
米，
传送速率为
2.4Mbit/s
< br>。
此外，
单片机还在小型背负式通信机、自动拨号无线电
话网、串行自动呼叫应答设备、程控
1
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电话、无线遥控等方面均有广泛的应用。
红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这种技术已经在现
代科技、国防和工农业
等领域获得了广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的测量
系统，按照功能能够分
成五类：
一
.
辐射计，用于辐射和光谱测量；
二．
搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行
跟踪；<
/p>
三．热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；
四．红外测距和通信系统；
五．混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。
红外传感器工作原理：
（
1
）待测目标。根据待测目标的红外辐射特性可进行红外系统的设定。
（
2
）
大气
衰
减。
待
测
目
标
的
红外
辐射
通
过
地
球
大
气层
时，
由
于
气
体
分
子和
减。
（
3
）光学接收器。它接收目标的部分
红外辐射并传输给红外传感器。相当于雷达天
线，常用是物镜。
（
4<
/p>
）辐射调制器。对来自待测目标的辐射调制成交变的辐射光，提供目标方位信息，
并可滤除大面积的干扰信号。又称调制盘和斩波器，它具有多种结构。
（
5
）红外探测器。这是红外系统的核心。它是利用红外辐射与物质相互作用所呈现
出来的物理效应探测红外辐射的传感器，多数情况下是利用这种相互作用所呈现出的电学
效应。此类探测器可分为光子探测器和热敏感探测器两大类型。
（
6
）探测器制冷器。由于某些探测器必须要在低温下工作，所以相应的系统必须有
制冷设备。经过制冷，设备可以缩短响应时间，提高探测灵敏度。
（
7
）信号处理系统。将探测的信号进行放大、滤波，并从这些信号中提取出信息。
然后将此类信息转化成为所需要的格式，最后输送到控制设备或者显示器中。
（
8
）显示设备。这是红外设备的终端设备。常用的显示器有示波器、显像管、红外
感光材料、指示仪器和记录仪等。
依照上面的流
程，红外系统就可以完成相应的物理量的测量。红外系统的核心是红外探测
器，按照探测
的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大类。
各<
/p>
种
气
体
以
及
各
种
溶
胶
粒
的
散
射
和
吸
收
，
将
使
得
红
外
源
发
出<
/p>
的
红
外
辐
射
发
生
衰
1.2
课题研究的意义和目的
建立节约型社
会是一场关系到人与自然和谐相处的“社会革命”
。如何节约用水和保
< br>护水资源，已成为实现可持续发展的一个无法回避和必须解决的问题。然而在日常生活中
< br>很多资源的浪费都是无形的，在人们的自觉与不自觉中慢慢流失。本课题就是基于这一社
< br>
2
智能红外检测系统设计
会现状而提出的。
本课题为智能红外
检测系统设计，研究的是一种基于单片机的红外测控系统，它采用
了单片机控制技术和红
外感应技术，集成了光学、电子、单片机和机械等技术于一体。在
系统硬件的基础上，进
行灵活的软件设计。系统程序包括：初始化、功能处理与定时器中
断等功能。开机后，初
始化完成软件系统所用的标志区和数据区的清零、中断初始化、设
置定时器参数、启动定
时器开始定时、定时中断服务程序完成定时参数的复位、发出冲水
信号等，使之达到自动
化控制的功能。
该系统应用在自动冲水器上，经实际使用并与
长流水形式的小便池进行比较，测量得
到的数据表明：每个冲水器每天可节水
6
～
7t
。该冲水器电路
工作电压和电磁阀功耗
(
即冲
水时的输
出功率
)
都很低，可以使用
4
节
5
号电池，至少
2<
/p>
年无需更换电池。实际使用表明，
该自动冲水器系统工作可靠，卫
生节约，方便快捷，成本低廉，经济效益显著。
该系统采用单
片机作为其核心，结合不同的测控方法，可以完成不同的测控功能，因
此也可用于自动淋
浴器、自动门、自动烘干机、红外报警、红外遥控以及工业生产在线检
测等方面，并可开
发各种类型的相关产品。
由此可见，本课题的研究在方便人们
的日常生活方面，节约水能以及提高人们的生活
质量方面都有很重要的意义
[1]
。
1.3
课题研究的方案
红外测控系统主要包括红外发射、红外接收、单片机处
理与控制系统以及控制信号放
大与驱动等几个部分。
本系统采用单片机控制技术和红外感应技术，集成了光学、电子、单片机和机械等技
术于一体。系统的原理是：红外发射部分经过调制后载有测量信号的红外光波，如果有人
靠近，则红外光波受到人体的反射，反射回来的红外光波由红外接收部分接收，然后经由
单片机进行处理并做出相应的控制决策，输出相应的动作指令，控制信号经过控制信号放
大与驱动环节之后驱动相应的执行机构，实现相应的控制功能。
该方案主要运用到了单片机原理和传感器原理，科学证明是确实可行的。
3
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第二章
系统组成及工作原理
2.1
功能要求
本设计为红外自动冲水器，
其智能化功能设计要求如下：
（
1
）正
常情况下，人来后，
第一阶段自动放水
2s
，人走后，第二阶段自动放水
6s
；
（
2
）如果使用太频繁，如使用间隔
小于
1min
，则在第二个人来后，不进行
2s
的放水，人走后，放水
4s
；
（
3
）放完水后自动
进入省电模式。
2.2
系统组成及原理
< br>由图
2.1
可见，本系统主要包括红外发射、红外接收、
单片机处理与控制系统以及控
制信号放大与驱动等几个部分
[2
][3]
。
红外发射部分装有红外发
光二极管，由红外发光二极发射红外光波，如果有人靠近，
则红外光波受到人体的反射，
反射回来的红外光波由红外接收部分接收。
红外接收部分接收
到反射回来的红外光波后，红外光电传感器将此红外光信号转化为
电信号，此电信号经放
大、整形后传送到单片机。
单片机接收到驱动信号后，根据系
统设计的需要做出相应的控制决策，输出相应的动
作指令，由此来指挥执行部分执行相应
的动作。
单片机发出的控制信号，传送给放大与驱动环节，由
驱动电路驱动相应的执行机构，
实现对冲水器的冲水控制。
红外发射
单片机
处理部分
红外接收
放大驱动
部分
执行部分
图
2.1
系统组成框图
说明：为了防止紫外线进入红外传感器的收发头而带来干扰，应该在收发头前安装一个深
色玻璃。
2.3
系统检测原理
宇宙间的任何物体只要其温度超过绝对零度就能产生红外辐射
，事实上同可见光一
样，
其辐射能够进行折射和反射，
这样便产生了红外技术。
红外检测技术利用红外光波
（又
称红外线）作为载波来传送测量信号或者控制指令，如红外遥控电视开关、红外
报警器、
4
智能红外检测系统设计
自动玻璃门、
自动冲水器等。之所以采用红外光波作为控制光源，是由于红外发射器件与
接受器件的发
光与受光峰值波长一般为
0.88um
～
0.94um
，
落在近红外波段内，
而且两者的
光谱恰好重合，能很好的匹配，可获得较高的传输效率较高的可靠性。红外感
应原理：如
果有人靠近该设备，则红外光波受人体的反射，反射回来的红光波由红外接收
部分接收，
然后经单片机进行处理，并做出相应的控制决策，输出相应的动作指令，控制
信号经过控
制信号放大与驱动环节之后驱动相应的执行机构，实现相应的控制功能。
红外感应装置是靠探测人体发射的红外线而进行工作的。探头收集
外界的红外辐射通
过聚集到红外感应源上面。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件
在接收了红外辐射
温度发生变化时就会向外释放电荷，检测处理后发出信号。
（
1
）红外感应装置是以探测人体辐射为目标的。所以辐射敏感元件对波长为
10μ
m
左右
的红外辐射必须敏感。
（
2
）为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的滤光片，使环
境的干扰受到明显的控制作用。
（
3
）一旦人到达探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但
是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经单片机处理而作出相应
的动作。
（
4
）多视场的获得，一是多法线小镜面组成的反光聚焦，聚光到传感器
上称之为反射式
光学系统。另一种是透射式光学系统，是多面组合一起的透镜
——
菲涅尔透镜聚焦在红
外传感器上。
本设计所运用的红外检测原理为：
自动冲水器系统启动后，如果有人靠近，则红外光
波受人体的反射，反射回来的红光波由
红外接收部分接收，然后经单片机进行处理，并做
出相应的控制决策，输出相应的动作指
令，控制信号经过控制信号放大与驱动环节之后驱
动相应的执行机构，实现相应的控制功
能。
5
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第三章
系统的硬件设计
3.1
系统框图
如图
3.
1
所示
，本设计主要由光电传感器、信号处理电路、
AT89C51
单片机、控制电
路等硬件组成
。
电信号由光电传感器传输过来，经过滤
波、放大、整形后传送给单片机，
单片机接收到处理过的电信号后，发出相应的控制信号
，控制信号经放大后变成能够驱动
电磁阀的信号，通过电磁阀来控制冲水器进行冲水。<
/p>
3.2
单片机芯片介绍
光电传感器
信号处理
单片机
AT89C51
阀门控制
电路
图
3.1
系统框图
自单片机诞生以来的近
30
年中，单片机已有
70
多个系列、近
500
个机种。比较有名
的有
Intel
公司的
MCS
-48
系列、
MCS-51
系列、
MCS-96
系列产品。本系统中选用了
5
1
系
列中的
AT89C51
。
3.2.1
主要性能特点
MCS-51
系列单片机的典型产品为
8051
、
8751
、
8031
。它
们的基本组成和基本性能都
是相同的。常用的
MCS-51
这个术语，泛指以
8051
为内核的单片机
。
8051
是
ROM
型单片机，内部有
4KB
的掩
膜
ROM
，即单片机出厂时程序已由生产厂
家固化在程序存储器中；
8751
片内含有
4KB
的
EPROM
，
用户可以把编写好的程序用开发
机或编程器写入其中，需要修改时，可
以先用紫外线擦除器擦除，然后再写入新的程序；
8031
片内
没有
ROM
，使用时需在片外接
EPR
OM;
；
AT89C51
带
4K
字节闪烁可编程可擦
除只读存储器。
本设计采用
AT89C51
< br>作为整个设计的核心部分，
AT89C51
是一种带<
/p>
4K
字节闪烁可编
程可擦除只读存储器（
FPEROM
—
Flash
Programmable and Erasable Read Only Memory
< br>）的
低功耗、高性能
CMOS8
位微处理器。具有如下资源：
<
/p>
兼容
MCS
—
5
1
指令系统
4k
可反
复擦写
(>1000
次）
Flash
ROM
32
个双向
I/O
口
可编程
U
ARL
通道
两个
16
位可编程定时
/
计数器
全静态操作
6
智能红外检测系统设计
1
个串行中断
128x8bit
内部
RAM
两个外部中断源
共
6
个中断源
可直接驱动
LED
3
级加密位
低功耗空闲和掉电模式
3.2.2
引脚功能
本设计采用的
AT89C51
单片机
如图
3-2-1
。
1
．电源引脚：
VCC
：正常运行时
为
+5V
电源
VSS
：电源接地端
2
．
I/O
总线
(1)P0.0
～
P0.
7
：
图
3.2
89C51
引脚图
P0
口是一个
8
位双向
I/O<
/p>
口，每位能驱动
8
个
LS
型
TTL
负载。在访问外部贮
存器，
分时进行工作，在指令前半周期，
P0
< br>口作为地址总线，在指令的后半周期作为数据总线。
(
2)P1.0
～
P1.7
：
P1
口是一个带有上拉电阻的
8
< br>位双向
I/O
口，
当向
P1
口锁存器中写入
1
时，
P1
口为输入方式。
(3)P2.0
～
P2.7
：
P2
口也是一个带有上拉电阻的
8
位双向
I/O
口，
在访问外部贮存器时，
它输出高
8
位地址。
(4)P3.0
～
P3.7
：
P3
口也是
一个带有上拉电阻的
8
位双向
I/O<
/p>
口，
同时
P3
口
还有一些特
殊功能，以后将被介绍。
I/O
总线的使用
[3][4]
：
P0
口：由于
8
051
内部有程序存贮器，因而
P0
口
能作为地址
/
数据总线，分时输出外
部
存贮器的低
8
位地址
A0
—
A7
和传送数据
D0
—
D7
，所有地址由地址允许锁存信号
ALE
锁存到内部的地址锁存器中。
P1
口：
P1
口作
为准双向口，它的每一位可作为输入线或输出线，用户可以把
P1
口的
某些位作为输出线使用。另外的一些位作输入线使用。输出时，将“
1
”写入
P1
口的某一
位口锁存器，
则
Q
端上的输出场效应管
T
截止，
该位的输
出引脚由内部的拉高电路拉成高
电平。输出“
0
”时，将“
0
”写入口锁存器，输出场效应管
T
导通，引脚输出低电平，即
输出“
0
”
。
P2
口：同样是由于
8051
内部有程序存贮器，因此
P2
口能作为外部设备的输入
/
输出
口。一般情况下
P2
口只能作为系统扩展的高
8
位地址
总线口。
CPU
访问外部程序存贮器
时
，
P2
口输出程序存贮器的地址
A8<
/p>
—
A15
，
该地
址来源于内部的程序计数器
PC
的高
8
位
。
7
无锡职业技术学院毕业论文设计
P3
口：
P3
口为多功能口，它的第一功能
为准双向口，其特性和
P0
口相似，第二功能
< br>为特殊输入
/
输出线，其定义如下表所示：
表
3.1
P0
口引脚第二功能表
引脚
第二功能
P3.0
RXD(
串行输入线
)
P3.1
TXD(
串行输出线
)
P3.2
/INT0(
外部中断
0
输入线
)
P3.3
/INT1(
外部中断
1
< br>输入线
)
3.3.3
中断及定时
1
．中断：
引脚
第二功能
P3.4
T0(
定时器
T0
外部输入线
)
P3.5
T1(
定时器
T1
外部输入线
)
P3.6
/WR(<
/p>
外部数据存贮器写脉冲输入线
)
P3.7
/RD(
外部数据存贮器写脉冲输入线
)
中断是工业过程控制
及智能仪器用微型机或单片机应用最多的一种数据传送方式。所
谓中断就是由于外部或内
部事件而改变原来
CPU
正在执行顺序的一种工作机制。
在通常情
况下，单片机执行主程序，只要当正常状态出现故障或发出中
断请求时，单片机才暂时停
止执行主程序，转去执行或处理中断服务程序。执行完中断服
务程序后，再返回主程序继
续运行。一个计算机系统中断能力的强弱，是衡量计算机能力
的重要标志之一。而
8051
正是因为有很强的中断能力而被广
泛应用。
计算机的中断机制涉及到三个内容：中断源、中断控
制和中断响应。中断源是指引起
中断的事件；中断控制是指中断的允许
< br>/
禁止、优先和嵌套等处理方式；中断响应是指确定
中断
入口、保护现场、进行中断服务、恢复现场和中断返回等过程。
中断的作用：中断机制常用于计算机与外部数据的传送。利用中断机制可以较好的实
现
CPU
与外部设备的同步工作，实现实时处理。一些重要的实时
信号通常要求
CPU
做出
快速响应，<
/p>
如本系统中输入单片机的驱动信号，
如果
CPU
通过程序查询来监视这些信号不
仅会浪费大量时间，而且
很难做到快速响应。采用了中断机制后，实时信号作为中断请求
信号，使
CPU
快速进入中断响应状态，执行特定的中断服务程序，而平时
CPU
则执行实
时性要求不高的程序。
表
3.2
8051
单片机中断系统表：
中断源
外部中断
/INT0
外部中断
/INT1
串行通道中断
（
1
）中断源
中断入口地址
0003H
0013H
0023H
说
明
从
P3.2
引脚上来的外部中断申请
从定时器
0
的溢出
使
TF0
置位
,
发出申请
从
P3.3
引脚上来的外部中断申请
从定时器
1
的溢出使
TF1
置位
,
发出申请
完成操
作后
,
中断申请标志
T1
或
RI
置位
定时器
0
中断
T0
000BH
定时器
1
中断
T1
001BH
MCS-51
单片机有三类中断源：外部中断、定时器
/<
/p>
计数器中断和串行口中断。由于本
设计只用到了前两种中断，所以
这里主要介绍外部中断和定时器中断。
外部中断
：
外部中断源是由外部引脚
INT0
、
INT1
引入的。
8
智能红外检测系统设计
INT0
为外部中断
0
请求信号。
< br>编程者预先设置好哪些为有效的中断请求信号，
一旦出
现
有效的中断请求信号，会使专用寄存器
TCON
中的
IE0
位置位，由此向
CPU
提出
INT0
的中断请求。
INT1
为外部中断
1
请求信号。与
INT0
类似，一旦出现有效的中断请求信号
，会使专
用寄存器
TCON
中的
IE1
位置位，由此向
CPU
提出
INT1
的中断请求。
CPU
响应中断后会自动清除
TCON
中的中断请求标志位。
定时器中断：
定时器中断的中断源是由其溢出位引入的。
当定时器到达设定的
时间后，
其溢出位置位。
TF0
和
TF1
分别为定时器
0
和定时器
1
的溢出位，
它们位于专用寄存器
TCON
的
bit5
和
bit7
。
当定时器溢出时，
相应的
TF0
和
TF1
就会置
1
，
由此向
CPU
提出定
时器中断请求。
CPU
响应中断后会自动清除中断请求标志位。
（
2
）中断
控制
发生中断请求后，
CPU
通过中断控制方式响应中断请求，
编程者可根据设计需求设置
不同的中断控制方式。
8051
中断的控制方法：
8051
单片机中的中断方式的选择，中断的允许和禁止，以及中断优先
权的约定等等，
都是由相应的寄存器来控制。设计时，只要将相应的寄存器根据中断要求
进行置位或复位
即可。
CPU
执行中断
处理程序一直到
RETI
指令为止。
R
ETI
指令是表示中断服务程序的结
束。
CPU
执行完这条指令后，清“
0
”
响应中断时所置位的优先级状态触发器，然后从堆
栈重弹出顶上的两个字节到程序计数器
PC
，
CPU
从原来被中断处重新执行被中断的程序。
由此可见，用户的中断服务程序末尾必须安排一
条返回指令
RETI
，
CPU
现场的保护和恢
复必须由用户的中断服务程序实现。
（
3
）中断响应
CPU
响应中断的过程可分为设置标志、保护断点、
选择中断入口、进行中断服务和中
断返回五个部分。
响应中断后，硬件自动设置与中断有关的标志。
中断的断点保护是由硬件自动实现的，
当
CPU
响应中断后，
硬件把当前的
PC
寄存器
的内容压入堆栈。
根据不同的中断源，选择不同的中断入口地址送入
PC
，从而
转入相应的中断服务程
序。
由于各中
断入口地址间隔较近，通常可安排一条绝对转移指令，跳转到相应的中断服
务程序。不同
的中断请求会有不同的中断服务要求，中断服务程序也各不相同。
中断服务程序最后执行中断返回指令
RETI
，标志着中断
响应的结束。
本设计需要用到
MCS
—
51
单片机的外部中断
INT0
和
INT1
由于外部中断
INT0
和
< br>INT1
都有两种触发方式：
低电平触发和下降沿触发。
这两种方
式的选择由中断控制器
TCO
N
中的中断类型控制位
IT0
和
IT1
决定。
本系
统设计为
IT0=1
，下降沿触发的方式，
INT0
引脚上为负跳变（由高到低下降沿）
有效，
当有人来的时候
INT0
引脚接收到负跳变信
号并产生中断信号；
同样设定
IT1=1
，
下
9
无锡职业技术学院毕业论文设计
降沿
触发的方式，
INT1
引脚上为负跳变（由高到低下降沿）有效
，当人离开时
INT1
引脚
接收到负跳
变信号并产生中断信号。
IT0
、
I
T1
可由软件置位或清零。
2
．定时器：
MCS-51
单片机有两个定时器，分别为
T0
和
T1
。每个定时器有两个外部输入端（
T0
和
T1
）
、
两个
8
位的二进制加法
计数器
（
TH0
和
TH1
）
。
由两个内部特殊功能寄
存器
（
TMOD
、
TCON
）控制定时器的工作，其中
TMOD
是定时器模式控制寄存器，其格式如下表：
表
3.3
TMOD
格式表
寄存器名：
TMOD
位名称
地址：
89H
位地址
GATE
C/T
M1
M0
—
—
—
—
GATE
C/T
—
—
M1
—
M0
—
T
MOD
被分成两部分，每部分四位，分别用于定时器
0
和定时器
1
。其中
GA
TE
和
C/T
用于控制计数信号的输入
：
C/T=0
时，计数信号取自于内部，其计数频率为晶振频率
的
1/12
，此时工作于定时器模式；
C/T=1
时，计数信号来自于外部，此时工作于计数器模
式。
M1
和
M0<
/p>
用于定义定时器的工作方式。
TCON
是定时器控制寄存器，其格式如下表：
表
3.4
TCON
格式表
寄存器名：
TCON
地址：
88H
位名称
位地址
TF1
TR1
TF0
TR0
8CH
IE1
IT1
IE0
IT0
8FH
8EH
8DH
8BH
8AH
89H
88H
TCON
也被分成两部分，高四位用于定时器。其中
TR1
、
TR0
用于控制计数信号的
输
入，
TF1
、
TF0
为计数器的溢出位。
TR0
和
TMOD
中的
GATE
用于控制计数脉冲的接通，
通常有两种使用方法：
<
/p>
GATE=0
时，仅仅由程序设置
TR0
=1
来控制接通计数脉冲，由程序设置
TR0=0
来停
止计数。
GATE=1
时，先由程序设置
TR0=1
，然后由外部
TINT0=1
来控制接通计数脉冲，
INT0=0
则停止计数。
所以，
GATE
位是专门用来选择计数去启动方式的控制位，
GAT
E=0
时可由程序来启
动计数，
GAT
E=1
时可由外部硬件通过
INT0
端
来启动计数。
两个
8
位计数器均为加法计数器，它们的级联和计数范围是由
TMOD
中的
M1
和
M0
来控制的。
M1
和
M0
可设置四种内部计数的工作方式，如下表：
表
3.5
四种工作方式表
工作方式
M1
M0
0
1
2
3
0
0
1
1
0
1
0
1
功能
13
位二进制加法计数器
16
位二进制加法计数器
可重置初值的
8
位二进制加法计数器
计数范围
8192-
初值
65536-
初值
256-
初值
2
个独立的
8
位二进制加法计数器<
/p>
（对
T0
）
256-
初值
工作方式
0
特点是：主要为兼容早期的
MCS-48
单片机所保留，一般可用方式
1
代替。
工作方式
1
特点是：计数范围宽，但每次的初值都要由程序来设置。
工作方式
2
特点是：初值只需设置一次，每次溢出后
，初值自动会从
TH0
加载到
TL0<
/p>
或
10
智能红外检测系统设计
从
TH1
加载到
TL1
，但
计数范围较方式
1
小。
工作方式
3
特点是：增加了一个独立的计数器，但只
能适用于定时器
0
，而且占用了定时
器
1
的
TR1
和
TF1
，此时的定时器
1
只能用于不需要中断的应用。
四种工作方式对溢出
处理均相同，加法计数超出范围后，溢出信号将使
TCON
中的
TF0
或
TF1
置位，计数值回到
0
或初值，重新开始计数。
TF0
或
TF1
置位后，可向
CPU
提出中断请求。
TF0
和
TF1
在
CPU
响应中断后会自动复位，而在禁止中断响应时，也可
由软件来复位<
/p>
[1][2]
。
定时器
/
计数器
0
< br>和定时器
/
计数器
1
的中断由
TF0
和
TF1
置位产生。当两定时器的计
数器回零时产生溢出，使
TF0
和
TF1
置位向<
/p>
CPU
申请中断。
CPU
响应后，转入中断服务
程序，由硬件清除中断标志
TF
0
或
TF1
。定时器
< br>/
计数器的启停
：
T0
为定时方式
1,
在置
TR0=1
以后
,
定时立即开始
,
但在定时时间到后
,
还必须用软件再次装入初值、重新启动才能
开始新的定时。<
/p>
例如：
T1
为定时方式
< br>1,
在置
TR1=1
以后
,
定时立即开始
,
但
在定时时间到后
,
还必须用软件再次装入初值、重新启动才能开
始新的定时。
本设计需要用到定时器
/
计数器
0
和定时器
< br>/
计数器
1
：
< br>
（
1
）定时器工作方式的选择
：
定时器有
4
种工作方式
,
选择哪一种，首先要看这几种工作方式所允许的最
大时间间
隔。本设计所用的时钟为
12MHz
< br>时，一个机器周期为
1
μs
由于
定时器是对机器周期计数
的，所以：
8
位定时器最大定时间隔
：
2
8
×
1
μ
S=256
μ
S
13
位定时器最大定时间隔
：
2
13
×
1
μ
S=8.192ms
16
位定
时器最大定时间隔：
2
16
×
1
μ
S
＝
65.535ms
本系统要求定时间隔为
2
秒（及以上）
，这三种方式都不能满足。对于
较长的定时间
隔应采取复合的办法。例如，可将
T0
设成定时间隔为
50ms
，将
R1
设为循环次数
40
，就
能完成
2
秒的定时：
50ms×
40=2s
。
由于系统设定定时间隔为
50ms
，所以只能用方
式
1
。
（<
/p>
2
）
TMOD
（
Timer/Counter Mode Control
）<
/p>
—
方式控制字的设定：
系统用到两个定时器
T0
、
T1
，
并将
T1
定时器设成方式
1
，
T0
定时器设成定时方式
1
，
按这种方案考虑：
TMOD
的初值应该是：
11H
0
0
0
1
0
0
0
1 <
/p>
（
3
）定时
/<
/p>
计数初值的计算与装入：
当
T0
定时时间到后，产生溢出标志
TF0=1
，如果此时中断开放，可以产生中断；若
不采用中断，也可用软件查
询这个标志。同样，当
T1
计数次数到时，置
< br>TF1=1
，即可用
于中断请求，也可用于查询。
T0
与
T1
初值应按补码计算。实际计算方法是：假定初值为
X
< br>，由于本系统设计的定
时间隔
50ms
< br>，所以应该有：
(2
16
-
X)×1μS
＝
50ms
11
无锡职业技术学院毕业论文设计
X=15536=3CB0H
把
3CH
装入
TH0
，
B0H
装入
TL0
。
< br>
3.5.3
存储空间
MCS-51
系列单片机在物理上有
4
个存储空间：片内程序存储器和片外程序存储器，
片内数据存储器和片外数据
存储器
[3][4]
。
从逻辑地址空间分析，
MCS-51
有
3
个存储器空间：片内外统一的
64KB
的程序存储
器地址空间、
256B
的内部数据存储器地址空间以及
64KB
的外部数据存
储器地址空间。
下面主要介绍一下内部数据存储器。
内部数据存储器在物理上又可以分为
2
块：
00H-07FH
单元组成的低
128
字节的
RAM
块，如下图
3-5-
1
；
80H-0FFH
高
128
字节的专用寄存器块（
SFR
）
。
MCS-51
的内部
RAM
结构如下图。其中
00H-1FH
单元共
32
个字节是四个通用工作
寄存器区，
每个区还有
8
个工作寄存器，
编号为
R0-R7
。
专用寄存
器
PSW
中有
2
位专门用
来确定使用哪个工作寄存器区。
7FH
80B
30H
位寻址区
16B
2FH
位地址
20H
00H-7FH
1FH
3
区
低
128BRAM
18H
R0-R7
17H
2
区
10H
R0-R7
工作寄存器区
32B
0FH
1
区
08H
R0-R7
07H
0
区
00H
R0-R7
12
智能红外检测系统设计
3.3
各单元电路设计
单片机所需要的控制信号不能是原始信号，因为单片机对其控制信号有一定的要求。
本系统对信号的处理使用了低通滤波电路、施密特整形电路以及正反放大等电路，下面做
简单介绍。
3.3.1
低通滤波电路
图
3.1
低通滤波
本系统采用的一阶
RC
低通滤波电路
[7
]
，如图
3.1
所示。
（
1
）
传递函数
电路的微分方程为：
进行
S
域变换后可得
< br> RC
低通电路的传递函数是：
（
2
）幅频响应
令
<
/p>
=RC
，
带入微分方程并取拉氏变换可得
或者
由此可得幅频关系为：
由上式可知
w=1/
为该滤波器的截止频率，
红外信号的频率是已知的，
而
=RC
，
因此，
13