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单片机89C51做电梯自动控制系统设计
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基于89C51单片机串口通信程序的设计
& && &&&MCS-51系列单片机上有一个通用异步接收／发送器UART，通过引脚RXD[P3．O]和TXD[P3．1]可与外音B电路进行全双工的串行异步通信，发送数据时由TXD端送出，接收时数据由RXD端输入。本文将具体介绍单片机串口的特点和编程方法，并且在最后给出一个实用的单片机与计算机通过串口通信的程序。
& & 串行接口的基本特点
& && &&&MCS-51单片机的串行端口有4种基本工作方式，通过编程设置，可以使其工作在任一方式，以满足不同场合的需要。其中方式0主要用于外接移位寄存器，以扩展单片机的I／O电路；工作方式1多用于双机之间或与外设电路的通信；方式2、3除有方式1的功能外，还可以作多机通信，以构成分布式多微机系统。
& && & 串行端口有两个控制寄存器SCON、PCON，用于设置工作方式、发送或接收的状态、特征位、数据传送波特率[每秒传送的位数]以及作为中断标志等。
& && & 串行端口有一个数据寄存器SBUF[在特殊功能寄存器中的字节地址为99H]，该寄存器为发送和接收所共用。发送时，只写不读；接收时，只读不写。在一定条件下，向SBuF写入数据就启动了发送过程；读SBuF就启动了接收过程。
& && & 串行端口的波特率可以用程序来控制。在不同工作方式中，由时钟振荡频率的分频值或由定时器T1的定时溢出时间确定，使用十分方便灵活。
& & 串口控制寄存器
& & 1. 特殊功能寄存器SCON
& & 它用于定义串行口的工作方式及实施接收和发送控制。字节地址为98H，其各位定义如下表：
& & SM0、SM1：串行口工作方式选择位，其定义如下：
SM2：多机通讯控制位，仅用于方式2和方式3。当发送数据时SM2必须有软件设置为1；接收数据时，如果SM2=1只有接收到的第9位数据为1时，RI才置位；如果SM2=0只要接收第9位数据，RI就置位。
& & REN：接收允许控制位。由软件置位(REN=1)才允许接收，又由软件清O(REN=0)来禁止接收。
TB8：是要发送数据的第9位。在方式2或方式3中，要发送的第9位数据，根据需要由软件置1或清0。例如。可约定作为奇偶校验位,或在多机通讯中作为区别地址帧或数据帧的标志位。
RB8：接收到的数据的第9位。在方式0中不使用RB8。在方式1中，若(SM2)=O，RB8为接收到的停止位。在方式2或方式3中，RB8为接收到的第9位数据。
TI：发送中断标志。发送数据前必须软件清0，发送过程中TI一直为0，当发送完一帧数据后，由硬件自动置1。如果要再发送，必须用软件再清0。在编写串行通信程序的时候，可以使用软件查询TI的方法获得数据是否已发送完毕。
RI：接收中断标志位。接收数据前必须软件清0，接收过程中RI一直为0，当接收完一帧数据后，由硬件自动置1。如果要再接收，必须用软件再清0。在编写串行通信程序的时候，可以使用软件查询RI的方法获得数据是否已接收完毕。
& & 2. 特殊功能寄存器PCON
& & PCON的字节地址为87H，它的第7位SMOD是与串口的波特率设置有关的选择位。
& & SMOD：波特率加倍位。在计算串行方式1、2、3的波特率时SMOD=0波特率不加倍；SMOD=1波特率加倍。
& & MCS-51单片机的串行的工作方式
& & MCS-51单片机的全双工串行口可编程为4种工作方式，现分述如下：
& & 1方式O
& & 方式0为移位寄存器输入／输出方式。可外接移位寄存器以扩展I／O口，也可以外接同步输入／输出设备。波特率固定为fosc／12，其中fosc为时钟频率。
& & 8位串行数据是从RXD输入或输出，TXD用来输出同步脉冲。
输出：串行数据从RXD引脚输出，TXD引脚输出移位脉冲。CPU将数据写入发送寄存器SBUF时，立即启动发送，将8位数据以fos／12的固定波特率从RXD输出，低位在前，高位在后。发送完一帧数据后，发送中断标志TI由硬件置位。
输入：RXD为串行数据输入端，TXD仍为同步脉冲移位输出端。当(R1)=0且(REN)=1时，开始接收。当接收到第8位数据时，将数据移入接收寄存器，并由硬件置位RI。
左面两图分别是方式0扩展输出和输入的接线图，74LS164／74LS165是移位寄存器，将单片机输出的串行数据变为8位并行数据，将外部输入的8位并行数据变成串行数据。
& & 2方式1
& & 方式1为波特率可变的10位异步通讯接口方式。发送或接收一帧信息，包括1个起始位0，8个数据位和1个停止位1。其中的起始位和停止位在发送时自动插入的。
& & 输出：当CPU执行一条指令将数据写入发送缓冲SBUF且TI=0时，就启动发送。串行数据从TXD引脚输出，发送完一帧数据后，就由硬件置位TI。
输入：在(REN)=1时，串行口采样RXD引脚，当采样到1至O的跳变时，确认是串行发送来的一帧数据的开始位0，从而开始接收一帧数据。只有当8位数据接收完，并检测到高电平停止位后，只有满足①(R1)=0；②(SM2)=0或接收到的第9位数据为1时，停止位才进入RB8，8位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志RI；否则信息丢失。所以在方式1接收时，应先用软件清零RI和SM2标志。
& & 3. 方式2
& & 方式2为固定波特率的11位uART方式。它比方式1增加了一位可程控为1或0的第9位数据。
输出：发送的串行数据由TXD端输出一帧信息为11位，附加的第9位来自SCON寄存器的TB8位，用软件置位或复位。它可作为多机通讯中地址／数据信息的标志位，也可以作为数据的奇偶校验位。当CPu执行一条数据写入SuBF的指令且TI=0时，就启动发送器发送。发送一帧信息后，置位中断标志TI。
输入：在(REN)=1时，串行口采样RXD引脚，当采样到1至O的跳变时，确认是串行发送来的一帧数据的开始位0，从而开始接收一帧数据。在接收到附加的第9位数据后，当满足①(RI)：0；②(SM2)=0或接收到的第9位数据为1时，第9位数据才进入RB8，8位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志Ri；否则信息丢失。且不置位RI。
& & 4. 工作方式3
& & 方式3为波特率可变的11位UART方式。除波特率外，其余与方式2相同。
& & 波特率的选择
如前所述，在串行通讯中，收发双方的数据传送率(波特率)要有一定的约定。在MCS-51串行口的四种工作方式中，方式0和2的波特率是固定的，而方式1和3的波特率是可变的，由定时器T1的溢出率控制。
& & 1．方式O
& & 方式0的波特率固定为主振频率&&的1/12。
& & 2．方式2
方式2的波特率由PCON中的选择位SMOD来决定，可表示为：波特率=2sMoD×fosc／64也就是当SMOD=1时，波特率为1／32×fosc，当SMOD=0时，波特率为1／64×fosc。
& & 3．方式1和方式3
& & 定时器T1作为波特率发生器，其公式如下：
& & 波特率=2SMOD／32×定时器T1溢出率
& & T1溢出率=T1计数率／产生溢出所需的周期数
式中T1计数率取决于它工作在定时器状态还是计数器状态。当工作于定时器状态时，T1计数率为fOSC门2：当工作于计数器状态时，T1计数率为外部输入频率，此频率应小于fOSC／24。产生溢出所需周期与定时器T1的工作方式、T1的预置值(×]有关。
& & 定时器T1工作于方式O：溢出所需周期数=8192-×
& & 定时器T1工作于方式1：溢出所需周期数=65536-X
& & 定时器T1工作于方式2：溢出所需周期数=256-X
& & 因为方式2为自动重装入初值的8位定时器／计数器模式，所以用它来做波特率发生器最恰当。这种方式下，T1的溢出率[次／秒]计算式可以表示为：
& & T1溢出率=fsoc／12[256-X]
& & 于是波特率(位／秒)表达式为：
& & 当时钟频率选用11．0592MHz时，取易获得标准的波特率，所以很多单片机系统选用这个看起来“怪”的晶振就是这个道理。
左表列出了定时器T1工作于方式2常用波特率及初值。
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视频监控作为一种远程监测、监控手段，以其信息的丰富性和结果的直观性受到诸多行业的青睐，被广泛应用于自动控制、产品检测、安全监控、信息采集等领域。
视频监控作为一种远程监测、监控手段，以其信息的丰富性和结果的直观性受到诸多行业的青睐，被广泛应用于自动控制、产品检测、安全监控、信息采集等领域。其基本工作原理是通过摄像机采集被监视对象的图像信息，并传送到相应的终端设备和控制设备，实现监控功能。在这些系统中，摄像机拍摄的图像质量往往是系统应用效果的决定性因素，因此必须根据拍摄现场的条件对摄像机进行适当的控制。
目前，监控系统中采用的摄像机从结构上主要分为两类，一类是具有内置镜头的一体化摄像机，另一类是需要选配镜头的独立摄像机。前者结构简单使用方便，并且具备多种控制功能，允许用户直接通过相关设备远端控制各项拍摄参数(包括光圈大小、快门速度、图像增益、图像聚焦、变焦等)，运用灵活，但是由于其内置镜头性能的影响，限制了它的使用范围，在一些环境特殊或者拍摄要求较高的场合并不适用。而后一类摄像机可以根据拍摄现场的需要选配合适的摄像镜头，从而满足各种拍摄需要，但是对这类摄像机拍摄参数的控制相对困难，尤其是对光圈、聚焦、变焦等参数的调节必须通过对镜头本身进行控制来实现，因此需要额外增加一组摄像镜头控制电路来完成这一功能。
本文针对这一问题，讨论了三可变摄像镜头的控制方式和控制电路设计。
2 摄像镜头控制原理
摄像机镜头的主要参数包括：配套摄像机CCD(Charge CoupLED DevICe电荷耦合器，即摄像机的光感元件)的大小、焦距、光圈、聚焦方式和接口，其中焦距、光圈和聚焦是在拍摄过程中需要精心调节的参数，尤其是光圈大小的调节更是摄像机适应光线变化的根本方法。按照摄像机镜头光圈的调节方式，镜头主要分为自动光圈和手动光圈两类。
自动光圈镜头根据驱动方式的不同分为视频驱动和直流驱动两种，但是都可以根据摄像机成像的亮度，通过镜头内部电路自动调节光圈的大小，从而达到较好的拍摄效果。这类镜头不需要过多的外部控制电路，尤其是视频驱动自动光圈镜头，仅需要将摄像机产生的视频图像模拟信号接入镜头光圈控制端即可。这类镜头虽然可以根据外部光线的情况自动调节光圈大小以达到较好的成像效果，但是由于其调节过程对于外部控制器是不开放的，因此在一些需要系统控制器进行特殊控制的场合并不完全适用。另外。目前的高清晰工业摄像机往往没有视频图像的模拟输出，因此使用自动光圈镜头也存在一些困难。
手动光圈镜头分为定焦镜头、手动光圈变焦镜头和三可变镜头。其中，定焦镜头和手动光圈镜头都需要通过手工调节镜头的光圈、聚焦等参数实现镜头的调节，因此对于自动工作的系统适应性较差。三可变镜头可以通过镜头内部电机进行光圈、变焦、聚焦的调节，实现镜头参数的完全电可控，便于自动控制系统和远端监控根据实际应用需要用程序调节镜头的拍摄参数．以满足特定的拍摄要求。本文主要针对这一类镜头，并以Computar的H6Z0812M型TV ZOOM LENS三可变镜头为例讨论其控制电路的设计。
此镜头的控制主要通过在三对控制信号线上加载+8 V～+12 V或-8 V～12 V电源实现。这三对控制信号线分别对应光圈、变焦、聚焦参数的调节，而每对控制信号的电源极性和存在时间长短决定了参数变化的方向和变化量的大小。例如：在光圈控制端输入+12 V电源则光圈变大，通电时间越长光圈开的越大：反之，输入-12 V电源则光圈变小。通电时间越长则光圈变得越小。本文所讨论的镜头控制电路主要按照系统终端或计算机的控制指令，为三可变镜头的三个输入端提供具有精确脉冲宽度、正确极性和合适幅度的控制电压信号，实现系统控制器对镜头参数的完全控制。
3 三可变镜头控制电路设计
根据前面的介绍，可以确定三可变镜头的控制电路完成控制功能需要三个步骤：1)与控制计算机进行通信，接收控制指令；2)解析控制指令的内容，生成基本控制信号；3)控制功率电路产生镜头控制所需的控制信号。由于需要完成数据通讯和指令解析的功能，本文选择具有串行通信接口的51系列单片机89C51为核心设计镜头的控制电路。电路与上述三个步骤的工作相对应，分为串行通信电路、中心控制电路、执行电路三个部分。
3.1 串行通信电路
89C51单片机的串行接口采用了TTL电平方式，即2.4 V以上代表数字1，0.45 V以下代表数字0，而一般的标准串行通信标准RS232则用大于+2V的电压表示数字0，用小于-2 V的电压表示数字1。因此，89C51与控制计算机之间的串行通信接口必须经过电压转化。一般的方法是采用专用器件(如MAX232等)完成这一转换，但是需要额外提供一组±12 V电源，不利于设备的安全，另外由于电路只需要接收串行信息，因此本设计采用如图1所示的电路完成电平转换，实现串行通信。
当RS232传送数字“0”时，TXD和GND之间出现一个大于+2 V的电压，光电耦合器TLP521一次侧发光，二次侧导通，输出低电平，对应TTL逻辑“0”；当RS232传送数字“1”时，TXD和GND之间出现一个小于-2 V的电压，光电耦合器TLP521一次侧不发光，二次侧不导通，输出高电平，对应TTL逻辑“1”，从而完成了电平转换，实现了串行数据的接收。这一电路不需要额外提供±12V电源，而且能够避免控制计算机与镜头控制电路的直接电气连接，对于野外应用具有更高的安全性。
3.2 执行电路设计
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&详细说明：　 基于AT89C51单片机设计一个4层电梯单片机控制系统。该系统应满足的功能要求为：
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