基于单片机的简易安防声光报警器设计

目 录第 1 章 序言第 2 章 计划任务书1、设计题目32、设计任务及要求33、设计内容34、元器件清单35、设计过程和有关说明4 5.1 警情探测5.2 报警设计第 3 章 芯片介绍1、MCS-51 单片机 42、MAX23253、四位一体七段共阴极显示数码管5第 4 章 设计及制作1、硬件电路设计61.1 时钟电路1.2 复位电路1. 3 串口电路1. 4 四位 7 段 LED 数码管1. 5 报警电路1. 6 声光报警输出电路2、程序设计2.1、程序流程图92.2、程序103、硬件制作及调试143.1 硬件制作3.2 程序调试第 5 章 总结2第 1 章 序言近年来，随着我国经济的迅速发展，城乡居民的生活水平有了显著提高，尤其是城镇居民的居住条件不断改善，人们在解决了居住问题后，日益关心的是居住是否安全。在购房时，安全性是考察物业管理水平是否完善的一个重要条件。尤其是那些流窜作案的犯罪分子，往往选择居民小区作为攻击目标，入室盗窃抢劫案件屡屡发生，以往的依赖小区保安人防为主的防范措施已满足不了人们的要求。利用安全防范技术进行防范首先对犯罪分子有种威慑作用，使其不敢轻易作案。如我们这次设计的简易安防声光报警器，可以安装在门口或玄关处，当有不法分子闯入时，利用门禁报警和红外报警双重保险，一方面可以提醒主人危险发生，另一方面也可以震慑不法分子。单片机课程设计是一门实践课程，要求学生具有制作调试单片机最小系统及外设的能力，能够掌握单片机内部资源的使用。单片机课程设计内容包括硬件设计、制作及软件编写、调试，学生在熟练掌握焊接技术的基础上，能熟练使用单片机软件开发环境Keil C51 编程调试，并使用 STC ISP 调试工具采用串口下载方式联调制作的单片机最小系统。单片机课程设计题目包含基本部分及扩展部分，基本部分即单片机最小系统部分，扩展部分是对单片机内部资源及外部 IO 口的功能扩展，使制作的单片机系统具有一定的功能。3第 2 章 计划任务书1、设计题目：简易安防声光报警器2、设计任务及要求自制一个单片机最小系统，包括串口下载、复位电路，采用两路外部中断输入门禁和红外探测两路信号（采用两个小按键模拟） ，中断信号输入后能将报警信息在四位一体数码管上显示，并输出声光报警信号。3、设计内容1、芯片简介2、电路各部分的组成和工作原理。3、元器件的选取及其电路逻辑图和功能。4、电路各部分的调试方法。5、在整机电路的设计调试过程中，遇到什么问题，其原因及解决的办法。4、元件清单STC89C54 单片机、串口芯片 MAX232、无极性电容、极性电容、发光二极管、电阻、小按键、芯片插座、插座、晶振、驱动5、设计过程和有关说明5.1 警情探测在该设计中，需采用两路外部中断输入门禁报警和红外报警，分别采用两个小按键模拟。其中一个按键模拟门禁报警，对应外部中断 1；另一个按键模拟红外报警，对应外部中断 2。5.2 报警设计正常状态下， 数码管显示 0，当发生门禁报警时，系统发出声光报警信息并在数码管显示 1；，当发生红外报警时系统发出声光报警信息并在数码管显示 2。只有由主人按下报警接触按钮或系统复位后，才能解除声光报警并将数码管的数字重置为 0。 第三章 芯片介绍1、ST89C51 单片机4MCS-51 把微型计算机的主要部件都集成在一块心片上，使得数据传送距离大大缩短，可靠性更高，运行速度更块。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化，抗干扰能力加强，工作亦相对稳定。因此，在工业测控系统中，使用单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。8051 是 MCS-51 系列单片机的典型产品。8051 单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM) 、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，其引脚图如图一：引脚介绍：电源：VCC - 芯片电源，接+5V；VSS - 接地端； 时钟：XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端控制线： ALE/PROG:地址锁存允许/ 片内 EPROM 编程脉冲： ALE 功能：用来锁存 P0 口送出的低 8 位地址； PROG 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN:外 ROM 读选通信号。 RST/VPD:复位/ 备用电源： RST（Reset ）功能：复位信号输入端； VPD 功能：在 Vcc 掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp:内外 ROM 选择/片内 EPROM 编程电源： EA 功能：内外 ROM选择端； Vpp 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，施加编程电源Vpp。 I/O 线： 4 个 8 位并行 I/O 端口：P0、P1 、P2、P3 口，共 32 个引脚。P3 口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线） 。 2、MAX232MAX232 芯片是美信公司专门为电脑的 RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v 单电源供电。引脚图如图二：引脚介绍：第一部分是电荷泵电路。由 1、2、3、4、5、6脚和 4 只电容构成。功能是产生+12v 和-12v 两个电源，提供给 RS-232 串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道。由 7、8、9、10、11、12、13、14 脚构成两个数据通道。其中 13 脚（R1IN） 、12 脚（ R1OUT） 、11 脚（T1IN） 、14 脚（T1OUT）为第一数据通道。8 脚（R2IN） 、9 脚（R2OUT） 、10 脚（T2IN） 、7 脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS 数据从 T1IN、T2IN 输入转换成 RS-232 数据从 T1OUT、T2OUT 送到电脑DB9 插头；DB9 插头的 RS-232 数据从 R1IN、R2IN 输入转换成 TTL/CMOS 数据后从R1OUT、R2OUT 输出。 5第三部分是供电。15 脚 GND、16 脚 VCC（+5v） 。3、四位一体七段共阴极显示数码管第 4 章 设计及制作1、硬件电路设计（Proteus 仿真）本设计的硬件电路主要包括的模块有：单片机最小系统、七段数码管显示模块、安防报警器（点触开关模拟） 、声光报警（声音由二极管模拟） ，下面将一一介绍。1.1 时钟电路时钟电路是单片机的心脏，它用于产生单片机工作所需要的时钟信号。单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。单片机的时钟产生方法有内部时钟方式和外部时钟方式，大多数单片机应用系统采用内部时钟方式，本系统采用的亦是内部时钟方式。在 MCS-51 芯片内部有一个高增益反相放大器，XTAL1 、XTAL2 引脚分别为该反相放大器的输入端和输出端，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。 此电路采用 11.0592MHz 的石英晶体。时钟电路如图四：图四：时钟电路61.2 复位电路复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把 PC 初始化为 0000H，使单片机从0000H 单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误是系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键以重新启动。MCS-51 单片机的复位电路由片内、片外两部分组成，进行复位操作时，外部电路需在复位引脚 RST 端产生大于两个机器周期的高电平信号， RST 引脚通过片内施密特触发器与复位电路相连（施密特触发器的作用是脉冲整型和抑制噪声） 。MCS-51 单片机的复位操作有两种方式：上电复位和上电按钮复位，本电路采用的是上电按钮复位，复位电路如图五：图五：复位电路1. 3 串口电路利用串行口芯片 MAX232 烧录入程序,单片机才能正常工作,电路如图六：图六：串口驱动电路1. 4 8 位数码管动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a,b,c,d,e,f,g,dp“的同名端连在一起，另外为每7个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。路图如图七：图七 数码管显示电路1. 5 报警电路本设计的红外报警和门禁报警采用的是按键报警，当按下按钮时，即输入报警信息。图八：报警电路1. 6 声光报警输出电路红灯亮表示一切正常。当发生红外报警或门禁报警时，红灯灭，绿灯亮，扬声器发出声音报警。电路图如图九所示：8图九：声光报警输出电路组合后的总仿真电路图如图十所示：图十 仿真电路图2、程序设计首先单片机上电复位，并进行初始化包括寄存器和数码管，当发生报警事件时，单片机驱动声光报警装置并且在数码管上显示相应的报警信息，退出中断时，单片机检测报警解除按钮，当报警解除按钮被按下时单片机关闭声光报警并清除数码管上的报警信息。2.1、程序流程图9上电复位EA=0数码管初始化INT0、INT1 均设为下降沿触发EA = 1P3.4 是否为0？检测 P3.4解除报警信息是 否终止图十一 主程序流程图10中断入口显示报警信息声光报警退出中断图十二 中断流程图2.2、程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit red=P10;sbit green=P11;sbit spe=P12;sbit bjjc=P13;sbit mjbj=P32;sbit hwbj=P33;void delay(uint ms)uchar i;while(ms-)for(i=0;i120;i+);void baojin()while(1)11green=1;red=0;spe=spe;delay(100);red=1;delay(100);if(!bjjc)break;void external_int0() interrupt 0delay(10);while(!mjbjbaojin();void external_int1() interrupt 2delay(10);while(mjbjbaojin();void main()P0=0x00;delay(100);while(1)P0=0x3f;red=1;green=0;spe=1;IE=0x8f;12IP=0x05;3、硬件制作及组装调试部分3.1 硬件制作硬件制作过程如下：1、领取元器件，检查元器件是否是自己所需要的；2、布局，综合考虑各个器件的引脚及接电源和节点的情况，对接线路径进行规划，尽量避免线路的重叠，要求做的美观、使用；3、焊接固定座槽，注意不要短路和段路；4、连接各条线路，不要错漏，也不要重复，这里尤其要小心；5、接线完毕进行检查，再把芯片装上去；6、下载程序；7、接通电源，测试；8、测试失败则用万用表对电路连线进行检查。完成后的实物图图十三 断电情况下13图十四 通电后的正常情况，解除报警或复位后图十五 通电后按下门禁报警按钮14图十六 通电后按下门禁报警按钮3.2 程序调试过程硬件：焊接四脚点触开关时，由于对器件不熟悉而将门禁报警电路中的开关剩余的两个脚接到了复位电路中，造成复位电路失效。后经检查发现并排除问题。时钟电路内由于没有找到 30pF 的电容，最终用了 24pF 的代替。第一次领到的器材中没有包括蜂鸣器，所以用一个绿色的发光二极管代替了，所以在报警时的真实情况是两个发光二极管同时闪烁。数码管中间区分 0 与 8 的发光二极管不亮，仔细排查后发现数码管是坏的。因不影响结果，没有更换好的。板面的布局上虽然没有出问题，但是都挤在一起，不美观，有待改进。程序：由于对 C 语言比较熟悉，所以在程序编写上选择使用 C 语言。但是单片机 C 语言与我所学过的 C 语言又有些许差异，比如文件名不同，P0.0 口要写成 P01 这种形式等。在编写程序时参考学习了郭天祥的 51 单片机 C 语言教程上面的例程，从点亮 P0.0 口开始，最终将程序编出后下载到已完成的同学的板子上检测，无误。第五章 总结单片机是自动化专业非常重要的专业课，学习的时候还算用心。但是当真正要做一样东西时，才发现自己学的很糊涂。拿到题目后发现很多东西都不记得了，只能翻书温习。我是先做的 Proteus 仿真，从最小系统开始做。单片机最小系统是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。应该包括：单片机、晶振电路、复位电路等。由于之前没有这类概念，因此查了很多资料才开始有所理解，并开始动手焊接板子。而在参数的选择方面，有很多参数都是经典的参数，但我也要求自己认真去分析了一下为什么要这么选择。有些15是因为单片机内部要求，有些是用于上拉电阻，还有些则要通过模电中的相关知识进行计算。这样一点一点对照着书本做出来的。对于