通信工程毕业设计（论文）-基于单片机控制防盗报警系统的设计.doc

2010届届 分 类 号：tp315 单位代码：10452 学士学位毕业设计（论文 ） 基基 于于 单单 片片 机机 控控 制制 防防 盗盗 报报 警警 系系 统统 的的 设设 计计 姓 名 学 号 年 级 2006 专 业 通信工程通信工程 系 （院） 信息学院信息学院 指导教师 2010 年 4 月 23 日 anti-theft alarm system based on mcu control byby qinqin qinqin supervisor: xu bo aprilapril 20102010 诚诚 信信 声声 明明 本人呈交给临沂师范学院的这篇毕业论文，除了所注参考文献和世所公 认的文献外，全部是本人在指导老师指导下的设计成果。 学生签名： 日 期： 经检查该毕业设计（论文）为独立完成，不存在抄袭现象。 指导老师签名： 日期 基于单片机控制防盗报警系统的设计 摘摘 要要 随着经济的发展，人们对防盗、防劫、防火保安设备的需求量大大增加。针对偷 盗、抢劫、火灾、煤气泄漏等事故进行检测和报警的系统，其需求也越来越高。本设 计是利用单片机对防盗报警系统进行控制，系统要求能对 16 个以上的监测点进行自动 监测。是以单片机为核心构成防盗报警系统，以完成用户键盘输入，数码（可汉字液 晶）显示、故障状态指示为主，完成报警检测，若有报警事故发生，可向外界发出声 光报警信号。设计运用单片机技术设计了一新颖红外线防盗报警器。而本设计中的输 入部分主要是各种各样的传感器。不同类型的探测器用不同的手段探测各种入侵行为； 不同作用的传感器，也可检测出不同类型的情况。具体到设计时,又分硬件设计和软件 设计，硬件设计主要分两大部分：单片机部分和检测部分。软件设计分主程序设计和 中断子程序设计。在完成正文部分后，主要工作就是要进行调试，为了实现设计预计 现象，软件和硬件都要作必要的修改。 关键词：关键词：单片机；报警器；传感器 基于单片机控制防盗报警系统的设计 abstract with the economic development, peoples security, anti-robbery, fire greatly increased the demand for security equipment. for theft, robbery, fire, gas leakage detection and alarm incident systems, their needs become more sophisticated. this design is the use of microcomputer control of the anti-theft alarm system, the system requirements can be more than 16 monitoring points for automatic monitoring. is a single chip as the core components of anti-theft alarm system, in order to complete user keyboard input, digital (ke han zi lcd) xian shi, guzhangzhuangtai zhishiweizhu, complete baojingjiance, if baojing accident could have happened to waijie audible and visual alarms signal. design using microcontroller technology to design a new infrared burglar alarm. the input of this part of the design is mainly a variety of sensors. different types of detectors with a variety of different means of detecting intrusions; the different roles of the sensors can also detect different types of situations. specific to the design, is divided into hardware and software design, hardware design, two main parts: mcu part and test part. software design and interrupt subroutine sub main program design. after completing the body of the main work is to debug, the phenomenon is expected to achieve design, software and hardware must make the necessary changes. key words：single-chip microcomputer；alarm；sensor 基于单片机控制防盗报警系统的设计 目目 录录 前 言.1 第 1 章方案选择论证.2 1.1 单片机的选择.2 1.2 显示器工作原理及其选择.2 1.3 液晶显示和数码显示.3 1.4 防盗报警选择传感器的选择 3 第 2 章单片机系统的硬件设计.5 2.1 硬件系统总体设计.5 2.2at89c51 芯片的介绍.5 2.2.1 引脚功能.6 2.2.2 结构原理7 2.2.3at89c51 定时器/计数器相关的控制寄存器介绍 .9 2.2.4max708 芯片介绍.9 2.3 单片机复位设置 10 2.4 8255a 芯片介绍 .11 2.4.1 8255a 的引脚和结构.11 2.4.2 8255 的工作方式12 2.4.3 8255 的控制字15 2.5 at89c51 与 8255 的接口电路15 2.6 显示部分 16 2.6.1 七段显示译码器.16 2.6.2 7448 译码驱动17 2.6.3 单片机与 7448 译码驱动器及 led 的连接18 2.6.4 外部地址锁存器.19 第 3 章检测信号放大电路设计.21 3.1 热释红外线传感器典型电路 21 3.2 红外光敏二极管警灯电路 22 3.2.1 光敏二极管控制电路23 3.3 红外线探测信号放大电路设计.24 3.3.1 光电耦合器驱动接口.26 3.3.2 集成电路运算放大器27 3.3.3 精密多功能运算放大器 ina105 27 3.3.4 低功耗、双运算放大器 lm358.29 第 4 章软件设计.31 4.1 主程序设计.31 4.2 核对子程序设计 32 4.3 中断子程序设计 32 4.4 读数子程序设计 33 基于单片机控制防盗报警系统的设计 4.5 程序设计说明 34 4.6 程序清单 35 结 论.39 参考文献.40 致谢.41 基于单片机控制防盗报警系统的设计 1 前前 言言 单片机现在已越来越广泛地应用于智能仪表、工业控制、日常生活等很多领域， 可以说单片机的应用已渗透到人类的生活、工作的每一个角落，这说明它和我们每个 人的工作、生活密切相关，也说明我们每个人都有可能和有机会利用单片机去改造你 身边的仪器、产品、工作与生活环境。 红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，他在各领域都得到广泛的应用。 由于他是不可见光，因此用他做防盗报警监控器，具有良好的隐蔽性，白天黑夜均可 使用，而且抗干扰能力强。这种监控报警装置广泛应用与博物馆、单位要害部门和家 庭的防护。 通常红外线发射电路都是采用脉冲调制式。红外接收电路首先将接收到的红外光 转换为电信号，并进行放大和解调出用于无线发射电路的调制信号。当无人遮挡红外 光时，锁相环输出低电平，报警处于监控状态；一旦有人闯入便遮挡了红外光，则锁 相环失锁，输出高电平，驱动继电器接通无线发射电路，监控室便可接收到无线报警 信号，并可区分报警地点。 当我们考虑的范围广一点：若是在小区每一住户内安装防盗报警装置。当住户家 中无人时，可把家庭内的防盗报警系统设置为布防状态，当窃贼闯入时，报警系统自 动发出警报并向小区安保中心报警。周界报警系统：在小区的围墙上设置主动红外对 射式探测器，防止罪犯由围墙翻入小区作案，保证小区内居民的生活安全。 有的防盗报警系统还连有上位机。将探测器发回的现场信号按防区的类型与主机 的工作状态（布防、撤防）作出逻辑判断，进而发出报警。一个防盗系统的功能主要 体现在报警主机的功能上。 本设计是利用单片机对防盗报警系统进行控制，系统要求能对 16 个以上的监测点 进行自动监测。是以单片机为核心构成防盗报警系统，以完成用户键盘输入，数码 （可汉字液晶）显示、故障状态指示为主，完成报警检测，若有报警事故发生，可向 外界发出声光报警信号。系统基本框图如下所示: 基于单片机控制防盗报警系统的设计 2 图 1.1 系统基本框图 报警电路 显示电路 单 片 机 检测电路 警语播放电路 键盘输入 单片机防盗报警系统主要用于宾馆、仓库、居民楼等场所，它能对受监测点进行 自动监测。一旦出现盗情，由单片机接收有效信号，并发出报警命令，即进行声光报 警，并指示被盗地点，提醒有关人员进行有关措施。该防盗报警系统具有结构简单、 可靠性高、成本低等优点。若更换其他的传感器，该系统还可以用于火灾报警、煤气 泄漏等报警。 基于单片机控制防盗报警系统的设计 3 第第 1 1 章章 方案选择论证方案选择论证 1.11.1 单片机的选择单片机的选择 本设计采用低功耗，高性能的 89c51 单片机,北京集成电路设计中心推出的 biatu89c51 的单片机。是一种低功耗，高性能的含有 4k 字节快檫写可编程檫除只 读存储器（eeporm）的 8 位 cmos 单片机，时钟频率高达 24mhz，与 8031 的指令系统和 引脚完全兼容。芯片上的 eeprom 允许在线（5v）电檫除，点写入或采用通用的非易 失存储器对程序存储器重复编程。此外，biatu89c51 还支持由软件选择的二种掉电 工作方式。非常适用于电池供电或其他要求低供耗场合。由于芯片内的 4程序存储器 可在线或用编程器重复编程，受到了应用设计者的欢迎，并得到较为广泛的应用。 1.21.2 显示器工作原理及其选择显示器工作原理及其选择 点亮显示器有静态和动态两种方法。所谓静态显示就是当显示器显示某一个字符 时，相应的发光二级管恒定地导通或截止，例如 7 段显示器 a,b,c,d,e,f 导通,g 截止， 显示 0。这种显示方式每一位都需要有一个 8 位输出口控制，静态显示时，较小的电流 可以得到较高的亮度且字符不闪烁，所以可以采用 8255a 的输出口直接驱动。在单片 机串行口方式 0 应用中，也是采用静态显示方法。当显示器位数较少时采用静态显示 的方法是适合的。当位数较多是，用静态显示所需 i/o 口太多，一般采用动态显示方 法。 所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮显示器各个位（扫描） ，对于显示器的每一 位来说，每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必须 保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。显示的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间 和间隔时间有关。调整电流和时间参数，可实现亮度较高较稳定的显示。若显示的位 数不大于 8 位，则控制显示器公共位只需要一个 i/o 口（称为扫描口） ，控制显示器的 各位所显示的字型也需一个 8 位口（称为段数据口） ，为了防止闪烁，显示的时间在 12ms。 1.31.3 液晶显示和数码显示液晶显示和数码显示 led 是一种离子注入型全固体半导体发光器件，它的电压低，正好与 ttl 电路匹配， 发光效率高，寿命最长，是目前仪表数字显示的主体。 基于单片机控制防盗报警系统的设计 4 lcd 是低电压驱动，极微小功耗，与 cmos 功耗电路可直接匹配，是 lsi 的孪生兄 弟，此外其极薄的扁平结构立刻眼在极亮的环境光下使用，以及信息容量大，生产容 易等等，都充分显示了它的优越性能。 但是液晶显示一个最大的缺点，是工作温度范围较窄，特别是低湿范围不够，液 晶显示器不宜施加直流电压，一般来说，使用液晶显示信息，需要液晶材料或器件， 相应的驱动系统和控制系统三者统一。 在本设计中只需要使用几个数字来表示被盗地点，用液晶显示就显得浪费了，而 数码显示就简单便宜了。 1.41.4 防盗报警选择传感器的选择防盗报警选择传感器的选择 目前，用于防盗报警的传感器,市场上大多为红外线或微波类产品，分为主动式和 被动式二种。由于误报等原因本设计采用被动式探头。它的工作原理比较简单：发射 器按一定的频率发射出脉冲式的红外波束和微波，对方的接收器则按相同的频率接收 红外波束或微波。当一发一收的频率经中心控制器判别一致时，表明波束行进的方向 没有物体存在。反之，光束行进路径上有异物遮挡，光束被反射、散射，接收器接受 的信号就会丢失，从而发出报警信号。 而本设计输入部分主要是各种各样的传感器。不同类型的探测器用不同的手段探 测各种入侵行为，如人体的移动、物体的震动、玻璃的破碎和门窗的开关等，系统将 所得的信号进行逻辑判断，发出警报。常用的传感器有对射红外探测器、磁控管（门 磁） 、震动开关、被动红外探测器（pir） 、双鉴探测器、烟感、温感探测头等。这些传 感器不仅可以对室内的门、窗、敞开的阳台、固定玻璃、保险箱等的异常情况进行监 测，而且还能对家中的火警进行监测。在家中无人的情况下还具有探测有无物体移动 的功能，以发现家中是否有偷窃等异常情况。这些器件有效地各施其则，为控制单元 传送现场的资料，提供报警控制。本设计采用热释红外线传感器，通过探测人体特有 的红外线来检测 盗情。 基于单片机控制防盗报警系统的设计 5 第第 2 2 章单片机系统的硬件设计章单片机系统的硬件设计 由于该系统主要用于多点集中检测报警，故应能对受监测点进行巡回检测，为防 止误报警，当检测到某点有盗请时该系统应延时再进行检测一次，若确有盗情方可报 警，并用数字指示出被盗地点。该系统的传感器可选用接触式、断开式等开关量传感 器；系统终端部分选用音响报警电路及数码显示电路；其中数码显示由译码驱动器译 码驱动。 本章节主要介绍单片机系统的硬件设计及其相关芯片的概述和各部分的接口电路。 2.12.1 硬件系统总体设计硬件系统总体设计 硬件结构图如图 2.1 所示，主机选用 89c51 单片机，地址锁存器选用 74ls373，数 码显示部分选用共阴极数码管，放大器、扬声器及多点检测电路选用 8255 并行 i/o 口。 由于 8255 每片 3 个口，每个有 8 个点，故每片 8255 可监测 24 个房间，若需要，还可 以增加 8255 的数量。 图 2.1 系统结构硬件总图 2.2at89c512.2at89c51 芯片的介绍芯片的介绍 at89 系列单片机（简称 89 系列单片机）是 atmel 公司的 8 位 flash 单片机。这个 基于单片机控制防盗报警系统的设计 6 系列单片机最吸引人的特点就是在片内含有 flash 存储器，因此它有着十分广泛的用 途，特别是在便携式和需要特殊信息保存的仪器和系统中显得更为有用。 89 系列单片机是以 8031 核构成的，所以与 8051 系列单片机相互兼容。这个系列 对于以 8051 为基础的系统来说，进行取代和构造十分容易。89 系列单片机的内部结构 与 80c51 相近，主要含有以下几个部件： 1.8031cpu；2.振荡电路；3.总线控制部件； 4.中断控制部件；5.片内 flash 存储器； 6.片内 ram；7.并行 i/o 接口；8.定时器； 9.串行 i/o 接口； 图 2.2 at89c51 引脚图 2.2.12.2.1 引脚功能引脚功能 1、i/o 口线, at89c51 引脚图如图 2.2 所示。 （1）p0 口8 位、漏极开路的双向 i/o 口。 当使用片外存储器及扩展 i/o 口时，p0 口作为低字节地址/数据线复用。 p0 口也 可做通用 i/o 口使用，但需要加上拉电阻，变为准双向口。当作为普通输入时，应将 输出锁存器置 1。p0 口可驱动 8 个 ttl 负载。 （2）p1 口8 位、准双向 i/o 口，具有内部上拉电阻。 p1 口是为用户准备的 i/o 双向口。 （3）p2 口8 位、准双向 i/o 口，具有内部上拉电阻。 当使用片外存储器或外扩 i/o 口时，p2 口输出高 8 位地址。p2 口也也可做通用 i/o 口使用。用做输入时，应将输出锁存器置 1。p2 口可驱动 4 个 ttl 负载。 （4）p3 口8 位、准双向 i/o 口，具有内部上拉电阻。 p3 口也可做通用 i/o 口使用。用做输入时，应将输出锁存器置 1。p3 口还提供各种 替代功能，如表 2.1 所示。 表 2.1 p3 口替代功能 引脚替代功能说明 p3.0rxd串行数据接收 p3.1txd串行数据发送 p3.2外部中断 0 申请 p3.3外部中断 1 申请 p3.4t0定时器 0 外部事件计数输入 ea/vp 31 x1 19 x2 18 reset 9 rd 17 wr 16 int0 12 int1 13 t0 14 t1 15 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 p00 39 p01 38 p02 37 p03 36 p04 35 p05 34 p06 33 p07 32 p20 21 p21 22 p22 23 p23 24 p24 25 p25 26 p26 27 p27 28 psen 29 ale/p 30 txd 11 rxd 10 vcc 40 gnd 20 at89c51 基于单片机控制防盗报警系统的设计 7 p3.5t1定时器 1 外部事件计数输入 p3.6外部 ram 写选通 p3.7外部 ram 读选通 2、控制信号线 （1）rst复位输入信号，高电平有效。在振荡器稳定工作时，在 rst 引脚施加两 个机器周期（即 24 个晶振周期）以上的高电平，将器件复位。 （2） 外部程序存储器访问允许信号 ea（external access enable） 。 当信号接地时，对 rom 的读操作限定在外部程序存储器，地址为 0000hffffh；当接 vcc时，对 rom 的读操作从内部程序存储器开始，并可延续至 外部程序存储器。 （3）片外程序存储器读选通信号 psen（program stroe enable）,低电平 有效。在片外程序存储器取址期间，当 有效时，程序存储器内容被送至 p0 口 （数据总线） ；在访问外部 ram 时，无效。 （4）低字节地址锁存信号 ale（address latch enable） 。 在系统扩展时，ale 下降沿将 p0 口输出的低 8 位地址锁存在外接的地址锁存器中， 以实现低字节地址和数据分时传送。此外，ale 端连续输出正脉冲，频率为晶振频率的 1/6，可用做外部定时脉冲使用，但要注意，每次访问外 ram 时要丢失一个 ale 脉冲。 3、电源线 （1）vcc电源电压输入引脚。 （2）gnd电源地。 4、外部晶振引线 （1）xtal1片内振荡器反向放大器和时钟发生线路的输入端。使用片内振荡器， 连接外部石英晶体和微调电容。 2.2.22.2.2 结构原理结构原理 at89c51 基本组成框图如图 2.3 所示。下面简要说明各部分的组成及功能： 基于单片机控制防盗报警系统的设计 8 中断控制 cpu 片内 flash 存 储器 总线控制 片内 ram 4 个 i/o 端口 定时器 1 定时器 0 etc 振荡器串行端口 txd rxd p0 p2 p1 p3 计数器 输入 外部 中断 扩展中断 图 2.3 at89c51 基本组成框图 (1)中央处理器 单片机的中央处理器（cpu）是单片机的核心，完成运算和控制操作。中央处理器主 要包括运算器和控制器。 运算器主要用来实现算术、逻辑运算和位操作。其中包括算术和逻辑运算单元 alu、 累加器 acc、b 寄存器、程序状态字 psw 和两个暂存器等。 控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机内各组成单元进行工作的部件。控制 器主要包括程序计数器 pc（program counter） 、pc 增量器、指令寄存器、指令译码器、 定时及控制逻辑电路等。其功能是控制指令读入、译码和执行，并对指令执行过程进 行定时和逻辑控制。 (2)存储器 单片机内部的存储器分别为程序存储器和数据存储器。 程序存储器主要用来存储指令代码和一些常数及表格。程序在开发和调试成功之 后就永久性地驻留在程序存储器中，在停机断电状态下代码也不会丢失。程序存储器 在操作运行过程中只读不写，因而又被称为只读存储器 rom（read only memory） 。 用随机存储器 ram（random access memory）来存储程序运行期间的工作变量和数 据，所以又被称为数据存储器。一定容量的 ram 集成在单片机内，提高了单片机的运 行速度，也降低了功耗。标准 at89 单片机的程序存储器采用 4kb 的快速擦写存储器 flash memory,编程和擦除完全是电气实现。 标准 at89 单片机含有 128*8 位 ram，采用单字节地址。实际上片内的字节地址空间 是 256 个（00hffh）,其中高 128 字节地址(80hffh)被特殊功能寄存器 sfr 占用, 用户只能使用低 128 字节单元(00h7fh)来存放可读/写的数据。 (3)外围接口电路 基于单片机控制防盗报警系统的设计 9 cpu 与外围设备的信息的交换都要通过接口电路来进行。这主要是解决 cpu 的高速 处理能力和外部设备低速运行之间的速度匹配问题，并可以有效地提高 cpu 的工作效 率；同时也提高了 cpu 对外的驱动能力，输出接口电路具有锁存器和驱动器，输入接 口电路具有三态门控制，成为接口电路的基本特征。 (4)时钟振荡电路 单片机芯片内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容都需要外接。at89c51 的晶振 频率为高为 24mhz。 2.2.3at89c512.2.3at89c51 定时器定时器/ /计数器相关的控制寄存器介绍计数器相关的控制寄存器介绍 (1)定时器/计数器的控制寄存器 tcon (2)工作方式控制寄存器 tmod tmod 用于设定定时器/计数器的工作方式，不可位寻址，只能用字节传送指令，字节地 址为 89h，其各位定义如下： 定时/计数器 1定时/计数器 0 位序d7d6d5d4d3d2d1d0 位符号gatec/tm1m0gatec/tm1m0 c/t 计数方式/定时方式选择位。 c/t=0，选择定时工作方式；c/t=1，选择计数工作方式。 m1 和 m0 工作方式选择位。 m1m0=00，选择工作方式 0；m1m0=01，选择工作方式 1； m1m0=10，选择工作方式 2；m1m0=11，选择工作方式 3。 (3)中断允许寄存器 ie (4)中断优先级寄存器 ip 2.2.4max7082.2.4max708 芯片介绍芯片介绍 max708 具有比较器、手动复位、两组复位电平输出的电源监控芯片, 是一种微处理器 电源监控芯片，可同时输出高电平有效和低电平有效的复位信号。复位信号可由 vcc 电压、手动复位输入、或由独立的比较器触发。 独立的比较器可用于监视第二个电源信号，为处理器提供电压跌落的预警功能。这一 功能是为器件发出复位信号前的正常关机、向操作者发送警报、或电源切换而考虑的。 1、特性特性 基于单片机控制防盗报警系统的设计 10 (1)reset 信号/reset 信号输出； (2)域值值为 1.25v、用于电源失效或低电源警告的独立比较器； (3)手动复位输入； (4)需要 100ua 的电源电流； (5)复位域值为：2.63v、2.93v、3.08v； 2、引脚图 max708max708 的引脚图如右所示：的引脚图如右所示： 图 2.4 max708 的管脚图 2.32.3 单片机复位设置单片机复位设置 rst 引脚是复位输入信号，高电平有效。在振荡器稳定工作时，在 rst 引脚施加两 个机器周期（即 24 个晶振周期）以上的高电平，将器件复位。接口电路如图 2.5 所示。 5vpfo 5 nc 6 mr 1 rst 8 pfi 4 gn d 3 vcc 2 rst 7 u5 ma x708 c3 0.01uf c4 47uf int 1 re se t 89c51 图 2.5 max708 与 89c51 的接口电路图 图 2.5 中的时钟复位电路现在用的是一块 max708 芯片，因为 8255 也需要复位， 用该芯片可以使单片机和 8255 同时复位。所以,max708 与 at89c51 及 8255 的接口电路 如 2.6 所示。 5vpfo 5 nc 6 mr 1 rst 8 pfi 4 gn d 3 vcc 2 rst 7 u5 ma x708 c3 0.01uf c4 47uf int 1 re se t 89c518255 re se t 基于单片机控制防盗报警系统的设计 11 图 2.6 max708 与 89c51 及 8255a 的接口电路图 2.42.4 8255a8255a 芯片介绍芯片介绍 8255a是intel公司生产的可编程输入输出接口芯片，它具有3个8位的并行i/o口分 别称为pa口、pb口、pc口又分为高4位口（pc7pc4）和低4位（pc3pc0） ，它们都可以 通过软件编程来改变i/o口的工作方式。8255a可以与单片机直接接口，具体接口电路 图如图2.10所示。 2.4.12.4.1 8255a8255a 的引脚和结构的引脚和结构 8255a的引脚如图2.7a所示。8255a的结构框图如图2.7b所示。它由以下几个部分 组成：1、数据端口a、b、c 8255a有三个位并行口，pa、pb和pc。都可以选择作为输入输出工作模式，但在功 能和结构上有一些差异。 （1） pa口：一个8位数据输出锁存器和缓冲器；一个8位数据输入锁存器。 （2） pb口：一个8位数据输出锁存器和缓冲器；一个8位数据输入缓冲器。 （3） pc口：一个8位的输出锁存器；一个8位数据输入缓冲器。 通常pa口、pb口作为输入输出口，pc可作为输入输出口，也可在软件的控制下， 分为两个4位的端口，作为端口a、b选通方式操作时的状态控制信号。 2、d0d7：8位三态双向输入/输出通道是8255a与cpu接口的数据总线。 3、reset：高电平动作。复位时，8255a的pa、pb、pc口与控制寄存器将被消除， pa、pb、pc口皆被设定为输入口模式。 4、/cs：芯片选择，低电平动作。当/cs=0时，8255a被选择；当/cs=1时，8255a 无法与cpu做数据传输。 5、/rd：读取使能，低电平动作。/rd=0且/cs=0时，cpu从8255a读取数据。 6、/wr：写入使能，低电平动作。/wr=0且/cs=0时，cpu将数据写入8255a。 7、a0、a1：地址选择线，用来选择8255a的pa口、pb口、pc口和控制寄存器。如 表2.2所示。 表2.2 地址选择 a0 a1 被选中的端口名 0 0 pa口 基于单片机控制防盗报警系统的设计 12 0 1 pb口 1 0 pc口 1 1 控制寄存器 8、8255a的内部结构 (1)8255a的方块图包括4个部分：（如图2.7b所示） 数据总线缓冲器（data bus buffer） 读/写控制逻辑（r/w control logic） a、b组控制单元(group a at 为单元件热释红外线传感器，接收波长为 1-20m，适用于温度遥测，但同样亦可用于 防盗及自动控制系统，其内部电路如图 3.2 所示。 在这例电路中，当 at 接收到人体信号时，输出一个微弱的低频信号，其频率约为 0.33hz。经晶体管 vt1 和运算放大器 基于单片机控制防盗报警系统的设计 22 a1 组成的两级放大器将信号放大至 7075db。由 a2 等组成的电压比较器，设定一参 考电压。在无目标进入时，末级无输出；一旦有目标进入探测范围，at 则有信号输出， 经放大后，电压高于比较器设定电压时，a2 输出高电位，vt2 导通，继电器 k 吸合， 其触点接通报警电路或控制电路，实现热释红外线探测之目的。 s d e + d s e 3.1 双元件热释红外线传感器 3.2 单元件热释红外线传感器 3.3 热释红外线传感器典型电路 3.23.2 红外光敏二极管警灯电路红外光敏二极管警灯电路 图 3.4 中，vdp 是红外光敏二极管，在电路中反向连接。当把它置于红外光照强度 很弱的环境中时，vdp 内部仅有极少的载流子流过，表现为高阻值；当它接收到一定强 度的红外光时，其内部的 pn 结载流子受红外光激发而增多，vdp 反向电流增大，表现 为低阻值。 基于单片机控制防盗报警系统的设计 23 图 3.4 红外光敏二极管电路 图 3.4 主要由运算放大器 ic1 和四与非门（d1ad1d）等组成。在 vdp 无光照时， 调节 rp 使 ic1 的脚为 1.5v 左右，d1b 的脚输出高电平。在这里，d1a 与 d1d 构成 单稳态触发电路，d1d 第 11 脚输出高电平，d1c 的第 10 脚输出抵电平，发光二极管 vl 不亮。 我们将本装置安装在走廊的一侧，其对面安装一只白炽灯（灯光中含有红外光） ， vl 不亮。当有不速之客闯入光源与光敏二极管之间的警戒域时，vdp 接收的光强瞬时 减小，等效电阻值增大，在 m 点产生一个脉冲信号，经 c1 耦合到 ic1 的输入端，ic1 的第 6 脚变为高电平，d1b 的第 10 脚输出高电平，vl 发亮，向主人报警。 3.2.13.2.1 光敏二极管控制电路光敏二极管控制电路 光敏二极管是常用的光敏元件之一,它与普通的半导体二极管相比，相似之处是管 心都是一个 pn 结，具有单向导电性能；不同之处是从外形上看时，光敏二极管管壳上 有一个能射入光线的“窗口” 。当光线透过“窗口”照射到光敏二极管管心上时，pn 结 反向漏电流增大，此时的漏电流称为光电流；而无光照时，pn 结反向漏电流很小，此 时的漏电流称为暗电流。我们就是利用光敏二极管的这一特点，演变出许许多多的经 典光敏二极管控制电路12。光敏二极管的典型应用电路如图 3.5 所示。 从图中可以看出，光敏二极管工作时必须加上反向电压。在这里，rl 为光敏二极 管的负载电阻，u0 为输出电压。 基于单片机控制防盗报警系统的设计 24 rl vd p u0 e 图 3.5 光敏二极管的典型应用电路 从以上两个例子及资料中我们可以比较设计出以下红外线探测信号放大电路。 3.3 红外线探测信号放大电路设计 红外线探测信号放大电路设计中红外线探测器能探测人体发出的红外线，当人进 入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比 较重要场合防盗报警。 该设计电路原理见图 3.6。由红外线传感器、晶体三极管、运算放大器、电压比较 器、v/i 转换器等组成。 d 1 s 2 e 3 u2 q74 vt1 9014 + c1 47u/16v r2 1m r3 1k + c2 47u r1 47k r6 4.7k 3 2 1 84 u3a lm 358 5 6 7 84 u3b lm 358 r7 10k +c3 22u/16v r8 300k c4 0.01 r4 100k r5 100k + c5 22u/16v r11 10k r9 10k vd2 in4001 rp1 100k 3 2 1 48 u4a lm 393 r12 100k r13 470k r14 100k vd3 in4001 r15 300k +6v r10 100k r16 12.5k r17 50k r18 1k +10v ref 1 -in 2 +in 3 v- 4 sense 5 output 6 v+ 7 nc 8 u6 ina105 r19 50.1 - 2 + 3 6 u5 op27 r20 50.1 420ma a 图 3.6 微弱信号放大电路微弱信号放大电路 (1) 检测部分： 传感器采用带菲涅耳透镜的热释电红外线传感器。 u2-热释电红外线传感器 u3-低功耗双运算放大电路 lm358 u4-电压比较器 lm393 u5-低漂移高增益运算放大器 op27 基于单片机控制防盗报警系统的设计 25 u6-v/i 转换器芯片 ina105 红外线探测传感器 ic1 探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由 u2 的脚输出 微弱的电信号，经三极管 vt1 等组成第一级放大电路放大，再通过 c2 输入到运算放大 器 u3 中进行高增益、低噪声放大，此时由 u3 的 7 脚输出的信号已足够强。u3 作电压 比较器，它的第脚由 r9、vd2 提供基准电压，当 u3 的 1 脚输出的信号电压到达 u3 的 5 脚时，两个输入端的电压进行比较，此时 u4 的 1 脚由原来的高电平变为低电平。 此时 lm393 的 1 脚输出的是一个方波信号，然后将之输入到一个 v/i 转换器 ina105,它 的输出将是一个 420ma 的电流信号，以便于远距离传输。 u2 采用进口器件 q74，波长为 910um。u3 采用运放 lm358，具有高增益、低功耗。 u4 为双电压比较器 lm393，低功耗、低失调电压。其中 c2、c5 一定要用漏电极小的钽 电容，否则调试会受到影响。rp1 是调整灵敏度的关键元件，应选用线性高精度密封型。 制作时，在 u2 传感器的端面前安装菲涅尔透镜，因为人体的活动频率范围为 0.110hz，需要用菲涅尔透镜对人体活动频率倍增。 (2) 单片机系统部分 检测信号入单片机接口图如图 3.7 所示。 红外线探测放大电路与单片机的具体连接见附录总图。 8255 的每一个输入输出口都将接一个检测来的信号信号，也就是每一路输入都有一 个检测电路，它传过来的是一个 420ma 的电流信号，接一个 250 欧姆的电阻使其转换 成 1v5v 的电压信号，此电路中只可能为 1v 和 5v 两种情况，再通过一个电压比较器 lm393,当 lm393（u7）的 2 脚为 5v 时，输出为高电平，光电耦合器导通，8255 的输入 口将为低电平（其余时刻为高电平） ，表示检测到有人。 u6 r3 1k +5v 3 2 1 48 u7a lm 393 r7 250 +5v r6 10k r5 39 +5v r4 50.1 8255 pa .0 a 图 3.7 检测信号与单片机接口图 以下对各部分作一些具体介绍 基于单片机控制防盗报警系统的设计 26 3.3.13.3.1 光电耦合器驱动接口光电耦合器驱动接口 晶体管输出型光电耦合器的受光器是光电晶体管。光电晶体管除了没有使用基极 外跟普通晶体管一样，取代基极电流的是以光作为晶体管的输入。当电耦合器的发光 二极管发光时，光电晶体管受光的影响在 cb 间和 ce 间有电流流过，这两个电流基本 上受光的照度控制，常用 ce 极间的电流作为输出电流，输出电流受 vce 的电压影响很 小，在 vce 增加时，稍有增加。光电晶体管的集电极电流 ic 与发光二极管的电流 if 之比称为光电耦合器和电流传输比 ctr。不同结构的光电耦合器的电流传输比相差很大 16。 晶体管输出型光电耦合器可做为开关运用,这时发光二极管和光电晶体管平常都处 于关断状态。在发光二极管通过电流脉冲时，发光二极管在电流持续的时间内导通。 光电耦合器也可做线性耦合器运用,在发光二极管上提供一个偏置电流,再把信号电压 通过电阻耦合到发光二极管上,引起其亮度的变化,这样光电晶体管接收到的是在偏置 电流上增、减变化的光信号。输出电流也就将随输入的信号电压线性变化。 图 3.8 是使用 4n25 的光电耦合器的接口电路图。4n25 起到耦合脉冲信号和隔离单 片机系统与输出部分的作用，使两部分的电流信号独立。输出部分的地线接机壳或接 大地，而 8031 系统的电源地线浮空，不与交流电源的地线相接。这样可以避免输出部 分电源变化对单片机电源的影响，减少系统所受的干扰,提高系统的可靠性。 由于光电耦合器是电流输出型，不受输出端工作电压的影响，因此可用于不同电 平的转换。 89c51 p1.0 12 a 7407 r1 200 led 12 a 74f04 r2 3k 5v 5v 165 图 3.8 光电耦合器 4n25 的接口电路 光电耦合器常用于较远距离的信号隔离传送。一方面可以起到隔离两个系统地线作 用，使两个系统的电源相互独立，消除地位不同所产生的影响。另一方面，光电耦合 器的发光二极管是电流 驱动器件，可以形成电流环路的传送形式。由于电流环电路是 低阻抗电路，它对噪声的敏感度低，因此提高了通迅系统的抗干扰能力。 基于单片机控制防盗报警系统的设计 27 3.3.23.3.2 集成电路运算放大器集成电路运算放大器 集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多极直接耦 合器放大电路，它的类型很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，图 3.9 表示集 成运放的内部电路组成框图。图 3.10 集成电路运算放大器代表符号。图中输入级一般 是由 bjt、jfet 或 mosfet 组成的差分式放大电路，利用它的对称特性可以提高整个电 路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同 相输入端。电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成， 输出级一般由电压跟随放大器或互补电压跟随器组成，以降低输出电阻，提高带负载 能力。偏置电路是为各级提供合适的工作电流。此外还有一些辅助环节，如电平移动 电路、过载保护电路以及高频补偿环节等。 3.3.33.3.3 精密多功能运算放大器精密多功能运算放大器 ina105ina105 ina105 精密多功能运算放大器是集成运放与外围元件有机结合、并利用集成工艺 与激光调阻技术相结合所形成的不同于常规集成运放的放大器件。利用这种新器件的 不同组合连结，可以组成各种很有特色的精密应用电路。 该器件核心部分是一个精密运算放大器，其失调电压典型值仅为 50v，共模抑制 比大大于 86db，失调电压漂移 5v/。与常规集成运放不同的是，它在芯片上同时制 作了四个电阻，分别连接运放的两个输入端，如图 3.11 所示。这四个电阻通过激光调 阻技术将它精确到 25k。这样利用四个电阻的不同连接，就能组成很有特色的应用电 路，而且一般无需再外接精密电阻。 图 3.9 集成电路运放大器内部组成原理框图 基于单片机控制防盗报警系统的设计 28 + - n p o 图 3.10 集成电路运算放大器代表符号 由于激光调阻值精度极高，用它组成增益为 1 的电压跟随器（缓冲器）时，其增 益误差小于 0.01%,非线性误差小于 0.001%。该器件最大工作电压为18v,工作温度范 围为 070(后缀为 p 及 u)及2585(后缀为 m)。 1、具有差动输入的电压电流变换器电路 图 3.12 是具有差动输入的电压电流变换器电路.输入的差动电压分别为 v1 、v2。输出的电流 i0=（v1 v2） （1/25k+1/r） 。式中 r 为外接电阻，改变不同的 r 值 可获得不同的 i0 值。 2、精密 420ma 电流变送器电路 图 3.13 是一种由 010v 变化的电压（由传感器经放大器输出的电压）经本电路 转变为 420ma 的变换器电路。电路设计成在 0v 时为 4ma 电流，而在 10v 为 20ma 电 流的电压-电流变换电路。其中 ref 为 10v 的基准电源。 25k 25k25k 25k ina105 2 3 7 6 4 1 5sen v+ v0 v- ref -in +in 图 3.11 ina105 精密多功能运算放大器电路 25k 25k25k 25k ina105 6 1 5 r r v2 v1 i= v 1 v 2 1/25k+1/r 基于单片机控制防盗报警系统的设计 29 图 3.12 具有差动输入的电压电流变换器电路 25k 25k25k 25k ina105 6 1 5 50.1 50.1 v1 rl ref10 12.5k1k 50k +15v 2 4 6 opa27 2 图 3.13 精密 420ma 电流变送器电路 3.3.43.3.4 低功耗、双运算放大器低功耗、双运算放大器 lm358lm358 1、概述 lm358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电 源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电 源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可 用单电源供电的使用运算放大器的场合。引脚图如下所示。 + - 1 2 4 3 7 8 + - 6 5 1 1 - 1 + vee vcc 2 2 - 2 + 图 3.18 lm358 引脚图 2、lm358 的特性 (1)内部频率补偿 (2)直流电压增益高(约 100db) (3)单位增益频带宽(约 1mhz) (4)源电压范围宽：单电源(330v)；双电源(1.5 一15v) (5)低功耗电流，适合于电池供电 (6)低输入偏流 基于单片机控制防盗报警系统的设计 30 (7)低输入失调电压和失调电流 (8)共模输入电压范围宽，包括接地 (9)差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 (10)输出电压摆幅大(0 至 vcc-1.5v) 基于单片机控制防盗报警系统的设计 31 第第 4 4 章软件设计章软件设计 软件设计是设计中最为重要的部分。它关系到一个系统能否实现其预定的要求。 本设计分主程序设计和中断子程序的设计，其中主程序的功能是对输入信号的检测， 确有警情时发出报警命令。中断子程序是对完成其报警功能。 4.14.1 主程序设计主程序设计 本设计是利用单片机