课程设计——多路无线报警系统设计.doc

广东工业大学华立学院 课 程 设 计（论文）课程名称 实习课题设计 题目名称 多路无线报警系统设计 学生学部（系） 计算机与艺术设计部 专业班级 07电子信息工程2班 学 号 11030701056 学生姓名 黄一 指导教师 郑飞 2011 年 1 月 15 日目 录摘要 关键词1 绪论11.1 国内外报警系统的研究现状和水平11.2 多路无线报警系统的研究意义21.3 多路无线报警系统设计的总体概述22 多路无线报警系统结构原理与设计32.1 多路无线报警系统的基本原理32.2 多路无线报警系统的组成设计33 多路无线报警系统的组成53.1 发射电路的组成53.2 热释电红外传感器的介绍63.3 放大器介绍73.4 比较器介绍83.5 电源控制电路的介绍103.6 编码VD5026/译码VD5027的介绍103.7 接收电路的组成123.8 7段LED显示器介绍133.9 无线发射和接收模块164 单片机控制电路的设计174.1 单片机介绍及应用174.2 AT89C2051芯片介绍195 多路无线报警系统电路总图265.1 应用软件Protel DXP 简介275.2 多路无线报警器总图27结 论29参 考 文 献3031多路无线报警系统设计 第 31 页 共 30 页 摘 要：近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展,人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。因为大部分人防盗意识还不够强，造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。这时报警系统为人们解决了不少问题。本文报警系统是由一台接收主机和若干台（最多16台）无线发射分机组成的多路无线报警群。发射机安装在不同的报警点上，遇有非法侵入者，立即发出报警信号，接收机收到警迅后能在LED显示出报警点位置。探测头选用一种能以遥感的形式感应出移动人体所发出的微量红外线的热释红外传感器，用一片双运算放大器LM358组成两级比例放大电路，用芯片LM339做比较器，再由VD5026构成的编码电路进行调制，最后由无线电路发射报警信号。接收电路用成品接收模块接收信号，VD5027解码器对发来的信号进行解调，智能部件AT89C2051单片机来检测脉冲和翻译，最后LED显示器显示报警的位置并通过DC6V的电子蜂鸣器发出警报。关键词：报警系统；调制；解调；单片机1 绪论随着时代的发展，社会的进步，防盗安全已经成为了一个普遍关注的问题，更有效，更方便，更低廉的报警系统已经得到了人们的欢迎，报警系统按传输媒介分为有线和无线两类。无线报警系统和有线报警系统相比,具有隐蔽性好、安装方便等优点,尤其在传输距离较远、地形复杂的场合更显示出其优越性。本文设计的无线报警系统利用单片机控制，易于扩展成多用途的智能家居系统。它由一台接收主机和若干台无线发射分机组成的无线遥控报警群，发射机安装在各不同的报警点上，遇有非法入侵者，即发射出报警信号，接收机收到警讯后能在LED显示器上显示出报警点的位置。无线报警系统由发射电路和接收电路组成，发射电路由热释电红外传感器、放大器、比较器、电源控制电路、编码电路、成品发射模块组成，接收电路由成品接收模块、解码器、智能部件AT89C2051、LED数码显示器和讯响电路组成。本文无线报警系统器采用编码解码电路和单片机控制，操作简单，判断精确，使用灵活，性价比高，同时采用单片机智能部件AT89C2051作为主控芯片，进行实时控制，本设计涉及到多种芯片,包括了单片机,编解码器,发射模块和接收模块等,同时运用到电子线路,数字电子技术,单片机应用等知识。随着集成电路和单片机等技术的发展成熟，报警器的发展也趋向多元化，完全满足了客户的需要。1.1 国内外报警系统的研究现状和水平报警系统种类繁多，功能强大。近期，国内外已研制出微波探测器、墙式微波探测器、玻璃破碎探测器、超声波探测器、开关式报警器、周界报警探测器、泄露电缆式报警探测器、驻极体震动电缆报警器、电磁感应式震动电缆报警器、光纤传感器周界报警器、地音周界报警探测器、电场感应式探测器及电容变化式探测器等多种性能良好的探测器。日前，在现代计算机技术、自动控制技术和现代通信技术的支持下，电子地图、多媒体操作、管理与控制软件引入到防盗报警系统中。这种新的系统采用多媒体技术同时处理多种信息，并使信息之间、信息与设备之间、设备与设备之间建立逻辑联系，集成为一个交互式的系统，从而达到自动识别、自动预测、自动处理警情，使整个安防系统成为一种具有智能化的“活”的系统，让它发挥巨大、有效、可靠、灵活的系统功能。从目前来看，报警产品主要应用于报警中心以及智能小区，未来的主要市场还是这两部分。随着“平安城市”这样大规模的城市报警与监控系统建设，报警中心也获得了很好的发展机会，而智能小区则随着智能家居概念的产品化已经获得人们的初步认识。无线报警产品市场将会更快增长，部分产品将会随着无线技术的发展而应用到专业市场领域，这部分市场的应用其利润要高过正常的工程领域的应用。国内市场的一个现实情况也是与国外市场最不同的地方：无线报警产品正在向消费电子方面渗透，在中国会成为新一代的消费电子产品，从而使报警产品由专业市场向大众市场过渡，反过来再影响专业市场，相信在不久的将来，这一假想就有变为现实的可能！1.2 多路无线报警系统的研究意义近年来，随着改革开放的深入发展，人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有，并且人们手中特别是城市居民的积蓄也十分可观。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分关心。目前，许多家庭使用了较为安全的防盗门，如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器用于居民家中，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。为此，提出“无线多路防盗报警器”的设计任务。报警系统是用来探测入侵者的入侵行为。需要防范入侵的地方很多，可以是某些特定的点、线、面，甚至是整个空间。探测器由传感器和信号处理器组成。在入侵探测器中传感器是探测器的核心，是一种物理量的转化装置，通常把压力、震动、声响、光强等物理量转换成易于处理的电量（电压、电流、电阻等）。信号处理器的作用是把传感器转化的电量进行放大、滤波、整形处理，使它能成为一种能够在系统传输信道中顺利转送的信号。目前报警器在越来越多的场所得到了应用，功能也越来越强大，应用也越来越广泛。1.3 多路无线报警系统设计的总体概述多路无线报警系统的总体设计框图如图1.1所示，由一台接收主机和若干台（最多16台）无线发射分机组成的。其主要功能如下：(1）多台无线发射机分布在不同的区域位置，根据发射机的编码器编码输出0000-1111的16种编码组合分别代表多台发射机。(2）接收主机有专人控制，处理记录报警情况和显示器复位。(3）每台发射机的编码器输出的不同的编码组合来代表不同的发射机，当一台发射机向接收主机发射信号，接收主机接收到发射分机发射来的信号，通过解码器进行解码，由智能部件进行分析和翻译，传给LED显示器，进行显示和报警 ，管理人员接到报警后记录位置，然后系统复位。(4）如果多台发射分机同时向接收主机发射报警信号，LED显示器会轮流闪烁报警的位置代号。方便及时记录处理，然后系统复位。(5）热释红外传感器配有菲潢耳透镜，起到了能量“聚焦”的作用，提高了监测距离。图1.1所示为多路无线报警系统的系统框图2 多路无线报警系统结构原理与设计多路无线报警系统由一台接收主机和16台无线发射分机组成多路无线报警群。发射机安装在各不同的报警点上，遇有非法入侵者，电红外传感器感应出人体所发出的微量红外线，将其转换为微弱的电信号输出给放大器，把信号放大，通过比较器、电源控制器、编码器、最后由无线发射模块发射给接收主机，接收主机经过解码器解码，智能部件AT89C2051检测翻译，最后由LED显示器显示报警位置DC 6V电子蜂鸣器发出报警信号。2.1 多路无线报警系统的基本原理多路无线报警系统的工作原理是：由热释电红外传感器作为探测器，它以遥感的形式，感应出移动人体所发出的微量红外线，将其转换为微弱的电信号输出给由一片双运放LM358组成两级比例放大器，对送来的信号进行放大后送入LM339专用比较器，比较器对信号进行比较，编码电路接收到比较器发来的信号，对其进行编码，整个报警系统的所有编码器VD5026地址必须相同，数据线的接法有16种组合状态，这样容易判断报警地点。其中电源控制电路对编码及无线发射电路的电源供给实施控制。已调制的信号由成品无线发射模块发射给成品接收模块，接收后的调制信号由解码器VD5027进行识别和解码，AT89C2051单片机检测VD5027的VT端有没有正脉冲到来并把读入的信息翻译成适合7段共阳LED显示器的“段码“，并输出给LED显示器，并由蜂鸣器发出报警信号。2.2 多路无线报警系统的组成设计多路无线报警系统由发射电路和接收电路组成。发射电路由以下几个基本电路组成：热释电红外传感器、放大器、比较器、电源控制电路、编码电路、无线发射；接收电路由以下几个基本电路组成：无线接收、解码器、智能部件AT89C2051、LED数码显示器和讯响电路等。多路无线报警系统的总体方框图2.1：图2.1多路无线报警系统的总体方框图下面对多路无线报警系统电路进行分析；首先是发射电路：（1） 热释电红外传感器：它是一种能以遥感的形式，感应出移动人体所发出的微量红外线，并将其转换为微弱的电信号输出的探测器件；（2） 放大器：使用一片双运放组成两级比例放大电路,它将接收的信号进行放大；（3） 比较器：它使用1/4LM339，LM339是专用比较器，一片芯片内含有4个独立的电压比较器，这里使用了其中的两个构成窗口比较器；（4） 电源控制电路：电源控制电路对编码及发射电路的电源供给实施控制；（5） 编码电路：编码电路由VD5026构成，整个报警系统的所有编码器地址必须相同；（6） 无线发射：无线发射采用成品发射模块。发射电路的工作过程可简述为：当有人进入红外探测器的探测范围内时，放大器的输出就会变高或变低，使发射电路得电发射出无线报警信号。接收电路：（1） 无线接收：无线接收使用了成品接收模块，模块解调后恢复出发射端的编码信号，必须注意该信号极性必须与发射端编码器VD5026输出编信号相同；（2） 解码器：解码器使用VD5027；（3） 智能部件AT89C2051：AT89C2051是一种廉价的高性能通用型单片微型计算能称单片机，为双列直插20脚封装；（4） 显示与讯响：显示采用2只共阳7段LED显示器，其中小数点不使用。讯响采用DC6V的电子蜂鸣器，其内部已包含压电蜂鸣片、振荡器和驱动器，只要加以电源电压就能发出讯响。3 多路无线报警系统的组成多路无线报警系统由发射电路和接收电路组成。其中，发射电路由以下几个基本电路组成：热释电红外传感器、放大器、比较器、电源控制电路、编码电路，无线发射模块等；接收电路由以下几个基本电路组成：无线接收模块、解码器、智能部件AT89C2051、LED数码显示器和讯响电路等。3.1 发射电路的组成发射机电路图如3.1所示，由热释电红外传感器、放大器、比较器、电源控制电路、编码电路、无线发射模块等部分组成。图3.1 多路无线报警发射电路3.2 热释电红外传感器的介绍热释红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出1020米范围内人的行动。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。人体辐射的红外线中心波长为910-um，而探测元件的波长灵敏度在0.220-um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为710-um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。热释电效应早在18世纪就已经被人们在电石中观察到了，但是直到近20年人们才开始利用这一效应制成热释电探测器并加以应用。与其他类型的热探测器相比，热释电探测器具有许多突出的优点：其工作频率较高，可达到几百千赫以上：温度范围宽，受环境温度影响较小：从近红外（2m）到远红外（1mm）具有较均匀的吸收率，并容易制作成各种形状。热释电探测器实际是一种热伏器件，工作原理基于热电效应，热电材料表面吸收红外光线时温度发生变化，因而表面电荷亦随之而变，由此得到电信号，它所探测的光谱响应主要由红外透光窗的材料（器件内部）来决定。热释电红外探测器有很广泛的用途，例如X-Y轴成像扫描器、线陈列热像系统、热释电设想管、辐射计、高速光谱仪、激光探测仪等，更是人体红外报警和遥控应用中不可缺少的器件。热释红外传感器外形封装有金属壳体和塑封两种。从其内部结构来区分有：单元件、双元件、四元件以及特殊结构等形式。从使用的波长来区分有：120m，适用温度遥测；（4.350.15）m,适用于火焰检测；714m适用于防盗报警、自动门、节能灯等。热释红外传感器应用电路如下图3.2：图3.2 热释红外传感器应用电路图3.3 放大器介绍放大器是能把输入信号的电压或功率放大的装置，它是由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。放大器用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。放大器的原理:高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。 高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为360o，适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于180度；丙类放大器电流的流通角则小于180度。乙类和丙类都适用于大功率工作，丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。高频功率放大器大多工作于丙类工作状态。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。本文放大器使用一片双运放LM358组成两级比例放大电路，IC1和IC2分别为1/2LM358。IC1构成同相端输入的比例放大电路，信号从同相端输入，放大倍数由R3与R2的比值确定。IC2组成反相输入的比例放大电路，放大倍数取决于R8和R3之比值。该放大器同相端的电位由R6、R7及二极管D1、D2构成的分压电路固定为Ucc/2，所以其输出的信号的中点电位是Ucc/2。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运算放大器的场合。LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。LM358的特性为：内部频率补偿、直流电压增益高(约100dB)、单位增益频带宽(约1MHz)、电源电压范围宽：单电源(330V)、双电源(1.515V)、低功耗电流，适合于电池供电、低输入偏流、低输入失调电压和失调电流、共模输入电压范围宽，包括接地、差模输入电压范围宽，等于电源电压范围、输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V)，LM358运算放大器引脚如图3.3所示：图3.3 LM358运算放大器LM356引脚说明:1.第一个运放的输出;2.第一个运放的反向输入;3.第一个运放的正向输入;4.接地;5.第二个运放的正向输入;6.第二个运放的反向输入;7.第二个运放的输出;8.电源正。3.4 比较器介绍电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)： 当”输入端电压高于”输入端时，电压比较器输出为高电平； 当”输入端电压低于”输入端时，电压比较器输出为低电平；电压比较器的作用：它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。图3-1中IC3、IC4是电压比较器，他们分别是1/4LM339.LM339是专用比较器，一片芯片内含有4个独立的电压比较器，这里使用了其中的两个构成窗口比较器。LM339的输出为集电极开路形式。IC3的同相端电位为Ucc/2+0.7V，IC4的反相端电位为Ucc/2+0.7V。当IC2的输出信号Uo2Ucc/2+0.7V时，IC3的反相端电位高于同相端，故输出管导通，把输出端电位拉向低，而IC4的同相端高于反相端，其输出管截至，对其他电路无影响。当IC2输出Uo2Ucc+0.7V或Uo2Ucc-0.7V时，Uo3为“0”，而Uo2落在Ucc/20。7V范围内时，Uo3为“1”。这0.7V即为比较器的阀值，它确定了比较器的灵敏度，也与整个探测器的灵敏度息息相关。LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：（1）失调电压小，典型值为2mV；（2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为1V-18V；（3）对比较信号源的内阻限制较宽；（4）共模范围很大，为0（Ucc-1.5V）Vo；（5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；（6）输出端电位可灵活方便地选用。图3.4为LM339管脚排列图。图3.4 LM339管脚排列图我们可以根据一下LM339各脚电压图来判断lm339芯片的好坏。如下表1所示：表1 LM339各脚电压图管脚4526718914101113PS-ON悬空2.50.501.44.20.50.20.84.64.82.50PS-ON对地短接2.51.601.44.21.60.20.84.602.54.83.5 电源控制电路的介绍电源控制电路对编码及无线发射电路的电源供给实施控制，当比较器输出Uo3为“0”时，通过发光二极管LED把PNP管T3的基极电位拉低，使其导通。T3的导通又使T2产生较大的基极电流，使T2饱和，则+15V电源便经由T2送给编码及发射电路使他们进入工作，发射报警信号。T3基极所接电容C7起延时作用，使T2的饱和能维持一会儿以保证发射信号有一定的时间。注意这里使用比较器IC3、IC4输出级为集电极开路形式，非开路形式在此不能与后面的电路匹配。3.6 编码VD5026/译码VD5027的介绍VD5026/VD5027是CMOS大规模数字集成电路。前者是编码器，后者是译码器。他们组合应用起来构成一个发射接收数字编译码系统。VD5026编码器是一种8位编码发射器。它的第18脚是编码的输入端，每个输入端可以有3种状态，即“0”、“1”或“开路”，其中“0”表示为低电平，“1”表示为高电平，因此8个脚可以组成38=6561个不同的编码。如果需要更多的编码，可将输入端改为4态连接方式，这时第1脚是第4种状态的公共连接脚，第2脚第8脚与第1脚连接时为第4种状态。所以第2脚第8脚都可以有4种状态，即“0”、“1”、“开路”、“接1脚”。在这种情况下可以组成47=16384个编码。第10脚第13脚也可作为编码地址线，与第1第8脚联合起来组成12位编码地址线，这时编码数可高达411=4194304个。这里要介绍的是VD5026与VD5027配合应用，VD5026的第10第13脚用作数据输入线，根据需要这几个脚可以置“0”或置“1”。第14脚是发射指令端，当此脚接地时，VD5026输出端则发出一组编码脉冲。第15脚、第16脚是一个内置振荡器，外接几十到几百千欧的电阻即可产生振荡，振荡频率为fosc=1600/R（KHz），式中R为外接电阻，单位为千欧。第17脚是编码输出端，第18脚、第9脚分别是电源的正、负极。VD5026/VD5027管脚如下图3.6所示：图3.5 VD5026、VD5027的管脚排列图VD5027接收解码器有相应于VD5026的12位信息。第1脚第8脚是地址线。当VD5026发出的地址编码与VD5027预置的编码相同时，则在VD5027的第10脚13脚有数据输出，该输出信息与VD5026的第10第13脚所置的数据相同。第14脚为输入端，第15脚、第16脚是振荡器，外接电阻值应与VD5026完全相同。第17脚是输出端。编码器VD5026发射时，如果密码相同，VD5027就会输出高电平。VD5026、VD5027的管脚排列见图3.5所示。表2列出了他们的电气特性参数。表2 电气特性参数特性符号最小值典型值最大值单位工作电压V256V静态电流Istb-110Ua流出电流 IoH-2.0-mA流入电流IoL2.0-mA输入电流Iin-25uA该编译码集成电路工作电压范围较宽，可以在26V范围内正常工作，而且耗电极小，静态电流仅有1uA。集成电路内部含有振荡电路，不用再外加晶振。它的外围电路也很简单，也容易与无线、红外线、超声等方式结合起来，组成遥控发射、接收系统。因此这种电路应用非常广泛。整个报警系统的所有编码器地址均必须相同，本系统全部接地。但数据线D3D0的接法各不相同，它们共有16种组合状态。本电路中，D3D0全部接高电平，即（D3 D2 D1 D0）=1111，该信息被无线载波运载至接收机中，接收机即能根据这一信息判断发警地点。解码器VD5027，其A0A7的接法与编码器VD5026相同，解码输出的信号D3D0是编码器D3D0设置状态的重现，因而能代表报警点（即地点）。另一个输出信号是“VT”端的正脉冲，它告知解码已正确，可以对D3D0的状态进行识别了。3.7 接收电路的组成接收电路如图3.6所示，由成品接收模块、解码器VD5027、只能部件AT89C2051、LED数码显示器和讯响电路等所组成。当接收到报警信号时，AT89C2051能够识别出发警点的“序号”，并将其显示于LED显示器，同时使蜂鸣器发出讯响。若有一个以上的报警信号，显示器会轮流闪烁地显示各个报警点“序号”。图3.6多路无线报警接收电路无线接收使用了成品接收模块，模块解调后恢复出发射端的编码信号，必须注意该信号极性必须与发射端编码器VD5026输出编码信号相同。接收电路中智能部件AT89C205仅承担较简单的工作，其主要任务如下：首先，P3.7检测VD5027的VT端有没有正脉冲到来，如有，表明VD5027已正确解码，故立即由P3.2P3.5读入VD5027的D0D3状态；其次，把读入的信息（2进制码）翻译成适合于7端共阳LED显示器的“段码”，并输出；然后它必须设法把显示在右边的数码管。解决问题的关键是对LED数码管的共阳端（COM端）实施控制，这由AT89C2051的P3.0和P3.1再通过三极管T1和T2达到控制目的。由图可知，两个数码管的阴极a、b、c、d、e、f、g对应并联在AT89C2051的输出端P1.0P1.6上。当AT89C2051的P1.0P1.6上送出的是“十位”的段码时，对应地由P3.0送出低电平，于是PNP型三极管T1导通，+5V电源经过T1加给“十位”数码管的阳极，该管点亮；而P3.1送高电平，使T2不能导通，因此“个位”数码管没有阳极电源而熄灭。上述两种情况交替出现，使十位和个位轮流显示。只要轮流的速度足够快，由于人眼的“视觉暂留”特性，看到的将是连贯的两位数字，这种方式称为扫描显示方式，它与电视屏幕的显像原理基于同一基本原理。如果AT89C2051从P3.2P3.5读到数据码有变化，则表明另有报警点发射来报警信号，AT89C2051能把不同报警点的“序号”闪烁地轮流显示。此外AT89C2051还从P1.7送出讯响信号。当输出为低电平时，三极管T3导通，电子蜂鸣器即发讯，直到人工使用按钮AN使AT89C2051复位为止。电容C1、电阻R1构成是昂电复位电路，接通电源瞬间，由电容使RST端瞬间为高电位，AT89C2051进入复位，稍后电容充电满，RST端成为电平，复位结束进入工作，按钮AN用于人工复位。显示采用2只共阳7段LED显示器，其中小数点不使用。讯响采用DC6V的电子蜂鸣器，其内部已包含压电蜂鸣片、振荡器和驱动器，只要加以电源电压就能发出讯响。3.8 7段LED显示器介绍LED(Light Emitting Diode)是发光二极管的缩写。LED显示器是由发光二极管构成的，所以在显示器前面冠以“LED”。LED显示器在单片机中的应用非常普遍。3.8.1 LED显示器的结构及分类通常所说的LED显示器由7个发光二极管组成，故也称为7段LED显示器，其管脚排列形状如图3.7所示。图3.7 七（八）段LED显示器管脚图此外，显示器中还有一个圆点型发光二极管(图中以dp表示)，用于显示小数点，故有时也称为8段LED显示器。通过7段发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其他符号。LED显示器中的发光二极管有两种连接方法：（1）共阴极接法 如图3.8所示，把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时，公共阴极接地，这样，阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不点亮。图3.8 共阴极接法（2）共阳极接法 如图3.9所示，把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时，公共阳极接+5V，这样，阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮。图3.9 共阳极接法使用LED显示器时，要注意区分这两种不同的接法。为了显示数字或符号，要为LED显示器提供代码，因为这些代码是供显示字形的，故称之为字形代码。对上述两种接法，其字形代码是不同的。7段发光二极管再加上一个小数点位，共计8段，因此，提供给LED显示器的字形代码正好1个字节。各代码位的对应关系如下表3：表3 各代码位的对应关系代码位D7D6D5D4D3D2D1D0显示段dpgfDdcba用LED显示器显示十六进制数的字形代码见表4：表4 十六进制数字型代码表字型共阳极码共阴极码字型共阳极码共阴极码0COH3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71H7F8H07H“灭”FFH00H880H7FH3.8.2 LED显示器接口方法单片机与LED显示器有以硬件为主和以软件为主两种接口方法。（1）以硬件为主的接口方法 在数据线和LED显示器之间，有锁存器或I/O接口电路，此外，还需有专用的译码/驱动器。通过译码器把1位十六进制数(4位二进制)译码为相应的字形代码，然后由驱动器提供足够的功率去点亮发光二极管。这种接口方法仅需使用一条输出指令就可以进行LED显示，但使用硬件电路较多，而硬件译码缺乏灵活性，且只能显示十六进制数。（2）以软件为主的接口方法 这种接口方法是以软件查表的方式来代替硬件译码，不但省去了译码器，而且还能显示更多的字符。以软件为主也需要简单的硬件电路配合。图3.10是以软件为主的LED显示器接口电路。图3.10 以软件为主的LED接口电路3.9 无线发射和接收模块本设计采用的TDC1808/TDC1809是一对无线遥控发射、接收组件,它们采用内置天线,可传送数字信号或模拟信号,适用于各种无线遥控装置,具有体积小,遥控距离远,抗干扰能力强等特点。TDC18081809遥控发射接收模块应用频率范围很广。发射模块TDCl808在出厂时已将发射频率调在250-350MHz之间，可提供l0种频率使用。另外TDCl808在使用时还具有A、B两种连接方法：无调制的信号或外接各种调制信号发射，例如：音频调制或数码调制等。因此可外接各种调制信号来构成发射电路，TDCl808的工作电压出厂时定为9V，该厂也可为用户生产l.518V电源电压的发射模块。接收模块TDCl809工作电压为51V，如需要5V以下的工作电压时，也可向该厂定做。 发射模块引脚图如图3.11：图3.11 TDC1808引脚图接收模块引脚图如图3.12：图3.12 TDC1809引脚图4 单片机控制电路的设计单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。4.1 单片机介绍及应用单片微型计算机简称单片机。它是把组成微型计算机的各功能部件：中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通讯接口等部件制作在一块集成芯片中，构成一个完整的微型计算机。由于它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故又叫单片微控制器（Single Chip Microcontroller）。目前国外已开始把它称作单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机，更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：1.在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。2.在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。3.在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。4.在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。5.单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。6.在各种大型电器中的模块化应用某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。4.2 AT89C2051芯片介绍AT89C2051是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89C2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。AT89C2051是一个功能强大的单片机，但它只有20个引脚，15个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。同时AT89C2051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。主要性能参数：与MCS-51产品指令系统完全兼容2k字节可重擦写Flash闪速存储器 1000次擦写周期2.7-6V的工作电压范围全静态操作：0Hz-24MHz二级加密程序存储器1288字节内部RAM15个可编程I/O口线2个16位定时/计数器6个中断源可编程串行UART通道可直接驱动LED的输出端口内置一个模拟比较器低功耗空闲和掉电模式功能特性概述：AT89C51提供以下标准功能：2k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，15个I/O口线，2个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，内置一个精密比较器，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。图4.1 AT89C2051管脚图：图4.1 AT89C2051管脚图引脚功能说明：VCC：电源电压GND：地P1口：P1口是一组8位双向I/O口，P1.2-P1.7提供内部上拉电阻，P1.0和P1.1内部无上拉电阻，主要考虑他们分别是内部精密比较器的输入端AINO和反相输入端AINI，如果需要应在外部接上拉电阻，P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并可直接驱动LED，当P1口引脚写入“1“时可作输入端，当引脚P1.2-P1.7用作输入并为外部拉低时，他们因内部的上拉电阻而输出电流（I）。P1口还在FLASH闪速编程及程序校验时接受代码数据。P3口: P3口的P3.0-P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的7个双向I/O口。P3.6没有引出，他作为一个通用I/O口但不可访问，但可作为固定输入片内比较器的输出信号，P3口缓冲器可吸收20mA电流。当P3口写入“1”时，他们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（I）。P3口还用于实现AT89C2051特殊的功能，如表5所示：表5 P3口的特殊功能引脚功能特性P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INTO(外中断0)P3.3INT1（外中断1）P3.4T0(定时/计数0外部输入)P3.5T1（定时/计数1外部输入）P3口还接受一些用于FLASH闪速编程及程序校验控制信号。RST：复位输入。RST引脚一旦变成两个机器周期以上的高电平，所有的I/O口都将复位到“1”（高电平）状态。当振荡器正在工作时，持续两个机器周期以上的高电平便可完成复位，每个机器周期为12个振荡时钟周期。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。图4.2为AT89C2051的方框图。图5-1 AT89C2051方框图 图4.2 AT89C2051方框图振荡器特征：XTAL1、XTAL2为片内振荡器的反相放大器的输入和输出端，如图4.3所示。可采用石英晶体或陶瓷振荡器组成时钟振荡器，如需从外部输入时钟驱动AT89C2051，时钟信号从XTAL1输入，XTAL2应悬空。由于输入到内部电路是经过一个2分频触发器，所以输入的外部时钟信号无需特殊要求，但他必须符合电平的最大和最小值及时序规范。图4.3 内部振荡电路和外部时钟驱动电路特殊功能寄存器：片内特殊功能寄存器（SFR）空间存储区的映像图如图4.4所示： 图4.4 特殊功能寄存器的映像图并非存储区所有的地址单元都被占用，未占用的地址单元亦不能使用，如果对其进行读访问一般返回为随机数，写访问也不确定。这些单元是为了以后利用这些未使用的地址单元扩展新功能而设置，所以用户软件不要对他们写“1“，在这种情况下，新位的复位或不激活值总为”0“。某些指令的约束条件：AT89C2051是经济型低价位的微控制器，它含有2K字节的FLASH闪速程序存储器，指令系统与MCS-51完全兼容，可使用MCS-51指令系统对其进行编程，但是在使用某些有关指令进行编程时，程序员须注意一些事项。和跳转或分支有关的指令有一定的空间约束，使目的地址能安全落在AT89C2051的2K字节的物理程序存储器空间内，程序员必须注意这一点，对于2K字节存储器的AT89C2051来说，LJMP 7EOH是一天有效指令，而LJMP 900H是无效指令。对于LCALL、LJMP、ACALL、AJMP、SJMP、JMPA+DPTR等指令，只要程序员记住这些分支指令的目的地址在程序存储器大小的物理范围内（AT89C2051程序地址空间为：000H-7FFH单元），这些无条件分支指令就会正确执行，超出物理空间的限制会出现不可预知的程序出错。CJNE（）、DJNZ（）、JB、JNB、JC、JNC、JBC、JZ、JNZ等这些条件转移指令的使用与上述原则一样，同样，超出物理空间的限制也会引起不可预知的程序出错。至于中断的使用，80C51系列硬件结构中已保留标准中断服务子程序的地址。AT89C2051包含128字节内部数据存储器，这样，AT89C2051的堆栈深度局限于内部RAM的128字节范围内。它既不支持外部数据存储器的访问，也不支持外部程序存储器的执行，因此程序中不应有MOVX（）指令。一般的80C51汇编器即使在违反上述指令约束而写入指令时仍对指令进行汇编，用户应了解正在使用的AT89C2051微控制器的存储器物理空间和约束范围适当地调整所使用的指令寻址范围以适应AT89C2051。程序存储器的加密：AT89C2051可使用对芯片上的两个加密位进行编程（P）或不编程（U）来得到如表6所示的功能：表6 AT89C205加密程序加密位LB1 LB2保护类型1UU无程序加密功能2PU禁止进一步进行Flash闪速编程3PP同方式2，同时禁止校验注：加密位只能用片擦除操作进行擦除空闲模式：在空闲模式下，CPU保持睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。此时，片内RAM和所有特殊功能寄存