基于单片机的报警器设计.docxVIP

单片机课程设计题目 报警器设计 姓 名： XXX 所在学院： XXX 所学专业： 电气工程及其自动化 班 级： 12电气工程04班 学 号： XXX 指导教师： XXX 完成时间： XXX 课程设计任务书一、基本情况 学时：2周 学分：2学分 适应班级：12电气工程二、课程设计的意义、性质、目标、要求1意义课程设计是单片机课程教学的最后一个环节，是对学生进行全面的系统的训练。进行课程设计可以让学生把学过的比较零碎的知识系统化，真正的能够把学过的知识落到实处，能够开发简单的系统，也进一步激发了学生再深一步学习的热情，因此课程设计是必不少的，是非常必要的。2性质课程设计是提高学生单片机技术应用能力以及文字总结能力的综合训练环节，是配合单片机课程内容掌握、应用得的专门性实践类课程。3目标通过典型实际问题的实际，训练学生的软硬件的综合设计、调试能力以及文字组织能力，建立系统设计概念，加强工程应用思维方式的训练，同时对教学内容做一定的扩充。4要求（1）课程设计的基本要求单片机课程设计的主要内容包括：理论设计与撰写设计报告等。其中理论设计又包括选择总体方案，硬件系统设计、软件系统设计；硬件设计包括单元电路，选择元器件及计算参数等；软件设计包括模块化层次结构图，程序流程图。程序设计是课程设计的关键环节，通过进一步完善程序设计，使之达到课题所要求的指标。课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把设计内容进行全面的总结，若有实践条件，把实践内容上升到理论高度。（2）课程设计的教学要求单片机课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班为单位全班学生集中到设计室进行。做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间（两周）累计旷课达到6节以上，或者迟到、早退累计达到8次以上的学生，该课程考核按不及格处理。在实训期间需要外出查找资料，必须在指定的时间内方可外出。 课程设计的任务相对分散，每35名学生组成一个小组，完成一个课题的设计。小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间可以相互探讨、协商，可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验。但每个学生必须单独完成设计任务，要有完整的设计资料，独立撰写设计报告，设计报告雷同率超过50%的课程设计考核按不及格处理。三、课程设计题目及设计过程在此设计中，我们采用型号为AT89C51的单片机，通过报警电路与复位电路连接单片机，最后通过电源控制电路实现报警功能。AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个IO 口线，两个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，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工作模式。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。1） 报警功能在该报警器中，当第一次触发时发出报警信号，延时6s后报警信号停止，10s内触发可再次报警。2） 复位功能 当第一次发出报警信号完成，信号停止后，10s内没有第二次触发则会自动复位，10s内触发发生持续报警后，只可由复位键进行复位功能。四、设计报告设计完成后，必须撰写课程设计报告。设计报告必须独立完成，格式符合要求，文字（不含图形、程序）不少于3000字，图形绘制规范报告书用A4纸书写，装订成册。设计报告的格式如下： 1、封面 2、内容提要（摘要） 3、目录 4、正文(1) 所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能； (2) 硬件电路设计及描述；1）确定元器件的型号及参数。2）画出完整的原理图。3）列出元器件清单。 (3) 软件设计流程及描述； 5、心得体会（总结）6、参考文献 7、附录（源程序代码）8、有关图纸五、进度安排单片机课程设计共安排2周，合计80学时，具体分配如下：实习动员及准备工作： 2学时总体方案设计： 10学时硬件设计： 16学时软件设计： 20学时撰写设计报告： 12学时六、考核方法单片机课程设计的考核方式为考查，考核结果为优秀、良好、中等、及格和不及格五等，分数在90-100之间为优秀，80-89分之间为良好，70-79分之间为中等，60-69分之间为及格，60分以下为不及格。 考核分三个方面进行：平时表现20%；设计过程25%；设计报告 40%；设计答辩15%。有下列情形之一者，课程设计考核按不及格处理： 1、设计期间累计迟到、早退达8次；2、设计期间累计旷课达6节； 3、设计报告雷同率超过50%或无设计报告；4、不能完成设计任务，达不到设计要求。摘要基于社会安全保障的需要，简易报警器的使用愈加广泛，目前，报警器主要利用现有的电话网络或则无线手机GSM.GPS网络，通过无线或则有线的方式，连通主人电话，或则手机，实现远程防盗功能的电子产品。红外探测器。门磁，烟雾探测器，红外栅栏等。在对单片机技术进行一个学期的研究学习后，我们选择以简易报警器作为课题进行设计。通过本次设计，我们要进一步熟悉和掌握单片机的结构和工作原理，掌握单片机的内部功能模块的应用及汇编程序的编写，内部功能模块如定时器/计数器、中断、片内外存储器、I/O口、串行口通讯等，掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术，了解有关电路参数的计算方法。在本次设计中，我们采用了AT89C51型号单片机作为基本组成结构，给MCS-51单片机外加复位电路实现复位功能，通过外部电容实现上电复位，并设计内部时钟功能的时钟电路进行计时操作，用了两个三极管对电路进行放大驱动蜂鸣器为报警电路。通过合理设计及连接各电路，并合理运用isis系统模拟，得到一个有效的报警器。目 录1 绪论- 1 -1.1 课题背景- 1 -1.2 单片机简介- 1 -1.2.1 单片机的分类- 1 -1.2.2 单片机的发展状况- 2 -1.2.3 应用前景- 2 -2 系统方案设计- 3 -2.1 设计思路- 3 -2.2 设计要求- 3 -3 系统硬件设计- 4 -3.1 各部分电路设计- 4 -3.1.1 单片机的选择- 4 -3.1.2 复位电路设计- 5 -3.1.3 时钟电路设计- 6 -3.1.4 报警电路设计- 6 -3.2 总电路电路设计- 7 -4 系统软件设计- 9 -4.1 系统主程序设计- 9 -4.1.1系统主程序流程图- 9 -4.1.2中断程序流程图- 9 -总 结- 11 -参考文献- 12 -附 录- 13 -1 参考程序- 13 -1 绪论1.1 课题背景单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有二十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。单片机有两种结构：一种是在通用微型计算机中广泛采用的，程序存储器和数据存储器共用一个存储器空间的结构，称为“冯诺依曼”结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，称为“哈佛”结构，目前的单片机采用此种结构较多。本文讨论的单片机多功能时钟系统的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机，配置了外围结构，构成了一个可编程的及时定时系统，具有体积小，可靠性能高，功能多等特点，不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供扩展，有着广泛的应用领域。1.2 单片机简介在单片机技术日趋成熟的今天，其灵活的硬件电路的设计和软件的设计，让单片机得到了广泛的应用，几乎是从小的电子产品，到大的工业控制，单片机都起到了举足轻重的作用。单片机小的系统结构几乎是所有具有可编程硬件的一个缩影，可谓是“麻雀虽小，肝胆俱全”，单片机的学习和研究是对微机系统学习和研究的简捷途径。1.2.1 单片机的分类从市场上看到的AVR系列和PIC系列单片机是怎么回事？以便让大家对单片机的发展有一个较全面的认识。在没有学习单片机之前，这是一个令很多初学者非常困惑的问题，这么多的单片机我该先学哪一种呢？AVR系列单片机也是ATMEL公司生产的一种8位单片机，它采用的是一种叫RISC（精简指令集单片机）的结构，所以它的技术和51系列有所不同，开发设备也和51系列是不通用的，它的一条指令的运行速度可以达到纳秒级（即每秒1000000000次），是8位单片机中的高端产品。由于它的出色性能，目前应用范围越来越广，大有取代51系列的趋势，所以学完了51系列的，看来必须学会AVR的才行，可叹知识爆炸，人生苦短。说完了AVR的，再来说说另一种-PIC系列单片机，它是美国MICROCHIP公司，唉，又是老美，叫微芯公司的生产的另一种8位单片机，它采用的也是RISC的指令集，它的指令系统和开发工具与51系列更是不同，但由于它的低价格和出色性能，目前国内使用的人越来越多，国内也有很多的公司在推广它，不过它的影响力远没有51系列的大，所以作为初学者，51系列当然(不，绝对)是首选。以上几种只是比较多见的系列，其实世界上还有许多的公司生产各种各样的单片机，比如：MOTOROLA的MC68H系列（老牌的单片机），TI的MSP430C系列（极低功耗的单片机），还有日本的TOSHIBA，日立的HITACH，德国的西门子SIEMENS等等，它们都有各自的结构体系，并不与51系列兼容。1.2.2 单片机的发展状况计算机系统的发展已明显地朝三个方向发展，这三个方向就是：巨型化，单片化，网络化。单片机用以解决复杂系统计算和高速数据处理的仍然是巨型机在起作用，故而，巨型机在目前在朝高速及处理能力的方向努力。单片机在出现时，Intel公司就给其单片机取名为嵌入式微控制器（embedded microcontroller）。单片机的最明显的优势，就是可以嵌入到各种仪器、设备中。这一点是巨型机和网络不可能做到的。在本文，介绍单片机的最新技术进步，包括数字单片机的工艺及技术，模糊单片机的工艺及技术，单片机的可靠性技术，以及以单片机为核心的嵌入式系统。数字单片机的技术发展 数字单片机的技术进步反映在内部结构、功率消耗、外部电压等级以及制造工艺上。在这几方面，较为典型地说明了数字单片机的水平。在目前，用户对单片机的需要越来越多，但是，要求也越来越高。下面分别就这四个方面说明单片机的技术进步状况。1.2.3 应用前景观察之前几年以来各家厂商的销售地区比重，可以发现中国大陆市场比重逐渐提升，台湾与北美市场则逐渐衰退， 主要原因在于多项产品制造基地转移至大陆，MCU在大陆的需求也随之提升。销货至大陆的MCU产品，多应用于 电话、Caller ID、玩具与LCD等产品，预计在未来，销货至大陆的比重仍将持续增加。在中国产品应用领域可分 为五大项目，包括电脑周边(高速Modem、DSC、NB中的电源管理等)、通讯产业、消费性产品(家电、冷气等)、 车用市场(定速器、控制器、防盗器)及工业上的应用。有部份场家将特别瞄准消费性产品市场跨入，如Audio方式 将朝多媒、MP3解决方案前进，另外在PC连结应用上，包括无线、网路及标准应用产品，都会有一系列产品推出。 另外在电源系统应用方面，在UPS(不断电系统)、Server Power(伺服器电源)、Charger(充电器)等应用上；以及 在周边应用领域方面，针对Game Device、记忆卡、读卡机、及Pen Drive(随身碟)等应用上。逻辑IC包括 微处理器(MPU)、微控制器(MCU)、特殊应用IC(ASIC)、可程式逻辑元件(PLD)以及一般的标准应用IC(ASSP)等， 不同的逻辑IC有其发展方向，而MCU产品则朝向整合型产业发展。22 系统方案设计2.1 设计思路其中硬件由AT89S51单片机、斯密特触发器、自激振荡器、蜂鸣器组成，其中显示采用动态显。MCS-51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的，上电复位电路是种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。时钟电路一般分为两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本文用的是内部时钟方式。报警电路用了两个三极管（一个PNP型一个NPN型）对电路进行放大驱动蜂鸣器。2.2 设计要求设计并制作有如下功能的报警器：设计一个报警器，当第一次触发时发出报警信号，延时六秒后报警信号停止，十秒内没有二次触发则自动复位，十秒内触发第二次则持续报警，此时只可由复位键复位。基于此设计一个简易的报警器。33 系统硬件设计设计概要图如下：图1 设计概要图3.1 各部分电路设计3.1.1 单片机的选择单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。目前，我国生产很多型号的单片机，在此设计中，我们采用型号为AT89C51的单片机。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）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（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可提供许多应用场合，可灵活应用于各种控制领域。主要性能参数：与MCS-51产品指令系统完全兼容；4k字节可重擦写Flash闪速存储器；1000次擦写周期；全静态操作：0Hz24MHz；三级加密程序存储器；1288字节内部RAM；32个可编程IO口线；2个16位定时计数器；6个中断源；可编程串行UART通道；低功耗空闲和掉电模式。51单片机的电路图：图2 51单片机电路图3.1.2 复位电路设计MCS-51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。上电复位：上电复位电路是种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。本设计中用按钮控制复位。复位电路图如下：4图3 复位电路3.1.3 时钟电路设计时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本文用的是内部时钟方式。时钟电路电路图如下：图4 时钟电路3.1.4 报警电路设计报警电路是整个电路成功的体现。报警电路用了两个三极管（一个PNP型一个NPN型）对电路进行放大驱动蜂鸣器。报警电路图如下：6图5 报警电路3.2 总电路电路设计 对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:MCS-51系列单片机、晶振电路、复位电路以及一个稳定的5V电源，正极接在40脚，20管脚接地，控制引脚EA接法。EA/VPP（31脚）为内外程序存储器选择控制引脚，当EA为低电位时，单片机从外部程序存储器取指令；当EA接高电平时，单片机从内部程序存储器取指令。AT89S51单片机内部有4KB可反复擦写1000次以上的程序存储器，因此我们把EA接到+5V高电平，让单片机运行内部的程序。我们将上述电路与51单片机进行连接运行，则得到总电路图。总电路图如下：7图6 报警器总电路原件清单： AT89C51单片机1个电容2个SW-SPST开关1个电解电容101个电阻10K一个 22R一个 1K一个 200一个BUTTON触发开关2个lamp显示灯1个Crystal晶振1个电源1个4 系统软件设计4.1 系统主程序设计系统主程序主要完成所有存储单元的初始化，定时器T0，T1工作方式的设定，处置的设置，电路的连接情况，及报警蜂鸣器。4.1.1系统主程序流程图图7 主程序流程图4.1.2中断程序流程图8图8 中断程序流程图10总 结我在这一次单片机报警器的设计过程中受益匪浅。设计过程中我又回顾了大学三年所学的课程及相关知识。加深了对所学知识的理解。这为自己今后进一步深化学习，积累了宝贵的经验也培养了我运用所学知识解决实际问题的能力。经过这次课程设计，也总结了很多问题：1.在设计程序之前,务必要对所用单片机的内部结构有一个系统的了解,知道该单片机片内有哪些资源。2.设计程序采用什么编程语言并不是非常重要,关键要有一个清晰的思路和一个完整的软件流程图。3.在设计程序时,不能妄想一次就将整个程序设计好,“反复修改,不断改进”是程序设计的必经之路。4.在设计程序过程中遇到问题是很正常的,但我们应该将每次遇到的问题记录下来,并分析清楚,以免下次再碰到同样的问题。 我觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。在大学的课堂的学习只是在给我们灌输专业知识，而我们应把所学的用到我们现实的生活中去，此次的电子时钟设计给我奠定了一个实践基础，我会在以后的学习、生活中磨练自己，使自己适应于以后的竞争。11参考文献1. 李全利. 单片机原理及