（机械设计及理论专业论文）小单元远程报警与智能防盗系统的研究.pdf

鞍山科技大学硕士学位论文摘要 摘要 随着科学技术的迅猛发展，现代生活也随之加快，人们的物质生活和精神生活 都得到了很大的提高，人们更希望在一种安全、舒适的环境下生活。城市人口的增 加和密集，使人们的居住环境发生了很大变化，居民住宅向楼宇高层化，单元封闭 化，住宅小区化发展，尤其现代家庭多为三口之家，人们每天都忙于工作和学习， 所以家中无人就是常见现象，因此，社会治安出现了新的情况，流窜作案，入室盗 窃，电气自燃，煤气泄漏等情况时有发生，往往给家庭财产造成重大损失，甚至个 人的生命安全有时也无法保障，这就使得人们在工作或外出时为家里的财产安全忧 心忡忡。在这样的背景下，人们非常希望有一个报警装置，使得能够及时的通知或 及时处理家中无人时家里发生的异常情况，以把损失降低到最小程度。本论文研究 的是基于单片机而开发的一种家用小单元远程报警与智能防盗为一体的防盗报警装 置。本系统使用单片机控制，主要对室内盗情、火灾及煤气等异常情况产生报警信 号，并迅速拨打报警电话，以便及时采取有效措施，最大限度地降低给生命和财产 造成的伤害和损失。 本文首先叙述了住宅智能化发展的现状及发展趋势，分析了国内智能住宅系统 弊端，提出了本系统研究的内容及其应用前景，并对本装置可实施性和功能进行了 说明，给出了设计的方案及总体构思。 小单元远程报警与智能防盗系统的详细设计是本文的重点。本文从硬件和软件 两个方面分别对该报警系统设计进行了较为全面的阐述。说明了系统主要元器件的 选择，对所选的标准化、模块化的芯片及所组成典型电路的具体结构及工作原理进 行了介绍并给出了具体接口电路；在阐述专用芯片a t 8 9 c 5 i 的中央处理单元原理基 础上给出了部分控制电路，以及单片机系统电路、无线发射接受电路、电源电路等； 对单片机系统进行了软件编程，给出了主要子程序的设计流程图并在附录中给出了 部分程序的源代码清单。 为了使本装置更具有实用性，作者设计了起到防护作用的自动门窗，对它进行 了总体的机械设计和材料的选择，并用a n s y s 对窗体进行了强度校核。 根据本系统的实际需求，用p r o t e l9 9s e 进行了电路板的制作，生成了p c b 板并在附录中给出了它的3 d 效果图和本装置的实际电路实验板，软件的编译是在 k e i luv i s i o n 2 集成开发环境完成开发工作的，并用汇编语言进行编写，利用北京 革新科技有限公司的g f 系列智能型编程器完成软件的烧录工作。 本文在结论中阐述了尚需进一步解决的问题以及下一步的工作内容。 鞍山科技大学硕士学位沦文 摘要 该项研究涉及了单片机开发、程序设计、传感器的应用、现代无线通信技术、 自动控制技术等等，并将它们有机的结合在一起。由于采用无线传输手段，系统隐 蔽性好，生存能力强，更重要的是它避免了有线报警系统安装时需要穿墙架线而装 拆麻烦且破坏已有合理结构的弊端，具有良好的应用前景。这对于营造安全环境系 统的科学研究将起到一定的作用。 【关键词】：防盗系统，报警，自动拨号，传感器，单片机 i i 鞍山科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ，t h em o d e ml i f ea l s os p e e d su p ， p e o p l e sm a t e r i a ll i f ea n dt h es p i r i t u a ll i f eo b t a i n e dw i t he n h a n c e m e n t ，t h ep e o p l eh o p e d l i v e si no n ek i n do fs e c u r i t ya n dc o m f o r t a b l ee n v i r o n m e n tu r b a np o p u l a t i o ni n c r e a s ea n d c r o w d e d ，c a u s e dp e o p l e se n v i r o n m e n tc h a n g e dv e r ym u c h ，t h ei n h a b i t a n th o u s i n gt e n dt o b i gb u i l d i n g ，t h eu n i ts e a l ，t h er e s i d e n t i a ld i s t r i c td e v e l o p m e n t ，t h em o d e mf a m i l ym a n y w a sat h r e e p e r s o nf a m i l ye s p e c i a l l y , t h ep e o p l ew e r eb u s yw i t ht h ew o r ka n dt h es t u d y e v e r yd a y , n o b o d yi nt h ef a m i l yw a s t h ec o m m o np h e n o m e n o n ，t h e r e f o r e ，t h es o c i a lo r d e r h a dt h en e ws i t u a t i o n , t h es i t u a t i o nw h i c hc o m m i t sac r i m e ，e n t e r sr o o m ss t e a l s ，t h e e l e c t r i c a ls p o n t a n e o u sc o m b u s t i o n , t h ec o a lg a sd i v u l g e ds o m e t i m e so c c u r s ，o f t e ng a v e t h ef a m i l ya s s e tt ot h eh e a v yl o s s e s ，e v e ni n d i v i d u a ls a f e t ys o m e t i m e sa l s ow a su n a b l e s a f e g u a r d ，t h i sc a u s e dt h ep e o p l ew o r r ya b o u tt h es a f eo ff a m i l y sp r o p e r t yw h e nt h ew o r k u n d e rs u c hb a c k g r o u n d ，t h ep e o p l eh o p e dh a saa l a r md e v i c e ，e n a b l e sp e o p l ek n o wo r p r o m p tm a n a g e sf a m i l ya f f a i r sw h e nn o b o d yi nt h ef a m i l y , i no r d e r t or e d u c e st h el o s st o t h el o w e s td e g r e eb a s e do nt h es i n g l e c h i pc o m p u t e r ，t h i sd i s s e r t a t i o np u tf o r w a r da p r o j e c t ，w h i c hi s ak i n do fd e s i g no fh o m eu s es m a l lu n i tl o n g d i s t a n c ea l a r ma n d i n t e l l i g e n tg u a r da g a i n s tt h e f td e v i c e t h i ss y s t e mu s es i n g l e c h i pc o m p u t e rc o n t r o l ， m a i n l yt ot h ec a s eo ft h er o b b e r y ，t h ef i r ea n dt h ec o a lg a sh a st h ea l a r ms i g n a l ，a n d r a p i d l yd i a l st or e p o r tt ot h ep o l i c et h et e l e p h o n e ，i no r d e rt op r o m p t l yt a k e st h ee f f e c t i v e m e a s u r e ，t h eg r e a t e s tl i m i tr e d u c e st h ei n j u r ya n dt h el o s sw h i c hc f e a t e sf o rt h el i f ea n d t h ep r o p e r t y f i r s t ，t h i sa r t i c l en a r r a t e dt h ed e v e l o p m e n tp r e s e n ts i t u a t i o na n dt h ed e v e l o p m e n t t e n d e n c yo fh o u s i n gi n t e l l e c t u a l i z a t i o n ，a n a l y z e dt h em a l p r a c t i c eo fd o m e s t i ci n t e l l i g e n t h o u s i n gs y s t e m ，p r o p o s e dt h i ss y s t e mr e s e a r c hc o n t e n ta n dt h ea p p l i c a t i o np r o s p e c t ，a n d c a r r i e so nt h ei m p l e m e n t a t i o na n dt h ef u n c t i o ns h o w i n gt ot h i se q u i p m e n tp r o d u c e dt h e d e s i g np l a na n dt h eo v e r a l li d e a t h ed e s i g no ft h es y s t e mi st h i sa r t i c l ek e y p o i n tt h i sa r t i c l ec a r r i e do nam o r e c o m p r e h e n s i v ee l a b o r a t i o nf r o mt h eh a r d w a r ea n dt h es o f t w a r et o t h i sa l a r ms y s t e m d e s i g n e x p l a i n e dt h ec h o i c eo fm a i nc h i p ，a n de l e c t e ds t a n d a r d i z e d ，m o d u l a rc h i pt o c o m p o s e se l e c t r i cc i r c u i t ，i n t r o d u c e st h ec o n c r e t es t r u c t u r ea n dt h ep r i n c i p l eo fw o r ka n d p r o d u c e dt h ee l e c t r i cc i r c u i to fc o n n e c t i o n ；p r o d u c e dt h ec o n t r o lc i r c u i to fa t 8 9 c 51 ，a s t h 鞍山科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w e l la st h es i n g l e c h i pc o m p u t e rs y s t e me l e c t r i cc i r c u i t ，t h ew i r e l e s sl a u n c h a c c e p t e dt h e e l e c t r i c c i r c u i t ，p o w e rc i r c u i ta n ds oo n ；c a r r i e do nt h es o f t w a r ep r o g r a m m i n gt ot h e s i n g l e c h i pc o m p u t e r , p r o d u c e dt h em a i np r o g r a mf l o wc h a r ta n dt h ep a r to fp r o g r a m s o u r c ec o d ed e t a i l e dl i s ti nt h ea p p e n d i x i no r d e rt oe n a b l et h i si n s t a l l m e n th a v et h eu s a b i l i t y , t h ea u t h o rd e s i g n e da u t o m a t i c w i n d o w sa n dd o o r s ，c a r r i e do nt h eo v e r a l lm a c h i n ed e s i g na n dt h em a t e r i a lc h o i c et oi t ， a n da n a l y z e st h et h ew i n d o w si n t e n s i t yw i t ha n s y s a c c o r d i n gt ot h i ss y s t e ma c t u a ld e m a n d ，c a r r i e do nt h ee l e c t r i cc i r c u i tb o a r dd e s i g n w i t hp r o t e l9 9s e , p r o d u c e st h ep c bb o a r d ，i t s3 de f f e c tc h a r ta n da c t u a le l e c t r i c c i r c u i t e x p e r i m e n tb o a r dp h o t oe x h i b i ti nt h ea p p e n d i xt h ed e v e l o p m e n tw o r ko f t h es o f t w a r ei s i nk e i luv i s i o n 2 ，u s i n gt h eg fs e r i e so fi n t e l l i g e n c ep r o g r a m m i n gc o m p l e t e ds o f t w a r e w o r kt h en e x ts t u d yi se x p l a i n e di nt h ee n do fd i s s e r t a t i o n t h i sr e s e a r c hi n v o l v e ds i n g l e c h i pc o m p u t e rd e v e l o p m e n t ，p r o g r a m m i n g ，s e n s o r a p p l i c a t i o n ，m o d e mw i r e l e s sc o r r e s p o n d e n c et e c h n o l o g y , a u t o m a t i cc o n t r o lt e c h n o l o g y a n ds oo n , a n dm a k et h e mo r g a n i cu n i f i e di nt o g e t h e nb e c a u s eu s e st h ew i r e l e s s t r a n s m i s s i o nm e t h o d ，t h es y s t e mh i d i n gi sb e s t ，t h es u r v i v a b i l i t yi ss t r o n g , m o r e i m p o r t a n t l yi ta v o i d e dt h em a l p r a c t i c eo ft h ew i r e da l a r ms y s t e mi n s t a l l e dw h i c hn e e d i n g t op u to nt h ew a l lw i r el a y i n ga n dd e s t r u c tt h er e a s o n a b l es t m c t u r e ，i th a dt h eg o o d a p p l i c a t i o np r o s p e c tt h i sw i l lp l a yt h ev e r ym a j o r r o l ei nt h es c i e n c er e s e a r c h k e y w o r d ：t h eg u a r da g a i n s tt h e f ts y s t e m ，t h ea l a r m ，a u t o m a t i cd i a l s ， t h es e n s o r , s i n g l e - c h i pc o m p u t e i v 鞍山科技大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 随着我国国民经济和人民生活水平的不断提高，在全国建成了许许多多的现代 化住宅小区。由于城市人口膨胀、外来人口的增加及煤气和大量家用电器设备使用 中的不安全因素等，对小区居民的生命和财产造成了很大威胁。给居民生命和财产 带来最大的威胁包括两大方面：一方面是由人为引起的破坏( 如盗窃、抢劫、凶杀) ， 另一方面是自然灾害引起的破坏( 如火灾、煤气泄漏、突发性疾病) 。因此，人们 越来越迫切要求采用有效的措施，以满足日益增长的安全防范要求。为了更有效保 证居民的生命和财产的安全，在住宅和住宅小区内引入了智能化的手段进行安全防 范管理。智能住宅的安全防范系统是由防盗报警系统、防火( 火灾报警) 系统、防 煤气泄漏系统和遇急求救系统等组成，该安全防范系统是家庭、住宅小区防范外来 侵害和自然灾害的一种最重要的、最有效的手段，它大大提高了居民自身的安全感， 并己成为维护社会治安的一个重要组成部分。 1 1 住宅智能化发展的概况 1 1 1 国外住宅智能化的发展 早在几年前，美国和欧美等西方先进国家先后提出了“智能住宅”( s m a r th o m e ) 的概念。这种起始于8 0 年代的智能化住宅，装备有各种通信、家电、安保等设施， 通过总线技术应用“”，计算机和信息技术实现监视、控制与管理的智能功能。美 国、日本都己对居住小区智能化系统制订了技术标准进行智能化住宅建设。应用于 智能化居住小区的产品，在发达国家也己形成系列。国外智能住宅的研究始于7 0 年 代末、8 0 年代初。发展至今，市场上的产品众多，如美国的x 一1 0 系列、l o n w o r k s 系统和s m a r t h o u s e 系统，日本的s h b s ( s u p e r h o m e b u s s y s t e m ) 系统弄 1 t r o n 系统， 欧洲的e h s ( e s p r i th o m es y s t e m ) 系统、e i b ( e u r o p e a nl n s t a l l a t i o n b u s ) 系统和 b a t i b u s 系统等等。一些西方国家已经把住宅建成以现代计算机技术、现代通信技 术、现代图形显示技术为基础，以现代科技为载体的各种功能系统的集成。“。总 体来说，各厂商都已经制定了自己的标准规范，并生产出技术相对成熟的产品。这 些系统各有所长，目前尚没有哪一种能处于主导地位。各种系统之间互不兼容或只 能有限兼容。用户一旦选择了某个系统的产品，再对系统进行扩充时只能选择符合 该系统规范的产品，因此选择范围有限：另一方面，开发商遵循某个系统的标准来生 鞍山稃技大学硕士学位论文 第一章绪论 产自己的产品要承担很大的市场风险，因为若该系统未能成为最终的统一标准，那 么厂家就必须对自己的产品进行改造以适应新的统一标准。 11 2 国内住宅智能化的发展概况及存在的不足 与国外相比，我国的智能住宅系统研发工作起步较晚，目前为止依然停留在引 入国外成熟的产品加以安装使用阶段，还没有哪一个由国内自行开发的适合我国国 情的智能住宅系统真正走向市场。在智能小区的建设中，没有充分发展我们自己的 智能设施和产品，实际上，智能小区发展潜力巨大，加强国内智能小区设备的研究 是很好的机会和挑战，开发出符合我国国内需要的民族品牌是智能小区发展的必由 之路，智能小区建设不仅应该适合我国的国情，而且应该参考当地的人文背景。近 年来，北京、上海、广东、山东、深圳等省市，先后发展了一批智能化住宅小区， 他们的出现满足了我国不同收入用户对住房的需求，同时，也为将来国家制定小康 住宅标准进行了有益的探索和尝试。一些城市和地区还制定了发展智能化小区的地 方性法规，国家建设部也颁布了智能住宅小区建设工作的大纲和技术准则。“智能 住宅小区”不仅己被人们所接受，并正在成为购物职业选择的重要条件和标准。 我国目前常用的一些安全防范措施和产品，如防盗门，对讲门铃等功能简单， 作用有限，仍满足不了人们对安全保障的要求，更不符合我国国情的住宅单元和住 宅小区的安全防范系数。从防火角度分析，消防系统应做到贯彻以防为主，消防结 合的方针，及时发现并报告火情，控制火灾的发展。尽早扑灭火灾，确保人身安全 和尽可能减少社会财富的损失。而现有普通住宅单元或小区中对于这个问题采取的 措旋是多层住宅每户设防火门，每个单元没屋面上人孔，高层住宅设消防电梯，在 公共走道布置自喷灭火箱，室内布置消火栓。而这一切对于防范于未然是远远不够 的，一旦发生火灾，损失严重程度可想而知。 从我国目前和未来住宅建筑来看，传统的防火、防盗设旋存在的问题急需解决 这给在小区范围内实行保安防灾集中智能管理提出了要求。 鞍山科技大学硕士学位论文 第一章绪论 1 2 系统的内容、特点及可实施性 12 1 系统的内容 电话远程控制与报警装置的研制是住宅智能化系统中的一个子问题。 住宅防火、防盗报警等系统是为了保证住户在住宅内的人身财产安全，通过在 住宅内门窗及室内安装各种探测器进行昼夜监控。该系统包括：传感器电路、主机控 制部分、自动拨号电路、报警电路和密码控制电路等。它可以通过多种方式进行报 警和预警，并借助电话等现代化通讯手段进行信息传递。该智能报警系统可实现如下 功能：防盗、防火报警；微处理器对双音多频( dtmf ) 编、译码器的控制，使住宅通过 电话网实现与相关部门之间的数据交换：微处理器对各传感器的信号检测和控制。双 音多频电路与单片机通过电话网络完成住宅与外部的联络，当有人非法企图进入住 宅或正在实施盗窃过程中，防盗检测器就检测出信号，通过对接口电路的读取，并向单 位保卫科、1 1 0 1 1 9 报警台单位电话机或个人传呼机发出呼叫信号，告之对方住宅被 盗，提示保安人员迅速确认警情，及时赶赴现场，以确保住户人身和财产安全。本 系统与电话机并联，只在报警期间占用电话线路，报警结束后系统与电话线路脱离，不 影响电话机的正常使用。当探测器检测到意外情况后就发出报警电平信号到主机控 制部分，主机控制部分对该电平信号进行处理，然后控制双音多频拨号芯片向电话线 路拨出双音多频信号( 电话号码) 。整个系统结构如图1l 所示。 1 2 2 系统的特点 本系统的特点有： ( 1 ) 由于本系统采用的是微电子元件和芯片，无线布控，无需布线，因此他的布 局合理，体积小，安装方便。 ( 2 ) 自动拨打预存电话号码。 ( 3 ) e e p r o m 掉电信息保护。 ( 4 ) 无线遥控布防，并可通过电话撤防及自动布防。 ( 5 ) 防盗，防火，防煤气等为一体的报警器。 ( 6 ) 通过声光报警器，具有现场阻吓非法分子的功能。 ( 7 ) 本装置能够自动控制防护门窗的开启，具有阻止非法分子由门窗强行进入的 功能。 鞍山科技大学硕士学位论文 第一章绪论 ( 8 ) 由于本装置是针对每家每户，因此他更具实用价值。 1 2 3 系统的可实施性 图1l 系统结构图 f i g1 1s y s t e ms t r u c t u r ed i a g r a m 本报警系统的开发是在以市场研究为基础，针对人们的需求和市场上的报警产 品的不足而提出的。它是基于电话的防盗报警产品，由于现在人们生活的提高，电 话已基本普及到家庭，2 1 世纪是信息时代，各种电信新技术推动了人类文明的进步。 自从1 8 7 6 年，a l e x a n d e r g r a h a mb e l l ( 贝尔) 发明电话以来，世界各国的i u 话网络 发展非常迅速。进十年来，中国的固定电话业务呈现出举世瞩目的快速增长。1 9 9 7 年8 月局用电话交换机总容量突破1 亿门，网络规模跃居世界第二位，1 9 9 9 年7 月 固定电话用户总数突破1 亿户，因此它的实旌就更加可行，本报警系统由于大量采 用了已用的技术比较成熟的微电子元器件，可靠性高，个别微电子元器件的价格也 比较低，所以整体价格比较低，这对普通的： 薪阶层来说比较经济实惠。雨加上该 系统集防盗，防火，防煤气等为一体，弥补了目前市面上的功能单一的报警器之不 足。而且，它具有小型化的特点，更是一种经济实用的报警器，是基于公共电信网 络系统的经济适用的家用防盗、防火、防煤气等报警器，既有其技术上的可行性， 鞍山科技大学硕士学位论文第一章绪论 又可以满足市场的需求。 目前，市售有多种报警拨号器，但是大多数属于特殊功能的电话机，成本很高， 作为普通市民丢弃原先购置的电话机再安装报警电话机实在是浪费。本系统研究的 是，在无须改动原电话机的前提下，在电话线上并接本装置，并采用无线红外探头 实时监测，达到各项功能，并且在安全性、多路无线探头设计方面有较大改进。 1 3 课题的总体构思及技术方案 1 3 1 课题的总体构思 该系统是由系统告警单元和系统中央处理单元以及公用电话网络接口组成。当 系统告警单元探测到有异常发生时，便通过天线发出一信号；此信号被系统中央处 理单元接收后进行处理，最后以电话通知的方式报警。系统结构图如图12 所示。 天线1 n 天线2 心 1 3 2 课题的方案 天线n 图1 2 系统总体结构组成框图 f i gl 2s y s t e mo v e r a l ls t r u c t u r ec o m p o s i t i o nd i a g r a m 系统的硬件包括系统告警单元和系统中央处理单元两部分。 系统告警单元硬件主要由告警采集电路，告警发送电路等组成。当家中有盗窃或 鞍山科技大学硕士学位论文第一章绪论 火灾等异情发生时，传感器便会立即检测并产生信号，传感器包括：红外传感器，玻璃 破碎传感器，门磁传感器，烟雾报警传感器，防盗传感器，煤气泄露传感器，紧急求救按 钮等。经一系列调理，转换后，由发射电路经天线发送出去。其框图如图13 所示。 告警中央处理单元硬件包括a t 8 9 c 5 1 单片机，告警接收电路，拨号电路，报警 号码写入及显示电路和看门狗电路等组成。其框图如图14 所示。 使用者可以利用键盘上的按键通过号码置入电路把告警号码( 办公室电话号、 手机号码、1 1 0 或其他任意号码) 置入到e e p r o m 中，置入过程可以通过液晶显示 器看到。告警信号被中央处理单元天线接收后进入接收电路，然后发出拨号启动信号， 单片机通过号码读出电路读取预先置入的告警号码，进而通过双音多频信号产生电 路，进入电信网络，使用者知道后便可采取相应措施。 本系统采取的防护措旅有，可以在家中安装蜂鸣器等报警装置，他具有现场阻吓 非法分子的功能。安装自动防护门窗，其工作流程如下：感应探测器探测到有人进 入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，同时监控马达转数， 以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。马达得到一定运行电流后做正向运 行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给防护门窗闭合；防护门窗闭合后由 控制器作出判断，如需开启，通知马达作反向运动，开启防护门窗。 图13 系统告警单元框图 f i g 13s y s t e mw a r n i n gu n i td i a g r a m 鞍山科技大学硕士学位论文 第一章绪论 图1 4 系统中央处理单元框图 f i g 1 4s y s t e mc e n t r a lp r o c e s s i n gu n i td i a g r a m 7 鞍山科技大学硕士学位论文第二章小重元远程报警与智能防盔系统的基本构成 第二章小单元远程报警与智能防盗系统的基本构成 2 1 主控单元 2 1 1 电子计算机、微型计算机、单片微机的硬件组成结构 1 电子计算机的硬件组成结构 自从1 9 4 6 年诞生第一台电子计算机以来，仅仅4 0 多年的历史，却已经历了4 代的发展，现正向第五代过渡。其发展速度惊人，已应用于一切领域，成为现代工 业水平的重要标志之一8 ”。 一台电子计算机的硬件结构，由以下几部分组成： 1 ) 主机 ( 1 ) 运算器( a l u a r i t h m e t i cl o g i cu n i t ) 运算器是进行算术逻辑运算的部件，包括存放操作数和运算结果的累加器和寄 存器等。 ( 2 ) 控制器( c o n t r o lu n i t ) 它是整个计算机硬件系统的指挥中心，根据不同的指令产生不同的命令，指挥 计算机有条不紊地自动地快速工作。它由给出指令地址的程序计数器p c ( p r o g r a m c o u n t e r ) 、暂存指令寄存器i r ( i n s t r u c t i o nr e g i s t e r ) 、将指令翻译成操作命令的指令译 码器i d ( i n s t r u c t i o nd e c o d e 0 以及微操作序列部件等组成。 运算器和控制器合称中央处理器c p u ( c o n t r o ip r o c e s s i n gu n i t ) 。 ( 3 ) 主存储器( m a i nm e m o r y ) 主存储器又称内存储器( 简称内存或主存) 。它由大量存储单元组成。用以存储 大量二进制代码。这些代码和数据码。可直接给控制器提供指令代码或者给运算器 提供操作数。 2 ) 外部设备 ( 1 ) 输入没各( i n p u t d e v i c e ) 它的作用是将计算程序和原始数据转换为电信号，在控制器的控制下，将地址 顺序地存入主存。 ( 2 ) 输出设备( o u t p u td e v i c e ) 鞍山科技大学硕士学位论文第二章小单元远程报警与智能防盔系统的基本构成 它的作用是将运算结果以人们易于识别的形式，在控制器的控制下，由主存通 过外围设备呈现给人们。输出的形式有数码，英文字母、图形曲线、表格等。现在 输出设备种类很多，常用的为打印机、显示器、图形仪等。 ( 3 ) 外存储器( e x t e r n a ls t o r a g e ) 外存储器又称辅助存储器，简称外存。它是主存的后备存储器，存取速度比主 存慢，但容量很大或海量。它不能直接和c p u 打交道，用以存储主机解题时暂时用 不到的数据和程序。此外，有的计算机还配置有控制台。 总括起来，上述运算器、控制器、存储器和输入、输出设备，是组成电子计算 机必不可少的五大部件。尽管计算机技术发展飞快，但这种基本结构尚未有根本陛 的突破。 2 微型计算机的硬件结构 随着微电子技术、大规模集成技术的发展，诞生了微型计算机。由于受集成 度的限制，把组成计算机的五大部件按各自逻辑功能划分芯片。例如：把运算器和 控制器集成在一块芯片上，称微处理器c p u ；把主存储器按不同容量集成，由多 片组成微型计算机的主存储器；把外部输入腧出接口电路集成各种不同的外围接口 电路芯片。通过c p u 的外部总线，把各功能芯片组合在一块电路板上，构成一台微 型计算机，通过各种外围接口芯片，配置各种不同的输入输出等外围设备。 由于采用了大规模集成芯片以后，组成计算机的体积大大缩小了，成本下降了 很多倍，且不断的下降，从而大大扩展了应用范围，推动着微型计算机的飞速发展。 微型计算机的基本组成结构没有本质变化，所以它只是电子计算机进一步发展 中的一个分支，它仍属于电子计算机家族中的一员。 3 单片微型计算机的硬件组成结构 随着大规模集成技术的进一步发展，为满足实时应用领域中的急切需要，要求 进一步缩小体积和降低成本，实现了把组成计算机的五大部分集成在一块芯片上， 即在一块芯片上集成了：c p u 、振荡器电路、r o m 和r a m 存储器、定时i e 数器 和并行串行i o 接口等，一块芯片就构成一台具有一定功能的计算机，称为单片微 型计算机。 同样，单片微型计算机与典型微型计算机在组成原理上没有本质区别，仅仅是 结构形式有所不同。它同样是微型计算机发展中的一个分支，同属于电子计算机大 家族中的一员。 由于单片微机一片就是一台计算机，因此它具有许多独特优点，即体积小、重 量轻、单一电源、低功耗、功能强、价格低廉、运算速度快、抗干扰能力强、可靠 鞍山科技大学硕士学位论文第二章小单元远程报警与智能防盗系统的基本构成 性高等。所以单片微机特别适用于实时测控系统，应用领域越来越广泛，已经成为 传统工业技术改造，各类产品更新换代，实现自动化，智能化的理想机型。 当前，单片机产品非常多“，应用最广的i n t e l 公司的m c s 一5 1 系列单片微机 的组成结构如图21 所示。 m c s 一5 1 系列单片机从其制造工艺上可分为h m o s 和c h m o s 型两档，即 8 0 5 1 8 0 c 5 1 。从其结构功能上又可分为8 0 5 1 8 7 5 1 8 0 31 , 8 0 5 2 8 7 5 2 8 0 3 2 和 8 0 4 4 8 7 4 4 8 3 4 4 以及8 0 c 5 1 8 7 c 5 1 8 0 c 3 1 ，8 0 c 5 2 8 7 c 5 2 8 0 c 3 2 等多种产品。 m c s 一5 1 单片微机内部包含如下功能部件： 8 位c p u ； 振荡器和时钟电路： 4 k 8 k 字节的程序存储器r o m 或e p r o m ； 1 2 8 2 5 6 字节的数据存储器r a m ； 可寻址外部程序存储器和数据存储器各6 4 k 字节； 二十多个特殊功能寄存器； 3 2 线并行i o 口； 1 个全双工串行i o 口； 2 3 个1 6 位定时 己数器； 5 6 个中断源，有2 个优先级，同级中断则按优先顺序查询； 具有较强功能的位处理( 布尔) 能力。 图21 为m c s 一5 1 系列单片微机中央处理器的工作原理框图。 图2lm c s 一5 1 中央处理器的工作原理框图 f i g2 lm c s 一5lc e n t r a lp r o c e s s o rp r i n c i p l eo f w o r k 鞍山科技大学硕士学位论文第二章小单元远程报警与智能防盗系统的基本构成 2 1 2a t 8 9 c 5 1 单片微机引脚功能说明 标准型a t 8 9 单片机指的是a t 8 9 c 5 1 l v 5 1 , a t 8 9 c 5 2 l v 5 2 ，a t 8 9 s 5 1 l s 5 1 和 a t 8 9 s 5 2 l s 5 2 单片机。1 。标准型a t 8 9 单片机硬件部分的核心采用i n t e l 8 0 c 5 1 8 0 c 5 2 单片机硬件技术。两者的引脚排列与标准单元部件相同，指令系统完 全兼容。标准型a t 8 9 单片机又是构成其他型号a t 8 9 单片机的基础。适当减少部分 硬件单元可形成低档型单片机；增加部分硬件单元就可形成高档型单片机。 标准型a t 8 9 c 5 1 单片机因与m c s 一5 1 的完全兼容性、优良的工作性能、使用的 灵活性以及较高的性能价格比，成为a t 8 9 系列单片机的主流型。在嵌入式控制系 统中获得广泛应用。a t 8 9 c 5 1 单片微机的外形结构为4 0 条引脚双列直插式封装。 其引脚排列和逻辑符号框图如图2 2 所示。 p 11p 00 p 12 p 0l p 13 p 02 p 14p 03 p l5p 04 p l6 p 05 p l7p 06 r s t p dp 07 p 30 r x d e a v p p p 31 t x da l e p r o g p 32 九n t 0p s e n p 33 ，n q t lp 27 p 34 t 0 p 26 p 35 厂r 1p 25 p 36 ，w rp 24 p 37 ，r dp 23 x t a l 2 p 22 x t a l lp 2 1 g n dp 20 ( a )( b 1 图2 2a t 8 9 c 5 1 引脚和逻辑符号图 f i g22a t 8 9 c 5 1p i na r r a n g e m e n ta n dt h el o g i c a ls 3 a n b o ld i a g r a m 采用h m o s 工艺的a t 8 9 c 51 单片微机都采用4 0 条引脚的双列直插式封装 ( d i p ) 方式，而h m o s 工艺的a t 8 9 c 5 1 单片微机除采用d i p 封装方式以外，还采 用方形封装方式。这里仅对d i p 封装方式的各引脚功能简要介绍如下： 1 ) 主电源引脚 g n d 一( 2 0 脚) ：电路低电平。 鞍山科技大学硕士学位论文第二章小单元远程报警与智能防盗系统的基本构成 v c c f 4 0 脚) ：正常运行和编程校验( 8 0 5 1 8 7 5 1 ) 时为+ 5 v 电源。 2 ) 外接晶振或外部振荡器引脚 x t a l l ( 1 9 脚1 ：接外部晶振的一个引脚。在单片微机内部，它是一个反向放 大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，此引脚 应接地。 x t a l 2 - - ( 1 8 脚1 ：接外部晶振的另一个引脚。在片内接至振荡器的反向放大器 的输出和内部时钟发生器的输入端。当采用外部振荡器时则此引脚接外部振荡 信号的输入“。 3 ) 控制、选通或电源复用引脚 r s t v p d 一( 9 脚) ：r s t 即r e s e t ( 复位) 信号输入端。振荡器： 作时，由该引脚输 入脉宽2 个以上机器周期的高电平时复位单片机。当外部在r s t 与v c c 之间接 个电容( 约1 0 p f ) 和在r s t 与g n d 之间接一个电阻( 约82 k q ) 时，就可 以加电复位功能。v p d 为备用电源输入端，即当v c c 掉电时，由此引脚提供备 用电源，以保持内部r a m 的信息。 a l e p r o g ( 3 0 脚1 ：a l e ，允许地址锁存信号输出。当访问外部存储器时， a l e 信号的负跳变将p 0 口上的低8 位地址送入锁存存储器期问，a l e 仍以击振 荡频率固定不变的速率输出，因而它能作外部时钟或定时信号用。当访问外部 数据存储器时，将以击振荡频率输出。p r o g 为编程脉冲输入端，即当选用8 7 5 l 单片微机时，对片内程序存储器进行编程时，由此引脚输入编程脉冲。 p s e n 一( 2 9 脚) ：访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。在访问外部程序 存储器读取指令码时，每个机器周期产生二次p s e n 信号。在执行片内程序存 储器取指令时，不产生p s e n 信号；在访问外部数据存储器时，也不产生p s e n 信号。 e a v p p 一( 3 1 脚) ：e a 为访问内部或外部程序存储器选择信号。当e a 保持高电 平时，为访问内部程序存储器；当程序指针p c 值超过片内程序存储器地址( 如 8 0 5 1 8 7 5 1 的p c 超过o f f f h ) 时，将自动转向外部程序存储器继续运行；当 e a 保持低电平时，则只能访问外部程序存储器。因此，对8 0 3 1 而言，e a 必须 接低电平。v p p 为片内e p r o m ( 8 7 5 1 型) 编程电压输入端。在片内e p r o m 编程 时，由此引脚提供编程电压。 4 ) 多功能i o 引脚 p 0 口( 3 23 9 脚) ：8 位漏极开路双向并行i o 端e l 。当访问外部程序存储器时， 它的地址总线( 低8 位) 和数据总线复用；外部不扩展而单片应用时，则作双 向i o j 用：在进行片内程序校验期间，作指令代码输出用，可带8 个l s t t l 负 鞍山科技大学硕士学位论文筹z - 章小单元远程报警与智能防盗系统的基本构成 载。 p 1 口一( 1 8 脚) ：8 位准双向并行i o 端口。在片内程序校验期间，做低8 位地址 用。对8 0 5 2 型单片微机而言，p 10 和p ll 具有第二变异功能。它可带4 个l s t t l 负载。 p 2 口( 2 1 2 8 脚) ：8 位准双向并行i o 端口。当访问外部程序存储器时作高8 位 地址用；不作外部功能扩展(