迎宾记录器论文王燕.doc

盐城工学院本科生毕业设计说明书（2011）毕业设计说明书迎宾记录器系统设计专业电子信息工程学生姓名王 燕 班级BMZ电子071班学号0761417109指导教师沈兆军完成日期2011年6月3日迎宾记录器系统设计摘要：本文提出了基于AT89S52 单片机的电子迎宾系统的设计方案。方案是以单片机作为系统的控制核心，详细介绍了热释电传感检测、数码显示电路。并且给出了用AT89S52 元器件构成的系统的硬件原图和软件设计方法。采用通过AT89S52 单片机使热释检测检测到人并语音芯片播报。实现了当按下按键，系统开始工作，当有人经过时播报相应的话语的基本功能。 本电子迎宾设计电路由单片机控制电路、电源电路、显示部件、热释电传感检测电路、音乐电路等组成。先由热释电传感判断别人的进出方向，将信号传达给AT89S52单片机，由单片机分析，传达信息给语音电路，让其经过音频放大器发出相应的语音。在微电子技术与数字化技术发展的今天，开发这种服务质量好、智能化程度高、经济实用的自动控制智能迎宾系统，不仅便于统一管理，而且能减少人力资源，还对环境改善、提高经济效益都有着显著的效果。为此我们决定设计这种新型的自动电子迎宾器来代替人力。关键词：单片机；语音芯片；AT89S52；热释电传感Design of the Welcome Guests and Record Number InstrumentsAbstract: In this paper, based on the electronic Welcome guests AT89S52 chip design scheme of the system. Scheme is single chip microcomputer as control core and detailed the system introduced pyroelectric sensing detection, digital display circuit. And given system consisting of AT89S52 components with the hardware and the software design method footnote. AT89S52 Micro Controller Unit by through making hot to detect and release test broadcasts pronunciation chip. When pressing the keys, realize start work, when someone system when the words aired by the basic functions of the corresponding. This electronic Welcome guests circuit design by single-chip microcomputer control circuit, the power supply circuit, display parts, pyroelectric sensing detection circuit, music circuit etc. First by pyroelectric sensing judging other people access direction, will signal to communicate by microcontroller analysis AT89S52 Micro Controller Unit, message to voice circuits, let it pass sends out the corresponding audio amplifier speech. In microelectronics technology and digital technology development today, develop the service quality is good, intelligentize degree is high, the economical practical automatic control, not only facilitate intelligent Welcome guests system, but also can reduce the unified management of human resources, but also for the environment and increase economic benefits have significant effect. So we decided to design this new type of automatic electronic yingbin device instead of human.Keywords: Micro Controller Unit ; Pronunciation chip; AT89S52, Pyroelectric sensing迎宾记录器系统设计目 录1 绪 论11.1 引 言11.2 设计目的和要求12 系统描述22.1 系统功能简介22.2 系统总体设计23 系统硬件设计43.1单片机电路设计53.2 数码管显示电路设计73.3 独立式按键设计103.4 电源电路设计113.5 热释电检测电路143.6 继电器控制电路163.7 ISP下载接口设计163.8 报警电路174 系统软件设计174.1程序框图174.2 程序185 系统部分功能仿真测试215.1 Keil C程序调试215.2 Proteus仿真调试226 结 束 语24参 考 文 献25致 谢26附 录27附录1 元器件清单27附录2迎宾记录器系统设计电路原理图27附录3迎宾记录器系统设计电路PCB图27盐城工学院本科生毕业设计说明书（2011）迎宾记录器系统设计1 绪 论1.1 引 言在竞争日益激烈的今天，各行各业为提高竞争力，纷纷推出了各种新奇的事物来吸引消费者，经过长时间的市场调研，发现各种商场，宾馆舞厅等场所门口都站有一排或两排的迎宾小姐，这种迎宾方式不仅耗费了大量的物力资源，而且由于现在人力成本的不断增加，就大大增加了企业的生产成本，此外还会由于服务人员长时间从事单调重复的工作，造成对工作热情的锐减，从而影响服务质量，针对这一现象我们决定开发设计电子迎宾系统，虽然现在市场上有出现了不少电子迎宾器，但是有些产品没有进出别功能，人性化程度比较低，不能全方位的体现人的服务特点。市场上至今还未出现这种比较完善的电子迎宾系统。相比之下，这套电子迎宾系统体现出强大的优越性，不但成本低廉，而且工作性能稳定，还能为消费者提供感官上的人性化服务。伴随着电子技术与数字化技术的发展，开发出一种服务质量好，经济实用的控制系统成为诸多工程技术人员的追求，而电子迎宾系统不仅便于统一管理，而且能减少人力资源，还对环境改善、提高经济效益都有着显著地效果。为此我们决定设计着中国新型的电子迎宾器来代替人力。该电子迎宾装置是以热释电传感，配合语音电路组装而成，能随时任意改变语音电路中的录音，以满足不同场所的不同使用效果。该电子迎宾系统的开发设计，符合社会经济发展的必然趋势，在投放市场时一定能得到广泛应用，并且具有广阔的市场前景。1.2 设计目的和要求本电路可安装在商场、酒店等营业场所门口，利用热释电传感技术自动识别顾客的进、出方向。客人进门时他会说欢迎光临，出门时它又会说谢谢光临。语音电路发出的语音能给人以愉悦、亲切的感觉。该装置不受情绪和天气冷热的影响，对顾客热情如一。增强顾客对该部门的好感，提高该部门的声誉。它将成为一个无人值守的自动迎宾礼仪小姐。用该装置来代替迎宾小姐，不仅经济，而且十分有趣。首先进行迎宾记录系统方案设计与论证，给出系统的构成框图并分析其功能原理。然后根据系统的构成框图完成硬件设计：包括单片机控制电路、数码管显示电路、按键电路、电源、继电器控制电路、ISP下载接口以及报警电路。完成系统电路板原理图整体设计和PCB图的绘制，最后根据迎宾记录系统功能要求，进行相关程序设计，并仿真调试并实现迎宾记录器基本功能。2 系统描述2.1 系统功能简介迎宾记录器能对出入房间的人进行自动识别发出礼仪性的问候，并能对人员出入房间的情况进行统计。 迎宾记录器系统主要由热释电传感检测电路、进出门处理与识别电路、中央处理显示电路、报警电路等组成。能通过按键控制并显示进出人数和现有人数统计，并由音乐电路发出提示声响以表示人员进出状态 。本设计控制系统是采用热释电传感检测技术自动识别顾客的进、出方向，客人进门时他会说欢迎光临，出门时它又会说谢谢光临。热释电传感检测技术是个很广泛的技术领域，它是通过一定的技术对被检测的物体实施一定距离的控制。一个热释电传感检测技术只能探测人体运动对其产生的信号，它不能分辨人体运动的方向，不能依据人体运动不同的方向产生不同的信号触发相应控制电路。为此，我们利用了两个热释电传感检测技术装置，两个之间有一定的距离，根据信号的先后顺序，来判断人是进入还是出去，通过产生的不同的信号去触发相应的控制电路，实现我们的要求。2.1.1 进入人数统计当热释检测检测到人体接近信号时，每先按控制按键K3再按控制按键K4代表“进”一人次，每“进”一人次在原“进入”显示基础上加1，同时每“进”一人次蜂鸣器（LS1）奏响音乐1（U7），继电器（JK1）吸合4秒，“进入”显示初始状态为“b000”。2.1.2 出去人数统计 当热释检测检测到人体接近信号时， 每先按控制按键K4再按控制按键K3代表“出”一人次；每“出”一人次在原“出”显示基础上加1（“出”显示初始状态为“C000”），同时每“出”一人次蜂鸣器（LS2）奏响音乐2（U9），继电器（JK1）吸合4秒。“出去”显示初始状态为“C000”。2.2 系统总体设计迎宾记录器根据人体接近及热释检测，通过单片机AT89S52及按键控制，迎宾记录器系统的总体原理框图如图2-1所示。主要包括单片机、数码管显示电路、按键电路、热释检测、电源、继电器、ISP下载接口以及报警电路8个部分。图 2-1 迎宾记录器的总体原理框图2.2.1 单片机电路功能说明在迎宾记录器系统中，单片机是实现系统功能的中心部件，其工作效率的高低关系到系统效率的高低以及系统运行的稳定性。52系列单片机成本低，稳定性好，该系统中采用Atmel公司生产的AT89S52 来实现。单片机AT89S52 主要用于对人体红外感应信号的接收和辨认、检测按键状态、语音、以及数码管的显示情况等。在此设计中单片机选择了Atmel公司的AT89S52。AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8KBytes ISP(In System Programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。2.2.2 数码管显示电路迎宾记录器需要显示相应工作状态下的信息，以便准确判别系统的工作状态。出于成本的考虑，采用一般的数码管可以满足要求。数码管具有低能耗、低损耗、低压、长寿命、耐老化、防晒、防潮、防火、防高(低）温的特点；对外界环境要求较低，易于维护，同时其精度比较高，测量快，精确可靠，操作简单。2.2.3 按键电路单片机需要根据按键的状况来判断迎宾记录器的工作状态。因本设计中按键个数不多，采用独立式按键。电路设有复位键（ K5键）、进出（K4、K3键）、显示切换键（K2键）、K5：复位键。按一下，电路复位，电路处于待机状态。 K4、K3：“进出”模拟检测键。每先按K3再按K4代表“进”一人次，每先按K4再按K3代表“出”一人次。每“进”一人次在原“进入”显示基础上加1（“进入”显示初始状态为“b000”），同时每“进”一人次蜂鸣器（LS1）奏响音乐1（U7），继电器（JK1）吸合4秒；每“出”一人次在原“出”显示基础上加1（“出”显示初始状态为“C000”），同时每“出”一人次蜂鸣器（LS2）奏响音乐2（U9），继电器（JK1）吸合4秒。 K2：显示切换键。2.2.4 电源电路迎宾记录器系统电源电路中用到L7805和L7809芯片。一个是单片机以及人体红外感应部分，这个部分一般是TTL电平，需要单+5V电源来供电；另一个就是9V的电压供红外对管使用。再一个就是12V的电压用以驱动光电耦合器和固态继电器部分。本系统采用了外接电源，经过整流产生12V的电压，再经过滤波,通过7809将12V的电压降到9V和通过7805将9V电压降到5V，从而给各部分供电。2.2.5 继电器控制电路继电器并联二极管电路：主要是为了保护晶体管等驱动元器件.当晶体管VT由导通变为截止时，流经继电器线圈的电流将迅速减小，这时线圈会产生很高的自感电动势与电源电压叠加后加在VT 的c、e 两极间，会使晶体管击穿，并联上二极管后，即可将线圈的自感电动势钳位于二极管的正向导通电压，此值硅管约0.7V，锗管约0.2V，从而避免击穿晶体管等驱动元器件。并联二极管时一定要注意二极管的极性不可接反，否则容易损坏晶体管等驱动元器件。2.2.6 ISP下载接口配有ISP下载口，就可不用任何编程器，也不用将芯片取下就可直接完成烧写编程工作，十分方便，烧写完毕即可自动演示。无需拔插任何电缆和芯片，也无需切换电源，可轻松地将编绎好的代码下载到电路板上进行验证或演示，整个过程只需利用鼠标操作即可，方便快捷。其不需要任何的外围零件。2.2.7 报警电路报警器可用蜂鸣器和扬声器来实现，本设计采用蜂鸣器实现其报时功能。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，常用单片机驱动蜂鸣器，他广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电话机等电子产品中作发声器件。3 系统硬件设计本系统的硬件部分主要包括单片机、数码管显示电路、按键电路、电源、热释检测、继电器控制电路、ISP下载接口以及报警电路8个部分。用到的硬件主要有AT89S52、集成电路LM324、.集成电路NE555 、集成电路LM358、三极管TIP41C、音乐芯片等。3.1单片机电路设计在此设计中单片机选择了Atmel公司的AT89S52。AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8KBytes ISP(In System Programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S52单片机的特点如下:灵活的ISP在线系统编程。只需要一条ISP下载线就可以直接把PC上编译好的程序写到单片机和程序存储器中，不需要购买仿真器、芯片适配器等设备。32个可编程的I/O口线。提供了丰富的I/O口资源。6个中断源。3个16位定时/计数器。256字节内部RAM。全双工串行UART通道。1000次可重复擦写周期。引脚如图2-1所示，引脚功能说明如下：输入/输出引脚（I/O口线）P0.0P0.7:P0口8位双向I/O口，占3932脚；P1.0P1.7:P1口8位准双向I/O口，占18脚；P2.0P2.7:P2口8位准双向I/O口，占2128脚；P3.0P3.7:P3口8位准双向I/O口，占1017脚；控制口线PSEN(29脚)：外部程序存储器读选通信号。 ALE/PROG(30脚)：地址锁存允许/编程信号。EA/VPP(31脚)：外部程序存储器地址允许/固化编程电压输入端。RST/VPD(9脚)：RST是复位信号输入端,VPD是备用电源输入端。电源及其它Vcc(40脚)：电源端+5V。GND(20脚)：接地端。XTALl、XTAL2(1918脚)：时钟电路引脚。当使用内部时钟时，这两个引脚端外接石英晶体和微调电容。当使用外部时钟时，用于外接外部时钟源。图3-1 AT89S52引脚 AT89S52单片机有4组8位的I/O口：P0口是一组8位漏极开路型双向型I/O口，也是地址/数据总线复用口；P1口是一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，只作为通用的I/O口使用；P2口作为通用的I/O口使用时，功能与P1口相同，在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据，且P2口只作为地址线使用而不作为数据线使用；P3口除了作为通用I/O使用外，在实际应用中它的第二功能信号更为重要。P3口的第二功能如表3-1所列。表3-1 P3口第二功能端口引脚第二功能端口引脚第二功能P3.0RDX（串行输入口）P3.4T0（定时/计数器0）P3.1TXD（串行输出口）P3.5T1（定时/计数器1）P3.2INT0（外中断0）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.3INT1（外中断1）P3.7RD（外部数据存储器读选通）AT89S52的中断系统共有六个独立的中断向量。其中，INT0和INT1是AT89S52的两个外部中断，T0、T1和T2是单片机的三个定时/计数器中断，还有一个串行口中断。 图3-2 单片机电路如上图3-2所示，迎宾记录器系统主控制器图，由单片机AT89S52控制各个模块：P1.0-P1.5口与INT1口连接按键电路，P1.5-P1.7口连接ISP下载接口，P0口和P2.0P2.3口联合控制数码管显示电路，P2.4口连接红外检测电路，P2.5口连接热释检测电路，P2.6口控制继电器，P2.7口控制语音电路。另外，与X1、X2引脚相连的是单片机时钟电路，与引脚RESET连接的是单片机复位电路，复位是单片机的初始化操作，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使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。AT89S52单片机的第9脚RESET是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，有效时间持续两个机器周期以上，使用的晶振频率为12MHz，则复位信号的持续时间应超过2us才能完成复位操作。3.2 数码管显示电路设计在单片机系统中，经常用LED（发光二极管）数码显示器来显示单片机系统的工作状态，运算结果等各种信息，LED数码显示器是单片机与人对话的一种重要输出设备。3.2.1 数码管简介数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字09、字符A、F、H、L、P、R、U、Y、符号及小数点。数码管的外型结构如图3-3（a）所示。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构，分别如图3-3（b）和图3-3（c）所示。 （a） 外型结构 （b） 共阴极 （c）共阳极图3-3 数码管结构图共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起，通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。共阴极数码管的8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起，通常，公共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端，当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。3.2.2 数码管接口电路数码管接口电路有静态显示和动态显示两种。静态显示是指数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。这种显示方式的各位数码管相互独立，公共端恒定接地（共阴极）或接正电源（共阳极）。每个数码管的8个字段分别与一个8位I/O口地址相连，I/O口只要有段码输出，相应字符即显示出来，并保持不变，直到I/O口输出新的段码。采用静态显示方式，较小的电流即可获得较高的亮度，且占用CPU时间少，编程简单，显示便于监测和控制，但其占用的口线多，硬件电路复杂，成本高，只适合于显示位数较少的场合。动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。通常，各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个8位的I/O口控制；各位的位选线（公共阴极或阳极）由另外的I/O口线控制。动态方式显示时，各数码管分时轮流选通，要使其稳定显示必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管，并送出相应的段码，在另一时刻选通另一位数码管，并送出相应的段码，依此规律循环，即可使各位数码管显示将要显示的字符，虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人同时显示的感觉。采用动态显示方式比较节省I/O口，硬件电路也较静态显示方式简单，但其亮度不如静态显示方式，而且在显示位数较多时，CPU要依次扫描，占用CPU较多的时间。如图3-4，为数码管显示电路图。图 3-4 数码管显示电路显示器由4个共阳极数码管组成。同时采用动态扫描方式依次循环点亮数码管，即构成多为动态显示电路。图中3-4为数码管均采用共阳极LED，P0口外接8路同相三态缓冲器作LED动态扫描的段码控制驱动信号，用P2口的P2.0-P2.3外接一片集电极开路反相门电路74LS06作为8位LED的位选信号驱动口，LED共阳极端与74LS06的输出端相连。按键设置及工作方式选择通过数码管显示。数码管是由7个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。共阳极是他们的公共端接正极。扫描型是几位的数码管的段选都是并联的，由他们的位选位来控制哪一位的数码管来亮。动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其接口电路是把所有显示器的8个笔划段a-h同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM是各自独立地受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于COM端，而这一端是由I/O控制的，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。而所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个显示器轮流点亮。在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约1ms），但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，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。3.3 独立式按键设计3.3.1 独立式按键接口结构独立式按键是指直接用一根I/O口线构成的单个按键电路。 每个独立式按键单独占有一根I/O口线, 每根I/O口线上的按键的工作状态不会影响其他I/O口线的工作状态。 本设计中独立式按键电路如图3-5所示。图 3-5 独立式按键的接口电路示意图电路设有复位键（ K5键）、进出（K4、K3键）、显示切换键（K2键）、K5：复位键。按一下，电路复位，电路处于待机状态。 K4、K3：“进出”模拟检测键。每先按K3再按K4代表“进”一人次，每先按K4再按K3代表“出”一人次。每“进”一人次在原“进入”显示基础上加1（“进入”显示初始状态为“b000”），同时每“进”一人次蜂鸣器（LS1）奏响音乐1（U7），继电器（JK1）吸合4秒；每“出”一人次在原“出”显示基础上加1（“出”显示初始状态为“C000”），同时每“出”一人次蜂鸣器（LS2）奏响音乐2（U9），继电器（JK1）吸合4秒。 K2：显示切换键。3.3.2 消除键抖动在单片机中，按键通常与I/O端口相连，当按键开关未按下时，单片机接口输入为高电平，而当按键闭合时，接口输入为低电平，由于开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个机械开关闭合时不会马上稳定的闭合接通，断开时也不会马上断开，而是在闭合、断开的瞬间伴随有一连串的抖动，抖动时间的长短与开关的机械特性决定，一般为510ms。3.3.3 按键抖动消除办法按键抖动是一种普遍的现象，如电流较大的电器开关闭合时，我们有时可以见到电火花，按键抖动将形成干扰和造成误动作。如抖动将造成I/O端口输入的高低电平多次变化，使单片机系统误动作，一次按键产生多次按键效果，因此必须采取措施消除。本设计在软件设计部分作了相应处理。3.4 电源电路设计3.4.1 整流电路设计在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。一般由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网波动（一般有+10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。本设计中电源电路由整流、滤波和稳压电路组成。整流电路把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。电源电路中的整流电路主要有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流三种，倍压整流电路用于其它交流信号的整流，例如用于发光二极管电平指示器电路中，对音频信号进行整流。前三种整流电路输出的单向脉动性直流电特性有所不同，半波整流电路输出的电压只有半周，所以这种单向脉动性直流电主要成分仍然是50Hz的，因为输入交流市电的频率是50Hz，半波整流电路去掉了交流电的半周，没有改变单向脉动性直流电中交流成分的频率；全波和桥式整流电路相同，用到了输入交流电压的正、负半周，使频率扩大在倍为100Hz，所以这种单向脉动性直流电的交流成分主要成分是100Hz的，这是因为整流电路将输入交流电压的一个半周转换了极性，使输出的直流脉动性电压的频率比输入交流电压提高了一倍，这一频率的提高有利于滤波电路的滤波。在电源电路的三种整流电路中，只有全波整流电路要求电源变压器的次级线圈设有中心抽头，其他两种电路对电源变压器没有抽头要求。另外，半波整流电路中只用一只二极管，全波整流电路中要用两只二极管，而桥式整流电路中则要用四只二极管。根据上述两个特点，可以方便地分辨出三种整流电路的类型，但要注意以电源变压器有无抽头来分辨三种整流电路比较准确。 a.在半波整流电路中，当整流二极管截止时，交流电压峰值全部加到二极管两端。对于全波整流电路而言也是这样，当一只二极管导通时，另一只二极管截止，承受全部交流峰值电压。所以对这两种整流电路，要求电路的整流二极管其承受反向峰值电压的能力较高；对于桥式整流电路而言，两只二极管导通，另两只二极管截止，它们串联起来承受反向峰值电压，在每只二极管两端只有反向峰值电压的一半，所以对这一电路中整流二极管承受反向峰值电压的能力要求较低。b.在要求直流电压相同的情况下，对全波整流电路而言，电源变压器次级线圈抽头到上、下端交流电压相等，且等于桥式整流电路中电源变压器次级线圈的输出电压，这样在全波整流电路中的电源变压器相当于绕了两组次级线圈。c.在全波和桥 式整流电路中，都将输入交流电压的负半周转到正半周或将正半周转到负半周，这一点半波整电路不同，在半波整流电路中，将输入交流电压一个半周切除。d.在整流电路中，输入交流电压的幅值远大于二极管导通的管压降，所以可将整流二极管的管压降忽略不计。e.对于倍压整流电路，它能够输出比输入交流电压更高的直流电压，但这种电路输出电流的能力较差，所以具有高电压，小电流的输出特性。f.分析上述整流电路时，主要用二极管的单向导电特性，整流二极管的导通电压由输入交流电压提供。整流电路有很多种，本设计中运用使用广泛的桥式整流电路。所谓桥式整流电路，就是用二极管组成一个整流电桥。当输入电压处于交流电压正半周时，二极管D1、负载电阻RL、D3构成一个回路（图3-6中虚线所示），输出电压Vo=vi-VD1-VD3。输入电压处于交流电压负半周时，二极管D2、负载电阻RL、D4构成一个回路，输出电压Vo=vi-VD2-VD4。图3-6 桥式整流电路由上述分析可知，二极管桥式整流电路输出的也是一个方向不变的脉动电压，但脉动频率是半波整流的一倍。与半波整流输出电压有效值计算相类似，可以得到桥式整流输出电压有效值Vorsm=0.9Ursm。通过上述分析，可以得到桥式整流电路的基本特点如下：a.桥式整流输出的是一个直流脉动电压；b.桥式整流电路的交流利用率为100%；c.桥式整流电路，二极管承担的最大反向电压为交流峰值电压。3.4.2滤波电路设计 滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。常见的结构如图3-7所示。图3-7 滤波电路的基本形式由于电抗元件在电路中有储能的作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容C具有平波的作用；与负载串联的电感L，当电源供给的电流增加时（由电源电压增加引起）时，它把能量存储起来，而当电流减小时，又能把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感L也有平波作用。本设计中采用C形滤波电路，即电容输入式滤波。3.4.3稳压电路设计稳压电路可使用输出电压固定的集成稳压器。它只有输入、输出和公共引出端，故称之为三端稳压器。用三段稳压器组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。本设计中使用78系列，保证输出稳定的电压。a. L7805应用电路如图所示电路为输出电压+5V、输出电流1.5A的稳压电源。它由滤波电容C18、C20，防止自激电容C21和一只固定式三端稳压器(7805)极为简捷方便地搭成的。220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器L7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)。此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。图3-8 L7805电路 b. L7809应用电路L7809系列是三端正电源稳压电路，它的封装形式为TO-220.它有一固定电压输出，应用非常广泛。每种类型由于内部电流的限制，以及过热保护和安全工作区的保护，使它基本上不会损坏。如果能够提供足够的散热片，它们就能够提供大于1.5A输出电流。虽然是招安照固定电压值来设计的，但是当接入适当的外部器件后，就能获得各种不同的电压和电流。L7809特点:最大输出电流为1.5A，输出电压为9V，热过载保护，短路保护。图3-9 L7809电路 3.5 热释电检测电路热释电红外探测模块是一种专用的传感器，它的内部含有高灵敏度红外传感器、带通放大器、滤波器、信号处理电路、延时电路和高、低电平输出电路等，当防范区内无人移动时，即红外探测器件没有接收到移动人体辐射出的红外信号时，整个模块处于静止状态；当有人进入监视场内时，红外探测器件检测到移动人体辐射出的微弱红外能量，通过放大、滤波后，由比较电路进行比较鉴别，再经信号处理电路处理和延时后，由驱动级输出高、低电平信号。图3-10是典型的热释电红外探测模块的内部组成框图。 图3-10 热释电红外探测模块的内部组成框图 参照热释电红外探测模块的内部结构可设计出符合本系统所需要的热释电检测电路，如图3-11所示。图3-11 热释电检测电路当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时，电路中的传感器将输出电压信号，然后使该信号先通过一个由C6、C7、R34、R35组成的带通滤波器，该滤波器的上限截止频率为16z，下限截止频率为0.16Hz。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱(通常仅有1mv左右)，而且是一个变化的信号，同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式（脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定，通常在0.110z范围），所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大。本设计运用集成运算放大器LM324来进行放大，以使其获得足够的增益。将这个高低电平变化的信号下降沿信号作为单片机P2.5的输入信号。其中LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装。它内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。3.6 继电器控制电路3.6.1 继电器额定工作电压的选择继电器额定工作电压是继电器最主要的一项技术参数。在使用继电器时，应该首先考虑所在电路(即继电器线圈所在的电路)的工作电压，继电器的额定工作电压应等于所在电路的工作电压。一般所在电路的工作电压是继电器额定工作电压的0.86。注意所在电路的工件电压千万不能超过继电器额定工作电压，否则继电器线圈容易烧毁。另外，有些集成电路，例如NE555电路是可以直接驱动继电器工作的，而有些集成电路，例如COMS电路输出电流小，需要加一级晶体管放大电路方可驱动继电器，这就应考虑晶体管输出电流应大于继电器的额定工作电流。3.6.2 触点负载的选择触点负载是指触点的承受能力。继电器的触点在转换时可承受一定的电压和电流。所以在使用继电器时，应考虑加在触点上的电压和通过触点的电流不能超过该继电器的触点负载能力。例如，有一继电器的触点负载为28V(DC)10A，表明该继电器触点只能工作在直流电压为28V的电路上，触点电流为10A，超过28V或10A，会影响继电器正常使用，甚至烧毁触点。3.6.3 继电器线圈电源的选择这是指继电器线圈使用的是直流电(DC)还是交流电(AC)。通常，初学者在进行电子制作活动中，都是采用电子线路，而电子线路往往采用直流电源供电，所以必须是采用线圈是直流电压的继电器。3.7 ISP下载接口设计ISP下载接口，不需要任何的外围零件。使用单排插座。由于没有外围零件，故P1.5、P1.6、P1.7、复位脚仍可以正常使用，不受ISP的干扰。ISP下载接口电路如图3-12所示。图3-12 ISP下载接口电路实际应用时，如果想简化零件，可以不焊接单排插座。但在PCB设计时最好保留这个空位，可方便于一些特殊型号单片机（如STC系列等）的在线下载程序。3.8 报警电路通过音乐芯片实现报警功能，音乐芯片是一种比较简单的语音电路，它通过内部的振荡电路，再外接小量分立元件，就能产生各种音乐信号。音乐芯片由以下几个部分组成（芯片内部原理图）：逻辑控制电路、振荡器、地址计数器、音符节拍存贮器（ROM）、音阶发生器、输出驱动器。图3-13 报警电路4 系统软件设计传统开发单片机系统主要用汇编语言编写系统程序，然而汇编语言的缺点是显而易见的，它的可读性和结构较差，可移植性也不好，跨硬件平台移植几乎不可能。因此采用汇编语言编写单片机应用程序的周期长，测试和排错比较困难，产品开发周期变长。为了提高编写系统和应用程序的效率，改善程序的可读性和可移植性，缩短产品开发周期，采用高级语言的开发平台来开发单片机系统已经成为时尚和趋势。概括而言，高级语言开发平台，具有开发速度快、语言简洁易读、可移植性好、可进行结构化程序设计和多人协同工作、可进行脱离硬件平台的软件仿真等优点。实践证明，采用高级语言开发单片机系统的效率要比用汇编语言的高几倍甚至几十倍。因此本设计中使用C51语言进行单片机应用系统的开发。4.1程序框图 是开始 结 束先按按键3再按按键4计进入人数语音播报语音播报先按按键4再按按键3进入热释检测出去热释检测否否是 计出去人数图 4-1程序框图4.2 程序#include sbit LED1=P10; /LED定义sbit LED2=P11;sbit LED3=P12;sbit LED4=P13;sbit K1=P20; /按键定义sbit K2=P21;sbit K3=P22;sbit K4=P23;sbit KEY_INT0=P32; /检测口线定义sbit KEY_INT1=P33; /检测口线定义 unsigned int INnum=0,OUTnum=0,NOWnum=0;/计数变量定义unsigned char code tab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0X88,0XC6,0X83;/共阳代码0-9,A,C,bvoid delay(unsigned int t)/长延时 while(-t); void display(unsigned char H1,unsigned char H2,unsigned char H3,unsigned char H4)/共阳查表显示 LED1=0; LED2=0; LED3=0; LED4=0; /关显示 P0=tabH1; /高位 LED1=1; LED2=0; LED3=0; LED4=0; /选中最左边LED显示 delay(50); LED1=0; LED2=0; LED3=0; LED4=0; /关显示 P0=tabH2; LED1=0; LED2=1; LED3=0; LED4=0; delay(50); LED1=0; LED2=0; LED3=0; LED4=0; /关显示 P0=tabH3; LED1=0; LED2=0; LED3=1; LED4=0; delay(50); LED1=0; LED2=0; LED3=0; LED4=0; /关显示 P0=tabH4; LED1=0; LED2=0; LED3=0; LED4=1; /低位 delay(50); void init() /中断初始化 IT0=0; /低电平中断方式 IT1=0; EA=1; EX0=1; EX1=1; /PX0=1;void int0() interrupt 0 /INT0中断服务 display(1,1,1,1); void int1() interrupt 2 /INT1中断服务 display(2,2,2,2);void main(void) unsigned char flag=0; bit k3flag,k4flag; unsigned int num1,num2,num3; init(); while(1) if(K2=0) /K2按键切换 delay(5); if(K2=0) if(flag=0