电话防盗报警器的设计

毕毕业业设设计计 电话防盗报警器的设计电话防盗报警器的设计 学生姓名学生姓名董 兴 宇 学学 号号040910082 学学 院院计算机与电子工程 专专 业业电子信息工程 班班 级级电信 0403 指导教师指导教师付 永 红 职职 称称副 教 授 湖湖 南南 商商 学学 院院 2008 年年 6 月月 湖湖南南商商学学院院本本科科毕毕业业论论文文 设设计计 诚诚信信声声明明 本人郑重声明 所呈交的本科毕业论文 设计 是本人在指导老 师的指导下 独立进行研究工作所取得的成果 成果不存在知识产权 争议 除文中已经注明引用的内容外 本论文不含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品成果 对本文的研究做出重要贡献的个人 和集体均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结 果由本人承担 本科毕业论文 设计 作者签名 年 月 湖南商学院毕业设计 论文 内容摘要内容摘要 本设计以单片机AT89C51为系统主控芯片 与信号收发芯片MT8880 集成语 音芯片ISD1420以及警情采集模块和键盘 液晶显示模块有机结合在一起 构成了 自动拨号防盗防火电话报警系统 该系统由警情采集电路实现警情检测功能 由 MT8880芯片实现自动拨号功能 同时由语音电路实现语音报警功能 并实时显示 警情 通过键盘输入来选择报警方式以及报警号码 设计中首先介绍电话防盗报 警器的结构和涉及到的基本程序 然后对整个系统进行详细分析 从硬件到软件 一步步论述了整个系统的结构和基本算法 并给出了电路图及软件程序 关键词关键词 双多音频编码 AT89C51 自动拨号 ISD1420 湖南商学院毕业设计 论文 ABSTRACT SCM AT89C51 is used as the main control chip in this automatic telephone autodial theft proof and fireproof alarm system and the others are made up of integrate DTMF signal transceiver chip MT8880 module voice chip ISD1420 module and warning collection module and keyboard LCD modules The warning detect function is realized by the warning collection signal circuit automatic dial up function is complete by MT8880 signal chip at the same time voice alarm function is achieved by ISD1420 and can real time display The alarm method and alarm numbers can be selected through the keyboard input In this paper the structure and the basic procedures is introduced at first and then give a detail analysis of the entire system the structure and the basic algorithm are introduced from hardware to software step by step and the circuit and software programs are given KEY WORDS DTMF AT89C51 Automatic dialer ISD1420 湖南商学院毕业设计 论文 目 录 1 绪 论 1 1 1 设计目的 1 1 2 课题的研究现状和发展趋势 1 1 3 设计要求 4 2 系统总体设计 5 2 1 主要模块方案设计与选择 5 2 1 1 主机信号处理模块 5 2 1 2 语音控制与录放模块 6 2 1 3 自动报警拨号模块 7 2 1 4 警情采集模块 7 2 2 系统最终方案选择 8 2 3 系统总体方框图 8 3 硬件电路的设计 10 3 1 主控模块电路 10 3 2 警情采集电路 13 3 2 1 光电感烟探测电路 13 3 2 2 热释红外探测电路 14 3 3 自动拨号报警电路 15 3 4 语音电路 17 3 5 键盘电路 19 3 6 显示电路 20 3 7 声光报警电路 20 3 7 看门狗电路 21 4 软件设计 24 4 1 主程序设计 24 4 2 报警扫描子程序设计 25 4 3 摘挂机自动报警子程序设计 26 湖南商学院毕业设计 论文 4 4 键盘扫描子程序设计 27 4 4 5 显示子程序设计 28 结束语 29 参考文献 30 致 谢 32 附录 A 报警扫描程序 33 附录 B 摘挂机及自动报警程序 34 附录 C 键盘扫描程序 35 附录 D 声关报警程序 38 附录 E MT8880 接收 发送程序 39 附录 F 显示程序 41 附录 G 总体电路 42 湖南商学院毕业设计 论文 第 1 页 共 42 页 电话防盗报警器的设计电话防盗报警器的设计 1 绪 论 1 1 设计目的 目前 安全报警技术发展迅速 并且日臻完善 但把通讯技术利用到其中 却是一个全新的 并得到迅猛发展的领域 利用经济实用的电话线 实现本地或 远程监控报警 此技术的应用 给安全报警技术注入了无限的活力 对其进行智 能化改造有很大的意义 也可以节省很多的人力物力资源 本设计对其进行系统 化的研究 提出一些切实可行的方法来实现电话的自动报警 而且研制电话防盗 报警系统的公司很少 市场发展前景广阔 此设计的商业价值也是十分大的 所 以研究此系统势在必行 1 2 课题的研究现状和发展趋势 电话防盗报警系统是用物理方法或电子技术 自动探测发生在布防监测区域 内的侵入行为 产生报警信号 并提示值班人员发生报警的区域部位 显示可能 采取对策的系统 防盗报警系统是预防抢劫 盗窃等意外事件的重要设施 一旦 发生突发事件 就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点 使于 迅速采取应急措施 防盗报警系统与出入口控制系统 闭路电视监控系统 访客 对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统 近年来 各种电话防盗报警器或系统已大量上市 从最简单的简易防盗电话 报警装置到采用微电脑防盗电话报警系统 概括来看一般都是由探测器 信号处 理电路 编译码器 接收发送器 报警电路及控制电路等组成 电话报警探测器是由传感器和信号处理组成的 用来探测入侵者入侵行为的 由电子和机械部件组成的装置 是防盗报警系统的关键 而传感器又是报警探测 器的核心元件 采用不同原理的传感器件 可以构成不同种类 不同用途 达到 不同探测目的的报警探测装置 电话报警探测器的灵敏度和可靠性是相互影响的 合理选择报警探测器的探测 灵敏度和采用不同的抗外界干扰的措施 可以提高报警探测器性能 采用不同的 湖南商学院毕业设计 论文 第 2 页 共 42 页 抗干扰措施 决定了报警探测器在不同环境下的使用性能 了解各种报警探测器 的性能和特点 根据不同使用环境 合理配置不同的报警探测器是防盗报警系统 的关键环节 报警探测器主要结构是传感器 而传感器报警种类繁多 从最简单的 断线 传 感器到 CCD 摄像头 主要可分为红外传感器 微波传感器 热释电红外线传感器 超声波传感器 磁控开关报警探测器 门窗传感器 声音传感器等许多种类 热释电红外线传感器是 20 世纪 80 年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元 件 它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量变化 并将其转换成电压信 号输出 将这个电压信号加以放大 便可驱动各种控制电路 如用于电源开关控 制 防盗防火报警 自动监测 热释电红外传感器不仅适用于防盗报警场所 亦 适于对人体伤害极为严重的高压电及 x 射线 射线自动报警等 近年来开发的四 元热释红外传感器可提高可靠性 降低误报率 它用两个特性对称的双元元件组 成 匹配电阻和场效应管各自独立 性能对称 与信号处理电路巧妙配合 只有 在四元元件中同时感受到移动目标的红外辐射时采用信号输出 这就排除了小动 物引起的误报 另外对于来自电源的感应干扰或空间的强电磁干扰由于采用对称 电路设计由很好的抵消抑制作用 防火是电话防盗报警器的一个重要方面 而感烟式火灾探测器是目前世界上 应用最普遍 数量最多的火灾探测器 据了解 感烟式火灾探测器可以探测 70 以上的火灾 感应式火灾探测器又可分为离子感烟式和光感烟式两种 从发展趋 势来看 光电感烟式已越来越受到用户的欢迎 它已广泛用于图书馆 档案资料 馆及高层的民用建筑上 离子感烟探测器对电路和工艺要求高 探测器受湿度和 气流等影响大维护费用高于制造费用 市场上普遍采用感烟式火灾探测器 感烟火灾探测器分为减光式和散射光式 减光式光电感烟火灾探测器该探测 器的检测室内装有发光器件及受光器件 在正常情况下 受光器件接收到发光器 件发出的一定光量 而在火灾时 探测器的检测室进入了大量烟雾 发光器件的发 射光到烟雾的遮挡 使受光器件接收的光量减少 光电流降低 探测器发出报警 信号 目前这种形式的探测器应用较少 散射光式探测器的检测室内也装有发光器件和受光器 在正常情况下 受光 器件是接收不到发光器件发出的光的 因而不产生光电流 在火灾发生时 当烟 湖南商学院毕业设计 论文 第 3 页 共 42 页 雾进 入检测室时 由于烟粒子的作用 使发光器件发射的光产生漫射 这种漫射光被 受光器件接收 使受光器件的阻抗发生变化 产生光电流 从而实现了将烟雾信 号转 变为电信号的功能 探测器发出报警信号 随着电子技术的发展 为了提高可靠性及多功能性 开发出多种新型产品 例如 为了增加可靠性 防止误报 采用多个 两种以上 传感器 例如 采用 热释电红外线传感器与超身波传感器 当两种传感器同时检测由入侵者时才报警 则提高了可靠性 现代防盗报警装置较多的采用无线报警 即需要采用微型收发模块 一般微 型收发模块都采用超再生电路 电路较简单 价格较低 但其最大的缺点是频率 不稳定 接收距离相应也不稳定 最近开发的带有稳频装置的 M303R S 微型高稳 定无线收发模块 克服了接收距离不稳定的问题 可满足一般遥控电话防盗报警 器的要求 国外电话报警系统主要是由报警接收机 报警分机 传感探头等几部分构成 报警接收机是接收报警信号的专用设备 它们能同时接收多路报警信号 将报警 信息以简单的文字显示或打印出来 因此可单独作为报警中心使用 同时将报警 信息通过串行口送往计算机作进一步处理 报警分机连接传感探头和电话线 将 报警信息通过电话线送往报警接收机 传感探头由防盗 防火等各种用途 国外的电话报警系统中报警分机是在原不联网的报警控制箱的基础上发展起 来的 主要增加了电话线通讯部分 国外报警分机型号较多 总的来说 功能较 强 兼容性好 技术较成熟 在国外流行的报警分机中 有些产品具有一些很显 著的优点 从某种意义上讲 它们体现了电话报警的发展趋势 具体地说就是电 话报警系统在速度 方便性 可靠性等方面地性能地提高 例如 电话报警系统 在电话线出现故障或被人为破坏时 将使报警失灵 R KW 公司的报警分机在电 话线出现断路或短路故障时会产生故障提示 而其他报警分机则无任何提示 一 般来说 报警分机应对包括电话线在内地所有邮件有全面地防破坏措施 在出现 异常时 应产生本地报警 以提高报警系统地可靠性 最近海内外又纷纷推出一种住宅智能电话报警设备 这种专为住宅设计开发 湖南商学院毕业设计 论文 第 4 页 共 42 页 的产品 利用日益普及的住宅电话线来实现报警功能 是一种迎合居民心理的新 招 该设备可实现 通讯自动化 防盗电脑化 应答人性化和家电遥控化的目的 例如我国上海国脉公司和南方等地跟踪国外先进技术开发的这种产品 可通过红 外控头或兼控开关或玻璃破碎传感器等多种传感信号感知窃贼入室发生尖锐的报 警声并通过智能拨号器上语音通过远在户外的主人告知家中情况并立即采取措施 或报警 而其拨号电话号码可自行设定 一次可预先设定 4 个电话号码 及一个 寻呼机号码 并播出用户自录的报警留言 不通的电话号码会自动重播直至打通 或 20 次并可转至另一个设定的号码 接听一方还可监听现场情况还可以遥控家电 运行 这种拨号器可设定的电话号码及语音信息均以方式储存 即使断 2 E PROM 电也不会丢失 再如台湾生产的这种称为 猎粮 的产品 还采用了无线连接 避免 了室内接线之烦 使用更为方便 随着时代的进步 电子 通信等技术的发展 将会出现更多更先进的电话防 盗报警器 经验告诉我们 小型化 微型化已成为工业产品的主流 在实现同等 技术性能条件下 部分电子产品对环境的要求高 性能不稳定 且故障不易排除 从某种意义上说 这些因素都是阻碍国内电话防盗报警技术快速发展的因素 随 着电子数字技术的不断更新 以及用户要求的不断提高 电话防盗报警系统必定 会向着高效率 高可靠性 高数字化的方向发展 1 3 设计要求 1 设计一个单片机小系统 包括 主控 存储 显示 键盘输入电路 2 具有两个不同类型有线探测器 监控范围在 5 米左右 3 探测到异常信号时 自动启动本地声光报警 4 探测到异常信号时 自动通过固定电话线路向以设定的不同电话报警 5 报警电话号码可以任意设定 掉电不丢失 可以设定和撤销报警功能 6 可预先录制语音 报警时提供给接警单位 说明出警地址 湖南商学院毕业设计 论文 第 5 页 共 42 页 2 系统总体设计 本设计重点是语音自动报警与警情采集 难点是主机信号处理电路 本设计 电话报警系统由信号检测 信号处理 报警控制等几部分组成 信号检测包括 探 测器电路 主机控制部分 自动拨号电路 报警显示电路等 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 2 1 主要模块方案设计与选择 2 1 1 主机信号处理模块 方案一 PIC16C57 系列单片机采用精简指令集 具有省电 I O端口有较 大的输入输出负载能力 输出拉电流可达25mA 价格低 速度快等特点 其中的 PIC16C57为28脚DIP双列塑料封装 内有20个I O口 内带2K的12位EPROM存储 器及80个8位RAM数据寄存器 但由于PlCl6C57的片内存储量仍然不足 所以外接 ATMEL公司的24C02 用以保存诸如用户设置的电话号码等各类参数 采集到的 数据等 它是一种低功耗CMOS串行如果主机在使用前录有报警语音信息和电话号 码 则在出现警情时除了本地有高响度警音外 还会在稍作延时后 开始轮流拨 打用户设置的电话号码 PIC16C57单片机采用3 58MHZ晶振作为振荡器 因为双 音多频信号均是以该频率值为标准 同时该振荡信号也提供给IC1 MT8870 双音 多频解码集成电路 如果在主机内设置了远程遥控密码 那么当用手机或固定电 话进行远程遥控操作时 拨打的电话及操作时 拨打的电话及操作的功能代码信 息均通过电话外线进入IC1的第一脚和第二脚 经IC1解码后经第11 12 13 14脚 D0 D1 D2 D3 送入IC2第6 7 8 9脚 RA0 RA1 RA2 RA3口 由 IC2处理作出相应设置或动作 方案二 AT89C51是一个低电压 高性能CMOS 8位单片机 片内含4k bytes 的可反复擦写的Flash只读程序存储器和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 内置功能强大的微型计算机 AT89C51提供了高性价比的解决方案 湖南商学院毕业设计 论文 第 6 页 共 42 页 AT89C51是一个低功耗高性能单片机 40个引脚 32个外部双向输入 输出 I O 端口 同时内含2个外中断口 2个16位可编程定时计数器 2个全双工串行 通信口 AT89C51可以按照常规方法进行编程 也可以在线编程 其将通用的微 处理器和Flash存储器结合在一起 特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低 开发成本 主要功能特性兼容MCS 51指令系统 4k可反复擦写 1000次 Flash ROM 32个双向I O口 可编程UARL通道 两个16位可编程定时 计数器 全 静态操作0 24MHz 1个串行中断 128x8bit内部RAM 两个外部中断源 共6个中 断源 可直接驱动LED 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和 唤醒功能 通过比较两种单片机优缺点 选择 AT89C51 作为主机信号处理单片机 2 1 2 语音控制与录放模块 方案一 ISD1 1 10是高品质单片语音处理大规模集成电路 该集成电路内含振荡器 话筒前置放大 自动增益控制 防混淆滤波器 平滑滤波器 扬声器驱动及 EEPROM阵列 因此具有电路简单 音质好 功耗小 寿命长等优点 这里采用 的是COB28脚封装 也就是俗称的黑胶封装 当需要对主机进行报警语音信息录 制时 只要按住SW键不放 对着话筒说话即可将其内容写入芯片内 当报警时 主机发出控制命令 使得IC5 ISD1 1 10 语音集成电路的第24脚PLAYE变为低电平 这样该集成电路处于放音状态 其中录有的报警语音信息通过第14脚SP 端经极性 变换电路输出至外线 进而传输到用户电话中 方案二 ISD1420 为美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路 由振荡器 语音存储 单元 前置放大器 自动增益控制电路 抗干扰滤波器 输出放大器组成 一个 最小的录放系统仅由一个麦克风 一个喇叭 两个按钮 一个电源 少数电阻电 容组成 录音内容存入永久存储单元 提供零功率信息存储 这个方法是借助直 接模拟存储技术 DAST TM 实现的 利用它 语音和音频信号被直接存储 以 其原本的模拟形式进存储器 直接模拟存储允许使用一种单片固体电路 2 E PROM 方法完成其原本语音的再现 不仅语音质量优胜 而且断电语音保护 湖南商学院毕业设计 论文 第 7 页 共 42 页 ISD1420 特点 使用方便的单片录放系统 外部元件最少 重现优质原声 没 有常见的背景噪音 放音可由边沿或电平触发 无耗电信息存储 省掉备用电池 信息可保存 100 年 可反复录放 10 万次 无需专用编程或开发系统 较强的分段选 址能力可处理多达 160 段信息 具有自动节电模式 通过比较 ISD1420 性能优越 外部元件少 故选择 ISD1420 单片语音录放 电路 2 1 3 自动报警拨号模块 方案一 MT8880 M T8880是M ITEL公司生产的DTMF发送与接收器 它是一种功能较强的 DTMF发送与接收器 它的内部寄存器和控制接口 数据总线器 便于实现与微处 理器的直接接口和对电路进行工作模式控制 获得更多的功能和灵活性 通过微机 接口可以由CP RSO R0W CS D0 D3 等信号选择与内部寄存器 并控制电路的工 作状态或工作模式 方案二 MT8888 MT8888 是一种具有 Intel 微处理器接口的功能较强的双音多频 DTMF 发送和 接收器件 可用于寻呼系统 交换机系统和移动通信 转帐卡系统 互接拨号器 数字通信和计算机等领域 其主要功能有 1 完整的 DTMF 发送和接收功能 2 高速 Intel 微处理器接口 3 可工作于自动音频突发模式 4 可调整保护时间 5 呼叫音检测到 30dBm 目前 电话通信基本上使用双音多频 DTMF 发号 而MT8880 是一种完整的 DTMF 发送与接收器 容易与单片机接口 且可编程控制 故本设计选用MT8880 2 1 4 警情采集模块 1 烟雾探测器 烟雾火灾探测器分为减光式和散射光式 方案一 减光式光电感烟火灾探测器 该探测器的检测室内装有发光器件及受光器件 在正常情况下 受光器件接 收到发光器件发出的一定光量 而在火灾时 探测器的检测室进入了大量烟雾 发 湖南商学院毕业设计 论文 第 8 页 共 42 页 光器件的发射光到烟雾的遮挡 使受光器件接收的光量减少 光电流降低 探测 器发出报警信号 目前这种形式的探测器应用较少 方案二 散射光式光电感烟火灾探测器 该探测器的检测室内也装有发光器件和受光器受光元件在正常情况下 受光 器件是接收不到发光器件发出的光的 因而不产生光电流 在火灾发生时 当烟 雾进入检测室时 由于烟粒子的作用 使发光器件发射的光产生漫射 这种漫射 光被受光器件接收 使受光器件的阻抗发生变化 产生光电流 从而实现了将烟 雾信号转变为电信号的功能 探测器发出报警信号 作为发光器件 目前大多采 用大电流发光效率高的红外发光管 受光器件多采用半导体硅光电管 2 红外探测器 红外线传感器按其工作原理可分为两大类 光子型和热型 方案一 光子型可直接把红外光能转换成电能 如对红外线敏感的光敏电阻 和 PN 结型光生伏特效应器件 它们能在低室温下工作 灵敏度很高 响应速度快 但红外光的波长响应范围窄 可用于遥感成像等方面 方案二 热型传感器的基本原理是 利用入射红外辐射引起探测器的敏感元 器件的温度变化 通过测量有关物理参数发生的相应变化 来确定红外探测器所 吸收的红外辐射 热型传感器的相应波长范围较宽 可在室温下工作 但响应速度慢 一般适 用于红外辐射变化较慢的场合 热型传感器的主要类型有热敏电阻型 热电偶型 热释电型及高莱气动型 4 种 本设计采用热释电型红外线传感器 2 2 系统最终方案选择 主机信号处理模块选择 AT89C51 语音控制与录放模块选择 ISD1420 自动报警拨号模块选择 MT8880 警情采集模块选择光电感烟探测器 热释红外探测器 2 3 系统总体方框图 电话报警器是由信号检测 自动拨号和报警控制等几部分组成 最底层的是 湖南商学院毕业设计 论文 第 9 页 共 42 页 探测器和执行设备 它们负责各种异常信号的采集和转换 同时向控制器发送信息 信号检测包括 探测器电路 主机控制部分 自动拨号电路 报警显示电路等 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 本设计可以实现如下功能 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数据交换 微处理器对各传感器的信号检测 和控制 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 与此同时控制语音芯片拨出事先录制好的语音信号到电话线路 实现语音报警 拨 号完成后 模拟挂机 总体方框图如图2 1所示 键盘 电路 显示 电路 储存 电路 主控电路 声音报警 报警电路 自动拨号 报警电路 电话网 烟雾探测电路热释电红外探 测电路 图2 1 总体方框图 湖南商学院毕业设计 论文 第 10 页 共 42 页 3 硬件电路的设计 3 1 主控模块电路 AT89C51 是一个低电压 高性能 CMOS 8 位单片机 片内含 4k bytes 的可反 复擦写的 Flash 只读程序存储器和 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 内置功能强大的微型计算机的 AT89C51 提供了高性价比的解决方案 AT89C51 是一个低功耗高性能单片机 有如下特点 40 个引脚 32 个外部双 向输入 输出 I O 端口 同时内含 2 个外中断口 2 个 16 位可编程定时计数器 2 个全双工串行通信口 AT89C51 可以按照常规方法进行编程 也可以在线编程 其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起 特别是可反复擦写的 Flash 存储 器可有效地降低开发成本 此外 AT89C51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式 空闲模式下 CPU 暂停工作 而 RAM 定时计数器 串行口 外中断系统可继续 工作 掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据 停止芯片其它功能直至外中断激 活或硬件复位 同时该芯片还具有 PDIP TQFP 和 PLCC 等三种封装形式 以适 应不同产品的需求 ATS89C51 主要性能如下 与 MCS 51 单片机产品兼容 4K 字节在系统可编程 Flash 存储器 1000 次擦 写周期 全静态操作 0Hz 33Hz 三级加密程序存储器 32 个可编程 I O 口线 三个 16 位定时器 计数器 八个中断源 全双工 UART 串行通道 低功耗空闲和掉 电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符 AT89C51 部分引脚功能 P0 口 P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I O 口 作为输出口 每位能驱动 8 个 TTL 逻 辑电平 对 P0 端口写 1 时 引脚用作高阻抗输入 当访问外部程序和 数据存储器时 P0 口也被作为低 8 位地址 数据复用 在这种模式下 P0 具有内部 上拉电阻 在 flash 编程时 P0 口也用来接收指令字节 在程序校验时 输出指 令字节 程序校验时 需要外部上拉电阻 湖南商学院毕业设计 论文 第 11 页 共 42 页 P1 口 P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P1 输出缓冲器 能驱动 4 个 TTL 逻辑电平 对 P1 端口写 1 时 内部上拉电阻把端口拉高 此 时可以作为输入口使用 作为输入使用时 被外部拉低的引脚由于内部电阻的原 因 将输出电流 IIL 此外 P1 0 和 P1 2 分别作定时器 计数器 2 的外部计数 输入 P1 0 T2 和时器 计数器 2 的触发输入 P1 1 T2EX 具体如下表所示 在 flash 编程和校验时 P1 口接收低 8 位地址字节 引脚号第二功能 P1 0 T2 定时器 计数器 T2 的外部计数输入 时钟输出 P1 1 T2EX 定时器 计数器 T2 的捕捉 重载触发信号和方向控制 P1 5 MOSI 在系统编程用 P1 6 MISO 在系统编程用 P1 7 SCK 在系统编程用 P2 口 P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 输出缓冲器 能驱动 4 个 TTL 逻辑电平 对 P2 端口写 1 时 内部上拉电阻把端口拉高 此 时可以作为输入口使用 作为输入使用时 被外部拉低的引脚由于内部电阻的原 因 将输出电流 IIL 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器 例如执行 MOVX DPTR 时 P2 口送出高八位地址 在这种应用中 P2 口使用很强的内部上 拉发送 1 在使用 8 位地址 如 MOVX RI 访问外部数据存储器时 P2 口输出 P2 锁存器的内容 在 flash 编程和校验时 P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控 制信号 P3 口 P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 p2 输出缓 冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平 对 P3 端口写 1 时 内部上拉电阻把端口拉高 此时可以作为输入口使用 作为输入使用时 被外部拉低的引脚由于内部电阻的 原因 将输出电流 IIL P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能 第二功能 使用 在 flash 编程和校验时 P3 口也接收一些控制信号 端口引脚第二功能 P3 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 P3 2 INTO 外中断 0 P3 3 INT1 外中断 1 湖南商学院毕业设计 论文 第 12 页 共 42 页 P3 4 TO 定时 计数器 0 P3 5 T1 定时 计数器 1 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 RD 外部数据存储器读选通 此外 P3 口还接收一些用于 FLASH 闪存编程和程序校验的控制信号 RST 复位输入 当振荡器工作时 RST 引脚出现两个机器周期以上高电 平将是单片机复位 ALE PROG 当访问外部程存储器或数据存储器时 ALE 地址锁存允许 输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节 一般情况下 ALE 仍以时钟振荡频率的 1 6 输出固定的脉冲信号 因此它可对外输出时钟或用于定时目的 要注意的是 每 当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲 对 FLASH 存储器编程期间 该引脚还用于输入编程脉冲 PROG 如有必 要 可通过对特殊功能寄存器 SFR 区中的 8EH 单元的 D0 位置位 可禁止 ALE 操作 该位置位后 只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活 此外 该引脚会被微弱拉高 单片机执行外部程序时 应设置 ALE 禁止位无效 PSEN 程序储存允许 PSEN 输出是外部程序存储器的读选通信号 当 AT89C52 由外部程序存储器取指令 或数据 时 每个机器周期两次 PSEN 有效 即输出两个脉冲 在此期间 当访问外部数据存储器 将跳过两次 PSEN 信号 EA VPP 外部访问允许 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器 地址为 0000H FFFFH EA 端必须保持低电平 接地 需注意的是 如果加密位 LB1 被编程 复位时内部会锁存 EA 端状态 如 EA 端为高电平 接 Vcc 端 CPU 则执行内部程序存储器的指令 FLASH 存储器编程时 该引脚加上 12V 的编程允许电源 Vpp 当然这必须 是该器件是使用 12V 编程电压 Vpp 本设计由AT89C51芯片为核心 外加警情采集电路 4X4键盘 MT8880芯片 语音芯片DS1420等构成一个单片机小系统 AT89C51 的I O 端口对传感器信号进 行实时监控 对MT8880拨号实现远程控制 控制ISD1420 语音器件的语音播放 实 现本次毕业设计单片机部分所需要的功能 各模块与单片机接口如图3 1所示 湖南商学院毕业设计 论文 第 13 页 共 42 页 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 89C51 PLAYL A6 A5 A4 A3 PLAYLE A7 A2 A1 A0 XLCK AGC REC ISD1420 VCCD VCCA VSSD VSSA SP SP IN OUT MICR MIC RECLED VCC GTO ECO IRQ RSI R W CS CP D3 D2 D1 D0 IN CS IN Vref Vss DTMF0 OSC1 OSC0 MT8880 IN IN IN IN IN IN IN IN 位位位位 OUT OUT OUT OUT 位位位位位 Port 位位位位位 IN IN 位位位位位位位 位位位位位位位 OUT OUT 位位位位 图3 1 AT89C51接口图 3 2 警情采集电路 3 2 1 光电感烟探测电路 该探测电路与单片机 P0 1 口连接 其与单片机接口如图 3 2 可以看出两发射 管 L1 L2发出的红外光强度一致 无烟雾时 由于两红外接受管的入射光强度相同 且不变 图中比较器 U 两输入端的电压 UA UB 0 也将保持不变 U 输出端为 1 电平 有光照时 U 两输入端的电压变为 UA UA UB UB UA UB UA UB 式中 UA UB 为外界入射光引起的 U 两输入端的电压变化 由于两接收管 L3 L4距离较近 外界入射光对 L3 L4的影响几乎相同 即 UA UB 因而 U 两输 入端的电压仍为 UA UB 0 U 输出端仍为 1 电平 发生火灾时 烟雾进入 L2与 L4 湖南商学院毕业设计 论文 第 14 页 共 42 页 间的窗口 使入射到 L4 的光强减少 UA 变小而 UB 不变 使 UA UB 0 U 输出端由 1 变 0 单片机测到该端为 0 时进入报警程序 为进一步降低传感器功耗 延长发射管寿命 可由单片机输出口 P0 控制 L1 L2 在脉冲方式下工作 即 P0 为 0 时 0 2 秒 Q1 通 L1 L2 发射 同时单片机检测 U 输出 端的电平状态 有烟雾时 U 输出端为低电平 若连续 3 次测到 U 输出端为低电平则 进入报警程序 P0 1 时 0 8 秒 Q1 关断 L1 L2 不发射 传感器进行自检 图 3 2 光电感烟探测电路 3 2 2 热释红外探测电路 热释电红外探测传感器 以遥测方式感受移动人体所发出的红外线 并转换 成电信号输出 在防盗报警器方面用途广泛 本探测器为方便与其他电器配接 使用了继电器作为转换控制器件 通用性强 另外 独特的双脉冲鉴别电路可大 大提高抗干扰能力 电路原理 IC1为热释传感头 其第 2 脚输出 0 3 10Hz 检测电信号 经 C2 耦合到 IC2完成两级 73dB 放大 放大后的电信号经 D1整流 C8滤泡后 一路和 湖南商学院毕业设计 论文 第 15 页 共 42 页 设定了门限电压的 IC3a作比较 LED 做指示 另外一路经过 IC3b缓冲隔离后 经 R10向 C9充电 本探测器与 P0 0 口相连 完成信号探测 电路如图 3 3 所示 图 3 3 热释红外探测电路 3 3 自动拨号报警电路 MT8880 是专门用于处理 DTMF 信号的专用集成电路芯片 不仅具有接收和发 送 DTMF 信号的自动拨号功能 还可以检测电话干线上拨号音 回铃音和忙音等信 号音 适合与单片机接口 外围电路简单 MT8880 内部有五个寄存器 分别为接收数据寄存器 发送数据寄存器 收发 控制寄存器 CRA 和 CRB 以及收发状态寄存器 MT8880 有两种封装形式 20 PIN 的 DIP 和 28 pinDE LCC 引脚排列如图 3 4 所示 图 3 4 MT8880 引脚图 湖南商学院毕业设计 论文 第 16 页 共 42 页 MT8880 部分引脚功能如下 OSC1 OSC2 时钟或振荡输入输出端 IN IN 运放的同相和反相输入 GS 增益选择端 在运放输出端和 IN 间接反馈电阻可调节运放增益 VREF 基准电压输出锻 通常为 VDD 2 作为运放的偏置 DTMF0 DTMF 信号输出端 也可编程为单音输出 R W 读写控制信号输入 CS 片选信号输入 低电平有效 RS1 寄存器选择控制输入 CP 系统时钟输入 D0 D3 数据总线 输入需发送的 DTMF 编码或输出 DTMF 译码信号数据 IRQ CALL 中断请求信号 为开漏输出 若控制寄存器设定为呼叫处理模式和中断使 能 该端输出代表运放输入的方波信号音 但该信号的频率必须落在呼叫处理滤波器 的带宽内 在本设计中 由于仅采用发送数据寄存器 收发控制寄存器 CRA 和 CRB 发送 DTMF 信号实现自动拨号功能 发送数据寄存器中的数据决定要发送的双音频信 号的频率 因此只能向发送数据寄存器写入数据 两个收发控制寄存器占用同一个 地址 因此根据 CRA 中的寄存器选择位的值决定是否对 CRB 进行操作 MT8880 的工作原理 接收方式 当 MT8880 作为 DTMF 接收器的时候 DTMF 信号经由 IN 和 IN 输入 经过运算放大并且滤除信号中的拨号音频率 然后发送到双音滤波器 分离出低 频组和高频组信号 通过数字计数的方式检出 DTMF 信号的频率 并且通过译码器 译成四位二进制码 四位二进制编码被锁存在接收数据寄存器中 此时状态寄存器 中的延时控制识别位复位 状态寄存器中的接收数据寄存器满标识位置位 对外来说 当寄存器中的延时控制识别位复位时 IRQ CP 由高电平变为低电平 如果用 IRQL CP 作为单片机的中断信号 IRQL 由高电平变为低电平 向 CPU 发出中断申请 当 CPU 响应中断 读出寄存器中的数据后 IRQL 返回高电平 发送方式 当 MT8880 作为 DTMF 发送器时 数据总线 D0 D3上四位二进制码 被锁存在发送数据寄存器中 发送的 DTMF 信号频率由 3 58MHz 的晶振分频产生 湖南商学院毕业设计 论文 第 17 页 共 42 页 分频器首先从基准频率分离出 8 个不同频率的正弦波 行列计数器根据发送数据寄 存器中的数据 以八取二方式分离出一个高频信号和一个低频信号 经开关电容作 D A 转换 在加法器中合成 DTMF 信号 并从 TONE 端输出 其接口电路如图 3 5 所示 图 3 5 MT8880 与 AT89C51 接口 本电路用 AT89C51 的 I O 口作控制信号 配合软件构造所需的时序 其中 P2 0 P2 3 为 4 位数据线 P2 4 为系统时钟 P2 5 为片选 P2 6 为读写选择 P2 7 是寄存器选择 当 MT8880 识别有双音频 向 AT89C51 发一中断 中断服务程序中 读出状态寄存器后中断自动清除等待下一双音频信号 当 MT8880 工作于呼叫处 理模式时 通过对一定时间内中断次数的判断可以识别不同的呼叫音 如振铃 回玲 忙音 占线等 3 4 语音电路 ISD1420 为单片语音录放电路 片内由时钟振荡器 128 千字节 电可 2 E PROM 编程可擦除只读存贮器 微音放大器 自动增益控制电路 抗干扰滤波器 差动 功率放大器等组成 具有高品质语音录放系统所需的全部基本功能电路 该芯片采用直接模拟量存贮技术 DAST 再现优质原声 零功率信息存贮 省掉 备用电源 信息可保存 10 年以上 可反复录放达 10 万次之多 语音固化无需专用编程 或开发装置 较强的选址能力 可把存储器分成 160 段来进行管理 ISD1420 的录放 时间为 20 秒 最小录放时间为 125 ms ISD1420 部分引脚功能 湖南商学院毕业设计 论文 第 18 页 共 42 页 PLAYE 边沿触发放音 当 PLAYE 出现下降时 芯片开始放音 PLAYL 电平触发放音 当 PLAYL 出现低电平时 芯片开始放音 VCCA VCCD 分别是模拟电路和数字电路电源 VSSA VSSD 分别是模拟电路和数字电路电源的地址 REC 录音控制端 低电平有效 ANAIN 模拟输入录音信号输入端 SP SP 喇叭输出 XCLK 外部时钟 不用时接地 MIC 话筒输入 至片内前置放大器 MICREF 话筒参考输入 至片内前置放大器的反向输入端 当以差分形式连接 到话筒时 可减少噪声 提高共模抑制比 AGC 自动增益控制 使音量变化失真最小 ANAOUT 模拟输出 语音电路 ISD1420 与 AT89C51 的接口电路如图 3 6 所示 图 3 6 ISD1420 电路 语音分段方法 地址输入端 A0 A7 有效值范围为 00 000 000 10 011 111 这表明 最多可被划分为 160 个存贮单元 可录放多达 160 段语音信息 由 A0 A7 决定每 湖南商学院毕业设计 论文 第 19 页 共 42 页 段语音的起始地址 而起始地址又直接反映了录放的起始时间 其关系见下面公 式 T 0 125s 128A7 64A6 32A5 16A4 8A3 4A2 2A1 0 1 如选择从 5 秒处开始录 音 则所需的地址为 5 0 125 40 换算为二进制地址为 00101000 因此只要将上述地址配置给 A0 A7 即可 在本报警器的设计中将 20 秒的存 储时间分为 3 段 第一段为 7 秒 录放起始地址为 00000000B 第二段为 7 秒 录放起 始地址为 00111000B 第三段为秒 录放起始地址为 01110000B 由这 3 段地址可以 看出 A7 A2 A1 和 A0 均为 0 因此可以将它们接地 只用 AT89C51 的 4 根口线 进行控制即可 3 5 键盘电路 键盘采用 4 4 行列式 通过 P1 口直接扫描输入 本系统操作键盘由 16 个键 构成 其中 0 9 为 10 个数字键 其余为设防 撤防 密码 事故查询 声光报警设 置 消除 电话报警设置 消除等组合功能键 其电路如图 3 7 4K 7 4K 7 4K 74K 7 R R R R R R R R R R R R R R R R P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 5 图 3 7 键盘电路 上图中 列线输入端接 P1 4 P1 7 口 行线接单片机 P1 0 P1 3 口 将输入端置 为高电平 输出端置为低电平 这样 当按键没有按下时 所有的输入端无变化 代表无键按下 一旦有键按下 则输入线就受输出线的影响被拉低 这样 通过 读入输入线的状态就可得知是否有键按下了 湖南商学院毕业设计 论文 第 20 页 共 42 页 3 6 显示电路 单片机 AT89C51 的串口外接 1 片 74LSD164 作为 LED 显示器的静态显示接口 把 AT89C51 的 RXD 作为数据输出线 TXD 作为移位时钟脉冲 Q0 Q7 第 3 6 脚 和 10 13 引脚 并行输出端分别是 LED 显示器的 DP A 各段对应的引脚上 其与 AT89C51 接口如图 3 8 所示 图 3 8 键盘输入电路 3 7 声光报警电路 根据系统设置 声音报警有两种 一是功能置时的蜂鸣器报警 二是在触发 报警后 延迟一时间后发出警报声 起到震慑作用 本设计采用压电式峰鸣器 压电式峰鸣器约需 10mA 的驱动电流 因此可以使用 TTL 系列集成 7406 或 7407 低电平驱动 其电路图如图 3 9 所示 a bf c g d e VCC1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 AMBERCA A 1 B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 CL K 8 MR 9 74LS164 A 1 B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 CL K 8 MR 9 74LS164 1K 8 a bf c g d e VCC 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 AMBERCA 1K 8 位 8 位 RX D TX D 5 a bf c g d e VCC 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 AMBERCA A 1 B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 CL K 8 MR 9 74LS164 5 1K 8 湖南商学院毕业设计 论文 第 21 页 共 42 页 图 3 9 声音报警