智能防盗控制系统

沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 内 容 摘 要 近年来 随着科技的发展和人们安全防范意识的提高 钢质防盗门和 钢质窗户防盗网等传统的防盗措施已不能满足人们的需要 迫切需要一 种面向普通家庭用户 性价比高 运行可靠 可拒非法入侵者于户外的 智能防盗报警系统来代替防盗门 防盗网 因此本设计的目的就是为了 找到一种适合普通家庭式防盗系统 本智能防盗控制系统应用的设计方法与一般的防盗系统不同 该系统 采用了超声波测距传感器与单片机的结合 其中采用超声波测距传感器 来提供报警信号的方法使得成本低 易于维护 探头小 可安放于隐蔽 的地方且不易被发现 接受信号灵敏 因此有明显的优势和广阔的发展 前景 此次设计是针对智能防盗控制系统的设计与研究 最初查找资料 产生总体设计思想 然后绘制原理图并生成 PCB 制板 焊接硬件并进行软 硬件的调试 本次设计的产品以 AT89C52 单片机作为系统控制核心 以 超声波测距原理为理论依据 完成对外来人员的连续监测 提供了一个 带有 3 位 LED 显示 并使其集中到一块面板上 使得操作方便快捷 直 接在 LED 显示实时距离 并使功能智能化集中化 系统设有比例电路 将超声波传感输出的 0 12V 电压信号转换成采集芯片能过接收的 1 5V 电压信号 并辅助以软件设计 将转换成的电压信号进行处理 并通过 量化程序 得到实时距离并显示出来 此次设计的智能防盗控制系统在 发生报警时有 LED 二极管指示灯被点亮现象 从而方便了操作人员对监 测的实时监控 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 此系统设计简洁 不仅继承了传统防盗控制方法的优点 还具有易于 维护和实现非接触 高可靠监测的特点 并且硬件开销成本低 适宜大 多数普通家庭 汽车等应用 关键词关键词 单片机 超声波测距传感器 数码管实时显示 LED 指 示灯报警 Abstract In recent years with the development of science and technology and safety awareness and improve steel door window steel security preventive measures of traditional already cannot satisfy the needs of the people In desperate need of a common family for users cost effective and reliable operation but refus unincorporated penetration in outdoor intelligent alarming system security guard against theft instead So this design goal is to find a suitable for ordinary family security systems This intelligent security control system design method of commonly used with the security system the system of ultrasonic range finding sensors and MCU including ultrasonic ranging to provide alarm signals easy maintenance low cost small probe can be placed in place of concealment and was found accept signal so there were sensitive obvious advantage and broad development prospects This design is for intelligent security control system design and research First the overall design for data and then draw diagram and generate PCB board welding system hardware and software and hardware debugging This product by AT89C52 single chip microcomputer as design of controlling system with the core principle of ultrasonic ranging as the theory basis 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 complete and continuous monitoring of nonnative personnel provides one with three LED display and make its focus to a panel convenient operation direct and to make that distance function of intelligent centralization System with proportion ultrasonic sensor output circuit of 0 12 v voltage signals converts 1 5V aided by the software design will convert the voltage signal processing and through the quantification process real time display the distance and the design of control system in intelligent anti theft alarm have LED diode indicator lights and convenient operation personnel for real time monitoring of detection The system design is simple not only inherited the traditional security control method also has the advantages of easy maintenance and realize non contact measurement high reliable monitoring and the characteristic of hardware cost low suitable for most ordinary families and automotive applications Keywords single chip measurement of liquid level ultrasonic liquid level measurement 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 目 录 内 容 摘 要 I Abstract II 第 1 章 引 言 1 1 1 综述 1 1 2 国内外防盗控制系统的历史 现状与发展 1 1 3 本设计研究的内容 3 第 2 章 智能防盗控制系统的总体设计 4 2 1 总体设计思想 4 2 2 工作过程 5 2 3 设计步骤 6 第 3 章 智能防盗控制系统的硬件设计 7 3 1 系统硬件组成 7 3 2 AT89C52 的性能和外围电路 8 3 3 信号采集超声波测距传感器 10 3 4 键盘和显示接口电路 13 3 4 1 人机接口单元设计 13 3 4 2 HD7279 的基本功能及引脚 13 3 4 3 MCS 52 单片机与 HD7279 的接口设计 14 3 5 电压比例转换电路 16 3 6 串行通信接口电路 18 3 6 1 串行 AD 转换接口电路设计 18 3 6 2 基准电源设计 21 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 第 4 章智能防盗控制系统的软件设计 24 4 1 软件总体设计 24 4 2 主程序及中断程序设计 24 4 3 按键及显示程序设计 25 第 5 章硬件焊接与软件调试 27 5 1 系统电路的焊接过程 27 5 2 智能防盗控制系统的系统调试 28 5 2 1 智能防盗控制系统的硬件调试 28 5 2 2 智能防盗控制系统的软件调试 29 5 2 3 硬件调试中出现的问题及解决方法 29 5 2 4 软件调试中出现的问题及解决方法 30 第 6 章 结束语 31 6 1 总结 31 6 2 计算机辅助设计 31 6 2 1 原理图的设计 31 6 2 2 Protel 2004 使用心得 32 致 谢 33 参考文献 34 附录 1 35 附录 2 36 附录 3 37 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 一 引 言 1 11 1 综述综述 防盗控制广泛可应用于工厂 家庭 汽车等场合 实现无接触 智能化报警是防 盗控制系统目前的发展方向 随着工业的发展 计算机 微电子 传感器等高新技 术的应用和研究 近年来防盗控制的研制得到了长足的发展 以适应越来越高的应 用要求 从监测范围来说 有的防盗控制只能监测几厘米 有的却可达几十米 从监测条 件和环境来说 有的非常简单 有的却十分复杂 例如 有的是利用红外线感温传感 器 有的是压力传感器 有的震动 也有声响来监测 有的从安装上提出苛刻的限 制 有的从维护上提出严格的要求等 因此在进行综合分析后进行了该设计 它将实现自动监控的智能防盗系统 通过 超声波传感器采集距离信号 通过 AD 传给系统核心 单片机 单片机通过处理 与分析将距离值显示于三位的数码管上 检测到需要报警时 LED 二极管将实时点 亮 达到报警的功能 本设计的程序应用单片机 C 语言编写实现 国外关于防盗控制早期从防火的基础上发展起来的 逐步向智能化自动化发展 并且发展及应用了许多新的监测原理 在传统原理中也渗透了电子技术及微机技术 结构有了很大的改善 功能有了很大的提高 从国内外关于防盗控制系统的发展来 看当前的发展热点向非接触 如超声波传感器 红外线传感器 无线报警等 1 21 2 国内外防盗控制系统的历史 现状与发展国内外防盗控制系统的历史 现状与发展 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 并辅助提示值班人员或其主人发生报警的区域部位 显示 可能采取的对策的系统 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 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 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 成了入侵防范系统 防盗报警系统通常由探测器 又称防盗报警器 传输通道和 报警控制器三部分构成 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电子 和机械部件组成的装置 是防盗报警系统的核心 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 中国防盗控制技术的发展大致起源于上世纪 60 年代初北京故宫博物院的安 防报警系统 当年 中国老一辈的安防技术工作者在完全隐蔽 可靠报警 绝对防 火的全木质结构环境下完成了该系统的安装与调试 该系统就发挥了很好的作用 之后的若干年 中国安防技术一直是以防盗报警系统为主 其应用场合也主要限于 金融与文博系统 由于当时基于光电导摄像管的摄像机体积大且价格昂贵 因而在 安防技术市场中可视化的闭路电视监控系统的应用案例极少 随着时代的变迁 智能防盗技术有了较大的发展 1994 年秋在北京全国农 业展览馆举办的展览会上 展出了部分关于防盗控制系统产品 1995 年夏在天津国 际展览中心的消防安防设备展览会上 展出了更多的安防技术相关产品 气氛火热 紧接着到 1996 年 由中国安防产品行业协会等单位主办了全国首届 国际社会公共 安全产品博览会 一下子吸引了国内外 300 多厂商参展 由此标志了中国防盗及安 防技术市场的形成 在国内安防防盗市场开始蓬勃发展的同时 2001 年 11 月 中国安防界在深 圳成功举办了首届中国安防论坛 全国人大副委员长 中国科协主席周光召院士题 词 中国科学院和中国工程院的 5 位院士以及国内 30 多位安防领域的知名专家 教 授发表了演说 较全面地展示了中国安全防范领域的技术动态和发展方向 促进了 学术界和企业界的交流与合作 探讨了中国公共安全行业如何应对 WTO 以及行业 发展 管理 动作更加科学化 规范化的有关问题 首届安防论坛的举办 为架构 中国安防的理论体系 研讨中国安防的发展战略 开创良好的学术氛围 为举办更 大规模的学术论坛积累了经验 创造了条件 到 2008 奥运项目 首都国际机场捷 运系统监控项目就是在先进的数字化 网络化视频监控系统中进一步整合了无人驾 驶车辆自动传感监控系统 无线移动网络系统以及多系统的智能网管系统 一改传 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 统电视监控系统仅仅是画面监视及简单报警联动的实现方式 而安防系统整体解决 方案 Total Solution 概念必将成为现代电视监控系统的发展方向 对于超声波监测的应用随着自动测量和自动控制技术的发展特别是微机技术的发 展 促进了超声测量技术的研究和应用 80 年代中后期 单片机技术的应用使超声 波传感器的监测向高性能 智能化方向发展 由于使用了单片机作中央处理单元 系统不仅可以进行复杂的数学运算和数据处理 进一步提高了超声波监测的测量精 度 而且还能设计出友好的人机界面 超声波传感器是当前应用较多的非接触型传感器 该技术基于超声波在空气中的 传播速度及遇到被测物体表面产生反射的原理 可实现非接触监测 测量范围宽 并且测量量不受其他因素的影响 因此它的适用范围非常广泛 超声传感器监测技 术在越来越多的领域发挥其重要作用 由于超声波传感器没有可动部件 不存在机械磨损 机械故障 因而其可靠性和 使用寿命比多数接触型传感器要高 该监测装置结构简单 不需要其它附加设施 且安装 使用和维护都较方便 随着电子技术的发展 单片机嵌入应用 超声波液 位计的精度有了进一步的提高 功能更加齐全 目前 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 1 31 3 本设计研究的内容本设计研究的内容 在现在的社会生活中 对于家庭 汽车 工厂等需要进行监控的场合时 采用超 声波法进行非接触监测 超声波法灵敏 易于安装 对人体辐射危害较少 本课题就是应用超声波传感器的测距原理 特点及测量系统的设计进行分析研究 目前 市场上的防盗控制系统多数采用单片机作为防盗控制和运算的核心 主要由 硬件决定着监测结果的精度 在对超声波测距特性研究的基础上 设计了基于单片 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 机的智能防盗控制的硬件系统和软件系统 并对硬件部分和软件部分分别进行了相 关的调试 硬件设计的总体目标是力求在结构简单 成本合理的前提下 尽量完善 其功能 在硬件电路的设计中 我们采用 AT89C52 作为系统控制核心 HD7279 作 为人机接口驱动 AD0809 作为串行转换芯片 3 位的数码管作为距离显示和报警电 路 在软件设计中 我们采用模块化程序设计思想 将软件分为主程序模块 键处 理显示模块 数据采集处理模块和报警模块 每个模块又由若干小模块组成 对软 件的这种处理不但能使软件的结构清晰 而且有利于软件的调试和修改 另外 对 设计过程中发现和存在的一些现象和问题 从软 硬件两方面 分析了原因并进 行了改进 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 二 智能防盗控制系统的总体设计 2 12 1 总体设计思想总体设计思想 超声波传感器是根据 回波测距 的原理设计的 由超声波的发射器发射超声波 声波遇到障碍物后反射 由超声波接收器接收 测出从超声波发射脉冲束至接收到 回波信号的传输时间 那么由传输时间和声速 就可算出要测的距离 将其距离值 给控制核心达到报警目的 根据设计要求 本防盗控制系统需要将超声波检测技术 与计算机技术相结合 对前方的障碍物自动监测 并能显示其实时距离 防盗控制 系统的总体设计框图如图 2 1 所示 智能防盗控制系统大体由硬件和软件两部分组成 硬件包括 AT89C51 单片机最 小系统 HD7279 键盘显示电路 电压比例转换电路 串行 AD 转换接口电路 报 警电路 软件部分主要包括主程序初始化模块 显示模块 采样模块 报警模块等 整个设计采用模块化处理方法 思路清晰 易于调试 单 片 机 系 统 电压 转换电路 信号采 集电路 报警电路 接口 人机 接口 电 路 显示 AT89C52 图图 2 1 智能防盗控制系统的总体设计框图智能防盗控制系统的总体设计框图 超声 波传 感器 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 2 22 2 工作过程工作过程 超声波传感器将接受的 0 12V 电压信号输出 经电压比例转换电路转换为串行 AD 转换接口芯片 AD0809 可接收的 1 5V 电压信号 并由其转换为数字量输入单片 机 通过采样模块进行数据处理得到距离值 经 HD7279 驱动并通过 3 位数码管实 时显示出来 本设计在规定的距离内设有报警功能 在报警范围内 LED 二极管发光 实现了实时报警 2 32 3 设计步骤设计步骤 1 绘制硬件电路图和软件流程图 2 编写软件程序 焊接电路板 3 软件 硬件单独调试 4 软件 硬件同步调试 5 设计总结 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 三 智能防盗控制系统的硬件设计 3 13 1 系统硬件组成系统硬件组成 此次设计的智能防盗控制系统主要由主处理芯片 键盘显示接口部分 信号采集 及处理部分 电压比例转换电路 串行通信接口电路 报警部分等几个主要部分 组成 所需的传感器 主要芯片列表见表 3 1 所示 表 3 1 传感器 主要芯片列表 传感器 超声波传感器 Honey Well 主机 ATMEL 89S51 A D 转换 ADC0809 显示器 3 位的 LED 数码管显示 键盘显示芯片 HD7279 运算放大器 LM324N 基准电源 LM336 硬件结构框图如下 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 主 处 理 芯 片 信号采集 及处理部分 键盘显示 部分 报警部分 3 23 2 AT89C52AT89C52 的性能和外围电路的性能和外围电路 本次设计的智能防盗控制系统所采用的系统控制单元 核心 AT89C52 单片机是是 ATMEL 公司 20 世纪 90 年代初 期推出的增强型片机 高性能 低功耗的 8 位单片机 能处理 8 位二进制数或代码 片内含 8KB 的可反复擦写 的只读程序存储器 E2PROM 和 256 B 的随机数据存储 器 RAM 兼容标准 MCS 51 指令系统 AT89C52 具有 二种可编程的节电模式以实现低功耗 空闲模式 掉电 模式 在空闲模式下 CPU 停止工作 而寄存器 定时 计数器 看门狗和中断系统继续工作 掉电模式下 振 荡器停止工作 所有功能被禁止 只有寄存器内容得到 保存 只有在外部中断或者硬件复位时才可以退出此状态 MCS5 2 内部有一个用于构成振荡器的可控高增益反向放大器 两个引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端 在片外跨接一晶振和两个匹配电容 就构成一个子激荡器 振荡频率根据实际要求的工作速度 从几百千赫至 24MHZ 可适当选取某一频率 匹配电容要根据石英晶体振荡器的要求选取 其主要功能特性如表 3 2 P1 0 T2 1 P1 1 T2EX 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 RST 9 P3 0 RxD 10 P3 1 TxD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P3 6 WR 16 P3 7 RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 P2 7 A15 28 PSEN 29 ALE 30 EA VPP 31 P0 7 AD7 32 P0 6 AD6 33 P0 5 AD5 34 P0 4 AD4 35 P0 3 AD3 36 P0 2 AD2 37 P0 1 AD1 38 P0 0 AD0 39 VCC 40 89C52 图 3 2 AT89C52 图 3 1 硬件结构框图 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 表 3 2 AT89C52 主要功能特性 兼容 MCS 51 指令系统8k 可反复擦写 Flash ROM 32 个双向 I O 口可编程 UARL 通道 三个 16 位可编程定时 计数 器 全静态操作 0 24MHz 1 个串行中断256x8 bit 内部 RAM 两个外部中断源 共 6 个中断源 可直接驱动 LED3 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 AT89C52 引脚功能 89C51 引脚图如下 3 3 电源及时钟引脚 Vcc 40 接 5V 电源 Vss 20 接地 XTAL1 19 接外部晶体的一个引脚 在单片机内部 它是一个反相放大器的输入端 XTAL2 18 接外部晶体的一个引脚 在单片机内部接至内部反相放大器的输出端 控制引脚 RST VPD 9 当震荡器运行时 在此引脚 外加上两个机器周期的高电平将使单片机复位 RST 掉电期间 此引脚可接上 备用电源 VPD 以保持内部 RAM 的数据 当 Vcc 下掉到低于规定的值 而 VPD 在其规定的电压范围内 5 0 5v 时 VPD 就向内部 RAM 提供备用电源 ALE PROG 30 当访问单片机外部存储器时 ALE 地址锁存允许 输出脉 冲的负跳沿用于 16 位地址的低 8 位的锁存器 ALE 端仍有正脉冲信号输出 此频 率为时钟震荡器频率的 1 6 ALE 端可以驱动 8 个 TTL 负载 对于 EPROM 型单片机 8751 在 EPROM 编程期间 此引脚用来输入编程脉 冲 PROG PSEN 29 此引脚的输出是单片机访问外部程序存储器的读选通信号 图 3 3 AT89C52 引脚图 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 在由外部程序存储器取指令 或常数 期间 每个机器周期 PSEN 两次有效 PSEN 可以驱动 8 个 LSTTL 负载 EA VPP 31 当 EA 保持高电平时 单片机访问内部程序存储器 但在 PC 值 超过 0FFFFH 将自动转向执行外部程序存储器内的程序 当 EA 保持低电平时 只 访问外部程序存储器 对于 89C51 因其片内有 4KEEPROM 故该脚接高电平 在 EEPROM 编程期间 VPP 编程电压为 12v 或 5v I O 口引脚 P0 口 39 32 双向 8 位三态 I O 口 此口为地址总线 低 8 位 及数据总线 分时复用口 可带 8 个 LSTTL 负载 P1 口 1 8 8 个准双向 I O 口 可带 4 个 LSTTL 负载 P2 口 21 28 8 位准双向 I O 口 与地址总线 高八位 复用 可带 4 个 LSTTL 负 载 P3 口 10 17 8 位准双向 I O 口双功能复用 主机 89s51 的时钟电路 如图 3 4 该时钟电路为内部时钟方式的电路 外接晶体以及电容 CX1 和 CX2 构 成并联谐振电路 CX1 和 CX2 选 30pF 3 33 3 信号采集超声波测距传感器信号采集超声波测距传感器 本次设计我所要开发的传感器为 HONEYWELL 公司生产的 945 F4Y AD 1C0 180EP 型号的超声波测距传感器 物理特性如图 3 5 图 3 4 时钟电路 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 外部接线如图 3 6 超声波测距传感器外部有四根接线 线 1 褐色线 接 24V 直流电压 为超声波测距传感器提供工作电压 线 2 黑色线 为超声波测距传感器的模拟信号输出线 输出 0 7V 的电压 线 3 粉色线 它与线 1 接 超声波测距传感器开始工作 它与线 4 接 超声波 测距传感器停止工作 如有同步的信号 则它与其他同步信号输出端连接 线 4 蓝色线 接地 探测范围如图 3 7 图 3 5 超声波传感器的物理特性图 图 3 6 超声波传感器接线介绍 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 该超声波测距传感器保证可测量的距离为 170 1200mm 在测量范围内 保证可 探测到的物体的大小为 100 100mm2 可能探测到的最大物体为 200 200mm2 输出特性 如图 3 7 所示 该超声波测距传感器的准确测量范围为 170 1200mm 在此测量范围内 它的输出电压为 1 7V 由图可知 在准确测量范围 内 它的输出电压与测量距离成线性关系 超出此测量范围后 它的输出达到 12V 超测距传感器的主要技术指标 可测量距离为 170 1200mm 超声波发射的角度为 8 度 线性误差 1 0 输出电压为 1 7V 图 3 7 超声波测距传感器探测范围图 图 3 8 超声波传感器输出特性图 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 灵敏度为 4 7 11 9mV mm 工作温度为 0 50 摄氏度 工作电压为 24V 3 43 4 键盘和显示接口电路键盘和显示接口电路 3 4 13 4 1 人机接口单元设计人机接口单元设计 7279 是可编程的键盘和显示接口器件 键盘和显示器实现人机交互 结构框图如下图所示 显示器由 7279 管理 实现 3 位数码管显示器的显示功能 图 3 9 人及接口电路结构框图 3 4 23 4 2 HD7279HD7279 的基本功能及引脚的基本功能及引脚 HD7279 的主要特点及功能 1 与 CPU 间采用串行接口方式 仅占用 4 根端口线 2 内部含有译码器 可直接接收 BCD 码或 16 进制码 同时具有两种译码器方 式 实现 LED 数码管位寻址和段寻址 消隐和闪烁性能等多种控制指令 编程灵活 3 循环左移和循环右移指令 4 内 部含有驱动器 无需外围元件可直接驱动 LED 主 处 理 芯 片 HD 7279 显示输出 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 5 具有极联功能 可方便的实现多于 8 位显示或多于 64 键的键盘接口 6 具有自动消除抖动并识别按键键值的功能 HD7279 引脚功能 引脚如图 3 9 VDD 5v 电源 NC 悬空 Vss 接地 CS 片选信号 低电平有效 CLK 同步时钟输入端 DATA 串行数据写入 读出端 KEY 按键有效输出端 SG SA LED 的 g a 段驱动输出端 DP 小数点驱动输出端 DIG0 DIG7 LED 驱动输出端 CLKO 振荡输出端 RC RC 振荡器连接端 RESET 复位端 低电平有效 3 4 33 4 3 MCS 52MCS 52 单片机与单片机与 HD7279HD7279 的接口设计的接口设计 HD7279 与微处理器仅需 4 条接口线 其中非 CS 为片选信号 低电平有效 RC 引脚 用于连接 HD7279 的外接振荡元件 其典型值为 R 1 5 千欧 C 15pF 非 RESET 为复位 端 该端由低电平变成高电平并且保持 25ms 即复位结束 通常 该端接 5V 即可 下图所示是 HD7279 与 AT89C52 单片机的典型接口电路 HD7279 应连接共阴式数 码管 在单片机应用系统中 通常使用键盘 显示器接口芯片 7279 完成键盘和 LED 数码管的控制与驱动 该芯片采用串行接口方式 可同时驱动 8 位共阴极 LED 数码 管或 64 位独立 LED 发光二极管 同时能对多达 8 8 的键盘矩阵进行监视 具有自 动消除键抖动并识别按键代码的功能 从而可以提高 CPU 的工作效率 同时其串行 接口方式又可简化 CPU 接口电路的设计 实际应用中 8 只下拉电阻和键盘连线位 选线 D1G0 D1G7 的 8 只下拉电阻应遵循一定的比例关系 典型值为下拉电阻大于位 选电阻的 10 倍 图 3 10 HD7279 引脚图 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 因为采用循环扫描的工作方式 如果采用普通的数码管 亮度有可能不够 则可 采用高亮或超高亮的型号 数码管的尺寸亦不宜选得过大 一般字符高度不宜超过 1in 0 0254m 如使用大型的数码管 应使用适当的驱动电路 HD7279 需要一个外接的 RC 振荡电路以供系统工作 外接振荡元件为典型值 R 1 5 千欧 C 15pF 如果芯片无法正常工作 首先检查此振荡电路 在印制 电路板布线时 所有元件 尤其是振荡电路的元件应尽量靠近 HD7279 并尽 量使电路连线最短 单片机通过 KEY 引脚电平来判断是否有键按下 在使用查询方式管理键盘 时 该引脚接至单片机的 1 位 I O 口如主板所示 P1 7 如果使用中断方式 该 引脚应接至单片机的外部中断输入端 非 INT0 或非 INT1 同时应该将中断触 发控制位设置成下降沿有效的边沿触发方式 若置成电平触发方式 则应注意 在按键时间较长时可能引起的多次中断问题 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 DIG7 25 DIG6 24 DIG5 23 DIG4 22 DIG3 21 DIG2 20 DIG1 19 DIG0 18 DP 17 SA 16 SB 15 SC 14 SD 13 SE 12 SF 11 SG 10 CS 6 CLK 7 DATA 8 KEY 9 NC 3 NC 5 VDD 1 VDD 2 RESET 28 RC 27 CLKO 26 VSS 4 U2 HD7279 K 3 f 2 g 1 e 4 d 5 K 8 c 7 DP 6 b 9 a 10 DS2 HDSP 303Y K 3 f 2 g 1 e 4 d 5 K 8 c 7 DP 6 b 9 a 10 DS1 HDSP 303Y K 3 f 2 g 1 e 4 d 5 K 8 c 7 DP 6 b 9 a 10 DS0 HDSP 303Y P1 0 T2 1 P1 1 T2EX 2 P1 2 ECI 3 P1 3 CEX0 4 P1 4 CEX1 5 P1 5 CEX2 6 P1 6 CEX3 7 P1 7 CEX4 8 RST 9 P3 0 RxD 10 P3 1 TxD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P3 6 WR 16 P3 7 RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 P2 7 A15 28 PSEN 29 ALE PROG 30 EA VPP 31 P0 7 AD7 32 P0 6 AD6 33 P0 5 AD5 34 P0 4 AD4 35 P0 3 AD3 36 P0 2 AD2 37 P0 1 AD1 38 P0 0 AD0 39 VCC 40 U1 STC89C52 200 R1 100K R9 1 5K R10 15pF C1 VCC CS CLK DATA KEY 4 7K R11 VCC 30pF C2 30pF C3 12 Y1 VCC ALE ALE P0 0 P0 1 P0 2 P0 3 P0 4 P0 5 P0 6 P0 7 CS CLK DATA KEY D11K R19 VCC 图 3 11 HD7279 与 89C52 的接口电路 单片机与 HD7279 引脚的连接如下 1 CS2 片选端 低电平有效 与 P1 4 相连 2 CLK 串行时钟输入端 与 P1 5 相连 3 DATA 串行数据输入 输出端 与 P1 6 相连 4 KEY 按键有效信号端 与 P1 7 相连 3 53 5 电压比例转换电路电压比例转换电路 超声波传感器输出的 0 12V 电压信号经 LM324 和精密电阻组成的反向放大 电路变成 1 5V 电压信号 经过阻容滤波的电压信号传给 A D 芯片的 IN0 通道 集 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 成运算放大器的 LM324 含有 4 个独立的高增益 内部补偿的频率放大器 为了在一 个宽电压范围中 操作一个单电源输入而特殊设计 LM324 的特性 1 短跑保护输出 2 真差动输入级 3 可单电源工作 3V 32V 4 低偏置电流 最大 100nA LM324A 5 每封装含四个运算放大器 6 具有内部补偿的功能 7 共模范围扩展到负电源 8 行业标准的引脚排列 9 输入端具有静电保护功能 在线性模式 通常输入电压范围包括电源 地 并且输出电压最低可以为电源地即使工作在单电源供给电压 含有对统一增益 频率和输入偏压的温度补偿 反相比例原理如图 LM324 与精密电阻组成的两次的反相的放大 5 12 倍的比例放大电路如图所示 图 3 13 反向比例运放电路 原理 I f o u R R u f RRR 要求 图 3 12 集成运放芯片 LM324 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 300 R18 500 R14 1k R13 960 R16 1K R15 400 R17 12 12 2 3 1 411 1 U6A LM324AJ 411 14 12 13 4 U6D LM324AJ 3 63 6 串行通信接口电路串行通信接口电路 3 6 13 6 1 串行串行 ADAD 转换接口电路设计转换接口电路设计 传感器输出的 0 12V 电压信号 经电压比例转换电路变成 1 5V 输出 再 经过 AD0809 转换成相应的数字量 输出给主芯片进行数据处理 其结构框图如下 图 3 15 信号采集电路结构框图 模数转换芯片最终选择为串行 A D 转换芯片 AD0809 传 感器 电压比例 转换电路 AD0809 主 芯片 图 3 14 LM324 组成的比例放大电路 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 ADC0809 是典型的 8 位 8 通道逐次逼近式 A D 转换器 可以和微型计算机 直接接口 ADC0809 的内部有多路模拟开关 可选通 8 路模拟通道 允许 8 路模拟 量分时输入 并共用一个 A D 转换器进行转换 8 位 A D 转换器为逐次逼近式 由 控制与时序电路 逐次逼近式寄存器 树状开关以及 256 个电阻阶梯网络等组成 ADC0809 的主要特性 1 8 路 8 位 A D 转换器 即分辨率 8 位 2 具有转换起停控制端 3 转换时间 100us 4 单个 5V 电源供电 5 模拟电压输入范围 0 5V 不需零点与满量程校准 6 工作温度在 40 85 摄氏度 7 低功耗 约 15mW ADC0809 各引脚功能 ADC0809 引脚如图 3 16 D7 D0 8 位数字量输出引脚 该数据输出线为三态 缓冲输出方式 可以和单片机的数据总线直接相连 IN0 IN7 8 位模拟量输入通道 VCC 5V 工作电压 GND 地 REF 参考电压正端 REF 参考电压负端 START A D 转换启动信号输入端 在 START 上跳 沿时 ADC 所有片内寄存器清 0 在 START 下跳 沿时 开始进行 A D 转换 在 A D 转换期间 START 应保持低电平 ALE 地址锁存允许信号输入端 在 ALE 上跳沿时 ADDA ADDB ADDC 地址状 态送入地址锁存器中 以上两种信号用于启动 A D 转换 EOC 转换结束信号输出引脚 开始转换时为低电平 当转换结束时为高电平 OE 输出允许控制端 用以打开三态数据输出锁存器 图 3 16 ADC0809 引脚图 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 CLK 时钟信号输入端 一般为 500KHz ADC0809 内部没有时钟电路 所需的 时钟信号由外界提供 A B C 地址输入线 由于 ADC0809 需要 500KHz 的时钟信号 而 AT89C52 的 ALE 端口输出的时钟 信号是 2MHz 所以要用两片 D 触发器 由 74LS74 提供 串联进行 4 分频以得到 500KHz 的时钟信号 分频后的信号与 ADC0809 的 CLK 端口连接 如图 3 17 10 CLK 11 D 12 13 Q 9 Q 8 CLR PR U4B 74LS74 4 CLK 3 D 2 1 Q 5 Q 6 CLR PR U4A 74LS74 ALE 5 5 5 5 CLK 图 3 17 D 触发器实现分频 ADC0809 的读写信号由 AT89C52 的 P2 7 WR 和 RD 三个端口通过两个或非门 进行控制 ADC0809 的 START 启动信号由 AT89C52 的 WR 和 P2 7 经或非门产生 ALE 信号和 START 信号连在一起 这样连接可以在信号的前沿写入地址信号 在 其后沿启动 A D 转换 START 和 ALE 互连还可以使 ADC0809 在接收模拟量路数 地址时启动工作 平时 START 因译码器输入端 P2 7 上的高电平而封锁 而 ADC0809 的 OE 启动信号由 AT89C52 的 RD 和 P2 7 经另一个或非门产生 如图 3 18 2 3 1 U8A 74LS02 5 6 4 U8B 74LS02 P36 P27 P37 SATART OE 图 3 18 AT89C52 与 ADC0809 的或非门控制接线 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 智能防盗控制系统的总体方案 当 ADC0809 信号转换完成 则由 EOC 端输出高电平到 ATC89C52 的 INT0 端 供 ATC89C52 查询 ADC0809 与 AT89C52 的接口如图 3 19 P1 0 T2 1 P1 1 T2EX 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 RESET 9 P3 0 RxD 10 P3 1 TxD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P3 6 WR 16 P3 7 RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 P2 7 A15 28 PSEN 29 ALE 30 EA VPP 31 P0 7 AD7 32 P0 6 AD6 33 P0 5 AD5 34 P0 4 AD4 35 P0 3 AD3 36 P0 2 AD2 37 P0 1 AD1 38 P0 0 AD0 39 VCC 40 U3 89C52 X1 X2 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 CS 1 SI SCK SO RESET 5 CS 2 CLK DATA KEY P27 P26 ALE P36 P37 P32 P30 P31 P33 P34 P35 P25 P24 P23 P22 P21 P20 5 10 CLK 11 D 12 13 Q 9 Q 8 CLR PR U4B 74LS74 4 CLK 3 D 2 1 Q 5 Q 6 CLR PR U4A 74LS74 ALE 5 5 5 5 CLK IN3 1 D1 14 GND 13 Vr 12 Vcc 11 CLK 10 OE 9 D3 8 EOC 7 START 6 IN7 5 IN6 4 IN5 3 IN4 2 D2 15 Vr 16 D0 17 D4 18 D5 19 D6 20 D7 21 ALE 22 C 23 B 24 A 25 IN0 14 IN1 27 IN2 28 U5 ADC0809 3 21 U6 LM336Z5 0A B C CLK P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 SATART OE P32IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 IN8 5 1K R17 Res2 12 2 3 1 U8A 74LS02 5 6 4 U8B 74LS02 P36 P27 P37 SATART OE 图 3 19 ADC0809 与 AT89C52 的接线电路 ADDA ADDB ADDC 分别接系统地址锁存器提供的低 3 位地址 只要把这 3 位地址写入 ADC0809 中的地址锁存器 就实现了模拟通道的选择 3 6 23 6 2 基准电源设计基准电源设计 在设计 ADC0809 转换电路时 参考电源的设计很重要 它关系到其测量及输出 的精度 在实际应用中 设计人员在为 A D 转换器外配基准电源时 应尽量选用品 位高的基准电源 如有些系统 往往换用较高档的基准后 电路转换信号质量就会 有较大的改善 本次设计采用的是基准稳压源 LM336 5 0 来提供基准电压为 ADC0809 提供正 5V 和 1V 电压 如图所示 它是一种温度补偿型齐纳基准源 它实际上是一只高级稳压 管 LM336 5 0 属于三端精密基准电压源 可广泛用于数字电压表 数字欧姆表 稳压电源和运算放大器的电路中 工作电流范围为 300 A 到 10mA 由于它采用并联 调整电路 因此可作为正电压基准或负电压基准 如图所示是 LM336 的引脚 电路符号及应用电路图 LM336 采用 TO 92 型塑料 封装或 TO 46 型金属壳封装 在应用电路设计时 LM3