基于51单片机声控报警器设计与制作

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目录

1产品功能分析........................................................................................................1

2设计方案遴选........................................................................................................2

2.1单片机的选择..........................................................................................2

2.2通讯方式的选择......................................................................................2

2.3系统框图设计..........................................................................................3

3产品硬件设计........................................................................................................3

3.1STC89C52RC单片机核心电路设计.............................................................3

3.2按键电路设计..........................................................................................4

3.2LCD1602液晶显示模块电路...................................................................6

4产品软件设计........................................................................................................9

4.1主程序流程图............................................................................................9

4.2LCD1602液晶显示程序设计.....................................................................10

4.3产品程序清单..........................................................................................11

5产品使用说明......................................................................................................12

5.1产品装配图............................................................................................12

5.2产品调试................................................................................................12

5.3产品使用说明........................................................................................12

6、产品设计技术标准...............................................................................................13

7参考资料.................................................................................................................13

附录.............................................................................................................................14

附录1元器件清单.......................................................................................14

附录2电路原理图.......................................................................................15

附录3PCB设计图........................................................................................16

附录4产品实物图.......................................................................................17

附录5主程序代码.......................................................................................17

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基于51单片机声控报警器的设计与制作

1产品功能分析

1.1声音检测

声控报警器具有声音检测的功能，它能够感知周围环境的声音，并对声音

的强度和频率进行检测和分析。当声音超过一定阈值或者满足特定条件时，就

会触发报警。

1.2报警输出

一旦检测到异常声音，声控报警器会立即发出报警声和/或闪烁灯光，以提

醒相关人员注意。报警声通常是比较高分贝的，以便在嘈杂的环境中也能被听

到。同时，灯光闪烁也可以起到警示作用，吸引人们的注意。

1.3防盗功能

声控报警器可以用于防盗目的，当被盗窃时，报警器可以发出大声的声音

和闪烁的灯光，吓走小偷，从而保护财产安全。

1.4安装简便

声控报警器通常采用一体化设计，安装简便，不需要复杂的布线或配置。

用户可以根据需要将其放置在需要报警的区域，并按照说明书进行简单设置即

可使用。

1.5兼容性

声控报警器可以与其他安全系统设备进行兼容，如视频监控、门禁系统

等。这样可以在报警的同时，联动其他设备进行更有效的安全防范。

总之，声控报警器作为一种声音感知和报警装置，具有广泛的应用前景。

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在实际使用中，需要根据具体的应用场景和需求选择合适的声控报警器产品，

并按照说明书进行正确安装和使用。

2设计方案遴选

2.1单片机的选择

2.1.1STC89C51RC

该型号的单片机具有高速、低功耗、抗干扰能力强等优点，适用于各种工

业控制和智能家居系统。它具有丰富的外设和内存容量，可以满足大多数声控

报警器的需求。

2.1.2PIC16F690

该型号的单片机具有体积小、功耗低、可靠性高等优点，适用于各种小型

系统和便携式设备。它具有精简的指令集和高效的开发环境，可以快速实现各

种控制功能。

2.1.3ARMCortex-M3系列

该系列单片机具有高性能、低功耗、高集成度等优点，适用于各种复杂的

控制系统和高端设备。它采用32位的架构，具有强大的处理能力和高效的操

作系统，可以满足高端声控报警器的需求。

综上所述，在声控报警器单片机遴选中，综合考虑功能、性能、稳定性和

开发成本等因素。同时需要注意选择质量可靠、性能稳定的单片机型号，以保

证声控报警器的稳定性和可靠性，我选择STC89C51RC单片机。

2.2通讯方式的选择

在嵌入式系统领域，51单片机因其高度的灵活性和广泛的应用范围而备受

青睐。其中，寄存秒表功能在许多实际应用中具有重要意义。实现这一功能

时，通讯方式的选择尤为关键，它直接影响到系统的实时性、稳定性和可扩展

性。以下是几种常见的通讯方式：

1.串口通讯：串口通讯是一种常见的通讯方式，具有传输速度快、可靠性

高的优点。可以通过串口将寄存秒表的数据传输到计算机或其他设备上。

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2.I2C通讯：I2C是一种常用的同步串行通讯方式，具有简单易用、占用

I/O口少、支持多主机等优点，适用于短距离高速通讯。

3.SPI通讯：SPI是一种常用的同步串行通讯方式，具有高速、稳定、抗

干扰性强等优点，适用于长距离高速通讯。

4.USB通讯：USB是一种高速、通用的串行通讯方式，具有即插即用、

热插拔、数据传输速度快等优点，适用于与计算机等外部设备进行通讯。

5.无线通讯：无线通讯方式如蓝牙、Wi-Fi、ZigBee等，具有无需布线、

灵活性高、适用于远距离通讯等优点。

根据具体应用场景和需求，可以选择不同的通讯方式。例如，如果需要将

数据传输到计算机上进行处理，可以选择串口通讯或USB通讯；如果需要将数

据传输到多个设备上，可以选择I2C或SPI通讯。

2.3系统框图设计

电源模块

按键模块led显示模块

单

复位电路片报警模块

机

晶振电路声音感应模块

图2-1系统框图

3产品硬件设计

3.1声音采集电路设计

声传感器是一种能将声波的振动转换为电压和电流的声—电转换元件。常

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用的声—电转换元件有压电陶瓷片、驻极体话筒等。

在传声器选择上，采用了驻极体传声器。将信号传输到单片机IO口，这种

传声器具有体积小、重量轻、灵敏度高、噪声低等优点。前置放大器我们采用了

集成运算放大器，其具有增益高、噪声低、线性度好等优点。因驻极体话筒具有

体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，所以本设计选用驻极体话筒作

为声传感器。

图3-1声音采集电路

3.2按键电路设计

按键电路的工作原理是通过按键的开闭状态来控制电路的通断。按键开关

是电路中最基础的元件之一，它可以将人工输入的物理信号（按键动作）转换成

电信号，再通过电路进行进一步的处理和控制。

按键电路的作用主要是实现电路的开关控制。在电路设计中，按键开关通常

被用来触发一个特定的动作或者信号，这个动作或者信号可以用于启动或关闭

设备、切换模式、调节亮度、音量等。

图3-2按键模块

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3.3蜂鸣器电路设计

蜂鸣器电路是一种常用的音频输出电路，它可以将电信号转换成声音信号。

蜂鸣器电路通常由三极管、蜂鸣器、电阻等元件组成。其中，三极管是核心元件，

它起到放大信号的作用，将电信号转换成足够大的电流驱动蜂鸣器发声。

蜂鸣器通过振动产生声音，并经过空气传播出来。电阻则起到限流作用，防

止电流过大烧毁蜂鸣器。当电路中的电流通过三极管时，三极管会将其放大并驱

动蜂鸣器发声。蜂鸣器发出的声音大小取决于流过它的电流大小和频率。通过调

节三极管的基极电压，可以改变流过三极管的电流大小，从而控制蜂鸣器发出的

声音大小。另外，改变三极管的频率也会对蜂鸣器的声音产生影响，频率越高，

声音越尖锐，反之则越低沉。

图3-3蜂鸣器

3.4最小系统电路设计

3.4.1STC89C51RC主要功能、性能参数

1.8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置

4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中

断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工

串行口。

2.STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工

作。在断电防护模式里，RAM的数据会被储存，而振荡器则会被冷却，所有

的计算机功能都会暂时停止，直至接下来的中断或者硬盘重置才会开始。最高

运作频率35MHz。

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此外，STC89C51RC单片机还具有低功耗、高性能的特点，可在单芯片上

实现灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，为众多嵌入式控制应用系统提供

高灵活、超有效的解决方案。

3.4.2STC89C51RC的引脚说明

3.P0口（8个引脚）：可作为输入或输出端口。

4.P1口（8个引脚）：可作为输入或输出端口，并具有外部中断功能。

5.P2口（8个引脚）：可作为输入或输出端口，并具有外部中断功能。

6.P3口（8个引脚）：可作为输入或输出端口，也可以用作特殊功能端

口。

7.VCC、GND：电源引脚，连接正负极。

8.XTAL1、XTAL2：晶振接口，接入外部晶振振荡器。

9.RST：复位引脚，当该引脚接收到低电平信号时，系统将重启。

10.EA：程序存储器（ROM）控制引脚。当EA连接VCC时，芯片从外

部ROM启动；当EA连接地时，芯片从内部ROM启动。

11.ALE：地址锁定使能引脚。

12.PSEN：程序存储器读使能引脚。

13.INT0、INT1：外部中断输入引脚。

14.TXD、RXD：串行口传输引脚。

15.T0、T1：定时器/计数器输入引脚。

16.AUXR、P3.4、P3.5、P3.6、P3.7：特殊功能引脚，具体用途与芯片内

部的其他电路有关。

3.4.3时钟电路设计

时钟信号是STC89C51RC单片机正常工作的基础，它控制着单片机内部各

个部件的协调运作。STC89C51RC单片机的时钟信号由晶振产生，频率范围为

1.0MHz至16MHz。时钟信号的特点主要表现在周期、占空比和相位等方面。时

钟信号的产生主要有两种方式：内部方式和外部方式。内部方式是通过单片机内

部的振荡器产生时钟信号；外部方式则是通过外部晶振或RC振荡器产生时钟信

号。

3.4.4最小系统电路设计

最小系统电路是指能够实现特定功能的电子系统，其设计需考虑元件的选

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定、连接方式、电源分配、信号传输等多个方面。在设计过程中，应遵循“尽可

能简单、低功耗、低成本”的原则，以实现电路性能与成本的优化。

最小系统的特点包括：

1.简单性：最小系统的电路设计非常简单，只包含处理器核心、时钟电路、

复位电路和最少量的外围设备，非常容易理解和使用。

2.精简性：最小系统的设计原则是尽可能减少不必要的组件和功能，因此它

的硬件和软件组件数量最少，体积最小，功耗最低。

3.自我维持性：最小系统能够自我维持运行，它不需要外部的干预或支持，

即使在极端环境下也能够正常工作。

4.可靠性：最小系统的设计注重可靠性，它采用容错技术，能够检测并纠正

错误，保证系统的稳定性和可靠性。

5.灵活性：最小系统能够适应不同的环境和应用需求，它可以通过添加或更

换不同的组件和软件来扩展其功能和性能。

6.可定制性：最小系统可以根据不同的需求进行定制，它可以根据用户的需

求进行硬件和软件的配置和优化，以满足特定的需求。

选择最小的单片机系统可以减小系统的体积和成本，同时也可以提高系统

的可靠性和稳定性。对于STC89C52来说，选择最小的单片机系统可以满足大

多数简单的控制和通信需求。此外，在未来的数字世界中，最小系统将成为基石。

随着科技的不断发展，我们周围的一切都在逐渐数字化，从智能手机到智能家居，

从无人驾驶汽车到无人机，最小系统在其中扮演着至关重要的角色。

最小系统的精简性和自我维持性使得它在未来的数字世界中具有无限的可

能性。它可以在各种环境下自我维持运行，同时又能够通过添加或更换不同的组

件和软件来扩展其功能和性能。这使得最小系统成为未来智能设备的理想选择。

因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。用STC89C52单片机构成最小

应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可。

3.4.5复位电路设计

在电子设备中，复位电路是最小系统电路中不可或缺的一部分。它负责在设

备启动时将所有寄存器和状态恢复到初始状态，以确保系统的正确运行。

一、复位电路的原理

复位电路通常通过检测电源电压的上升沿来实现复位操作。当电源电压超

过复位阈值时，复位电路会产生一个复位信号，该信号将所有寄存器和状态复位

到初始状态。这个过程通常被称为“上电复位”。除了上电复位外，复位电路还可

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以通过手动按下复位按钮来实现复位操作。当用户按下复位按钮时，复位信号将

被发出，所有寄存器和状态将被复位到初始状态。

二、复位电路的作用

在最小系统电路中，复位电路的作用是确保系统的正确启动和运行。它能够

将所有寄存器和状态恢复到初始状态，从而避免了因为先前的状态导致系统运

行错误的情况。此外，复位电路还可以用于调试和测试电子设备，因为它可以将

所有寄存器和状态恢复到已知的初始状态。

图3-4复位电路

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4产品软件设计

4.1主程序流程图

开始

初始化

无

有无信号?

有

是

布防信号？布防程序

否

是

撤防信号？布防程序

报警地址查询否

显示地址

启动报警电路

是

按下撤防

键？

否

延时

否是

延时到否？9

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图4-1主程序流程图

4.2定时中断程序设计

定时器中

断产生

定时器初

值重新初

始化

50ms计时

变量加一

定时时间是

否到达1s

是

否

50ms计时变量定时时间是

清零，秒数据加否到达0.5s

是

定时时间是

否加到60报警是否

打开

是

是

秒数据清零，开

否

启布防控制蜂鸣器报警

跳出中断

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图4-2中断程序流程图

4.3产品程序清单

延时函数

控制函数

主程序初始化

定时器函数

蜂鸣器报警

程序

图4-4产品程序清单

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5产品使用说明

5.1产品装配图

图5-1产品装配图

5.2产品调试

检查电路板排查逻辑故障，排查元器件失效，排查电源故障，如果一切正常，

即可将程序烧录至单片机中，并核查，每一个元器件的命令是否正确。

5.3产品使用说明

开机：按下电源键。此时接收到声音并不会报警，但灯泡会闪

布防：按下布防键。30秒后接受到声音会报警。

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6、产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语；

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准；

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范。

7参考资料

[1]康华光.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社，1988.

[2]刘迎春.MCS-51单片机原理及应用教程[M].北京:清华大学出版社，1996.

[3]阎石.数字电路技术基础[M].北京:高等教育出版社,1998.

[4]刘琰,李辉，顾亮.射频识别技术软硬件系统研制[J].电子技术，2004,14(3):29.

[5]陈星.无线通信集成电路与单片无线收发集成电路及无线数据通信IC高级技术

[M].北京:北京电子科技出版社,2006.

[6]赵利，郑英兰.数字电子技术[M].北京:冶金工业出版社,2009.

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附录

附录1元器件清单

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附录2电路原理图

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附录3PCB设计图

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附录4产品实物图

附录5主程序代码

#include<reg52.h>

#defineucunsignedchar

#defineuiunsignedint

sbitSOS=P1^0;//布防

sbitbufang=P1^1;//报警按键

sbitchefang=P1^2;//撤防

sbitbaojing=P1^3;//蜂鸣器

sbitBF_LED=P2^5;//布防指示灯

bitbdataflag,flag1;//flag布防标志，flag1布防倒计时标志

uct,t1;//定时器专用变量

voiddelay(uix)//延时函数1ms