单片基础技术 5

项目四

电子式防盗报警器的制作项目四

电子式防盗报警器的制作防盗报警器在家庭、小区住宅、公司企业、单位等应用广泛。防盗报警器的种类很多，如红外报警器、感应报警器等。家庭防盗报警器通常由报警器主机、各类防卫探头、用户操作部件（键盘、遥控器等）构成。从功能上可分为三大部分：探测部分、现场处理部分、后续处理部分。探测部分可以是门磁开关、红外探测器、紧急按钮、烟感／火警探头、易燃气体探头等。各种防盗报警器如图4-1所示。

图4-1各种防盗报警器项目介绍0项目四

电子式防盗报警器的制作任务一检测电路搭建1任务一

检测电路的搭建一、任务描述根据报警系统的原理，搭建由单片机控制的电子式防盗报警器的检测电路。二、相关知识常用的自动报警系统有红外线探测式、门磁探测式和触摸式等。1.

红外线探测式报警系统红外线探测式报警系统由红外线传感器和报警装置组成。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的变化，并将其转换成电压信号输出。项目四

电子式防盗报警器的制作任务一检测电路的搭建1图4-2所示为红外线传感器的内部电路框图。

人体辐射的红外线中心波长为9~10um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20m范围内，且几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光镜片可通过光的波长范围为7-10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而其他波长的红外线被滤光镜片吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。一旦人侵人探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接收，经信号处理而输出电压信号。

将红外线传感器输出电压信号加以放大，便可驱动各种报警装置实现报警功能。图4-2红外线传感器的内部电路框图项目四

电子式防盗报警器的制作任务一检测电路的搭建12.门磁探测式报警系统门磁探测式报警系统由门磁传感器(见图4-3)和报警装置组成。门磁传感器按传输方式分为有线和无线两种;按其安装方式分为内嵌式和外装式。下面以无线门磁传感器为例讲解门磁探测式报警系统的工作过程。无线门磁传感器一般安装在门内侧的上方或边上，它由两部分组成:较小的部件为永磁体，内部有一块永久磁铁，用来产生恒定的磁场;较大的是无线门磁主体，它内部有一个常开型的干簧管，当永磁体和干簧管靠得很近时(<5mm)，无线门磁传感器处于工作守候状态，当永磁体离开干簧管一定距离后，无线门磁传感器立即发射包含地址编码和自身识别码(也就是数据码)的315MHz的高频无线电信号报警。接收主机接收到无线报警信号后，通过识别地址码来判断是否是同一个报警系统的，然后根据自身识别码(也就是数据码)，确定是哪一个无线门磁传感器报警，并控制报警装置发出报警信号。图4-3门磁传感器项目四

电子式防盗报警器的制作任务一检测电路的搭建13.触摸式报警系统触摸式报警系统由触摸信号放大电路、复位电路、电子开关电路、振荡分频器和报警信号放大电路等组成，其原理图如图4-4所示。触摸信号放大电路由触摸电极A1和达林顿晶体管VTI等组成:复位电路由复位电极A2和场效应晶体管VF等组成;电子开关电路由集成电路ICI组成;振荡分频器由CMOS二进制/分频集成电路IC2、电容器C3和电位器RP等组成:报警信号放大电路由驱动管VT2，二极管VD1、VD2，以及电压式蜂鸣器HA组成。图4-4触摸式报警系统原理图项目四

电子式防盗报警器的制作任务一检测电路的搭建1

在接通报警系统电源后，VTI因基极为低电平而截止，IC1内部的模拟开关S1~S4不导通，IC2因16脚(VDD端)无工作电压而无法振荡工作，报警系统处于警戒状态。当有人触摸门锁或门把手(均与触摸电极A1相连接)时，人体感应信号加至VT1的基端使VTI导通，其发射极输出的高电平加至IC1各控制端上，使其内部的模拟开关SI-S4均接通，IC2获得工作电压而振荡工作，从其Q14端和Q4端输出音频振荡信号，此信号经VD1和VD2加到VT2的基极，经VT2放大后，驱动蜂鸣器HA持续发出警报声。当有人触摸复位电极A2时，人体感应信号经A2加至VF的栅极，使VF的漏极田高电平变为低电平，ICI各控制端变为低电平，其内部的模拟开关S1~S4均关断，IC2失去工作电压而停止工作，电路回到初始加电时的静止工作状态。再次触摸电极A1、A2时，报警器将重复上述过程。图4-4触摸式报警系统原理图项目四

电子式防盗报警器的制作任务一检测电路的搭建1三、任务实施

1.元器件清单单片机控制的电子式防盗报警器检测电路的元件清单如表4-1所示。项目四

电子式防盗报警器的制作任务一单片机发声电路搭建12．电路设计单片机控制的电子式防盗报警器检测电路原理图如图4-5所示。其中S2为警戒线，R5为三极管VT1的基极提供偏置电压，在警戒状态下，基极偏置电压经警戒线S2对地短路，三极管VT1截止，集电极输出到单片机INTl(P3.3)脚为高电平。如遇盗情，S2被断开，三极管VT1基极得到正向偏置电压，饱和导通，集电极输出到单片机INIT1(P3.3)脚为负跳变，该信号作为中断请求信号向CPU发出中断请求，CPU响应中断后启动报警，使发光二极管VD1快速闪烁，同时扬声器SP发出急促的警笛声。报警器一旦开启，即使再将断线重新接通，也照报不误，只有按下复位键或者断开电源，才能解除报警，所以具有防破坏功能。图4-5

单片机控制的电子式防盗报警器检测电路原理图项目四

电子式防盗报警器的制作

任务二

编写中断处理程序一、任务描述编写单片机控制的电子式防盗报警器的中断处理程序。二、

相关知识

中断系统是单片机中非常重要的组成部分，它是为了使单片机能够对外部或内部随机发生的事件实理处理而设置的。中断功能的存在，在很大程度上提高了单片机实时处理外部或内部事件的能力，它也是单片机最重要的功能之一，是我们学习单片机必须掌握的重要内容。下面我们就来介绍中断的概念和MCS-51单片机中断系统的使用及编程方法。项目四

电子式防盗报警器的制作任务二编写中断处理程序21.中断的概念

为了能让大家更容易理解中断的概念，我们先来看生活中的一个事例：你坐在书桌前看书，突然电话铃响了，你放下书，在书中夹了一个书签，然后去接电话，通话完毕后，你挂断电话，返回书桌前从书签处继续看书。在这个过程中其实就发生了一次中断，所以中断可以描述为：当你正在做某一事件时，发生了另一事件，要求你去处理，这时你就暂停当前事件，转去处理另一事件，处理完毕后，再回到原来事件被中断的地方继续原来的事件。

对于单片机来讲，中断是指CPU在处理某一事件A时，发生了另一事件B，请求CPU迅速去处理（中断请求）；CPU接到中断请求后，暂停当前正在进行的工作（中断响应），转去处理事件B（执行相应的中断程序），待CPU将事件B处理完毕后，再回到原来事件A被中断的地方继续处理事件A（中断返回），这一过程称为中断。如图4-6所示：图4-6

生活中的中断事例与单片机的中断过程对比项目四

电子式防盗报警器的制作任务二编写中断处理程序2

我们再对前面讲的生活事例与单片机中断过程对比分析，你的主要事件是看书，电话铃响是一个中断请求信号；你所看到的书的当前位置相当于断点，你为了记住该位置，放了一个书签，称为保护断点；你走到电话旁摘电话即为中断响应；整个通话过程相当于执行中断程序；挂电话回到书桌前对应单片机的中断返回：继续看书对应单片机继续执行主程序。

需要注意的是，电话铃响是一个随机事件，你无法事先安排，它是通过铃声通知你的，只要铃声一响你就可以立即暂停看书，去接电话，通话完毕后再回来接着书。单片机在执行程序时，中断也随时有可能发生，它是通过中断请求信号通知CPU的。CPU收到信号就可以立即暂停当前程序，转去执行中断程序，执行完毕后再返回刚才暂停处接着执行原来的程序。这里还有一个问题，就是当电话铃响时，你也可以选择不接听，单片机也是一样，只有我们通过编程开启了中断，CPU才会响应中断，否则CPU是不会响应中断的。项目四

电子式防盗报警器的制作任务二编写中断处理程序2综上所述，和中断有关的几个概念总结如下：1)中断：CPU正在执行当前程序的过程中，由于CPU之外的某种原因，暂停当前程序的执行，转而去执行相应的处理（中断服务）程序，待处理程序结束之后，再返回原程序断点处继续运行的过程称为中断。2)中断系统：实现中断过程的软、硬件系统。3)中断源：可以引起中断事件的来源称为中断源。4)中断响应：CPU收到中断请求信号后，暂停当前程序，转去执行中断程序的过程称为中断响应。5)断点：暂停当前程序时所在的位置称为断点。6)中断服务程序：中断响应后，转去对突发事件的处理程序称为中断服务程序7)中断返回：执行完中断程序返回原程序的过程称为中断返回。8)中断优先级：当多个中断源同时申请中断时，为了使CPU能够按照用户的规定先处理最紧急的事件，然后再处理其他事件，就需要中断系统设置优先级机制。通过设置优先级，排在前面的中断源称为高级中断，排在后面的称为低级中断。设置优先级后，若有多个中断源同时发出中断请求时，CPU会优先响应优先级较高的中断源。如果优先级相同，则将按照它们的自然优先级顺序响应默认优先级较高的中断源。项目四

电子式防盗报警器的制作任务二编写中断处理程序29)中断嵌套：

当CPU响应某一中断源请求而进入该中断服务程序中处理时，若更高级别的中断源发出中断申请，则CPU暂停执行当前的中断服务程序，转去响应优先级更高的中断，等到更高级别的中断处理完毕后，再返回低级中断服务程序，继续原先的处理称为中断嵌套。中断嵌套示意图如图4-7所示。

中断系统中，高优先级中断能够打断低优先级中断以形成中断嵌套，反之，低级中断不能打断高级中断，同级中断也不能相互打断。图4-7

中断嵌套示意图项目四

电子式防盗报警器的制作任务二编写中断处理程序22.MCS-51单片机的中断系统MCS-51单片机的中断的内部结构框图如图4-8所示。由图可知，MCS-51单片机的中断系统有5个中断源，4个用于中断控制的寄存器TCON、SCON、IE、IP，它们来控制中断类型、中断的开关和各中断源的优先级确定。图4-8

MCS-51单片机的中断的内部结构组成框图项目四

电子式防盗报警器的制作任务二编写中断处理程序21．中断源1)外部中断0：名称为INT0，中断请求信号由单片机的P3.2（12脚）口线引入，可通过编程设置为低电平触发或下降沿触发。2)外部中断1：名称为INT1，中断请求信号由单片机的P3.3（13脚）口线引入，可通过编程设置为低电平触发或下降沿触发。3)定时／计数器0中断：名称为T0，当T0计数器计满溢出时就会向CPU发出中断请求信号。4)定时／计数器1中断：名称为Tl，当Tl计数器计满溢出时就会向CPU发出中断请求信号。5)串行口中断：MCS-51单片机内部有1个全双工的串行通信接口，可以和外部设备进行串行通信，当串行口接收或发送完一帧数据后会向CPU发出中断请求。项目四

电子式防盗报警器的制作任务二编写中断处理程序22．用于中断控制的寄存器1)定时／计数器控制寄存器TCON

定时/计数器控制寄存器TCON是一个可位寻址的8位特殊功能寄存器，即可以对其每一位单独进行操作。它不仅与两个定时／计数器的中断有关，也与两个外部中断源有关，可以用来控制定时／计数器的启动与停止，标志定时／计数器是否计满溢出，还可以设定为外部中断的触发方式，标志外部中断请求是否触发。因此，它又称为中断请求标志寄存器单片机复位时，TCON的全部位均被清00，TCON各位功能定义如表4-2所示。项目四

电子式防盗报警器的制作任务二编写中断处理程序2TCON寄存器的各位功能介绍如下：IT0：外部中断0(INT0)的触发方式控制位。当IT0=0时，INT0为电平触发方式INT0：收到低电平时则认为是中断请求；当IT0=1时，INT0为边沿触发方式，INT0收到脉冲下降沿时则认为是中断请求。IE0：外部中断0（INT0）的中断请求标志位。当外部中断0（INT0）的触发请求有效时，硬件电路自动将该位置1。换句话说，当IE0=1时，表示有外部中断0向CPU请求中断；当IE0=0时，则表示外部中断0没有向CPU请求中断。当CPU响应该中断后，由硬件自动将该位清零，不需用专门的语句将该位清零。ITl：外部中断1(INTl)的触发方式控制位。当ITl=0时，INTI为电平触发方式INT1收到低电平时则认为是中断请求；当ITl=1时，INT1为边沿触发方式，INT1收到脉冲下降沿时则认为是中断请求。IEl：外部中断1(INTl)的中断请求标志位。当外部中断1(INTl)的触发请求有时，硬件电路自动将该位置l。当CPU响应该中断后，由硬件自动将该位清零，不需用专用的语句将该位清零。项目四

电子式防盗报警器的制作任务二编写中断处理程序2

2)中断允计寄存器IE在MCS-51单片机的中断系统中，中断的允许或禁止是在中断允许寄存器IE中设置的。IE也是一个可位寻址的8位特殊功能寄存器，可以对其每一位单独进行操作，也可以对整个字节操作。单片机复位时，IE全部被清0。IE各位功能定义如表5-2所示。中断允许寄存器IE的各位功能定义如下：EA：全局中断允许控制位。当EA=0时，则所有中断均被禁止；当EA：l时，全局中断允许打开，在此条件下，由各个中断源的中断控制位确定相应的中断允许或禁止。换言之，EA就是各种中断源的总开关。EX0：外部中断0（INT0）的中断允许位。EX0=1，则允许外部中断0中断,EX0=0则禁止外部中断0中断。ET0：定时／计数器0的中断允许位。ET0=1,则允许定时／计数器0中断，ET0=0则禁止定时／计数器0中断。项目四

电子式防盗报警器的制作任务二编写中断处理程序2EX1：外部中断l(INTl)的中断允许位。EXl=1,则允许外部中断l中断，EXI＝0则禁止外部中断1中断。ET1：定时／计数器l的中断允许位。ETI=l，则允许定时／计数器1中断，ET1＝0则禁止定时／计数器l中断。ES：串行口中断允许位。ES=l，则允许串行口中断，ES=0则禁止串行口中断。例如：如果我们要设置允许外部中断0、定时／计数器l中断允许，其他中断不允许，则IE寄存器各位取值如表4-4所示。

即IE：0x89。当然，我们也可以用位操作指令来实现：EA=l,

EX0=1，ET1＝1。项目四

电子式防盗报警器的制作任务二编写中断处理程序23)中断优先级寄存器IP

前面已讲到中断源优先级的概念。在MCS-51单片机的中断系统中，中断源按优先级分为两级中断：1级中断即高级中断，0级中断即低级中断。中断源的优先级需在中断优先级寄存器IP中设置。IP也是一个可位寻址的8位特殊功能寄存器。单片机复位时，IP全部清0，即所有中断源均为低级中断。IP的各位功能定义如表4-5所示。PX0、PT0、PX1、PT1、PS分别为外部中断0、定时／计数器0中断、外部中断1、定时器／计数器1中断、串行口中断的优先级控制位。当某位置1时，则相应的中断就是高级中断否则就是低级中断。优先级相同的中断源同时提出中断请求时，CPU会按照对5个中断源的标志位的查询顺序进行查询，排在前面的中断会被优先响应。CPU对5个中断源的查询顺序是：外部中断0—定时／计数器0—外部中断1一定时／计数器l一串行口中断。项目四

电子式防盗报警器的制作任务二编写中断处理程序2（3）

中断的响应过程如果中断源有请求，CPU开中断（开总中断和相应中断源的中断），且没有同级或高级中断正在服务，CPU就会响应中断。中断响应过程可以分为以下几个步骤：1）保护断点。保护断点就是将下一条将要执行的指令的地址送人堆栈保存起来，在中断返回时再从堆栈中取出，以保证中断返回后找到断点并从断点处继续执行。保护断点是硬件自动完成，不需要编程者编写相应的程序。2）清除中IE0IE1。TF0TF1自动清除所响应的中断源的中断标志位。可自动清除的中断标志位有IE0、IE1、TFD、TF1。

3）寻找中断入口，中断响应后，CPU会自动转去执行对应中断源的中断服务程序。项目四

电子式防盗报警器的制作任务二编写中断处理程序2MCS－51单片机的每个中断源都有固定的入口地址，一旦响应中断，CPU自动跳转到相应中断源的人口地址处执行。我们的任务就是把中断程序存放在与中断源对应的入口地址处，如果没把中断程序放在那儿，中断程序就不能执行到，就会出错。MCS-51单片机的中断服务程序入口地址及中断序号如表4-6所示。4）执行中断处理程序。5）中断返回。当执行完中断服务程序后，就从中断服务程序返回到主程序断点处，继续执行主程序。项目四

电子式防盗报警器的制作任务二编写中断处理程序23.MCS-51系列单片机的中断系统应用（1）中断功能的使用

中断功能的使用主要包括中断初始化和中断服务程序的编写两个方面。1）中断初始化。中断初始化实质上就是对4个与中断有关的特殊功能寄存器TCON、SCON、IE和IP进行管理和控制，具体实施如下：①

外部中断请求信号触发方式的设置（IT0、IT1位）。②

中断的允许和禁止（IE寄存器）。③

中断源优先级别的设置（IP寄存器）。中断初始化程序根据需要通常只需几条赋值语句即可完成。由于初始化程序往往只需要执行一次，通常是在主函数的开始处，While(1)死循环的前面。例如我们要使用INT0和INT1这两个外部中断，均为脉冲触发方式，且INT1的中断优先于INT0的中断，程序如右图所示：voidinit(void)//中断初始化程序{IT0=1;//中部中断0设置为脉冲触发方式IT1=1;IE=0x85;IP=0x04;}项目四

电子式防盗报警器的制作任务二编写中断处理程序2void中断处理程序函数名（）interrupt中断序号

using工作寄存器组编号{

中断处理程序内容}2）中断处理程序的编写。中断处理程序是一种具有特定功能的独立程序段，往往写成一个独立函数，函数内容可根据中断源的要求进行编写。C51的中断服务程序（函数）的格式如下图所示：中断处理程序函数不会返回任何值，故其函数类型为void，中断处理程序的函数名可以任意定义，只要符合C51中对标识符的规定即可；中断处理程序函数不带任何参数，所以函数名后面的括号内为空；interrupt即“中断”的意思，是为区别于普通自定义函数而设，中断序号是编译器识别不同中断源的唯一符号，它对应着汇编语言程序中的中断服务程序入口地址，因此在写中断处理程序函数时一定要把中断序号写准确，否则函数将得不到运行；中断处理程序函数头最后的"using工作寄存器组编号"是指这个中断处理程序函数使用单片机RAM中4组工作寄存器中的哪一组，如果不加设定，C51编译器在对程序编译时会自动分配工作寄存器组，因此通常可以省略不写。项目四

电子式防盗报警器的制作任务二编写中断处理程序2（2）外部中断应用

和外部中断相关的寄存器是TCON、IE和lP，对外部中断的初始化就是对这三个寄存器赋值。初始化主要包括：1)外部中断请求信号触发方式的设置（对TCON寄存器的IT0、IT1位赋值）2)中断的允许和禁止（对IE寄存器的EX0，EX1位赋值）3)中断源优先级别的设置（对IP寄存器的PX0，PX1位赋值）中断处理程序需要根据中断源的具体要求进行编写。

例4-1

在如图4-9所示LED亮灭中断控制系统中，当每按一次按键S1，单脉冲发生器产生一个脉冲，模拟外部中断的中断请求。在AT89S51单片机的Pl.0接一只LED发光二极管，每产生一次外部中断，P1.0取反一次，LED便会由亮变灭或由灭变亮，请编程实现上述功能。图4-9

LED亮灭中断控制系统项目四

电子式防盗报警器的制作任务二编写中断处理程序22）

参考程序#include<reg51.h>Sbitled_run=P1.0;Intmain(void){Init(); //调用初始化程序

While(1){

;}}Voidinit(void){IT0=1;EA=1;EX0=1;}Voidinit0_svr(void)interrupt0{led_run=!led_run}项目四

电子式防盗报警器的制作任务二编写中断处理程序2（3）中断请求的撤除

CPU响应中断请求后，在中断返回前，必须撤除请求，否则会错误地再一次引起中断过程。

对于定时器T0与Tl的中断请求及边沿触发方式的外部中断0和1来说，CPU在响应中断后用硬件自动清除了相应的中断请求标志位TF0、TF1、IE0和IE1，即自动撤除了中断请求。对于电平触发的外部中断，由于CPU对INT1和INT0引脚没有控制作用，也没有相应的中断请求标志位，因此需要外接电路来撤除中断请求信号。如图5-7所示是可行的方案之一，外部中断请求信号通过非门和D触发器加到单片机INT0或INT1引脚上，当外部中断请求信号使D触发器的CLK端发生正跳变时，由于D端接地，Q端输出为0，因此向单片机发出中断请求CPU响应中断后，利用l根口线（如Pl.0）作应答线，在中断服务程序中用以下两条指令来撤除中断请求：P1^0=0;P1^0=1;第1条指令使Pl.0为“0”，由于P1.0接至D触发器的强制置“1”端(SD)，故D触发嚣的Q=l，从而撤除了中断请求信号