家庭安防毕业设计

1、毕业设计（论文） 题目：题目：家庭安防控制系统家庭安防控制系统 姓姓名：名：李清秀李清秀 专专业：业：自动化自动化 学学院：院：继继 续续 教教 育育 学学 院院 学习形式：学习形式：自考自考 助学单位：助学单位：辽宁辽宁石化石化职业技术学院职业技术学院 指导教师：指导教师：曹雅静曹雅静 20152015 年年 9 9 月月 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 说说明明书书 题目家庭安防控制系统设计家庭安防控制系统设计 院别：继续教育学院 专业：自动化 班级：自动化 132 设 计 人：李清秀 指导教师：曹雅静 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 一、题目： 家庭安防控制系统设

2、计 二、说明部分： （一） 、主要任务与目标： 本课题主要设计的内容是 住户门及阳台与窗户的防入侵报警，按 钮式家庭紧急求助报警，燃气泄漏报警，火灾报警等 主要任务： （1）介绍报警器基本内容，包括发展现状以及做报警器的意义和 目的； （2）总体方案分析和智能报警模块设计； （3）具体分析设计报警器的硬件系统； （4）具体分析设计报警器的软件系统； （5）报警器系统的调试与运行。 毕业设计目标 ：掌握用单片机控制报警器，并进行设计、安装和 调试； （二） 、主要内容与基本要求： 1. 报警器的研究现状以及选题的意义和目的。 2. 智能报警器模块化设计。 3. 硬件设计。 4. 软件设计。 5.

3、 设计电路图及系统程序调试。 三、发给日期：2015年5月16日 四、要 求 完 成 日 期：2015年7月31日 指导教师：曹雅静 系 主 任： 2015 年 5 月23 日 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 I 家庭安防控制系统设计家庭安防控制系统设计 摘摘要要 家庭安防系统是智能住宅小区案犯非系统的最重要的组成部分，也是智能家居自动化的重 要组成部分，主要包括住户门及阳台与窗户的防入侵报警，按钮式家庭紧急求助报警，燃气泄 漏报警，火灾报警等。本课题以经济实用为原则，通过对相应报警传感器的选用，控制器软硬 件的设计，实现门盗防护，窗盗防护，火灾报警，燃气泄漏报警，紧急求助等多项典型家庭安

4、防功能，在系统受到入侵时发出声光报警或通过网络将报警信息传送给用户，以实现对家庭的 全天 24 小时的安全防护。 本设计主要内容为当出口通道或窗户受到入侵，发生燃气泄漏或火灾，紧急求助时，系 统自动发出报警所有系统提供电源。 关键词：关键词：智能家居；安防系统；声光报警 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 II Design of family security control system Abstract Home security systems are smart residential area criminals most important non-system component

5、s, intelligent home automation is an important part, including household doors and balconies and windows of anti-intrusion alarm, push-button family emergency assistance alarm, gas leak alarm fire alarm. The subject of the principle of economic utility, through the appropriate selection of sensor al

6、arms, the controller hardware and software design, implementation, Pirates of protective doors, windows and stolen protection, fire alarm, gas leakage alarm, emergency assistance and many other typical home security features, in system when the invasion of alarm or audible alarm information through

7、the network will be transmitted to the user, in order to achieve the familys 24-hour security protection. The design of the main contents of the window when the export channel or invasion, gas leak or fire occurs, emergency help, the system automatically send alarm to provide power to all systems. K

8、ey words： Intelligenthome; Securitysystems; Alarm of Light and sound 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 III 目录 摘要.I Abstract.II 1 绪论.1 1.1 课题研究的来源与研究背景.1 1.2 课题研究目的、意义与内容.2 1.2.1 课题研究的目的与意义.2 1.2.2 课题研究的内容.3 2 电源与紧急报警了系统整体设计.4 2.1 总体说明.4 2.1.1 直流稳压电源介绍.4 2.1.2 本次设计的直流电源部分任务.5 2.2 三端集成稳压器介绍.5 2.3 硬件原理图及说明.6 2.3.1 变压整流

9、电路.7 2.3.2 滤波电路.8 2.3.3 稳压电路.11 2.4 硬件原理仿真总体图及结果显示.12 2.4.1 硬件原理仿真总体图.12 2.4.2 硬件原理总体图仿真结果显示.13 3 紧急按钮报警设计.14 3.1 总体说明.14 3.1.1 紧急报警按钮介绍.14 3.1.2 本次紧急报警按钮设计任务.14 3.2 器件说明.14 3.2.1 单片机介绍.14 3.2.2 LED 显示数码管介绍. 18 3.3 硬件原理图及说明.19 3.3.1 单片机时钟电路及说明.19 3.3.2 单片机复位电路及说明.20 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 IV 3.3.3 紧急报警信号和

10、外部中断信号输入电路及说明.21 3.3.4 结果显示电路及说明.22 3.3.5 声光报警电路.23 3.4 软件设计.23 3.4.1 软件设计的任务和要求.23 3.4.2 主程序设计.24 3.4.3 中断子程序设计.24 3.4.4 按键消抖说明.25 3.4.5 硬件原理图仿真及结果显示.26 参考文献.28 致谢.29 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 1 1 绪论绪论 1.1 课题研究的来源与研究背景课题研究的来源与研究背景 家庭安防系统是适应现代生活对家庭功能逐渐增长的需求发展起来的一个系 统，该系统的内容、构成和配置因国度、家庭的经济实力、家庭的知识结构以及个 人喜好的不同

11、而不同。因此，家庭安防系统的配置与住宅小区的定位（安置型、实 用型、舒适型还是豪华型）以及住户的类型比例（经济实力、知识结构等）有着密 切的关系。 一般地，从结构上来讲，家庭安防系统由控制器、家庭布线、传感器/执行器等 构成；每一个家庭控制器作为智能小区网络中的一个智能节点，互联成网并上联至 小区综合管理系统；从信息组成上来讲，家庭安防系统包括语音信息、数据信息、 视频信息以及控制信息等； 从功能上来讲， 家庭安防系统包括安防功能（防盗报警、 火灾探测、煤气泄露报警以及紧急呼叫按钮） 。 家庭报警的防护区域分成两部分，即住宅周界防护和住宅内区域防护。住宅周 界防护是指在住宅的门、窗上安装门磁开

12、关；住宅内区域防护是指在益发危险区域 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 2 安装红外探测器，热传感器，烟雾传感器等。当家中有人时，住宅周界防护的防盗 报警设备（门磁开关）设防，住宅内区域防护的防盗报警设备（红外探测器）撤防。 当家人出门后，住宅周界防护的防盗报警设备（门磁开关）和住宅区域防护的防盗 报警设备（红外探测器）均设防。 设计主要负责源与紧急报警子系统的研究与实现，要及时为整个系统提供稳定 的电源，以使各报警子系统能正常工作。家庭安防系统的设计越来越完善，技术也 已经成熟，报警器也出现了只能语音报警。但是无论发展到什么程度，家庭安防的 设计原理是基本相同的。本设计虽然没有用现有的最新技

13、术，但是方便，简单，易 操作，成本低。现在的中国市场已经出现了，比较大的家庭安防设备公司。但是相 比国外发达国家，技术仍然很落后。所以我们要加强家庭安防方面的研究，从务实 出发，而不是盲目的追求高科技豪华安防系统，以为主要设计目标为中国城市的普 通家庭。 1.2 课题研究目的、意义与内容课题研究目的、意义与内容 1.2.1 课题研究的目的与意义课题研究的目的与意义 随着计算机技术、现代通信技术和自动控制技术的迅速发展，住宅的智能化和 信息化在发达国家应运而生。智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、网络通讯、讯 息家电、设备自动化功能，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、 便利、环保的

14、居住环境。而这一切都是在家庭产品自动化，智能化的基础上，通过 网络按拟人化的要求实现的。智能家居可以定义为一个过程或者一个系统，利用先 进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、无线技术、将与家居生活有关的 各种子系统，有机地结合在一起。与普通家居相比，由原来的被动静止结构转变为 具有能动智能的工具，提供全方位的讯息交换功能，帮助家庭与外部保持讯息交流 畅通。 智能家居强调人的主观能动性，要求重视人与居住环境的协调，能够随心所欲 地控制室内居住环境，并且更富有人性化。不同国家，先后提出智能家居的方案不 同。如早期新加坡的模式的家庭智能化系统包括三表抄送、安防报警、可视对讲、 监控、家电控制、

15、有线电视接入、智能布线箱、宽带网络接入等。而现在今天的智 能家居控制系统将拥有更加丰富的内容，系统配置也越来越复杂，智能家居包括网 络接入、防盗报警系统、消防报警系统、电视对讲、远程报警、紧急求助、室内电 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 3 器自控管理、网上购物、视频点播、网上教育等等。 1.2.2 课题研究的课题研究的内容内容 家庭安防系统越来越受到重视，本设计主要负责家庭安防系统提供电源设计， 是防系统的重要组成部分。 本设计主要介绍了的选题背景、课题介绍、本文主要工作、方案论证。 本设计主要内容本子课题的主要研究内容为整个系统的电源和不少于8个以上 的紧急按钮报警子系统的实现研究，要求

16、电源输入为交流 220V。发生燃气泄漏或 火灾，紧急求助时，系统自动发出声光报警。 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 4 2 电源与紧急报警了系统整体设计电源与紧急报警了系统整体设计 2.1 总体说明总体说明 2.1.1 直流稳压电源介绍直流稳压电源介绍 任何电子电路中，一般都需要电压稳定的直流电源给系统供电。直流稳压电源 又称直流稳压器。它的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电 阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳定。稳压器的参数有电压稳定度、纹 波系数和响应速度等。前者表示输入电压的变化对输出电压的影响。纹波系数表示 在额定工作情况下，输出电压中交流分量的大小；后者表示

17、输入电压或负载急剧变 化时，电压回到正常值所需时间。直流稳压电源分连续导电式与开关式两类。前者 由变压器把单相或三相交流电压变到适当值，然后经整流、滤波，获得不稳定的直 流电源，再经稳压电路得到稳定电压（或电流） 。这种电源线路简单、纹波小、相 互干扰小，但体积大、耗材多，效率低（常低于 4060） 。后者以改变调整元 件（或开关）的通断时间比来调节输出电压，从而达到稳压。本设计采用连续导电 式，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见下图 2-1。 图 2-1直流稳压电源方框图 其中： （1）电源变压器：是降压变压器，它将电网 220V 交流电压变换成符合需要的 交流电压，并送给整流

18、电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 （2）整流电路：利用单向导电元件，把 50Hz 的正弦交流电变换成脉动的直流 电。 （3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从 而得到比较平滑的直流电压。 （4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电 压和负载的变化而变化。 T 工频交流脉动直流 直流 整 流 滤 波 稳 压 负 载 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 5 2.1.2 本次设计的直流电源部分任务本次设计的直流电源部分任务 本次设计的直流电源部分任务是，为整个家庭安防控制系统提供其所需的全部 电源，并用 Proteus 仿真。主要有+5v

19、、+12v、-12v、+15v、+24v 等直流稳压电源， 保障系统的正常运转。 2.2 三端集成稳压器介绍三端集成稳压器介绍 1. 简介 三端稳压器， 主要有两种， 一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器， 另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳太器，其基本原理相同，均采用串 联型稳压电路。在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外 接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，因而得到广泛应用。 2. 三端稳压器的型号规格和管脚分布 三端稳压器的通用产品有 78 系列（下电源）和 79 系列（负电源） ，输出电压 由具体型号中的后面两个数字代表，见图 2.2，有

20、5V，6V，8V，9V，12V，15V， 18V，24V 等档次。输出电流以 78（或 79）后面加字母来区分 L 表示 0.1；AM 表 示 0.5A，无字母表示 1.5A，如 78L05 表求 5V 0.1A。具体见表 2-2 所示。 图 2-2三端稳压器表示示意图 表 2-1三端稳压器输出电流字母表示法 LM（无字）SHP 0.1A0.5A1A2A5A10A 例如：78M05 三端稳压器可输出+5V、0.5A 的稳定电压；7912 三端稳压 可输出 12V、1A 的稳定电压。外形及管脚分布，如附图 2-3 所示。 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 6 图 2-3三端稳压器的管脚图 3.

21、使用注意事项 在使用时必须注意： （VI）和（Vo）之间的关系，以 7805 为例，该三端稳压器 的固定输出电压是 5V，而输入电压至少大于 7V，这样输入/输出之间有 23V 及 以上的压差。使调整管保证工作在放大区。但压差取得大时，又会增加集成块的功 耗，所以，两者应兼顾，既保证在最大负载电流时调整管不进入饱和，又不致于功 耗偏大。另外一般在三端稳压器的输入输出端接一个二极管，用来防止输入端短路 时,输出端存储的电荷通过稳压器,而损坏器件。 2.3 硬件原理图及说明硬件原理图及说明 因为本次设计的直流稳压电源电源原理相同，器件的选择和参数的设计也基本 相同，所以取其中一个电源设计来说明整个

22、系统的工作原理和相关器件的选择。在 这里选择+24v 的电源设计作为说明的对象。下图 2-4 为其原理图截取图，以满足下 文对其作出说明的需要。要求输出直流电流 IL=1A。 图 2-4+24V 直流电源原理图 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 7 2.3.1 变压整流电路变压整流电路 1. 单相变压整流电路的介绍 单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其电路如下图 2-5 所 示。 （a）整流电路（b）波形图 图 2-5 单相桥式整流电路 在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向 导电性。根据图 2-5（a）的电路图可知： 当正半周时二极管 D1、D3

23、 导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。 当负半周时二极管 D2、D4 导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。 在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相 桥式整流电路的波形图见图 2-5（b） 。 参数计算 根据图 2-5（b）可知，输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电 压等效。 输出平均电压为 22 0 2LO 9 . 0 22 dsin2 1 VVttVVV （2.3.1.1） 流过负载的平均电流为 L 2 L 2 L 9 . 0 22 R V R V I （2.3.1.2） 流过二极管的平均电流为 L 2 L 2L D 45. 0 2 2R V R

24、 VI I （2.3.1.3） 二极管所承受的最大反向电压 2Rmax 2VV （2.3.1.4） 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 8 2.本次设计的变压整流电路 本次设计的变压整流电路如下图2-6所示： 图 2-6 变压整流电路图 （1） 变压器二次电压有效值 因为稳压器输入和输出压差一般为 2 V 到 4 V， 本次设计选择 3 V， 稳压电源的 输出端为+24V，所以稳压器的输入端应为 27V。根据下节的说明得知 U0=1.2U2。 所以变压器二级有效值 V2=27/1.223V （2） 整流二极管的选择 流经二极管平均电流ID=IL/2=0.5A 二极管最大承受电压 2Rmax 2V

25、V 33V 故可选用整流二极管 10QT045 （其最大反向电压为 45V, 允许最大电流为 1A。 ） 2.3.2 滤波电路滤波电路 1.滤波电路的介绍 图 2-7 滤波电路的基本形式 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。常用的结构如图 2-7 所示。由于电抗元件在电路中有储能作用，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； 辽宁石油化工大学继续教育学院论文

26、 9 与负载串联的电感 L,当电源供给的电流增加（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。滤波电路的形式很多，为了掌握它的分析规律，把它分为电容输入 式 （电容器 C 接在最前面，如图 2-7 中的 a、c）和电感输入式 （电感器 L 接 在最前面，如图 2-7 中的 b） 。前一种滤波电路多用于小功率电源中，而后一种滤波 电路多用于较大功率电源中。 图 2-8 单相桥式整流、电容滤波电路 图 2-8 为单相桥式整流、电容滤波电路。在分析电容滤波电路时，要特别注 意电容器两端电压 Vc 对整流元件导电的影响，

27、整流元件只有受正向电压作用时才 导通，否则便截止。 图 2-9 桥式整流、电容滤波时的电压、电流和纹波电压波形 负载 RL 未接入（开关 S 断开）时的情况：设电容器两端初始电压为零， 接 人交流电源后，当 V2 为正半周时，V2 通过 D1、D3 向电容器 C 充电；V2 为 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 10 负半周时，经 D2 、D4 向电容器 C 充电，充电时间常数为 （2.3.2.1） 其中 Rint 包括变压器副绕组的直流电阻和二极管 D 的正向电阻。由于 Rint 一般很小，电容器很快就充电到交流电压 V2 的最大值，极性如图 2 .10 所 示。由于电容器无放电回路，故输出

28、电压（即电容器 C 两端的电压 Vc）保持在 ， 输出为一个恒定的直流， 如图 2.9 中 Wt0 （即纵坐标左边） 部分所示。接 人负载 RL （开关 S 合上） 的情况：设变压器副边电压 V2 从 0 开始上升 （即 正半周开始） 时接人负载 RL，由于电容器在负载未接人前充了电，故刚接入负载 时 V2Vc 时，二极管 D1 、D3 受正向电压作用而导通，此时 V2 经 二极管 D1 、 D3 一 方面向负载 RL 提供电流， 另一方面向电容器 C 充电， Vc 将 如图 2.9 中的 bc 段，图中 bc 段上的阴影部分为电路中的电流在整流电路内阻 Rint 上产生的压降。Vc 随着交流

29、电压 V2 升高到接近最大值。然后，V2 又按 正弦规律下降。 当 V2 Vc 时，二极管受反向电压作用而截止， 电容器 C 又经 RL 放电，Vc 波形如图 2.9 中的 cd 段。电容器 C 如此周而复始地进行充放电，负载 上便得到如图 2.9 所示的一个近似锯齿波的电压 VL=Vc，使负载电压的波动大为 减小。由以上分析可知，电容滤波电路有如下特点： （1）二极管的导电角，流过二极管的瞬时电流很大，如图 2.9 所示。电 流的有效值和平均值的关系与波形有关，在平均值相同的情况下，波形越尖，有效 值越大。在纯电阻负载时，变压器副边电流的有效值 I2=1.1 IL，而有电容滤波时， I2 =

30、（1.52）IL 。 （2）负载平均电压 VL 升高，纹波（交流成分）减小，且 RLC 越大，电容放 电速率越慢，则负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。 为了得到平滑 的负载电压，一般取 （2.3.2.2） T 为电源交流电压的周期。 （3） 负载直流电压随负载电流增加而减小。VL 随 IL 的变化关系称为输出 特性或外特性，如图 2-10 所示。C 值一定， 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 11 当即空载时 （2.3.2.3） 当 C0，即无电容时 在整流电路的内阻不太大（几欧）和放电时间常数满足的关系时，电容滤波电 路的负载电压 VL 与 V2 的关系约为 （2.3.2.4） 图

31、 2-10 桥式整流电路的输出特性 总之，电容滤波电路简单，负载直流电压 VL 较高，纹波也较小，它的缺点是 输出特性较差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。 2.本次设计的滤波电路的选择 因为电容滤波电路多用于小功率电源，故本次设计采用电容滤波电路。 因为 RL=VL/IL=30V/1A=30，T=50HZ,由公式（2.3.2.2）知， 根据公式算出得, C17=1334uf，本次设计取 2200uf，达到更好的滤波效果。 2.3.3 稳压电路稳压电路 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 12 图 2-11 稳压电路图 上图 2-11 是 7824 作为输出电压 V0 固定的典型电路图

32、，正常工作时，输入/输 出电压差为 2-3V。本次设计选择压差为 3V。输入电压为经整流滤波后的+27V，输 出为+24V。电路中靠近引脚处接入电容 C18 和 C20 用来实现频率补偿,防止稳压器 产生调频自激振荡和抵制电路引入的高频干扰, C18 一般取 0.1uF 到 0.33uF 之间， 本次设计取 0.33uF。 C19 是电解电容,以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频 干扰. 一般取 0.1 uF 到 1 uF 之间,本次设计取 0.1 uF。D1 是保护二极管,当输入端适 中时， 给输出电容器 C19 一个放电通路， 防止 C19 两端电压作用于调整管的 be 结， 造成调整

33、管 be 结击穿而损坏。本次设计取 1N4002 型号。因为其最大反向电压为 100V，允许最大电流为 1A，符合本次设计要求。 本次作为例子详细介绍的+24V 直流稳压电源到这里就结束了，其他电源的设 计原理和+24V 直流稳压电源设计的原理基本相同,在这里就不多做说明了，具体原 理图及各器件的选择和参数见附录 2。 2.4 硬件原理仿真总体图及结果显示硬件原理仿真总体图及结果显示 2.4.1 硬件原理仿真总体图硬件原理仿真总体图 本次设计的直流稳压电源 Proteus 硬件原理仿真图 2-12 所示如下： 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 13 图2-12 电源硬件原理仿真总体图 2.4.

34、2 硬件原理总体图仿真结果显示硬件原理总体图仿真结果显示 仿真结果显示图如下图 2-13 所示： 图 2-13 仿真结果显示图 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 14 3 紧急按钮报警设计紧急按钮报警设计 3.1 总体说明总体说明 3.1.1 紧急报警按钮介绍紧急报警按钮介绍 在住宅中，难免会发生一些紧急突发事件，譬如家中遇到盗贼入室行凶抢劫， 家中老人遇到紧急病情而无他人在旁时，它们需要在第一时间获得救助等情况，我 们只需在家中主要位置安装紧急呼叫按钮，当住户需要求助时只须按下紧急呼救按 钮，感应器控制器获取信号后启动报警动作，通过电话网络将语音信号传至小区管 理中心或当地派出所，值班人员接

35、到报警后，立即派人赶赴现场处理，使住户得到 及时的救助。由于时间和资源的限制，我们本次设计报警系统由简单的声光报警代 替。 3.1.2 本次紧急报警按钮设计任务本次紧急报警按钮设计任务 本次设计要求设计八个不同的紧急按钮，八个紧急报警按钮表示不同的意义， 并标为数字序号1到8以区分其不同的意义。通过编写程序,要求按钮按下去，就会产 生相应的声光报警，八个按钮分别对应八个发光二极管。不仅如此，还要求编写程 序别两个数码管分别显示被按下按钮的序号和报警声响的次数。报警声音编写为救 护车报警声音。设置每次报警声响三次，中断响应结束，所有显示也随之结束。 3.2 器件说明器件说明 本次紧急按钮设计所用

36、主要器件有 8 线-3 线优先编码器 74HC148，AT89C51 单片机，LED 数码显示管，由于编码器比较常用，在这里就不作介绍。 3.2.1 单片机介绍单片机介绍 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集 成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、 内部和外部总线系统， 目前大部分还会具有外存。 同时集成诸如通讯接口、定时器， 实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、 复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。 早期的单片机都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因为简单

37、 可靠而性能不错获得了很大的好评。 此后在 8031 上发展出了 MCS51 系列单片机系 统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的 提高，开始出现了 16 位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 15 年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着 INTEL i960 系列特别是后来的 ARM 系列的广泛应用，32 位单片机迅速取代 16 位单片机的高 端地位，并且进入主流市场。目前，高端的 32 位单片机主频已经超过 300MHz，性 能直追 90 年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格

38、跌落至 1 美元，最高端 的型号也只有 10 美元。 AT89C51 简介 图 3-1 AT89C51 引脚图 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory） 的低电压， 高性能 CMOS8 位微处理 器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单 片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高密 度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能

39、8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是 一种高效微控制器， AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C 单片机为很多嵌入式 控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如上图 3-1 所示 主要特性： 与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循环 数据保留时间：10 年 全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 16 1288 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡

40、器和时钟电路 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器， 它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收 输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高电平，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将

41、输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编 程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输 出 4 个 TTL 门电流， 当 P2 口被写“1”时， 其管脚被内部上拉电阻拉高， 且作为输入。 并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘 故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输 出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数 据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FL

42、ASH 编程和 校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入， 由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可 作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： P3 口管脚备选功能 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 17 P3.0RXD（串行输入口） P3.1TXD（串行输出口） P3.2/INT0（外部中断 0） P3.3/INT1（外部中断 1） P3.4T0（记时器 0 外部输入） P

43、3.5T1（记时器 1 外部输入） 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） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电 平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址 的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以 不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外 部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将 跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 A

44、LE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如 果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机 器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将 不出现。 /EA/VPP： 当/EA 保持低电平时， 则在此期间外部程序存储器 （0000H-FFFFH） ， 不管是否有内部程序存储器。 注意加密方式 1 时， /EA 将内部锁定为 RESET； 当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存

45、储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP） 。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性：XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放 大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱 动器件，XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 18 对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 3.2.2 LED 显示数码管介绍显示数码管介绍 由于系统要显示的内容较简单，

46、显示量不多，所以选用数码管既方便又经济。 LED 有共阴极和共阳极两种。如图 3.2 所示。 二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管的 阳极连接在一起，接入+5V 的电压。一位显示器由 8 个发光二极管组成，其中 7 个 发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）ag，另一个小数点为 dp 发光二极管。 当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。为了 保护各段 LED 不被损坏，需外加限流电阻。 数码管显示分为静态显示和动态显示两中。静态显示是微机一次输出显示后， 就能保持该显示结果，直到下次送新的显示数据为止。这种显示占用机时少，显示 可靠

47、，因而得到了广泛的应用。但这种显示使用的元件多，线路比较复杂，因此成 本较高。动态显示就是微机对显示器进行扫描，在这种方法中，显示器分时工作， 每次只有一个器件显示。但由于人们视觉的暂留现象，会感觉所有的数码管都在显 示，这样就能同时显示不同的数。 图3-2 LED数码管结构原理图 众所周知，LED 显示数码管通常由硬件 7 段译码集成电路，完成从数字到显示 码的译码驱动。本系统采用软件译码，以减小体积，降低成本和功耗，软件译码的 另一优势还在于比硬件译码有更大的灵活性。所谓软件译码，即由单片机软件完成 从数字到显示码的转换。从 LED 数码管结构原理可知，为了显示字符，要为 LED 显示数码

48、管提供显示段码，组成一个“8”字形字符的 7 段，再加上 1 个小数点位， 共计 8 段，因此提供给 LED 数码管的显示段码为 1 个字节。各段码位与显示段的 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 19 对应关系如表 3-1。 表3-1 段码位的对应关系 段码位D7D6D5D4D3D2D1D0 显示段dpgfedcba 需说明的是当用数据口连接LED数码管adp引脚时， 不同的连接方法， 各段码 位与显示段有不同的对应关系。通常数据口的D0位与a段连接，D1位与b段连 接，D7位与dp段连接，如上表3-1所示。想要数码管显示不同的数字，就要求 对应不同的二极管亮，我们只需给数码管输入不同的信号即可。因为数码管有两种 不同的接法，所以当对应同一数字时，所输入的信号也是不同的，因为这是最基本 的知识，在这里就不多做说明了。 3.3 硬件原理图及说明硬件原理图及说明 本次紧急报警按钮设计硬件原理总图如下图 3-3 所示： 图3-3 紧急报警按钮设计硬件原理总图 本次紧急报警按钮设计硬件原理图主要包括：单片机时钟电路，单片机复位 电路，紧急报警和外部中断信号输入电路，结果显示电路，声光报警电路。下面将 一一进行介绍和说明。 3.3.1 单片机时钟电路及说明单片机时钟电路及说明 1.单片机时钟电路