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完成后的實(shí)物圖
圖十三 斷電情況下
圖十四 通電后的正常情況，解除報(bào)警或復(fù)位后
圖十五 通電后按下門禁報(bào)警按鈕
圖十六 通電后按下門禁報(bào)警按鈕
圖十七 通電后同時(shí)按下門禁和紅外報(bào)警按鈕
目 錄 - 序言………………………………………………………………2
- 計(jì)劃任務(wù)書
1、設(shè)計(jì)題目……………………………………………………………………2 2、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求……………………………………………………………2 3、設(shè)計(jì)內(nèi)容……………………………………………………………………2 4、元器件清單………………………………………………………………… 5、設(shè)計(jì)過程和有關(guān)說明………………………………………………………4 5.1警情探測 5.2報(bào)警設(shè)計(jì) 1、MCS-51單片機(jī)……………………………………………………………4 2、MAX232……………………………………………………………………5 3、四位一體七段共陰極顯示數(shù)碼管…………………………………………5 1、硬件電路設(shè)計(jì)………………………………………………………………6 1.1時(shí)鐘電路 1.2復(fù)位電路 1. 3串口電路 1. 4 四位7段LED數(shù)碼管 1. 5 報(bào)警電路 1. 6聲光報(bào)警輸出電路 2、程序設(shè)計(jì) 2.1、程序流程圖……………………………………………………………9 2.2、程序……………………………………………………………………10 3、硬件制作及調(diào)試……………………………………………………………14 3.1 硬件制作 3.2 程序調(diào)試 近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城鄉(xiāng)居民的生活水平有了顯著提高，尤其是城鎮(zhèn)居民的居住條件不斷改善，人們在解決了居住問題后，日益關(guān)心的是居住是否安全。在購房時(shí)，安全性是考察物業(yè)管理水平是否完善的一個(gè)重要條件。尤其是那些流竄作案的犯罪分子，往往選擇居民小區(qū)作為攻擊目標(biāo)，入室盜竊搶劫案件屢屢發(fā)生，以往的依賴小區(qū)保安人防為主的防范措施已滿足不了人們的要求。利用安全防范技術(shù)進(jìn)行防范首先對犯罪分子有種威懾作用，使其不敢輕易作案。如我們這次設(shè)計(jì)的簡易安防聲光報(bào)警器，可以安裝在門口或玄關(guān)處，當(dāng)有不法分子闖入時(shí)，利用門禁報(bào)警和紅外報(bào)警雙重保險(xiǎn)，一方面可以提醒主人危險(xiǎn)發(fā)生，另一方面也可以震懾不法分子。 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐課程，要求學(xué)生具有制作調(diào)試單片機(jī)最小系統(tǒng)及外設(shè)的能力，能夠掌握單片機(jī)內(nèi)部資源的使用。 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容包括硬件設(shè)計(jì)、制作及軟件編寫、調(diào)試，學(xué)生在熟練掌握焊接技術(shù)的基礎(chǔ)上，能熟練使用單片機(jī)軟件開發(fā)環(huán)境Keil C51編程調(diào)試，并使用STC ISP調(diào)試工具采用串口下載方式聯(lián)調(diào)制作的單片機(jī)最小系統(tǒng)。 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)題目包含基本部分及擴(kuò)展部分，基本部分即單片機(jī)最小系統(tǒng)部分，擴(kuò)展部分是對單片機(jī)內(nèi)部資源及外部IO口的功能擴(kuò)展，使制作的單片機(jī)系統(tǒng)具有一定的功能。
1、設(shè)計(jì)題目：簡易安防聲光報(bào)警器 2、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 自制一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)，包括串口下載、復(fù)位電路，采用兩路外部中斷輸入門禁和紅外探測兩路信號（采用兩個(gè)小按鍵模擬），中斷信號輸入后能將報(bào)警信息在四位一體數(shù)碼管上顯示，并輸出聲光報(bào)警信號。 1、芯片簡介 2、電路各部分的組成和工作原理。 3、元器件的選取及其電路邏輯圖和功能。 4、電路各部分的調(diào)試方法。 5、在整機(jī)電路的設(shè)計(jì)調(diào)試過程中，遇到什么問題，其原因及解決的辦法。 4、元件清單 STC89C51單片機(jī)、串口芯片MAX232、無極性電容、極性電容、發(fā)光二極管、電阻、小按鍵、芯片插座、插座、晶振、驅(qū)動 5、設(shè)計(jì)過程和有關(guān)說明 5.1警情探測 在該設(shè)計(jì)中，需采用兩路外部中斷輸入門禁報(bào)警和紅外報(bào)警，分別采用兩個(gè)小按鍵模擬。其中一個(gè)按鍵模擬門禁報(bào)警，對應(yīng)外部中斷1；另一個(gè)按鍵模擬紅外報(bào)警，對應(yīng)外部中斷2。 5.2報(bào)警設(shè)計(jì) 正常狀態(tài)下， 數(shù)碼管顯示0，當(dāng)發(fā)生門禁報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信息并在數(shù)碼管顯示1；，當(dāng)發(fā)生紅外報(bào)警時(shí)系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信息并在數(shù)碼管顯示2。只有由主人按下報(bào)警接觸按鈕或系統(tǒng)復(fù)位后，才能解除聲光報(bào)警并將數(shù)碼管的數(shù)字重置為0。 第三章 芯片介紹
1、ST89C51單片機(jī) MCS-51把微型計(jì)算機(jī)的主要部件都集成在一塊心片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，可靠性更高，運(yùn)行速度更塊。由于屬于芯片化的微型計(jì)算機(jī)，各功能部件在芯片中的布局和結(jié)構(gòu)達(dá)最優(yōu)化，抗干擾能力加強(qiáng)，工作亦相對穩(wěn)定。因此，在工業(yè)測控系統(tǒng)中，使用單片機(jī)是最理想的選擇。單片機(jī)屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。8051是MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品。8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，其引腳圖如圖一： 引腳介紹： 電源：VCC - 芯片電源，接+5V；VSS - 接地端； 時(shí)鐘：XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端 控制線：⑴ ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖：① ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址； ② PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 ⑵ PSEN:外ROM讀選通信號。 ⑶ RST/VPD:復(fù)位/備用電源：① RST（Reset）功能：復(fù)位信號輸入端； ② VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。 ⑷ EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源：① EA功能：內(nèi)外ROM選擇端；② Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。
I/O線：4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。 2、MAX232 MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。引腳圖如圖二： 引腳介紹： 第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。 第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。
- 硬件電路設(shè)計(jì)（Proteus 仿真）
本設(shè)計(jì)的硬件電路主要包括的模塊有：單片機(jī)最小系統(tǒng)、七段數(shù)碼管顯示模塊、安防報(bào)警器（點(diǎn)觸開關(guān)模擬）、聲光報(bào)警（聲音由二極管模擬），下面將一一介紹。 1.1時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路是單片機(jī)的心臟，它用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號。單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。 單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式，大多數(shù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，本系統(tǒng)采用的亦是內(nèi)部時(shí)鐘方式。在MCS-51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，XTAL1、XTAL2引腳分別為該反相放大器的輸入端和輸出端，在芯片的外部通過這兩個(gè)引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。 此電路采用11.0592MHz的石英晶體。時(shí)鐘電路如圖四： 圖四：時(shí)鐘電路
1.2復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤是系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動。 MCS-51單片機(jī)的復(fù)位電路由片內(nèi)、片外兩部分組成，進(jìn)行復(fù)位操作時(shí)，外部電路需在復(fù)位引腳RST端產(chǎn)生大于兩個(gè)機(jī)器周期的高電平信號，RST引腳通過片內(nèi)施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連（施密特觸發(fā)器的作用是脈沖整型和抑制噪聲）。 MCS-51單片機(jī)的復(fù)位操作有兩種方式：上電復(fù)位和上電按鈕復(fù)位，本電路采用的是上電按鈕復(fù)位，復(fù)位電路如圖五： 圖五：復(fù)位電路 1. 3串口電路 利用串行口芯片MAX232燒錄入程序,單片機(jī)才能正常工作,電路如圖六： 圖六：串口驅(qū)動電路
1. 4 4位數(shù)碼管
動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的4個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。 路圖如圖七： 圖七 數(shù)碼管顯示電路
1. 5報(bào)警電路 本設(shè)計(jì)的紅外報(bào)警和門禁報(bào)警采用的是按鍵報(bào)警，當(dāng)按下按鈕時(shí)，即輸入報(bào)警信息。 圖八：報(bào)警電路 1. 6 聲光報(bào)警輸出電路 紅燈亮表示一切正常。當(dāng)發(fā)生紅外報(bào)警或門禁報(bào)警時(shí)，紅燈滅，綠燈亮，揚(yáng)聲器發(fā)出聲音報(bào)警。電路圖如圖九所示： 圖九：聲光報(bào)警輸出電路
組合后的總仿真電路圖如圖十所示： 圖十 仿真電路圖 首先單片機(jī)上電復(fù)位，并進(jìn)行初始化包括寄存器和數(shù)碼管，當(dāng)發(fā)生報(bào)警事件時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動聲光報(bào)警裝置并且在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的報(bào)警信息，退出中斷時(shí)，單片機(jī)檢測報(bào)警解除按鈕，當(dāng)報(bào)警解除按鈕被按下時(shí)單片機(jī)關(guān)閉聲光報(bào)警并清除數(shù)碼管上的報(bào)警信息。 2.1、程序流程圖 圖十一 主程序流程圖 圖十二 中斷流程圖 2.2、程序
3.1 硬件制作 硬件制作過程如下： 1、領(lǐng)取元器件，檢查元器件是否是自己所需要的； 2、布局，綜合考慮各個(gè)器件的引腳及接電源和節(jié)點(diǎn)的情況，對接線路徑進(jìn)行規(guī)劃，盡量避免線路的重疊，要求做的美觀、使用； 3、焊接固定座槽，注意不要短路和段路； 4、連接各條線路，不要錯(cuò)漏，也不要重復(fù)，這里尤其要小心； 5、接線完畢進(jìn)行檢查，再把芯片裝上去； 6、下載程序； 7、接通電源，測試； 8、測試失敗則用萬用表對電路連線進(jìn)行檢查。
3.2 程序調(diào)試過程 硬件：焊接四腳點(diǎn)觸開關(guān)時(shí)，由于對器件不熟悉而將門禁報(bào)警電路中的開關(guān)剩余的兩個(gè)腳接到了復(fù)位電路中，造成復(fù)位電路失效。后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)并排除問題。時(shí)鐘電路內(nèi)由于沒有找到30pF的電容，最終用了20pF的代替。第一次領(lǐng)到的器材中沒有包括蜂鳴器，所以用一個(gè)炫彩的發(fā)光二極管代替了，所以在報(bào)警時(shí)的真實(shí)情況是兩個(gè)發(fā)光二極管同時(shí)閃爍。在調(diào)試硬件的時(shí)候顯示管在按下某些開關(guān)后會出現(xiàn)亂碼，到后來檢查發(fā)現(xiàn)，是芯片的VCC和地沒有接，但我還是有個(gè)疑問至今沒有弄明白，就是我芯片沒有接點(diǎn)的時(shí)候，門禁報(bào)警和紅外報(bào)警開關(guān)的時(shí)候能顯示1.2.3。 程序：由于對C語言比較熟悉，所以在程序編寫上選擇使用C語言。但是單片機(jī)C語言與我所學(xué)過的C語言又有些許差異，比如文件名不同，P0.0口要寫成P0^1這種形式等。在編寫程序時(shí)參考學(xué)習(xí)了郭天祥的51單片機(jī)C語言教程上面的例程，在實(shí)現(xiàn)門禁報(bào)警和紅外報(bào)警的時(shí)候總是存在優(yōu)先級的問題，不能按照意愿顯示，到后來在和同學(xué)的討論下，把先按門禁后按紅外開關(guān)，先按紅外后按門禁開關(guān)放到if語句的循環(huán)體中才得以實(shí)現(xiàn)目的，最終將程序編出后下載到已完成的同學(xué)的板子上檢測，無誤。
第五章 總結(jié) 單片機(jī)是通信工程專業(yè)非常重要的專業(yè)課，學(xué)習(xí)的時(shí)候還比較用心。但是當(dāng)真正要做一樣?xùn)|西時(shí)，才發(fā)現(xiàn)自己學(xué)的很糊涂。拿到題目后發(fā)現(xiàn)很多東西都不記得了，只能翻書溫習(xí)。我是先做的Proteus仿真，從最小系統(tǒng)開始做。單片機(jī)最小系統(tǒng)是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。應(yīng)該包括：單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路等。由于之前沒有這類概念，因此查了很多資料才開始有所理解，并開始動手焊接板子。而在參數(shù)的選擇方面，有很多參數(shù)都是經(jīng)典的參數(shù)，但我也要求自己認(rèn)真去分析了一下為什么要這么選擇。有些是因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部要求，有些是用于上拉電阻，還有些則要通過模電中的相關(guān)知識進(jìn)行計(jì)算。這樣一點(diǎn)一點(diǎn)對照著書本做出來的。對于Proteus這個(gè)軟件，因?yàn)槭堑谝淮谓佑|，開始時(shí)根本不會找適用的器件，后來是通過上網(wǎng)查資料和詢問同學(xué)才逐漸了解如何使用，最后通過不斷的使用到現(xiàn)在已經(jīng)是使用地非常熟練。 程序真的是寫的比較順利，因?yàn)楸旧黼y度也不是很大，而且有一點(diǎn)C語言的功底，是一次就成功的。 硬件制作的時(shí)候以為很簡單，急于求成，出現(xiàn)了幾個(gè)低級錯(cuò)誤，其實(shí)焊板子不難，就是檢查板子的問題有點(diǎn)麻煩，不過在檢查板子的時(shí)候溫習(xí)了原理，也學(xué)到了不少知識，這不是第一次焊板子了，有前面幾次的練習(xí)，這次自己覺得布局比以前好多了。 每一次的課程設(shè)計(jì)都會碰到或者或那的問題，也會從課程設(shè)計(jì)中學(xué)到不少的東西。這次的課程設(shè)計(jì)也不例外，這其中遇到的困難很多，但我也學(xué)到了很多，一分耕耘一分收獲！今后，我更加努力的學(xué)習(xí)，學(xué)好自己的專業(yè)知識以充實(shí)自己，多鍛煉動手能力，來適應(yīng)日新月異的現(xiàn)代社會。
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基于單片機(jī)的簡易安防聲光報(bào)警器設(shè)計(jì).doc
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2017-4-6 20:36 上傳
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