毕业设计论文多功能防盗报警器的设计与分析文档格式.docx

毕业设计论文多功能防盗报警器的设计与分析文档格式.docx

《毕业设计论文多功能防盗报警器的设计与分析文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文多功能防盗报警器的设计与分析文档格式.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

2.4整流电路-------------------------------------------------14

2.5报警电路-------------------------------------------------14

2.64021B芯片介绍--------------------------------------------15

第三章系统的调试

3.1硬件调试-------------------------------------------------16

3.2联机调试-------------------------------------------------17

3.3调试结果及改进方案---------------------------------------17

第四章设计总结

致谢-------------------------------------------------------19

参考文献---------------------------------------------------20

元器件清单-------------------------------------------------20

附录：

程序清单---------------------------------------------21

第一章概述

1.1引言

随着社会和经济的不断发展，人民的生活水平在不断上升，物质财富不断增长，人们为了维护个人或集体的利益不受损失，营造一个更好的发展环境，安全意识也在不断地增强，现代化建设已经向社会的各个方面深入，各种复杂的环境对安全提出了新的挑战，当然，蓬勃发展的现代化趋势也给安全防盗的发展提供了难得的机遇，胆识挑战和机遇同在。

挑战来自于服务对象，也来自于对手，服务对象来自于社会各个领域。

带有各自的环境特点，对象有不同的特点，这就要求产品要有大的灵活性，适应复杂的环境，再有就是价格不能高，要尽量的低廉，低的投入却是要求高的产出，为生产者提供了一个大大的难题。

近几年，多功能安全防盗体系在不断地摸索中一步步走来，从而使安全防盗体系也日趋完善，但是要给用户提供更完美低廉的防盗产品，追求更大效益，占有更大的同类市场，生产商仍然在不断努力，一款款新的防盗产品在不断地被推出，竞争是残酷的，只有依赖现代化的先进电子技术，预见到未来市场的发展趋势，充分的开拓市场才能在这个弱肉强食的社会占有一席之地，在诸多因素中，性能和价格占的地位可谓重大，本设计在依赖与其他同类产品的基础上，进一步增强了系统的功能，降低了成本，相信可以与先进的防盗系统媲美，值得一提的是它便于堵漏扩展，具有很大的灵活性，突出其多功能特性。

1.2课题的叙述

设计要求

为了提高系统的可靠性，尽量的使用单片机，通过相关程序完成大部分功能，这样不仅提供了系统的可靠性，还降低了设计成本，而且使他的防盗功能更加的突出。

基本原理

根据原理图所示，图中16个开关按键模拟16个报警触发点，如发现警情即有开关信号（或多个信号）的产生，对应的4021的口信号发生变化，本设计采用低电平作为报警信号，单机片扫描到报警信号，一个扫描周期结束后关闭4021然后单机片对报警信号做进一步分析，即查找报警点和报警，具体扫描过程为P3.6和P3.4输出读允许信号即4021可将数据输入单片机的允许信号，4021将16位的数据逐位送入单片机，单片机通过内部程序识别是否为警情，若是，则找出对应位的地址，调用该位的对应七段码，送到显示单元，并且报警，具体过程是：

单片机的P1口输出经单片机处理的七段码地址送入两位LED数码显示器，先由P3.0口控制显示高位，经过短暂延时，再有P3.1口控制低位显示单元，实现两位动态显示，实现报警显示，报警音响在查找报警地址时已将报警音响触发，如发现多处报警，则循环显示报警位，一旦出现警情，并且报警，报警信息将持续工作，知道警情被处理即人为将系统复位，以上即是本系统的基本原理和系统工作过程。

1.3设计方案分析

多功能防盗报警器可通过多种途径设计，如可通过数电，模电，电路进行搭建，也可由可编程控制器作为主控制，还可以用单机片作为主控制器件。

不同的设计有着各自的优缺点，具体分析如下：

1.、分析一

由数电、模电等搭建出的报警电路，这些硬件搭建起的电路本身的可靠性就很低，很容易出现报警疏漏或错误报警等现象，电路本身较复杂，同时可靠性也降低，成本很高，维护麻烦，因此在现实生活中，几乎没有这类产品。

此类设计的应用一般都是进行简单的控制，或者用来实现简单的功能。

重要的是此类方法设计出的系统，扩展很麻烦，灵活性很低，故本设计舍弃其方案。

2、分析二

由可编程控制器作为主控单元的报警器，此类编程控制器件较数电、模电搭建的电路，其有很高的灵活性，设计过程大部分为程序软件部分的设计，但是此类设计依靠大量的硬件支持，像定时器、继电器、触发器等。

这些器件在实际工作过程中，往往达不到理论上的特性。

在价格上一个普通的可编程控制器的主机在千元以上，其他的器件也比较昂贵，所以这样设计的报警器几乎没有。

3、分析三

采用单片机作为主控器件的报警器设计，具有结构简单、方便进行扩展、并能体现多功能特性。

符合论文要求、可靠性高、成本低廉（普通标准型市场价在6元左右）、功能强大等特点，在电子智能系统开发中得到广泛应用，并发挥出了重要的作用，本设计的要求只有通过单片机的控制才能达到预期的设计目标。

相比其他设计方案，本方案更是表现出了优良的特性，故本设计基于AT89C51芯片使用广泛，具有代表性的单片机进行设计。

1.4课题背景

单片机的应用及选择

8051是MCS-51系列单片机中的代表产品，它内部集成了功能强大的处理器，包括硬件乘除法器、21个专用控制寄存器、4KB的程序存储器、128字节的数据存储器、4组8位的并行口、两个16位的可编程定时计数器、一个全双工的串行口以及布尔处理器。

MCS-51具有比较大的寻址空间，地址线宽达16条，即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达216=64KB，这作为单片机控制来说已是比较大的，这同时具备了I/O口的访问能力。

此外，MCS-51采用模块化结构，可方便的增删一个模块就可使引脚和指令兼容得到提高，这给应用提供了极大的便利。

MCS-51的指令系统近乎完善，指令系统中包含了全面的数据传送指令、完善的算数和逻辑运算指令、方便的逻辑操作和控制指令，对于编程来说，是相当灵活和方便的。

MCS-51单片机的工作频率为2～12MHZ，当振荡频率为12MHZ时，一个机器周期为1us，这个速度应该说是比较快的。

8051中集成了完善的各种中断源，用户可以十分方便的控制和使用其功能。

使得它的应用范围加大，可以说它可以满足绝大部分的应用场合。

MCS-51把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，使得数据传送距离大大偏短、可靠性更高、运行速度更快。

由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化，抗干扰能力强，工作亦稳定。

因此，在工业测控系统中，使用单片机是最理想的选择。

单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。

MCS-51的开发环境要求较低，软件资源十分丰富，介绍其他功能特性书籍和开发软件随处可取，只需配合一台PC（对电脑配置基本上无要求），一台仿真编程器即可实现产品开发。

在众多的单片机中，MCS-51的环境资源是最丰富的，这给MCS-51用户带来极大地便利。

所以，本设计采用AT89C51芯片。

芯片简介

1、AT89C51性能简介

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATLEM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8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATLEM的AT89C51是一种高效控制器，为很多嵌入式控制系统提供一个灵活性高且价廉的的方案。

2、主要特性

1）8031CPU与MCS-51兼容

2）4K字节可编程FLASH存储器（寿命100写/擦循环）

3）全静态工作：

0HZ～24KHZ

4）三级程序存储器程序锁定

5）128×

8位内部RAM

6）32条可编程I/O线

7）两个16位定时器/计数器

8）6个中断源

9）可编程串行通道

10）低功耗的闲置和掉电模式

11）片内振荡器和时钟电路

3、管脚说明

MCS-51系列单片机芯片均为40个引脚，HMOS工艺制造的芯片采用双列直插（DIP）方式封装，其引脚示意及功能分类如下图所示：

图1MCS-51单片机芯片

MCS-51系列单片机的40个引脚中有2个专用于主电源的引脚，2个外接晶体的引脚，4个控制或与其他电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚。

VCC：

供电电压,GND：

接地。

PO口：

PO口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当PO口得管脚第一次写I时，被定义为高阻输入，PO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8位，在FLASH编程时，PO口作为原码输入口，当FLASH进入校验时，PO输出原码，此时PO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口缓冲器能够接收，输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1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。

再给出地址“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FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P:

3口管脚是8个带内不上拉电阻的I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

将P:

3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入，并作为输入，由于外部下拉为低电平，P:

3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，如下图所示:

P3口管脚被选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INTO（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4TO（计时器0外部输入）

P3.5T1（计时器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。

I/O口的内部结构如图：

图2I/O口内部结构图

I/O口作为输入口时有两种工作方式即所谓的度端口与读引脚，读端口实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部，总线经过某种运算或变换，再写回到端口锁存器，只有读端口时才真正的把外部的数据读入到内部总线上面，图中的两个三角形表示的就是，输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作，这是由硬件自动完成的，不需要我们操心。

读引脚时也就是把端口作为外部输入线时首先要通过外部指令把端口锁存器置1然后再实行读引脚操作否则就可能读入出错为什么看上面的图如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为OQ端为OQ为1加到场效应管栅极的信号为1，该厂效应管就导通对地呈现低阻抗，此时，即使引脚输入的先进好为1也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1，若先执行置1操作则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入，由于在输入操作时还必须附加一个准备动作，所以这类I/O口，被称为准双相扣，89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口，接下来让我们看另一个问题，从图中可以看出这四个端口还有一个差别除了P1口外P10P2P3口都还有其它的功能。

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，地址所存允许的输入电平用于所存地址的地位字节在FLASH编程器件，次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地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A,LE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0，此时，ALE只有在执行MOVX,MOVX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，这两次有效地/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（000H-FFFH），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。

综上所述，MCS-51系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点：

（1）单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚都具有第2功能

（2）但评级对外呈3总线形式，有P2、P0口组成16位地址总线；

由P0口分时复用作为数据总线；

由ALE、PSEN/、EA/与P3口中的INT0/、INT1/、T0、T1、WR/、RD/共10个引脚组成控制总线。

4、时钟电路与工作时序

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，石晶震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，由于输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此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。

AT89C51的晶振率6MHZ。

5、复位方式与电路

复位就是通过某种方式，使单片机内各寄存器的值

变为初始状态的操作。

AT89C51单片机在时钟电路

工作以后，在RESET端持续给出2个机器周期的高

电平就可以复位操作。

复位分为上电自动复位和手

动复位两种方式。

本系统采用上电复位方式。

上电复位时在单片机接通电源时，对单片机的复

位上电复位电路图如右图：

图4复位电路

在上电瞬间RST端与VCC电位相同，随着电容上电压的逐渐上升，RST端电位逐渐下降，上电复位所需要的最短时间是振荡器简历时间加2个机器周期。

2.1电路组成及工作原理

硬件原理图及说明

本设计的原理图如下，设计采用AT89C51单片机作为主控器件，两片4021芯片进行数据的采集和输入，两位LED数码显示器，显示报警点信息，直流蜂鸣作为报警音响，设计中的报警触发点，现为原理图中的16个开关代替。

当发现有警情出现时，即4021芯片I/O原来的高电平转变为低时，单片机通过P3.6和P3.4控制4021进行读操作，将报警信息送入单片机内处理，找出检测点，然后将报警点信息通过P1口送至显示单元，同时将P3.7置低，报警音响电路工作。

多功能报警器电路原理图

图5多功能报警电路原理图

2.2报警器电路框图

图6报警电路框图

2.3LED数码显示器的结构

LED数码显示器是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。

它使用了8个LED发光二极管，其中7个用于显示字符，1个用于显示小数点，故通常称之为7段发光二极管数码显示器。

其内部结构如图所示：

图7LED数码显示器图

LED数码显示器共有两种连法：

（1）共阳极接法：

把发光二极管的阳极连在一起构成共阳极，使用共阳极时接+5V，每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连当阴极段输入低电平时，段法发光二极管就导通点亮，而输入高电平时则不点亮。

（2）共阴极接法：

把发光二极管的阴极连在一起构成共阴极，使用公共阴极接地。

每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连，当阳极端输入高电平时，发光二极管就导通点亮

为了显示字符，要为LED数码显示器提供显示段码（或称字形代码）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数码显示器的显示段码为1个字节各段码位的对应关系如下：

段码位

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

显示段

dp

g

f

e

d

c

b

a

用LED数码显示器显示十六位进制和空白字符与p的显示段码如下表：

字型

共阳极段码

共阴极段码

C0H

3FH

9

90H

6FH

1

F9H

06H

A

88H

77H

2

A4H

5BH

B

83H

7CH

3

B0H

4FH

C

C6H

39H

4

99H

66H

D

A1H

5EH

5

92H

6DH

E

86H

79H

6

82H

7DH

F

8EH

71H

7

F8H

07H

空白

FFH

00H

8

80H

7FH

P

8CH

73H

（3）如果要在同一时刻显示不同的字符，从电路上看，这是办不到的。

因此只能利用人眼对视觉的残留效应，采用动态扫描显示的方法，逐个循环点亮各位数码管，每位显示5ms左右，是人看起来就好像在同时显示不同的字符一样。

在进行动态扫描显示时，往往是先并不知道应显示什么内容，这样也就无从选择显示字符的显示段码。

为此，一般采用查表的方法，由待现实的字符通过查表得到其对应得显示段码。

参数说明：

流入发光二极管IL范围：

10m～20Ma；

U1范围：

1.5V～2V

R=（Vcc-0.7-Ut）／hR范围：

135Ω～320Ω

PNP管前的限流电阻Ru：

Ru=（Vcc-0.7）／IbIb=Ic／β（Ic=IL）

求出Ib即可算出Ru

2.4整流电路

下图是一个带有桥式整流电路的电容滤波的7085稳压的稳压电路通过变压器将220伏的交流电经过这些环节得到5伏左右的直流电压，以便提高单片机的工作电压。

图8整流电路图

2.5报警电路

当P3.7为低电平即给直流蜂鸣器加一个5V电压，直流蜂鸣器就会发出声音报警。

图9报警电路图

R=（Vcc-0.7）／Ib

Ic=（Vcc-0.3）／R测

Ib=Ic／β

2.64021B芯片介绍

4021B引脚排列及主要引脚的说明：

图104021B芯片引脚排列图

P/S串行并行控制-------9脚电源----------16脚

SI串行输入----------11脚接地----------8脚

Q8串行输入------------3脚CL时钟-------10脚

并行输入--------------PI1-----PI8脚

4021B八位移位寄存器（异步并入）

图114021B八位寄存器

CL

SI

P/S

PII

PIn

QI

Qn

∮