多功能控制报警器.docx
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多功能控制报警器
《多功能控制报警系统》
学号:
010106670070
姓名:
刘冠良
班级:
06级应用(5)班
指导老师:
方帅
所在院校:
合肥工业大学
摘要
单片机作为微型计算机的一个重要分支,应用面很广,发展很快。
近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新,目前单片机渗透到我们生活的各个领域。
传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。
近些年来,由于传感器性能的飞速提高,使得传感器在很多的方面都有了很大的应用,特别在温度控制方面。
正是由于单片机和传感器的众多应用,特别的工厂利用其特点可以设计很多的智能化器件,对工厂内部实施方便、快捷的智能化管理等。
在家庭用户中也有了很大的应用,本论文就是具体完成设计这样的功能,利用单片机作为主控芯片,模拟防盗监控设备,对探测传感器输出的开关信号进行检测,若为正常状态,则输出光、显示信息,若检测出报警信号,则输出声、光、显示信息。
本论文程序中设定正常、报警、处理三个状态。
当为正常状态时,绿灯渐亮渐暗,显示路数0;报警状态时红灯闪烁并伴随声音报警,显示路数,绿灯灭;处理状态时同报警状态,增加黄灯闪烁。
报警状态向处理状态转换时,当外部开关第一次按下时,程序进入处理状态,当外部开关第二次按下且没有检测到报警信号时回到正常状态。
Abstract
SCMasamicro-computeranimportantbranchofaverywideapplication,developedveryquickly.Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,SCMapplicationsarecontinuallydeepening,andpromotethetraditionalcontroltestonthecrescentbenefitsupdate,theMCUtoinfiltrateintoourlivesinvariousfields.Sensoristoachieveautomaticdetectionandcontrolofthefirstsession.Inrecentyears,duetotherapidincreaseofsensors,sensormadeinmanyareashavealotofapplications,particularlyintemperaturecontrol.
Itispreciselybecauseofthemanymicrocontrollerandsensorapplications,inparticulartheuseofitsfactoriestodesignmanyofthecharacteristicsofintelligentdevices,theplantwithintheconvenient,fastintelligentmanagement.Inhouseholdstherehavealsobeengreatintheapplicationofthispaperistocompletethedesignofsuchaspecificfunction,useasacontrolchipmicrocontroller,analoganti-theftmonitoringequipment,sensorstodetecttheswitchoutputsignaldetection,ifisnormal,Theoutputshowsthat,ifdetectedalarmsignal,theoutputsound,light,displayinformation.
Thispapersetthenormalprocedure,thepolice,dealingwiththethreestates.Whenisnormal,brightgreenlightgraduallyJianan,showsthatLuShu0;stateofalarmwithvoiceandflashingredlightwarningthatLuShu,greenout;dealwithastateofalarmwiththestate,increasingyellowlightflashing.Alarmhandlingstatetostateconversion,whentheexternalswitchthefirsttimepressed,intothehandlingprocedures,andanexternalswitchwhenthesecondanddidnotpressthealarmsignaldetectedtoreturntoitsnormalstate.
目录
《多功能控制报警系统》I
摘要II
AbstractIII
目录IV
图表目录V
第一章绪论1
1.1引言1
1.2背景知识介绍2
1.2.1单片机的发展2
1.2.2单片机的发展趋势2
1.2.3单片机的组成及特点3
1.2.4单片机的分类4
1.2.5单片机的应用4
1.3传感器介绍5
1.4主要芯片及其作用7
1.4.189C51简介7
1.4.289C51引脚简介9
1.4.3SN74LS164简介12
1.4.4SN74LS00简介13
1.4.5七段数码管显示13
1.4.6LM38614
第二章设计任务与要求17
2.1设计任务17
2.2设计目的17
2.3设计要求17
2.4试验设备18
第三章硬件设计19
3.1硬件原理图与说明19
3.2硬件设计21
第四章软件设计24
4.1软件概要设计24
4.2程序流程图24
4.3源程序清单与注释26
4.3.1源程序代码126
4.3.2源程序代码1说明28
4.3.3源程序代码229
4.3.4源程序代码2说明32
4.3.5程序调试过程32
第五章课程设计体会及总结37
第六章参考文献38
图表目录
图1.174LS164芯片12
图1.274LS164引脚图12
图1.374LS164内部功能图12
图1.4数码管工作原理图14
图1.5数码管内部原理图14
图1.6LM386内部电路图15
图1.6LM38引脚排列图15
图3.1报警器电路框图19
图3.2报警器电路图20
图3.374LS164数码管电路图20
图3.4报警声音驱动电路图21
图3.5处理键电路图21
图3.6电路板截图22
图4.1软件流程图25
第一章绪论
1.1引言
单片机,亦称单片微电脑或单片微型计算机。
它是把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/0)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机,它是20世纪70年代中期发展起来的一种面向控制的大规模集成电路模块,其特点是功能强、体积小、可靠性高、价格低廉。
它一面世便在工业控制、数据采集、智能化仪表、机电一体化、家用电器等领域得到了广泛应用,极大地提高了这些领域的技术水平和自动化程度。
正因为如此他才改变了我的生活。
纵观我们现在生活的各个领域,从导弹的导航装置,到飞机上各种仪表的控制,从计算机的网络通讯与数据传输,到工业自动化过程的实时控制和数据处理,以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等,这些都离不开单片机。
以前没有单片机时,这些东西也能做,但是只能使用复杂的模拟电路,然而这样做出来的产品不仅体积大,而且成本高,并且由于长期使用,元器件不断老化,控制的精度自然也会达不到标准。
在单片机产生后,我们就将控制这些东西变为智能化了,我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路,核心部分只是由人为的写入程序来完成。
这样产品的体积变小了,成本也降低了,长期使用也不会担心精度达不到了。
所以,它的魔力不仅是在现在,在将来将会有更多的人来接受它、使用它。
据统计,我国的单片机年容量已达3亿片,且每年以大约20%的速度增长,但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。
特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多数用到单片机,并不断地辐射向内地。
所以,学习单片机在我国是有着广阔前景的。
近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新。
目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。
更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合,加以完善。
因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。
各大专院校相关专业也都将单片机课程列为其教学计划的重要组成部分。
单片机技术的研究和推广正方兴未艾。
1.2背景知识介绍
1.2.1单片机的发展
单片机作为微型计算机的一个重要分支,应用面很广,发展很快。
自单片机诞生至今,已发展为上百种系列的近千个机种。
如果将8位单片机的推出作为起点,那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段
(1)第一阶段(1976-1978):
单片机的控索阶段。
以Intel公司的MCS–48为代表。
MCS–48的推出是在工控领域的控索,参与这一控索的公司还有Motorola、Zilog等,都取得了满意的效果。
这就是SCM的诞生年代,“单机片”一词即由此而来。
(2)第二阶段(1978-1982)单片机的完善阶段。
Intel公司在MCS–48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS–51。
它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。
①完善的外部总线。
MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构,包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。
②CPU外围功能单元的集中管理模式。
③体现工控特性的位地址空间及位操作方式。
④指令系统趋于丰富和完善,并且增加了许多突出控制功能的指令。
(3)第三阶段(1982-1990):
8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段,也是单片机向微控制器发展的阶段。
Intel公司推出的MCS–96系列单片机,将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中,体现了单片机的微控制器特征。
随着MCS–51系列的广应用,许多电气厂商竞相使用80C51为内核,将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中,增强了外围电路路功能,强化了智能控制的特征。
(4)第四阶段(1990—):
微控制器的全面发展阶段。
随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用,出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机,以及小型廉价的专用型单片机。
1.2.2单片机的发展趋势
目前,单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。
下面是单片机的主要发展趋势。
CMOS化近年,由于CHMOS技术的进小,大大地促进了单片机的CMOS化。
CMOS芯片除了低功耗特性之外,还具有功耗的可控性,使单片机可以工作在功耗精细管理状态。
这也是今后以80C51取代8051为标准MCU芯片的原因。
因为单片机芯片多数是采用CMOS(金属栅氧化物)半导体工艺生产。
CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。
低功耗化单片机的功耗已从Ma级,甚至1uA以下;使用电压在3~6V之间,完全适应电池工作。
低功耗化的效应不仅是功耗低,而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。
低电压化几乎所有的单片机都有WAIT、STOP等省电运行方式。
低电压供电的单片机电源下限已可达1~2V。
目前0.8V供电的单片机已经问世。
低噪声与高可靠性为提高单片机的抗电磁干扰能力,使产品能适应恶劣的工作环境,满足电磁兼容性方面更高标准的要求,各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。
大容量化以往单片机内的ROM为1KB~4KB,RAM为64~128B。
为了适应这种领域的要求,须运用新的工艺,使片内存储器大容量化。
目前,单片机内ROM最大可达64KB,RAM最大为2KB。
高性能化主要是指进一步改进CPU的性能,加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。
采用精简指令集(RISC)结构和流水线技术,可以大幅度提高运行速度。
小容量、低价格化与上述相反,以4位、8位机为中心的小容量、低价格化也是发展动向之一。
这类单片机的用途是把以往用数字逻辑集成电路组成的控制电路单片化,可广泛用于家电产品。
外围电路内装化这也是单片机发展的主要方向。
随着集成度的不断提高,有可能把众多的各种处围功能器件集成在片内。
串行扩展技术在很长一段时间里,通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用的主流结构。
随着低价位OTP(OneTimeProgramble)及各种类型片内程序存储器的发展,加之处围接口不断进入片内,推动了单片机“单片”应用结构的发展。
随着半导体集成工艺的不断发展,单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将列强。
在单片机家族中,80C51系列是其中的佼佼者,加之Intel公司将其MCS–51系列中的80C51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名IC制造厂商,如Philips、NEC、Atmel、AMD、华邦等,这些公司都在保持与80C51单片机兼容的基础上改善了80C51的许多特性。
这样,80C51就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族,现统称为80C51系列。
80C51单片机已成为单片机发展的主流。
专家认为,虽然世界上的MCU品种繁多,功能各异,开发装置也互不兼容,但是客观发展表明,80C51可能最终形成事实上的标准MCU芯片。
1.2.3单片机的组成及特点
单片机是微型机的一个主要分支,在结构上的最大特点是把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。
就其组成和功能而言,一块单片机芯片就是一台计算机。
(1)单片机的组成
它通过内部总线把计算机的各主要部件接为一体,其内部总线包括地址总线、数据总线和控制总线。
其中,地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址,CPU通过它们将地址输出到存储器或I/O接口;/数据总线的作用是在CPU与存储器或I/O接口之间,或存储器与外设之间交换数据;控制总线包括CPU发出的控制信号线和外部送入CPU的应答信号线等。
单片机中的CPU、存储器等部件将在后面章节陆续介绍。
(2)单片机的特点
由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺,使其具有很多显著的特点,因而在各个领域都得到了迅猛的发展。
单片机主要发如下特点:
1 有优异的性能价格比。
2 集成度高、体积小、有很高的可靠性。
单片机把各功能部件集成在一块芯片上,内部采用总线结构,减少了各芯片之间的连线,大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。
另外,其体积小,对于强磁场环境易于采取屏蔽措施,适合在恶劣环境下工作。
3 控制功能强。
为了满足工业控制的要求,一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。
单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。
4 低功耗、低电压,便于生产便携式产品。
5 外部总线增加了IC(Inter-IntegratedCircuit)及SPI(SerialPeripheralInterface)等串行总线方式,进一步缩小了体积,简化了结构。
6 单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范,容易构成各种规模的应用系统。
1.2.4单片机的分类
单片机作为计算机发展的一个重要领域,应用一个较科学的分类方法。
根据目前发展情况,从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。
(1)通用型/专用型
这是按单片机适用范围来区分的。
(2)总线型/非总线型
这是按单片机是否提供并行总线来区分的。
(3)控制型/家电型
这是按照单片机大致应用的领域进行区分的。
1.2.5单片机的应用
由于单片机具有显著的优点,它已成为科技领域的有力工具,人类生活的得力助手。
它的应用遍及各个领域,主要表现在以下几个方面:
(1)单片机在智能仪表中的应用
单片机广泛地用于各种仪器仪表,使仪器仪表智能化,并可以提高测量的自动化程度和精度,简化仪器仪表的硬件结构,提高其性能价格比。
(2)单片机在机电一体化中的应用
机电一体化是械工业发展的方向。
机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体,具有智能化特征的机电产品,例如微机控制的车床、钻床等。
单片机作为产品中的控制器,能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点,可大大提高机器的自动化、智能化程度。
(3)单片机在实时控制中的应用
单片机广泛地用于各种实时控制系统中。
例如,在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中,都可以用单片机作为控制器。
单片机的实时数据处理能力和控制功能,可使系统保持在最佳工作状态,提高系统的工作效率和产品质量。
(4)单片机在分布式多机系统中的应用
在比较复杂的系统中,常采用分布式多机系统。
多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成,各自完成特定的任务,它们通过串行通信相互联系、协调工作。
单片机在这种系统中往往作为一个终端机,安装在系统的某些节点上,对现场信息进行实时的测量和控制。
单片机的高可靠性和强抗干扰能力,使它可以置于恶劣环境的前端工作。
(5)单片机在人类生活中的应用
自从单片机诞生以后,它就步入了人类生活,如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后,提高了智能化程度,增加了功能,倍受人们喜爱。
单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。
综合所述,单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。
另一方面,单片机应用的重要意义还在于,它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。
从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在已能用单片机通过软件方法来实现了。
这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术,是传统控制技术的一次革命。
1.3传感器介绍
(1)传感器的定义
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是:
“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。
传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
(2)传感器的分类
目前对传感器尚无一个统一的分类方法,但比较常用的有如下三种:
1 按传感器的物理量分类,可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器
2 按传感器工作原理分类,可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。
3 按传感器输出信号的性质分类,可分为:
输出为开关量(“1”和"0”或“开”和“关”)的开关型传感器;输出为模拟型传感器;输出为脉冲或代码的数字型传感器。
(3)传感器的静态特性
传感器的静态特性是指对静态的输入信号,传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。
因为这时输入量和输出量都和时间无关,所以它们之间的关系,即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程,或以输入量作横坐标,把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。
(4)传感器的动态特性
所谓动态特性,是指传感器在输入变化时,它的输出的特性。
在实际工作中,传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。
这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得,并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系,往往知道了前者就能推定后者。
最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种,所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。
(5)传感器的线性度
通常情况下,传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。
在实际工作中,为使仪器|仪表|仪表具有均匀刻度的读数,常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度(非线性误差)就是这个近似程度的一个性能指标。
拟合直线的选取有多种方法。
如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线,此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。
(6)传感器的灵敏度
灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值。
它是输出一输入特性曲线的斜率。
如果传感器的输出和输入之间显线性关系,则灵敏度S是一个常数。
否则,它将随输入量的变化而变化。
灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。
例如,某位移传感器,在位移变化1mm时,输出电压变化为200mV,则其灵敏度应表示为200mV/mm。
当传感器的输出、输入量的量纲相同时,灵敏度可理解为放大倍数。
提高灵敏度,可得到较高的测量精度。
但灵敏度愈高,测量范围愈窄,稳定性也往往愈差。
(7)传感器的分辨力
分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。
也就是说,如果输入量从某一非零值缓慢地变化。
当输入变化值未超过某一数值时,传感器的输出不会发生变化,即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。
只有当输入量的变化超过分辨力时,其输出才会发生变化。
通常传感器在满量程范围内各点的分辨力并不相同,因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标。
上述指标若用满量程的百分比表示,则称为分辨率。
(8)电阻式传感器
电阻式传感器是将被测量,如位移、形变力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。
主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。
(9)电阻应变式传感器
传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应,即在外力作用下产生机械形变,从而使电阻值随之发生相应的变化。
电阻应变片主要有金属和半导体两类,金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。
半导体应变片具有灵敏度高
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