单片机光电报警器 毕业设计.docx
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单片机光电报警器毕业设计
衡阳财经工业职业技术学院
学生毕业论文(设计)
题目:
光声报警器的单片机控制系统的设计
姓名:
翁克清
学号:
200909006028
系部:
电子信息系
专业:
电气自动化
班级:
09电气
(2)班
指导老师:
周克辉
开题时间:
2011年11月8日
完成时间:
2011年11月14日
衡阳财经工业职业技术学院教务处制
目录
0摘要3
关键词3
1引言3
2功能概述4
3系统硬件设计4
3.1单片机的选择4
3.2单片机的引脚5
3.3三极管选择7
3.3电路模块设计7
3.3.1时钟电路设计7
3.3.2复位电路设计8
3.3.3发光二极管电路设计8
3.3.4蜂鸣器电路设计9
3.4元器件清单9
4程序设计10
4.1主程序的工作流程图10
4.2按键去抖动10
4.2.1硬件消抖11
4.2.2软件消抖11
4.3中断服务11
4.4程序语言的选择12
4.5设计编程程序12
5总结12
6参考文献13
附录一C语言程序13
0摘要
单片机又称微型控制器(MCU)是把计算机系统尽可能集成在一块半导体上,其目的在于计算机微型化和提高系统的可靠性的单片计算机。
它具有体积小,功能强大,耗能少等等优点,已经形成自动控制的一支中坚力量。
本文简单介绍采用STC89C51来实现光声报警器系统的设计。
解决好光声报警器的控制问题是保障各种防盗顺利报警的至关重要因素。
STC89C51单片机可以编写程序和利用按钮结合实现对声光报警器的控制。
具体可用如下方案控制:
两个按钮作为报警信号接入单片机的端口;两个报警灯和一个蜂鸣器接入单片机的端口。
当有人碰到其中一个按钮时,报警灯就会马上点亮并且闪烁,蜂鸣器就会马上发出报警信号。
关键词:
光声报警器STC89C51单片机
1引言
单片机又叫MicroControllerUnit,它可以很容易地将计算机嵌入到各种仪器和现场控制设备中。
据统计,在我国的单片机年产量已经达到1到3亿片,并且以每年大约16%的速度增长,但是对于世界市场我国的占有率还不到1%,说明在我国单片机应用有着广阔的前景。
单片机以其体积小、速度快、功耗低、使用灵活、价格低廉等的特点,被广泛应用于国民经济各个领域,对各行各业的技术改造和产品更新换代起着重要的推动作用。
单片机控制抢答器的系统是一种典型的电气控制产品,广泛应用于各种报警系统中,现在市场上的报警器,种类繁多,功能各异,控制功能也各不相同。
本文提出一种较为简单实用的方法——按钮加单片机实现。
与一般的控制方法(例如继电器)相比,运行更加可靠,操作更加直观,适用场合更高(例如展览会上的报警器)。
本文以STC89C51的单片机控制光声报警器为例,介绍具体的实现方法。
2功能概述
如图一所示,正常时SW1为断开状态,SW2为闭合状态。
但有小偷翻窗入室,会导致SW1闭合或SW2断开时了,同时会启动光声报警器,直流蜂鸣器通电发声,LED1和LED2交替闪亮,直到信号消失。
3系统硬件设计
3.1单片机的选择
STC89C51单片机是中国宏晶公司生产的低电压,高性能的COMS8位的单片机,片内含4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和128bytes的随机存取数据存储器(RAM),内含有微处理器,具有很强的数据处理能力(如运算、中断处理),可以实现复杂的软件功能。
STC89C51单片机采用该公司的高密度、非易失性的存取技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用的8位中央处理器(CPU)和flash存储单元,功能强大。
其价格低廉、功耗低、使用灵活,适应性价比高的应用场合。
本设计采用两只发光二极管和一只蜂鸣器来实现报警功能,使用STC89C51单片机为最佳选择。
3.2单片机的引脚
(1)VCC/GND:
供电电源。
(2)P0口:
可以被定义为数据/地址的低八位,能够用于外部程序/数据存储器。
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。
(3)P1口:
标准输入输出I/O,P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
(4)P2口:
既可用于标准输入输出I/O,也可用于外部程序存储器或数据存储器访问时的高八位地址。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
(5)P3口:
既可以作标准输入输出I/O,也可作为STC89C51的一些特殊功能口,管脚备选功能,如下:
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);P3.5T1(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)。
(6)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。
(7):
:
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。
(8)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。
(9):
当保持低电平时,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,将内部锁定为RESET;当端保持高电平时,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)。
(10)XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
(11)XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
具体引脚如图三所示。
本设计采用的三极管是8550,是电子电路中常用到的低电压、大电流、小信号、小功率PNP型硅晶体三极管。
8550三极管的最大集电极电流(A):
0.5A;直流电增益:
10to60;功耗:
625mW;最大集电极发射电压(VCEO):
25;频率:
150MHz。
在本设计中的作用是当作一个开关使用。
具体的引脚如图四所示。
1是发射极2是基极3是集电极。
3.3电路模块设计
3.3.1时钟电路设计
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。
石英振荡和陶瓷振荡都可以。
因为一个机器周期含有六个状态周期,而每一个状态周期为两个振荡周期,所以一个机器周期共有十二个振荡周期,如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ,一个振荡周期1/12us,故一个机器周期为1us。
如图五所示为时钟电路。
3.3.2复位电路设计
复位的方法一般有上电自动复位和外部接按键手动复位,单片机在时钟电路工作以后,在RESET端持续给出两个机器周期的高电平,就可以完成复位操作。
例如使用晶振频率为12MHz时,则复位信号持续时间应不少于2us。
本设计为上电自动复位电路,RST高电平复位有效,如图六所示。
开机时,电源经过R和IC给C充电,即电流经C流向RST,RST得到高电平,IC即复位。
复位完毕以后,C充电停止不再有电流流过,RST经R接地为低电平,电路进入工作状态。
C和R构成时间常数,这里的时间常数是10μX10K=0.1秒。
3.3.3发光二极管电路设计
由两个发光二极管接上电阻(220kΩ)后就连接上单片机的引脚,外接VCC,当单片机的引脚被置为低电平后,发光二极管被点亮,起到报警的作用。
如图七所示为发光二极管报警电路。
3.3.4蜂鸣器电路设计
蜂鸣器选的是直流五伏的,用一个三极管(8550)、电阻(4.7kΩ)接到单片机的引脚上,构成声音报警电路。
如图八所示。
3.4元器件清单
根据以上的设计,可以得出元器件清单,如表一所示。
表一:
元器件清单
元件名称
规格型号
数目
单片机
STC89C51
1
万用版
60mm*60mm
1
底座
44引脚
1
电阻
4.7kΩ
1
电阻
200Ω
2
电阻
10K
1
三极管
8550
1
发光二极管
红色
1
发光二极管
绿色
1
蜂鸣器
直流5V
1
电解电容
30pf
2
电容
10uf
1
晶振
12MHz
1
开关
2
4程序设计
4.1主程序的工作流程图
按照工作原理和硬件结构分析可一设计出主程序的工作流程图如图九所示。
图九:
主程序的工作流程图
4.2按键去抖动
在设计中使用的是两个按键作为信号的输入,由于开关触点闭合及断开时,常常会发生抖动,如图十所示,为了提高系统的稳定性和精确度,防止误操作,需要对按键作消抖动处理。
按键消抖动的方法分为硬件消抖和软件消抖。
图十:
按键的抖动
4.2.1硬件消抖
可以采用双向消抖电路,由两个与非门组成RS触发器,把开关信号输入到RS触发器的一个输入端A,当抖动第一个脉冲信号使RS触发器翻转时,把D端处于高电平状态,故第一个脉冲消失后RS触发器任然保持原来状态,以后的抖动引起的数个脉冲信号对RS触发器的状态无影响,这样就可以消除抖动。
4.2.2软件消抖
采用软件的方法比硬件消抖简单,它不需要外置元件,一般采用按键按下,调用延时子程序,再判断是否有按键被按下的信号,有,则说明按键真的被按下;否则,没有被按下。
例如在C语言里面直接调用延时函数delay();具体操作如下所示:
if(sw1==0||sw2==1)
{delay();
if(sw1==0||sw2==1)
{···}
}
4.3中断服务
中断是CPU在执行现行程序的过程中,发生随机事件和特殊请求时,使CPU暂停现行的程序的执行,而转去执行对随机事件或特殊请求的处理程序,处理完毕后,再返回到被中止的程序继续执行的过程。
51单片机有五个中断矢量:
(1)定时器/计数器0(T0);
(2)定时器/计数器1(T1);(3)外部中断0(/INTO);(4)外部中断1(/INT1);(5)串行通信(TI、TI)。
实现中断功能的处理程序称为中断服务。
在本设计当中使用的是外部中断0即/INTO。
(1)把中断允许控制IE寄存器的总中断允许控制位(EA)开放,即讲EA=1;
(2)把/INTO的中断允许控制位(EX0)开放,即EX0=1;
(3)把TCON寄存器的外部中断/INTO的中断触发方式选择位(IT0)选为低电平,即IT=0。
(4)在C语言中采用void函数名(void)interruptn[usingm]
其中整数n表示中断函数对应的中断源的编号(例如AT89C52中n=0代表外部中断0;n=1代表定时器T0;n=2代表外部中断1;n=3代表定时器T1;n=4代表串行口中断;n=5代表定时器T2);using指定该中断服务要使用的工作寄存器组号,m为0~3。
其中中断的头文件是#include“intrins.h”。
4.4程序语言的选择
MCS-51单片机的程序设计主要采用两种语言,一种是汇编语言,另一种是高级语言。
汇编语言编写的程序具有效率高、占用的存储空间少、运行数度快、实时性强的特点,对单片机的硬件资源操作直接方便、概念清晰。
汇编语言必须“汇编”成机器代码后,才能运行。
目前较多设计人员采用高级语言(C51)来完成单片机的应用程序的设计。
因为C语言具有容易阅读和维护,可移植性好和易实现模块化设计的特点,从而大大减少了开发的时间。
通过比较可得采用C语言的编程比较简单易懂并且节省时间,所以本设计采用的程序语言是C语言。
4.5设计编程程序
按照控制要求和注意的问题例如按键的消抖,编写程序时可以采用中断程序,但本程序设计中没有采用中断服务,而是采用了C语言中的“或”(||)来判断两个按键是否被按下,编写出程序见附录一所示。
采用keil51软件进行编写C语言程序,并且通过STC编程器把写好的程序下到单片机中。
5总结
本设计是研究了一种基于单片机技术的光声报警器。
该报警器以STC89C51单片机作为工作处理器核心,外接两个按键作为信号的输入,它是一种比较实用简单的开关量元器件,能够以接触的方式测出信号,直接输给单片机,但是需要有按键去抖动。
单片机进过内部的程序处理后,输出控制信号驱动两个LED灯的点亮和熄灭和蜂鸣器的响,以达到近处和远距离的报警目的。
该报警器特点就是操作简单、易懂、灵活、价格便宜,和安装方便。
通过本次毕业设计,使我懂得了很多书本上学不到的知识。
一方面,巩固了我的课本知识,更加加深了对单片机的认识和基本掌握了C语言的编程方法,另一方面,锻炼了我的独立思考,独立解决问题和动手的能力。
最重要让我体会到理论和实践结合的重要性和明白只有在实践中多操作,迎难而上,多总结经验,多尝试,才能将专业知识学得更扎实,才能更好地学而致用,达到学习的真正目地,为不久的未来工作作铺垫。
最后感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学,以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。
6参考文献
[1]汪德彪.MCS-51单片机原理及接口技术[M].电子工业出版社.2009
[2]温希东路勇.计算机控制技术[M].西安电子科技大学出版社.2005
[3]赵长德.微型计算机原理与接口技术[M].机械工业出版社.1999
[4]谭浩强.C语言设计(第二版)[M].清华大学出版社.2003
附录一C语言程序
#include
sbitLED1=P2^4;
sbitLED2=P2^3;
sbitFMQ=P2^2;
sbitsw1=P2^1;
sbitsw2=P2^0;
delay();
main()
{
sw1=1;
sw2=0;
LED1=1;
LED2=0;
FMQ=1;
while
(1)
{if(sw1==0||sw2==1)
{delay();
if(sw1==0||sw2==1)
{FMQ=0;
LED1=0;
LED2=1;
delay();
LED1=!
LED1;
LED2=!
LED2;
delay();
}
}
}
}
voidedelay()
{
inta=5000;
while(a--);
}
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- 单片机光电报警器 毕业设计 单片机 光电 报警器