基于单片机的声光报警器的设计报告.doc

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XINYU UNIVERSITY

课程设计报告

题 目基于单片机的声光报警器的设计
二级学院机械工程学院
专 业机械制造与自动化
班 级 11级机制〔1〕班
学 号1101031**
学生吴慧毅
指导教师*娟

目 录

第1章 序言 ……………………………………………………………………1
第2章 方案任务书……………………………………………………………2
2.1、课题要求 ………………………………………………………………2
2.1.1任务设计要求 ………………………………………………………22.1.2软件设计要求 ………………………………………………………2
2.2设计容 …………………………………………………………………2
2.3元器件清单 ………………………………………………………………………2
第3章 芯片介绍 ………………………………………………………………3
3.1 AT89C51简介 ……………………………………………………………4
3.2 主要特性 …………………………………………………………………4
3.3特性概述 …………………………………………………………………5
3.4 管脚说明…………………………………………………………………5
3.5 振荡器特性 ………………………………………………………………6
3.6 芯片擦除…………………………………………………………………6
第4章 设计要求及制作 ………………………………………………………7
4.1硬件电路设计 ……………………………………………………………………7
4.1.1 时钟电路 ………………………………………………………………7
4.1.2 复位电路 ………………………………………………………………7
4.1.3 报警电路 ………………………………………………………………8
4.1.4 声光报警输出电路 ……………………………………………………8
4.1.5 设计电路 ………………………………………………………………9
4.2 总体设计思路与方案 …………………………………………………………9
4.2.1 整体方案 ……………………………………………………………9
4.2.2程序流程图 …………………………………………………………10
4.3 软件程序设计 ……………………………………………………………………11
4.3.1 软件设计框图…………………………………………………………11
4.3.2 程序设计 ……………………………………………………………11
第5章 仿真调试 ………………………………………………………………13
5.1 系统性能调试与仿真 …………………………………………………………13
总结 ……………………………………………………………………………………14
参考文献〔References〕 ………………………………………………………………15
致……………………………………………………………………………15

第1章 序言

近年来，随着我国经济的迅速开展，城乡居民的生活水平有了显著提高，尤其是城镇居民的居住条件不断改善，人们在解决了居住问题后，日益关心的是居住是否平安。在购房时，平安性是考察物业管理水平是否完善的一个重要条件。尤其是那些流窜作案的犯罪分子，往往选择居民小区作为攻击目标，入室盗窃抢劫案件屡屡发生，以往的依赖小区保安人防为主的防措施已满足不了人们的要求。利用平安防技术进展防首先对犯罪分子有种威慑作用，使其不敢轻易作案。如我们这次设计的简易安防声光报警器，可以安装在门口或玄关处，当有不法分子闯入时，利用门禁报警和红外报警双重保险，一方面可以提醒主人危险发生，另一方面也可以震慑不法分子。
单片机课程设计是一门实践课程，要求学生具有制作调试单片机最小系统及外设的能力，能够掌握单片机部资源的使用。
单片机课程设计容包括硬件设计、制作及软件编写、调试，学生在熟练掌握焊接技术的根底上，能熟练使用单片机软件开发环境Keil C51编程调试，并使用STC ISP调试工具采用串口下载方式联调制作的单片机最小系统。
单片机课程设计题目包含根本局部及扩展局部，根本局部即单片机最小系统局部，扩展局部是对单片机部资源及外部IO口的功能扩展，使制作的单片机系统具有一定的功能。
通过本学期对单片机的学习和认识，并通过本次课程设计加以应用，从而到达一个对所学知识的稳固、更深一步的理解，面对一个电子设计，应对出系统的方案，分析出各个板块来，再对各个板块进一步的具体的设计，先进展硬件电路设计，此时一定要考虑好要用什么元件、各个元件的具体参数、是否能实现应有功能，从而得到一个完整的硬件电路在根据该电路设计出软件的功能模块、从而完成程序流程图，在根据流程图完成程序的设计，并通过反复的调试、运行、更正，直至完成既定功能为止，最后将软件、硬件结合进展调试、运行，对其功能进展最终测试，并反复思考其测试中遇到相应问题的原因，并将其一一处理，从而完本钱次设计的实验要求，以及本次课程设计的最终目的。

第2章 方案任务书

2.1课题要求
2.1.1任务设计要求
设计一个声光报警器，当报警按钮按下时扬声器报警，扬声器用1kHZ信号响100ms， 500Hz信号响200ms，交替进展声响报警，在报警期间报警指示灯亮，当报警解除按钮按下那么解除报警。

2.1.2软件设计要求
利用定时器以方式1工作，产生报警音符对应的1kHZ信号响100ms， 500Hz信号响200ms的方波，由P3.0接报警灯，P3.1接报警喇叭，用P3.2接报警控制按钮，P3.3接报警停顿按钮。
2.2 设计容
(1)、芯片简介
(2)、电路各局部的组成和工作原理。
(3)、元器件的选取及其电路逻辑图和功能。
〔4〕、电路各局部的调试方法。
2.3 元器件清单

表2-1元器件清单
元件
规格
数量
单片机
AT89C51
1个
按钮
\
3个
报警灯
LED
1个
喇叭
8Ω/0.25w
1个
晶振
6MHz
1个
起振电容
30pF瓷片电容
2个
复位电容
22Uf 16V电解电容
1个
电阻
100Ω、1kΩ、4.7Ω、220Ω
各一个
三极管
9012
1个
蜂鸣管
8Ω
1个
DIP封装插座
40脚集成插座
1个

第3章 芯片介绍

3.1 AT89C51简介
AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS 8位单片机，片含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器〔EPROM〕和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)。
图为AT89C51单片机的根本组成功能方块图。由图可见，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成局部，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各局部通过部总线相连。下面介绍几个主要局部。
外时钟源 外部事件计数振荡器和时序
OSC
程序存储器
4 KB ROM
数据存储器
256 B RAM/SFR
定时器/计数器
2 ×16
AT89C51
CPU
64 KB总线
扩展控制器
可编程 I/O
可编程全
双工串行口
内中断
外部中断 控制 并行口 串行通信
图3.1.1 89C51 功能方块图

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器〔FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory〕的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存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1000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。AT89C51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。外形及引脚排列如下图

图3.1.2外形及引脚排列
AT89C51外形及引脚排列。
现在AT89S51/52已经取代了AT89C51/52。
3.2 AT89C51主要特性
·与MCS-51 兼容
·4K字节可编程FLASH存储器
·寿命：1000写/擦循环
·数据保存时间：10年
·全静态工作：0Hz-24MHz
·三级程序存储器锁定
·128×8位部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
·片振荡器和时钟电路
3.3特性概述
AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断构造，一个全双工串行通信口，片振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停顿CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的容，但振荡器停顿工作并制止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
3.4 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P0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/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进展校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。
P1口：P1口是一个部提供上拉电阻的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，这是由于部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。
P2口：P2口为一个部上拉电阻的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展存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进展读写时，P2口输出其特殊功能存放器的容。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：P3口管脚是8个带部上拉电阻的双向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，如下表所示：
口管脚 备选功能
P3.0 RXD〔串行输入口〕
P3.1 TXD〔串行输出口〕
P3.2 /INT0〔外部中断0〕
P3.3 /INT1〔外部中断1〕
P3.4 T0〔计时器0外部输入〕
P3.5 T1〔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。
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低位字节。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。如想制止ALE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制止，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，那么在此期间外部程序存储器〔0000H-FFFFH〕，不管是否有部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间部程序存储器。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部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。

3.5 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振荡器。石晶振荡和瓷振荡均可采用。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，但必须保证脉冲的上下电平要求的宽度。
3.6 芯片擦除
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1〞且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停顿工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的容并且冻结振荡器，制止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

第4章 设计要求及制作

4.1硬件电路设计〔Proteus 仿真〕

本设计的硬件电路主要包括的模块有：单片机最小系统、安防报警器〔点触开关模拟〕、声光报警〔声音由二极管模拟〕，下面将一一介绍。

4.1.1 时钟电路
时钟电路是单片机的心脏，它用于产生单片机工作所需要的时钟信号。单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进展工作。
单片机的时钟产生方法有部时钟方式和外部时钟方式，大多数单片机应用系统采用部时钟方式，本系统采用的亦是部时钟方式。在MCS-51芯片部有一个高增益反相放大器，XTAL1、XTAL2引脚分别为该反相放大器的输入端和输出端，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反应电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。 此电路采用11.0592MHz的石英晶体。时钟电路如图4.1.1：

图4.1.1 时钟电路
4.1.2 复位电路
复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开场执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误是系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键以重新启动。
MCS-51单片机的复位电路由片、片外两局部组成，进展复位操作时，外部电路需在复位引脚RST端产生大于两个机器周期的高电平信号，RST引脚通过片施密特触发器与复位电路相连〔施密特触发器的作用是脉冲整型和抑制噪声〕。
MCS-51单片机的复位操作有两种方式：上电复位和上电按钮复位，本电路采用的是上电按钮复位，复位电路如图四：

图4.12 复位电路
4.1.3 报警电路
本设计的红外报警和门禁报警采用的是按键报警，当按下按钮时，即输入报警信息。

图4.1.3：报警电路

4.1.4 声光报警输出电路
当红灯亮是报警装置扬声器也发出响声，当灯灭时扬声器即停顿报警。

图4.1.4 声光报警输出电路
4.1.5 设计电路

组合后的总仿真电路图如下图4.1.5：

4.1.5总仿真电路图

4.2 总体设计思路与方案
4.2.1 整体方案
P3.2口用来接按 控制报警器的启动和停顿，P3.0口用来输出方波、发声，P3.1口对灯进展控制为使扬声器用1kHZ信号响100ms， 500Hz信号响200ms要用定时器中断，利用定时器T1方式1工作，产生方波，由P3.0输出驱动喇叭发声。声音的改变调用延时子程序的次数来实现设晶振频率为12MHz。基于音乐播放器根底上，通过按钮控制用于驱动喇叭发出报报警的声音。 P3.2 INT0〔外部中断0〕、P3.3 INT1〔外部中断1〕

4.2.2 程序流程图
系统初始化
声光报警完毕

是否按报警开关
声光报警是否持续300ms

开场
启动声光报警电路开场报警

是否还有按报警开关

完毕
Y
N
N
Y
Y
N

图4.2.2 程序流程图

4.3 软件程序设计
4.3.1软件设计框图

中断源发出中断申请

关中断、保护现场

INT1端有输入信号关闭报警

恢复现场、开中断

中断返回

图4.3.1 软件设计框图

4.3.2 程序设计

ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 001BH
MOV TH1,R1
MOV TL1,R0
CPl P3.1
RETI
ORG 0100H
MAIN: P3.2,MAIN
START:CLR P3.0
MOV TMOD,#10H
MOV IE,#88H
MOV DPTR,#TAB
LOOP: JNB P3.3,WJ
CLR A
MOVC A,A+DPTR
MOV R1,A
INC DPTR
CLR A
MOVC A,A+DPTR
MOV R0,A
ORL A,R1
JZ NEXT0
MOV A,R0
ANL A,R1
CJNE A,#0FFH,NEXT
SJMP START
NEXT: MOV TH1,R1
MOV TL1,R0
SETB tR1
SJMP NEXT1
NEXT0:CLR TR1
NEXT1:CLR A
INC DPTR
MOVC A,A+DPTR
MOV R2,A
LOOP1:LCALL D200
DJNZ R2,LOOP1
INC DPTR
AJMP LOOP
WJ: MOV A,#0FFH
SETB P3.0
CLR TR1
LJMP MAIN
D200: MOV R4,#41H
D200B:MOV A,#0FFH
D200A:DEC A
JNZ D200A
DEC R4
CJNE R4,#00H,d200B
RET
TAB: DB 0FEH,06H,01H,0FEH,06H,01H
DB 0FCH,0CH,02H,0FCH,0CH,02H,0FFH,0FFH
END

第5章 仿真调试

5.1 系统性能调试与仿真
在电脑上进展仿真，仿真成功后准备焊接电路板。在焊接电路板中，我们首先对硬件电路进展布局，然后确认无误后，在电路板上进展焊接，这个过程做得算比拟顺利。焊接电路板完工，细心检查后，进展通电测试。结果报警灯一直亮，通过检查是P1.1口没连接。并且在调试过程中按键按下等一系列问题。通过在这个过程中丛设计思路到程序设计再到硬伯调试到最后的程序下载，了解了51单片机的原理，初步掌握单片机调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。同时通过本课题设计与装配、调试，提高自己的动手能力，稳固已学的理论知识，建立单片机理论和实践的结合，了解各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握厨房报警器的调整及测试方法。提高动手能力和排除故障的能力

总结

知道题目时自己没什么思路和头绪，就只是一味的查资料，在网上确实是找了一大把的相关资料，可问题也相继而来，按照网上的电路做出的板子根本不能成功，感觉涉及围也越来越大了，后经指导教师的提醒，才突然明白由于太过仓促，将原本定好的思路打乱了，做的事情完全没按照所想好的提纲来。所以不管做什么事，首先要明确的是自己要做什么，该怎么做，而不是盲目想到达某种目的，急于求成往往达不到效果的。在这次毕业设计中，我学到了很多东西。在画图的方面，我学会了建立自己的元件封装库，在画图的时候，直接从封装库里调用元件封装，画起图来很方便，通过这次设计，我学到了很多专业方面的知识。加强了动手能力并掌握了许多实际性的东西心与各部属电路相结合组成一个彩灯电路原理图。利用PROTEL制作电路板，从画原理图到PROTEL的制作过程，可学到很多东西。要注意的方面也很多如原理图不能有错误，封装形式必须正确，布局要美观，布线不能有误要讲究美观，线宽不能太小，。否那么制出的产品不美观，有可能对所要求的性能达不到。在整个制作中也存在的一些问题再次也将一一说明损坏性故障包括性能全部失效和突然失效。这类故障通常是由元器件的损坏或生产工艺不良(如虚焊等)造成。排布元件时要注意元件与元件之间的干扰。注意报警器的安装，所安装的环境尽量防止使报警器产生不良的报警处理及用户的不当安装。

参考文献

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[5] 里海 ?74系列芯片手册?， 大学 ，1999.9。
[6] 王庆利，奎，袁建敏，?单片机设计标准教程?[M]单片机硬件开发技巧及经历局部；：邮电大学，2008.3.
[7] 高卫东，辛友顺，彦征，?51单片机原理与实践?[M]；：航天航空，2008。
[8]朱月秀，?单片机原理与应用?[M]；：科学，2004

致

本学期学习单片机这一专业课以来一直得到教师和同学们的悉心帮助，从开场到本课题的完成，教师都给予我们细心的指导和不懈的支持。在此，没有更多华美的语言，谨向教师致以诚挚的意和崇高的敬意。同时还要感同我一起走过的11机制(1)班的同学们，不管在什么时候，也正因为有了你们的帮助和支持，我才能克制众多困难和疑惑，直到把本文按时顺利的完成，在此请大家承受我诚挚的意！
十分感你们的帮助与照顾，真的你们。
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