基于單片機的報警器設計

單片機課程設計題目 報警器設計 姓 名： XXX 所在學院： XXX 所學專業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 12電氣工程04班 學 號： XXX 指導教師： XXX 完成時間： XXX 課程設計任務書一、基本情況 學時：2周 學分：2學分 適應班級：12電氣工程二、課程設計的意義、性質、目標、要求1意義課程設計是單片機課程教學的最后一個環(huán)節(jié)，是對學生進行全面的系統(tǒng)的訓練。進行課程設計可以讓學生把學過的比較零碎的知識系統(tǒng)化，真正的能夠把學過的知識落到實處，能夠開發(fā)簡單的系統(tǒng)，也進一步激發(fā)了學生再深一步學習的熱情，因此課程設計是必不少的，是非常必要的。2性質課程設計是提高學生單片機技術應用能力以及文字總結能力的綜合訓練環(huán)節(jié)，是配合單片機課程內容掌握、應用得的專門性實踐類課程。3目標通過典型實際問題的實際，訓練學生的軟硬件的綜合設計、調試能力以及文字組織能力，建立系統(tǒng)設計概念，加強工程應用思維方式的訓練，同時對教學內容做一定的擴充。4要求（1）課程設計的基本要求單片機課程設計的主要內容包括：理論設計與撰寫設計報告等。其中理論設計又包括選擇總體方案，硬件系統(tǒng)設計、軟件系統(tǒng)設計；硬件設計包括單元電路，選擇元器件及計算參數(shù)等；軟件設計包括模塊化層次結構圖，程序流程圖。程序設計是課程設計的關鍵環(huán)節(jié)，通過進一步完善程序設計，使之達到課題所要求的指標。課程設計的最后要求是寫出設計總結報告，把設計內容進行全面的總結，若有實踐條件，把實踐內容上升到理論高度。（2）課程設計的教學要求單片機課程設計的教學采用相對集中的方式進行，以班為單位全班學生集中到設計室進行。做到實訓教學課堂化，嚴格考勤制度，在實訓期間（兩周）累計曠課達到6節(jié)以上，或者遲到、早退累計達到8次以上的學生，該課程考核按不及格處理。在實訓期間需要外出查找資料，必須在指定的時間內方可外出。 課程設計的任務相對分散，每35名學生組成一個小組，完成一個課題的設計。小組成員既有分工、又要協(xié)作，同一小組的成員之間可以相互探討、協(xié)商，可以互相借鑒或參考別人的設計方法和經(jīng)驗。但每個學生必須單獨完成設計任務，要有完整的設計資料，獨立撰寫設計報告，設計報告雷同率超過50%的課程設計考核按不及格處理。三、課程設計題目及設計過程在此設計中，我們采用型號為AT89C51的單片機，通過報警電路與復位電路連接單片機，最后通過電源控制電路實現(xiàn)報警功能。AT89C51 提供以下標準功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32 個IO 口線，兩個16位定時計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時計數(shù)器串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。1） 報警功能在該報警器中，當?shù)谝淮斡|發(fā)時發(fā)出報警信號，延時6s后報警信號停止，10s內觸發(fā)可再次報警。2） 復位功能 當?shù)谝淮伟l(fā)出報警信號完成，信號停止后，10s內沒有第二次觸發(fā)則會自動復位，10s內觸發(fā)發(fā)生持續(xù)報警后，只可由復位鍵進行復位功能。四、設計報告設計完成后，必須撰寫課程設計報告。設計報告必須獨立完成，格式符合要求，文字（不含圖形、程序）不少于3000字，圖形繪制規(guī)范報告書用A4紙書寫，裝訂成冊。設計報告的格式如下： 1、封面 2、內容提要（摘要） 3、目錄 4、正文(1) 所作題目的意義、本人所做的工作及系統(tǒng)的主要功能； (2) 硬件電路設計及描述；1）確定元器件的型號及參數(shù)。2）畫出完整的原理圖。3）列出元器件清單。 (3) 軟件設計流程及描述； 5、心得體會（總結）6、參考文獻 7、附錄（源程序代碼）8、有關圖紙五、進度安排單片機課程設計共安排2周，合計80學時，具體分配如下：實習動員及準備工作： 2學時總體方案設計： 10學時硬件設計： 16學時軟件設計： 20學時撰寫設計報告： 12學時六、考核方法單片機課程設計的考核方式為考查，考核結果為優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五等，分數(shù)在90-100之間為優(yōu)秀，80-89分之間為良好，70-79分之間為中等，60-69分之間為及格，60分以下為不及格。 考核分三個方面進行：平時表現(xiàn)20%；設計過程25%；設計報告 40%；設計答辯15%。有下列情形之一者，課程設計考核按不及格處理： 1、設計期間累計遲到、早退達8次；2、設計期間累計曠課達6節(jié)； 3、設計報告雷同率超過50%或無設計報告；4、不能完成設計任務，達不到設計要求。摘要基于社會安全保障的需要，簡易報警器的使用愈加廣泛，目前，報警器主要利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)絡或則無線手機GSM.GPS網(wǎng)絡，通過無線或則有線的方式，連通主人電話，或則手機，實現(xiàn)遠程防盜功能的電子產(chǎn)品。紅外探測器。門磁，煙霧探測器，紅外柵欄等。在對單片機技術進行一個學期的研究學習后，我們選擇以簡易報警器作為課題進行設計。通過本次設計，我們要進一步熟悉和掌握單片機的結構和工作原理，掌握單片機的內部功能模塊的應用及匯編程序的編寫，內部功能模塊如定時器/計數(shù)器、中斷、片內外存儲器、I/O口、串行口通訊等，掌握以單片機為核心的電路設計的基本方法和技術，了解有關電路參數(shù)的計算方法。在本次設計中，我們采用了AT89C51型號單片機作為基本組成結構，給MCS-51單片機外加復位電路實現(xiàn)復位功能，通過外部電容實現(xiàn)上電復位，并設計內部時鐘功能的時鐘電路進行計時操作，用了兩個三極管對電路進行放大驅動蜂鳴器為報警電路。通過合理設計及連接各電路，并合理運用isis系統(tǒng)模擬，得到一個有效的報警器。目 錄1 緒論- 1 -1.1 課題背景- 1 -1.2 單片機簡介- 1 -1.2.1 單片機的分類- 1 -1.2.2 單片機的發(fā)展狀況- 2 -1.2.3 應用前景- 2 -2 系統(tǒng)方案設計- 3 -2.1 設計思路- 3 -2.2 設計要求- 3 -3 系統(tǒng)硬件設計- 4 -3.1 各部分電路設計- 4 -3.1.1 單片機的選擇- 4 -3.1.2 復位電路設計- 5 -3.1.3 時鐘電路設計- 6 -3.1.4 報警電路設計- 6 -3.2 總電路電路設計- 7 -4 系統(tǒng)軟件設計- 9 -4.1 系統(tǒng)主程序設計- 9 -4.1.1系統(tǒng)主程序流程圖- 9 -4.1.2中斷程序流程圖- 9 -總 結- 11 -參考文獻- 12 -附 錄- 13 -1 參考程序- 13 -1 緒論1.1 課題背景單片機自1976年由Intel公司推出MCS-48開始，迄今已有二十多年了。由于單片機集成度高、功能強、可靠性高、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等一系列優(yōu)點，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面，單片機的應用領域已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費產(chǎn)品、辦公自動化、汽車電子、PC機外圍以及網(wǎng)絡通訊等廣大領域。單片機有兩種結構：一種是在通用微型計算機中廣泛采用的，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器共用一個存儲器空間的結構，稱為“馮諾依曼”結構。另一種是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結構，稱為“哈佛”結構，目前的單片機采用此種結構較多。本文討論的單片機多功能時鐘系統(tǒng)的核心是目前應用極為廣泛的51系列單片機，配置了外圍結構，構成了一個可編程的及時定時系統(tǒng)，具有體積小，可靠性能高，功能多等特點，不僅能滿足所需要求而且還有很多功能可供擴展，有著廣泛的應用領域。1.2 單片機簡介在單片機技術日趨成熟的今天，其靈活的硬件電路的設計和軟件的設計，讓單片機得到了廣泛的應用，幾乎是從小的電子產(chǎn)品，到大的工業(yè)控制，單片機都起到了舉足輕重的作用。單片機小的系統(tǒng)結構幾乎是所有具有可編程硬件的一個縮影，可謂是“麻雀雖小，肝膽俱全”，單片機的學習和研究是對微機系統(tǒng)學習和研究的簡捷途徑。1.2.1 單片機的分類從市場上看到的AVR系列和PIC系列單片機是怎么回事？以便讓大家對單片機的發(fā)展有一個較全面的認識。在沒有學習單片機之前，這是一個令很多初學者非常困惑的問題，這么多的單片機我該先學哪一種呢？AVR系列單片機也是ATMEL公司生產(chǎn)的一種8位單片機，它采用的是一種叫RISC（精簡指令集單片機）的結構，所以它的技術和51系列有所不同，開發(fā)設備也和51系列是不通用的，它的一條指令的運行速度可以達到納秒級（即每秒次），是8位單片機中的高端產(chǎn)品。由于它的出色性能，目前應用范圍越來越廣，大有取代51系列的趨勢，所以學完了51系列的，看來必須學會AVR的才行，可嘆知識爆炸，人生苦短。說完了AVR的，再來說說另一種-PIC系列單片機，它是美國MICROCHIP公司，唉，又是老美，叫微芯公司的生產(chǎn)的另一種8位單片機，它采用的也是RISC的指令集，它的指令系統(tǒng)和開發(fā)工具與51系列更是不同，但由于它的低價格和出色性能，目前國內使用的人越來越多，國內也有很多的公司在推廣它，不過它的影響力遠沒有51系列的大，所以作為初學者，51系列當然(不，絕對)是首選。以上幾種只是比較多見的系列，其實世界上還有許多的公司生產(chǎn)各種各樣的單片機，比如：MOTOROLA的MC68H系列（老牌的單片機），TI的MSP430C系列（極低功耗的單片機），還有日本的TOSHIBA，日立的HITACH，德國的西門子SIEMENS等等，它們都有各自的結構體系，并不與51系列兼容。1.2.2 單片機的發(fā)展狀況計算機系統(tǒng)的發(fā)展已明顯地朝三個方向發(fā)展，這三個方向就是：巨型化，單片化，網(wǎng)絡化。單片機用以解決復雜系統(tǒng)計算和高速數(shù)據(jù)處理的仍然是巨型機在起作用，故而，巨型機在目前在朝高速及處理能力的方向努力。單片機在出現(xiàn)時，Intel公司就給其單片機取名為嵌入式微控制器（embedded microcontroller）。單片機的最明顯的優(yōu)勢，就是可以嵌入到各種儀器、設備中。這一點是巨型機和網(wǎng)絡不可能做到的。在本文，介紹單片機的最新技術進步，包括數(shù)字單片機的工藝及技術，模糊單片機的工藝及技術，單片機的可靠性技術，以及以單片機為核心的嵌入式系統(tǒng)。數(shù)字單片機的技術發(fā)展 數(shù)字單片機的技術進步反映在內部結構、功率消耗、外部電壓等級以及制造工藝上。在這幾方面，較為典型地說明了數(shù)字單片機的水平。在目前，用戶對單片機的需要越來越多，但是，要求也越來越高。下面分別就這四個方面說明單片機的技術進步狀況。1.2.3 應用前景觀察之前幾年以來各家廠商的銷售地區(qū)比重，可以發(fā)現(xiàn)中國大陸市場比重逐漸提升，臺灣與北美市場則逐漸衰退， 主要原因在于多項產(chǎn)品制造基地轉移至大陸，MCU在大陸的需求也隨之提升。銷貨至大陸的MCU產(chǎn)品，多應用于 電話、Caller ID、玩具與LCD等產(chǎn)品，預計在未來，銷貨至大陸的比重仍將持續(xù)增加。在中國產(chǎn)品應用領域可分 為五大項目，包括電腦周邊(高速Modem、DSC、NB中的電源管理等)、通訊產(chǎn)業(yè)、消費性產(chǎn)品(家電、冷氣等)、 車用市場(定速器、控制器、防盜器)及工業(yè)上的應用。有部份場家將特別瞄準消費性產(chǎn)品市場跨入，如Audio方式 將朝多媒、MP3解決方案前進，另外在PC連結應用上，包括無線、網(wǎng)路及標準應用產(chǎn)品，都會有一系列產(chǎn)品推出。 另外在電源系統(tǒng)應用方面，在UPS(不斷電系統(tǒng))、Server Power(伺服器電源)、Charger(充電器)等應用上；以及 在周邊應用領域方面，針對Game Device、記憶卡、讀卡機、及Pen Drive(隨身碟)等應用上。邏輯IC包括 微處理器(MPU)、微控制器(MCU)、特殊應用IC(ASIC)、可程式邏輯元件(PLD)以及一般的標準應用IC(ASSP)等， 不同的邏輯IC有其發(fā)展方向，而MCU產(chǎn)品則朝向整合型產(chǎn)業(yè)發(fā)展。22 系統(tǒng)方案設計2.1 設計思路其中硬件由AT89S51單片機、斯密特觸發(fā)器、自激振蕩器、蜂鳴器組成，其中顯示采用動態(tài)顯。MCS-51單片機的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的，上電復位電路是種簡單的復位電路，只要在RST復位引腳接一個電容到VCC，接一個電阻到地就可以了。時鐘電路一般分為兩種方式：一種是內部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本文用的是內部時鐘方式。報警電路用了兩個三極管（一個PNP型一個NPN型）對電路進行放大驅動蜂鳴器。2.2 設計要求設計并制作有如下功能的報警器：設計一個報警器，當?shù)谝淮斡|發(fā)時發(fā)出報警信號，延時六秒后報警信號停止，十秒內沒有二次觸發(fā)則自動復位，十秒內觸發(fā)第二次則持續(xù)報警，此時只可由復位鍵復位?；诖嗽O計一個簡易的報警器。33 系統(tǒng)硬件設計設計概要圖如下：圖1 設計概要圖3.1 各部分電路設計3.1.1 單片機的選擇單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。通常，單片機由單塊集成電路芯片構成，內部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O備相結合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。目前，我國生產(chǎn)很多型號的單片機，在此設計中，我們采用型號為AT89C51的單片機。AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內含4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89C51單片機可提供許多應用場合，可靈活應用于各種控制領域。主要性能參數(shù)：與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz24MHz；三級加密程序存儲器；1288字節(jié)內部RAM；32個可編程IO口線；2個16位定時計數(shù)器；6個中斷源；可編程串行UART通道；低功耗空閑和掉電模式。51單片機的電路圖：圖2 51單片機電路圖3.1.2 復位電路設計MCS-51單片機的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到內部復位操作所需要的信號。上電復位：上電復位電路是種簡單的復位電路，只要在RST復位引腳接一個電容到VCC，接一個電阻到地就可以了。上電復位是指在給系統(tǒng)上電時，復位電路通過電容加到RST復位引腳一個短暫的高電平信號，這個復位信號隨著VCC對電容的充電過程而回落，所以RST引腳復位的高電平維持時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復位，RST引腳的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位。本設計中用按鈕控制復位。復位電路圖如下：4圖3 復位電路3.1.3 時鐘電路設計時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本文用的是內部時鐘方式。時鐘電路電路圖如下：圖4 時鐘電路3.1.4 報警電路設計報警電路是整個電路成功的體現(xiàn)。報警電路用了兩個三極管（一個PNP型一個NPN型）對電路進行放大驅動蜂鳴器。報警電路圖如下：6圖5 報警電路3.2 總電路電路設計 對51系列單片機來說,最小系統(tǒng)一般應該包括:MCS-51系列單片機、晶振電路、復位電路以及一個穩(wěn)定的5V電源，正極接在40腳，20管腳接地，控制引腳EA接法。EA/VPP（31腳）為內外程序存儲器選擇控制引腳，當EA為低電位時，單片機從外部程序存儲器取指令；當EA接高電平時，單片機從內部程序存儲器取指令。AT89S51單片機內部有4KB可反復擦寫1000次以上的程序存儲器，因此我們把EA接到+5V高電平，讓單片機運行內部的程序。我們將上述電路與51單片機進行連接運行，則得到總電路圖?？傠娐穲D如下：7圖6 報警器總電路原件清單： AT89C51單片機1個電容2個SW-SPST開關1個電解電容101個電阻10K一個 22R一個 1K一個 200一個BUTTON觸發(fā)開關2個lamp顯示燈1個Crystal晶振1個電源1個4 系統(tǒng)軟件設計4.1 系統(tǒng)主程序設計系統(tǒng)主程序主要完成所有存儲單元的初始化，定時器T0，T1工作方式的設定，處置的設置，電路的連接情況，及報警蜂鳴器。4.1.1系統(tǒng)主程序流程圖圖7 主程序流程圖4.1.2中斷程序流程圖8圖8 中斷程序流程圖10總 結我在這一次單片機報警器的設計過程中受益匪淺。設計過程中我又回顧了大學三年所學的課程及相關知識。加深了對所學知識的理解。這為自己今后進一步深化學習，積累了寶貴的經(jīng)驗也培養(yǎng)了我運用所學知識解決實際問題的能力。經(jīng)過這次課程設計，也總結了很多問題：1.在設計程序之前,務必要對所用單片機的內部結構有一個系統(tǒng)的了解,知道該單片機片內有哪些資源。2.設計程序采用什么編程語言并不是非常重要,關鍵要有一個清晰的思路和一個完整的軟件流程圖。3.在設計程序時,不能妄想一次就將整個程序設計好,“反復修改,不斷改進”是程序設計的必經(jīng)之路。4.在設計程序過程中遇到問題是很正常的,但我們應該將每次遇到的問題記錄下來,并分析清楚,以免下次再碰到同樣的問題。 我覺得課程設計反映的是一個從理論到實際應用的過程，但是更遠一點可以聯(lián)系到以后畢業(yè)之后從學校轉到踏上社會的一個過程。在大學的課堂的學習只是在給我們灌輸專業(yè)知識，而我們應把所學的用到我們現(xiàn)實的生活中去，此次的電子時鐘設計給我奠定了一個實踐基礎，我會在以后的學習、生活中磨練自己，使自己適應于以后的競爭。11參考文獻1. 李全利. 單片機原理及接