基于單片機(jī)旋轉(zhuǎn)燈與報(bào)警器設(shè)計(jì)

1、目 錄摘 要.2 abstract.3 第 1 章 概 述.5 1.1 課題研究背景與意義.51.2 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容.5第 2 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì). 錯誤！未定義書簽。2.1 設(shè)計(jì)方案論證 . 錯誤！未定義書簽。2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .62.2.1 控制模塊. . .62.2.2 開關(guān)報(bào)警器模塊. . . .2.2.3 旋轉(zhuǎn)燈模塊 . . . .2.2.4 硬件電路中器件選擇. . . .2.3 軟件設(shè)計(jì) .2.3.1 主程序模塊. 錯誤！未定義書簽。2.3.2 中斷程序. 錯誤！未定義書簽。第 3 章 系統(tǒng)調(diào)試. 錯誤！未定義書簽。3.1 硬件調(diào)試 . 錯誤！未定義書簽。3.1.1 靜態(tài)檢查. 錯誤

2、！未定義書簽。3.1.2 通電檢查. 錯誤！未定義書簽。3.2 軟件調(diào)試及軟硬件聯(lián)調(diào) .錯誤！未定義書簽。3.2.1 proteus 軟件仿真 . 錯誤！未定義書簽。3.2.2 脫機(jī)調(diào)試. 錯誤！未定義書簽。3.2.3 程序. 錯誤！未定義書簽?？偨Y(jié).錯誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn).錯誤！未定義書簽。摘要隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城鄉(xiāng)建設(shè)加快，人們生活水平的提高。人們的安 全防護(hù)措施也不斷加強(qiáng)。正因如此，許多安全的電子器件也隨之出現(xiàn)。例如報(bào)警 器與循環(huán)燈的設(shè)計(jì)。報(bào)警器與循環(huán)燈是以單片機(jī)為核心的應(yīng)用系統(tǒng)，主要由振蕩 器、蜂鳴器、發(fā)光管和感應(yīng)器等幾部分組成。通過感應(yīng)器觸動開關(guān)，是蜂鳴器和0發(fā)光管工作。報(bào)

3、警器與旋轉(zhuǎn)燈一般匹配探測器，應(yīng)根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場環(huán)境和用戶的安 全防范要求，合理的選擇和安裝各種類型的報(bào)警探測器，才能較好的達(dá)到安全防 范的目的。隨著社會的不斷進(jìn)步，這些與安全有關(guān)的器件與我們的生活會更加的 息息相關(guān)。關(guān)鍵詞：單片機(jī)， 發(fā)光管， 蜂鳴器1單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書abstractwith the rapid development of our economy, speed up urban and rural construction, people living standard rise. peoples safety protection has been strengthened

4、. because of this, many security electronic devices have emerged. such as alarm and circular lamp design. alarm and circular lamp application system based on single chip microcomputer as the core, mainly by the oscillator, buzzer, luminous tube and sensor etc. through the sensor touch switch, is the

5、 buzzer and light pipe work. generally match detectors, alarm and rotating lamp should be according to the actual environment and the safety of users requirement, reasonable selection and installation of various types of alarm detector, in order to better achieve the goal of security. with the const

6、ant progress of the society, the safety related components is closely related to our lives more.keywords：single chip microcomputer， sensor， digital tubeii單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書第 1 章1.1 課題研究背景與意義概 述報(bào)警器與旋轉(zhuǎn)燈，是一種為防止或預(yù)防某事件發(fā)生所造成的后果，以聲、 光兩種形式來提醒或警示我們應(yīng)當(dāng)采取某種行動的電子產(chǎn)品。隨著科技的進(jìn) 步，機(jī)械式報(bào)警器越來越多地被先進(jìn)的電子報(bào)警器代替，經(jīng)常應(yīng)用于系統(tǒng)故 障、安全防范、交通運(yùn)輸、醫(yī)療

7、救護(hù)、應(yīng)急救災(zāi)、感應(yīng)檢測等領(lǐng)域，與社會生產(chǎn)密不可分。其通常具有以下幾個優(yōu)點(diǎn)： 1）光效節(jié)能：光效高、壽命長、節(jié)能環(huán)保；優(yōu)良的芯電路設(shè)計(jì)，聲音和聲光兩種工作模式任意轉(zhuǎn)換，聲音報(bào)警 聲強(qiáng)高達(dá) 115 分貝以上，穿透能力強(qiáng)。2）充電組，充放電性能穩(wěn)定、容量高、 自放電率低、節(jié)能環(huán)保。 3）安全可靠：采用先進(jìn)的光學(xué)軟件和優(yōu)化的結(jié)構(gòu)密封 設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，轉(zhuǎn)動安靜平穩(wěn)，經(jīng)受強(qiáng)力的碰撞和沖擊，確保 元件可在惡劣的環(huán)境中長期穩(wěn)定可靠的工作。 4）使用方便：體積小、重量輕、攜帶方便，可采用臺面放置、手提、磁力吸附等多種方式。報(bào)警器與旋轉(zhuǎn)燈一般匹配探測器，應(yīng)根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場環(huán)境和用戶的安全防范要求，合理的

8、選擇和 安裝各種類型的報(bào)警探測器，才能較好的達(dá)到安全防范的目的。當(dāng)選擇和安裝 報(bào)警探測器不合適時，有可能出現(xiàn)安全防范的漏洞，達(dá)不到安全防范的嚴(yán)密 性，給入侵者造成可乘之機(jī)，從而給安全防范工作帶來不應(yīng)有的損失。 報(bào)警探 測器的靈敏度和可靠性是相互影響的。合理選擇報(bào)警探測器的探測靈敏度和采 用不同的抗外界干擾的措施，可以提高報(bào)警探測器性能。采用不同的抗干擾措 施，決定了報(bào)警探測器在不同環(huán)境下的使用性能。了解各種報(bào)警探測器的性能 和特點(diǎn)，根據(jù)不同使用環(huán)境，合理配置不同的報(bào)警探測器是防盜報(bào)警系統(tǒng)的關(guān)3鍵環(huán)節(jié)。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書由于本課程設(shè)計(jì)只需設(shè)計(jì)處報(bào)警環(huán)節(jié)和旋轉(zhuǎn)燈環(huán)節(jié)，無需添加探測感應(yīng)環(huán)節(jié)，所以設(shè)

9、計(jì)簡單，容易實(shí)現(xiàn)。1.2 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容本課題的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制的報(bào)警器與旋轉(zhuǎn)燈，要求通過外 部中斷 0 控制報(bào)警器和旋轉(zhuǎn)燈。報(bào)警器與 p3.7 口接，八個發(fā)光二極管分別接 p2 口。當(dāng)接外部中斷 0 的開關(guān)按下時，報(bào)警器響，八個發(fā)光二極管順時針方向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)?shù)诙伟聪麻_關(guān)時，報(bào)警器停止和發(fā)光二級管熄滅。設(shè)計(jì)報(bào)警器與旋轉(zhuǎn)燈的硬件電路與軟件控制程序，對硬件電路與軟件程序分別進(jìn)行調(diào)試，并進(jìn) 行軟硬件聯(lián)調(diào)，要求獲得調(diào)試成功的實(shí)物。第 2 章系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)方案論證采用 40 腳，片內(nèi)帶 8kb flash rom 的 stc89c51 單片機(jī)作為控制核心，開 關(guān)模塊接 p3 口，報(bào)警器模

10、塊接 p2 口，旋轉(zhuǎn)燈模塊接 p0 口，按以上系統(tǒng)構(gòu)架設(shè) 計(jì)，單片機(jī)端口資源剛好滿足要求。2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的報(bào)警器與旋轉(zhuǎn)燈系統(tǒng)的電路原理圖如圖 1 所示。系統(tǒng)由旋轉(zhuǎn)燈 模塊、復(fù)位模塊、開關(guān)報(bào)警器模塊、和電源模塊四部分組成。4單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書圖 12.2.1 控制模塊控制模塊原理圖如圖 2 所示。主控制器采用 stc89c51。stc89c51 是一種 帶 8k 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器的低電壓，高性能 cmos 8 位的微處理器。在本設(shè)計(jì)中，p2 口用于對報(bào)警器的控制，連接開關(guān)和蜂鳴器。p0 口用于對 旋轉(zhuǎn)燈控制。在控制模塊里面，包含了時鐘電路以及復(fù)位電路兩部分。5單片

11、機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書圖 2a.時鐘電路stc89c52 內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 xtal1 和xtal2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式 產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖 3（a） 所示，在 xtal1 和 xtal2 引腳上外接定 時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的 并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在 1.212mhz 之間選擇，電容值在 530pf 之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。外部方式的時鐘電路如圖 3（b）所示，xtal2 接地，xtal1 接外部振蕩器。 對外部振蕩信號無特殊要求，只要

12、求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12mhz 的方波信號。xtal1xtal26單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書（a）內(nèi)部方式時鐘電路+5v外部振蕩器 xtal1xtal2（b）外部方式時鐘電路圖 3 時鐘電路b復(fù)位及復(fù)位電路a.復(fù)位操作復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把 pc 初始化為 0000h，使單片 機(jī)從 0000h 單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn) 行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。b.復(fù)位信號及其產(chǎn)生rst 引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù) 24 個振蕩周期(即二個機(jī)器周期)以上。若使用頗率為

13、 6mhz 的晶振，則復(fù)位信號 持續(xù)時間應(yīng)超過 4us 才能完成復(fù)位操作。整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號 (rst)送至 施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機(jī)器周期的 s5p2 時刻對施密特觸發(fā)器 的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位相按鍵手動復(fù)位兩種方式。7單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。這樣，只要電源 vcc 的上升時間不超過 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng) 的復(fù)位初始化。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù) 位端經(jīng)電阻與 vcc 電源

14、接通而實(shí)現(xiàn)的；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用 rc 微分電路產(chǎn) 生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的。2.2.2 開關(guān)報(bào)警器模塊開關(guān)控制電路的運(yùn)行，報(bào)警器是運(yùn)行中所顯示的一種狀態(tài)。如圖 4 所示。圖 4在沒有按鍵按下時， p2.3 口輸出的是低電平。當(dāng)某一層有鍵按下時，相應(yīng) 的端口引腳變?yōu)楦唠娖健?pnp 型的蜂鳴器驅(qū)動電路。2.2.3 旋轉(zhuǎn)燈模塊旋轉(zhuǎn)燈電路由 8 個 led 發(fā)光二極管和 8 個 0.3k的電阻構(gòu)成。該電路設(shè)計(jì)比 較簡單，但是要注意節(jié)點(diǎn)的電氣連接。如圖 5 所示。8單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書圖 52.2.4 硬件電路中器件選擇a. stc89c51 單片機(jī)stc89 系列單片機(jī)高速(最高時鐘頻率 90mhz

15、)，低功耗，在系統(tǒng)/在應(yīng)用可編 程(isp，iap),不占用戶資源。c51 工具包的整體結(jié)構(gòu)，其中 uvision 與 ishell 分別是 c51 for windows 和 for dos 的集成開發(fā)環(huán)境(ide)，可以完成編輯、編 譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用ide 本身或其它編輯器編 輯 c 或匯編源文件。然后分別由 c51 及 a51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.obj)。目 標(biāo)文件可由 lib51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) l51 連接定位生成絕 對目標(biāo)文件 (.abs) 。 abs 文件由 oh51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 hex 文件，以供調(diào)試器 dscop

16、e51 或 tscope51 使用進(jìn)行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板 進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 eprom 中。使用獨(dú)立的 keil 仿真器時， 注意事項(xiàng)：仿真器標(biāo)配 11.0592mhz 的晶振，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插 其他頻率的晶振。仿真器上的復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片，不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng)。仿真 芯片的 31 腳（/ea）已接至高電平，所以仿真時只能使用片內(nèi) rom，不能使用片9單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書外 rom；但仿真器外引插針中的 31 腳并不與仿真芯片的 31 腳相連，故該仿真器 仍可插入到擴(kuò)展有外部 rom（其 cpu 的/ea 引腳接至低電平）的目標(biāo)系統(tǒng)

17、中使用。本設(shè)計(jì)采用 stc89c51，它提供的功能標(biāo)準(zhǔn)如表 2-1。表 2-1 stc89c51 功能標(biāo)準(zhǔn)兼容 mcs51 指令系統(tǒng)32 個雙向 i/o 口3 個 16 位可編程定時/計(jì)數(shù)器中斷 2 個串行中斷2 個外部中斷源2 個讀寫中斷口線低功耗空閑和掉電模式stc89c51 引腳圖如圖 6 所示。8k 可反復(fù)擦寫 flash rom 256x8bit 內(nèi)部 ram時鐘頻率 0-24mhz 可編程 uart 串行通道 共 5 個中斷源 3 級加密位軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能圖 6a. 主電源引腳（2 根）vcc(pin40)：電源輸入，接5v 電源 gnd(pin20)：接地線b.外接晶振引腳

18、（2 根）10單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書xtal1(pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端xtal2(pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端c.控制引腳（4 根）rst/vpp(pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī) 復(fù)位。ale/prog(pin30)：地址鎖存允許信號psen(pin29)：外部存儲器讀選通信號ea/vpp(pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀 令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。d.可編程輸入/輸出引腳（32 根）stc89c51 單片機(jī)有 4 組 8 位的可編程 i/o 口，分別位 p0、p1、p2、p3 口， 每個口有

19、8 位（8 根引腳），共 32 根。p0 口（pin39pin32）：8 位雙向 i/o 口線，名稱為 p0.0p0.7p1 口（pin1pin8）：8 位準(zhǔn)雙向 i/o 口線，名稱為 p1.0p1.7p2 口（pin21pin28）：8 位準(zhǔn)雙向 i/o 口線，名稱為 p2.0p2.7p3 口（pin10pin17）：8 位準(zhǔn)雙向 i/o 口線，名稱為 p3.0p3.72.3 軟件設(shè)計(jì)2.3.1 主程序模塊11單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書系統(tǒng)主程序主要用于變量及其他部件的初始化，如系統(tǒng)的初始化，以便能夠 準(zhǔn)確的進(jìn)行相應(yīng)的操作。同時進(jìn)行相應(yīng)的功能鍵判斷，從而實(shí)現(xiàn)特殊功能。其相 應(yīng)的流程圖 7 所示。圖

20、 712單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書2.3.2 中斷程序在相應(yīng)的外部中斷和定時器中斷程序中，首先響應(yīng)外部中斷，再響應(yīng)兩個定 時器中斷，讀取鍵值，旋轉(zhuǎn)燈旋轉(zhuǎn)，報(bào)警器響，在定時器重置初始值以后，再次 外部中斷返回。中斷程序的相應(yīng)流程圖如 8 所示。開始初始化參數(shù) 開始外部中斷 0、1 響應(yīng)定時器 0、1 重置初值旋轉(zhuǎn)燈、報(bào)警器工作中斷返回第 3 章圖 8系統(tǒng)調(diào)試2.3.3 軟件編程：13單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit key1=p34;sbit beep=p23;void

21、delayms(uint);uint num1,num2;uchar aa;void init ()tmod=0x11;th1=(65536-1000)/256;tl1=(65536-1000)%256;th0=(65536-1000)/256;tl0=(65536-1000)%256;ea=1;et0=1;et1=1;void keyscan()if(key1=0)delayms(10);if(key1=0)while(!key1);tr0=tr0;tr1=tr1;p0=0xff;beep=0;void delayms(uint xms)uint i,j;for(i=xms;i0;i-)fo

22、r(j=110;j0;j-);void t0_time()interrupt 1th0=(65536-50000)/256;14單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書tl0=(65536-50000)%256;num1+;if(num1=20)num1=0;p0=aa;aa=_crol_(aa,1);void t1_time()interrupt 3th1=(65536-50000)/256;tl1=(65536-50000)%256;num2+;if(num2=40)num2=0;beep=beep;void main()init();beep=0;aa=0xfe;while(1)keyscan();3.1

23、硬件調(diào)試3.1.1 靜態(tài)檢查根據(jù)硬件電路圖核對了元器件的型號、極性，安裝是否正確，檢查硬件電路 連線是否與電路原理圖一致，檢查電路元器件是否都已經(jīng)連接好，用萬用表一一 測試。3.1.2 通電檢查先調(diào)試電源部分，整個電路只需要+5v 的電壓，用 usb 線從電腦 usb 口取電。 再用示波器檢測單片機(jī)的復(fù)位和晶振電路是否有復(fù)位信號和振蕩信號。3.2 軟件調(diào)試及軟硬件聯(lián)調(diào)15單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書對軟件先用仿真器進(jìn)行了調(diào)試。用仿真器運(yùn)行正常后，再用燒寫器將程序燒 到 stc89c51 單片機(jī)中，進(jìn)行了脫機(jī)調(diào)試。3.2.1 proteus 軟件仿真proteus 軟件是英國 labcenter ele

24、ctronics 公司出版的 eda 工具軟件（該 軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它 eda 工具軟件 的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器 件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué) 的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。proteus 是世界上著名的 eda 工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真， 一鍵切換到 pcb 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一 將電路仿真軟件、pcb 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺，其處理 器模型支持 8

25、051、hc11、pic10/12/16/18/24/30/dspic33、avr、arm、8086 和 msp430 等，2010 年即將增加 cortex 和 dsp 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處 理器模型。在編譯方面，它也支持 iar、keil 和 mplab 等多種編譯器。使用 proteus 原理及仿真電路如圖 9 所示。圖 916單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書它的功能特點(diǎn)：proteus 軟件具有其它 eda 工具軟件（例：multisim）的功 能。這些功能是： 1原理布圖 2pcb 自動或人工布線 3spice 電路 仿真 革命性的特點(diǎn) 1 互動的電路仿真 用戶甚至可以實(shí)時采用諸如

26、ram，rom，鍵盤，馬達(dá)，led，lcd，ad/da，部分 spi 器件，部分 iic 器件。 2仿 真處理器及其外圍電路 可以仿真 51 系列、avr、pic、arm、等常用主流單片 機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型 上編程，再配合顯示及輸出，能看 到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，proteus 建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。3.2.2 脫機(jī)調(diào)試用 proteus 仿真成功后，將設(shè)計(jì)程序燒寫到 stc89c51 中去，通電后發(fā)現(xiàn)開 關(guān)無法準(zhǔn)確控制報(bào)警器和旋轉(zhuǎn)燈工作。我在給蜂鳴器加驅(qū)動電路時有不理解的地 方。因?yàn)槿龢O管是 pnp 型的，所以在采用上圖的驅(qū)動方式進(jìn)行驅(qū)動蜂鳴器時，必 然對原程序進(jìn)行修改，并確定在 p2.3 口輸出高地平時驅(qū)動電路才會使蜂鳴器響。總結(jié)通過這次的 stc89c52 應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)讓我們更加地了解 stc89c52，懂得如何 運(yùn)用所學(xué)的