多功能報(bào)警器的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告題 目 多功能報(bào)警器的設(shè)計(jì) 系 別 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 2013年 4月多功能報(bào)警器的設(shè)計(jì)摘要：隨著生活水平的不斷提高，人們的安全防范意識(shí)也在不斷的增強(qiáng)，各種智能防盜報(bào)警器應(yīng)運(yùn)而生，并不斷地向各個(gè)領(lǐng)域深入，報(bào)警器是一種為防止或預(yù)防某事件發(fā)生所造成的后果，以聲音、電話提醒等形式來(lái)警示或提醒我們應(yīng)當(dāng)采取某種行動(dòng)的電子產(chǎn)品。隨著科技的進(jìn)步，家居安防中的機(jī)械式報(bào)警器越來(lái)越多地被先進(jìn)的電子報(bào)警器代替，如防盜報(bào)警器、防火報(bào)警器、煤氣天然氣泄露報(bào)警器等。并且電子報(bào)警器在安全智能家居監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)起越來(lái)越重要的作用。如家庭、公共地點(diǎn)、企事業(yè)單位，公司等。本設(shè)計(jì)采用智能

2、芯片at89c51單片機(jī)為主控器件，對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行查詢處理，控制報(bào)警信息的采集和報(bào)警信息的發(fā)送顯示。當(dāng)按下其中的任一開關(guān)時(shí)就產(chǎn)生報(bào)警信息，報(bào)警信息由4021芯片處理后送入單機(jī)片內(nèi)，經(jīng)過單機(jī)片處理后，將報(bào)警信息送入兩位數(shù)碼顯示器顯示報(bào)警點(diǎn)位置，同時(shí)觸發(fā)報(bào)警音響，達(dá)到報(bào)警。關(guān)鍵詞：at89c51單片機(jī)、報(bào)警器、4021芯片multi-function alarm designabstract:with the continuous improvement of living standards, peoples safety awareness and a growing, all kinds o

3、f intelligence and alarm system emerged, and continuously deeply to various fields, alarm is a kind of to prevent or prevent some event happens the consequences, in the form of sound, phone call etc to alert or reminds us that we should take some action of electronic products. with the progress of s

4、cience and technology, mechanical alarm in the home security is increasingly advanced electronic alarm, burglar alarm, fire alarm, gas, gas leak alarm and etc. and electronic alarm in the security intelligent household monitoring alarm system more and more important role.such as family, public place

5、s, enterprises, company, etc. this design uses the intelligent chip at89c51 as the controller device to alarm information, control alarm, query processing information collection and alarm information delivery display. when press one of the either switch produce alarm information, alarm information b

6、y single chip 4021 pieces (after through into the single slice processing, will alarm information into two digital display, and emergency alarm triggered alarm sound position, to call the police.keywords: at89c51 alarm 4021 chip目錄前言1第一章 概述21.1 多功能報(bào)警器的發(fā)展歷程21.2 設(shè)計(jì)的目的及意義2第二章 多功能報(bào)警器的設(shè)計(jì)原理32.1 多功能報(bào)警器設(shè)計(jì)原理3

7、2.2 影響設(shè)計(jì)方案的因素分析32.2.1 分析一32.2.2 分析二32.2.3 分析三4第三章 單片機(jī)的選擇及硬件電路的分析53.1 單片機(jī)的應(yīng)用及選擇53.2.2 4021b芯片介紹83.3電路組成及工作原理83.3.1 硬件原理圖及說明83.4 led數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)103.5 主要電路的設(shè)計(jì)123.5.1整流電路123.5.2 報(bào)警電路13第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)144.1 軟件程序設(shè)計(jì)要求144.2 軟件設(shè)計(jì)分析144.2.1 i2c串行接口總線技術(shù)144.2.2 hd7279串行接口154.3主程序模塊164.4中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)174.4.1 實(shí)時(shí)時(shí)鐘定時(shí)器中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)184.

8、5子程序模塊184.5.1 鍵盤掃描子程序設(shè)計(jì)184.5.2顯示處理子程序設(shè)計(jì)194.5.3 通用的i2c通訊子程序20第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)22致謝23參考文獻(xiàn)24前言隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民的生活水平在不斷上升，物質(zhì)財(cái)富不斷增長(zhǎng)，人們?yōu)榱司S護(hù)個(gè)人或集體的利益不受損失，營(yíng)造一個(gè)更好的發(fā)展環(huán)境，安全意識(shí)也在不斷地增強(qiáng)，現(xiàn)代化建設(shè)已經(jīng)向社會(huì)的各個(gè)方面深入，各種復(fù)雜的環(huán)境對(duì)安全提出了新的挑戰(zhàn)，當(dāng)然，蓬勃發(fā)展的現(xiàn)代化趨勢(shì)也給安全防盜的發(fā)展提供了難得的機(jī)遇，膽識(shí)挑戰(zhàn)和機(jī)遇同在。挑戰(zhàn)來(lái)自于服務(wù)對(duì)象，也來(lái)自于對(duì)手，服務(wù)對(duì)象來(lái)自于社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域。帶有各自的環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)象有不同的特點(diǎn)，這就要求產(chǎn)品要有大的靈活性

9、，適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境，再有就是價(jià)格不能高，要盡量的低廉，低的投入?yún)s是要求高的產(chǎn)出，為生產(chǎn)者提供了一個(gè)大大的難題。近幾年，多功能安全防盜體系在不斷地摸索中一步步走來(lái)，從而使安全防盜體系也日趨完善，但是要給用戶提供更完美低廉的防盜產(chǎn)品，追求更大效益，占有更大的同類市場(chǎng)，生產(chǎn)商仍然在不斷努力，一款款新的防盜產(chǎn)品在不斷地被推出，競(jìng)爭(zhēng)是殘酷的，只有依賴現(xiàn)代化的先進(jìn)電子技術(shù)，預(yù)見到未來(lái)市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，充分的開拓市場(chǎng)才能在這個(gè)弱肉強(qiáng)食的社會(huì)占有一席之地，在諸多因素中，性能和價(jià)格占的地位可謂重大，本設(shè)計(jì)在依賴與其他同類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的功能，降低了成本，相信可以與先進(jìn)的防盜系統(tǒng)媲美，值得一提的是它便

10、于堵漏擴(kuò)展，具有很大的靈活性，突出其多功能特性。 第一章 概述1.1 多功能報(bào)警器的發(fā)展歷程防盜報(bào)警產(chǎn)品是最早進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)應(yīng)用的安防產(chǎn)品，因此防盜報(bào)警產(chǎn)品成為中國(guó)安防產(chǎn)品生產(chǎn)制造商最早涉足的領(lǐng)域。1985-1995年的誕生萌芽階段。以福建泉州企業(yè)在模仿國(guó)外產(chǎn)品基礎(chǔ)上，生產(chǎn)出中國(guó)自主研發(fā)的第一只紅外探測(cè)器。在這個(gè)階段，報(bào)警行業(yè)不僅壟斷性強(qiáng)，而且發(fā)展緩慢，產(chǎn)品更新緩慢，主要代表企業(yè)有泉州時(shí)刻、科立信。1995-2002年模仿、快速發(fā)展階段。報(bào)警產(chǎn)品逐漸開始流行，現(xiàn)在的很多有名的報(bào)警企業(yè)都在這個(gè)時(shí)期誕生。在房地產(chǎn)市場(chǎng)的拉動(dòng)下，報(bào)警行業(yè)開始快速發(fā)展。在這一段，國(guó)內(nèi)防盜報(bào)警企業(yè)已經(jīng)能夠生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品

11、，不過紅外探測(cè)器和主機(jī)還是以國(guó)外產(chǎn)品為主，但也有中國(guó)企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)自己的探測(cè)器和主機(jī)，主要代表企業(yè)有深圳懾力、豪恩。2002年到現(xiàn)在自主創(chuàng)新階段。2002年以后，防盜報(bào)警行業(yè)繼續(xù)快速發(fā)展。中國(guó)防盜報(bào)警企業(yè)生產(chǎn)的報(bào)警配件和紅外探測(cè)器逐漸能夠和國(guó)外產(chǎn)品的質(zhì)量相媲美。這一階段主要的代表企業(yè)有深圳豪恩、美安等。1.2 設(shè)計(jì)的目的及意義隨著改革開放的深入，社會(huì)治安已成為人們極為關(guān)注的焦點(diǎn)，防盜意識(shí)也逐步深入人心，防盜報(bào)警器的可靠性理所當(dāng)然地成為人們關(guān)心的問題。人們對(duì)居家、工作的概念已從最初滿足簡(jiǎn)單的居住、辦公上升至注重對(duì)住宅、辦公大樓的人性化需求，其中安全性是首要目標(biāo)。 本設(shè)計(jì)的目的在于設(shè)計(jì)出一個(gè)具有實(shí)用

12、價(jià)值的、性能較高的多路防盜報(bào)警器。該報(bào)警器具有誤報(bào)率較低、安裝和配置容易等特點(diǎn)。該防盜報(bào)警器適用于倉(cāng)庫(kù)、住宅、機(jī)關(guān)辦公樓等地的防盜報(bào)警。在沒有人在的情況下它可自動(dòng)完成報(bào)警任務(wù)，防止盜竊的發(fā)生。自動(dòng)報(bào)警器的設(shè)計(jì)在一定情況下解決了無(wú)人看護(hù)倉(cāng)庫(kù)、住宅等地物品的保護(hù)，使廠家的資產(chǎn)和個(gè)人的財(cái)產(chǎn)免受損失。本報(bào)警器在同一地點(diǎn)可監(jiān)視多處的安全情況，一旦出現(xiàn)偷盜，將會(huì)報(bào)警。第二章 多功能報(bào)警器的設(shè)計(jì)原理2.1 多功能報(bào)警器設(shè)計(jì)原理根據(jù)原理圖3-4所示，有16個(gè)開關(guān)按鍵模擬16個(gè)報(bào)警觸發(fā)點(diǎn)，如果發(fā)現(xiàn)有警情，就會(huì)有開關(guān)信號(hào)(或多個(gè)信號(hào))的產(chǎn)生，對(duì)應(yīng)的4021口信號(hào)將會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)p3.6和p3.4輸出讀允許信號(hào)即4

13、021可將數(shù)據(jù)輸入單片機(jī)的允許信號(hào)時(shí)，4021將16位的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，單片機(jī)將會(huì)通過內(nèi)部的程序識(shí)別出是否是警情，如果是，則會(huì)找出對(duì)應(yīng)的地址，調(diào)用該位的對(duì)應(yīng)七段碼，送到顯示單元，并且報(bào)警，即為：?jiǎn)纹瑱C(jī)的p1口輸出經(jīng)單片機(jī)處理的七段碼地址送入兩位led數(shù)碼顯示器，先由p3.0口控制顯示高位，經(jīng)過短時(shí)間的延時(shí)，再由p3.1口控制低位顯示單元，實(shí)現(xiàn)兩位動(dòng)態(tài)顯示，實(shí)現(xiàn)報(bào)警顯示，報(bào)警音響在查找報(bào)警地址時(shí)已將報(bào)警音響觸發(fā)，如發(fā)現(xiàn)多處報(bào)警，則會(huì)循環(huán)顯示報(bào)警位，一旦出現(xiàn)警情，并且報(bào)警，報(bào)警將持續(xù)工作，直到警情已被處理即人為將報(bào)警系統(tǒng)復(fù)位，這就是該設(shè)計(jì)的報(bào)警系統(tǒng)的基本原理和系統(tǒng)工作的過程。本設(shè)計(jì)采用低電平作為報(bào)

14、警信號(hào)，單機(jī)片掃描到報(bào)警信號(hào)，一個(gè)掃描周期結(jié)束后，關(guān)閉4021然后單機(jī)片對(duì)報(bào)警信號(hào)做進(jìn)一步分析，為查找報(bào)警點(diǎn)和報(bào)警。2.2 影響設(shè)計(jì)方案的因素分析多功能防盜報(bào)警器可以有很多種的設(shè)計(jì)方法，可以通過模電，電路進(jìn)行搭建，數(shù)電，也可以由可編程控制器作為主控制，還可以用單機(jī)片作為主控制器件。不同的設(shè)計(jì)有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，具體分析如下： 2.2.1 分析一用可編程控制器作為主控單元的報(bào)警器，此類設(shè)計(jì)過程大部分為程序軟件部分的設(shè)計(jì)，但是此類設(shè)計(jì)依靠大量的硬件支持，如繼電器、觸發(fā)器、定時(shí)器等。這些器件在實(shí)際工作過程中，往往達(dá)不到理論上的特性。在價(jià)格上一個(gè)普通的可編程控制器的主機(jī)在千元以上，其他的器件也比較昂貴，

15、所以這樣設(shè)計(jì)的報(bào)警器幾乎沒有。 2.2.2 分析二由數(shù)電、模電等搭建出的報(bào)警電路，這些硬件搭建起的電路本身的可靠性就很低，很容易出現(xiàn)報(bào)警疏漏或錯(cuò)誤報(bào)警等現(xiàn)象，電路的本身就較復(fù)雜，此類設(shè)計(jì)沒有模電搭建的電路或可編程控制器作為主控單元的報(bào)警器具有的靈活性，同時(shí)可靠性也降低，成本很高，難以維護(hù)，因此在現(xiàn)實(shí)生活中，幾乎沒有這類產(chǎn)品。應(yīng)用此類設(shè)計(jì)一般都是進(jìn)行簡(jiǎn)單的控制，或者是用來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的功能。主要是用此類設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)，難以擴(kuò)展，靈活性很低，所以，本設(shè)計(jì)不采用此類方法。 2.2.3 分析三由單片機(jī)作為主控器件的報(bào)警器設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便進(jìn)行擴(kuò)展、并能體現(xiàn)出多功能的特性。符合本論文的要求、它具

16、有可靠性高、成本低廉，功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，在電子智能系統(tǒng)開發(fā)中得到廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮出了重要的作用，本設(shè)計(jì)的要求只有通過單片機(jī)的控制才能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。相比其他的設(shè)計(jì)方案，該方案更是表現(xiàn)出了優(yōu)良的特性，所以本設(shè)計(jì)基于at89c51芯片使用廣泛，使用具有代表性的單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。第三章 單片機(jī)的選擇及硬件電路的分析3.1 單片機(jī)的應(yīng)用及選擇8051是mcs-51系列單片機(jī)中的代表產(chǎn)品，它內(nèi)部集成了功能強(qiáng)大的處理器，包括硬件乘除法器、21個(gè)專用控制寄存器、4kb的程序存儲(chǔ)器、128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、4組8位的并行口、兩個(gè)16位的可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器、一個(gè)全雙工的串行口以及布爾處理器。mcs-51具有比較大

17、的尋址空間，地址線寬達(dá)16條，即外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的尋址范圍達(dá)216=64kb，這作為單片機(jī)控制來(lái)說已是比較大的，這同時(shí)具備了i/o口的訪問能力。此外，mcs-51采用模塊化結(jié)構(gòu)，可方便的增刪一個(gè)模塊就可使引腳和指令兼容得到提高，這給應(yīng)用提供了極大的便利。mcs-51的指令系統(tǒng)近乎完善，指令系統(tǒng)中包含了全面的數(shù)據(jù)傳送指令、完善的算數(shù)和邏輯運(yùn)算指令、方便的邏輯操作和控制指令，對(duì)于編程來(lái)說，是相當(dāng)靈活和方便的。mcs-51單片機(jī)的工作頻率為212mhz，當(dāng)振蕩頻率為12mhz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為1us，這個(gè)速度應(yīng)該說是比較快的。8051中集成了完善的各種中斷源，用戶可以十分方便的控制和使用其

18、功能。使得它的應(yīng)用范圍加大，可以說它可以滿足絕大部分的應(yīng)用場(chǎng)合。mcs-51把微型計(jì)算機(jī)的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大偏短、可靠性更高、運(yùn)行速度更快。由于屬于芯片化的微型計(jì)算機(jī)，各功能部件在芯片中的布局和結(jié)構(gòu)達(dá)最優(yōu)化，抗干擾能力強(qiáng)，工作亦穩(wěn)定。因此，在工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，使用單片機(jī)是最理想的選擇。單片機(jī)屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。mcs-51的開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，介紹其他功能特性書籍和開發(fā)軟件隨處可取，只需配合一臺(tái)pc(對(duì)電腦配置基本上無(wú)要求) ，一臺(tái)仿真編程器即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。在眾多的單片機(jī)中，mcs-51的環(huán)境資源是最豐富的，這給mc

19、s-51用戶帶來(lái)極大地便利。所以，本設(shè)計(jì)采用at89c51芯片。3.2 芯片簡(jiǎn)介3.2.1 at98c51芯片介紹(1) at89c51性能簡(jiǎn)介at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(fperom) 的低電壓，高性能cmos 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用atlem高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容，由于將多功能8位cpu和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，atlem的at89c51是一種高效控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供一個(gè)靈活性高且價(jià)廉的的方案。(2) 主要特性1) 8031cpu與mcs-51兼容2)4k字節(jié)可編程flash

20、存儲(chǔ)器(壽命100寫/擦循環(huán))3)全靜態(tài)工作：0hz24khz4)三級(jí)程序存儲(chǔ)器程序鎖定5)1288位內(nèi)部ram6)32條可編程i/o線7)兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8)6個(gè)中斷源9)可編程串行通道10)低功耗的閑置和掉電模式11)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路(3)管腳說明mcs-51系列單片機(jī)芯片均為40個(gè)引腳，hmos工藝制造的芯片采用雙列直插(dip)方式封裝，其引腳示意及功能分類如圖3-1所示：圖3-1 mcs-51單片機(jī)芯片mcs-51系列單片機(jī)的40個(gè)引腳中有2個(gè)專用于主電源的引腳，2個(gè)外接晶體的引腳，4個(gè)控制或與其他電源復(fù)用的引腳，以及32條輸入輸出i/o引腳。mcs-51系列單片機(jī)的引腳

21、作用可歸納為以下兩點(diǎn)：(1)單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳都具有第2功能(2)但評(píng)級(jí)對(duì)外呈3總線形式，有p2、p0口組成16位地址總線；由p0口分時(shí)復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線；由ale、psen/、ea/與p3口中的int0/、int1/、t0、t1、wr/、rd/共10個(gè)引腳組成控制總線。(3)時(shí)鐘電路與工作時(shí)序xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器，石晶震蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，xtal2應(yīng)不接，由于輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。at89c5

22、1的晶振率6mhz(4)復(fù)位方式與電路復(fù)位就是通過某種方式，使單片機(jī)內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作。at89c51單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后，在reset端持續(xù)給出2個(gè)機(jī)器周期的高電平就可以復(fù)位操作。復(fù)位分為上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種方式。本系統(tǒng)采用上電復(fù)位方式。在上電瞬間rst端與vcc電位相同，隨著電容上電壓的逐漸上升，rst端電位逐漸下降，上電復(fù)位所需要的最短時(shí)間是振蕩器簡(jiǎn)歷時(shí)間加2個(gè)機(jī)器周期。 3.2.2 4021b芯片介紹4021b引腳排列及主要引腳的說明：圖3-2 4021b芯片引腳排列圖p/s串行并行控制-9腳 電源-16腳si 串行輸入-11腳 接地-8腳q8 串行輸入-3腳

23、cl時(shí)鐘-10腳并行輸入-pi1- pi8腳4021b八位移位寄存器(異步并入) 單機(jī)片掃描到報(bào)警信號(hào)，一個(gè)掃描周期結(jié)束后關(guān)閉4021然后單機(jī)片對(duì)報(bào)警信號(hào)做進(jìn)一步分析，即查找報(bào)警點(diǎn)和報(bào)警，具體掃描過程為p3.6和p3.4輸出讀允許信號(hào)即4021可將數(shù)據(jù)輸入單片機(jī)的允許信號(hào)，4021將16位的數(shù)據(jù)逐位送入單片機(jī)，單片機(jī)通過內(nèi)部程序識(shí)別是否為警情，若是，則找出對(duì)應(yīng)位的地址，調(diào)用該位的對(duì)應(yīng)七段碼，送到顯示單元，并且報(bào)警。3.3電路組成及工作原理 3.3.1 硬件原理圖及說明本設(shè)計(jì)的原理圖3-3如下，設(shè)計(jì)采用at89c51單片機(jī)作為主控器件，兩片4021芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和輸入，兩位led數(shù)碼顯示器，

24、顯示報(bào)警點(diǎn)的信息，直流蜂鳴作為報(bào)警音響，設(shè)計(jì)中的報(bào)警觸發(fā)點(diǎn)，由原理圖中的16個(gè)開關(guān)代替。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有警情出現(xiàn)時(shí)，i/o原來(lái)的高電平將轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜁r(shí)，單片機(jī)通過p3.6和p3.4控制4021進(jìn)行讀操作，將警情信息送入單片機(jī)內(nèi)處理，找出檢測(cè)點(diǎn)，然后將報(bào)警點(diǎn)的信息通過p1口送到顯示單元，同時(shí)將p3.7置低，報(bào)警音響的電路開始工作。3.3.2框圖及原理圖圖3-3 報(bào)警電路框圖 圖3-4 多功能報(bào)警電路原理圖3.4 led數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)led數(shù)碼顯示器是一種由led發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了8個(gè)led發(fā)光二極管，其中7個(gè)用于顯示字符，1個(gè)用于顯示小數(shù)點(diǎn)，故通常稱之為7段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。其

25、內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖3-5 led數(shù)碼顯示器圖 led數(shù)碼顯示器共有兩種連法：(1) 共陽(yáng)極接法：把發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起構(gòu)成共陽(yáng)極，使用共陽(yáng)極時(shí)接+5v，每個(gè)發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連當(dāng)陰極段輸入低電平時(shí)，段法發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平時(shí)則不點(diǎn)亮。(2) 共陰極接法：把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成共陰極，使用公共陰極接地。每個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極通過電阻與輸入端相連，當(dāng)陽(yáng)極端輸入高電平時(shí)，發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮。為了顯示字符，要為led數(shù)碼顯示器提供顯示段碼(或稱字形代碼) 組成一個(gè)“8”字形字符的7段，再加上1個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)8段，因此提供給led數(shù)碼顯示器的顯示段碼為1個(gè)

26、字節(jié)各段碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：段碼位d7d6d5d4d3d2d1d0顯示段dpgfedcba 用led數(shù)碼顯示器顯示十六位進(jìn)制和空白字符與p的顯示段碼如下表：字型共陽(yáng)極段碼共陰極段碼字型共陽(yáng)極段碼共陰極段碼0c0h3fh990h6fh1f9h06ha88h77h2a4h5bhb83h7ch3b0h4fhcc6h39h499h66hda1h5eh592h6dhe86h79h682h7dhf8eh71h7f8h07h空白ffh00h880h7fhp8ch73h(1) 如果要在同一時(shí)刻顯示不同的字符，從電路上看，這是辦不到的。因此只能利用人眼對(duì)視覺的殘留效應(yīng)，采用動(dòng)態(tài)掃描顯示的方法，逐個(gè)循環(huán)點(diǎn)亮各位數(shù)

27、碼管，每位顯示5ms左右，是人看起來(lái)就好像在同時(shí)顯示不同的字符一樣。在進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示時(shí)，往往是先并不知道應(yīng)顯示什么內(nèi)容，這樣也就無(wú)從選擇顯示字符的顯示段碼。為此，一般采用查表的方法，由待現(xiàn)實(shí)的字符通過查表得到其對(duì)應(yīng)得顯示段碼。參數(shù)說明：流入發(fā)光二極管il范圍：10m20ma； u1范圍 ：1.5v2v r=(vcc-0.7-ut)/h r范圍：135320 pnp管前的限流電阻ru： ru=(vcc-0.7)/ib ib=ic/(ic=il) 求出ib即可算出ru3.5 主要電路的設(shè)計(jì) 3.5.1整流電路整流電路(rectifying circuit)把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整

28、流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。橋式整流電路比半波整流電路的效率高，電容濾波比電感濾波的成本低，穩(wěn)壓電路比非穩(wěn)壓電路輸出的電壓穩(wěn)定。這種電路，只要增加兩只二極管口連接成“橋”式結(jié)構(gòu)，便具有全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)，而同時(shí)在一定程度上克服了它的缺點(diǎn)。下圖是一個(gè)帶有橋式整流電路的電容濾波的7085穩(wěn)壓的穩(wěn)壓電路通過變壓器將220伏的交流電經(jīng)過這些環(huán)節(jié)得到5伏左右的直流電壓，以便提高單片機(jī)的工作電壓。 圖3-6 整流電路圖 3.5.2 報(bào)警電路當(dāng)p

29、3.7為低電平即給直流蜂鳴器加一個(gè)5v電壓，直流蜂鳴器就會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警。 圖3-7 報(bào)警電路圖參數(shù)說明： r=(vcc-0.7/ib ic=(vcc-0.3)/r ib=ic/第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件程序設(shè)計(jì)要求熟悉芯片的編程操作。編程前需詳細(xì)閱讀這兩塊芯片的內(nèi)容，包括芯片的管腳、用途、指令碼、讀寫數(shù)據(jù)的時(shí)序圖、基本的編程操作等。4.2 軟件設(shè)計(jì)分析軟件是系統(tǒng)的指揮中心，由它來(lái)配合控制完成各種預(yù)定功能。為了充分發(fā)揮at89c51優(yōu)越的性能價(jià)格比，在設(shè)計(jì)上盡量做到硬件“軟化”，進(jìn)一步體現(xiàn)軟件編程的靈活性，使系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)得到簡(jiǎn)化。系統(tǒng)軟件采用mcs-51單片機(jī)匯編語(yǔ)言編寫，采用了模塊化結(jié)

30、構(gòu)設(shè)計(jì)。為增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，對(duì)那些偶然事件采用中斷方式處理，主程序主要用于系統(tǒng)的控制和管理。軟件設(shè)計(jì)時(shí)，首先是做好準(zhǔn)備工作，即讀出每個(gè)按鍵的鍵值，并檢查數(shù)碼管是否可以正確顯示所有數(shù)字。電路設(shè)計(jì)時(shí)是按模塊設(shè)計(jì)的，軟件設(shè)計(jì)也一樣，采用中斷子程序方式，首先編寫大概的主程序，然后理出所需設(shè)計(jì)的子程序并逐個(gè)分析和設(shè)計(jì)子程序，編寫出子程序后應(yīng)給予編譯檢查錯(cuò)誤，若有錯(cuò)誤再更正直到通過編譯即沒有語(yǔ)法錯(cuò)誤，等每個(gè)子程序編寫完以后，再修改主程序完成整體的程序編寫，最后在將程序進(jìn)行調(diào)試。4.2.1 i2c串行接口總線技術(shù)i2c(inter-integrated-circuit)是philips公司推出的串行總線技術(shù)

31、，它是在器件之間實(shí)現(xiàn)同步串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，是一種采用兩線制(數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線)通信的標(biāo)準(zhǔn)總線。i2c總線主要有以下幾個(gè)特征：(1)數(shù)據(jù)傳輸只需兩根通信線，即數(shù)據(jù)線sda和時(shí)鐘線scl。(2)總線模式包括主發(fā)送模式、主接收模式、從發(fā)送模式、從接收模式。(3)每一個(gè)連接到i2c總線的器件都必須有唯一的器件地址，通過這個(gè)地址，主器件可以對(duì)從器件尋址。(4)具有沖突檢測(cè)和仲裁機(jī)制，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院屯暾浴?5)傳輸速度高，標(biāo)準(zhǔn)模式下數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)100kb/s，快速模式下可達(dá)400kb/s，高速模式下可達(dá)3.4mb/s。(6)由于總線接口引腳內(nèi)部采用漏極開路工藝，所以總線上要接上拉電阻。連接到

32、總線上器件數(shù)量受到總線最大電容負(fù)載400pf的限制i2c總線的時(shí)序一次完整的i2c總線時(shí)序過程由起始信號(hào)，地址信號(hào)，應(yīng)答信號(hào)，字節(jié)數(shù)據(jù)信號(hào)和停止信號(hào)等幾部分組成。(1)起始和停止信號(hào)。在一次通信的過程中，應(yīng)該有一個(gè)起始信號(hào)和停止信號(hào)。在i2c總線協(xié)議中，起始信號(hào)(start)和停止信號(hào)(stop)都是又主器件產(chǎn)生的。起始信號(hào)表明一次i2c總線傳輸?shù)拈_始，停止信號(hào)表明i2c通信的結(jié)束。當(dāng)scl線為高電平時(shí)，sda線由高電平的到低電平的負(fù)跳變定義為起始信號(hào)，而sda由低電平到高電平的正跳變被定義為停止信號(hào)。(2)器件地址。i2c總線上每一個(gè)器件都有唯一的地址，每次發(fā)送器發(fā)送起始信號(hào)后，必須接著發(fā)出

33、1個(gè)字節(jié)的地址信息，以選取連接在總線上的某個(gè)器件。從器件地址占用1個(gè)字節(jié)，其地址占用用d7d1共7位，d0位是數(shù)據(jù)傳送方向(又稱讀/寫選擇位)。當(dāng)d0=1時(shí)，表示主器件向從器件讀數(shù)據(jù)，d0=0表示主器件向從器件寫數(shù)據(jù)。4.2.2 hd7279串行接口hd7279采用串行方式與微處理器通信，串行數(shù)據(jù)從data引腳送入芯片，并由clk端同步。當(dāng)片選信號(hào)變?yōu)榈碗娖胶?，data引腳上的數(shù)據(jù)在clk的上升沿被寫入hd7279的緩沖寄存器中。hd7279的指令結(jié)構(gòu)有三種類型：1:不帶數(shù)據(jù)的純指令，指令的寬度為8個(gè)bit，即微處理器需發(fā)送8個(gè)clk脈沖。2:帶有數(shù)據(jù)的指令，指令寬度為16bit，即微處理器需

34、發(fā)送16個(gè)clk指令。3:讀取鍵盤指令，寬度為16bit，前8個(gè)位微處理器發(fā)送到hd7279的指令，后8個(gè)bit為hd7279返回的鍵盤代碼。執(zhí)行此指令時(shí)，hd7279的data端在第九個(gè)clk脈沖的上升沿變?yōu)檩敵鰻顟B(tài)，并與第十六個(gè)脈沖的下降沿恢復(fù)為輸入狀態(tài)，等待接受下一個(gè)指令。串行接口的時(shí)序如下圖：(1)純指令(2)帶數(shù)據(jù)指令(3)讀鍵盤指令4.3主程序模塊主程序主要完成初始化、顯示處理、送7279顯示、鍵盤掃描以及鍵處理等功能，其中初始化又涉及內(nèi)存單元，顯緩區(qū)，堆棧，定時(shí)器賦初值，密碼初始化及各寄存器的初始化，流程圖如圖4-3所示：4.4中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，外部設(shè)備何時(shí)向單

35、片機(jī)發(fā)出請(qǐng)求，cpu預(yù)先是不知道的，若果采用查詢方式必將大大降低cpu的工作效率。為了解決快速的cpu和慢速的外設(shè)間的矛盾，發(fā)展了中斷的概念。良好的中斷系統(tǒng)能提高計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)處理的能力，實(shí)現(xiàn)cpu與外設(shè)分時(shí)操作和自動(dòng)處理故障。本次設(shè)計(jì)中門磁何時(shí)檢測(cè)到信號(hào)及無(wú)線遙控何時(shí)發(fā)出信號(hào)，都是cpu預(yù)先不知道的，因此宜都采用外部中斷。當(dāng)兩個(gè)以上中斷開啟時(shí)，就涉及到中斷優(yōu)先級(jí)的問題。51芯片中中斷的優(yōu)先級(jí)從先到后排列依次為外部中斷0、定時(shí)器t0中斷、外部中斷1、定時(shí)器t1中斷、串行口中斷。此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中門磁檢測(cè)的優(yōu)先級(jí)最高，采用外部中斷0處理；無(wú)線發(fā)射采用外部中斷1；另外為了能實(shí)時(shí)顯示時(shí)鐘，采用單片機(jī)內(nèi)部的

36、定時(shí)器中斷，該定時(shí)器中斷可以記錄報(bào)警的時(shí)間，本次采用定時(shí)器t0中斷。4.4.1 實(shí)時(shí)時(shí)鐘定時(shí)器中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)該部分用來(lái)實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示，當(dāng)有發(fā)生報(bào)警時(shí)，時(shí)鐘停止，用來(lái)觀測(cè)報(bào)警的時(shí)間。入口：000bh保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)（a、b、dph、dpl、psw等）選另一工作寄存區(qū)重新設(shè)置定時(shí)器初值中斷次數(shù)計(jì)數(shù)，（建立時(shí)間標(biāo)志）（控制顯示更新等）時(shí)鐘計(jì)時(shí)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)中斷返回圖4-4實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷流程圖4.5子程序模塊子程序是指能完成某一確定的任務(wù)并能被其他程序反復(fù)調(diào)用的程序段。有時(shí)把調(diào)用子程序的程序稱為主調(diào)程序，被調(diào)用的子程序稱為被調(diào)程序。采用子程序結(jié)構(gòu)可使程序簡(jiǎn)化，便于調(diào)試，并可實(shí)現(xiàn)程序模塊化。但子程序在結(jié)構(gòu)上應(yīng)具有通用性

37、和獨(dú)立性。4.5.1 鍵盤掃描子程序設(shè)計(jì)鍵盤處理主要是不斷的掃描鍵盤，若有鍵按下時(shí)，則根據(jù)得到的鍵值查表求出其鍵號(hào)，將鍵號(hào)存放于寄存器供主程序處理。流程圖如圖4-5所示：鍵盤處理入口置7279的cs有效，并延時(shí)50us發(fā)送讀鍵指令碼15h到7279，并延時(shí)12us接收鍵值存于a中，cs信號(hào)置1置鍵標(biāo)志00h由鍵值表查鍵號(hào)清鍵標(biāo)志00h返回a為ffh否？yn圖4-5 按鍵掃描處理子程序流程圖4.5.2顯示處理子程序設(shè)計(jì)顯示處理子程序主要完成:查表得到所要顯示的字符的字形碼，然后將字形碼送到顯示模塊顯示出來(lái)。采用串行接口，每發(fā)送一位都要延時(shí)，且要對(duì)其初始化后才可能正確地顯示。流程圖如圖4-6所示：

38、顯示程序入口顯緩指針r0、顯示碼r1、循環(huán)次數(shù)r6初始化置cs為低電平，并延時(shí)50us發(fā)顯示碼到7279，并延時(shí)25usr0單元內(nèi)容查表，將得到的字形碼發(fā)送至7279延時(shí)8us，去除片選信號(hào)，修改r0和r1返回r6-1=0？yn圖4-6顯示處理子程序流程圖4.5.3 通用的i2c通訊子程序存儲(chǔ)模塊主要完成對(duì)數(shù)據(jù)的存入與讀出的功能，并要有斷電保護(hù)作用，首先是將數(shù)據(jù)(本次設(shè)計(jì)是將初始密碼)寫入at24c02。需注意的利用i2c總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，傳送的字節(jié)數(shù)是沒限制的，但是每個(gè)字節(jié)必須保證是8位的長(zhǎng)度，并且首先發(fā)送數(shù)據(jù)的高位，每傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后都必須跟一位應(yīng)答脈沖，即接收器發(fā)回的應(yīng)答信號(hào)。然后，

39、由發(fā)送器繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)或發(fā)送停止信號(hào)后結(jié)束數(shù)據(jù)的傳送。如果接收器不能接受下一個(gè)字節(jié)，可以把scl拉成低電平，迫使發(fā)送器處于等待狀態(tài)。當(dāng)從機(jī)準(zhǔn)備好接收下一個(gè)字節(jié)時(shí)再釋放scl線，使數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)進(jìn)行。24wc02 eeprom每次連續(xù)寫入數(shù)據(jù)不能超過8個(gè)字節(jié)，當(dāng)超過8個(gè)字節(jié)時(shí)應(yīng)當(dāng)分為及次完成。讀寫n字節(jié)的流程圖如圖4-7所示：讀n個(gè)數(shù)據(jù)返回發(fā)送開始信號(hào)發(fā)送寫命令字r/w=0 發(fā)送內(nèi)部單元地址重發(fā)送開始信號(hào)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)發(fā)送停止信號(hào)發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)發(fā)送讀命令字r/w=1讀取數(shù)據(jù)修改數(shù)據(jù)指針r0發(fā)送完？acck=0?？ack=0？ack=0？寫n個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送開始信號(hào)發(fā)送寫命令字ack=0？ack=0？ack=0？發(fā)送內(nèi)部單元地址發(fā)送數(shù)據(jù)修改數(shù)據(jù)塊指針發(fā)送完？發(fā)送停止信號(hào)返回nnnnnnnnyyyyyyyy圖4-7 讀寫n字節(jié)子程序流程圖第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)具有體積小、價(jià)格低、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，在工業(yè)控制、智能儀表、航天航空設(shè)備、機(jī)器人、家電產(chǎn)品等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。掌握好單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法，對(duì)于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)各工程設(shè)計(jì)與開發(fā)，有十分重要的意義。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)我們得到了很好的學(xué)習(xí)和鍛煉，實(shí)際的工作能力得到了提高。在指導(dǎo)老師和同學(xué)們的幫助下，我畢業(yè)論文也終于告一段落。 在設(shè)計(jì)寫作時(shí)遇到一些難題