畢業(yè)論文--基于單片機控制的紅外果園防盜系統(tǒng)的設計

1、摘要人們生活水平不斷提高，對私有財產的保護意識在不斷的增強，因而對防盜措施提出了新的要求。 本設計就是為了滿足預防搶劫、盜竊等意外事件的需要而設計的果園防盜報警系統(tǒng)。目前市面上主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器、開關電子防盜報警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報警器等各種報警器，但這幾種比較常見的報警器都存在一些缺點。本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、成本低，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現。同時它的信號經過單片機系統(tǒng)處理后方便和PC機通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。本設計主要包括硬件和軟件設計兩個部分。硬件部分包括單片機控制電路、紅外

2、探頭電路、驅動執(zhí)行報警電路、LED控制電路等部分組成。處理器采用51系列單片機AT89S51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。軟件部分可以劃分為以下幾個模塊：數據采集、鍵盤控制、報警和顯示等子函數。 關鍵詞：單片機、紅外傳感器、數據采集、報警電路。Infrared burglar alarm design controls which basedon the monolithicintegrated circuitAbstract The people living standard enhances unceasingly, to private property protection c

3、onsciousness in unceasing enhancement, thus set the new request to the security measure. This design is to satisfy the prevention to rob the orchard security alarm system which, the burglary and so on accident needs to design. At present in the market condition equips mainly has the pressure totouch

4、 the hair style burglar alarm, the switch electron burglar alarmand the pressure shields light the hair style burglar alarmand so on each kind of alarm apparatus, but these kind of quite commonalarm apparatuses all have some shortcomings. This system used hashotly released the electricity infrared s

5、ensor, its manufacturesimple, cost low, installm the antijamming ability strong, thesensitivity high, safe was reliable. This kind of security installmenthiding, was not easily discovered by the bandits and thieves.Simultaneously its signal after monolithic integrated circuit systemprocessing the co

6、nvenience and P the C machine correspondence, isadvantageous for the multiuser unification management.This design designs two parts including the hardware and software. Thehardware partially including the monolithic integrated circuit controlcircuit, infrared pokes head in the electric circuit, the

7、actuationexecution alarm circuit, the LED control circuit and so on the partialcompositions. The processor uses 51 series monolithic integratedcircuits AT89S51, the overall system is works under the systemsoftware control. The system program may divide into following severalmodules: The data acquisi

8、tion, the keyboard control, reports to thepolice with the demonstration small steelyard function.Key words: AT89S51 monolithic integrated circuit, infrared sensor,data acquisition, alarm circuit.目 錄1. 緒論11.1 前言11.2 設計任務與要求 12. 熱釋電紅外傳感器概述22.1 PIR傳感器簡單介紹22.2 PIR 的原理特性22.3 PIR 結構特性33. AT89S51單片機概述6 3.1

9、 AT89S51單片機的結構6管腳說明8 主要特性11 振蕩器特性11 3.2 AT89S51單片機的工作周期12 3.3 AT89S51單片機的工作過程和工作方式13 3.4 AT89S51的指令系統(tǒng)164. 方案設計184.1 系統(tǒng)概述184.2 總體設計194.3 系統(tǒng)硬件選擇194.4 硬件電路實現204.5 軟件的程序實現215. 結論概述275.1 主要結論275.2 結束語27致謝28參考文獻 291. 緒 論1.1 前 言人們生活水平不斷提高，對私有財產的保護意識在不斷的增強，因而對防盜措施提出了新的要求。 本設計就是為了滿足預防搶劫、盜竊等意外事件的需要而設計的果園防盜報警系

10、統(tǒng)。目前，葡萄已成為農民增收的主要經濟作物，但每年葡萄成熟季節(jié)，由于多種因素使得成熟的葡萄遭受損失或毀壞。為了防止葡萄受損或被盜，果農通常在葡萄園周圍鋪上鐵絲網，一來可用于葡萄掛果，二來可以防盜。一旦有異常，鐵絲網牽動葡萄樹就會發(fā)出聲音，提醒守園人，有外客造訪。這些鐵絲網還可以直接阻止一些動物的侵襲。一般，夜晚最易失竊，這就需要守園人整夜守著葡萄園子，一旦聽到風吹草動就得出去巡查。無疑給守園人造成了極大的困擾，休息時間沒有保障，長期精神緊張。因此，配置一套經濟實用的葡萄園專用防盜報警系統(tǒng)是非常必要的。就目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器、開關電子防盜報警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報警器等各種

11、報警器，但這幾種比較常見的報警器都存在一些缺點：（一）壓力觸發(fā)式防盜報警器由于壓力板式安裝在墊子內，當主機停止工作，很容易失報和誤報，其可靠性低。（二）開關式電子防盜報警器一般只有一個定點，有效范圍小，而且各種開關也易壞，失報和誤報率就高，不可靠。（三）遮光式觸發(fā)防盜報警器在受到太陽光照射就會引起誤報，同時若遮住了光也會引起誤報，所以這種報警器的可靠性也不高。還有，就閉路監(jiān)控電路防盜系統(tǒng)而言：它的安裝線路復雜，而且技術要求比較高，價格也比較昂貴，不利于廣泛利用。本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、成本低，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安

12、裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現，同時它的信號經過單片機系統(tǒng)處理后方便和PC機通信，便于多用戶統(tǒng)一管理和用戶操作。1.2 設計任務與要求 （1）該設計主要包括硬件和軟件設計兩個部分。模塊劃分為數據采集、鍵盤控制、報警和顯示等模塊子函數。（2）本紅外線防盜報警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、智能報警器、單片機控制電路、LED控制電路及相關的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數據傳送、功能設定、本地顯示、本地報警等功能。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出模塊、通信模塊、功能設定模塊等部分組成。（3）系統(tǒng)可實現功能。為了探測移動人體,通常使用雙元件型熱釋電紅外傳感器,在這種傳感器內部,兩個敏感元件反相連接,

13、當人體靜止時兩元件極化程度相同,互相抵消。但人體移動時,兩元件極化程度不同,凈輸出電壓不為0 ,從而達到了探測移動人體的目的。因此可把報警系統(tǒng)設置在外出布防狀態(tài)，使探測器工作。當有人闖入時，熱釋電紅外傳感器將探測到動作，設置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經放大電路、比較電路送至門限開關，打開門限閥門送出TTL 電平至AT89S51單片機，經單片機處理運算后驅動執(zhí)行報警電路使警號發(fā)聲。（4）紅外線具有隱蔽性，在露天防護的地方設計一束紅外線可以方便地檢測到是否有人。此類裝置設計的要點：其一是能有效判斷是否有人員活動；其二是盡可能大地增加防護范圍。當然，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠

14、性也是追求的重要指標。至于報警可采用聲光信號。2.1 方案討論如何使用傳感器來簡單地實現移動人員檢測呢？在設計這樣的系統(tǒng)時，應該記住兩個目標：一是低功率，二是低成本。這兩者都是在設計移動檢測系統(tǒng)時需要考慮的關鍵因素。1選擇傳感器 傳感器是指能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。防盜報警系統(tǒng)的前端探測部分主要是各種類型的探測器，其中最主

15、要的是入侵探測器。入侵探測器通常由傳感器、信號處理器和輸出接口組成，入侵探測器主要包括有主動紅外入侵探測器、被動紅外入侵探測器、微波入侵探測器、微波和被動紅外復合入侵探測器、超聲波入侵探測器、振動入侵探測器、音響入侵探測器、磁開關入侵探測器、超聲和被動紅外復合入侵探測器等，其中最常用的是被動紅外探測器。被動紅外探測器的組成 ：被動紅外探測器主要是探測接收外界的紅外輻射，探測器本身不發(fā)射任何能量，而只對人體發(fā)出的紅外線波段敏感。人體輻射的紅外光波長是350m，其中814m占46%，峰值波長在9.5m，所以被動紅外探測器主要是接收波長814m的紅外輻射。 工作原理 被動紅外探測器基本工作原理是：當

16、防范區(qū)域內有人體移動時，人體發(fā)出的紅外線經過光學透鏡聚焦到熱釋電紅外傳感器上，熱釋電紅外傳感器感應到紅外線信號，輸出熱電信號，輸出的熱電信號非常微弱，并且夾雜著很多干擾信號，為此需要設計特殊的熱電信號處理電路，在放大熱電信號的同時，濾除掉造成干擾的雜波信號。 由于要檢測是否有活動的人員，所以通過研究各種類型的傳感器，比較各類傳感器的優(yōu)點、缺點和合理性，最終確定本設計選擇的傳感器是雙元件熱釋紅外傳感器。其基本原理為：當防范區(qū)域內有人體移動時，人體發(fā)出的紅外線經過光學透鏡聚焦到熱釋電紅外傳感器上，熱釋電紅外傳感器感應到紅外線信號，輸出熱電信號，輸出的熱電信號非常微弱，并且夾雜著很多干擾信號，為此需

17、要設計特殊的熱電信號處理電路，在放大熱電信號的同時，濾除掉造成干擾的雜波信號。2. 熱釋電紅外傳感器2.1 熱釋電紅外線傳感器簡介熱釋電紅外線傳感器是80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件，它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉化成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅動各種控制電路，如作電源開關控制、防盜防火報警、自動檢測等。熱釋電紅外線傳感器應用電路如下：為了探測移動人體,通常使用雙元件型熱釋電紅外傳感器,在這種傳感器內部,兩個敏感元件反相連接,當人體靜止時兩元件極化程度相同,互相抵消。但人體移動時,兩元件極化程度不同,凈輸出電壓不為0 ,從而達到了探測移動人

18、體的目的。2.2 PIR的原理特性熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測元件。在每個探測器內裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯，以抑制由于自身溫度升高而產生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉變成微弱的電壓信號，經裝在探頭內的場效應管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出10-20米范圍內人

19、的行動。    菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學原理，在探測器前方產生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而強其能量幅度。    人體輻射的紅外線中心波長為9-10um，而探測元件的波長靈敏度在0.2-20um范圍內幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為7-10um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線

20、由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。一旦人侵入探測區(qū)域內，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同不能抵消，經信號處理而輸出電壓信號。在該探測技術中，所謂“被動”是指探測器本身不發(fā)出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量變化來完成探測目的。被動紅外報警器的特點是能夠響應入侵者在所防范區(qū)域內移動時所引起的紅外輻射變化，并能使監(jiān)控報警器產生報警信號，從而完成報警功能。 2.3 PIR結構特性及安裝 圖是一個雙探測元熱釋電紅外傳感器的結構示意圖。使用時D端接電源正極，G端接電源負極，S端為信號輸出。該傳感器將

21、兩個極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號在內部相互抵消的原理來使傳感器得到補償。對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號。制造熱釋電紅外探測元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測波長范圍為0.2-20m。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。這種濾波片除了允許某些波長范圍的紅外輻射通過外，還能將燈光、陽光和其它紅外輻射拒之門外。當人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測元

22、上時，電路中的傳感器將輸出電壓信號，然后使該信號通過一個由C1、C2、R1、R2組成的帶通濾波器，該濾波器的上限截止頻率為16Hz，下限截止頻率為0.16Hz。由于熱釋電紅外傳感器輸出的探測信號電壓十分微弱（通常僅有mV左右），而且是一個變化的信號，同時菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號電壓呈脈沖形式（脈沖電壓的頻率由被測物體的移動速度決定，通常為0.1-10Hz左右），所以應對熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號進行放大。本設計運用集成運算放大器LM324來進行兩級放大，以使其獲得足夠的增益。本設計所用的熱釋感器就采用這種雙探測元的結構。其工作電路原理及設計電路如 圖2所示, 在VCC電源端利用C1和R2

23、來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號。當檢測到人體移動信號時，電荷信號經過場效應管FET放大后，經過C2，R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再經過三極管Q2的轉化，輸出OUT為低電平。 圖2 熱釋電紅外傳感器原理圖   被動紅外探測器光學系統(tǒng)的類型 被動紅外探測器光學系統(tǒng)包括菲涅爾透鏡、拋物面反射鏡、遮擋片三種類型。 圖 雙元紅外傳感器示意圖菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋的紅外信號折射（反射）在PIR上；第二個作用是將警戒區(qū)內分為若干個明區(qū)和暗區(qū)。 菲涅爾透鏡是凸透鏡，將物體的紅外影像投射在熱電元件表面。 熱釋電紅外傳感器其熱釋電器件及前置

24、放大電路封裝在圓型金屬帽內，金屬帽頂部方型開孔鑲嵌有抗冷白光的硅紅外濾光片，底部有金屬引腳，分別為電源引腳，地線引腳，熱電信號輸出腳。 熱釋電器件是熱釋電傳感器的核心元件，是將熱輻射變?yōu)殡娏鞯膭討B(tài)能量轉換元件，熱釋電器件的電特征屬性是一個以熱電晶體薄膜為電介質的平板電容器，隨著溫度的改變，熱電晶體表面自發(fā)極化電荷其規(guī)模具有跟隨變化的性質，即熱輻射可引起該電容器的電容量變化，從而可利用這一特性來探測變化的熱輻射。熱釋電紅外傳感器包括單元、雙元、四元三種類型?，F在主要使用的是雙元和四元傳感器。 被動紅外傳感器優(yōu)缺點 優(yōu)點主要為：1、本身不發(fā)射任何類型輻射，安全可靠；2、價格低廉。 缺點主要為：1、

25、容易受各種熱源、陽光源干擾；2、受環(huán)境溫度限制，環(huán)境溫度和人體溫度接近時，靈敏度下降； 針對被動紅外探測器存在的缺點，可以采用不同的措施來避免產品誤報和漏報現象。一方面是采用新技術來加強抗干擾能力；另一方面是在安裝方面加以注意。 4、安裝方向 產品在安裝過程中還需要注意安裝方向，由于透鏡的光學特性決定橫切探測區(qū)域比較敏感，所以產品安裝時要注意入侵方向與探測器視場的夾角，最好成90o垂直，這樣就可以保證有人入侵時能最大程度橫切探測區(qū)域。 3. AT89S51 單片機概述3.1 AT89S51單片機的結構 AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP(In

26、-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS -51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。    AT89S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內程序存儲器，128 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數

27、器,2個 全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內時鐘振蕩器。 此外，AT89S51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數器，串行口，外中斷 系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數據，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三 種封裝形式，以適應不同產品的需求。圖3-1為AT89S51單片機的基本組成功能方塊圖。有圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺微型計算機的主要組成部分，其中包括CPU、存儲器、可編程I/O口、定時器/計數器、串行口等，各部分通過內部總線相連

28、。下面介紹幾個主要部分。外時鐘源 外部事件計數時鐘電路程序存儲器4 KB ROM數據存儲器256 B RAM/SFR2 ×16位定時器/計數器 AT89S51 CPU 64 KB總線 擴展控制器并行 I/O串行口中斷控制系統(tǒng) 外中斷 控制 P3 P2 P1 P0 RXD TXD 圖3-1 AT89S51 功能方塊圖1. 中央處理器（CPU） 中央處理器是單片機最核心的部分，是單片機的大腦和心臟，具有運算和控制功能。AT89S51的CPU是一個字長為8位的中央處理單元，即它對數據的處理是按字節(jié)為單位進行的。2.數據存儲器（內部RAM） 芯片中共有256B的RAM單元，但其中后128個單

29、元（80H-0FFH）被專用寄存器占用，能作為寄存器提供用戶使用的只是前128個單元（00-7FH），用于存放可讀寫的數據。因此常說的內部數據存儲器是指前128個單元，簡稱內部RAM。3.程序存儲器（內部ROM） 芯片內部有4 KB的掩膜ROM，可用于存放程序、原始數據和表格等，因此稱為程序存儲器，簡稱內部ROM。4. 定時器/計數器 出于控制應用的需要，芯片內部共有兩個16位的定時器/計數器以實現定時或計數功能，并以其定時或計數結果對單片機進行控制。5. 并行I/O 口 AT89S51共有4 個8 位的I/O口（P0、P1、P2、P3口），可以實現數據的并行輸入/輸出。6. 串行口AT89S

30、51有1 個全雙工的可編程串行口，以實現單片機和其他設備之間的串行數據傳送。該串行口功能較強，既可以作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可以作為同步移位寄存器使用。7.中斷控制系統(tǒng) AT89S51 的中斷系統(tǒng)功能較強，可以滿足一般控制應用的需要。它共有5 個中斷源：2 個外部中斷源/INTO和/INT1 ；3 個內部中斷源，即2個定時/計數中斷，1個串行口中斷。8. 時鐘電路 AT89S51 單片機芯片內部有時鐘電路，但石英晶體和微調電容需要外接。時鐘電路為單片機產生時鐘脈沖序列，系統(tǒng)允許的最高晶振頻率為12MHz。9. 內部總線 上述部件只有通過內部總線將其連接起來才能構成一個完整的單片機系統(tǒng)。

31、總線在圖中以帶箭頭的空心線表示。系統(tǒng)的地址信號、數據信號和控制信號分別通過系統(tǒng)的三大總線地址總線、數據總線和控制總線進行傳送，總線結構減少了單片機的連線和引腳，提高了集成度和可靠性。由上所述，AT89S51雖然是一塊芯片，但它包括了構成計算機的基本部件，因此可以說它是一臺簡單的計算機。AT89S51 較詳細的內部結構如 圖 3-2 所示。 圖 3-2 AT89S51 內部結構框圖 管腳說明AT89S51是一種高效微控制器。采用40引腳雙列直插封裝（DIP）形式，如圖3-3所示。AT89S51單片機是高性能單片機，因為受引腳數目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。圖3-3 AT89S51引腳圖

32、圖 3-4 SMT 的 封 裝 圖VCC：供電電壓。GND：接地。 P0口： P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1

33、口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流

34、。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89S51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器

35、周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號端。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期

36、兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。 /EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 主要特性： ·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數據保留時間：10年·全靜

37、態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級程序存儲器鎖定·128*8位內部RAM·32可編程I/O線·兩個16位定時器/計數器·5個中斷源 ·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內振蕩器和時鐘電路 振蕩器特性（1）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振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。（2） 芯片擦除 整個EPROM陣列

38、和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，AT89C51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。3.2 AT89S51單片機的工作周期單片機有了硬件和軟件就可以在控制器發(fā)出的控制信號作用下有條不紊地工作，控制信號必須定時發(fā)出，為了定時計算機內部

39、必須有一個準確的定時脈沖。這種定時脈沖是由晶體振蕩器產生的，并組成下面幾種工作周期，如圖3-6所示。這種定時脈沖是由晶體振蕩器產生的，并組成下面幾種工作周期，如圖1.2所示。圖 3-6 振蕩周期、狀態(tài)周期、機器周期和指令周期振蕩周期：是指為單片機提供時鐘脈沖信號的振蕩源的周期。 即由單片機的晶體振蕩器產生的時鐘脈沖的周期。狀態(tài)周期：每個狀態(tài)周期為振蕩周期的 2 倍, 是振蕩周期經二分頻后得到的。 在一個狀態(tài)周期中有兩個時鐘脈沖，通常稱它為P1、P2。機器周期：一個機器周期包含 6 個狀態(tài)周期S1S6, 也就是 12 個振蕩周期。 在一個機器周期內, CPU可以完成一個獨立的操作。 指令周期：它

40、是指CPU完成一條操作所需的全部時間。控制部件是單片機的神經中樞，以主振頻率為基準（主振周期即為振蕩周期），控制器控制CPU的時序，對指令進行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，它將各個硬件環(huán)節(jié)組織在一起。一般情況下，算術邏輯操作發(fā)生在時相P1期間，而內部寄存器之間的傳送發(fā)生在時相P2期間，這些內部時鐘信號無法從外部觀察，故用XTAL2引腳振蕩信號作參考。3.3 AT89S51單片機的工作過程和工作方式單片機工作過程遵循現代計算機的工作原理（馮·諾依曼原理），即程序存儲和程序控制。存儲程序是指人們必須事先把計算機的執(zhí)行步驟序列（即程序）及運行中所需的數據, 通過一定的方式輸入并存儲在計算機的

41、存儲器中。程序控制是指計算機能自動地逐一取出程序中的指令，加以分析并執(zhí)行規(guī)定的操作。 單片機的工作方式有：復位、程序執(zhí)行、掉電保護和低功耗、編程、校驗與加密等方式。1復位方式通過某種方式, 使單片機內各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復位。復位方式是單片機的初始化操作。單片機除了正常的初始化外，當程序運行出錯或由于操作錯誤而使系統(tǒng)處于死循環(huán)時，也需要按復位鍵重啟機器。MCS51單片機復位后, 程序計數器PC和特殊功能寄存器復位的狀態(tài)如圖3-7所示。 復位不影響片內RAM存放的內容, 而ALE在復位期間將輸出高電平。由圖3-7 可以看出，復位后：(1)（PC）=0000H 表示復位后程序的入口地

42、址為0000H，即單片機復位后從0000H單元開始執(zhí)行程序；(2)（PSW）=00H， 其中RS1(PSW.4)=0，RS0(PSW.3)=0，表示復位后單片機選擇工作寄存器0組；(3)（SP）=07H 表示復位后堆棧在片內RAM的08H單元處建立；(4) P0口P3口鎖存器為全1狀態(tài)，說明復位后這些并行接口可以直接作輸入口，無須向端口寫1。定時器/計數器、串行口、中斷系統(tǒng)等特殊功能寄存器復位后的狀態(tài)對各功能部件工作狀態(tài)的影響。 能部件工作狀態(tài)的影響。 圖 3-7 PC與SFR復位狀態(tài)表單片機在時鐘電路工作以后, 在RST/VPD端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復位操作。例如使用晶振

43、頻率為12MHz時，則復位信號持續(xù)時間應不小于2us。復位方法一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位以及“看門狗”復位三種類型。前兩種見 圖3-8所示。 “看門狗”電路則是一種集成有單片機的電源監(jiān)測、按鍵復位以及對程序運行進行監(jiān)控，防止程序“跑飛”而出現死機而設計的電路。圖3-8 （a）上電復位電路; （b）上電/外部復位電路2程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式是單片機的基本工作方式。由于復位后PC=0000H，因此程序執(zhí)行總是從地址0000H開始，為此就得在0000H處開始的存儲單元安放一條無條件轉移指令，以便跳轉到實際程序的入口去執(zhí)行。3待機方式待機方式也稱空閑方式，是一種節(jié)電工作方式。在待機工作方式

44、中，振蕩器保持工作，時鐘脈沖繼續(xù)輸出到中斷、串行口、定時器等功能部件，使它們繼續(xù)工作，但時鐘脈沖不再送到CPU，因而CPU停止工作。4掉電方式掉電方式，也被稱為停機方式。在掉電方式中，振蕩器工作停止，單片機內部所有功能部件停止工作。它同樣是一種為降低功耗而設計的節(jié)電工作方式。待機方式和掉電方式都是為了進一步降低功耗而設計的節(jié)電工作方式，它們特別適合于電源功耗要求很低的應用場合。這類系統(tǒng)往往是直流供電或停電時依靠備用電源供電，以維持系統(tǒng)的持續(xù)工作。CHMOS型單片機的節(jié)電方式是由特殊功能寄存器PCON控制，其具體使用可參考相關書籍和手冊?？臻e和掉電模式外部引腳狀態(tài) 如下圖 3-9 所示： 圖 3

45、-9 空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài) 5. 編程和校驗方式對于內部集成有EPROM可以進入編程或校驗方式。（1）內部EPROM編程編程時，時鐘頻率應定在3-6MHz的范圍內，其余各有關引腳的接法和用法如下：P1口和P2口的P2.0P2.3為EPROM的4k地址輸入，P1為8位地址；P2.4P2.6以及PSEN應為低電平；P0口為編程數據輸入；P2.7和RST應為高電平；RST的高電平可為2.5V，其余的都以TTL的高低電平為準；EA/VPP端加+21V的編程脈沖，此電壓要求穩(wěn)定，不能大于21.5V，否則會損壞EPROM在出現正脈沖期間，ALE/PROG端加上50ms的負脈，完成一次寫入。（2）EP

46、ROM程序校驗在程序的保險位未設置前，無論在寫入的當時或寫入以后，均可將片上程序存貯器的內容讀出進行檢驗，在讀出時，除P2.7腳保持為TTL低電平之外，其他引腳與寫入EPROM的連接方式相同。要讀出的程序存貯器單元地址由P1口和P2口的P2.0P2.3送入，P2口的其他引腳及保持低電平，ALE、EA和RST接高電平，檢驗的單元內容由P0口送出。在檢驗操作時，需在P0的各位外部加上電阻10k。（3）程序存貯器的保險位AT89S51內部有一個保險位，亦稱保密位，一旦將該位寫入便建立了保險，就可禁止任何外部方法對片內程序存貯器進行讀寫。將保險位寫入以建立保險位的過程與正常寫入的過程相似，僅只P2.6

47、腳要加TTL高電平而不是像正常寫入時加低電平，而P0、P1和P2的P2.0P2.3的狀態(tài)隨意，加上編程脈沖后就可使保險位寫入。保險位一旦寫入，內部程序存貯器便不能再被寫入和讀出校驗，而且也不能執(zhí)行外部存貯器的程序。只有將EPROM全部擦除時，保險位才能被一起擦除，也才可以再次寫入。通過以上對單片機硬件系統(tǒng)的簡單介紹，應該已經掌握了單片機的內部結構及工作的原理和過程，但是單片機要實現它的強大控制功能特性，只有硬件是不能工作的，還必須依靠它的指令才能發(fā)揮單片機的強大作用。下面介紹單片機的指令系統(tǒng)。3.4 AT89S51的指令系統(tǒng) 1.機器指令的編碼格式指令是規(guī)定計算機進行某種操作的命令，一條指令只

48、能完成有限的的功能，為使計算機完成一定的或復雜的功能就需要一系列指令。計算機能夠執(zhí)行的各種指令的集合稱為指令系統(tǒng)。單片機的主要功能也是有指令系統(tǒng)體現的。機器指令通常由兩部分組成，即操作碼和操作數（或操作數地址）。操作碼用于規(guī)定指令的操作功能，如加、減、乘、除等。操作數是指參與操作的數據，它可能是一個具體的數據，也可能是地址或符號。2.匯編語言指令格式匯編指令由操作碼或偽操作碼、目的操作數和源操作數構成，標準書寫格式如下： 標號： 操作碼/偽操作碼 操作數 ；注釋（1） 表示該項為可選項。（2）標號：又稱指令地址符號。它是用戶設定的符號，代表著該指令所在的地址。（3）操作碼/偽操作碼：是英文縮寫

49、的指令助記符。它規(guī)定了指令的操作功能，它所對應的匯編語句稱為指令性語句，在匯編后有具體的目標代碼。而偽操作碼說明匯編程序如何完成匯編工作，任何一條指令都必須有操作碼或偽操作碼，不得省略。（4）操作數 ：是指參加操作的數據或數據所在的地址。在指令系統(tǒng)中，操作數可以是1個、2個或3個，也可以沒有。不同功能的指令，操作數作用不同。例如，傳送指令多數有兩個操作數，寫在左邊的稱為目的操作數（表示操作結果存放的單元地址），寫在右邊的稱為元操作數（支出操作數的來源）。例如，一條傳送指令的書寫格式為：MOV A ，#10 H ；表示將#10 H 存儲單元的內容送到累加器 A中。 操作碼/偽操作碼和操作數之間必

50、須用空格分開，操作數與操作數之間必須用逗號分開。（5）注釋 ：是為該條指令作的說明，以便于閱讀。 3. 尋址方式 尋址方式包括立即尋址、直接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、變址尋址、相對尋址、位尋址等共7種尋址方式，且每一種尋址方式所涉及的存儲器空間各有不同。指令中的源操作數可以使用七種尋址方式中的任何一種，但是目的操作數只能使用寄存器尋址、寄存器間接尋址、直接尋址和位尋址四種方式。 4.指令系統(tǒng)在單片機指令系統(tǒng)中，根據功能不同將指令分為數據傳送類指令、算數運算類指令、邏輯運算及移位類指令、控制轉移類指令和位操作類指令等五大類，共計111條指令。 4. 方案設計4.1 系統(tǒng)概述 本系統(tǒng)采用了

51、熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、成本低，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現，同時它的信號經過單片機系統(tǒng)處理后方便和機通信，便于多用戶統(tǒng)一管理和用戶操作。 為了探測移動人體,通常使用雙元件型熱釋電紅外傳感器,在這種傳感器內部,兩個敏感元件反相連接,當人體靜止時兩元件極化程度相同,互相抵消。但人體移動時,兩元件極化程度不同,凈輸出電壓不為0 ,從而達到了探測移動人體的目的。該設計包括硬件和軟件設計兩個部分。模塊劃分為數據采集、鍵盤控制、報警和顯示等模塊子函數。電路結構做成可劃分為：熱釋電紅外傳感器、家庭智能報警器、單片機控制電路

52、、LED控制電路及相關的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數據傳送、功能設定、本地顯示、本地報警等功能。就此設計的核心模塊來說，單片機就是設計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應用系統(tǒng)的一種應用。單片機應用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入/輸出設備、以及外圍應用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機應用系統(tǒng)的研制過程包括總體設計、硬件設計、軟件設計、在線調試等幾個階段，就本設計來說也包括這些過程。它們的進程框圖如圖4-1 所示。開始 確定設計方案硬件設計軟件設計聯機仿真調試排除故障系統(tǒng)運行完成研制圖 4-1 單片機應用系統(tǒng)研制過程框圖4.2 總體設計 從設計

53、的要求來分析該設計包含如下結構：熱釋電紅外傳探頭電路、報警電路、單片機、復位電路、LED顯示控制電路及相關的控制管理軟件組成；它們之間的構成框圖如圖4-2總體設計框圖所示： CPUAT89C51復位電路信號檢測電路LED數字顯示報警執(zhí)行電路LED發(fā)光顯示放大驅動驅動驅動 圖4-2 總體設計框圖 處理器采用51系列單片機AT89C51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜轉換成電信號，經過放大電路、比較電路送至門限開關，打開門限閥門送出TTL 電平至AT89C51單片機。在單片機內，經過軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出入侵報警狀態(tài)控制信號。驅動電路將控制信號放大并推動聲光報警設備完成相應動作。當報警延遲10s一段時間后自動解除，也可人工手動解除報警信號，然后通過LED顯示報警次數，當警情消除后復位電路使系統(tǒng)復位，或者是在聲光報警10s鐘后有定時器實現自動消除報警。 4.3