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辽宁石油化工大学继续教育学院论文毕业设计(论文)题目家庭安防控制系统姓名李清秀专业自动化学院继续教育学院学习形式自考助学单位辽宁石化职业技术学院指导教师曹雅静2015年9月毕业设计(论文)说明书题目家庭安防控制系统设计院别继续教育学院专业自动化班级自动化132设计人李清秀指导教师曹雅静毕业设计(论文)任务书
一、题目家庭安防控制系统设计
二、说明部分
(一)、主要任务与目标本课题主要设计的内容是住户门及阳台与窗户的防入侵报警,按钮式家庭紧急求助报警,燃气泄漏报警,火灾报警等主要任务
(1)介绍报警器基本内容,包括发展现状以及做报警器的意义和目的;
(2)总体方案分析和智能报警模块设计;
(3)具体分析设计报警器的硬件系统;
(4)具体分析设计报警器的软件系统;
(5)报警器系统的调试与运行毕业设计目标掌握用单片机控制报警器,并进行设计、安装和调试;
(二)、主要内容与基本要求
1.报警器的研究现状以及选题的意义和目的
2.智能报警器模块化设计
3.硬件设计
4.软件设计
5.设计电路图及系统程序调试
三、发给日期2015年5月16日
四、要求完成日期2015年7月31日指导教师曹雅静系主任2015年5月23日家庭安防控制系统设计摘要家庭安防系统是智能住宅小区案犯非系统的最重要的组成部分,也是智能家居自动化的重要组成部分,主要包括住户门及阳台与窗户的防入侵报警,按钮式家庭紧急求助报警,燃气泄漏报警,火灾报警等本课题以经济实用为原则,通过对相应报警传感器的选用,控制器软硬件的设计,实现门盗防护,窗盗防护,火灾报警,燃气泄漏报警,紧急求助等多项典型家庭安防功能,在系统受到入侵时发出声光报警或通过网络将报警信息传送给用户,以实现对家庭的全天24小时的安全防护本设计主要内容为当出口通道或窗户受到入侵,发生燃气泄漏或火灾,紧急求助时,系统自动发出报警所有系统提供电源关键词智能家居;安防系统;声光报警DesignoffamilysecuritycontrolsystemAbstractHomesecuritysystemsaresmartresidentialareacriminalsmostimportantnon-systemcomponentsintelligenthomeautomationisanimportantpartincludinghouseholddoorsandbalconiesandwindowsofanti-intrusionalarmpush-buttonfamilyemergencyassistancealarmgasleakalarmfirealarm.ThesubjectoftheprincipleofeconomicutilitythroughtheappropriateselectionofsensoralarmsthecontrollerhardwareandsoftwaredesignimplementationPiratesofprotectivedoorswindowsandstolenprotectionfirealarmgasleakagealarmemergencyassistanceandmanyothertypicalhomesecurityfeaturesinsystemwhentheinvasionofalarmoraudiblealarminformationthroughthenetworkwillbetransmittedtotheuserinordertoachievethefamilys24-hoursecurityprotection.Thedesignofthemaincontentsofthewindowwhentheexportchannelorinvasiongasleakorfireoccursemergencyhelpthesystemautomaticallysendalarmtoprovidepowertoallsystems.Keywords Intelligenthome;Securitysystems;AlarmofLightandsound目录TOC\o1-3\h\z\uHYPERLINK\l_Toc2634摘要IHYPERLINK\l_Toc26000AbstractIIHYPERLINK\l_Toc43301绪论1HYPERLINK\l_Toc
5231.1课题研究的来源与研究背景1HYPERLINK\l_Toc
53871.2课题研究目的、意义与内容2HYPERLINK\l_Toc
105161.
2.1课题研究的目的与意义2HYPERLINK\l_Toc
177421.
2.2课题研究的内容3HYPERLINK\l_Toc269612电源与紧急报警了系统整体设计4HYPERLINK\l_Toc
200012.1总体说明4HYPERLINK\l_Toc
154442.
1.1直流稳压电源介绍4HYPERLINK\l_Toc
118462.
1.2本次设计的直流电源部分任务5HYPERLINK\l_Toc
111372.2三端集成稳压器介绍5HYPERLINK\l_Toc
247162.3硬件原理图及说明6HYPERLINK\l_Toc
24022.
3.1变压整流电路7HYPERLINK\l_Toc
31812.
3.2滤波电路8HYPERLINK\l_Toc
190322.
3.3稳压电路11HYPERLINK\l_Toc
154612.4硬件原理仿真总体图及结果显示12HYPERLINK\l_Toc
81962.
4.1硬件原理仿真总体图12HYPERLINK\l_Toc
205472.
4.2硬件原理总体图仿真结果显示13HYPERLINK\l_Toc217363紧急按钮报警设计14HYPERLINK\l_Toc
211863.1总体说明14HYPERLINK\l_Toc
46153.
1.1紧急报警按钮介绍14HYPERLINK\l_Toc
218053.
1.2本次紧急报警按钮设计任务14HYPERLINK\l_Toc
180633.2器件说明14HYPERLINK\l_Toc
186503.
2.1单片机介绍14HYPERLINK\l_Toc
270933.
2.2LED显示数码管介绍18HYPERLINK\l_Toc
199013.3硬件原理图及说明19HYPERLINK\l_Toc
210333.
3.1单片机时钟电路及说明19HYPERLINK\l_Toc
262183.
3.2单片机复位电路及说明20HYPERLINK\l_Toc
284903.
3.3紧急报警信号和外部中断信号输入电路及说明21HYPERLINK\l_Toc
177163.
3.4结果显示电路及说明22HYPERLINK\l_Toc
280373.
3.5声光报警电路23HYPERLINK\l_Toc
172393.4软件设计23HYPERLINK\l_Toc
119723.
4.1软件设计的任务和要求23HYPERLINK\l_Toc
231093.
4.2主程序设计24HYPERLINK\l_Toc
125663.
4.3中断子程序设计24HYPERLINK\l_Toc
308683.
4.4按键消抖说明25HYPERLINK\l_Toc
303293.
4.5硬件原理图仿真及结果显示26HYPERLINK\l_Toc5916参考文献28HYPERLINK\l_Toc24555致谢291绪论
1.1课题研究的来源与研究背景家庭安防系统是适应现代生活对家庭功能逐渐增长的需求发展起来的一个系统,该系统的内容、构成和配置因国度、家庭的经济实力、家庭的知识结构以及个人喜好的不同而不同因此,家庭安防系统的配置与住宅小区的定位(安置型、实用型、舒适型还是豪华型)以及住户的类型比例(经济实力、知识结构等)有着密切的关系一般地,从结构上来讲,家庭安防系统由控制器、家庭布线、传感器/执行器等构成;每一个家庭控制器作为智能小区网络中的一个智能节点,互联成网并上联至小区综合管理系统;从信息组成上来讲,家庭安防系统包括语音信息、数据信息、视频信息以及控制信息等;从功能上来讲,家庭安防系统包括安防功能(防盗报警、火灾探测、煤气泄露报警以及紧急呼叫按钮)家庭报警的防护区域分成两部分,即住宅周界防护和住宅内区域防护住宅周界防护是指在住宅的门、窗上安装门磁开关;住宅内区域防护是指在益发危险区域安装红外探测器,热传感器,烟雾传感器等当家中有人时,住宅周界防护的防盗报警设备(门磁开关)设防,住宅内区域防护的防盗报警设备(红外探测器)撤防当家人出门后,住宅周界防护的防盗报警设备(门磁开关)和住宅区域防护的防盗报警设备(红外探测器)均设防设计主要负责源与紧急报警子系统的研究与实现,要及时为整个系统提供稳定的电源,以使各报警子系统能正常工作家庭安防系统的设计越来越完善,技术也已经成熟,报警器也出现了只能语音报警但是无论发展到什么程度,家庭安防的设计原理是基本相同的本设计虽然没有用现有的最新技术,但是方便,简单,易操作,成本低现在的中国市场已经出现了,比较大的家庭安防设备公司但是相比国外发达国家,技术仍然很落后所以我们要加强家庭安防方面的研究,从务实出发,而不是盲目的追求高科技豪华安防系统,以为主要设计目标为中国城市的普通家庭
1.2课题研究目的、意义与内容
1.
2.1课题研究的目的与意义随着计算机技术、现代通信技术和自动控制技术的迅速发展,住宅的智能化和信息化在发达国家应运而生智能家居是以住宅为平台,兼备建筑、网络通讯、讯息家电、设备自动化功能,集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境而这一切都是在家庭产品自动化,智能化的基础上,通过网络按拟人化的要求实现的智能家居可以定义为一个过程或者一个系统,利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、无线技术、将与家居生活有关的各种子系统,有机地结合在一起与普通家居相比,由原来的被动静止结构转变为具有能动智能的工具,提供全方位的讯息交换功能,帮助家庭与外部保持讯息交流畅通智能家居强调人的主观能动性,要求重视人与居住环境的协调,能够随心所欲地控制室内居住环境,并且更富有人性化不同国家,先后提出智能家居的方案不同如早期新加坡的模式的家庭智能化系统包括三表抄送、安防报警、可视对讲、监控、家电控制、有线电视接入、智能布线箱、宽带网络接入等而现在今天的智能家居控制系统将拥有更加丰富的内容,系统配置也越来越复杂,智能家居包括网络接入、防盗报警系统、消防报警系统、电视对讲、远程报警、紧急求助、室内电器自控管理、网上购物、视频点播、网上教育等等
1.
2.2课题研究的内容家庭安防系统越来越受到重视,本设计主要负责家庭安防系统提供电源设计,是防系统的重要组成部分本设计主要介绍了的选题背景、课题介绍、本文主要工作、方案论证本设计主要内容本子课题的主要研究内容为整个系统的电源和不少于8个以上的紧急按钮报警子系统的实现研究,要求电源输入为交流220V发生燃气泄漏或火灾,紧急求助时,系统自动发出声光报警2电源与紧急报警了系统整体设计
2.1总体说明
2.
1.1直流稳压电源介绍任何电子电路中,一般都需要电压稳定的直流电源给系统供电直流稳压电源又称直流稳压器它的供电电源大都是交流电源,当交流供电电源的电压或负载电阻变化时,稳压器的直接输出电压都能保持稳定稳压器的参数有电压稳定度、纹波系数和响应速度等前者表示输入电压的变化对输出电压的影响纹波系数表示在额定工作情况下,输出电压中交流分量的大小;后者表示输入电压或负载急剧变化时,电压回到正常值所需时间直流稳压电源分连续导电式与开关式两类前者由变压器把单相或三相交流电压变到适当值,然后经整流、滤波,获得不稳定的直流电源,再经稳压电路得到稳定电压(或电流)这种电源线路简单、纹波小、相互干扰小,但体积大、耗材多,效率低(常低于40%~60%)后者以改变调整元件(或开关)的通断时间比来调节输出电压,从而达到稳压本设计采用连续导电式,它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成,见下图2-1图2-1直流稳压电源方框图其中
(1)电源变压器是降压变压器,它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定
(2)整流电路利用单向导电元件,把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电
(3)滤波电路可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压
(4)稳压电路稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压和负载的变化而变化
2.
1.2本次设计的直流电源部分任务本次设计的直流电源部分任务是,为整个家庭安防控制系统提供其所需的全部电源,并用Proteus仿真主要有+5v、+12v、-12v、+15v、+24v等直流稳压电源,保障系统的正常运转
2.2三端集成稳压器介绍
1.简介三端稳压器,主要有两种,一种输出电压是固定的,称为固定输出三端稳压器,另一种输出电压是可调的,称为可调输出三端稳太器,其基本原理相同,均采用串联型稳压电路http://baike.baidu.com/view/
1544753.htm\t_blank在线性集成稳压器中,由于三端稳压器只有三个引出端子,具有外接元件少,使用方便,性能稳定,价格低廉等优点,因而得到广泛应用
2.三端稳压器的型号规格和管脚分布三端稳压器的通用产品有78系列(下电源)和79系列(负电源),输出电压由具体型号中的后面两个数字代表,见图
2.2,有5V,6V,8V,9V,12V,15V,18V,24V等档次输出电流以78(或79)后面加字母来区分L表示
0.1;AM表示
0.5A,无字母表示
1.5A,如78L05表求5V
0.1A具体见表2-2所示图2-2三端稳压器表示示意图表2-1三端稳压器输出电流字母表示法LM(无字)SHP
0.1A
0.5A1A2A5A10A例如78M05三端稳压器可输出+5V、
0.5A的稳定电压;7912三端稳压可输出12V、1A的稳定电压外形及管脚分布,如附图2-3所示 图2-3三端稳压器的管脚图
3.使用注意事项在使用时必须注意(VI)和(Vo)之间的关系,以7805为例,该三端稳压器的固定输出电压是5V,而输入电压至少大于7V,这样输入/输出之间有2-3V及以上的压差使调整管保证工作在放大区但压差取得大时,又会增加集成块的功耗,所以,两者应兼顾,既保证在最大负载电流时调整管不进入饱和,又不致于功耗偏大另外一般在三端稳压器的输入输出端接一个二极管http://baike.baidu.com/view/
1016.htm\t_blank,用来防止输入端短路时输出端存储的电荷通过稳压器而损坏器件
2.3硬件原理图及说明因为本次设计的直流稳压电源电源原理相同,器件的选择和参数的设计也基本相同,所以取其中一个电源设计来说明整个系统的工作原理和相关器件的选择在这里选择+24v的电源设计作为说明的对象下图2-4为其原理图截取图,以满足下文对其作出说明的需要要求输出直流电流IL=1A图2-4+24V直流电源原理图
2.
3.1变压整流电路
1.单相变压整流电路的介绍单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路,其电路如下图2-5所示(a)整流电路(b)波形图图2-5单相桥式整流电路在分析整流电路工作原理时,整流电路中的二极管是作为开关运用,具有单向导电性根据图2-5(a)的电路图可知当正半周时二极管D
1、D3导通,在负载电阻上得到正弦波的正半周当负半周时二极管D
2、D4导通,在负载电阻上得到正弦波的负半周在负载电阻上正负半周经过合成,得到的是同一个方向的单向脉动电压单相桥式整流电路的波形图见图2-5(b)参数计算根据图2-5(b)可知,输出电压是单相脉动电压通常用它的平均值与直流电压等效输出平均电压为(
2.
3.
1.1)流过负载的平均电流为(
2.
3.
1.2)流过二极管的平均电流为(
2.
3.
1.3)二极管所承受的最大反向电压(
2.
3.
1.4)
2.本次设计的变压整流电路本次设计的变压整流电路如下图2-6所示图2-6变压整流电路图
(1)变压器二次电压有效值因为稳压器输入和输出压差一般为2V到4V,本次设计选择3V,稳压电源的输出端为+24V,所以稳压器的输入端应为27V根据下节的说明得知U0=
1.2U2所以变压器二级有效值V2=27/
1.2≈23V
(2)整流二极管的选择流经二极管平均电流ID=IL/2=
0.5A二极管最大承受电压≈33V故可选用整流二极管10QT045(其最大反向电压为45V允许最大电流为1A)
2.
3.2滤波电路
1.滤波电路的介绍图2-7滤波电路的基本形式滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波,一般由电抗元件组成,如在负载电阻两端并联电容器C,或与负载串联电感器L,以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路常用的结构如图2-7所示由于电抗元件在电路中有储能作用,并联的电容器C在电源供给的电压升高时,能把部分能量存储起来,而当电源电压降低时,就把能量释放出来,使负载电压比较平滑,即电容C具有平波的作用;与负载串联的电感L当电源供给的电流增加(由电源电压增加引起)时,它把能量存储起来,而当电流减小时,又把能量释放出来,使负载电流比较平滑,即电感L也有平波作用滤波电路的形式很多,为了掌握它的分析规律,把它分为电容输入式(电容器C接在最前面,如图2-7中的a、c)和电感输入式(电感器L接在最前面,如图2-7中的b)前一种滤波电路多用于小功率电源中,而后一种滤波电路多用于较大功率电源中图2-8单相桥式整流、电容滤波电路图2-8为单相桥式整流、电容滤波电路在分析电容滤波电路时,要特别注意电容器两端电压Vc对整流元件导电的影响,整流元件只有受正向电压作用时才导通,否则便截止图2-9桥式整流、电容滤波时的电压、电流和纹波电压波形负载RL未接入(开关S断开)时的情况设电容器两端初始电压为零,接人交流电源后,当V2为正半周时,V2通过D
1、D3向电容器C充电;V2为负半周时,经D
2、D4向电容器C充电,充电时间常数为(
2.
3.
2.1)其中Rint包括变压器副绕组的直流电阻和二极管D的正向电阻由于Rint一般很小,电容器很快就充电到交流电压V2的最大值,极性如图
2.10所示由于电容器无放电回路,故输出电压(即电容器C两端的电压Vc)保持在,输出为一个恒定的直流,如图
2.9中Wt0(即纵坐标左边)部分所示 接人负载RL(开关S合上)的情况设变压器副边电压V2从0开始上升(即正半周开始)时接人负载RL,由于电容器在负载未接人前充了电,故刚接入负载时V2Vc,二极管受反向电压作用而截止,电容器C经RL放电,放电的时间常数为 ,因一般较大,故电容两端的电压Vc按指数规律慢慢下降其输出电压VL=Vc,如图
2.9的ab段所示与此同时,交流电压V2按正弦规律上升当V2Vc时,二极管D
1、D3受正向电压作用而导通,此时V2经二极管D
1、D3一方面向负载RL提供电流,另一方面向电容器C充电,Vc将如图
2.9中的bc段,图中bc段上的阴影部分为电路中的电流在整流电路内阻Rint上产生的压降Vc随着交流电压V2升高到接近最大值然后,V2又按正弦规律下降当V2Vc时,二极管受反向电压作用而截止,电容器C又经RL放电,Vc波形如图
2.9中的cd段电容器C如此周而复始地进行充放电,负载上便得到如图
2.9所示的一个近似锯齿波的电压VL=Vc,使负载电压的波动大为减小由以上分析可知,电容滤波电路有如下特点
(1)二极管的导电角,流过二极管的瞬时电流很大,如图
2.9所示电流的有效值和平均值的关系与波形有关,在平均值相同的情况下,波形越尖,有效值越大在纯电阻负载时,变压器副边电流的有效值I2=
1.1IL,而有电容滤波时,I2=(
1.5~2)IL
(2)负载平均电压VL升高,纹波(交流成分)减小,且RLC越大,电容放电速率越慢,则负载电压中的纹波成分越小,负载平均电压越高为了得到平滑的负载电压,一般取 (
2.
3.
2.2)T为电源交流电压的周期
(3)负载直流电压随负载电流增加而减小VL随IL的变化关系称为输出特性或外特性,如图2-10所示C值一定,当即空载时(
2.
3.
2.3)当C=0,即无电容时在整流电路的内阻不太大(几欧)和放电时间常数满足的关系时,电容滤波电路的负载电压VL与V2的关系约为(
2.
3.
2.4)图2-10桥式整流电路的输出特性总之,电容滤波电路简单,负载直流电压VL较高,纹波也较小,它的缺点是输出特性较差,故适用于负载电压较高,负载变动不大的场合
2.本次设计的滤波电路的选择因为电容滤波电路多用于小功率电源,故本次设计采用电容滤波电路因为RL=VL/IL=30V/1A=30Ω,T=50HZ由公式(
2.
3.
2.2)知,根据公式算出得C17=1334uf,本次设计取2200uf,达到更好的滤波效果
2.
3.3稳压电路图2-11稳压电路图上图2-11是7824作为输出电压V0固定的典型电路图,正常工作时,输入/输出电压差为2-3V本次设计选择压差为3V输入电压为经整流滤波后的+27V,输出为+24V电路中靠近引脚处接入电容C18和C20用来实现频率补偿防止稳压器产生调频自激振荡和抵制电路引入的高频干扰C18一般取
0.1uF到
0.33uF之间,本次设计取
0.33uFC19是电解电容以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰.一般取
0.1uF到1uF之间本次设计取
0.1uFD1是保护二极管当输入端适中时,给输出电容器C19一个放电通路,防止C19两端电压作用于调整管的be结,造成调整管be结击穿而损坏本次设计取1N4002型号因为其最大反向电压为100V,允许最大电流为1A,符合本次设计要求本次作为例子详细介绍的+24V直流稳压电源到这里就结束了,其他电源的设计原理和+24V直流稳压电源设计的原理基本相同在这里就不多做说明了,具体原理图及各器件的选择和参数见附录
22.4硬件原理仿真总体图及结果显示
2.
4.1硬件原理仿真总体图本次设计的直流稳压电源Proteus硬件原理仿真图2-12所示如下图2-12电源硬件原理仿真总体图
2.
4.2硬件原理总体图仿真结果显示仿真结果显示图如下图2-13所示图2-13仿真结果显示图3紧急按钮报警设计
3.1总体说明
3.
1.1紧急报警按钮介绍在住宅中,难免会发生一些紧急突发事件,譬如家中遇到盗贼入室行凶抢劫,家中老人遇到紧急病情而无他人在旁时,它们需要在第一时间获得救助等情况,我们只需在家中主要位置安装紧急呼叫按钮,当住户需要求助时只须按下紧急呼救按钮,感应器控制器获取信号后启动报警动作,通过电话网络将语音信号传至小区管理中心或当地派出所,值班人员接到报警后,立即派人赶赴现场处理,使住户得到及时的救助由于时间和资源的限制,我们本次设计报警系统由简单的声光报警代替
3.
1.2本次紧急报警按钮设计任务本次设计要求设计八个不同的紧急按钮,八个紧急报警按钮表示不同的意义,并标为数字序号1到8以区分其不同的意义通过编写程序要求按钮按下去,就会产生相应的声光报警,八个按钮分别对应八个发光二极管不仅如此,还要求编写程序别两个数码管分别显示被按下按钮的序号和报警声响的次数报警声音编写为救护车报警声音设置每次报警声响三次,中断响应结束,所有显示也随之结束
3.2器件说明本次紧急按钮设计所用主要器件有8线-3线优先编码器74HC148,AT89C51单片机,LED数码显示管,由于编码器比较常用,在这里就不作介绍
3.
2.1单片机介绍单片机是指一个集成在一块芯片http://baike.baidu.com/view/
26651.htm\t_blank上的完整计算机系统http://baike.baidu.com/view/
25302.htm\t_blank尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件CPUhttp://baike.baidu.com/view/
2089.htm\t_blank、内存http://baike.baidu.com/view/
1082.htm\t_blank、内部和外部总线http://baike.baidu.com/view/
1389.htm\t_blank系统,目前大部分还会具有外存同时集成诸如通讯接口、定时器http://baike.baidu.com/view/
281961.htm\t_blank,实时时钟等外围设备而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上早期的单片机都是8位或4位的其中最成功的是INTEL的8031,因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大的提高随着INTELi960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场目前,高端的32位单片机主频已经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器,而普通的型号出厂价格跌落至1美元,最高端的型号也只有10美元AT89C51简介图3-1AT89C51引脚图AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机AT89C2051是一种带2K字节闪烁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100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AT89C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上图3-1所示主要特性·与MCS-51兼容·4K字节可编程闪烁存储器·寿命1000写/擦循环·数据保留时间10年·全静态工作0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·128×8位内部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·片内振荡器和时钟电路管脚说明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P1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/地址的第八位在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高P1口P1口是一个内部提供上拉电阻的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,被内部上拉为高电平,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收P2口P2口为一个内部上拉电阻的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,其管脚被内部上拉电阻拉高,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内部上拉的缘故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行存取时,P2口输出地址的高八位在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容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个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,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,如下所示P3口管脚备选功能P
3.0RXD(串行输入口)P
3.1TXD(串行输出口)P
3.2/INT0(外部中断0)P
3.3/INT1(外部中断1)P
3.4T0(记时器0外部输入)P
3.5T1(记时器1外部输入)P
3.6/WR(外部数据存储器写选通)P
3.7/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地位字节在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脉冲如想禁止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禁止,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,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器在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内部时钟工作电路的输入XTAL2来自反向振荡器的输出振荡器特性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内振荡器石晶振荡和陶瓷振荡均可采用如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接有余输入至内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,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度
3.
2.2LED显示数码管介绍由于系统要显示的内容较简单,显示量不多,所以选用数码管既方便又经济LED有共阴极和共阳极两种如图
3.2所示二极管的阴极连接在一起,通常此公共阴极接地,而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起,接入+5V的电压一位显示器由8个发光二极管组成,其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划(段)a~g,另一个小数点为dp发光二极管当在某段发光二极管施加一定的正向电压时,该段笔划即亮;不加电压则暗为了保护各段LED不被损坏,需外加限流电阻数码管显示分为静态显示和动态显示两中静态显示是微机一次输出显示后,就能保持该显示结果,直到下次送新的显示数据为止这种显示占用机时少,显示可靠,因而得到了广泛的应用但这种显示使用的元件多,线路比较复杂,因此成本较高动态显示就是微机对显示器进行扫描,在这种方法中,显示器分时工作,每次只有一个器件显示但由于人们视觉的暂留现象,会感觉所有的数码管都在显示,这样就能同时显示不同的数图3-2LED数码管结构原理图众所周知,LED显示数码管通常由硬件7段译码集成电路,完成从数字到显示码的译码驱动本系统采用软件译码,以减小体积,降低成本和功耗,软件译码的另一优势还在于比硬件译码有更大的灵活性所谓软件译码,即由单片机软件完成从数字到显示码的转换从LED数码管结构原理可知,为了显示字符,要为LED显示数码管提供显示段码,组成一个“8”字形字符的7段,再加上1个小数点位,共计8段,因此提供给LED数码管的显示段码为1个字节各段码位与显示段的对应关系如表3-1表3-1段码位的对应关系段码位D7D6D5D4D3D2D1D0显示段dpgfedcba需说明的是当用数据口连接LED数码管a~dp引脚时,不同的连接方法,各段码位与显示段有不同的对应关系通常数据口的D0位与a段连接,D1位与b段连接,……D7位与dp段连接,如上表3-1所示想要数码管显示不同的数字,就要求对应不同的二极管亮,我们只需给数码管输入不同的信号即可因为数码管有两种不同的接法,所以当对应同一数字时,所输入的信号也是不同的,因为这是最基本的知识,在这里就不多做说明了
3.3硬件原理图及说明本次紧急报警按钮设计硬件原理总图如下图3-3所示图3-3紧急报警按钮设计硬件原理总图本次紧急报警按钮设计硬件原理图主要包括单片机时钟电路,单片机复位电路,紧急报警和外部中断信号输入电路,结果显示电路,声光报警电路下面将一一进行介绍和说明
3.
3.1单片机时钟电路及说明
1.单片机时钟电路单片机时钟电路如下图3-4所示图3-4单片机时钟电路图
2.说明本系统采用的是89C51单片机,单片机内部的振荡电路是一个高增益反相放大器,引线XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端和输出端单片机内部虽然有振荡电路,但要形成时钟,外部还要附加电路晶振可在
1.2MHz~12MHz之间选择单片机在通常应用情况下,使用振荡频率为6MHz的石英晶体,而12MHz频率的晶体主要在高速串行通信情况下才使用外接晶体以及电容C1各C2构成并联谐振电路,接在放大器的反馈回路中对外接电容的值虽然没有严格的要求,但电容的大小多少会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和温度稳定性外接晶体时,C1和C2值通常选择为30PF左右;外接陶瓷谐振器时,C1和C2的典型值约为47PF本次设计电容选择33PF
3.
3.2单片机复位电路及说明
1.单片机复位电路单片机复位电路如下图3-5所示图3-5单片机复位电路图
2.说明单片机的复位电路是靠外部电路实现的单片机工作后,只要在它的RESET引线上加载10ms以上的高电平,单片机就能有效的复位在本次设计中,采用的是上电复位的方式当振荡器运行时在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位推荐在此引脚与Vss引脚之间连接一个约
8.2Ω的下拉电阻,与Vcc引脚之间连接一个约10uF的电容,以保证可靠的复位如上图
3.5所示
3.
3.3紧急报警信号和外部中断信号输入电路及说明
1.紧急报警和外部中断信号输入电路紧急报警和外部中断信号输入电路如下图3-6所示图3-6紧急报警信号和外部中断信号输入电路图
2.说明当八个按钮中某一按钮按下去,就会在编码器输入端产生一低电平信号,通过编码器的编码会送给单片机一个三位的数字信号,每个按钮都会对应一个不同的三位的数字信号编码器的输出端A、B、C分别接单片机的P
1.
0、P
1.
1、P
1.2引脚因为单片机在启动后,P1口均自动置为高电平,所以当输入的三位数字为111时,单片机会误以为此时有输入信号进来,从而执行报警程序,产生误报警为了避免这种情况的发生,我将按钮1按下去产生的低电平信号接到单片机的P
1.3引脚从而使输入信号变为1110,这样一来,就解决了误报警的问题下表3-2为按钮1到8按下后对应的不同的单片机输入信号表3-2按钮序号与对应输入信号对照表按钮序号12345678对应输入信号1110011101001110010100000本次设计采用外部中断0方式详细地说就是八个紧急报警按钮中的任何一个按钮按下去都会通过门电路产生一个低电平信号,所产生的低电平信号输入单片机的P
3.2引脚,通过电平触发方式触发外部中断0,从而执行中断子程序产生相应的声光报警这里应用P
3.2口的第二功能即外部中断0的引脚功能
3.
3.4结果显示电路及说明
1.结果显示电路图结果显示电路图如下图3-7所示图3-7结果显示电路图
2.说明数码管段选信号接单片机P0口,数码管1选通信号分别接单片机的口,数码管2选通信号分别接单片机的口因为单片机的硬脚输出电流很小,不能使数码管正常发光,所以在P0口接1000Ω的上拉电阻来保证数码管正常发光上图中数码管1(左边)显示被按下的紧急报警按钮的序号,数码管二(右边)显示报警声响的次数数码管采用静态显示和动态显示,先由数码管1静态显示被按下按钮的序号,等报警声结束后,两个数码管才动态显示序号和报警声响次数其中数码管1一直显示
3.
3.5声光报警电路
1.声光报警电路声光报警电路如下图3-8所示图3-8声光报警电路图2.说明上图系列发光二极管采用共阳极接法阳极接+5电压,阴极接限流电阻接入单片机P2口八个紧急报警按钮与八个发光二极管自上而下一一对应如表
3.3所示按钮一按下去,相应的发光二极管就会发光表3-3按钮序号与对应数码管信号按钮序号12345678对应发光二极管序号D1D2D3D4D5D6D7D8喇叭接P
3.5口产生的报警声设计为救护车报警声按钮一按下去便和发光二极管同时发出光信号和声音信号,产生声光报警
3.4软件设计
3.
4.1软件设计的任务和要求虽然这部分设计的任务已经在此章开始时已经详细说明过,但是这一节主要说的是此部分设计的软件设计部分,所以我觉得还有必要在这里再讲叙一遍本次设计要求设计八个不同的紧急按钮,八个紧急报警按钮表示不同的意义,并标为数字序号1到8以区分其不同的意义通过编写程序要求按钮按下去,就会产生相应的声光报警,八个按钮分别对应八个发光二极管不仅如此,还要求编写程序别两个数码管分别显示被按下按钮的序号和报警声响的次数报警声音编写为救护车报警声音本部分系统设计图在引言中讲过在这里就不多做说明了
3.
4.2主程序设计
1.主程序说明主程序主要对单片机进行开外部中断0设置和对其I/O端口进行一些必要的初始化初始化设置本次设计的程序设计主要是外部中断0子程序的设计程序代码见附录
12.主程序流程图主程序流程图如下图3-9所示图3-9主程序流程图
3.
4.3中断子程序设计
1.中断子程序说明本次设计采用外部中断0方式,采用电平激活外部中断方式当八个按钮中的任何一个按钮按下去,都会通过门电路产生一个低电平,送给单片机的P
3.2口,这里应用P
3.2口的第二功能即外部中断0的引脚功能然后单片机便执行中断子程序,从而产生相应的声光报警设置每次中断报警声响三次,中断响应结束,所有显示也随之结束中断子程序的功能是,当八个按钮中的某一个按下去就产生相应的声光报警并通过两个分别显示被按按钮的序号和报警声响的次数例如,当按钮一按下去,第一个发光二极管就会发出红光数码管显示数字13,即表示按钮1被按下,报警声响三次程序代码见附录
12.中断子程序流程图中断子程序流程图如下图3-10所示图3-10中断子程序流程图
3.
4.4按键消抖说明按下抖动和释放抖动在实际按键电路中大概约为5毫秒稳定闭和大约10毫秒因为单片机执行指令的时间是微妙级,所以如果没有按键防抖措施,单片机就会误以为按键被连续按下,从而导致产生程序的误执行按键消抖一般可以用硬件和软件两种方法实现本次设计采用软件消抖具体过程为,当按键按下去时,判断其是否按下,延时5毫秒,再次判断其是否被按下,如果相同,则认定按键按下,执行下一部指令否则,则认为它没有按下在本次设计中因为按钮与单片机中间接了8线-3线编码器,所以不能直接判断按钮是否按下,但可以通过判断前后两次单片机的输入信号是否相同来代替从而间接地判断按钮是否按下如果两次输入单片机的信号相同,则认为按钮被按下,如果不相同,则认为没有被按下不仅如此,在按键释放时同样也要进行消抖,原理与按下时消抖原理一样
3.
4.5硬件原理图仿真及结果显示软件调试的是整个系统设计很重要的步骤,要求所编写的程序不仅要在理论上适合功能要求,而且要在实际的电路板上可靠执行本系统的软件调试用Keil仿真软件和Proteus仿真软件进行软硬件联合仿真编译通过只是说明程序没有语法错误是否达到设计目的,还需将软硬件结合进行排错、调试和检查即通常所说的仿真仿真有两种方式一.是采用仿真器的实时在线仿真二.是通过PC机由软件完成的模拟仿真实时在线仿真可以完全模拟样机或实验板的工作状态,用起来比较直观、方便软件模拟仿真不需要仿真器,仅仅通过安装在微机上的单片机模拟软件便可以进行单片机系统的仿真我们使用Keil仿真软件和Proteus仿真软件进行软硬件联合仿真
①首先用Keil进行软件仿真,主要包括C文件的编译、连接、并生成Hex文件提供给Proteus,仿真界面如图3-11所,表示程序调试成功
②其次用Proteus进行硬件仿真,在Proteus中选择相应的元器件再结合Keil生成的Hex文件可以对系统整体性能进行仿真,仿真结果图如图3-12所示图3-11程序调试图说明
1.打开keilc软件,由Project-----newproject,在新建文件中保存文件名”dd”后,在弹出的对话框中双击Atmel选择AT89C51确定
2.打开keilc软件,新建文本文件把写好的C语言程序复制进去并保存为”dd.c”文件单击Optionsfortarget,选择output后选中creathexFi,以生成hex文件
3.打开target1,双击Sourcegroup1选中”dd.c”,单击Add后再单击Buildtarget,编译后出现0错误,0警告,说明程序编写的没有问题截图如上图
3.11所示,说明程序调试成功
4.打开用proteus绘制的电路图,双击AT89C51单片机,在ProgramFile选项中选择”dd.hex”后单击OK,启动仿真,仿真结果图如下图3-12硬件原理图仿真结果显示如下图3-12图3-12硬件原理图仿真结果显示图说明当按钮按下时,发光二极管发光喇叭发出救护车报警声两个数码管分别显示被按下按钮的序号和报警声响的次数上图以按钮1按下为例因为按下的是按钮1,所以发光二极管D1发出红光,喇叭发出救护车报警声,声音信号如上图示波器所显示数码管1(左边的数码管)显示数字1,又因为本次设计的报警声响的次数设定为三次,所以数码管2(右边的数码管)显示数字3参考文献
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2006.致谢我历时将近两个月时间终于把这篇论文写完了,在这段充满奋斗的历程中,带给我的学生生涯无限的激情和收获在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍,都在同学和老师的帮助下度过了在校图书馆查找资料的时候,图书馆的老师给我提供了很多方面的支持与帮助,尤其要强烈感谢我的论文指导老师,没有她对我进行了不厌其烦的指导和帮助,无私的为我进行论文的修改和改进,就没有我这篇论文的最终完成在此,我向指导和帮助过我的老师们表示最衷心的感谢! 同时,我也要感谢本论文所引用的各位学者的专著,如果没有这些学者的研究成果的启发和帮助,我将无法完成本篇论文的最终写作至此,我也要感谢我的朋友和同学,他们在我写论文的过程中给予我了很多有用的素材,也在论文的排版和撰写过程中提供热情的帮助! 金无足赤,人无完人由于我的学术水平有限,所写论文难免有不足之处,恳请各位老师和同学批评和指正! 评阅人对继续教育学院学院自动化专业学生李清秀毕业设计(论文)的评语成绩满分20单位辽宁石化职业技术学院评阅人2015年8月5日指导教师对继续教育学院学院自动化专业学生李清秀毕业设计(论文)的评语成绩满分40指导教师曹雅静2015年8月10日毕业设计(论文)成绩院别继续教育学院专业自动化132学生李清秀题目家庭安防控制系统答辩成绩满分40综合成绩满分100答辩委员会主任年月日。