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发光二极管报警电路的（可编辑） 目 录 1 引言 1 2 AT89C51单片机概述 1 2.1 AT89C51单片机的结构 1 2.2 管脚说明 2 2.3 振荡器特性 4 3设计过程 4 3.1 系统设计思想 4 3.2 总体设计思路 4 3.3红外发射电路 5 3.4红外线接收电路 5 3.5复位电路的设计 6 3.6发光二极管报警电路的设计 7 4 软件程序的实现 7 4.1 主程序工作图 7 4.2程序 8 4.3 调试阶段 10 总结 11 参考资料 12 1 引言 随着电子技术的发展,人类不断研究,不断创新纪录,人们自身的安防意 识也在逐渐增强。红外线具有隐蔽性,在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点:其一是能有效判断是否有人员进入;其二是尽可能大地增加防护范围。当然,系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。 自己亲手制作一个红外报警器不仅有实用性而且也是很有意义的一件事情,同时本次实验设计注重对单片机工作原理及报警原理的理解,以便今后自己在单片机领域的学习和开发打下基础,提高自己的动手能力和设计能力,培养创新能力,丰富自己的理论知识,做到理论和实践相结合。本次设计的重要意义还在于对单片机的内部结构和工作状态做更进一步的了解,同时还对单片机的接口技术,中断技术,存储方式和控制方式作更深层次的了解。此次设计更进一步了解基本电路的设计流程,提高自己的设计理念,丰富自己的理论知识,巩固所学知识,使自己的动手动脑能力有更进一步提高,为自己今后的学习和工作打好基础,为自己的专业技能打好基础。 2 AT89C51单片机概述 2.1 AT89C51单片机的结构 AT89C51是一种带4KB闪烁可编程可擦除只读存储器FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory,FPEROM的低电压、高性能CMOS型8位微处理器,俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业的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,能够进行1000次写/擦循环,数据保留时间为10年。他是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价 廉的。因此,在智能化电子设计与制作过程中经常用到AT89C51芯片。 图2.1AT89C 51引脚图 2.2 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,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,如下表所示: 口管脚 备选功能 P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 /INT0(外部中断0) P3.3 /INT1(外部中断1) P3.4 T0(记时器0外部输入) P3.5 T1(记时器1外部输入) P3.6 /WR(外部数据存储器写选通) P3.7 /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。 2.3 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设计过程 3.1 系统设计思想 本次设计的要点在于红外线信号的发射与接收部分,由于目前市场上常用的红外线发射器件和接收器件都具有频率选择性,因此要想得到较好的传输距离和稳定的性能,必须将驱动红外线发射管工作的振荡电路频率调整在红外发射器件的工作频率附近,现大部分产品的频率为38KHz,根据红外线输出频率和接收频率应有单片机程序控制输出频率,只有红外发送模块和接收模块平行才能源源不断的接收到红外线,报警器处于休眠状态,如果有人阻断了红外线信号,接收 模块就接收不到红外线,这时单片机就会启动报警器。从实际的效果来看,报警信号必带有锁存功能,即当有人进入设防区域后报警信号就被锁住即使人离开,报警也将继续,直到人为的按动复位键才停止报警。 3.2 总体设计思路 本设计包括硬件和软件设计两个部分。电路结构可划分为红外传感器、单片机控制电路、LED控制电路、红外接收器及相关的控制管理软件组成就此设计的核心模块来说,单片机就是设计的中心单元,所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统,软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。从设计的要求来分析该设计须包含如下结构: 图3.1总体电路 3.3红外发射电路 电路图如下: 图3.2红外发射电路 整个发射电路的工作过程:VT7、VT8、R13?R16、C8和C9组成多谐振荡器。系统上电后,VT7或VT8两都必有一管进入导通状态,若VT7先进入导通状态,电源经R14、C8和VT7向C8充电。 3.4红外线接收电路 由于该系统是利用红外发射管通过发射的接收来工作的,所以应该配较高性能的红外线接收电路。电路图如下:图3.3红外接收电路 红外发射电路发送的红外线信号被D3接收后,进入VT2基极,进行放大,经放大后的红外线信号经C5耦合后,进入VT1进行再次放大,经两级放大后,接收 到的红外线信号已足够强,经C4耦合后送入由D1、D2组成的倍压整流电路进行整流,C7滤波后形成一个直流控制电压,这个直流控制电压信号足够强,大于CW1的稳压电压,因此CW1击穿,电流流经VT5的基极,VT5饱和导通,集电极输出低电平信号;当发射过来的红外线信号被人挡住时,D3将无法接收到红外线信号,倍压整流电路无信号输出,原充在C7两端的电荷经R12进行放电,此时CW1阻断,电流极小,VT5截止,其集电极输出高电平,这个高电平信号送入后续逻辑处理电路,就可以判断为有人进入,从而做出相应的操作。 3.5复位电路的设计 复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位,单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作[6]。例如使用晶振频率为12MHz时,则复位信号持续时间应不小于2us[7]。本设计采用的是外部手动按键复位电路。如图7示为复位电路。 图3.4复位电路 3.6发光二极管报警电路的设计 由4个发光二极管接上电阻后连上单片的P1.0的引脚,外接VCC,当单片机的P1.0引脚被置低电平后,发光二极管被点亮,起到报警作用[8]。图8所示为发光二极管报警电路。 图3.5发光二极管报警电路 4 软件程序的实现 4.1 主程序工作流程图 按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图 图4.1主程序工作流程图 4.2程序 装载运行程序清单如下: LED P1.0 COUTEDATA 40H ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100H MAIN:MOV SP,#60H MOV SCON,#50H MOV TMOD,#20H MOV TH1,#0FAH SETB TR1 MLOOP: MOV COUTE,#0 MOV R7,#50 LOOP1: MOV SBUF,#5AH JNB TI,$ CLR TI NOP NOP JB RI,LOOP2 SJMP LOOP3 LOOP2: CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,#5AH,LOOP3 INC COUTE LOOP3: DJNZ R7,LOOP1 MOV A,COUTE SETB C SUBB A,#30 JC CLR_LED CLR LED SJMP DELAY CLR_LED:SETB LED_CON DELAY: MOV R6,#100 DELAY1: MOV R5,#100 DJNZ R5,$ DJNZ R6,DELAY1 SJMP MLOOP END 4.3 调试阶段 1、软件调试。先在Keilc51环境中进行软件调试,再利用编程器将调试好 的程序固化到AT89C2051单片机中。 2、硬件调试 接入电源后,当有物体经过红外对管时,发射电路发射的红外线信号被物体反射,使接收电路接收到信号,控制报警电路使报警器发出报警光,按下复位键报警结束。 总结 简单仪器原理与设计的课程设计是电子信息专业学生所必修的,是实践教学不可缺少的重要一环。通过课程设计,不仅能提高学生学习智能仪器的兴趣,加深对智能仪器的理解,开阔视野,也能为以后毕业设计打下良好的基础。学生基本经历了单片机应用系统开发的全过程,扩大了学生的实践内容,从而取得了较好的教学实践效果。任何收获都要付出巨大的努力,在这个领域里面我几乎是从零开始,但是我们克服了重重困难,学到了很多东西。 经过两个星期的努力,我们终于成功的完成了本次课程设计。在设计过程中我们有很多收获当然也遇到了很多困难。譬如说不能够把书本上的知识与实践相结合。还有当我们第一次把硬件电路做出来以后在调试时发现白天它一直在报警,只有在夜晚才是正常的。后来我们通过修改程序,改了一个条件判断语句以后重新下到单片机中结果就对了。 本次实训增强了我们查阅资料的方法技巧,更是大大的提高了我们自学的能力,同时也增强了我们的动手能力。 在这两个星期的课程设计过程中,我们三个人一起查找资料、一起讨论、一起交流,最终我们决定了设计方案并成功完成设计,这些都培养了我们的团结合作精神。此次设计让我们受益匪浅。 参考资料 [1] 胡汉才.单片机原理与接口技术[M].北京:清华大学出版社,1995.6. [2] 楼然苗等.51系列单片机设计实例[M].北京:北京航空航天出版社,2003.3.[3] 何立民. 单片机高级教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001. [4] 赵晓安. MCS-51单片机原理及应用[M]. 天津:天津大学出版社,2001.3. [5] 肖洪兵. 跟我学用单片机[M]. 北京:北京航空航天大学出版社,2002.8. [6] 夏继强. 单片机实验与实践教程[M]. 北京:北京航空航天大学出版社, 2001.[7]于凤明.单片机原理及接口技术[M].北京:中国轻工业出版社.1998.