声光报警器系统设计与调试.docx
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声光报警器系统设计与调试
声光报警器系统设计与调试
第2章任务计划书
2.1任务设计要求
设计一个声光报警器,当报警按钮按下时扬声器报警,扬声器用1kHZ信号响100ms,500Hz信号响200ms,交替进行声响报警,在报警期间报警指示灯亮,当报警解除按钮按下则解除报警。
2.2软件设计要求
利用定时器以方式1工作,产生报警音符对应的1kHZ信号响100ms,500Hz信号响200ms的方波,由P3.0接报警灯,P3.1接报警喇叭,用P3.2接报警控制按钮,P3.3接报警停止按钮。
2.3设计内容
(1)芯片简介
(2)电路各部分的组成和工作原理
(3)元器件的选取及其电路逻辑图和功能
(4)电路各部分的调试方法
2.4设计功能指标要求
主要功能要求:
(1)报警器能适应多种环境工作。
(2)报警器能够在发生火灾时实现手动报警和系统误报时手动取消报警。
(3)报警器在发出报警时可以同时实现声音报警,灯光报警,远程报警。
2.5元器件清单
元件
规格
数量
单片机
AT89C51
1个
按钮
/
3个
报警灯
LED
1个
喇叭
8Ω/0.25w
1个
晶振
6MHz
1个
起振电容
30pF瓷片电容
2个
复位电容
22Uf16V电解电容
1个
电阻
100Ω、1KΩ、4.7Ω、220Ω
各1个
三极管
9012
1个
蜂鸣管
8Ω
1个
DIP封装插座
40脚集成插座
1个
第3章芯片介绍
3.1AT89C51简介
AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和128bytes的随机存取数据存储器(RAM)。
图为AT89C51单片机的基本组成功能方块图。
由图可见,在这一块芯片上,集成了一台微型计算机的主要组成部分,其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等,各部分通过内部总线相连。
下面介绍几个主要部分。
图3.1AT89C51功能方块图
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
AT89C51是一种带2K字节闪存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1000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,AT89C51是它的一种精简版本。
AT89C51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。
外形及引脚排列如图3.2、3.3所示。
图3.2AT89C51外形
图3.3AT89C51引脚排列
AT89C51外形及引脚排列
现在AT89S51/52已经取代了AT89C51/52。
3.2主要特性
·与MCS-51兼容
·4K字节可编程FLASH存储器
·寿命:
1000写/擦循环
·数据保留时间:
10年·
全静态工作:
0Hz-24MHz
·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
3.3特性概述
AT89C51提供以下标准功能:
4k字节Flash闪速存储器,256字节片内数据存储器(00H-7FH为片内RAM,80H-FFH为特殊功能寄存器SFR),32个I/O口线,两个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。
同时,AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
3.4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P0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/地址的低八位。
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外部必须接上拉电阻。
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口作为低八位地址接收。
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
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2/INT0(外部中断0)
P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(计时器0外部输入)
P3.5T1(计时器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低位字节。
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。
3.5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。
3.6芯片擦除
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中,代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。
此外,AT89C51设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下,CPU停止工作。
但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下,保存RAM的内容并且冻结振荡器,禁止所用其他芯片工作,直到下一个硬件复位为止。
第4章
设计及制作
4.1硬件电路设计(Proteus仿真)
本设计的硬件电路主要包括的模块有:
单片机最小系统、安防报警器(点触开关模拟)、声光报警(声音由二极管模拟),下面将一一介绍。
4.1.1时钟电路
时钟电路是单片机的心脏,它用于产生单片机工作所需要的时钟信号。
单片机本身就是一个复杂的同步时序电路,为了保证同步工作方式的实现,电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。
单片机的时钟产生方法有内部时钟方式和外部时钟方式,大多数单片机应用系统采用内部时钟方式,本系统采用的亦是内部时钟方式。
在MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器,XTAL1、XTAL2引脚分别为该反相放大器的输入端和输出端,在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容,形成反馈电路,就构成了一个稳定的自激振荡器。
此电路采用11.0592MHz的石英晶体。
时钟电路如图3.1
图4.1时钟电路
4.1.2复位电路
复位是单片机的初始化操作,其主要功能是把PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外,当由于程序运行出错或操作错误是系统处于死锁状态时,为摆脱困境,也需要按复位键以重新启动。
MCS-51单片机的复位电路由片内、片外两部分组成,进行复位操作时,外部电路需在复位引脚RST端产生大于两个机器周期的高电平信号,RST引脚通过片内施密特触发器与复位电路相连(施密特触发器的作用是脉冲整型和抑制噪声)。
MCS-51单片机的复位操作有两种方式:
上电复位和上电按钮复位,本电路采用的是上电按钮复位,复位电路如图4.2
图4.2复位电路4.1.3报警电路
本设计的红外报警和门禁报警采用的是按键报警,当按下按钮时,即输入报警信息。
图4.3报警电路
4.1.3声光报警输出电路
当红灯亮是报警装置扬声器也发出响声,当灯灭时扬声器即停止报警。
图4.4声光报警输出电路
4.1.4设计电路
组合后的总仿真电路图如图4.5所示:
图4.5总仿真电路图
4.2总体设计思路与方案
4.2.1整体方案
P3.2口用来接按控制报警器的启动和停止,P3.0口用来输出方波、发声,P3.1口对灯进行控制为使扬声器用1kHZ信号响100ms,500Hz信号响200ms要用定时器中断,利用定时器T1方式1工作,产生方波,由P3.0输出驱动喇叭发声。
声音的改变调用延时子程序的次数来实现设晶振频率为12MHz。
基于音乐播放器基础上,通过按钮控制用于驱动喇叭发出报报警的声音。
P3.2INTO(外部中断0)、P3.3INT1(外部中断1)
4.2.2程序流程图
\
4.3软件设计框图
图4.7设计软件框图
第5章仿真调试
5.1系统性能调试与仿真
(1)源文件的建立:
使用菜单"File-New”或者点击工具栏的新建文件按钮,即可在项目窗口的右侧打开一个新的文本编辑窗口,在该窗口中输入汇编语言源程序(4.2小节所示)。
保存该文件,加上扩展名(.asm或a51),这里将文件保存为examl1.asm。
(2)建立工程文件:
点击“Project-NewProject”菜单,出现以个对话框,要求给工程起一个名字,我们输入exam11,不需要扩展名,点击保存按钮,出现第二个对话框。
这个对话框要求选择目标CPU(即我们所使用的芯片型号80C51)点击ATMEL前面的“+”号,展开该层,点击其中的80C51,然后点击确定按钮。
回到主界面,此时,在工程窗口的文件页中,出现了“Target1”,前面有“+”号,点击“+”展开,可以看到下一层的“SourceGroup1”,这时的工程还是一个空工程,里面什么文件也没有,需要手动把刚才编写好的源程序加入,点击“SouceGroup”使其反白显示,然后,点击鼠标右键,出现一个下拉菜单。
选中其中的“AddfiletoGroup”SouceGroup1”,对话框,要求寻找源文件,注意该对话框下面的“文件类型“默认为CSoucefile(*.c),也就是以C为扩展名的文件,而我们的文件是以asm为扩展名的,所以在列表框中找不到exam11.asm,要将文件类型该掉,点击对话框中”文件类型‘后的下拉列表,找到并选中“AsmSouceFile(*.asm,*.a51)”,这样,在列表框中就可以找到exam11.asm文文件了。
双examll.asm文件,将文件加入项目,注意,在文件加入项目后,该对话框并不消失,等待继续加入其他文件,但初学时常会认为操作没有成功而再次双击同一文件,这时会出现对话框,提示你所选的文件以在列表中,此时点击确定,返回前一对话框,然后,点击”Close”即可返回主界面,返回后,点击“SouceGoup1”前的加号,会发现exam11.asm文件以在其中。
双击文件名,即打开源程序。
电路连接完成后,在电脑上进行仿真,通过在这个过程中丛设计思路到程序设计再到硬伯调试到最后的程序下载,了解了51单片机的原理。
同时通过本课题设计与装配、调试,提高自己的动手能力,巩固已学的理论知识,建立单片机理论和实践的结合,了解各单元电路之间的关系及相互影响,从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。
初步掌握厨房报警器的调整及测试方法。
提高动手能力和排除故障的能力。
结论
以AT89C51单片机作为控制装置的报警器,采用灵敏的声光报警检测危险的存在。
根据自动开关的条件,系统通过对危险的存在信号和环境声信号和光信号识别和智能判断,完成对报警器的控制,避免了误报与没报。
单片机采用汇编语言编制,采用模块化结构设计、条理清晰、通用性好、便于改进,很大程度达到节能目的。
不管做什么事,首先要明确的是自己要做什么,该怎么做,而不是盲目想达到某种目的,急于求成往往达不到效果的。
在这次毕业设计中,我学到了很多东西。
在画图的方面,我学会了建立自己的元件封装库,在画图的时候,直接从封装库里调用元件封装,画起图来很方便,通过这次设计,我学到了很多专业方面的知识。
利用PROTEL制作电路板,从画原理图到PROTEL的制作过程,可学到很多东西。
要注意的方面也很多如原理图不能有错误,封装形式必须正确,布局要美观,布线不能有误要讲究美观,线宽不能太小。
否则制出的产品不美观,有可能对所要求的性能达不到。
每一次的课程设计都会碰到或者或那的问题,也会从课程设计中学到不少的东西。
这次的课程设计也不例外,这其中遇到的困难很多,但我也学到了很多,一分耕耘一分收获!
今后,我更加努力的学习,学好自己的专业知识以充实自己,多锻炼动手能力,来适应日新月异的现代社会。
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