基于單片機的簡易安防聲光報警器課程設計下載含論文源程序原理圖等

ID:186850 · 發表于 2017-4-6 20:37

完成后的實物圖

圖十三斷電情況下

圖十四通電后的正常情況，解除報警或復位后

圖十五通電后按下門禁報警按鈕

圖十六通電后按下門禁報警按鈕

圖十七 通電后同時按下門禁和紅外報警按鈕

目錄

序言………………………………………………………………2
計劃任務書

1、設計題目……………………………………………………………………2

2、設計任務及要求……………………………………………………………2

3、設計內容……………………………………………………………………2

4、元器件清單…………………………………………………………………

5、設計過程和有關說明………………………………………………………4

5.1警情探測

5.2報警設計

芯片介紹

1、MCS-51單片機……………………………………………………………4

2、MAX232……………………………………………………………………5

3、四位一體七段共陰極顯示數碼管…………………………………………5

設計及制作

1、硬件電路設計………………………………………………………………6

1.1時鐘電路

1.2復位電路

1. 3串口電路

1. 4 四位7段LED數碼管

1. 5 報警電路

1. 6聲光報警輸出電路

2、程序設計

2.1、程序流程圖……………………………………………………………9

2.2、程序……………………………………………………………………10

3、硬件制作及調試……………………………………………………………14

3.1 硬件制作

3.2 程序調試

總結

序言

近年來，隨著我國經濟的迅速發展，城鄉居民的生活水平有了顯著提高，尤其是城鎮居民的居住條件不斷改善，人們在解決了居住問題后，日益關心的是居住是否安全。在購房時，安全性是考察物業管理水平是否完善的一個重要條件。尤其是那些流竄作案的犯罪分子，往往選擇居民小區作為攻擊目標，入室盜竊搶劫案件屢屢發生，以往的依賴小區保安人防為主的防范措施已滿足不了人們的要求。利用安全防范技術進行防范首先對犯罪分子有種威懾作用，使其不敢輕易作案。如我們這次設計的簡易安防聲光報警器，可以安裝在門口或玄關處，當有不法分子闖入時，利用門禁報警和紅外報警雙重保險，一方面可以提醒主人危險發生，另一方面也可以震懾不法分子。

單片機課程設計是一門實踐課程，要求學生具有制作調試單片機最小系統及外設的能力，能夠掌握單片機內部資源的使用。

單片機課程設計內容包括硬件設計、制作及軟件編寫、調試，學生在熟練掌握焊接技術的基礎上，能熟練使用單片機軟件開發環境Keil C51編程調試，并使用STC ISP調試工具采用串口下載方式聯調制作的單片機最小系統。

單片機課程設計題目包含基本部分及擴展部分，基本部分即單片機最小系統部分，擴展部分是對單片機內部資源及外部IO口的功能擴展，使制作的單片機系統具有一定的功能。

計劃任務書

1、設計題目：簡易安防聲光報警器

2、設計任務及要求

自制一個單片機最小系統，包括串口下載、復位電路，采用兩路外部中斷輸入門禁和紅外探測兩路信號（采用兩個小按鍵模擬），中斷信號輸入后能將報警信息在四位一體數碼管上顯示，并輸出聲光報警信號。

設計內容

1、芯片簡介

2、電路各部分的組成和工作原理。

3、元器件的選取及其電路邏輯圖和功能。

4、電路各部分的調試方法。

5、在整機電路的設計調試過程中，遇到什么問題，其原因及解決的辦法。

4、元件清單

STC89C51單片機、串口芯片MAX232、無極性電容、極性電容、發光二極管、電阻、小按鍵、芯片插座、插座、晶振、驅動

5、設計過程和有關說明

5.1警情探測

在該設計中，需采用兩路外部中斷輸入門禁報警和紅外報警，分別采用兩個小按鍵模擬。其中一個按鍵模擬門禁報警，對應外部中斷1；另一個按鍵模擬紅外報警，對應外部中斷2。

5.2報警設計

正常狀態下，數碼管顯示0，當發生門禁報警時，系統發出聲光報警信息并在數碼管顯示1；，當發生紅外報警時系統發出聲光報警信息并在數碼管顯示2。只有由主人按下報警接觸按鈕或系統復位后，才能解除聲光報警并將數碼管的數字重置為0。

第三章 芯片介紹

1、ST89C51單片機

MCS-51把微型計算機的主要部件都集成在一塊心片上，使得數據傳送距離大大縮短，可靠性更高，運行速度更塊。由于屬于芯片化的微型計算機，各功能部件在芯片中的布局和結構達最優化，抗干擾能力加強，工作亦相對穩定。因此，在工業測控系統中，使用單片機是最理想的選擇。單片機屬于典型的嵌入式系統，所以它是低端控制系統最佳器件。8051是MCS-51系列單片機的典型產品。8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數據存儲器(RAM)、定時/計數器、并行接口、串行接口和中斷系統等幾大單元及數據總線、地址總線和控制總線等三大總線，其引腳圖如圖一：

引腳介紹：

電源：VCC - 芯片電源，接+5V；VSS - 接地端；

時鐘：XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端

控制線：⑴ ALE/PROG:地址鎖存允許/片內EPROM編程脈沖：① ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址； ② PROG功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。

⑵ PSEN:外ROM讀選通信號。

⑶ RST/VPD:復位/備用電源：① RST（Reset）功能：復位信號輸入端； ② VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。

⑷ EA/Vpp:內外ROM選擇/片內EPROM編程電源：① EA功能：內外ROM選擇端；② Vpp功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。

I/O線：4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。

2、MAX232

MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標準串口設計的單電源電平轉換芯片,使用+5v單電源供電。引腳圖如圖二：

引腳介紹：

第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構成。功能是產生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。　　

第二部分是數據轉換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構成兩個數據通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數據通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數據通道。TTL/CMOS數據從T1IN、T2IN輸入轉換成RS-232數據從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數據從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數據后從R1OUT、R2OUT輸出。　　

第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。

四位一體七段共陰極顯示數碼管

設計及制作

硬件電路設計（Proteus 仿真）

本設計的硬件電路主要包括的模塊有：單片機最小系統、七段數碼管顯示模塊、安防報警器（點觸開關模擬）、聲光報警（聲音由二極管模擬），下面將一一介紹。

1.1時鐘電路

時鐘電路是單片機的心臟，它用于產生單片機工作所需要的時鐘信號。單片機本身就是一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。

單片機的時鐘產生方法有內部時鐘方式和外部時鐘方式，大多數單片機應用系統采用內部時鐘方式，本系統采用的亦是內部時鐘方式。在MCS-51芯片內部有一個高增益反相放大器，XTAL1、XTAL2引腳分別為該反相放大器的輸入端和輸出端，在芯片的外部通過這兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調電容，形成反饋電路，就構成了一個穩定的自激振蕩器。此電路采用11.0592MHz的石英晶體。時鐘電路如圖四：

圖四：時鐘電路

1.2復位電路

復位是單片機的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執行程序。除了進入系統的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤是系統處于死鎖狀態時，為擺脫困境，也需要按復位鍵以重新啟動。

MCS-51單片機的復位電路由片內、片外兩部分組成，進行復位操作時，外部電路需在復位引腳RST端產生大于兩個機器周期的高電平信號，RST引腳通過片內施密特觸發器與復位電路相連（施密特觸發器的作用是脈沖整型和抑制噪聲）。

MCS-51單片機的復位操作有兩種方式：上電復位和上電按鈕復位，本電路采用的是上電按鈕復位，復位電路如圖五：

圖五：復位電路

1. 3串口電路

利用串行口芯片MAX232燒錄入程序,單片機才能正常工作,電路如圖六：

圖六：串口驅動電路

1. 4 4位數碼管

動態驅動是將所有數碼管的4個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現象及發光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示數據，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的I/O端口，而且功耗更低。

路圖如圖七：

圖七數碼管顯示電路

1. 5報警電路

本設計的紅外報警和門禁報警采用的是按鍵報警，當按下按鈕時，即輸入報警信息。

圖八：報警電路

1. 6 聲光報警輸出電路

紅燈亮表示一切正常。當發生紅外報警或門禁報警時，紅燈滅，綠燈亮，揚聲器發出聲音報警。電路圖如圖九所示：

圖九：聲光報警輸出電路

組合后的總仿真電路圖如圖十所示：

圖十仿真電路圖

程序設計

首先單片機上電復位，并進行初始化包括寄存器和數碼管，當發生報警事件時，單片機驅動聲光報警裝置并且在數碼管上顯示相應的報警信息，退出中斷時，單片機檢測報警解除按鈕，當報警解除按鈕被按下時單片機關閉聲光報警并清除數碼管上的報警信息。

2.1、程序流程圖

圖十一主程序流程圖

圖十二中斷流程圖

2.2、程序

#include<reg52.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit red=P1^0;
sbit green=P1^1;
sbit spe=P1^2;
sbit bjjc=P1^3;
sbit mjbj=P3^2;
sbit hwbj=P3^3;
void delay(uint ms)
{
uchar i;
while(ms--)
{for(i=0;i<120;i++);}
}
void baojin()
{
while(1)
{
green=1;
red=0;
spe=~spe;
delay(100);
red=1;
delay(100);
if(!bjjc)
{
break;
}
if(!mjbj&&!hwbj)
{
P0=0x4f;
}
}
}
void external_int0() interrupt 0
{
delay(10);
while(!mjbj&&hwbj)
{
P0=0x06;
baojin();
}
while(!mjbj&&!hwbj)
{
P0=0xb0;
baojin();
}
}
void external_int1() interrupt 2
{
delay(10);
while(mjbj&&!hwbj)
{
P0=0x5b;
baojin();
}
while(!mjbj&&!hwbj)
{
P0=0x4f;
baojin();
}
}
void main()
{
P0=0x00;
delay(100);
while(1)
{
P0=0x3f;
red=1;
green=0;
spe=1;
IE=0x8f;
IP=0x05;
}
}

復制代碼

硬件制作及組裝調試部分

3.1 硬件制作

硬件制作過程如下：

1、領取元器件，檢查元器件是否是自己所需要的；

2、布局，綜合考慮各個器件的引腳及接電源和節點的情況，對接線路徑進行規劃，盡量避免線路的重疊，要求做的美觀、使用；

3、焊接固定座槽，注意不要短路和段路；

4、連接各條線路，不要錯漏，也不要重復，這里尤其要小心；

5、接線完畢進行檢查，再把芯片裝上去；

6、下載程序；

7、接通電源，測試；

8、測試失敗則用萬用表對電路連線進行檢查。

3.2 程序調試過程

硬件：焊接四腳點觸開關時，由于對器件不熟悉而將門禁報警電路中的開關剩余的兩個腳接到了復位電路中，造成復位電路失效。后經檢查發現并排除問題。時鐘電路內由于沒有找到30pF的電容，最終用了20pF的代替。第一次領到的器材中沒有包括蜂鳴器，所以用一個炫彩的發光二極管代替了，所以在報警時的真實情況是兩個發光二極管同時閃爍。在調試硬件的時候顯示管在按下某些開關后會出現亂碼，到后來檢查發現，是芯片的VCC和地沒有接，但我還是有個疑問至今沒有弄明白，就是我芯片沒有接點的時候，門禁報警和紅外報警開關的時候能顯示1.2.3。

程序：由于對C語言比較熟悉，所以在程序編寫上選擇使用C語言。但是單片機C語言與我所學過的C語言又有些許差異，比如文件名不同，P0.0口要寫成P0^1這種形式等。在編寫程序時參考學習了郭天祥的51單片機C語言教程上面的例程，在實現門禁報警和紅外報警的時候總是存在優先級的問題，不能按照意愿顯示，到后來在和同學的討論下，把先按門禁后按紅外開關，先按紅外后按門禁開關放到if語句的循環體中才得以實現目的，最終將程序編出后下載到已完成的同學的板子上檢測，無誤。

第五章總結

單片機是通信工程專業非常重要的專業課，學習的時候還比較用心。但是當真正要做一樣東西時，才發現自己學的很糊涂。拿到題目后發現很多東西都不記得了，只能翻書溫習。我是先做的Proteus仿真，從最小系統開始做。單片機最小系統是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統。應該包括：單片機、晶振電路、復位電路等。由于之前沒有這類概念，因此查了很多資料才開始有所理解，并開始動手焊接板子。而在參數的選擇方面，有很多參數都是經典的參數，但我也要求自己認真去分析了一下為什么要這么選擇。有些是因為單片機內部要求，有些是用于上拉電阻，還有些則要通過模電中的相關知識進行計算。這樣一點一點對照著書本做出來的。對于Proteus這個軟件，因為是第一次接觸，開始時根本不會找適用的器件，后來是通過上網查資料和詢問同學才逐漸了解如何使用，最后通過不斷的使用到現在已經是使用地非常熟練。

程序真的是寫的比較順利，因為本身難度也不是很大，而且有一點C語言的功底，是一次就成功的。

硬件制作的時候以為很簡單，急于求成，出現了幾個低級錯誤，其實焊板子不難，就是檢查板子的問題有點麻煩，不過在檢查板子的時候溫習了原理，也學到了不少知識，這不是第一次焊板子了，有前面幾次的練習，這次自己覺得布局比以前好多了。

每一次的課程設計都會碰到或者或那的問題，也會從課程設計中學到不少的東西。這次的課程設計也不例外，這其中遇到的困難很多，但我也學到了很多，一分耕耘一分收獲！今后，我更加努力的學習，學好自己的專業知識以充實自己，多鍛煉動手能力，來適應日新月異的現代社會。

完整的設計論文下載（word格式可編輯）：

基于單片機的簡易安防聲光報警器設計.doc (2.53 MB, 下載次數: 59)