基于單片機(jī)的報(bào)警器與旋轉(zhuǎn)燈設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 題目名稱(chēng)：報(bào)警器與旋轉(zhuǎn)燈設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：10級(jí)電子信息工程學(xué) 號(hào)：2010162066姓 名： 目 錄1 概 述11.1 課題研究背景與意義11.2 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容12 系統(tǒng)設(shè)計(jì)22.1 設(shè)計(jì)方案論證22.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)22.2.1 控制模塊22.2.2開(kāi)關(guān)報(bào)警器模塊42.2.3旋轉(zhuǎn)燈模塊52.2.4 硬件電路中器件選擇52.3 軟件設(shè)計(jì)72.3.1 主程序模塊72.3.2 中斷程序83 系統(tǒng)調(diào)試93.1 硬件調(diào)試93.1.1 靜態(tài)檢查93.1.2 通電檢查93.2 軟件調(diào)試及軟硬件聯(lián)調(diào)93.2.1 proteus軟件仿真103.2.2脫機(jī)調(diào)試103.

2、2.3 程序11結(jié)束語(yǔ)13參考文獻(xiàn)13 基于單片機(jī)的報(bào)警器與旋轉(zhuǎn)燈設(shè)計(jì)1 概 述1.1 課題研究背景與意義 報(bào)警器與旋轉(zhuǎn)燈，是一種為防止或預(yù)防某事件發(fā)生所造成的后果，以聲、光兩種形式來(lái)提醒或警示我們應(yīng)當(dāng)采取某種行動(dòng)的電子產(chǎn)品。隨著科技的進(jìn)步，機(jī)械式報(bào)警器越來(lái)越多地被先進(jìn)的電子報(bào)警器代替，經(jīng)常應(yīng)用于系統(tǒng)故障、安全防范、交通運(yùn)輸、醫(yī)療救護(hù)、應(yīng)急救災(zāi)、感應(yīng)檢測(cè)等領(lǐng)域，與社會(huì)生產(chǎn)密不可分。 其通常具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1）光效節(jié)能：光效高、壽命長(zhǎng)、節(jié)能環(huán)保；優(yōu)良的芯電路設(shè)計(jì)，聲音和聲光兩種工作模式任意轉(zhuǎn)換，聲音報(bào)警聲強(qiáng)高達(dá)115分貝以上，穿透能力強(qiáng)。2）充電組，充放電性能穩(wěn)定、容量高、自放電率低、節(jié)能環(huán)保

3、。3）安全可靠：采用先進(jìn)的光學(xué)軟件和優(yōu)化的結(jié)構(gòu)密封設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，轉(zhuǎn)動(dòng)安靜平穩(wěn)，經(jīng)受強(qiáng)力的碰撞和沖擊，確保元件可在惡劣的環(huán)境中長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠的工作。4）使用方便：體積小、重量輕、攜帶方便，可采用臺(tái)面放置、手提、磁力吸附等多種方式。報(bào)警器與旋轉(zhuǎn)燈一般匹配探測(cè)器，應(yīng)根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和用戶(hù)的安全防范要求，合理的選擇和安裝各種類(lèi)型的報(bào)警探測(cè)器，才能較好的達(dá)到安全防范的目的。當(dāng)選擇和安裝報(bào)警探測(cè)器不合適時(shí)，有可能出現(xiàn)安全防范的漏洞，達(dá)不到安全防范的嚴(yán)密性，給入侵者造成可乘之機(jī)，從而給安全防范工作帶來(lái)不應(yīng)有的損失。 報(bào)警探測(cè)器的靈敏度和可靠性是相互影響的。合理選擇報(bào)警探測(cè)器的探測(cè)靈敏度和采用不同

4、的抗外界干擾的措施，可以提高報(bào)警探測(cè)器性能。采用不同的抗干擾措施，決定了報(bào)警探測(cè)器在不同環(huán)境下的使用性能。了解各種報(bào)警探測(cè)器的性能和特點(diǎn)，根據(jù)不同使用環(huán)境，合理配置不同的報(bào)警探測(cè)器是防盜報(bào)警系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 由于本課程設(shè)計(jì)只需設(shè)計(jì)處報(bào)警環(huán)節(jié)和旋轉(zhuǎn)燈環(huán)節(jié)，無(wú)需添加探測(cè)感應(yīng)環(huán)節(jié)，所以設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。1.2 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容本課題的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制的報(bào)警器與旋轉(zhuǎn)燈，要求通過(guò)外部中斷0控制報(bào)警器和旋轉(zhuǎn)燈。報(bào)警器與p3.7口接，八個(gè)發(fā)光二極管分別接p2口。當(dāng)接外部中斷0的開(kāi)關(guān)按下時(shí)，報(bào)警器響，八個(gè)發(fā)光二極管順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；當(dāng)?shù)诙伟聪麻_(kāi)關(guān)時(shí)，報(bào)警器停止和發(fā)光二級(jí)管熄滅。設(shè)計(jì)報(bào)警器與旋轉(zhuǎn)燈的硬

5、件電路與軟件控制程序，對(duì)硬件電路與軟件程序分別進(jìn)行調(diào)試，并進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，要求獲得調(diào)試成功的實(shí)物。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)方案論證采用40腳，片內(nèi)帶8kb flash rom 的atc89c51單片機(jī)作為控制核心，開(kāi)關(guān)模塊和報(bào)警器模塊接p3口，旋轉(zhuǎn)燈模塊接p2口，按以上系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)，單片機(jī)端口資源剛好滿(mǎn)足要求。設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示。最小系統(tǒng)led模塊p1口p0口復(fù)位模塊rstatc89c51p3口開(kāi)關(guān)和報(bào)警器模塊旋轉(zhuǎn)燈模塊電源模塊xtallp2口圖2-1 報(bào)警器與旋轉(zhuǎn)燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的報(bào)警器與旋轉(zhuǎn)燈系統(tǒng)的電路原理圖如圖2-2所示。系統(tǒng)由旋轉(zhuǎn)燈模塊、復(fù)位模塊、開(kāi)關(guān)報(bào)警

6、器模塊、最小系統(tǒng)led模塊和電源模塊五部分組成。2.2.1 控制模塊 控制模塊原理圖如圖2-3所示。主控制器采用atc89c51。atc89c51是一種帶8k字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能cmos 8位的微處理器。在本設(shè)計(jì)中，p3口用于對(duì)報(bào)警器和旋轉(zhuǎn)燈的控制，連接開(kāi)關(guān)和蜂鳴器。p2口用于對(duì)旋轉(zhuǎn)燈的控制。p0口接一發(fā)光二極管，驗(yàn)證最小系統(tǒng)。在控制模塊里面，包含了時(shí)鐘電路以及復(fù)位電路兩部分。 圖2-2 基于單片機(jī)的報(bào)警器與旋轉(zhuǎn)燈系統(tǒng)電路原理圖圖2-3 控制模塊原理圖a.時(shí)鐘電路atc89c51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳xtal1和xtal2分別是此放大器的輸入

7、端和輸出端。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖2-4(a) 所示，在xtal1和xtal2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.212mhz之間選擇，電容值在530pf之間選擇，電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。外部方式的時(shí)鐘電路如圖2-4（b）所示，xtal2接地，xtal1接外部振蕩器。對(duì)外部振蕩信號(hào)無(wú)特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12mhz的方波信號(hào)。（a）內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 （b）外部方式時(shí)鐘電路圖2-4 時(shí)鐘電路b復(fù)位及復(fù)位電路a.復(fù)位操作復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。

8、其主要功能是把pc初始化為0000h，使單片機(jī)從0000h單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。b.復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生rst引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期(即二個(gè)機(jī)器周期)以上。若使用頗率為6mhz的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過(guò)4us才能完成復(fù)位操作。整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)(rst)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的s5p2時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。復(fù)位操作有上電

9、自動(dòng)復(fù)位相按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這樣，只要電源vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過(guò)使復(fù)位端經(jīng)電阻與vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用rc微分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2.2.2開(kāi)關(guān)報(bào)警器模塊 開(kāi)關(guān)控制電路的運(yùn)行，報(bào)警器是運(yùn)行中所顯示的一種狀態(tài)。如圖2-5所示。圖2-5 開(kāi)關(guān)報(bào)警器模塊在沒(méi)有按鍵按下時(shí)，p3.7口輸出的是高電平。當(dāng)某一層有鍵按下時(shí)，相應(yīng)的端口引腳變?yōu)榈碗娖健?pnp型的蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，從圖上我們可以看出：三

10、極管基極連1k的電阻接p3.7口，發(fā)射極接地，集電極接蜂鳴器短腳，長(zhǎng)腳接+5v電壓。2.2.3旋轉(zhuǎn)燈模塊 旋轉(zhuǎn)燈電路由8個(gè)led發(fā)光二極管和8個(gè)0.3k的電阻構(gòu)成。該電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，但是要注意節(jié)點(diǎn)的電氣連接。如圖2-6所示。2.2.4 硬件電路中器件選擇 a. atc89c51單片機(jī) stc89系列單片機(jī)是mcs-51系列單片機(jī)的派生產(chǎn)品。它們?cè)谥噶钕到y(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標(biāo)準(zhǔn)8052單片機(jī)完全兼容，dip40封裝系列與8051為pin-to-pin兼容。stc89系列單片機(jī)高速(最高時(shí)鐘頻率90mhz)，低功耗，在系統(tǒng)/在應(yīng)用可編程(isp，iap),不占用戶(hù)資源。 本設(shè)計(jì)采用atc8

11、9c51，它提供的功能標(biāo)準(zhǔn)如表2-1。表2-1 atc89c51功能標(biāo)準(zhǔn)兼容mcs51指令系統(tǒng)8k可反復(fù)擦寫(xiě)flash rom32個(gè)雙向i/o口256x8bit內(nèi)部ram3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率0-24mhz2個(gè)串行中斷可編程uart串行通道2個(gè)外部中斷源共6個(gè)中斷源2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線3級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能atc89c51引腳圖如圖2-7所示。 圖2-6 旋轉(zhuǎn)燈模塊a. 主電源引腳（2根）vcc(pin40)：電源輸入，接5v電源gnd(pin20)：接地線b.外接晶振引腳（2根）xtal1(pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端xtal2(pin20)

12、：片內(nèi)振蕩電路的輸出端c.控制引腳（4根）rst/vpp(pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ale/prog(pin30)：地址鎖存允許信號(hào)psen(pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)ea/vpp(pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。d.可編程輸入/輸出引腳（32根）atc89c51單片機(jī)有4組8位的可編程i/o口，分別位p0、p1、p2、p3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。p0口（pin39pin32）：8位雙向i/o口線，名稱(chēng)為p0.0p0.7p1口（pin1pin8）：8位準(zhǔn)

13、雙向i/o口線，名稱(chēng)為p1.0p1.7 p2口（pin21pin28）：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱(chēng)為p2.0p2.7 p3口（pin10pin17）：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱(chēng)為p3.0p3.7 圖2-7 atc89c512.3 軟件設(shè)計(jì)2.3.1 主程序模塊 系統(tǒng)主程序主要用于變量及其他部件的初始化，如系統(tǒng)的初始化，以便能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行相應(yīng)的操作。同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的功能鍵判斷，從而實(shí)現(xiàn)特殊功能。其相應(yīng)的流程圖2-8所示。 圖2-8 報(bào)警器與旋轉(zhuǎn)燈系統(tǒng)主程序流程圖2.3.2 中斷程序在相應(yīng)的外部中斷和定時(shí)器中斷程序中，首先響應(yīng)外部中斷，再響應(yīng)兩個(gè)定時(shí)器中斷，讀取鍵值，旋轉(zhuǎn)燈旋轉(zhuǎn)，報(bào)警器響，在定時(shí)器重

14、置初始值以后，再次外部中斷返回。中斷程序的相應(yīng)流程圖如2-9所示。 初始化參數(shù)開(kāi)始 外部中斷0響應(yīng)中斷返回旋轉(zhuǎn)燈、報(bào)警器工作定時(shí)器0、1重置初值 圖2-9 中斷程序流程圖3 系統(tǒng)調(diào)試3.1 硬件調(diào)試3.1.1 靜態(tài)檢查根據(jù)硬件電路圖核對(duì)了元器件的型號(hào)、極性，安裝是否正確，檢查硬件電路連線是否與電路原理圖一致，檢查電路元器件是否都已經(jīng)連接好，用萬(wàn)用表一一測(cè)試。3.1.2 通電檢查 先調(diào)試電源部分，整個(gè)電路只需要+5v的電壓，用usb線從電腦usb口取電。再用示波器檢測(cè)單片機(jī)的復(fù)位和晶振電路是否有復(fù)位信號(hào)和振蕩信號(hào)。3.2 軟件調(diào)試及軟硬件聯(lián)調(diào) 對(duì)軟件先用仿真器進(jìn)行了調(diào)試。用仿真器運(yùn)行正常后，再用

15、燒寫(xiě)器將程序燒到atc89c51單片機(jī)中，進(jìn)行了脫機(jī)調(diào)試。3.2.1 proteus軟件仿真使用proteus原理及仿真電路如圖3-1所示。圖3-1 proteus原理及仿真圖3.2.2脫機(jī)調(diào)試 用proteus仿真成功后，將設(shè)計(jì)程序燒寫(xiě)到atc89c51中去，通電后發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)無(wú)法準(zhǔn)確控制報(bào)警器和旋轉(zhuǎn)燈工作。我在給蜂鳴器加驅(qū)動(dòng)電路時(shí)有不理解的地方。因?yàn)槿龢O管是pnp型的，所以在采用上圖的驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)蜂鳴器時(shí)，必然對(duì)原程序進(jìn)行修改，并確定在p3.7口輸出低地平時(shí)驅(qū)動(dòng)電路才會(huì)使蜂鳴器響。 結(jié)束語(yǔ) 在大學(xué)期間，從接觸單片機(jī)的課程開(kāi)始，單片機(jī)就給我留下了神秘感。不論是對(duì)課程的學(xué)習(xí)，還是心中對(duì)課程的看

16、法，直到自己獨(dú)自完成布置的單片機(jī)課程，自己的對(duì)單片機(jī)才有了實(shí)質(zhì)性的了解。 實(shí)驗(yàn)任務(wù)分配下來(lái)后，一開(kāi)始確實(shí)很迷茫。因?yàn)橥耆珱](méi)有頭緒，無(wú)從下手?？催@網(wǎng)頁(yè)中搜索的浩瀚的資料，真是一個(gè)頭兩個(gè)大，也第一次體會(huì)到了長(zhǎng)時(shí)間對(duì)這電腦屏幕痛苦的感覺(jué)。 之后我靜下心來(lái)，仔細(xì)挖掘這次實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題所在。我所作的課題關(guān)鍵在于利用3個(gè)中斷對(duì)燈的顯示和按鍵觸發(fā)的處理。想通這些后我開(kāi)始查閱相關(guān)資料，從芯片組成到c語(yǔ)言程序，開(kāi)始深入的學(xué)習(xí)。從查閱彭偉的單片機(jī)c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例開(kāi)始，到最小系統(tǒng)的焊接要點(diǎn)、如何利用protel軟件繪制原理圖和pcb圖，我一步步去嘗試，一次次和同學(xué)討論解決自己存在的問(wèn)題，最終將單片機(jī)課程完成。 但在使用stc下載軟件將程序加載到at89c52中去后，出現(xiàn)蜂鳴器一直在響。檢查后發(fā)現(xiàn)我是將三極管按照npn的驅(qū)動(dòng)電路接線方式進(jìn)行接線的，事實(shí)上我們發(fā)的三極管是pnp型的，所以我將程序改為在p3.7口高電平時(shí)蜂鳴器