基于AT89S51單片機(jī)的紅外報(bào)警器的設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)名稱：基于AT89S51單片機(jī)的紅外報(bào)警器的設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)：課程設(shè)計(jì)時(shí)間：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)題目基于AT89S51單片機(jī)的紅外報(bào)警器的設(shè)計(jì)課題性質(zhì)課題來(lái)源自擬指導(dǎo)教師主要內(nèi)容（參數(shù)）本設(shè)計(jì)采用AT89S51單片機(jī)作為紅外報(bào)警器系統(tǒng)的核心部件，設(shè)計(jì)利用多諧振蕩電路作為紅外線發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管，向布防區(qū)內(nèi)發(fā)射紅外線，接收端利用專用的紅外線接收器件對(duì)發(fā)射的紅外線信號(hào)進(jìn)行接收，經(jīng)放大電路進(jìn)行信號(hào)放大及整形后驅(qū)動(dòng)數(shù)字門電路，輸出報(bào)警信號(hào)，又經(jīng)報(bào)警信號(hào)鎖定電路，將報(bào)警信號(hào)進(jìn)行鎖定，即使現(xiàn)場(chǎng)的入侵人員走開(kāi)，報(bào)警電路也將一直報(bào)警，直到人為解除后方能取消報(bào)警。任務(wù)要求（進(jìn)度）第1天：熟悉課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求，針對(duì)課題查閱技術(shù)資料。第2天：確定設(shè)計(jì)方案。要求對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析、比較、論證，畫出方框圖，并簡(jiǎn)述工作原理。第3-4天：按照確定的方案設(shè)計(jì)單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計(jì)要有詳細(xì)論述。第5天：撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設(shè)計(jì)正確，篇幅不少于6000字。主要參考資料徐愛(ài)鈞、彭秀華．單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì).--北京:北京航空航天大學(xué)出版社2006.

樓然苗.51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例.—北京：北京航空航天大學(xué)出版社2006.

黃智偉.傳感器應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例制作.—北京：電子工業(yè)出版社2006.

唐桃波、陳玉林.基于AT89C51的智能無(wú)線安防報(bào)警器[J].電子設(shè)計(jì)應(yīng)用2003審查意見(jiàn)系（教研室）主任簽字：年月日摘要本設(shè)計(jì)采用AT89S51單片機(jī)作為紅外報(bào)警器系統(tǒng)的核心部件，利用紅外線發(fā)射電路和紅外線接收電路為單片機(jī)直接提供高低電平來(lái)控制單片機(jī)的工作狀態(tài)，以控制報(bào)警電路的工作，最終實(shí)現(xiàn)報(bào)警作用。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、電源、紅外對(duì)管、發(fā)射電路、接收電路、報(bào)警電路

目錄1引言 12總體方案設(shè)計(jì) 12.1硬件方案論證 12.2微處理器的選擇 32.3傳感器的選擇 53系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 63.1基于89S51單片機(jī)的總體設(shè)計(jì) 63.2單片機(jī)控制電路 63.3電源電路 73.4紅外線發(fā)射電路 73.5紅外線接收電路 83.6報(bào)警電路 94系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序流程圖 115軟件編程 126 總結(jié) 137 參考文獻(xiàn) 14附錄 151引言隨著電子技術(shù)的發(fā)展，人類不斷研究，不斷創(chuàng)新紀(jì)錄，人們自身的安防意識(shí)也在逐漸增強(qiáng)。紅外線具有隱蔽性，在露天防護(hù)的地方設(shè)計(jì)一束紅外線可以方便地檢測(cè)到是否有人出入。此類裝置設(shè)計(jì)的要點(diǎn)：其一是能有效判斷是否有人員進(jìn)入；其二是盡可能大地增加防護(hù)范圍。當(dāng)然，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性也是追求的重要指標(biāo)。至于報(bào)警可采用聲光信號(hào)。自己親手制作一個(gè)紅外報(bào)警器不僅有實(shí)用性而且也是很有意義的一件事情，同時(shí)本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)注重對(duì)單片機(jī)工作原理及報(bào)警原理的理解，以便今后自己在單片機(jī)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)打下基礎(chǔ)，提高自己的動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，豐富自己的理論知識(shí)，做到理論和實(shí)踐相結(jié)合。本次設(shè)計(jì)的重要意義還在于對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)做更進(jìn)一步的了解，同時(shí)還對(duì)單片機(jī)的接口技術(shù)，中斷技術(shù)，存儲(chǔ)方式和控制方式作更深層次的了解。此次設(shè)計(jì)更進(jìn)一步了解基本電路的設(shè)計(jì)流程，提高自己的設(shè)計(jì)理念，豐富自己的理論知識(shí)，鞏固所學(xué)知識(shí)，使自己的動(dòng)手動(dòng)腦能力有更進(jìn)一步提高，為自己今后的學(xué)習(xí)和工作打好基礎(chǔ)，為自己的專業(yè)技能打好基礎(chǔ)。對(duì)紅外報(bào)警器系統(tǒng)的要求如下：①可靠性強(qiáng)；②靈敏度高；③成本經(jīng)濟(jì)；④抗干擾能力強(qiáng)；⑤可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行等。本設(shè)計(jì)即采用AT89S51單片機(jī)作為控制中心，對(duì)紅外傳感器傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行分析判斷處理后以聲光信號(hào)輸出，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)盜竊險(xiǎn)情，避免不必要的損失。同時(shí)，該設(shè)計(jì)具有使用簡(jiǎn)單，成本低，反應(yīng)靈敏等諸多優(yōu)點(diǎn)。2總體方案設(shè)計(jì)2.1硬件方案論證設(shè)計(jì)方案1：基于紅外線對(duì)射型傳感器的防盜報(bào)警器紅外線及激光技術(shù)目前已相當(dāng)成熟，利用紅外發(fā)射管發(fā)射一束光束，如接收端能正常接收表示系統(tǒng)正常，當(dāng)有人擋住光束時(shí)，接收端便收不到光束，啟動(dòng)報(bào)警電路工作。設(shè)計(jì)方案2：基于單片機(jī)的紅外報(bào)警器的設(shè)計(jì)圖2-1紅外線報(bào)警器硬件電路系統(tǒng)框電路分為五個(gè)部分：1、電源電路2、脈沖式紅外發(fā)送與接收電路3、數(shù)據(jù)解碼電路4、單片機(jī)系統(tǒng)5、聲光報(bào)警電路電源電路：220V交流電經(jīng)過(guò)變壓器，橋式整流，電解電容濾波，三端穩(wěn)壓器78L05變成+5V的直流電脈沖式紅外發(fā)送與接收電路：由運(yùn)算放大器，電壓比較器，濾波器，紅外發(fā)射與接收管構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)：用AT89C2051單片機(jī)，復(fù)位電路，時(shí)鐘電路聲光報(bào)警電路：穩(wěn)壓電路，音頻放大電路，揚(yáng)聲器，普通紅色發(fā)光二極管組成通過(guò)比較，由于方案一未用到單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程較為簡(jiǎn)單，與我們此次的課程設(shè)計(jì)要求不符，因此我們選擇方案二進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.2微處理器的選擇在整個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)中，CPU既是運(yùn)算處理中心，又是控制中心，是控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的器件。此系統(tǒng)控制方案簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)量也不大，因此選用AT89C51作為控制系統(tǒng)的主機(jī)。AT89C51有40引腳雙列直插（DIP）形式。其與80C51引腳結(jié)構(gòu)基本相同，其邏輯引腳圖如圖2-2。圖2-2AT89C51邏輯引腳圖各引腳功能敘述如下：1．電源和晶振VCC——運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)加+5VGND——接地XTAL1——輸入到振蕩器的反向放大器XTAL2——反向放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器（當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)，XTAL1接地，XTAL2接收振蕩器信號(hào)）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。2．I/O（4個(gè)口，32根）P0口——8位、漏極開(kāi)路的雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ROM、RAM）時(shí)，作地址和數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用。在程序校驗(yàn)期間，輸出指令字節(jié)（需加外部上拉電路）。P0口（作為總線時(shí)）能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。P1口——8位、準(zhǔn)雙向I/O口。在編程/校驗(yàn)期間，用于輸入低位字節(jié)地址。P1口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。對(duì)于80C51，P1.0——T2，是定時(shí)器的計(jì)數(shù)端且位輸入；P1.1——T2EX，是定時(shí)器的外部輸入端。這時(shí)，讀兩個(gè)特殊輸入引腳的輸出鎖存器應(yīng)由程序置1。P2口——8位、準(zhǔn)雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ROM及RAM）時(shí)，輸出高8位地址。在編程/校驗(yàn)期間，接收高位字節(jié)地址。P2口可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。P3口——8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電路。P3口提供各種替代功能。在提供這些功能時(shí)，其輸出鎖存器應(yīng)由程序置1。P3口可以輸入/輸出4個(gè)LSTTL負(fù)載。3．串行口P3.0——RXD（串行輸入口），輸入。P3.1——TXD（串行輸出口），輸出。4．中斷P3.2——INT0外部中斷0，輸入。P3.3——INT1外部中斷1，輸入。5．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器P3.4——T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的外部輸入，輸入。P3.5——T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的外部輸入，輸入。6．?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器選通P3.6——WR低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器寫選通。P3.7——RD低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器讀選通。7．控制線(共4根)輸入：RST——復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。EA/Vpp——片外程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許信號(hào)，低電平有效。在編程時(shí)，其上施加21V的編程電壓。注意：在加密方式1時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。輸入、輸出：ALE/PROG——地址鎖存允許信號(hào)，輸出。ALE以1/6的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘或用于定時(shí)。在EPROM編程期間，作輸入，輸入編程脈沖（PROG）。ALE可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。注意：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。輸出：PSEN——片外程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。在從片外程序存儲(chǔ)器取址期間，在每個(gè)機(jī)器周期中，當(dāng)PSEN有效時(shí)，程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容被送上P0口（數(shù)據(jù)總線）。PSEN可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。2.3傳感器的選擇本設(shè)計(jì)的輸入信號(hào)由一個(gè)發(fā)光（紅外線）二極管為核心的紅外線發(fā)射電路和一個(gè)光（紅外線）敏二極管為核心的紅外線接收電路組成，正常情況下前者發(fā)出的紅外線直接被后者接收，從而對(duì)89s51單片機(jī)輸入低電平，報(bào)警器不工作。當(dāng)由于外界（人）擋住時(shí)，前者發(fā)出的光線不能被后者所接收，故接收電路對(duì)89s51單片機(jī)輸入高電平，報(bào)警器工作。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1基于89S51單片機(jī)的總體設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，本系統(tǒng)分為五個(gè)電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制電路、電源電路、發(fā)射電路、接收電路、報(bào)警電路。3.2單片機(jī)控制電路AT89S51為ATMEL所生產(chǎn)的可電氣燒錄清洗的8051相容單芯片，其內(nèi)部程序代碼容量為4KB AT89S51主要功能列舉如下：1 為一般控制應(yīng)用的8位單芯片2 晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至12MHz）3 內(nèi)部程式存儲(chǔ)器（ROM）為4KB4 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）為128B5 外部程序存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至64KB6 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至64KB7 32條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨(dú)做I/O的控制8 5個(gè)中斷向量源9 2組獨(dú)立的16位定時(shí)器10 1個(gè)全多工串行通信端口11 8751及8752單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能12 單芯片提供位邏輯運(yùn)算指令3.3電源電路因?yàn)橄到y(tǒng)是由單片機(jī)直接控制處理，其穩(wěn)定的電壓是十分重要的，所以我們專門精心設(shè)計(jì)了一個(gè)穩(wěn)壓電源，如下圖所示：圖3-2穩(wěn)壓電源電路圖為了改善波紋特性，在穩(wěn)壓電源的輸入端加接電容C10，在其輸出端加接電容C1、C2，目的是為了改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)、防止自激振蕩和減少高頻噪聲，電路中加入一個(gè)發(fā)光二極管是為了對(duì)輸出的電壓進(jìn)行穩(wěn)壓保護(hù)，用于電壓小于額定電壓或?qū)Φ囟搪返臅r(shí)候的保護(hù)。3.4紅外線發(fā)射電路電路圖如下： 圖3-3紅外線發(fā)射電路圖整個(gè)發(fā)射電路的工作過(guò)程：VT7、VT8、R13—R16、C8和C9組成多諧振蕩器。系統(tǒng)上電后，VT7或VT8兩都必有一管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，若VT7先進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，電源經(jīng)R14、C8和VT7向C8充電。3.5紅外線接收電路由于該系統(tǒng)是利用紅外發(fā)射管通過(guò)發(fā)射的接收來(lái)工作的，所以應(yīng)該配較高性能的紅外線接收電路。電路圖如下： 圖3-4紅外線接收電路圖紅外發(fā)射電路發(fā)送的紅外線信號(hào)被D3接收后，進(jìn)入VT2基極，進(jìn)行放大，經(jīng)放大后的紅外線信號(hào)經(jīng)C5耦合后，進(jìn)入VT1進(jìn)行再次放大，經(jīng)兩級(jí)放大后，接收到的紅外線信號(hào)已足夠強(qiáng)，經(jīng)C4耦合后送入由D1、D2組成的倍壓整流電路進(jìn)行整流，C7濾波后形成一個(gè)直流控制電壓，這個(gè)直流控制電壓信號(hào)足夠強(qiáng)，大于CW1的穩(wěn)壓電壓，因此CW1擊穿，電流流經(jīng)VT5的基極，VT5飽和導(dǎo)通，集電極輸出低電平信號(hào)；當(dāng)發(fā)射過(guò)來(lái)的紅外線信號(hào)被人擋住時(shí)，D3將無(wú)法接收到紅外線信號(hào)，倍壓整流電路無(wú)信號(hào)輸出，原充在C7兩端的電荷經(jīng)R12進(jìn)行放電，此時(shí)CW1阻斷，電流極小，VT5截止，其集電極輸出高電平，這個(gè)高電平信號(hào)送入后續(xù)邏輯處理電路，就可以判斷為有人進(jìn)入，從而做出相應(yīng)的操作。3.6報(bào)警電路電路圖如下： 圖3-5報(bào)警部分電路圖當(dāng)檢測(cè)到有人進(jìn)入布防區(qū)域后，邏輯控制單元輸出低電平信號(hào)，經(jīng)R7使VT3飽和導(dǎo)通，經(jīng)R21、CW2提供一個(gè)3.6V的電壓，作為語(yǔ)音電路的工作電源，語(yǔ)音電路工作后，從B腳輸出音頻信號(hào)，經(jīng)R2送入VT4進(jìn)行功率放大，放大后驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序流程圖圖4-1紅外報(bào)警器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程圖 5軟件編程#include<AT89X51.H>#include<INTRINS.H>bitflag;unsignedcharcount;voiddely500(void) //延時(shí){unsignedchari;for(i=250;i>0;i--){_nop_();}}voidmain(void){while(1){if(P3_0==0)//檢測(cè)到低電平{ while(1)//死循環(huán)報(bào)警 {/*兩種頻率不一樣的脈沖*/for(count=200;count>0;count--){P2_0=~P2_0;dely500();}for(count=200;count>0;count--){P2_0=~P2_0;dely500();dely500(); } }}}}6 總結(jié)簡(jiǎn)單儀器原理與設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)是電子信息工程專業(yè)學(xué)生所必修的，是實(shí)踐教學(xué)不可缺少的重要一環(huán)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，不僅能提高學(xué)生學(xué)習(xí)智能儀器的興趣，加深對(duì)智能儀器的理解，開(kāi)闊視野，也能為以后畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。學(xué)生基本經(jīng)歷了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的全過(guò)程，擴(kuò)大了