毕业设计论文多功能防盗报警器的设计与分析.doc
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1、 武汉工程大学 毕业设计(论文)题目 多功能防盗报警器的设计与分析 专业班级 电子信息工程专业一班 姓名 指导教师姓名、职称 所属助学单位 武汉工程大学 2011年 3月 20日多功能防盗报警器的设计与分析摘 要 随着生活水平的不断提高,人们的安全防范意识也在不断增强,各种智能防盗报警器应运而生,并不断地向各个领域深入,如家庭、公共地点、企事业单位,公司等。本设计采用智能芯片AT89C51单片机为主控器件,对报警信息进行查询处理,控制报警信息的采集和报警信息的发送显示。当按下其中的任一开关时就产生报警信息,报警信息由4021芯片处理后送入单机片内,经过单机片处理后,将报警信息送入两位数码显示器
2、显示报警点位置,同时触发报警音响,达到报警。关键词: AT89C51单片机 报警器 4021芯片ABSTRACTWith the continuous improvement of living standards, peoples safety awareness and a growing, all kinds of intelligence and alarm system emerged, and continuously deeply to various fields, such as family, public places, enterprises, company, etc
3、. This design USES the intelligent chip AT89C51 as the controller device to alarm information, control alarm, query processing information collection and alarm information delivery display. When press one of the either switch produce alarm information, alarm information by single chip 4021 pieces (a
4、fter through into the single slice processing, will alarm information into two digital display, and emergency alarm triggered alarm sound position, to call the police.Keywords: AT89C51 alarm 4021 chip目 录第一章 概述1.1 引言-41.2 课题的叙述-41.3 设计方案分析-51.4 课题背景-5第二章 硬件电路设计2.1 电路组成及工作原理-112.2 报警器电路框图-122.3 LED数码管
5、显示器-122.4 整流电路-142.5 报警电路-142.6 4021B芯片介绍-15第三章 系统的调试3.1 硬件调试-163.2 联机调试-173.3 调试结果及改进方案-17第四章 设计总结 致谢-19 参考文献-20 元器件清单-20 附录:程序清单-21第 一 章 概 述1.1 引言 随着社会和经济的不断发展,人民的生活水平在不断上升,物质财富不断增长,人们为了维护个人或集体的利益不受损失,营造一个更好的发展环境,安全意识也在不断地增强,现代化建设已经向社会的各个方面深入,各种复杂的环境对安全提出了新的挑战,当然,蓬勃发展的现代化趋势也给安全防盗的发展提供了难得的机遇,胆识挑战和机
6、遇同在。挑战来自于服务对象,也来自于对手,服务对象来自于社会各个领域。带有各自的环境特点,对象有不同的特点,这就要求产品要有大的灵活性,适应复杂的环境,再有就是价格不能高,要尽量的低廉,低的投入却是要求高的产出,为生产者提供了一个大大的难题。近几年,多功能安全防盗体系在不断地摸索中一步步走来,从而使安全防盗体系也日趋完善,但是要给用户提供更完美低廉的防盗产品,追求更大效益,占有更大的同类市场,生产商仍然在不断努力,一款款新的防盗产品在不断地被推出,竞争是残酷的,只有依赖现代化的先进电子技术,预见到未来市场的发展趋势,充分的开拓市场才能在这个弱肉强食的社会占有一席之地,在诸多因素中,性能和价格占
7、的地位可谓重大,本设计在依赖与其他同类产品的基础上,进一步增强了系统的功能,降低了成本,相信可以与先进的防盗系统媲美,值得一提的是它便于堵漏扩展,具有很大的灵活性,突出其多功能特性。1.2 课题的叙述1.2.1 设计要求为了提高系统的可靠性,尽量的使用单片机,通过相关程序完成大部分功能,这样不仅提供了系统的可靠性,还降低了设计成本,而且使他的防盗功能更加的突出。1.2.2 基本原理 根据原理图所示,图中16个开关按键模拟16个报警触发点,如发现警情即有开关信号(或多个信号)的产生,对应的4021的口信号发生变化,本设计采用低电平作为报警信号,单机片扫描到报警信号,一个扫描周期结束后关闭4021
8、然后单机片对报警信号做进一步分析,即查找报警点和报警,具体扫描过程为P3.6和P3.4输出读允许信号即4021可将数据输入单片机的允许信号,4021将16位的数据逐位送入单片机,单片机通过内部程序识别是否为警情,若是,则找出对应位的地址,调用该位的对应七段码,送到显示单元,并且报警,具体过程是:单片机的P1口输出经单片机处理的七段码地址送入两位LED数码显示器,先由P3.0口控制显示高位,经过短暂延时,再有P3.1口控制低位显示单元,实现两位动态显示,实现报警显示,报警音响在查找报警地址时已将报警音响触发,如发现多处报警,则循环显示报警位,一旦出现警情,并且报警,报警信息将持续工作,知道警情被
9、处理即人为将系统复位,以上即是本系统的基本原理和系统工作过程。1.3 设计方案分析多功能防盗报警器可通过多种途径设计,如可通过数电,模电,电路进行搭建,也可由可编程控制器作为主控制,还可以用单机片作为主控制器件。不同的设计有着各自的优缺点,具体分析如下:1.、分析一由数电、模电等搭建出的报警电路,这些硬件搭建起的电路本身的可靠性就很低,很容易出现报警疏漏或错误报警等现象,电路本身较复杂,同时可靠性也降低,成本很高,维护麻烦,因此在现实生活中,几乎没有这类产品。此类设计的应用一般都是进行简单的控制,或者用来实现简单的功能。重要的是此类方法设计出的系统,扩展很麻烦,灵活性很低,故本设计舍弃其方案。
10、2、分析二由可编程控制器作为主控单元的报警器,此类编程控制器件较数电、模电搭建的电路,其有很高的灵活性,设计过程大部分为程序软件部分的设计,但是此类设计依靠大量的硬件支持,像定时器、继电器、触发器等。这些器件在实际工作过程中,往往达不到理论上的特性。在价格上一个普通的可编程控制器的主机在千元以上,其他的器件也比较昂贵,所以这样设计的报警器几乎没有。3、分析三采用单片机作为主控器件的报警器设计,具有结构简单、方便进行扩展、并能体现多功能特性。符合论文要求、可靠性高、成本低廉(普通标准型市场价在6元左右)、功能强大等特点,在电子智能系统开发中得到广泛应用,并发挥出了重要的作用,本设计的要求只有通过
11、单片机的控制才能达到预期的设计目标。相比其他设计方案,本方案更是表现出了优良的特性,故本设计基于AT89C51芯片使用广泛,具有代表性的单片机进行设计。1.4 课题背景1.4.1 单片机的应用及选择8051是MCS-51系列单片机中的代表产品,它内部集成了功能强大的处理器,包括硬件乘除法器、21个专用控制寄存器、4KB的程序存储器、128字节的数据存储器、4组8位的并行口、两个16位的可编程定时计数器、一个全双工的串行口以及布尔处理器。MCS-51具有比较大的寻址空间,地址线宽达16条,即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达216=64KB,这作为单片机控制来说已是比较大的,这同时具备了I/
12、O口的访问能力。此外,MCS-51采用模块化结构,可方便的增删一个模块就可使引脚和指令兼容得到提高,这给应用提供了极大的便利。MCS-51的指令系统近乎完善,指令系统中包含了全面的数据传送指令、完善的算数和逻辑运算指令、方便的逻辑操作和控制指令,对于编程来说,是相当灵活和方便的。MCS-51单片机的工作频率为212MHZ,当振荡频率为12MHZ时,一个机器周期为1us,这个速度应该说是比较快的。8051中集成了完善的各种中断源,用户可以十分方便的控制和使用其功能。使得它的应用范围加大,可以说它可以满足绝大部分的应用场合。MCS-51把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上,使得数据传送距离大大
13、偏短、可靠性更高、运行速度更快。由于属于芯片化的微型计算机,各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化,抗干扰能力强,工作亦稳定。因此,在工业测控系统中,使用单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统,所以它是低端控制系统最佳器件。MCS-51的开发环境要求较低,软件资源十分丰富,介绍其他功能特性书籍和开发软件随处可取,只需配合一台PC(对电脑配置基本上无要求),一台仿真编程器即可实现产品开发。在众多的单片机中,MCS-51的环境资源是最丰富的,这给MCS-51用户带来极大地便利。所以,本设计采用AT89C51芯片。1.4.2 芯片简介1、 AT89C51性能简介AT89C51是一种带4K字
14、节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM)的低电压,高性能CMOS 8位微处理器,俗称单片机。该器件采用ATLEM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,ATLEM的AT89C51是一种高效控制器,为很多嵌入式控制系统提供一个灵活性高且价廉的的方案。2、 主要特性1)8031CPU与MCS-51兼容2)4K字节可编程FLASH存储器(寿命100写/擦循环)3)全静态工作:0HZ24KHZ4)三级程序存储器程序锁定5)1288位内部RAM6) 32条可编程I/O线7)两个16位定时器/计数器8)6个中断
15、源9)可编程串行通道10)低功耗的闲置和掉电模式11)片内振荡器和时钟电路3、管脚说明MCS-51系列单片机芯片均为40个引脚,HMOS工艺制造的芯片采用双列直插(DIP)方式封装,其引脚示意及功能分类如下图所示:图1 MCS-51单片机芯片MCS-51系列单片机的40个引脚中有2个专用于主电源的引脚,2个外接晶体的引脚,4个控制或与其他电源复用的引脚,以及32条输入输出I/O引脚。 VCC:供电电压, GND:接地。 PO口:PO口为一个8位漏极开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当PO口得管脚第一次写I时,被定义为高阻输入,PO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
16、第8位,在FLASH编程时,PO口作为原码输入口,当FLASH进入校验时,PO输出原码,此时PO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口缓冲器能够接收,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
17、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。再给出地址“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:P:3口管脚是8个带内不上拉电阻的I/O口,可接收输出4个TTL门电流。将P:3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入,并作为输入,由于外部下拉为低电平,P:3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,如下图所示:P3口管脚 被选功能P3.0 RXD (串行输入口)P3
18、.1 TXD (串行输出口)P3.2 / INTO(外部中断0)P3.3 / INT1(外部中断1)P3.4 TO (计时器0外部输入)P3.5 T1 (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。I/O口的内部结构如图:图2 I/O口内部结构图I/O口作为输入口时有两种工作方式即所谓的度端口与读引脚,读端口实际上并不从外部读入数据,而是把端口锁存器的内容读入到内部,总线经过某种运算或变换,再写回到端口锁存器,只有读端口时才真正的把外部的数据读入到内部总线上面,图中的两个三角形表示的就
19、是,输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作,这是由硬件自动完成的,不需要我们操心。读引脚时也就是把端口作为外部输入线时首先要通过外部指令把端口锁存器置1然后再实行读引脚操作否则就可能读入出错为什么看上面的图如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为OQ端为OQ为1加到场效应管栅极的信号为1,该厂效应管就导通对地呈现低阻抗,此时,即使引脚输入的先进好为1也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1,若先执行置1操作则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入,由于在输入操作时还必须附加一个准备动作,所以这类I/O口,被称为
20、准双相扣,89C51的P0/P1/P2/ P3口作为输入时都是准双向口,接下来让我们看另一个问题,从图中可以看出这四个端口还有一个差别除了P1口外P10P2 P3口都还有其它的功能。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,地址所存允许的输入电平用于所存地址的地位字节在FLASH编程器件,次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地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A,LE脉冲。如想禁止ALE的输出可在S
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