基于单片机的声光报警器的设计方案报告.doc

XINYU UNIVERSITY

课程设计报告

题 目 基于单片机声光报警器设计
二级学院 机械工程学院
专 业 机械制造与自动化
班 级 11级机制（1）班
学 号 1101031**
学生姓名 吴慧毅
指引教师 刘*娟

目 录

第1章 前言 ……………………………………………………………………1
第2章 筹划任务书… …………………………………………………………2
2.1、课题规定 ………………………………………………………………2
2.1.1任务设计规定 ………………………………………………………2
2.1.2软件设计规定 ………………………………………………………2
2.2设计内容 …………………………………………………………………2
2.3元器件清单 ………………………………………………………………………2
第3章 芯片简介 ………………………………………………………………3
3.1 AT89C51简介 ……………………………………………………………4
3.2 重要特性 …………………………………………………………………4
3.3 特性概述 …………………………………………………………………5
3.4 管脚阐明 …………………………………………………………………5
3.5 振荡器特性 ………………………………………………………………6
3.6 芯片擦除 …………………………………………………………………6
第4章 设计规定及制作 ………………………………………………………7
4.1硬件电路设计 ……………………………………………………………………7
4.1.1 时钟电路 ………………………………………………………………7
4.1.2 复位电路 ………………………………………………………………7
4.1.3 报警电路 ………………………………………………………………8
4.1.4 声光报警输出电路 ……………………………………………………8
4.1.5 设计电路 ………………………………………………………………9
4.2 总体设计思路与方案 …………………………………………………………9
4.2.1 整体方案 ……………………………………………………………9
4.2.2 程序流程图 …………………………………………………………10
4.3 软件程序设计 ……………………………………………………………………11
4.3.1 软件设计框图…………………………………………………………11
4.3.2 程序设计 ……………………………………………………………11
第5章 仿真调试 ………………………………………………………………13
5.1 系统性能调试与仿真 …………………………………………………………13
总结 ……………………………………………………………………………………14
参照文献（References） ………………………………………………………………15
道谢 ……………………………………………………………………………15

第1章 前言

近年来，随着国内经济迅速发展，城乡居民生活水平有了明显提高，特别是城乡居民居住条件不断改进，人们在解决了居住问题后，日益关怀是居住与否安全。在购房时，安全性是考察物业管理水平与否完善一种重要条件。特别是那些流窜作案犯罪分子，往往选取居民社区作为袭击目的，入室盗窃抢劫案件屡屡发生，以往依赖社区保安人防为主防范办法已满足不了人们规定。运用安全防范技术进行防范一方面对犯罪分子有种威慑作用，使其不敢容易作案。如咱们这次设计简易安防声光报警器，可以安装在门口或玄关处，当有不法分子闯入时，运用门禁报警和红外报警双重保险，一方面可以提示主人危险发生，另一方面也可以震慑不法分子。
单片机课程设计是一门实践课程，规定学生具备制作调试单片机最小系统及外设能力，可以掌握单片机内部资源使用。
单片机课程设计内容涉及硬件设计、制作及软件编写、调试，学生在纯熟掌握焊接技术基本上，能纯熟使用单片机软件开发环境Keil C51编程调试，并使用STC ISP调试工具采用串口下载方式联调制作单片机最小系统。
单片机课程设计题目包括基本某些及扩展某些，基本某些即单片机最小系统某些，扩展某些是对单片机内部资源及外部IO口功能扩展，使制作单片机系统具备一定功能。
通过本学期对单片机学习和结识，并通过本次课程设计加以应用，从而达到一种对所学知识巩固、更深一步理解，面对一种电子设计，应对出系统方案，分析出各个板块来，再对各个板块进一步详细设计，先进行硬件电路设计，此时一定要考虑好要用什么元件、各个元件详细参数、与否能实现应有功能，从而得到一种完整硬件电路在依照该电路设计出软件功能模块、从而完毕程序流程图，在依照流程图完毕程序设计，并通过重复调试、运营、改正，直至完毕既定功能为止，最后将软件、硬件结合进行调试、运营，对其功能进行最后测试，并重复思考其测试中遇到相应问题因素，并将其一一解决，从而完毕本次设计实验规定，以及本次课程设计最后目。

第2章 筹划任务书

2.1课题规定
2.1.1任务设计规定
设计一种声光报警器，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，在报警期间报警批示灯亮，当报警解除按钮按下则解除报警。

2.1.2软件设计规定
运用定期器以方式1工作，产生报警音符相应1kHZ信号响100ms， 500Hz信号响200ms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。
2.2 设计内容
(1)、芯片简介
(2)、电路各某些构成和工作原理。
(3)、元器件选用及其电路逻辑图和功能。
（4）、电路各某些调试办法。
2.3 元器件清单

表2-1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
22Uf 16V电解电容
1个
电阻
100Ω、1kΩ、4.7Ω、220Ω
各一种
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 芯片简介

3.1 AT89C51简介
AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes可重复擦写只读程序存储器（EPROM）和128 bytes随机存取数据存储器(RAM)。
图为AT89C51单片机基本构成功能方块图。由图可见，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机重要构成某些，其中涉及CPU、存储器、可编程I/O口、定期器/计数器、串行口等，各某些通过内部总线相连。下面简介几种重要某些。
外时钟源 外部事件计数振荡器和时序
OSC
程序存储器
4 KB ROM
数据存储器
256 B RAM/SFR
定期器/计数器
2 ×16
AT89C51
CPU
64 KB总线
扩展控制器
可编程 I/O
可编程全
双工串行口
内中断
外部中断 控制 并行口 串行通信
图3.1.1 89C51 功能方块图

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）低电压、高性能CMOS 8位微解决器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器单片机。单片机可擦除只读存储器可以重复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业原则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，ATMELAT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它一种精简版本。AT89C51单片机为诸多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉方案。外形及引脚排列如图所示

图3.1.2 外形及引脚排列
AT89C51外形及引脚排列。
当前AT89S51/52已经取代了AT89C51/52。
3.2 AT89C51重要特性
·与MCS-51 兼容
·4K字节可编程FLASH存储器
·寿命：1000写/擦循环
·数据保存时间：
·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位定期器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
3.3特性概述
AT89C51 提供如下原则功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定期/计数器，一种5向量两级中断构造，一种全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同步，AT89C51可降至0Hz静态逻辑操作，并支持两种软件可选节电工作模式。空闲方式停止CPU工作，但容许RAM，定期/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一种硬件复位。
3.4 管脚阐明
VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口为一种8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸取8TTL门电流。当P0口管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0可以用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址低八位。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外部必要接上拉电阻。
P1口：P1口是一种内部提供上拉电阻8位双向I/O口，P1口缓冲器能接受输出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，这是由于内部上拉缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接受。
P2口：P2口为一种内部上拉电阻8位双向I/O口，P2口缓冲器可接受，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。并因而作为输入时，P2口管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉缘故。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口输出地址高八位。在给出地址“1”时，它运用内部上拉优势，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内容。P2口在FLASH编程和校验时接受高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻双向I/O口，可接受输出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）这是由于上拉缘故。
P3口也可作为AT89C51某些特殊功能口，如下表所示：
口管脚 备选功能
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（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口同步为闪烁编程和编程校验接受某些控制信号。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存容许输出电平用于锁存地址低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率1/6。因而它可用作对外部输出脉冲或用于定期目。然而要注意是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一种ALE脉冲。如想禁止ALE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。此外，该引脚被略微拉高。如果微解决器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：外部程序存储器选通信号。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/PSEN信号将不浮现。
/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不论与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：反向振荡放大器输入及内部时钟工作电路输入。
XTAL2：来自反向振荡器输出。

3.5 振荡器特性
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器输入和输出。该反向放大器可以配备为片内振荡器。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种二分频触发器，因而对外部时钟信号脉宽无任何规定，但必要保证脉冲高低电平规定宽度。
3.6 芯片擦除
整个PEROM阵列和三个锁定位电擦除可通过对的控制信号组合，并保持ALE管脚处在低电平10ms 来完毕。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此前，该操作必要被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率条件下静态逻辑，支持两种软件可选掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定期器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM内容并且冻结振荡器，禁止所用其她芯片功能，直到下一种硬件复位为止。

第4章 设计规定及制作

4.1硬件电路设计（Proteus 仿真）

本设计硬件电路重要涉及模块有：单片机最小系统、安防报警器（点触开关模仿）、声光报警（声音由二极管模仿），下面将一一简介。

4.1.1 时钟电路
时钟电路是单片机心脏，它用于产生单片机工作所需要时钟信号。单片机自身就是一种复杂同步时序电路，为了保证同步工作方式实现，电路应在唯一时钟信号控制下严格地准时序进行工作。
单片机时钟产生办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，本系统采用亦是内部时钟方式。在MCS-51芯片内部有一种高增益反相放大器，XTAL1、XTAL2引脚分别为该反相放大器输入端和输出端，在芯片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，就构成了一种稳定自激振荡器。 此电路采用11.0592MHz石英晶体。时钟电路如图4.1.1：

图4.1.1 时钟电路
4.1.2 复位电路
复位是单片机初始化操作，其重要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统正常初始化之外，当由于程序运营出错或操作错误是系统处在死锁状态时，为挣脱困境，也需要按复位键以重新启动。
MCS-51单片机复位电路由片内、片外两某些构成，进行复位操作时，外部电路需在复位引脚RST端产生不不大于两个机器周期高电平信号，RST引脚通过片内施密特触发器与复位电路相连（施密特触发器作用是脉冲整型和抑制噪声）。
MCS-51单片机复位操作有两种方式：上电复位和上电按钮复位，本电路采用是上电按钮复位，复位电路如图四：

图4.12 复位电路
4.1.3 报警电路
本设计红外报警和门禁报警采用是按键报警，当按下按钮时，即输入报警信息。

图4.1.3：报警电路

4.1.4 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4.1.4 声光报警输出电路
4.1.5 设计电路

组合后总仿真电路图如图4.1.5所示：

4.1.5 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要用定期器中断，运用定期器T1方式1工作，产生方波，由P3.0输出驱动喇叭发声。声音变化调用延时子程序次数来实现设晶振频率为12MHz。基于音乐播放器基本上，通过按钮控制用于驱动喇叭发出报报警声音。 P3.2 INT0（外部中断0）、P3.3 INT1（外部中断1）

4.2.2 程序流程图
系统初始化
声光报警结束

与否按报警开关
声光报警与否持续300ms

开始
启动声光报警电路开始报警

与否尚有按报警开关

结束
Y
N
N
Y
Y
N

图4.2.2 程序流程图

4.3 软件程序设计
4.3.1软件设计框图

中断源发出中断申请

关中断、保护现场

INT1端有输入信号关闭报警

恢复现场、开中断

中断返回

图4.3.1 软件设计框图

4.3.2 程序设计

ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 001BH
MOV TH1,R1
MOV TL1,R0
CPl P3.1
RETI
ORG 0100H
MAIN：JB P3.2,MAIN
START:CLR P3.0
MOV TMOD,#10H
MOV IE,#88H
MOV DPTR,#TAB
LOOP：JNB P3.3,WJ
CLR A
MOVC A,@A+DPTR
MOV R1,A
INC DPTR
CLR A
MOVC A,@A+DPTR
MOV R0,A
ORL A,R1
JZ NEXT0
MOV A,R0
ANL A,R1
CJNE A,#0FFH,NEXT
SJMP START
NEXT：MOV TH1,R1
MOV TL1,R0
SETB tR1
SJMP NEXT1
NEXT0:CLR TR1
NEXT1:CLR A
INC DPTR
MOVC A,@A+DPTR
MOV R2,A
LOOP1:LCALL D200
DJNZ R2,LOOP1
INC DPTR
AJMP LOOP
WJ：MOV A,#0FFH
SETB P3.0
CLR TR1
LJMP MAIN
D200：MOV R4,#41H
D200B:MOV A,#0FFH
D200A:DEC A
JNZ D200A
DEC R4
CJNE R4,#00H,d200B
RET
TAB： DB 0FEH,06H,01H,0FEH,06H,01H
DB 0FCH,0CH,02H,0FCH,0CH,02H,0FFH,0FFH
END

第5章 仿真调试

5.1 系统性能调试与仿真
在电脑上进行仿真，仿真成功后准备焊接电路板。在焊接电路板中，咱们一方面对硬件电路进行布局，然后确认无误后，在电路板上进行焊接，这个过程做得算比较顺利。焊接电路板竣工，细心检查后，进行通电测试。成果报警灯始终亮，通过检查是P1.1口没连接。并且在调试过程中按键按下等一系列问题。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程序下载，理解了51单片机原理，初步掌握单片机调节及测试办法，提高动手能力和排除故障能力。同步通过本课题设计与装配、调试，提高自己动手能力，巩固已学理论知识，建立单片机理论和实践结合，理解各单元电路之间关系及互相影响，从而能对的设计、计算定期计数各个单元电路。初步掌握厨房报警器调节及测试办法。提高动手能力和排除故障能力

总结

懂得题目时自己没什么思路和头绪，就只是一味查资料，在网上的确是找了一大把有关资料，可问题也相继而来，按照网上电路做出板子主线不能成功，感觉涉及范畴也越来越大了，后经指引教师提示，才突然明白由于太过仓促，将原本定好思路打乱了，做事情完全没按照所想好提纲来。因此不论做什么事，一方面要明确是自己要做什么，该怎么做，而不是盲目想达到某种目，急于求成往往达不到效果。在这次毕业设计中，我学到了诸多东西。在画图方面，我学会了建立自己元件封装库，在画图时候，直接从封装库里调用元件封装，画起图来很以便，通过这次设计，我学到了诸多专业方面知识。加强了动手能力并掌握了许多实际性东西心与各部属电路相结合构成一种彩灯电路原理图。运用PROTEL制作电路板，从画原理图到PROTEL制作过程，可学到诸多东西。要注意方面也诸多如原理图不能有错误，封装形式必要对的，布局要美观，布线不能有误要讲究美观，线宽不能太小，。否则制出产品不美观，有也许对所规定性能达不到。在整个制作中也存在某些问题再次也将一一阐明损坏性故障涉及性能所有失效和突然失效。此类故障普通是由元器件损坏或生产工艺不良(如虚焊等)导致。排布元件时要注意元件与元件之间干扰。注意报警器安装，所安装环境尽量避免使报警器产生不良报警解决及顾客不当安装。

参照文献

[1] 唐继贤，《51单片机工程应用实例》硬件某些。北京：北京航空航天大学出版社出版，.5。
[2] 王守中、赵朋朋、索世文，《51单片机应用开发速查手册---指令、模块、实例》指令、模块等某些；人民邮电出版社出版，.4。
[3] 李光飞、胡佳文、楼然苗等，《单片机课程设计实例指引》实例某些；北京：北京航空航天大学出版社出版。
[4] 康华光，《电子技术基本》数字某些（第四版）。北京：高等教诲出版社出版
[5] 里海 《74系列芯片手册》， 重庆大学出版社 ，1999.9。
[6] 王庆利，刘奎，袁建敏，《单片机设计原则教程》[M]单片机硬件开发技巧及经验某些；北京：北京邮电大学出版社，.3.
[7] 高卫东，辛友顺，韩彦征，《51单片机原理与实践》[M]；北京：北京航天航空出版社，。
[8]朱月秀，《单片机原理与应用》[M]；北京：科学出版社，

道谢

本学期学习单片机这一专业课以来始终得到教师和同窗们悉心协助，从开始到本课题完毕，教师都予以咱们细心指引和不懈支持。在此，没有更多华丽语言，谨向教师致以诚挚谢意和崇高敬意。同步还要感谢同我一起走过11机制(1)班同窗们，不论在什么时候，也正由于有了你们协助和支持，我才干克服众多困难和疑惑，直到把本文准时顺利完毕，在此请人们接受我诚挚谢意！
十分感谢你们协助与照顾，真谢谢你们。