基于單片機(jī)的紅外傳感報(bào)警系統(tǒng)

1、PAGE 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文PAGE PAGE IV 成 績(jī) 評(píng) 定 表學(xué)生姓名段漢超班級(jí)學(xué)號(hào)1011020209專 業(yè)探測(cè)制導(dǎo)與控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目紅外探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)物制作評(píng)語(yǔ)組長(zhǎng)簽字：成績(jī)?nèi)掌?20 年 月 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué) 院裝備工程學(xué)院專 業(yè)探測(cè)制導(dǎo)與控制學(xué)生姓名段漢超班級(jí)學(xué)號(hào)1011020209課程設(shè)計(jì)題目紅外探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)物制作實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù):一、教學(xué)要求了解和掌握紅外傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、特性和使用方法，紅外探測(cè)系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品及及其國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展情況，利用單片機(jī)、Proteus和Keil C51工具設(shè)計(jì)出一種相應(yīng)的探測(cè)識(shí)別系統(tǒng)，制作實(shí)物并進(jìn)行測(cè)試。二設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)1、

2、了解和掌握該系統(tǒng)相關(guān)傳感器（3-5種）的技術(shù)資料，包括其技術(shù)指標(biāo)、原理圖、封裝形式、價(jià)格等；2、查找系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品（3-5種）的技術(shù)資料，包括其技術(shù)指標(biāo)、原理圖、封裝形式、價(jià)格等；3、查找與本系統(tǒng)相關(guān)論文（最近幾年）（3-5篇）；4、選擇一種傳感器，利用單片機(jī)、Proteus和Keil C51工具設(shè)計(jì)出一種相應(yīng)的探測(cè)識(shí)別系統(tǒng)，制作實(shí)物并進(jìn)行測(cè)試；5、完成論文。工作計(jì)劃與進(jìn)度安排:第一周：查找并整理相關(guān)資料， HYPERLINK mailto:并傳真至D 并傳真至D；第二周：選擇一種傳感器，利用單片機(jī)、Proteus和Keil C51工具設(shè)計(jì)出一種相應(yīng)的探測(cè)識(shí)別系統(tǒng)，包括原理圖、程序、運(yùn)行結(jié)果等，

3、制作實(shí)物并進(jìn)行測(cè)試； 第三周：撰寫(xiě)論文，論文裝訂，答辯。指導(dǎo)教師： 張東陽(yáng) 張樂(lè) 2012年12月24日專業(yè)負(fù)責(zé)人：201 年 月 日學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng)：201 年 月 日摘要：隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對(duì)私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識(shí)在不斷的增強(qiáng)，因而對(duì)防盜措施提出了新的要求。本設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的家庭式電子防盜系統(tǒng)。就目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器、開(kāi)關(guān)電子防盜報(bào)警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報(bào)警器等各種報(bào)警器，但這幾種比較常見(jiàn)的報(bào)警器都存在一些缺點(diǎn)。而本設(shè)計(jì)中所使用的紅外線是不可見(jiàn)光，有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保

4、裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，同時(shí)，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置，也可用于制動(dòng)控制、接近開(kāi)關(guān)、遙測(cè)等領(lǐng)域。我將通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)利用51單片機(jī)控制的紅外傳感報(bào)警系統(tǒng)。目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc345057376 1、引言1 HYPERLINK l _Toc345057377 2、傳感器1 HYPERLINK l _Toc345057378 2.1、紅外傳感器基礎(chǔ)知識(shí)1 HYPERLINK l _Toc345057379 2.2、紅外傳感器原理2 HYPERLIN

5、K l _Toc345057380 2.3、紅外測(cè)溫模塊溫度值計(jì)算3 HYPERLINK l _Toc345057381 3、系統(tǒng)框圖4 HYPERLINK l _Toc345057382 4、系統(tǒng)分析4 HYPERLINK l _Toc345057383 4.1、AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)4 HYPERLINK l _Toc345057384 4.2、AT89C51管腳說(shuō)明5 HYPERLINK l _Toc345057385 4.3、晶振電路7 HYPERLINK l _Toc345057386 4.4、上電復(fù)位電路8 HYPERLINK l _Toc345057387 4.5、時(shí)鐘電路的

6、設(shè)計(jì)9 HYPERLINK l _Toc345057388 5、軟件的設(shè)計(jì)11 HYPERLINK l _Toc345057389 5.1、流程圖11 HYPERLINK l _Toc345057390 5.2、C語(yǔ)言程序11 HYPERLINK l _Toc345057391 6、硬件的設(shè)計(jì)16 HYPERLINK l _Toc345057392 7、仿真17 HYPERLINK l _Toc345057393 8、PCB電路板的制作18 HYPERLINK l _Toc345057394 9、電路的焊接19 HYPERLINK l _Toc345057395 10、調(diào)試21 HYPERLI

7、NK l _Toc345057396 11、感想22PAGE 231、引言報(bào)警器在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用非常的廣泛，家庭防盜，汽車安全防盜，企業(yè)內(nèi)部安全保障，特別是金融行業(yè)等。一般傳統(tǒng)式的報(bào)警器采用機(jī)械式的，如壓電式報(bào)警器，當(dāng)有入侵者將壓力施加與壓電傳感器時(shí)，機(jī)械能在壓電傳感器中轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)放大電路，將信號(hào)方法，從而帶動(dòng)發(fā)聲報(bào)警裝置，這類報(bào)警裝置通過(guò)物體的接觸實(shí)現(xiàn)信息的采集，容易被發(fā)現(xiàn)，隱蔽性能差，容易遭到破壞，而且傳統(tǒng)式的報(bào)警器使用壽命短，造成不必要的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。本次設(shè)計(jì)目的在于設(shè)計(jì)以紅外傳感器為基礎(chǔ)的紅外線傳感器，紅外線是一種不可見(jiàn)的光，任何物體都會(huì)發(fā)出紅外線，所以其隱蔽性能非常的好。如果采用被

8、動(dòng)式的紅外探測(cè)，只需要將紅外傳感器遠(yuǎn)探測(cè)人體發(fā)射的紅外線，探測(cè)裝置無(wú)需與被測(cè)物體直接接觸，就可以感受到入侵者的進(jìn)入。本設(shè)計(jì)就才用被動(dòng)式紅外探測(cè)的方式，當(dāng)有入侵者入侵時(shí)候，紅外探測(cè)頭會(huì)感受到人體發(fā)出的紅外信號(hào)的變化，通過(guò)放大電路，將紅外傳感器中微小的電信號(hào)進(jìn)行放大，并將信號(hào)輸入到單片機(jī)中，單片機(jī)中的程序?qū)鞲衅靼l(fā)送來(lái)的信號(hào)做處理并發(fā)送到光報(bào)警系統(tǒng)和聲音報(bào)警系統(tǒng)中，光報(bào)警系統(tǒng)在接受到信號(hào)，聲音報(bào)警系統(tǒng)在接收到信號(hào)后，揚(yáng)聲器響，單片機(jī)重新檢測(cè)是否還有紅外傳感器發(fā)送來(lái)的信號(hào)，如果還有，聲光報(bào)警系統(tǒng)將繼續(xù)工作。2、傳感器2.1、紅外傳感器基礎(chǔ)知識(shí)紅外傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、

9、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測(cè)元件。在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，一般在探測(cè)器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡。它和放大電路相配合，可將信號(hào)放大70分貝以上，這樣就可以測(cè)出1020米范圍內(nèi)人的行動(dòng)。 菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測(cè)器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的盲區(qū)和高靈敏區(qū)，以提高它的探

10、測(cè)接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過(guò)時(shí)，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從盲區(qū)進(jìn)入高靈敏區(qū)，這樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)化其能量幅度。人體輻射的紅外線中心波長(zhǎng)為910-um，而探測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度在0.220-um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開(kāi)設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過(guò)光的波長(zhǎng)范圍為710-um，正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng)的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門(mén)用作探測(cè)人體輻射的紅外線傳感器。圖2.1熱釋電式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是：本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價(jià)格低廉。熱釋電式傳感器的缺點(diǎn)是：容易受各種熱源、光源干擾

11、，被動(dòng)紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。 環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈。2.2、紅外傳感器原理本設(shè)計(jì)所用的紅外傳感器就采用這種雙探測(cè)元的結(jié)構(gòu)。其工作電路原理及設(shè)計(jì)電路如圖6所示, 在VCC電源端利用C1和R2來(lái)穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到人體移動(dòng)信號(hào)時(shí)，電荷信號(hào)經(jīng)過(guò)FET放大后，經(jīng)過(guò)C2，R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢唬俳?jīng)過(guò)NPN的轉(zhuǎn)化，輸出OUT為低電平。圖2.2紅外傳感器原理圖圖2.32.3、紅外測(cè)溫模塊溫度值計(jì)算無(wú)論測(cè)量環(huán)境溫度還是目標(biāo)溫度，只要檢測(cè)到Item為0 x4cH或者0 x66H同時(shí)檢測(cè)到C

12、R為0 x0dH，它們的溫度的計(jì)算方法都相同。計(jì)算公式為目標(biāo)溫度/環(huán)境溫度=Temp/16-273.15其中Temp為十進(jìn)制，當(dāng)把它轉(zhuǎn)換成十 六進(jìn)制時(shí)高八位為MSB，低八位為L(zhǎng)SB;比如MSB為0 x14H，LSB為0 x2aH，則 Temp十六進(jìn)制時(shí)為0 x142aH，十進(jìn)制時(shí)為5162，則測(cè)得溫度值為5162/16-273.15=49.4753、系統(tǒng)框圖AT89C2051復(fù)位電路信號(hào)檢測(cè)電路報(bào)警執(zhí)行電路LED發(fā)光顯示放大驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)圖3.14、系統(tǒng)分析4.1、AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)AT89C51單片機(jī)是美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)

13、擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。圖2為AT89C51單片機(jī)的基本組成功能方塊圖。由圖3可見(jiàn)，在這一塊芯片上，集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的主要組成部分，其中包括CPU、存儲(chǔ)器、可編程I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口等，各部分通過(guò)內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個(gè)主要部分。振蕩器和時(shí)序OSC程序存儲(chǔ)器4 KB ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256B

14、 RAM/SFR定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 16 AT89C51CPU64 KB總線 擴(kuò)展控制器可編程 I/O可編程全雙工串行口內(nèi)中斷外部中斷 控制 并行口 串行通信圖4.1 AT89C51功能方塊圖4.2、AT89C51管腳說(shuō)明51單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭芤_數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)

15、P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)1時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給

16、出地址1時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入1后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3口管腳 備選功能：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 INT0（外部中斷0）P3.3 INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1

17、（記時(shí)器1外部輸入）P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(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/ ：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(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MO

18、VX，MOVC指令是ALE才起作用。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)端。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /VP：當(dāng) 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)， 將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng) 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。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：反向振蕩器的輸出,如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，應(yīng)不接。本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃

19、分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤(pán)控制、報(bào)警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、LED控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地報(bào)警等功能。就此設(shè)計(jì)的核心模塊來(lái)說(shuō)，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過(guò)程包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段。4.3、晶振電路每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全稱是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路

20、，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬(wàn)分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來(lái)提供。晶振一般采用如圖

21、5的電容三端式(考畢茲) 交流等效振蕩電路；實(shí)際的晶振交流等效電路如圖5b，其中Cv是用來(lái)調(diào)節(jié)振蕩頻率，一般用變?nèi)荻O管加上不同的反偏電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，這也是壓控作用的機(jī)理；把晶體的等效電路代替晶體后如圖5c。其中Co，C1，L1，RR是晶體的等效電路。 圖4.2晶振電路分析整個(gè)振蕩槽路可知，利用Cv來(lái)改變頻率是有限的：決定振蕩頻率的整個(gè)槽路電容C=Cbe,Cce,Cv三個(gè)電容串聯(lián)后和Co并聯(lián)再和C1串聯(lián)?？梢钥闯觯篊1越小，Co越大，Cv變化時(shí)對(duì)整個(gè)槽路電容的作用就越小。因而能“壓控”的頻率范圍也越小。實(shí)際上，由于C1很小(1E-15量級(jí))，Co不能忽略(1E-12量級(jí)，幾PF)。所以，Cv變大時(shí)

22、，降低槽路頻率的作用越來(lái)越小，Cv變小時(shí)，升高槽路頻率的作用卻越來(lái)越大。這一方面引起壓控特性的非線性，壓控范圍越大，非線性就越厲害；另一方面，分給振蕩的反饋電壓(Cbe上的電壓)卻越來(lái)越小，最后導(dǎo)致停振。通過(guò)晶振的原理圖你應(yīng)該大致了解了晶振的作用以及工作過(guò)程了吧。采用泛音次數(shù)越高的晶振，其等效電容C1就越??；因此頻率的變化范圍也就越小。4.4、上電復(fù)位電路AT89C51的上電復(fù)位電路如圖6所示，只要在RST復(fù)位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個(gè)電阻到地即可。對(duì)于CMOS型單片機(jī)，由于在RST端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1F。上電復(fù)位的工作過(guò)程是在加電時(shí)，復(fù)位電

23、路通過(guò)電容加給RST端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著Vcc對(duì)電容的充電過(guò)程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST端的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。上電時(shí)，Vcc的上升時(shí)間約為10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10MHz，起振時(shí)間為1ms；晶振頻率為1MHz，起振時(shí)間則為10ms。在圖2的復(fù)位電路中，當(dāng)Vcc掉電時(shí)，必然會(huì)使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不

24、到有效的復(fù)位，則程序計(jì)數(shù)器PC將得不到一個(gè)合適的初值，因此，CPU可能會(huì)從一個(gè)未被定義的位置開(kāi)始執(zhí)行程序。圖4.3上電復(fù)位電路4.5、時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個(gè)振蕩周期為1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為1us。如圖7所示為時(shí)鐘電路。圖4.4 時(shí)鐘電路圖本實(shí)驗(yàn)因?yàn)楹?jiǎn)單，選用AT89C2051單片機(jī)。原理一

25、樣，只是資源比AT89C51少：圖4.55、軟件的設(shè)計(jì)5.1、流程圖開(kāi)始初始化變量bell=0red=1hw是否為0蜂鳴器報(bào)警bell=bell紅燈亮red=0結(jié)束圖5.15.2、C語(yǔ)言程序#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit hw=P33;sbit bell=P10;sbit red=P11;void delay(void)uint i;for(i=0;i256;i+);void main(void) P3=0 xff; bell=0; red=1; while(1) if(hw=0)bell=bel

26、l;red=0;delay();elsebell=0;red=1;sbit hw=P33;意思是把hw（紅外）的值賦給P3.3，也就是把P3.3的接口賦給hw這個(gè)變量。這樣以便接下來(lái)寫(xiě)程序的時(shí)候不用經(jīng)常寫(xiě)P3.3，寫(xiě)hw就可以代表P3.3的數(shù)值了。由于proteus里面沒(méi)有紅外傳感器模塊，所以電路中用一個(gè)開(kāi)關(guān)代替。開(kāi)關(guān)的通斷分別代表了紅外傳感器檢測(cè)到和沒(méi)有檢測(cè)到目標(biāo)。接下來(lái)這個(gè)信息將轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，即高、低電平傳給單片機(jī)處理。sbit bell=P10;同理是把P1.0賦給bell（鈴）這個(gè)變量，這個(gè)是蜂鳴器報(bào)警電路和單片機(jī)相連的端口。接下來(lái)單片機(jī)會(huì)根據(jù)之前的hw變量傳入的值對(duì)bell端口做操作

27、，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂鳴器開(kāi)關(guān)的控制。sbit red=P11;同理P1.1賦給red（紅色小燈）這個(gè)變量，這樣單片機(jī)就可以控制這個(gè)小燈的亮、滅。void delay(void)uint i;for(i=0;i256;i+);這個(gè)部分是延時(shí)調(diào)用函數(shù)。由于單片機(jī)內(nèi)部工作頻率很大，為了防止語(yǔ)句之間的混淆影響，個(gè)別語(yǔ)句之間要加入延時(shí)。這個(gè)延時(shí)函數(shù)的機(jī)理就是利用for循環(huán)的循環(huán)次數(shù)來(lái)控制延時(shí)時(shí)間。只是一個(gè)單純的自+1運(yùn)算但是單片機(jī)要處理這些加法的時(shí)候就要耗費(fèi)一部分時(shí)間，這部分時(shí)間就作為了延時(shí)時(shí)間。void main(void)第一行意思是主函數(shù)開(kāi)始了，返回值為空，就是什么都不用返回。由于有些函數(shù)的調(diào)用時(shí)候需要

28、返回一個(gè)值，這里主函數(shù)不需要，用以區(qū)別，所以要寫(xiě)（void）。P3=0 xff;bell=0;red=1;這些都是對(duì)單片機(jī)的初始化。給P3口電位拉高，目的是保證電路有信號(hào)以前蜂鳴器不會(huì)響，小燈不會(huì)亮，還有區(qū)別開(kāi)關(guān)按下以后的低電平。這里bell=0；與之前論述不矛盾，因?yàn)榉澍Q器的發(fā)聲原理是高低電平的交替頻率產(chǎn)生不同音調(diào)的聲音。只要蜂鳴器兩端電平不產(chǎn)生變化，蜂鳴器是不會(huì)發(fā)出聲音的。red=1；這句話功能和P3=0 xff;一樣，我認(rèn)為可以省略。if(hw=0)bell=bell;red=0;delay();elsebell=0;red=1;接下來(lái)通過(guò)一個(gè)while（1）死循環(huán)保證單片機(jī)不停的掃描h

29、w這個(gè)變量。從而是單片機(jī)不停的運(yùn)算這個(gè)if語(yǔ)句。這里面通過(guò)判斷hw（紅外）這個(gè)變量的電位來(lái)決定執(zhí)行不同的命令，來(lái)控制報(bào)警電路的開(kāi)關(guān)。如果hw變量有反應(yīng)，說(shuō)明接受到信號(hào)。接下來(lái)hw變量已經(jīng)變?yōu)?，這個(gè)信號(hào)傳給單片機(jī)。單片機(jī)讓bell變量值取反，red值賦為0，這樣只要hw還一直為0，蜂鳴器就一直響，紅色LED就一直亮。否則當(dāng)hw變?yōu)?時(shí)，bell和red就還原為初始化的值，也就是不報(bào)警。另外在實(shí)際電路的焊接的時(shí)候用的器件是有源蜂鳴器。所以實(shí)際燒寫(xiě)進(jìn)單片機(jī)的程序也有差別：#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit

30、 hw=P12;sbit bell=P10;sbit red=P11;void delay(void)uint i;for(i=0;i256;i+);void main(void) P3=0 xff; bell=1; red=1; while(1) if(hw=0)bell=0;red=0;delay();elsebell=1;red=1;這條程序中主要區(qū)別在于if（hw=0）時(shí)的bell=0；因?yàn)閜roteus中元件庫(kù)提供的蜂鳴器是無(wú)源蜂鳴器，需要用單片機(jī)輸入高低不同的電平，也就是方波信號(hào)來(lái)控制蜂鳴器的發(fā)聲。根據(jù)方波的頻率來(lái)控制蜂鳴器發(fā)聲的音頻高低。但是實(shí)際焊接電路的時(shí)候我們選用的是有源蜂鳴

31、器，只要bell=0就可以讓蜂鳴器一直響，當(dāng)然音調(diào)的高低不可以被調(diào)整。6、硬件的設(shè)計(jì)圖6.1如圖，采用AT89C2051單片機(jī)控制電路。左側(cè)有晶振電路、上電復(fù)位電路和紅外傳感器電路。右側(cè)蜂鳴器報(bào)警電路和紅色LED。由于proteus中沒(méi)有紅外傳感器模塊，所以用K2代替。如果K2被按下，P3.3變?yōu)榈碗娖?，則代表紅外傳感器探測(cè)到了信號(hào)。將這個(gè)低電平傳入單片機(jī)，接下來(lái)單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)這個(gè)低電平來(lái)控制右側(cè)的報(bào)警電路。如果K2彈起，P3.3置為高電平，代表紅外傳感器沒(méi)有檢測(cè)到信號(hào)，將這個(gè)高電平信號(hào)傳給單片機(jī)。接下來(lái)單片機(jī)根據(jù)這個(gè)高電平控制右側(cè)報(bào)警電路中蜂鳴器要不要報(bào)警或者紅色LED要不要亮。晶振電路和上

32、拉復(fù)位電路之前有詳細(xì)介紹，LED電路比較簡(jiǎn)單，軟件介紹中也有說(shuō)明，這里就不再過(guò)多介紹了主要說(shuō)一下蜂鳴器驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。電路中除了蜂鳴器還有R2、R3、R4三個(gè)電阻和Q1一個(gè)三極管。其中三個(gè)電阻是保護(hù)電路部分，三極管是驅(qū)動(dòng)電路部分。三極管基極和發(fā)射機(jī)之間要有正向陽(yáng)極電壓且要足夠大才可以驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)通。這也是為什么這個(gè)電路的驅(qū)動(dòng)電源沒(méi)有和單片機(jī)一起用+5V電源，而選用了+12V電源的原因，+5V還不夠驅(qū)動(dòng)這個(gè)三極管的大小。所以接下來(lái)只要單片機(jī)控制bell端的電壓，即控制基極的電壓來(lái)控制蜂鳴器的通斷。最后由于為了防止蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路中電阻和電路中過(guò)多的噪聲干擾，我們優(yōu)化了電路，力求最簡(jiǎn)：圖6.27、仿真圖7.1如圖，當(dāng)開(kāi)關(guān)K2按下的時(shí)候LED變亮，蜂鳴器看不到，不過(guò)確實(shí)在發(fā)出報(bào)警的聲音。當(dāng)開(kāi)關(guān)K2抬起的時(shí)候，LED熄滅，蜂鳴器就不響了。優(yōu)化后電路仿真圖：圖7.28、PCB電路板的制作這個(gè)PCB版圖我采用手動(dòng)布線方式畫(huà)成的。原則是連線最短，公共端口最近。如圖U1為單片機(jī)，U1最右上角是20端口，接+，為+5V。最左下角是10端口，接GND，電位為0。電路最右上角R3的2口留線頭接+，為+12V：圖8.1優(yōu)化后的P