【正文】 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 單片機(jī)原理及應(yīng)用 課程設(shè)計 題目名稱： 報警器與旋轉(zhuǎn)燈設(shè)計 專業(yè)班級： 10 級電子信息工程 學(xué) 號： 2021162066 姓 名： 1 目 錄 1 概 述 ...........................................................2 課題研究背景與意義 ...........................................2 課題設(shè)計內(nèi)容 .................................................2 2 系統(tǒng)設(shè)計 ...........................................................3 設(shè)計方案論證 .................................................3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 .................................................3 控制模塊 ................................................3 開關(guān)報警器模塊 ..........................................5 旋轉(zhuǎn)燈模塊 ..............................................6 硬件電路中器件選擇 ......................................6 軟件設(shè)計 .....................................................8 主程序模塊 ..............................................8 中斷程序 ................................................9 3 系統(tǒng)調(diào)試 ..........................................................10 硬件調(diào)試 ....................................................10 靜態(tài)檢查 ...............................................10 通電檢查 ...............................................10 軟件調(diào)試及軟硬件聯(lián)調(diào) ........................................10 proteus 軟件仿真 .......................................11 脫機(jī)調(diào)試 ...............................................11 程序 ................................... 錯誤 !未定義書簽。 結(jié)束語 ..............................................................11 參考文獻(xiàn) ............................................................13 2 基于單片機(jī)的報警器與旋轉(zhuǎn)燈設(shè)計 1 概 述 課題研究背景與意義 報警器與旋轉(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、光兩種形式來提醒或警示我們應(yīng)當(dāng)采取某種行動的電子產(chǎn)品。隨著科技的進(jìn)步，機(jī)械式報警器越來越多地被 先進(jìn)的電子報警器代替，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)檢測等領(lǐng)域，與社會生產(chǎn)密不可分。 其通常具有以下幾個優(yōu)點(diǎn)： 1） 光效節(jié)能：光效高、壽命長、節(jié)能環(huán)保；優(yōu)良的芯電路設(shè)計，聲音和聲光兩種工作模式任意轉(zhuǎn)換，聲音報警聲強(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）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，具有很強(qiáng) 的環(huán)境適應(yīng)性，轉(zhuǎn)動安靜平穩(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，可采用臺面放置、手提、磁力吸附等 多種 方式。 報警器與旋轉(zhuǎn)燈一般匹配探測器，應(yīng)根據(jù)實際現(xiàn)場環(huán)境和用戶的安全防范要求，合理的選擇和安裝各種類型的報警探測器，才能較好的達(dá)到安全防范的目的。當(dāng)選擇和安裝報警探測器不合適時，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不應(yīng)有的損失。 報警探測器的靈敏度和可靠性是相互影響的。合理選擇報警探測器的探測靈敏度和采用不同的抗外界干擾的措施，可以提高報警探測器性能。采用不同的抗干擾措施，決定了報警探測器在不同環(huán)境下的使用性能。了解各種報警探測器的性能和特點(diǎn)，根據(jù)不同使用環(huán)境，合理配置不同的報警探測器是防盜報警系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 由于本課程設(shè)計只需設(shè)計處報警環(huán)節(jié)和旋轉(zhuǎn)燈環(huán)節(jié)，無需添加探測感應(yīng)環(huán)節(jié)，所以設(shè)計簡單，容易實現(xiàn)。 課題設(shè)計內(nèi)容 本課題的主要任務(wù)是設(shè)計采用單 片機(jī)控制的報警器與旋轉(zhuǎn)燈，要求通過外部中斷 0 控制報警器和旋轉(zhuǎn)燈。報警器與 口接，八個發(fā)光二極管分別接 P2 口。當(dāng)接外部中斷 0 的開關(guān)按下時，報警器響，八個發(fā)光二極管順時針方向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)?shù)诙伟聪麻_關(guān)時，報警器停止和發(fā)光二級管熄滅。 設(shè)計報警器與旋轉(zhuǎn)燈的硬件電路與軟件控制程序，對硬件電路與軟件程序分 3 別進(jìn)行調(diào)試，并進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，要求獲得調(diào)試成功的實物 。 2 系統(tǒng)設(shè)計 設(shè)計方案論證 采用 40 腳， 片內(nèi)帶 8kB Flash ROM 的 ATC89C51 單片機(jī)作為控制核心，開關(guān)模塊和報警器模塊接 P3 口，旋轉(zhuǎn)燈模 塊接 P2 口，按以上系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計，單片機(jī)端口資源剛好滿足要求。設(shè)計框圖如圖 21 所示。 圖 21 報警器與旋轉(zhuǎn)燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)硬件設(shè)計 基于單片機(jī)的報警器與旋轉(zhuǎn)燈系統(tǒng)的電路原理圖如圖 22 所示。系統(tǒng)由旋轉(zhuǎn)燈模塊、復(fù)位模塊、開關(guān)報警器模塊、最小系統(tǒng) LED 模塊和電源模塊五部分組成。 控制模塊 控制模塊原理圖如圖 23 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器的低電壓，高 性能 CMOS 8 位的微處理器。 在本設(shè)計中， P3 口用于對報警器和旋轉(zhuǎn)燈的控制，連接開關(guān)和蜂鳴器。 P2口用于對旋轉(zhuǎn)燈的控制。 P0 口接一發(fā)光二極管，驗證最小系統(tǒng)。在控制模塊里面，XTALL RST P1 口 P0 口 P2 口 ATC89C51 電源模塊 復(fù)位模塊 最小系統(tǒng) LED 模塊 P3 口 開關(guān)和報警器模塊 旋轉(zhuǎn)燈模塊 4 包含了時鐘電路以及復(fù)位電路兩部分。 圖 22 基于單片機(jī)的報警器與旋轉(zhuǎn)燈 系統(tǒng)電路原理圖 圖 23 控制模塊原理圖 ATC89C51 內(nèi)部有一個用于構(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端和輸出端。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖 24(a) 所 示，在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時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 ～ 12MHz 之間選擇，電容值在 5～ 30pF之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。 外部方式的時鐘電路如圖 24（ b） 所示， XTAL2 接地， XTAL1 接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz 的方波信號。 X T A L 1X T A L 2外 部 振 蕩 器X T A L 1X T A L 2+ 5 V （ a）內(nèi)部方式時鐘電路 （ b）外部方式時鐘電路 5 圖 24 時鐘電路 B 復(fù)位及復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(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)行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。 RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24 個振蕩周期 (即二個機(jī)器周期 )以上。若使用頗率為 6MHz 的晶 振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過 4us 才能完成復(fù)位操作。 整個復(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 (RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機(jī)器周期的 S5P2 時刻對施密特觸發(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。 復(fù)位操作有上電自動復(fù)位相按鍵手動復(fù)位兩種方式。 上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。這樣，只要電源 Vcc的上升時間不超過 1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(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 過使復(fù)位端經(jīng)電阻與 Vcc 電源接通而實現(xiàn)的；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用 RC 微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實現(xiàn)的。 開關(guān)報警器模塊 開關(guān)控制電路的運(yùn)行，報警器是運(yùn)行中所顯示的一種狀態(tài)。如圖 25 所示。 6 圖 25 開關(guān)報警器模塊 在沒有按鍵按下時， 口輸出的是高電平。當(dāng)某一層有鍵按下時，相應(yīng)的端口引腳變?yōu)榈碗娖健? PNP 型的蜂鳴器驅(qū)動電路，從圖上我們可以看出：三極管基極連 1KΩ的電阻接 口，發(fā)射極接地，集電極接蜂鳴器短腳，長腳接 +5V電壓。 旋轉(zhuǎn)燈模塊 旋轉(zhuǎn)燈電路由 8 個 LED 發(fā)光二極管和 8 個 。該電路設(shè)計比較簡單，但是要注意節(jié)點(diǎn)的電氣連接。如圖 26 所示。 硬件電路中器件選擇 A. ATC89C51 單片機(jī) STC89 系列單片機(jī)是 MCS51 系列單片機(jī)的派生產(chǎn)品。它們在指令系統(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pintopin 兼容。 STC89 系列單片機(jī)高速 (最高時鐘頻率 90MHz)，低功耗，在系統(tǒng) /在應(yīng)用可編程 (ISP， IAP),不占用戶資源。 本設(shè)計采用 ATC89C51，它提供的 功能標(biāo)準(zhǔn)如表 21。 表 21 ATC89C51功能標(biāo)準(zhǔn) 兼容 MCS51指令系統(tǒng) 8K可反復(fù)擦寫 Flash ROM 32個雙向 I/O口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3個 16位可編程定時 /計數(shù)器中斷 時鐘頻率 024MHz 7 2個串行中斷 可編程 UART串行通道 2個外部中斷源 共 6個中斷源 2個讀寫中斷口線 3級加密位 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 27 所示。 圖 26 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 （ 2 根） XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 （ 4 根） RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個機(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 PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號 EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。 /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、 P P P3 口，每個口有 8 位（ 8 根引腳），共 32 根。 P0 口（ Pin39～ Pin32）： 8 位雙向 I/O 口線，名稱為 ～ 8 P1 口（ Pin1～ Pin8）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P2 口（ Pin21～ Pin28）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P3 口（ Pin10～ Pin17）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ 圖 27 ATC89C51 軟件設(shè)計 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。同時進(jìn)行相應(yīng)的功能鍵判斷，從而實現(xiàn)特殊功能。其相應(yīng)的流程圖 28 所示。 9 圖 28 報警器與旋轉(zhuǎn)燈系統(tǒng)主程序流程圖 中斷程序 在相應(yīng)的外部中斷和定時器中斷程序中，首先響應(yīng)外部中斷，再響應(yīng)兩個定時器中斷，讀取鍵值，旋轉(zhuǎn)燈旋轉(zhuǎn)，報警器響，在定時器重置初始值以后，再次外部中斷返回。中斷程序的相應(yīng)流程圖如 29 所示。 開始 初始化參數(shù) 10 圖 29 中斷程序流程圖 3 系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試 靜態(tài)檢查 根據(jù)硬件電路圖核