【正文】 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 II Abstract： In this paper, singlechip microputer as the core of the infrared alarm and use it as the core design of the alarm system of hardware and software systems to achieve a system of intelligent control, infrared receiver will receive the first circuit of the infrared light is converted to signal, and the amplification and demodulation for wireless transmitter modulation signal. When no block infrared light, the phaselocked loop output lowlevel alarm in a monitoring state。這種監(jiān)控報(bào)警裝置廣泛應(yīng)用與博物館、單位要害部門和家庭的防護(hù)。 當(dāng)我們考慮的范圍廣一點(diǎn)：若是在小區(qū)每一住戶內(nèi)安裝防盜報(bào)警裝置。將探測器發(fā)回的現(xiàn)場信號按防區(qū)的類型與主機(jī)的工作狀態(tài)（布防、撤防）作出邏輯判斷，進(jìn)而發(fā)出報(bào)警 [5,6]。該防盜報(bào)警系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。 設(shè)計(jì)主要采用了以下的硬件和軟件設(shè)備 ，硬件設(shè)備：單片機(jī)部分和檢查報(bào)分 、 軟件設(shè)計(jì)部分包括主程序設(shè)計(jì)、 中斷子程序設(shè)計(jì) 。軟件設(shè)計(jì)分主程序設(shè)計(jì)和中斷子程序設(shè)計(jì)。 本章節(jié)主要介紹單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及其相關(guān)芯片的概述和各部分的接口電路。是一種低功耗，高性能的含有 4K 字節(jié)快檫寫可編程／檫除只讀存儲器（ EEPORM）的 8 位 CMOS 單片機(jī)，時(shí)鐘頻率高達(dá) 24MHZ，與 8031 的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。由于芯片內(nèi)的 4Ｋ程序存儲器可在線或 用編程器重復(fù)編程，受到了應(yīng)用設(shè)計(jì)者的歡迎，并得到較為廣泛的應(yīng)用 。 AT89C51芯片的介紹 AT89 系列單片機(jī)（簡稱 89 系列單片機(jī)）是 ATMEL 公司的 8 位 Flash單片機(jī)。89 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與 80C51 相近，主要含有以下幾個(gè)部件： ? 8031CPU； ? 振蕩電路； ? 總線控制部件； ? 中斷控制部件； ? 片內(nèi) Flash 存儲器； ? 片內(nèi) RAM； ? 并行 I/O 接口； ? 定時(shí)器； ? 串行 I/O 接口； 圖 AT89C51 引腳圖 引腳功能 I/O 口線 , AT89C51 引腳圖如圖 所示。當(dāng)作為普通輸入時(shí)，應(yīng)將輸出鎖存器置 1。 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10V C C40GND20A T 8 9 C 5 1河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 II （ 3） P2 口 —— 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。 P2 口可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 負(fù)載。 P3口還提供各種替代功能，如表 所示。 當(dāng) 信號接地時(shí)，對 ROM 的讀操作限定在外部程序存儲器，地址為0000H～ FFFFH；當(dāng) 接 VCC時(shí)，對 ROM 的讀操作從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。 在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)， ALE 下降沿將 P0 口輸出的低 8 位地址鎖存在外接的地址鎖存器中，以實(shí)現(xiàn)低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)分時(shí)傳送。 外部晶振引線 （ 1） XTAL1—— 片內(nèi)振蕩器反向放大器和時(shí)鐘發(fā)生線路的輸入端。當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)，引腳 XATL1 接收振蕩器信號， XATL2 懸 空。 運(yùn)算器主要用來實(shí)現(xiàn)算術(shù)、邏輯運(yùn)算和位操作。其功能是控制指令讀入、譯碼和執(zhí)行，并對指令執(zhí)行過程進(jìn)行定時(shí)和邏輯控制。程序存儲器在操作運(yùn)行過程中只讀不寫，因而又被稱為只讀存儲器 ROM（ Read Only Memory）。 標(biāo)準(zhǔn) AT89 單片機(jī) 含有 128*8 位 RAM，采用單字節(jié)地址。 時(shí)鐘振蕩電路 單片機(jī)芯片內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容都需要外接。 M1 和 M0 工作方式選擇位。 獨(dú)立的比較器可用于監(jiān)視第二個(gè)電源信號，為處理器提供電壓跌定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位符號 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 18 落的預(yù)警功能。接口電路如圖 所示 。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 20 圖 MAX708 與 89C51 及 8255A 的接口電路圖 8255A 芯片介紹 8255A是 INTEL公司生產(chǎn)的可編程輸入輸出接口芯片，它具有 3個(gè) 8位的并行 I/O口分別稱為 PA口、 PB口、 PC口又分為高 4位口（ 4~7 PCPC ）和低 4位（ 0~3 PCPC ），它們都可以通過軟件編程來改變 I/O口的工作方式。它由以下幾個(gè)部分組成： 數(shù)據(jù)端口 A、 B、 C 8255A有三個(gè)位并行口， PA、 PB和 PC。 （ 3） PC口：一個(gè) 8位的輸出鎖存器；一個(gè) 8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。復(fù)位時(shí)， 8255A的 PA、 PB、 PC口與控制寄存器將被消除， PA、 PB、 PC口皆被設(shè)定為輸入口模式。 /RD=0且 /CS=0時(shí)， CPU從 8255A讀取數(shù)據(jù)。如表 。 (3)讀 /寫控制邏輯：其功能是用來控制數(shù)據(jù)與控制字的傳輸。如表 。 8255的工作方式 8255有 3中工作方式，即方式 0、方式 方式 2，如圖 。 A口、 B口及 C口的高 4位和低 4位都可以設(shè)定為輸入或輸出。 在這種方式下 ,A、 B、 C三個(gè)口分為兩組： A組包括 A口和 C口的高 4位，A口可由編程設(shè)定為輸入口或輸出口，若懸河 C口的高 4位用來作為輸入 /輸出操作的控制和同步信號； B組包括 B口和 C口的低 4位， B口同樣由編程設(shè)定輸入或輸出口， C口的低 4位用來作為輸入 /輸出操作的控制和同步信號；任何一個(gè)端口都有可做為輸入或輸出；若只有一個(gè)端口工作于方式 1，余下的 13位，可以工作在方式 0下 ； A口和 B口 的輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)都被鎖存。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 25 圖 8255的三種工作方式 A 方式 0 b 方式 1 c 方式 2 8255的控制字 8255有兩種控制字，即控制 A口、 B口、 C口的工作方式的方式控制字河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 26 和控制 C口各位置位 /復(fù)位控制字，兩種控制字寫入的控制寄存器相同，只是用 D7位來區(qū)分哪一種控制字。這里 8951 單片機(jī)對 8255 采用了線性選址法。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 28 七段顯示譯碼器 數(shù)字顯示通常由譯碼器、驅(qū)動(dòng)器和顯示器等部分組成，如圖 所示。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。因此，為了使數(shù)碼管能將所代表的數(shù)顯示出來，必須將數(shù)碼經(jīng)譯碼器譯出，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)器點(diǎn)亮對應(yīng)的段。 7448的功能如表 所示。該輸入端常用于檢查 7448 本身及顯示器的好壞。 ④ 動(dòng)態(tài)滅零輸出 RBO BI/RBO 作為輸出使用時(shí)，受 控于 LT 和 RBI。 單片機(jī)與 7448 譯碼驅(qū)動(dòng)器及 LED 的連接 現(xiàn)直接用 7448 譯碼驅(qū)動(dòng) LED 顯示數(shù)字，直觀明了，在軟件方面也有優(yōu)點(diǎn)。高 8位由 P2 口輸出，低 8位由 P0 輸出。目前常用的地址鎖存器芯片有： 74LS27 74LS37 8282 等 ,引腳圖分別如 所示 。當(dāng)該信號為高電平時(shí)，輸出線為高阻態(tài)。圖 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 33 中的 b 圖為 74LS373 的引腳圖， /OE 為使 能控制端， G 為鎖存控制信號。 （ 3）當(dāng) /OE 為高電平時(shí)，鎖存器緩沖三態(tài)門封閉，即三態(tài)門輸出為高組態(tài)，輸入端 70 ~DD 和輸出端 70 ~ 隔離，則不能 輸出。 本章節(jié)主要介紹幾種不同的利用紅外線檢測報(bào)警的電路，并由此得出檢測信號放大電路。人體輻射的紅外線中心波長為 m?10~9 ,而這種探測元件的波長靈敏度特性在 um20~ ,范圍幾乎是穩(wěn)定不變的 .在硅片表面上截止波長 m?10~7 ,的濾光片 ,使波長超過 m?10~7 的紅外線通過 ,而小于 m?7 的 紅外線被吸收 ,于是就得到只對人體敏感的熱釋紅外線。 AT 為雙元件熱釋紅外線傳感器，內(nèi)部電路見圖 ，其接收波長為 m?14~ ，適用于防盜報(bào)警系統(tǒng)，輸出阻抗為 10kΩ。由 2A 等組成的電壓比較器，設(shè)定一參考電壓。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 37 圖 紅外光敏二極管電路 圖 主要由運(yùn)算放大器 1IC 和四與非門（ da DD 11 ~ ）等組成。當(dāng)有不速之客闖入光源與光敏二極管之間的警戒域時(shí)， VDP 接收的光強(qiáng)瞬時(shí)減小，等效電阻值增大，在 M 點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號，經(jīng) 1C 耦合到 1IC 的輸入端， IC1的第 6 腳變?yōu)楦唠娖剑?bD1 的第 10 腳輸出高電平， VL 發(fā)亮，向主人報(bào)警。光敏二極管的典型應(yīng)用電路如圖 所示 。 紅外線探測信號放大電路設(shè)計(jì) 紅外線探測信號放大電路設(shè)計(jì)中紅外線探測器能探測人體發(fā)出的紅外線，當(dāng) 人進(jìn)入報(bào)警器的監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，即可發(fā)出報(bào)警聲，適用于家庭、辦公室、倉庫、實(shí)驗(yàn)室等比較重要場合防盜報(bào)警。 U2熱釋電紅外線傳感器 U3低功耗雙運(yùn)算放大電路 LM358 U4電壓比較器 LM393 U5低漂移高增益運(yùn)算放大器 OP27 U6V/I 轉(zhuǎn)換器芯片 INA105 紅外線探測傳感器 IC1 探測到前方人體輻 射出的紅外線信號時(shí)，由U2 的 ② 腳輸出微弱的電信號，經(jīng)三極管 VT1 等組成第一級放大電路放大，再通過 C2 輸入到運(yùn)算放大器 U3 中進(jìn)行高增益、低噪聲放大，此時(shí)由 U3河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 40 的 7 腳輸出的信號已足夠強(qiáng)。 U3 采用運(yùn)放 LM358，具有高增益、低功耗。 制作時(shí)，在 U2 傳感器的端面前安裝菲涅爾透鏡，因?yàn)槿梭w的活動(dòng)頻率范圍為 ? 需要用菲涅爾透鏡對人體活動(dòng)頻率倍增。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 41 U6光電耦合器 R31K+ 5V32148 U 7AL M 3 93R72 50+ 5VR61 0KR539+ 5V長距離導(dǎo)線R45 0. 18 25 5P A . 0A 圖 檢測信號與單片機(jī)接口圖 以下對各部分作一些具體介紹 光電耦合器驅(qū)動(dòng)接口 晶體管輸出型光電耦合器的受光器是光電晶體管。不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器的電流傳輸比相差很大。輸出電流也就將隨輸入的信號電壓線性變化。這樣可以避免輸出部分電源變化對單片機(jī)電源的影響，減少系統(tǒng)所受的干擾 ,提高系統(tǒng)的可靠性。另一方面，光電耦合器的發(fā)光二極管是電流 驅(qū)動(dòng)器件，可以形成電流環(huán)路的傳送形式。圖中輸入 級一般是由 BJT、 JFET 或 MOSFET 組成的差分式放大電路，利用它的對稱特性可以提高整個(gè)電路的共模抑制比和其他方面的性能，它的兩個(gè)輸入端構(gòu)成整個(gè)電路的反相輸入端和同相輸入端。 精密多功能運(yùn)算放大器 INA105 INA105 精密多功能運(yùn)算放大器是 集成運(yùn)放與外圍元件有機(jī)結(jié)合、并利用集成工藝與激光調(diào)阻技術(shù)相結(jié)合所形成的不同于常規(guī)集成運(yùn)放的放大器件。這四個(gè)電阻通過激光 調(diào)阻技術(shù)將它精確到 ?K25 。18V, 工作溫度范圍為 Co70~0 (后綴為 P 及 U)及 Co85~25 ?? （后綴為 M）。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 45 精密 4～ 20MA 電流變送器電路 圖 是一種由 V10~0 變化的電壓（由傳感器經(jīng)放大器輸出的電壓）經(jīng)本電路轉(zhuǎn)變?yōu)?mA20~4 的變