【正文】 用接收頭接收時(shí)，由于它只接收 38kHz 左右的紅外信號(hào)，所以可以防止外界光線的干擾，適合用在防范距離短的地方。 在用示波器調(diào)試 38kHz 脈沖信號(hào)進(jìn)行調(diào)試時(shí)，一邊觀察示波器上的波形，一邊輪流調(diào)節(jié)兩個(gè)滑動(dòng)變阻器。 圖 紅外防盜報(bào)警器的 實(shí)物電路圖 電路的調(diào)試 電路的調(diào)試是至關(guān)重要的， 可以進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性 。 表 實(shí)物元件表 購(gòu)買好所需元件后，先在面包板上以主要元件布局，然后按照電路圖進(jìn)行搭建電路。然后開(kāi)始挑選購(gòu)買實(shí)物，先統(tǒng)計(jì)好各類元件的種類及所需數(shù)目，然后選定其型號(hào)。 電路的搭建 由于條件限制及考慮到電路比較簡(jiǎn)單本設(shè)計(jì)采用面包板來(lái)搭建。 紅外防盜報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì)所使用的 C 語(yǔ)言都是很簡(jiǎn)單的 語(yǔ)句，用主函數(shù)進(jìn)行中斷的掃描，當(dāng)中斷產(chǎn)生后進(jìn)入中斷子函數(shù)，進(jìn)行聲光報(bào)警，在子函數(shù)中又嵌套了延遲函數(shù)，產(chǎn)生頻率一定的脈沖，使發(fā)光二極管閃爍。 (7) 生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高 一般只比匯編程序生成的目標(biāo)代碼效率低 10~20%。 (5) 語(yǔ)法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大 C 語(yǔ)言 的語(yǔ)法非常靈活，思維邏輯非常人性化，可以最大程度的發(fā)揮人的想象力，允許編寫者有大的自由度。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?，便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。并引入了指針概念，使程序效率更高。 (3) 數(shù)據(jù)類型豐富 C 語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類型有：整型、實(shí)型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等。 C 語(yǔ)言把括號(hào)、賦值 等都作為運(yùn)算符處理 ， 從而使 C 語(yǔ)言的運(yùn)算類型極其豐富，表達(dá)式類型多樣化。 (2) 運(yùn)算符豐富 C 語(yǔ)言的運(yùn)算符 種類很多，包含了許多數(shù)學(xué)中的運(yùn)算符。把高級(jí)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句與低級(jí)語(yǔ)言的實(shí)用性結(jié)合起來(lái)。 是 單片機(jī)以及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā) 中的主流語(yǔ)言 。 它可以作為工作系統(tǒng)設(shè) 計(jì)語(yǔ)言，編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫不依賴計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。 C 語(yǔ)言 [10~15]是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。中斷發(fā)出報(bào)警信號(hào) 30s 后，回到主程序，繼續(xù)等待下一次入侵信號(hào)。 程序總體設(shè)計(jì) 圖 為主程序的工作流程圖， 由圖可見(jiàn)，本課題的程序編寫并不是太復(fù)雜，主要功能就是等待中斷信號(hào)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。可以看出兩個(gè)編碼的各位正好相反。數(shù)碼管的 8 段，對(duì)應(yīng)一個(gè)字節(jié)的 8 位， a 對(duì)應(yīng)最低位， dp 對(duì)應(yīng)最高位。一個(gè)八段數(shù)碼管稱為一位，多個(gè)數(shù)碼管并列在一起可構(gòu)成多位數(shù)碼管，它們的段選線 (即 a,b,c,d,e,f,g,dp)連在一起，而各自的公共端稱為位選線。下圖 分別為共陰極數(shù)碼管的引腳圖和原理圖。數(shù)碼管一般分為共陽(yáng)極和共陰極。 R6 為泄放電阻，目的是讓三極管從飽和到截止時(shí)提供一個(gè)泄放基極和發(fā)射極間的少數(shù)載流子的路徑，以加速切換，防止拖音。 下 圖 為低電平驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的電路圖。 圖 發(fā)光二極管電路 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 19 頁(yè) 共 51 頁(yè) 蜂鳴器電路 蜂鳴器在市場(chǎng)上有兩種類型，一種是電壓型，一種是脈沖型，電壓型的只有對(duì)蜂鳴器送電它 便會(huì)發(fā)出聲音，它的發(fā)聲頻率是固定的。發(fā)光二極管的特性與 紅外發(fā)光二極管有很多相似之處，在此不詳細(xì)介紹。 發(fā)光二極管經(jīng)常用 在電路及儀器中作指示燈 用 。 聲光報(bào)警 電路 當(dāng)單片機(jī)接收到報(bào)警信號(hào)后，經(jīng)過(guò)內(nèi)部處理，便輸出報(bào)警信號(hào)，為了能更加直觀方便的通知工作人員有入侵者進(jìn)入，就需要報(bào)警電路，報(bào)警電路包括聲報(bào)警、光報(bào)警、數(shù)碼管顯示三個(gè)部分。時(shí)鐘電路中晶振的頻率決定著單片機(jī)的 指令周期。 圖 單片機(jī)的時(shí)鐘電路 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 18 頁(yè) 共 51 頁(yè) 時(shí)鐘電路中在引腳 XTAL1 和引腳 XTAL2 之間跨接一個(gè) 12M 的晶體振蕩器，再接入兩個(gè)微調(diào)電容，電容的作用是協(xié)調(diào)晶體振蕩器的頻率和幫助它起振。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。在本設(shè)計(jì)中單片機(jī)的復(fù)位按鈕可以使報(bào)警器手動(dòng)停止報(bào) 警，并可把報(bào)警次數(shù)清零。在下圖 中。本設(shè)計(jì)還利用到 口作為聲光報(bào)警的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)報(bào)警產(chǎn)生時(shí)，讓 輸出脈沖波，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的閃爍和蜂鳴器的報(bào)警。 P0、 P P P3 四個(gè)口可作為輸入輸出口使用， P0 口做 I/O 口使用時(shí)外加上拉電阻，但本設(shè)計(jì)中用 P0 口接上拉電租驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼管顯示報(bào)警次數(shù)時(shí)，卻由于 P0 口電壓太低，不能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示數(shù)字。 本設(shè)計(jì)需要開(kāi)中斷 1 所以可設(shè)置 IE=84H。EX0：外部中斷 0 中斷允許位。 ET0：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 中斷允許位。EXl：外部中斷 l 中斷允許位。 ETl： 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 中斷允許位。 ES：串行 I/O 中斷允許位。 表 中斷控制寄存器 IE IE EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 上表中各位表示的含義說(shuō)明如下： EA：全局中斷允許位。設(shè)置中斷需要設(shè)置單片機(jī)的中斷控制寄存器 IE，設(shè)置各位為 0 或 1，便可控制中斷的方式。 本設(shè)計(jì)采用外部中斷 1。 T1：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 l 中斷，由 T1 計(jì)滿回零引起。 INT1：外部中斷 1，由 端口線引入，低電平或下跳沿引起。 單片機(jī)在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 本設(shè)計(jì)中應(yīng)用到單片機(jī)的外部中斷、輸出口、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路，現(xiàn)一一進(jìn)行介紹。 (4) 輸入 /輸出 線 80C51 共有 4 個(gè) 8 位并行 I/O 端口： P0、 P P P3 口，共 32 個(gè)引腳 。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 15 頁(yè) 共 51 頁(yè) 圖 單片機(jī)的引腳圖 單片機(jī) [8]的 40 個(gè)引腳大致可分為 4 類： (1) 電源 (a) 芯片電源 VCC，接 +5V； (b) 接地端 VSS(GND)； (2) 時(shí)鐘 ： XTAL XTAL2 是 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 圖 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖 每個(gè)框圖都是由各種芯片和電路構(gòu)成，各單元之間通過(guò)內(nèi)部總線進(jìn)行通信。其內(nèi)部還有 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，2 個(gè)全雙工串行通信口， 2 個(gè)讀寫口線，這些功能都通過(guò)設(shè)置控制字來(lái)實(shí)現(xiàn) 對(duì)其的控制，使用非常方便。 AT89C52 有 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出 (I/O)端口，有的端口做不同的用途，通過(guò)設(shè)置功能字來(lái)設(shè)定選用的功能。以前單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器不能反復(fù)擦寫，一般在出廠前就用專門的機(jī)器把程序加載到存儲(chǔ) 器內(nèi)，單片機(jī)只能完成固定的任務(wù)。用高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序更加的直觀方便，使得單片機(jī)的功能大大提升，但單片機(jī)只能輸出高低的電平信號(hào)，所以，單片機(jī)必須與外部的硬件電路結(jié)合才能 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 14 頁(yè) 共 51 頁(yè) 完成更多的目的功能。 AT89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 的 8 位單片機(jī) 。由于單片機(jī)的巨大的應(yīng)用市場(chǎng)，世界許多公司都在生產(chǎn)，因此單片機(jī)的種類及型號(hào)很多，并且更新?lián)Q代速度很快，但考慮到實(shí)際應(yīng)用中許多地方并不需要性能很高的單片機(jī)，并且為了程序的兼容，各種類型的單片機(jī)差別并不是太大，并且?guī)追N質(zhì)量比較好的單片機(jī)成了市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。單片機(jī)節(jié)省了大量的硬件電路，并具有硬件電路所不能完成的功能，使得產(chǎn)品更加的智能化，改變著人們的生活方式。 單片機(jī)控制 電路 單片機(jī) [2~5]是一種集成電路芯片 ， 是一種典型的嵌入式微控制器。下圖 為其引腳功能 圖。 圖 紅外接收探頭 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 13 頁(yè) 共 51 頁(yè) 由于本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)中斷判斷是否發(fā)出報(bào)警，所以要求要報(bào)警時(shí)輸入低電平，而紅外 接收探頭在接收不到紅外線時(shí)輸出高電平，所以電路中需加入反相器，然后把信號(hào)送入單片機(jī)。 紅外接收頭的種類很多， 各種類型的 引腳定義也不相同， 但 一般都有三個(gè)引腳， 為供電腳，接地和信號(hào)輸出腳。交流信號(hào) 送入 帶通濾波器，帶通濾波器可以通過(guò) 30kHz~60kHz 的負(fù)載波，通過(guò)解調(diào)電路把信號(hào)解調(diào)，再經(jīng)過(guò) 積分電路 送 入比較器， 由 比較器輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號(hào)波形。 它的 內(nèi)部電路一般 由 紅外線接收二極管，放大器，限幅器，帶通濾波器，積分電路，比較器等 組成 。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 12 頁(yè) 共 51 頁(yè) 圖 紅外線接收管電路 圖中電阻124R與可變電阻 4RV 組成電壓比較器正相的輸入電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器改變正相電壓的值，當(dāng)接收到入侵信號(hào)，比較器輸入端翻轉(zhuǎn)，輸出段產(chǎn)生低電平送入單片機(jī)形成報(bào)警信號(hào)。 圖 紅外線接收二極管 紅外線接收二極管輸出的信號(hào)不能直接被單片機(jī)接收，需要視具體情況而定。如果在外電路接上負(fù)載，負(fù)載就能 獲得電信號(hào)，電信號(hào) 將隨著光照的變化而變化 。這種特性稱 “ 光電導(dǎo) ”。當(dāng)有紅外線光照 射 時(shí)，攜帶能量的紅外線光子進(jìn)入 PN 結(jié)，把能量傳 送給 共價(jià)鍵 上束縛 著的 電子，使部分電子掙脫共價(jià)鍵， 成為自由電子， 從而產(chǎn)生電子 － 空穴對(duì)。 紅外線接收管 紅外線發(fā)射出去后需要接收才能組成一個(gè)整體，紅外線接收管是將紅外線光信號(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件，核心是一種特殊材料的 PN 結(jié)，它工作于反向電壓下 。 圖 紅外線發(fā)射電路圖 在該電路中，通過(guò) IN 引腳輸入接收到 由 555 集成定時(shí)器輸出的 38kHz 脈沖 信號(hào)，脈沖信號(hào)通過(guò) R3產(chǎn)生電流，使 三極管的基極有電流 流過(guò) ，三極管導(dǎo)通，從而有電流從發(fā)射極的紅外二極管流過(guò)， 紅外二極管導(dǎo)通，發(fā)射出紅外線限流電阻可通過(guò)公式計(jì) 算， 二極管的電流 二極管所需電壓電源電壓 ??R () 電流一般取 20 ?m 左右，通過(guò)計(jì)算得出限流電阻為 220? 歐姆左右。 將紅外線發(fā)光二極管接入電路時(shí)需要接限流電阻，以防止其被燒毀。 (6) 包裝與外型 紅外發(fā)光二極管的包裝 主要有三種類型 ，透鏡消除型、陶瓷型及樹(shù)脂分子型，如 下圖 所示 。一般紅外線發(fā)光二極管 在出廠前 均附有透鏡， 可以 使 它的 指向性更靈敏 。 (5) 方向特性 紅外線發(fā)光二極 管發(fā)出的紅外線 方向 也是有一定規(guī)律的，各個(gè)方向的紅外線強(qiáng)度不同， 方向角度 就是 發(fā)射強(qiáng)度的相對(duì)值。 (4) 發(fā)光頻譜 發(fā)光二極管所發(fā)射的光 的 波長(zhǎng)，因 制作 材料 的不同而不同 。 (3) 發(fā)射束電流特性 一般可見(jiàn)光的發(fā)光二極管其輸出光的強(qiáng)度是 用 光度表示 的 ，而不可見(jiàn)光 向 紅外線發(fā)光二極管輸出光的能量大小，是 用 發(fā) 射束 Fe 來(lái) 表示 的 ，單位為瓦特。 (2) 熱損 紅外線發(fā)光二極管 所消耗的功率 ， 一部分轉(zhuǎn)化為熱量散發(fā)，一部分轉(zhuǎn)化為紅外線發(fā)射出去。一般其正向?qū)〞r(shí)兩端電壓在 1V~2V 之間為宜，電壓太高將會(huì)使其燒毀。 并且 反向電阻越大越好 。如果判斷不出引腳長(zhǎng)短可用 萬(wàn)用表來(lái)區(qū)分，并可檢測(cè)紅外線二極管是否可用。 下圖 為紅外發(fā)光二極管的實(shí)物圖。常用 的紅外線發(fā)光二極管 有 SE303光譜功率分布為中心波長(zhǎng) 830nm~950nm，半峰帶寬約 40nm 左右，它是窄帶分布，可感受的光譜范圍。 可以 通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 1R 和 2R 來(lái)改變振蕩周期 。 可參考如下的公式進(jìn)行估算。 此振蕩器的原理主要是利用電容的充放電，利用比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)放電管 VTd 的導(dǎo)通與截止，控制鎖存器的反復(fù)自行翻轉(zhuǎn)，由反相器輸出脈沖信號(hào)，反相器的作用是提高電路的帶負(fù) 載能力，并隔離負(fù)載對(duì)定時(shí)器的影響。本設(shè)計(jì)需要用 555 集成定時(shí)器產(chǎn)生 38kHz 的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管，設(shè)計(jì)電路圖并用 Proteus 軟件繪制電路圖仿真如下圖 所示。 圖 555 集成定時(shí)器的引腳排列圖 555 集成定時(shí)器內(nèi)部由 兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)電阻分壓器，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)三級(jí)管放 電開(kāi)關(guān)和一個(gè)輸出緩沖器實(shí)現(xiàn)了下表 的邏輯功能。 當(dāng) VI1＜ 32 VCC， VI2＜ 31 VCC 時(shí)，比較器 C1輸出高電平，比較器 C2輸出低電平，基本 RS 觸發(fā)器置 1， G3輸出低電平，放電三極管 TD截止，定時(shí)器輸出高電平。 當(dāng) VI1＜ 32 VCC， VI2＞ 31 VCC 時(shí)，比較器 C1輸出高電平，比較器 C2輸出高電平，基本 RS 觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變， 555 定時(shí)器輸出狀態(tài)保持不 變 。 555 定時(shí)器 [2]工作時(shí)過(guò)程分析如下： 5 腳經(jīng) 電容接地，比較器 C1和 C2的比較電壓為： UR1= 32 VCC、 UR2= 31 VCC。虛線邊沿標(biāo)注的數(shù)字為管腳號(hào)。 555 集成定時(shí)器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如下圖 所示。 555 集成定時(shí)器是一種將數(shù)字電路和模擬電路集成一體的電子器件，它將模擬功能和邏輯功能融為一體，能夠產(chǎn)生精確的時(shí)間延遲和振蕩，驅(qū)動(dòng) 555 集成定時(shí)器只需使用單電源， 555 集成定時(shí)器可獨(dú)立構(gòu) 成定時(shí)電路，它的最大輸出電流可達(dá)到 200 毫安，可直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管、喇叭等小功率器件。生成 38kHz 方波的方法很多，本設(shè)計(jì)采用廉價(jià)且高效的 555 集成定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器來(lái)生成 38kHz脈沖信號(hào)。 下面分