單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì).

1、本科生課程設(shè)計(jì)（論文）i本科生課程設(shè)計(jì)（論文）ii摘 要隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們生活水平顯著提高，對(duì)家庭私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識(shí)在不斷的增強(qiáng)，因而對(duì)居家防盜措施提出了新的要求。基于社會(huì)安全保障的需要，防盜報(bào)警技術(shù)發(fā)展迅速。防盜報(bào)警系統(tǒng)利用單片機(jī)控制技術(shù)，自動(dòng)探測(cè)發(fā)生在布防區(qū)內(nèi)的侵入行為，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，一旦發(fā)生突發(fā)事件，就會(huì)向人們發(fā)出報(bào)警提示，從而讓人即使采取應(yīng)對(duì)措施。本系統(tǒng)采用了門(mén)磁傳感器和振動(dòng)傳感器，這是一種目前廣泛應(yīng)用的報(bào)警檢測(cè)傳感器，被大量應(yīng)用到家庭及商場(chǎng)外圍防盜系統(tǒng)上，其具有響應(yīng)頻帶寬、靈敏度高、信噪比大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因此，在工程力學(xué)、生物學(xué)醫(yī)、石油

2、勘探等許多技術(shù)領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。該報(bào)警器的制作簡(jiǎn)單、成本低、安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)，同時(shí)它的信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)處理后方便和 pc 機(jī)通信，便于多用戶(hù)統(tǒng)一管。理。本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。硬件部分包括單片機(jī)控制電路、振動(dòng)傳感電路、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路、復(fù)位電路等部分組成。處理器采用 51 系列單片機(jī)89c51，整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。此外，在電子防盜等領(lǐng)域中，振動(dòng)探測(cè)器也以其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)而受到廣大用戶(hù)和專(zhuān)業(yè)人士的歡迎。關(guān)鍵詞：家用；防

3、盜報(bào)警；門(mén)磁；振蕩本科生課程設(shè)計(jì)（論文）iii目 錄第 1 章 緒論 .11.1 家用防盜報(bào)警器概況 .11.2 本文研究?jī)?nèi)容 .1第 2 章 cpu 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì).22.1 家用防盜報(bào)警器總體設(shè)計(jì)方案 .22.2 cpu 的選擇 .32.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展 .42.4 復(fù)位電路設(shè)計(jì) .42.5 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) .52.6 cpu 最小系統(tǒng)圖 .6第 3 章 家用防盜報(bào)警器輸入輸出接口電路設(shè)計(jì) .73.1 家用防盜報(bào)警器傳感器的選擇 .73.2 家用防盜報(bào)警器檢測(cè)接口電路設(shè)計(jì) .83.3 家用防盜報(bào)警器輸出接口電路設(shè)計(jì) .93.4 人機(jī)對(duì)話(huà)接口電路設(shè)計(jì) .10第 4 章 家用防盜報(bào)警器軟件設(shè)計(jì)

4、.124.1 軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述 .124.2 流程圖設(shè)計(jì) .124.2.1 主程序流程圖設(shè)計(jì).124.2.2 家用防盜報(bào)警器流程圖設(shè)計(jì).124.3 程序清單 .14第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .17參考文獻(xiàn) .18本科生課程設(shè)計(jì)（論文）1第 1 章 緒論1.1 家用防盜報(bào)警器概況隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)防盜措施提出了新的要求。本設(shè)計(jì)就是為了滿(mǎn)足家庭住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的家用防盜報(bào)警器系統(tǒng)。就目前市面上裝備主要有紅外防盜報(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)中所使用的門(mén)磁傳感器很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等

5、安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。這種傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出門(mén)之間的電流信號(hào)的停斷，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。同時(shí)振動(dòng)傳感器具有響應(yīng)頻帶寬、靈敏度高結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，也進(jìn)入了此次設(shè)計(jì)范疇之中。門(mén)磁報(bào)警器一般采用省電設(shè)計(jì)，當(dāng)門(mén)窗被打開(kāi)的瞬間，立即發(fā)射 1 秒左右的無(wú)線報(bào)警信號(hào)，然后自行停止，當(dāng)感應(yīng)到永磁體分離時(shí),就觸發(fā)門(mén)磁傳感器報(bào)警，振動(dòng)報(bào)警器對(duì)輕微振動(dòng)非常敏感,振動(dòng)頻率越高的物體輻射出的能量越強(qiáng),當(dāng)感應(yīng)到環(huán)境中存在高出背景強(qiáng)度的輻射時(shí),就觸發(fā)報(bào)警。這兩種傳感器的結(jié)合能夠有效的防止盜竊事件的發(fā)生，有著高度的可靠性。1.2 本文研究?jī)?nèi)容本次課程設(shè)計(jì)旨在設(shè)計(jì)一種安全可靠的家庭用防盜報(bào)警器，其設(shè)計(jì)主

6、要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，其主要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)有以下幾點(diǎn)：硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括以下幾點(diǎn)：1.cpu 的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括 cpu 的選擇，防盜報(bào)警器的晶振電路和復(fù)位電路的選擇與設(shè)計(jì)；2.門(mén)磁傳感器和振動(dòng)傳感器選擇及與 89c51 單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)；3.防盜報(bào)警器的報(bào)警電路及消音電路設(shè)計(jì)。軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括下面兩點(diǎn)：1.編寫(xiě)程序流程圖，正確表達(dá)該報(bào)警器的每個(gè)流程環(huán)節(jié)是如何工作和聯(lián)系的；2.編寫(xiě)一段程序來(lái)驗(yàn)證該報(bào)警器的方案簡(jiǎn)單可行，能滿(mǎn)足此次設(shè)計(jì)要求。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）2第 2 章 cpu 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 家用防盜報(bào)警器總體設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤(pán)控

7、制、報(bào)警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：門(mén)磁傳感器、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(hù)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(chēng)。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。 從設(shè)計(jì)的要求來(lái)分析該設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)：門(mén)磁報(bào)警電路、振動(dòng)報(bào)警電路、時(shí)鐘電路、單片機(jī)、復(fù)位電路組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖 2.1 所示：圖

8、 2.1 家庭報(bào)警器總體設(shè)計(jì)方案圖at89c51 單片機(jī)作為整個(gè)報(bào)警器的核心，負(fù)責(zé)處理底層子模塊傳遞的信號(hào)，并將處理后的信號(hào)傳至各個(gè)子程序模塊中，同時(shí)擔(dān)負(fù)著時(shí)鐘信號(hào)的處理和復(fù)位信本科生課程設(shè)計(jì)（論文）3號(hào)的處理等任務(wù)。信號(hào)檢測(cè)電路由門(mén)磁傳感器和振動(dòng)傳感器，和 a/d 轉(zhuǎn)換器組成，門(mén)磁傳感器負(fù)責(zé)傳遞門(mén)開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)，振動(dòng)傳感器負(fù)責(zé)傳遞門(mén)或窗戶(hù)產(chǎn)生一定幅度的震動(dòng)聲波產(chǎn)生的電信號(hào)。兩個(gè)信號(hào)共同作用，將報(bào)警信號(hào)傳遞至 a/d 轉(zhuǎn)換器中，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入信號(hào)檢測(cè)電路中，再由信號(hào)檢測(cè)電路將傳遞來(lái)的電信號(hào)及時(shí)送達(dá)至 89c51 單片機(jī)中進(jìn)行處理。人機(jī)接口電路是通過(guò)鍵盤(pán)和 89c51 單片機(jī)相連，其主要

9、目的是確認(rèn)報(bào)警的具體時(shí)間和地點(diǎn)，同時(shí)還有消除報(bào)警信號(hào)的作用。時(shí)鐘電路的主要用來(lái)產(chǎn)生單片機(jī)工作所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。復(fù)位電路主要用于 89c51 單片機(jī)的報(bào)警后復(fù)位，使之重新回到初始狀態(tài)，保證報(bào)警系統(tǒng)的運(yùn)行正常。2.2 cpu 的選擇本次家用報(bào)警器的設(shè)計(jì)采用 89c51 單片機(jī)作為系統(tǒng)的 cpu。89c51 是面向八位的 cpu。它的價(jià)格低廉，工作可靠，另外擴(kuò)展功能也很強(qiáng)，89c51 采用電擦除和電寫(xiě)入，擦寫(xiě)方便，保密性能好，因此作為此次設(shè)計(jì)的首選 cpu。89c51 有 40個(gè)引腳，其中點(diǎn)原因較 vss 是接地端，vcc 是電源端接+5v 電源，外界

10、晶體引腳xtal1h 和 xtal2 接時(shí)鐘電路， rst 是復(fù)位信號(hào)輸入端，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平就能讓單片機(jī)有效復(fù)位。p0 口接地址鎖存器，接 6264 的 a0至 a7，p2 口接 6264 的 a8 至 a12，是片內(nèi)片外 rom 選擇端，是外部 romeapsen的讀選通信號(hào)，是讀允許信號(hào)，是寫(xiě)允許信號(hào)，它們分別與 6264 的讀允rdwr許線和寫(xiě)允許線相連。引腳結(jié)構(gòu)圖如圖 2.2 所示： oewe圖 2.2 89c51 引腳結(jié)構(gòu)圖本科生課程設(shè)計(jì)（論文）42.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展89c51 片內(nèi)有 128b 的 ram 存儲(chǔ)器，在實(shí)際應(yīng)用中僅靠這 128b 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

11、遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。這種情況下可利用 89c51 單片機(jī)所具有的擴(kuò)展功能，擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器。89c51 最多可以擴(kuò)展 64kb ram。常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ram 和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，由于在實(shí)際應(yīng)用中，需要擴(kuò)展的容量不大，所以一般采用靜態(tài)ram sram6264。擴(kuò)展圖如圖 2.3 所示： 圖 2.3 程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展圖 2.4 復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位操作可使單片機(jī)初始化，也可以使死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動(dòng)，因此，單片機(jī)的復(fù)位電路非常重要。89c51 單片機(jī)的復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，在時(shí)鐘電路工作以后, 在 reset 端持續(xù)給出 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作。使

12、用晶振頻率為 12mhz 時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于 2us。本設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。如圖 2.4 所示為復(fù)位電路。reset13ea40xtal125p2.0/a827p2.1/a928p2.2/a1029p2.3/a1130p2.4/1231p2.7/a1537ale39p0.0/ad051p0.1/ad150p0.2/ad249p0.3/ad348p0.4/ad444p0.5/ad543p0.6/ad642p0.7/ad741nc8wr/p3.622rd/p3.723xtal22489c51a010a19a28a37a46a55a64a73a825a924a1021a11

13、23a122ce120vcc28we27oe22d011d112d213d315d416d517d618d719gnd14ce2266264oe1g11d03q02d14q15d27q26d38q39d413q412d514q515d617q616d718q71974ls3731k+5vvcc本科生課程設(shè)計(jì)（論文）5 圖 2.4 單片機(jī)的復(fù)位電路2.5 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)。內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘是其時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生的兩種方式。89c51 工作時(shí)，是在統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖下一拍一拍的進(jìn)行的。這個(gè)脈沖是由單片機(jī)控制器中的時(shí)序電路產(chǎn)生的。本次報(bào)警器的設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，89c

14、51 內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成片內(nèi)振蕩器，引腳 xtal1 和 xtal2 分別是磁放大器的輸入端和輸出端。r21kr1200vcc89c51vccresetvss+c22uf本科生課程設(shè)計(jì)（論文）6在 xtal1 和 xtal 兩端跨接晶體或陶瓷振蕩器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，此次報(bào)警器的設(shè)計(jì)，兩個(gè)電容值取 30pf，晶振頻率取 12mhz，時(shí)鐘電路原理圖如圖 2.5 所示，xtal1 和 xtal2 端與 89c51 相連。圖 2.5 時(shí)鐘電路原理圖本科生課程設(shè)計(jì)（論文）72.6 cpu 最小系統(tǒng)圖根據(jù)上文所述，將 cpu、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展、

15、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路綜合起來(lái)構(gòu)成完整的 cpu 最小系統(tǒng)圖，如圖 2.6 所示：圖 2.6 cpu 最小系統(tǒng)圖reset13ea40xtal125p2.0/a827p2.1/a928p2.2/a1029p2.3/a1130p2.4/1231p2.7/a1537ale39p0.0/ad051p0.1/ad150p0.2/ad249p0.3/ad348p0.4/ad444p0.5/ad543p0.6/ad642p0.7/ad741nc8wr/p3.622rd/p3.723xtal22489c51a010a19a28a37a46a55a64a73a825a924a1021a1123a122ce120v

16、cc28we27oe22d011d112d213d315d416d517d618d719gnd14ce2266264oe1g11d03q02d14q15d27q26d38q39d413q412d514q515d617q616d718q71974ls3731k+5vvccy112mhzc230ufc330ufr21kvccr1200pbc122uf本科生課程設(shè)計(jì)（論文）8第 3 章 家用防盜報(bào)警器輸入輸出接口電路設(shè)計(jì)3.1 家用防盜報(bào)警器傳感器的選擇本次家庭防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)用到了兩種傳感器：門(mén)磁傳感器和振動(dòng)傳感器。下面簡(jiǎn)要的對(duì)這兩種傳感器進(jìn)行介紹。門(mén)磁報(bào)警器廣泛在城市安防、小區(qū)、工廠、公司、學(xué)校

17、、家庭、別墅、倉(cāng)庫(kù)等眾多領(lǐng)域門(mén)窗安裝使用。當(dāng)用來(lái)監(jiān)控門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，當(dāng)門(mén)不管何種原因被打開(kāi)后，門(mén)磁傳感器立即發(fā)射電信號(hào)向主機(jī)報(bào)警。門(mén)磁傳感器一般采用省電設(shè)計(jì)，當(dāng)門(mén)關(guān)閉時(shí)它不發(fā)射報(bào)警信號(hào)，此時(shí)耗電只有幾微安，當(dāng)門(mén)被打開(kāi)的瞬間，立即發(fā)射 1 秒左右的無(wú)線報(bào)警信號(hào)，然后自行停止，這時(shí)就算門(mén)一直打開(kāi)也不會(huì)再發(fā)射了，這是為了防止發(fā)射機(jī)連續(xù)發(fā)射造成內(nèi)部電池電量耗盡而影響報(bào)警，門(mén)磁傳感器還設(shè)計(jì)有電池低電壓檢測(cè)電路，當(dāng)電池的電壓低于 8 伏時(shí)，下方的發(fā)光二極管就會(huì)點(diǎn)亮，這時(shí)需要立即更換報(bào)警器專(zhuān)用電池，否則會(huì)影響報(bào)警的可靠性。 門(mén)磁傳感器一般安裝在門(mén)內(nèi)側(cè)的上方，主要由開(kāi)關(guān)和磁鐵兩部分組成，開(kāi)關(guān)部分由磁簧開(kāi)關(guān)經(jīng)引線

18、連接，定型封裝而成；磁鐵部分由對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁鐵封裝于塑膠或合金殼體內(nèi)。當(dāng)兩者分開(kāi)或接近至一定距離后，引起開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷從而感應(yīng)物體位置的變化。其精細(xì)結(jié)構(gòu)是較小的部件為永磁體，內(nèi)部有一塊永久磁鐵，用來(lái)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，較大的是門(mén)磁主體，它內(nèi)部有一個(gè)常開(kāi)型的干簧管，當(dāng)永磁體和干簧管靠得很近時(shí)，無(wú)線門(mén)磁傳感器處于工作守候狀態(tài)，當(dāng)永磁體離開(kāi)干簧管一定距離后，無(wú)線門(mén)磁傳感器立即發(fā)射包含地址編碼和自身識(shí)別碼的高頻無(wú)線電信號(hào)，接收板就是通過(guò)識(shí)別這個(gè)電信號(hào)的地址碼來(lái)判斷是否是同一個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的，然后根據(jù)自身識(shí)別碼確定是哪一個(gè)無(wú)線門(mén)磁報(bào)警。另外，本次設(shè)計(jì)還應(yīng)用到了振動(dòng)傳感器。振動(dòng)傳感器是一種目前廣泛應(yīng)用的報(bào)警傳感器

19、，被大量應(yīng)用到家庭防盜系統(tǒng)上，其具有響應(yīng)頻帶寬、靈敏度高、信噪比大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。因此，在工程力學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等許多技術(shù)領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。振動(dòng)傳感器在此次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部件之一，它的作用主要是將機(jī)械量接收下來(lái)，并轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量。因此它也可以說(shuō)是一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。振動(dòng)傳感器并不是直接將原始要測(cè)的機(jī)械量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?，而是將原始要測(cè)的機(jī)械量做為振動(dòng)傳感器的輸入量，然后由機(jī)械接收部分加以接收，形成另一個(gè)適合于變換的機(jī)械量，最本科生課程設(shè)計(jì)（論文）9后由機(jī)電變換部分再將變換為電量。 一般來(lái)說(shuō)，振動(dòng)傳感器由于變換方法和性質(zhì)不同，其種類(lèi)繁多，應(yīng)用范圍也極其廣泛。在現(xiàn)代振動(dòng)測(cè)量中所用

20、的傳感器，僅是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，且與后續(xù)的電子線路緊密相關(guān)。本次設(shè)計(jì)采用的的振動(dòng)傳感器的機(jī)械接收部分是慣性式加速度機(jī)械接收原理，機(jī)電部分利用的是壓電晶體的正壓電效應(yīng)。它是利用某些物質(zhì)如石英晶體的壓電效應(yīng)，在加速度計(jì)受振時(shí)，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測(cè)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，則力的變化與被測(cè)加速度成正比然后將電信號(hào)輸給指示儀表或記錄器。3.2 家用防盜報(bào)警器檢測(cè)接口電路設(shè)計(jì)a/d 轉(zhuǎn)換接口是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前向通道中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集是在模擬信號(hào)源中采集信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)的過(guò)程。因此完成數(shù)據(jù)采集應(yīng)具備下述基本條件：模擬多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和信號(hào)調(diào)節(jié)電

21、路，采樣/持電路，a/d 轉(zhuǎn)換器，通道模擬電路。前向通道中，被測(cè)物理量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，而每一種傳感器都有與其配套的接口電路，接口電路再將這一電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)用來(lái)完成多模擬信號(hào)的切換，信號(hào)調(diào)節(jié)則是將模擬微弱信號(hào)轉(zhuǎn)換成滿(mǎn)足 a/d 轉(zhuǎn)換器所需要的電平信號(hào)。為了減少動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集的孔徑誤差，必須加上采樣/持電路。因此，數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)不僅僅限于 a/d 轉(zhuǎn)換芯片的接口設(shè)計(jì)，還必須得考慮傳感器到 cpu 的全過(guò)程。根據(jù)本次設(shè)計(jì)要求，選擇 max197 作為本次課設(shè)的 a/d 轉(zhuǎn)換器。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，a/d 轉(zhuǎn)換的速度和精度又決定了采集系統(tǒng)的速度和精度。max197 是具有 12

22、位測(cè)量精度的高速 a/d 轉(zhuǎn)換芯片，只需單一電源供電，且轉(zhuǎn)換時(shí)間很短，具有 8路輸入通道，還提供了標(biāo)準(zhǔn)的并行接口8 位三態(tài)數(shù)據(jù) i/o 口，可以和大部分單片機(jī)直接接口，使用十分方便。 max197 無(wú)需外接元器件就可獨(dú)立完成 a/d 轉(zhuǎn)換功能。它可分為內(nèi)部采樣模式和外部采樣模式，采樣模式由控制寄存器的 d5位決定。在內(nèi)部采樣控制模式 0 中，由寫(xiě)脈沖啟動(dòng)采樣間隔，經(jīng)過(guò)瞬間的采樣間隔，即開(kāi)始 a/d 轉(zhuǎn)換。在外部采樣模式 1 中，由兩個(gè)寫(xiě)脈沖分別控制采樣和 a/d轉(zhuǎn)換。在第一個(gè)寫(xiě)脈沖出現(xiàn)時(shí)，開(kāi)始采樣間隔。在第二個(gè)寫(xiě)脈沖出現(xiàn)時(shí)，max197停止采樣，開(kāi)始 a/d 轉(zhuǎn)換。這兩個(gè)寫(xiě)脈沖之間的時(shí)間間隔為

23、一次采樣時(shí)間。當(dāng)一次轉(zhuǎn)換結(jié)束后，max197 相應(yīng)的 int 引腳置低電平，通知處理器可以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。內(nèi)部采樣模式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)序?qū)τ谀M到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，時(shí)序要求非常嚴(yán)格，由于 max197 的數(shù)字信號(hào)輸出引腳是復(fù)用的，要正確讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果，時(shí)序要求尤其本科生課程設(shè)計(jì)（論文）10重要。在一次采樣開(kāi)始前，可以通過(guò)單片機(jī)的 8 位數(shù)據(jù)線把這些控制字寫(xiě)入max197 來(lái)初始化相應(yīng)的參數(shù)。完全可以滿(mǎn)足此次設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。max197 的外部引腳圖如圖 3.1 所示：圖 3.1 ax197 外部引腳圖3.3 家用防盜報(bào)警器輸出接口電路設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)，往往是通過(guò)芯片給出的低壓電流如 ttl 電

24、平信號(hào)，這種電平信號(hào)一般不能驅(qū)動(dòng)外設(shè)，而需要經(jīng)接口轉(zhuǎn)換后才能驅(qū)動(dòng)外設(shè)；許多外設(shè)在開(kāi)關(guān)控制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾信號(hào)，如不價(jià)格里可能會(huì)串到測(cè)控系統(tǒng)中，造成系統(tǒng)誤動(dòng)作或破壞，因此在接口技術(shù)中還應(yīng)包括隔離技術(shù)。繼電氣控制方式的開(kāi)關(guān)量輸出，是目前最常用的一種輸出方式，一般在驅(qū)動(dòng)大型設(shè)備時(shí)，往往利用繼電器作為測(cè)控系統(tǒng)輸出到輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)之間的第一級(jí)機(jī)構(gòu)，通過(guò)第一級(jí)機(jī)構(gòu)的輸出，可完成從低壓直流到高壓交流的過(guò)渡。圖 3.3 繼電器控制的開(kāi)關(guān)量輸出圖繼電器輸出也可應(yīng)用于低壓場(chǎng)合，與晶體管等低壓輸出驅(qū)動(dòng)器相比，繼電器本科生課程設(shè)計(jì)（論文）11輸出時(shí)輸入端和輸出端有一定的隔離作用。但由于采用電離吸合方式，在開(kāi)關(guān)瞬

25、間容易產(chǎn)生電火花而產(chǎn)生干擾，對(duì)交流高壓等場(chǎng)合使用，觸點(diǎn)也容易氧化，由于驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)線圈上有一定的電感，在管段瞬間也會(huì)產(chǎn)生較高的反壓，因此在對(duì)繼電器的驅(qū)動(dòng)電路上常常反接一個(gè)續(xù)流二極管來(lái)用于放電。繼電器控制的開(kāi)關(guān)量輸出如圖 3.3 所示。3.4 人機(jī)對(duì)話(huà)接口電路設(shè)計(jì)在報(bào)警器的設(shè)計(jì)中，為了控制其運(yùn)行狀態(tài)，需要向系統(tǒng)中輸入一些命令和數(shù)據(jù)，因此應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)有鍵盤(pán)，這些鍵包括數(shù)字鍵、功能鍵和控制組合鍵等。這些按鍵或鍵盤(pán)都是以開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)的。在編制鍵盤(pán)控制程序時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題有很多，比如說(shuō)監(jiān)測(cè)按鍵是否按下，去抖處理，散轉(zhuǎn)指令要求等等。根據(jù)此次設(shè)計(jì)，選用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)是指直接

26、用 i/o 線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占有一根 i/o 線，每根 i/o 線的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他按鍵的工作狀態(tài)，它的配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用也很廣泛。獨(dú)立式按鍵如圖 3.4 所示。圖 3.4 獨(dú)立式按鍵電路本次報(bào)警器的設(shè)計(jì)中還包括顯示器的設(shè)計(jì)。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常用的顯示器包括 led 和 lcd 兩種。這兩種顯示器都具有成本低廉、配置靈活、與單片機(jī)接口方便等特點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)采用 8 位 led 顯示器。led 顯示塊是由發(fā)光二極管顯示的顯示器件，也稱(chēng)為數(shù)碼管，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是 7 段 led。這種顯示字塊有共陰極和共陽(yáng)極兩種。共陰極led

27、顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地，共陽(yáng)極 led 顯示塊的發(fā)光二極管陽(yáng)極并接電源。 ，在單片機(jī)系統(tǒng)中常常用 led 顯示塊構(gòu)成 n 位 led 顯示器。本次報(bào)警器的設(shè)本科生課程設(shè)計(jì)（論文）12計(jì)就應(yīng)用了 8 位 led 顯示器。具體圖示如圖 3.5 所示。圖 3.5 8 位 led 顯示器構(gòu)成原理圖本科生課程設(shè)計(jì)（論文）13第 4 章 家用防盜報(bào)警器軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述硬件系統(tǒng)作為實(shí)體，為計(jì)算機(jī)工作提供了物質(zhì)基礎(chǔ)和條件，但要使計(jì)算機(jī)有效地工作，還必須有軟件系統(tǒng)的配合。計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言三部分。應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)功能要求設(shè)計(jì)的，應(yīng)可靠的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)

28、的各種功能。軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括程序流程圖的編寫(xiě)和軟件程序的編寫(xiě)，主程序流程圖主要是介紹整個(gè)系統(tǒng)的工作原理和工作步驟，防盜報(bào)警器的流程圖主要是描述報(bào)警器報(bào)警到確認(rèn)具體位置的過(guò)程。由此可見(jiàn)，在有了硬件連接的基礎(chǔ)上，軟件的設(shè)計(jì)也非常重要。4.2 流程圖設(shè)計(jì)程序流程圖是一種用規(guī)定的圖形，指向線及文字說(shuō)明來(lái)準(zhǔn)確表示過(guò)程的圖形，具有直觀、形象、清晰的特點(diǎn)，能清楚地展現(xiàn)控制過(guò)程的邏輯結(jié)構(gòu)，方便編寫(xiě)程序。4.2.1 主程序流程圖設(shè)計(jì)主程序的功能是先進(jìn)行初始化，設(shè)置初始值，然后經(jīng)過(guò)系統(tǒng)初始化檢測(cè)是否有報(bào)警事件，如果有報(bào)警事件則處理報(bào)警事件，反之則繼續(xù)循環(huán)，當(dāng)有報(bào)警事件是啟動(dòng)聲光報(bào)警器報(bào)警，接下來(lái)判斷是否報(bào)警

29、1秒鐘后結(jié)束，如果按下按鍵，則報(bào)警結(jié)束可以確定報(bào)警確切方位，如果不選擇報(bào)警結(jié)束，則繼續(xù)檢測(cè)是否有下次報(bào)警及報(bào)警的準(zhǔn)確地點(diǎn)，如果選擇報(bào)警結(jié)束則轉(zhuǎn)向下一次測(cè)試，即確認(rèn)下一次報(bào)警的準(zhǔn)確時(shí)間和地點(diǎn)，程序返回到是否有報(bào)警事件未處理這一欄，如果報(bào)警事件都被處理完畢，該程序結(jié)束。整個(gè)家庭防盜報(bào)警器的主工作流程圖如圖4.1所示。4.2.2 家用防盜報(bào)警器流程圖設(shè)計(jì)首先系統(tǒng)開(kāi)始掃描是否有振動(dòng)信號(hào)輸入，如果有振動(dòng)信號(hào)輸入則開(kāi)始發(fā)送報(bào)本科生課程設(shè)計(jì)（論文）14警信號(hào)，如果沒(méi)有振動(dòng)信號(hào)輸入則進(jìn)行延時(shí)處理，隨后進(jìn)行門(mén)磁信號(hào)的檢測(cè)，如果有門(mén)磁信號(hào)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，如果沒(méi)有門(mén)磁信號(hào)，則返回初始狀態(tài)，如果此時(shí)發(fā)送了報(bào)警信號(hào)就把報(bào)

30、警信號(hào)的信息輸送到緩存器中，然后由機(jī)主確認(rèn)報(bào)警的具體方位，并選擇是否按鍵將報(bào)警器的信息清零，如果清零則報(bào)警電路會(huì)重新回到初始狀態(tài)，并檢測(cè)是否有其他的報(bào)警地點(diǎn)，如果有報(bào)警地點(diǎn)，將會(huì)按上文所述輸出，如果機(jī)主選擇了清零狀態(tài)按鍵，則整個(gè)程序結(jié)束。具體的家庭報(bào)警器流程圖如圖4.2所示。nyy y n n 圖4.1 家用報(bào)警器主程序流程圖開(kāi)始系統(tǒng)初始化 有報(bào)警信號(hào)處理否報(bào)警時(shí)間是否為 1s是否檢測(cè)下次報(bào)警處理結(jié)束啟動(dòng)報(bào)警器報(bào)警報(bào)警結(jié)束本科生課程設(shè)計(jì)（論文）15y n n y y n 圖4.2 家用報(bào)警器流程圖4.3 程序清單根據(jù)此次報(bào)警器的設(shè)計(jì)列出的主程序和中斷程序清單如下：主程序清單： org 0000

31、h ljmp main org 0003h開(kāi)始是否有振動(dòng)信號(hào)延時(shí)處理是否有門(mén)磁信號(hào)發(fā)送報(bào)警信號(hào)送控制信息到緩存器中是否按鍵清零結(jié)束本科生課程設(shè)計(jì)（論文）16 ljmp pint0 org 000bh ljmp tint org 0200hmain: mov ie,#81h setb it0 mov sp,#30h setb p3.0 clr p3.1 mov p1,#0ffh mov p2,#00h clr p1.2 lp: jnb p1.0,la la: acall delay jnb p1.0,alarm ajmp lpdelay:mov r1,0aah ld2:mov r2,0bbh ld1:nop djnz r2,ld1 djnz r1,ld2 ret alarm:setb p1.2 cpl p3.0 mov 51h,#14h mov tmod,#01h mov tl0,#0ceh mov th0,#0ffh setb et0setb ea setb tr0 tint: cpl p3.1 mov tl0,#0ceh mov th0,#0ffh 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）17l2: jbc tf0,l1 sjmp l2 l1: mov tl0,#0ceh mov th0,#0ffh setb p3.0 cpl p3.0 clr p1.2 ljmp lp 外部中斷 int0 服