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1、精选优质文档-倾情为你奉上郑州科技学院单片机课程设计题 目 基于按键控制的声光报警器学生姓名 王阳 专业班级 电动五班 学 号 xxx 院 （系） 电气工程学院 指导教师 叶冬 完成时间 2015年 11 月 6 日 专心-专注-专业文中和目录中的英文和数字使用Times new Roman字体目 录1 课程设计的目的12 课程设计的任务与要求23 设计方案与论证33.1方案选择与论证 33. 2 声光报警器的流程图 44 设计原理及功能说明 5 4.1 元器件选用原理 5 4.2 总体电路图 55 单元电路的设计（计算与说明）5 5.1 声光报警电路设计 6 5.2 单片机最小系统设计76
2、硬件的制作与调试5 6.1 制作工具的操作 8 6.2 声光报警器的调试97 总结 10参考文献15附录1：总体电路原理图18附录2：实物图19附录3：元器件清单20附录4：程序191 课程设计的目的声光报警器在实际的生活中可以见到许多，运用于生活的许多方面，既有硬件实现的，也有硬件和软件同时控制执行。本课题基于微机原理与接口技术的学习，运用汇编语言实现一个声光报警器的功能。报警和发光同步进行。因此用它进行报警探测监控，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜都可以使用，而且其抗干扰能力强。报警系统利用单片机控制技术，自动探测发生在布防区内的侵入行为，产生报警信号，一旦发生突发事件，就会向人们发出报警提示
3、，从而让人即使采取应对措施。同时，通过课程任务设计，可以很好的对课本知识运用于实践，同时也可以激发学习于专业相关的一些知识，从而扩大自己知识面的广度。其次，通过课题任务设计，在让我们思考使用学习工具的同时也学会去发现问题解决问题这一过程。2.课程设计的任务与要求（1）设计一种基于按键控制的声光报警器。（2）基于单片机最小系统上按照电路设计焊接好各元器件，运用汇编语言实现一个声光报警器的功能。（3）当报警按钮按下时扬声器报警，在报警期间报警指示灯亮，当报警解除按钮按下则解除报警。(4) 在设计电路的过程中熟练地掌握各个元器件的用途。(5)了解电路板的制作流程。(6)掌握电路板的焊接方法与技巧。3
4、.设计方案与论证3.1 方案选择与论证方案一：硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射与接收电路、声光报警电路四部分。单片机采用STC89C52.采用12 MHz 高准确度的晶振，减小测量误差。超声波传感器采用压电式超声波换能器，设置单片机端口P2.7 输出超声波换能器所需的40 kHz 的方波信号，端口P3.2 监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用KXM12864M 显示屏。声光报警电路由发光二极管和蜂鸣器组成。主控电路如图所示：图3-1方案一电路图方案二：基于单片机最小系统上按照电路设计焊接好各元器件，利用P1.0接报警灯，P1.1接报警喇叭P3.2口用来接按钮控制
5、报警器的启动和停止，P1.0口用来输出方波、发声，P1.1口对灯进行控制为使扬声器用1kHZ信号响100ms，500Hz信号响200ms要用定时器中断，利用定时器T1方式1工作，产生方波，由P1.0输出驱动喇叭发声。声音的改变调用延时子程序的次数来实现设晶振频率为12MHz。基于音乐播放器基础上，通过按钮控制用于驱动喇叭发出报报警的声音。P3.2INT0（外部中断0）、P3.3 INT1（外部中断1）。电路原理图如图所示：图3-2报警器总原理图本课题基于微机原理与接口技术的学习，运用汇编语言实现一个声光报警器的功能。报警和发光同步进行。因此用它进行报警探测监控，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜都可
6、以使用，而且其抗干扰能力强。报警系统利用单片机控制技术，自动探测发生在布防区内的侵入行为，产生报警信号，一旦发生突发事件，就会向人们发出报警提示，从而让人即使采取应对措施 。根据以上方案，我们最后选用方案一，方案一在成本上比较低廉，而且质量性能上也比较好。更利于课题的成功，对实验造成的不利因素相对之下比较少。3.2 声光报警器的流程图是否持续报警是否再按报警开关结 束声光报警结束启动电路开始报警 开始系统初始化统系统系统统系统是否报警图3-3 报警器流程图4 设计原理及功能说明4.1 元器件选用原理（1）AT89C51芯片的介绍本设计的控制器模块选用AT89S51，AT89S51单片机是美国A
7、tmel公司生产低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash 存储单元，功能强大。AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。AT89C51管脚说明: ATMEL公司的AT89C51是一种高效微控制器。采用40引脚双列直插封装形式，AT89C51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。VCC：供电
8、电压。GND：接地P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8
9、位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址1时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入1后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外
10、部下拉为低电平，P3口将输出电流。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 INT0（外部中断0）P3.3 INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 WR（外部数据存储器写选通）P3.7 RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 图4-1 AT89C51引脚图（2）驻极体话筒的介绍驻极体是一种具有持久性极化的固体电介质。当蜡和松香的混合物在外加强电场中从融熔态固化后，再除去外电场时，混合物固体会长期保持极化状态。驻极体
11、可以在周围空间产生电场，因此可以类比于永磁体的一种带电体。驻极体中存在着大量微观的电偶极子，它们通常混乱取向而显不出宏观的极化。这些偶极子可以在高温及外电场作用下取向,冷却后再去掉电场,取向被冻结下来而保留某个方向上占优势的宏观极化。但是在一些驻极体中还能得到大约10-2C/m2的极化强度。驻极体是弛豫时间较长的处于亚稳态化了的电介质。当去掉外加电场时，其极化强度会逐渐减小，它的表面电荷就按指数规律或接近指数规律逐渐衰减。室温下驻极体的极化状态可以长期保存，但在高温下则衰减得很快。驻极体具有体电荷特性，即它的电荷不同于摩擦起电，既出现在驻极体表面，也存在于其内部。若把驻极体表面去掉一层，新表面
12、仍有电荷存在；若把它切成两半，就成为两块驻极体。这一点可与永久磁体相类比，因此驻极体又称永电体。 图4-2 驻极体内部结构（3）晶振的介绍晶体振荡器，简称晶振。在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，
13、这个振荡器的频率也不会有很大的变化。晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率，一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。4.2 总体电路图 5 单元电路的设计5.1 声光报警电路的设计当报警按钮按下时扬声器报警，扬声器用1kHZ信号响100ms，500Hz信号响200ms，交替进行声响报警，在报警期间报警指示灯亮，当报警解除按钮按下则解除报警。如图
14、为声光报警部分电路： 5.2 单片机最小系统设计时钟电路是单片机的心脏，它用于产生单片机工作所需要的时钟信号。单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。单片机的时钟产生方法有内部时钟方式和外部时钟方式，大多数单片机应用系统采用内部时钟方式，本系统采用的亦是内部时钟方式。在MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，XTAL1、XTAL2引脚分别为该反相放大器的输入端和输出端，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。此电路采用11.0592MHz的石英晶体。复位是单片
15、机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误是系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键以重新启动。MCS-51单片机的复位电路由片内、片外两部分组成，进行复位操作时，外部电路需在复位引脚RST端产生大于两个机器周期的高电平信号，RST引脚通过片内施密特触发器与复位电路相连CS-51单片机的复位操作有两种方式：上电复位和上电按钮复位，本电路采用的是上电按钮复位。 图 5.2 单片机的时钟电路6. 硬件的制作与调试6.1 制作工具的操作 (1)焊接的注意事项良好的焊接是实验成功的重要保证
16、；反过来说，焊接不良，往往会使实验失败，甚至损毁元器件。虽然焊接技术并不复杂，但如果认为它操作简单而掉以轻心，也会造成种种不良后果。电烙铁焊接音乐集成芯片的时候，一定要等电烙铁加热后，拔掉电源插头，用电烙铁的余热焊。否则，温度过高的焊接，会烫坏音乐芯片。焊接扬声器的时候，一定要将连接电源正、负极的导线分别焊接在扬声器标有“”、“”符号的一端。扬声器的下方还有两个类似焊点的地方，如果错将导线焊在那儿，扬声器就会损坏，不能使用了。烙铁使用日久后，烙铁头容易被“烧死”，即在表面出现一层黑色氧化物，而且变得凹凸不平。“烧死”的烙铁头很难熔化和沾取焊锡，需用锉刀将它重新挫亮。尽量使用市场上出售的空心焊锡
17、丝，它是将焊锡做成直径24毫米的细管状，在管内装进松香粉。使用这种焊锡丝，能保护烙铁头不易被“烧死”。使用电烙铁一定要注意安全，使用前用万用表测一下电烙铁电源插头两端的电阻是否为正常值。正常时20瓦烙铁的电阻约2000欧，45瓦的为1000欧，75瓦的为600欧，100瓦的约500欧。电源插头与电烙铁外壳、烙铁头之间的电阻应接近无穷大，否则说明这把电烙铁漏电，不能使用。(2)电路的连接在连接电路的时候，要严格按照电路图连接电路，也要注意烙铁与电路板接触的时间，不要烧坏电路板。并在联好电路以后进行测量。即使发现问题与改正。6.2 声光报警器的调试调试过程中，我们主要运用Proteus和Keil软
18、件进行仿真，KeilC51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。KEILC51标准C编译器为80C51微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,
19、快速的特点。C51编译器的功能不断增强，更加贴近CPU本身，及其它的衍生产品。C51已被完全集成到uVision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision2IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。7 总结经过两周的努力，我终于完成了单片机课程设计简易安防声光报警器电路系统。通过两周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，已初步掌握了单片机的应用技术，以及单片机的知识和有关器件的应用。我深刻地体会到单片机技术对当代社会发展的重要作用。在这次课程设计中，我学会了Proteus的使用和操作,学会了如何利用网络资源,学会了怎么看电
20、路图,读电路图,这些都使我受益匪浅，并为我以后的学习和工作积累了丰富的经验。使我在单片机的编程设计思路技巧的掌握方面向前迈了一大步。同时这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，要把所学的理论知识与实践相结合起来，而这次的设计正是从人们所需出发，做出一个有实际应用意义的东西，从而真正做到学以致用，为今后的学习指明了方向。在这段时间中，找资料的过程让我学到很多。对单片机的了解也随之加深，它在烟雾报警系统中的应用，很多附件的应用，很多芯片的结构都有了一定的了解。在学校里学到的东西大多偏于理论，实践的太少。想想我们以后走向工作岗位，应该是实践与理论相结合。另外，我们
21、还应该把握现在，好好学习，没有付出，就没有回报。还有，人要不断的接受新知识，学习新知识，这样才能在以后的人生道路上坚强的走下去。参考文献5号宋体和Times New Roman1 李学龙. 使用单片机控制的智能遥控电风扇控制器J. 电子电路制作, 2003.2 蓝厚荣. 单片机的PWM控制技术J. 工业控制计算机, 2010.3 郭天祥. 新概念51单片机C语言教程M. 北京：电子工业出版社.2009.4 胡汉才.单片机原理及其接口技术（第2版）M.北京：清华大学出版社.2004.5 胡全. 51单片机的数码管动态显示技术J. 信息技术，2009.6 马云峰. 单片机与数字温度传感器DS18B
22、20的接口设计J. 计算机测量与控制,2007.7 杨志忠数字电子技术基础第二版M. 北京：高等教育出版社，2003.8 大学电子教研室编数字电子技术基础简明教程M. 北京：高等教育出版社，2000.9 童诗白，华成英模拟电子技术基础（第三版）M北京：高等教育出版社，2001.附录1：总体电路原理图附录2：实物图附录3：元器件清单序号名称型号规格数量1单片机ATC89C5212蜂鸣器8/0.5W13发光二极管LED14电阻20015电阻1K16电阻10K18按钮四角39瓷片电容30PF210电解电容10Uf/10v111晶振6MHZ112导线若干附录4：程序ORG 0000HLJMP MAIN
23、ORG 001BHMOV TH1,R1MOV TL1,R0CPL P1.1RETIORG 0100HMAIN:JB P3.2,MAINSTART:CLR P1.0MOV TMOD,#10HMOV IE,#88HMOV DPTR,#TABLOOP:JNB P3.3,WJ CLR A MOVC A,A+DPTR MOV R1,A INC DPTR CLR A MOVC A,A+DPTR MOV R0,A ORL A,R1 JZ NEXT0 MOV A,R0 ANL A,R1CJNE A,#0FFH,NEXTSJMP STARTNEXT:MOV TH1,R1MOV TL1,R0SETB TR1SJM
24、P NEXT1NEXT0:CLR TR1NEXT1:CLR AINC DPTRMOVC A,A+DPTRMOV R2,ALOOP1:LCALL D200DJNZ R2,LOOP1INC DPTRAJMP LOOPWJ:MOV A,#0FFHSETB P1.0CLR TR1LJMP MAIND200:MOV R4,#41HD200B:MOV A,0FFHD200A:DEC AJNZ D200ADEC R4CJNE R4,#00H,D200BRETITAB: DB 0FEH,06H,01H,0FEH,06H,01H DB 0FCH,0CH,02H,0FCH,0CH,02H,0FFH,0FFHEND