变频报警器设计课程设计

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1、课 程 设 计 说 明 书课程名称： 单片机技术 设计题目： 变频报警器设计 学 院： 学生姓名： 学 号： 专业班级： 电气工程及其自动化 指导教师： 2014 年 6 月 11日5课 程 设 计 任 务 书设计题目变频报警器设计学生姓名 所在学院电子信息与电气工程学院专业、年级、班电气工程及其自动化 设计要求：1.具有电源开关及指示灯，有复位按键。2.通过P1.0端口输出1KHz和2KHz的变频信号以示报警，每隔1s交替变换1次。3.注意声音的频率变化及频率变化的时间。参考：延时子程序中的延时时间决定输出声音的频率，双重循环延时的时间决定声音的长短。学生应完成的工作：1.按照老师的要求学习

2、课前指导，在图书馆查相关资料，进一步了解所做课程设计的基本原理，以及如何实现所作产品的功能。2.用Altium Designer Summer 09软件进行电路图的绘制，在电路设计过程中，要严格按照数据要求选取合适的电子器件，一旦器件选取不当，会直接影响产品功能的实现，甚至造成对产品的破坏。3.电路图制作完成后，把组编写的程序写入单片机，在计算机上进行软件仿真，若不能达到要求则对线路图做相应修改，直至稳定的实现所要求的而功能。参考文献阅读：1 张毅刚.单片机原理及应用M.高等教育出版社，2003.2 华成英，童诗白.模拟电子技术基础M.高等教育出版社，2006.3 徐爱钧.8051单片机实践教

3、程M.电子工业出版社，20064 张迎新.单片机初级教程M. 北京: 航空航天大学出版社,2007.5 周润景 张丽娜.基与PROTEUS的电路及单片机仿真M.北京: 航空航天大出版社,2007.6 张万奎.模拟电子技术M.湖南:湖南大学出版社，2005.7 杨志忠.数字电子技术.M.北京：高等教育出版社，2005.工作计划：6月3号 下达课程设计任务书，介绍课程设计整体情况；6月4号至6月5号 教师进行方案性提示，学生根据课题需要，拟定系统硬件方案；6月6号 完成电路的软件编程让老师检查其可行性；6月9至6号10 制板并领取相应元器件；6月11号至6月12号 烧录程序并进行调试处理； 6月1

4、3号 集中检查收取课程设计报告及完成的实物。任务下达日期：2014 年6月 3 日 任务完成日期：2014 年6月 13 日指导教师（签名）： 学生（签名）： 变频报警器摘 要：报警器广泛应用于医学、军事、工业等领域以及日常生活中，其研究具有一定的学术价值和广泛的市场前景。本文介绍了基于AT89S52单片机设计的变频报警器，通过对其使用C语言编制延时程序使P1.0口产生两种不同频率的方波，用单片机AT89S52，桥堆，电阻，电容，晶振等组成硬件系统，经过三极管放大驱动蜂鸣器在不同的频率下发声，以示报警。关键词：报警器 AT89S52 变频 蜂鸣器 1. 设计背景11.1时代背景11.2报警器背

5、景22.设计方案22.1方案一22.2方案二22.3方案三33. 方案实施33.1系统介绍43.2整体方框图43.3电源电路43.4复位电路53.5时钟电路53.6蜂鸣器驱动电路63.7译码电路63.8系统软件设计73.9系统调试与制作84. 结果与结论84.1变频报警器的功能84.2 变频报警器的改进95. 收获与致谢96. 参考文献97. 附件117.1元器件清单117.2硬件原理图127.3程序127.4仿真图207.5 PCB布线图217.6实物图照片221. 设计背景1.1时代背景单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RA

6、M、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。因为它体积小，在整个装置中，起着有如人类头脑的作用。本次课程设计采用的是AT89S52。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S

7、52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 图1 AT89S52引脚图1.2报警器背景本次课程设计利用单片机实现变频报警

8、功能，进而可以改进利用单片机实现发声及乐曲演奏的功能。报警器（alarm），又称防盗器。是用于发生警情、危险、紧急情况等状况下以声音、光线、气压等形式发出警报的电子产品的统称。我们可以利用变频报警功能应用于实际与传感器结合可实现燃气报警、火灾报警、防盗报警等功能。随着科技的进步，机械式报警器越来越多地被先进的电子报警器代替，经常应用于系统故障、安全防范、交通运输、医疗救护、应急救灾等领域，与社会生产、生活密不可分。2.设计方案为了实现单片机发声，我们设计了三种方案来实现。其中电源电路部分、复位电路部分、蜂鸣驱动电路部分、时钟电路部分都是相同的，只有这样才可以利用单片机驱动蜂鸣器发声。我们在开关

9、电路部分做了改进。无源蜂鸣器需要输入一定频率的信号，才发出该频率的声音。根据设计要求，通过编程使AT89S52单片机的P1.0口输出相应频率的信号，再通过三极管放大驱动蜂鸣器发出不同频率的声音，以示报警。对于单片机产生音乐，关键是控制频率的输出，我们知道，不同的声音对应不同的频率，产生有规律的频率输出就可以得到有规律的声音。我们选取了三首不同的音乐，通过C调各音符频率与计数值T的对照表，对照音符输出相应的对应的频率，就可以产生简单的音乐发声。2.1方案一电路分为电源电路，时钟电路，复位电路，蜂鸣器驱动电路。接通电源，按下电源开关后由AT89S52发出1KHZ和2KHZ的脉冲并循环，通过蜂鸣器驱

10、动电路实现报警发声。2.2方案二在方案一的基础上增加一个RDP-18热释红外感应模块来作为防盗报警的触发模块。RDP-18集成了热释红外控制全部电路、PIR传感头、及菲涅尔透镜，电路十分简单。电源开关打开后，如果有人进入到RDP-18的有效范围，通过距离感应，RDP-18就会发出电平来触发报警电路，但是这种方案的预计成本过高所以放弃了。2.3方案三我们在方案二电路的基础上，将红外感应模块换成轻触开关，当六脚开关按下时发出1KHZ的脉冲1s和2KHZ的脉冲1s然后循环。轻触开关时低电平脉冲触发单片机发出不同频率的脉冲信号对应于音乐发声。通过程序控制发声的频率，乐曲的声音及时间的长短。在方案三中，

11、通过六角开关对应P1.0实现发出1KHz的脉冲1s2KHz的脉冲1s然后循环的功能。程序中也采用与方案一相同的软件延时方法实现消抖，其他音乐发声子程序通过查询方式实现不同频率的输出程序中也采用与方案一相同的软件延时方法实现消抖。另外我们用轻触开关象征性的表示红外热感应模块的距离感应，作为实用性的变频报警。音符频率TOP值音符频率TOP值低12627633#4#7402702#1#2777220中57842551低22946802#5#8312406#2#3116430中68802272低33306606#6#9322145低43945730中79882024#4#3705405高1104619

12、12低53925102#1#11091803#54154819高211751702低64404545#2#12451606#6#4664291高313191517低74944048高413971412中15233824#4#14801351#1#5543610高515681275中25783450#5#16611204#2#6223215高617601136中36593034#6#18651072中46982865高719761012图2 C调各音符频率与计数值T的对照通过比较以上方案，我们采用将采用方案三如图12。而方案二只需加入RDP-18即可。这样，可增加本次课程设计内容的实用性。3.

13、方案实施3.1系统介绍根据设计要求，通过编程使AT89S52单片机的P1.0口输出相应频率的信号，再通过三极管放大驱动蜂鸣器发出两种频率的声音，以示报警。3.2整体方框图图3 整体方框图电路主要由电源电路、复位电路、时钟电路、蜂鸣驱动电路、译码电路组成。3.3电源电路电源电压稳压流程方框图如图4。220V交流电各个模块7805稳压器变压器桥式整流图4 电源电压稳压流程方框图本次我们采用的是双电源供电，一种直接USB电源供电，另一种是电源电路如图6所示，通过220V交流电经过变压器，再经过桥堆2W10整流，然后由电容C6滤波后变为脉动比较稳定的直流电，最后通过三端稳压器7805输出稳定的5V直流

14、电压。电源电路如图5所示，图中C5用于抵消输入线产生的电感效应，以防止电路产生自激振荡其容较小，一般小于1F。电容C4用于消除输出电压的高频噪声，可取小于1F的电容，也可取几微法甚至几十微法的电容，以便输出较大的脉动电流。图5 电源电路3.4复位电路 AT89S52复位时由外部的复位电路来实现的，该电路采用的是手动按键电平复位，是通过RST端经电阻与电源VCC接通而实现的。按键手动电平复位电路如图6为按键电平复位电路，接至AT89S52的9引脚RST端口。 图6 复位电路3.5时钟电路AT89S52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1,输出

15、端为引脚 XTAL2，这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容,就构成一个稳定的自激振荡器。AT89S52运行是以时钟控制信号为基准，有条不紊地一拍一拍地的工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常有的时钟电路设计有两种方式，一种是内部时钟方式，一种是外部时钟方式。本设计我们采用的是内部时钟方式。时钟电路对硬件电路的连接要求较高。在焊接电路时应尽可能的使晶振和电容与单片机靠近，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定、可靠地工作。为了提高温度温度性，应该选用温度稳定性能好的电容。具体的时钟电路如图7。图7 时钟电路 3.6蜂鸣器驱动电路通过AT89S52

16、单片机的P1.0口的时钟输出使蜂鸣器发声。由于三极管的放大作用使从P1.0口时钟输出的方波信号放大后驱动蜂鸣器发声。而声音的频率的变换由单片机的延时程序控制。电路如图8所示。图8 蜂鸣器驱动电路3.7译码电路该电路中采用的是共阳极译码管，用来显示报警音乐，提示报警距离。将共阳极译码管的a,b,c,d,e,f,g段分别接AT89S52的P0.0到P0.6。如图9所示。 图9译码电路3.8系统软件设计硬件部分设计好后，使用汇编语言编写程序，首先，先确定程序流程图。程序流程图如图10所示。程序见附件7.3。T0出初始化表头地址送DPTR查表取常数是结束符恢复初始条件延时循环是否休止符音符常数至R6节

17、拍常数至启动T0计数P14求反T1停止计数节拍时间到YNNNN图10 方案三程序流程图3.9系统调试与制作通过系统的软件和硬件的调试，排出了软件程序中部分不正确的程序，从而实现了软件的正确，为后面的硬件连接垫定了基础。仿真调试完成后，在仿真软件上实现了所需的设计要求，之后进行硬件连接，通过硬件调试，实现了设计要求。在电路焊接的过程却遇到了许多难题，像怎样放置各个元器件，使电路板的整体布局合理、美观，怎样避免使用过多的跳线，怎样避免短路等等。为了解决上述遇到的难题，我们采用了分块的放置方法，即单片机、时钟电路、复位电路、电源电路、蜂鸣器驱动电路各个部分所包含的元器件尽量放置在一起。放置元器件的时

18、候，要不断的提醒自己，元器件的引脚要正确接入，一定不能形成短路。1.焊接时，要使焊点周围都有锡，将其牢牢焊住防止虚焊。2.在焊接时，注意极性电容的极性。3.芯片在安装前最好先两边的针脚稍稍弯曲，使其有利于插入底座对应的插口中。4.在焊接时，不要把芯片插入底座上焊，防止烧坏。5.晶振在焊接时应尽量和单片机靠近。6.对引脚过长的电器元件，焊接完后，将其剪短。7.焊完后要做整体的检查,把多余的锡粒和剪短的铁丝清理掉。最后,进行调试,但是结果完全不是我们所想的。通上电源后，PCB板不工作，数码管也不亮，由于在制作过程中没考虑到指示灯，让我们费了很多功夫。首先要检查电路是否供电，用万用表检测后电路电源供

19、电，最后根据仿真图去排查电路，最后发现单片机方向放反了。经过改正后，数码管终于亮了，但是蜂鸣器声音太小，并伴有杂音。经过分析，我们锁定在蜂鸣器上，检查后发现领器件时把器件领错了，本来用NPN型三极管的领成了PNP型。最后找老师帮忙换了器件并重新焊接了电路板。这次的调试很成功，电路各项预定的功能和现象都正确，音乐声音也很响亮。4. 结果与结论4.1变频报警器的功能该变频报警器可实现如下功能：1.具有电源开关，有复位按键；2.通过P1.0端口输出1KHz和2KHz的变频信号以示报警，每隔1s交替变换1次。4.2 变频报警器的改进我们通过研究认为，该变频报警器只是一个报警器的雏形，我们可以通过增加一

20、些原件来实现一些具体的功能，例如再增加一些按键，利用乐曲中音调的不同即频率的不同编写程序可以实现乐曲演奏，或者增加一些传感器来实现防盗报警或者火灾报警等。该变频报警器的缺点是报警声音较小，我认为在加上电源指示灯会更好。在有其它可选三极管的情况下，可以选用放大倍数大的三极管。5. 收获与致谢过本次为期两个星期的单片机课程设计，我收获了很多。首先通过实践加深了对单片机理论知识的理解，让我感受到了单片机与我们的生活是多么的息息相关，所以一定要学好学精这门课程，但同时也发现了自己的缺点，没有熟练的掌握Altium Designer和Keil这两个软件，所以在实践的过程中耽误了不少时间。但经过小组成员的

21、不懈努力和团结合作，最终完成了本次课程设计。 这次课程设计使我认识到了认真的重要性，每一个原件，每一条连线都至关重要，都不能出差错，设计原理图和安装于调试都需要认真对待。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识认识得不够深刻，掌握得不够牢固，理解的不够透彻。总体来说,这次实习我受益匪浅。在调试过程中,特别有趣,培养了我的分析思维, 增加了实际操作能力。而且这次课程的设计我学到了做任何事情多要有恒心，有毅力，不能半途而废。而且，还要会变通，学会与人分享并向他人虚心求教，理论与实践是要紧密的结合，有时候从原理上看是行得通的，但真正实践的时候确并不一定就行得通。我将牢记这次实习的所

22、得，这些心的体会必将让我受益终生。 最后，实验设计之所以成功，不仅有同学之间的帮助，最重要还得力于李志瑞、段德功等多位老师的帮助,心存感激,特此表示感谢。6. 参考文献1 张毅刚.单片机原理及应用M.高等教育出版社，20032 华成英，童诗白.模拟电子技术基础M.高等教育出版社，20063 徐爱钧.8051单片机实践教程M.电子工业出版社，20064 张迎新.单片机初级教程M. 北京: 航空航天大学出版社,2007.5 周润景 张丽娜.基与PROTEUS的电路及单片机仿真M.北京: 航空航天大出版社,2007.6张万奎.模拟电子技术M.湖南:湖南大学出版社，2005.7 杨志忠.数字电子技术.

23、M.北京：高等教育出版社，2005.7. 附件7.1元器件清单 元件数量AT89S521晶振11.0592MHZ1瓷片电容 33PF2瓷片电容103PF1电解电容22uF1电解电容1000uF2共阳极译码管1Header1三极管90151电阻10K1电阻22087805稳压器1蜂鸣器1桥堆2W10140脚IC插座（圆孔）1USB母插口2轻触开关3六脚开关17.2硬件原理图图12原理图7.3程序方案三程序：#include #include typedef.h#include delay.huchar code table16 = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x

24、7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;uchar Flag = 0;sbit K0 = P32;sbit K1 = P33;sbit K2 = P34;sbit speaker = P10;unsigned char timer0h, timer0l, time;uchar temp=0;/ 频率-半周期数据表 高八位 本软件共保存了四个八度的28个频率数据code unsigned char FREQH = 0xF2, 0xF3, 0xF5, 0xF5, 0xF6, 0xF7, 0xF8, /低音1234567 0xF9, 0xF9,

25、 0xFA, 0xFA, 0xFB, 0xFB, 0xFC, 0xFC,/1,2,3,4,5,6,7,i 0xFC, 0xFD, 0xFD, 0xFD, 0xFD, 0xFE, /高音 234567 0xFE, 0xFE, 0xFE, 0xFE, 0xFE, 0xFE, 0xFF; /超高音 1234567/ 频率-半周期数据表 低八位code unsigned char FREQL = 0x42, 0xC1, 0x17, 0xB6, 0xD0, 0xD1, 0xB6, /低音1234567 0x21, 0xE1, 0x8C, 0xD8, 0x68, 0xE9, 0x5B, 0x8F, /1,

26、2,3,4,5,6,7,i 0xEE, 0x44, 0x6B, 0xB4, 0xF4, 0x2D, /高音 234567 0x47, 0x77, 0xA2, 0xB6, 0xDA, 0xFA, 0x16; /超高音 1234567/-/世上只有妈妈好数据表 要想演奏不同的乐曲, 只需要修改这个数据表code unsigned char sszymmh = 6, 2, 3, 5, 2, 1, 3, 2, 2, 5, 2, 2, 1, 3, 2, 6, 2, 1, 5, 2, 1, /一个音符有三个数字。前为第几个音、中为第几个八度、后为时长（以半拍为单位）。/6, 2, 3 分别代表：, 中音,

27、 个半拍;/5, 2, 1 分别代表：, 中音, 个半拍;/3, 2, 2 分别代表：, 中音, 个半拍;/5, 2, 2 分别代表：, 中音, 个半拍;/1, 3, 2 分别代表：, 高音, 个半拍;/6, 3, 8, 5, 6, 4, 0, 2, 1, 6, 4, 1, 0, 3, 6, 4, 2, 6, 0, 6, 4, 4, 0, 0, 6, ; /世上只有妈妈好/-code unsigned char xiaoxingxing = 1,2,1, 5,1,1, 1,2,1, 5,2,1, 5,2,4,4,2,1, 5,2,1, 4,2,1, 3,2,1, 2,2,4,7,1,1, 5,

28、1,1, 7,1,1, 2,2,1, 2,2,3, 6,2,1,5,2,1, 6,2,1, 4,2,1, 5,2,1, 3,2,4,1,2,1, 5,1,1, 1,2,1, 5,2,1,5,2,4,4,2,1, 3,2,1, 4,2,1, 5,2,1, 6,2,4,5,2,1, 5,1,1, 7,1,1, 1,2,1, 2,2,3, 3,2,1,2,2,1, 5,1,1, 7,1,1, 2,2,1, 1,2,4,4,2,3, 5,2,1, 6,2,1, 5,2,1,5,3,8,0, 0, 0; /小星星code unsigned char changting = 5,2,2, 3,2,1, 5

29、,2,1, 1,3,4,6,2,2, 1,3,2, 5,2,4,5,2,2, 1,2,1, 2,2,1, 3,2,2, 2,2,1, 1,2,1,2,2,4, 0,0,0,5,2,2, 3,2,1,5,2,1,1,3,3,7,2,1,6,2,2,1,3,2,5,2,4,5,2,2,2,2,1,3,2,1,4,2,3,7,2,1,1,2,4,0,0,0,6,2,2,1,3,2,1,3,4,7,2,2,6,2,1,1,3,4,6,2,1,7,2,1,1,3,1,6,2,1,6,2,1,5,2,1,3,2,1,1,2,1,2,2,4,0,0,0,5,2,2,3,2,1,5,2,1,1,3,3,7,2

30、,1,6,2,2,1,3,3,5,2,4,5,2,2,2,2,1,3,2,1,4,2,3,7,2,1,1,2,4,0,0,0; /长亭void t0int() interrupt 1 /T0中断程序，控制发音的音调 TR0 = 0; /先关闭T0 speaker = !speaker; /输出方波, 发音 TH0 = timer0h; /下次的中断时间, 这个时间, 控制音调高低 TL0 = timer0l; TR0 = 1; /启动T0/-void delay(unsigned char t) /延时程序，控制发音的时间长度 unsigned char t1; unsigned long t

31、2; for(t1 = 0; t1 t; t1+) /双重循环, 共延时t个半拍 for(t2 = 0; t2 8000; t2+); /延时期间, 可进入T0中断去发音 TR0 = 0; /关闭T0, 停止发音/-void song() /演奏一个音符 TH0 = timer0h; /控制音调 TL0 = timer0l; TR0 = 1; /启动T0, 由T0输出方波去发音 delay(time); /控制时间长度/-/*-函数声明区-*/void KeyScan(void);void main()unsigned char k, i;TMOD = 0x01; /置T0定时工作方式1 ET

32、0 = 1; /开T0中断 EA = 1; /开CPU中断while(1)KeyScan();while(Flag=0)speaker=1;KeyScan();/*-第一首歌曲-*/while(Flag=1)i=0;time=1;while(time & Flag=1)KeyScan(); k = sszymmhi + 7 * sszymmhi + 1 - 1; timer0h = FREQHk; /从数据表中读出频率数值 timer0l = FREQLk; /实际上, 是定时的时间长度 time = sszymmhi + 2; /读出时间长度数值 i += 3; song(); /发出一个音

33、/*-第二首歌曲-*/while(Flag=2)i=0;time=1;while(time & Flag=2)KeyScan(); k = xiaoxingxingi + 7 * xiaoxingxingi + 1 - 1; timer0h = FREQHk; /从数据表中读出频率数值 timer0l = FREQLk; /实际上, 是定时的时间长度 time = xiaoxingxingi + 2; /读出时间长度数值 i += 3; song(); /发出一个音/*-第二首歌曲-*/while(Flag=3 )i=0;time=1;while(time & Flag=3)KeyScan()

34、; k = changtingi + 7 * changtingi + 1 - 1; timer0h = FREQHk; /从数据表中读出频率数值 timer0l = FREQLk; /实际上, 是定时的时间长度 time = changtingi + 2; /读出时间长度数值 i += 3; song(); /发出一个音void KeyScan(void)P0 = tableFlag;if(K0=0)Delay_1ms(5);if(K0=0)if(Flag1)Flag-;ElseFlag=3;P0 = tableFlag;while(!K1);if(K2=0)Delay_1ms(5);If(K2=0)Flag=0;P0 = tableFlag;while(!K2);7.4仿真图图13仿真图7.5 PCB布线图图14 PCB原理图7.6实物图照片图15实物图指导教师评语：课程设计报告成绩： ，占总成绩比例： 30% 课程设计其它环节成绩：环节名称： 考勤 ，成绩： ，占总成绩比例： 20% 环节名称： 综合 ，成绩： ，占总成绩比例： 50% 总 成 绩： 指导教师签字：年 月 日本次课程设计负责人意见：负责人签字：年 月 日23