毕业设计论文基于单机片的多功能控制报警系统设计

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1、多功能控制报警系统 学 号：姓 名：班 级：06级应用（5）班指导老师： 所在院校：合肥工业大学摘要单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新，目前单片机渗透到我们生活的各个领域。传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。近些年来，由于传感器性能的飞速提高，使得传感器在很多的方面都有了很大的应用，特别在温度控制方面。正是由于单片机和传感器的众多应用，特别的工厂利用其特点可以设计很多的智能化器件，对工厂内部实施方便、快捷的智能化管理等。在家庭用户中也有了很大的应用，本论文就是具体完成设计这样

2、的功能，利用单片机作为主控芯片，模拟防盗监控设备，对探测传感器输出的开关信号进行检测，若为正常状态，则输出光、显示信息，若检测出报警信号，则输出声、光、显示信息。本论文程序中设定正常、报警、处理三个状态。当为正常状态时，绿灯渐亮渐暗，显示路数0；报警状态时红灯闪烁并伴随声音报警，显示路数，绿灯灭；处理状态时同报警状态，增加黄灯闪烁。报警状态向处理状态转换时，当外部开关第一次按下时，程序进入处理状态，当外部开关第二次按下且没有检测到报警信号时回到正常状态。AbstractSCM as a micro-computer an important branch of a very wide appl

3、ication, developed very quickly. In recent years, with the rapid development of science and technology, SCM applications are continually deepening, and promote the traditional control test on the crescent benefits update, the MCU to infiltrate into our lives in various fields. Sensor is to achieve a

4、utomatic detection and control of the first session. In recent years, due to the rapid increase of sensors, sensor made in many areas have a lot of applications, particularly in temperature control. It is precisely because of the many microcontroller and sensor applications, in particular the use of

5、 its factories to design many of the characteristics of intelligent devices, the plant within the convenient, fast intelligent management. In households there have also been great in the application of this paper is to complete the design of such a specific function, use as a control chip microcontr

6、oller, analog anti-theft monitoring equipment, sensors to detect the switch output signal detection, if is normal, The output shows that, if detected alarm signal, the output sound, light, display information. This paper set the normal procedure, the police, dealing with the three states. When is no

7、rmal, bright green light gradually Jianan, shows that Lu Shu 0; state of alarm with voice and flashing red light warning that Lu Shu, green out; deal with a state of alarm with the state, increasing yellow light flashing. Alarm handling state to state conversion, when the external switch the first t

8、ime pressed, into the handling procedures, and an external switch when the second and did not press the alarm signal detected to return to its normal state.目录多功能控制报警系统I摘要IIAbstractIII目录IV图表目录V第一章 绪论11.1 引言11.2 背景知识介绍21.2.1 单片机的发展21.2.2 单片机的发展趋势21.2.3 单片机的组成及特点31.2.4 单片机的分类41.2.5 单片机的应用41.3 传感器介绍51.4

9、 主要芯片及其作用71.4.1 89C51简介71.4.2 89C51引脚简介91.4.3 SN74LS164简介121.4.4 SN74LS00简介131.4.5七段数码管显示131.4.6 LM38614第二章 设计任务与要求172.1 设计任务172.2 设计目的172.3 设计要求172.4 试验设备18第三章 硬件设计193.1 硬件原理图与说明193.2 硬件设计21第四章 软件设计244.1 软件概要设计244.2 程序流程图244.3 源程序清单与注释264.3.1源程序代码1264.3.2源程序代码1说明284.3.3源程序代码2294.3.4源程序代码2说明324.3.5程

10、序调试过程32第五章 课程设计体会及总结37第六章 参考文献38图表目录图1.1 74LS164芯片12图1.2 74LS164引脚图12图1.3 74LS164内部功能图12图1.4 数码管工作原理图14图1.5 数码管内部原理图14图1.6 LM386内部电路图15图1.6 LM38引脚排列图15图3.1 报警器电路框图19图3.2 报警器电路图20图3.3 74LS164数码管电路图20图3.4 报警声音驱动电路图21图3.5 处理键电路图21图3.6 电路板截图22图4.1 软件流程图25 第一章 绪论1.1 引言 单片机，亦称单片微电脑 或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、

11、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口 （I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机，它是20世纪70年代中期发展起来的一种面向控制的大规模集成电路模块，其特点是功能强、体积小、可靠性高、价格低廉。它一面世便在工业控制、数据采集、智能化仪表、机电一体化、家用电器等领域得到了广泛应用，极大地提高了这些领域的技术水平和自动化程度。 正因为如此他才改变了我的生活。纵观我们现在生活的各个领域，从导 弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据 处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC 卡、电子宠物

12、等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时，这些 东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用， 元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们 只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成 本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的 人来接受它、使用它。据统计，我国的单片机年容量已达3 亿片，且每年以大约20%的速度增长，但相对于 世界市场我国的占有率还不到1%。特别是沿海地区的玩

13、具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地辐射向内地。 所以，学习单片机在我国是有着广阔前景的。 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往

14、往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。各大专院校相关专业也都将单片机课程列为其教学计划的重要组成部分。单片机技术的研究和推广正方兴未艾。1.2 背景知识介绍1.2.1 单片机的发展 单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段(1) 第一阶段（

15、1976-1978）：单片机的控索阶段。以Intel公司的MCS 48为代表。MCS 48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola 、Zilog等，都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。(2) 第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。Intel公司在MCS 48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS 51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。 完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。 CPU外围功能单元的集中

16、管理模式。 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。 指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。(3) 第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS 96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着MCS 51系列的广应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。(4) 第四阶段（1990

17、）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。1.2.2 单片机的发展趋势 目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势。 CMOS化 近年，由于CHMOS技术的进小，大大地促进了单片机的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态。这也是今后以80C51取代8051为标准MCU芯片的原因。因为单片机

18、芯片多数是采用CMOS（金属栅氧化物）半导体工艺生产。CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。低功耗化 单片机的功耗已从Ma级，甚至1uA以下；使用电压在36V之间，完全适应电池工作。低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。 低电压化 几乎所有的单片机都有WAIT、STOP等省电运行方式。低电压供电的单片机电源下限已可达12V。目前0.8V供电的单片机已经问世。低噪声与高可靠性 为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。大容量化 以往单片机

19、内的ROM为1KB4KB，RAM为64128B。为了适应这种领域的要求，须运用新的工艺，使片内存储器大容量化。目前，单片机内ROM最大可达64KB，RAM最大为2KB。 高性能化 主要是指进一步改进CPU的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。采用精简指令集（RISC）结构和流水线技术，可以大幅度提高运行速度。小容量、低价格化 与上述相反，以4位、8位机为中心的小容量、低价格化也是发展动向之一。这类单片机的用途是把以往用数字逻辑集成电路组成的控制电路单片化，可广泛用于家电产品。 外围电路内装化 这也是单片机发展的主要方向。随着集成度的不断提高，有可能把众多的各种处围功能器件集成在片内

20、。 串行扩展技术 在很长一段时间里，通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用的主流结构。随着低价位OTP（One Time Programble）及各种类型片内程序存储器的发展，加之处围接口不断进入片内，推动了单片机“单片”应用结构的发展。 随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将列强。在单片机家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司将其MCS 51系列中的80C51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名IC制造厂商，如Philips、 NEC、Atmel、AMD、华邦等，这些公司都在保持与80C51单片机兼容的基础上改善了

21、80C51的许多特性。这样，80C51就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族，现统称为80C51系列。80C51单片机已成为单片机发展的主流。专家认为，虽然世界上的MCU品种繁多，功能各异，开发装置也互不兼容，但是客观发展表明，80C51可能最终形成事实上的标准MCU芯片。1.2.3 单片机的组成及特点 单片机是微型机的一个主要分支，在结构上的最大特点是把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台计算机。(1) 单片机的组成它通过内部总线把计算机的各主要部件接为一体，其内部总线包括地址总线、数据总线和控

22、制总线。其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址，CPU通过它们将地址输出到存储器或I/O接口；/数据总线的作用是在CPU与存储器或I/O接口之间，或存储器与外设之间交换数据；控制总线包括CPU发出的控制信号线和外部送入CPU的应答信号线等。单片机中的CPU、存储器等部件将在后面章节陆续介绍。(2) 单片机的特点由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显著的特点，因而在各个领域都得到了迅猛的发展。单片机主要发如下特点： 有优异的性能价格比。 集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机

23、的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。 控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。 低功耗、低电压，便于生产便携式产品。 外部总线增加了I C（Inter-Integrated Circuit）及SPI（Serial Peripheral Interface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。 单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。1.2.4 单片机的分类 单片机作为计算机发展

24、的一个重要领域，应用一个较科学的分类方法。根据目前发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。(1) 通用型/专用型这是按单片机适用范围来区分的。(2) 总线型/非总线型这是按单片机是否提供并行总线来区分的。(3) 控制型/家电型这是按照单片机大致应用的领域进行区分的。1.2.5 单片机的应用 由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面：(1) 单片机在智能仪表中的应用单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提

25、高其性能价格比。(2) 单片机在机电一体化中的应用机电一体化是械工业发展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。(3) 单片机在实时控制中的应用单片机广泛地用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。(4) 单片机在分布式多机系统中的应用在比

26、较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。(5) 单片机在人类生活中的应用自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。 综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面，单片机应用的重要意义还

27、在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。1.3 传感器介绍(1) 传感器的定义 国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节

28、。 (2) 传感器的分类 目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种： 按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器 按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。 按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量（“”和”或“开”和“关”）的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。 (3) 传感器的静态特性 传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代

29、数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。(4) 传感器的动态特性 所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。 (5) 传感器的线性度 通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪器|仪表|仪表具有均匀刻

30、度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标。拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。 (6) 传感器的灵敏度 灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化y对输入量变化x的比值。 它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化为200mV，则

31、其灵敏度应表示为200mV/mm。当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。提高灵敏度，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。 (7) 传感器的分辨力 分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨力时，其输出才会发生变化。通常传感器在满量程范围内各点的分辨力并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标。上述指标若用满量程的百分比表

32、示，则称为分辨率。 (8) 电阻式传感器 电阻式传感器是将被测量，如位移、形变力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。 (9) 电阻应变式传感器 传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。1.4 主要芯片及其作用1.4.1 89C51简介(1) 89C51的CPU由运算器和控制器组成。 运算器 运算器以

33、完成二进制的算术/逻辑运算部件ALU为核心，再加上暂存器TMP、累加器ACC、寄存器B、程序状态标志寄存器PSW及布尔处理器。累加器ACC是一个八位寄存器，它是CPU中工作最频繁的寄存器。在进行算术、逻辑运算时，累加器ACC往往在运算前暂存一个操作数（如被加数），而运算后又保存其结果（如代数和）。寄存器B主要用于乘法和除法操作。标志寄存器PSW也是一个八位寄存器，用来存放运算结果的一些特征，如有无进位、借位等。其每位的具体含意如下所示：PSW CY AC FO RS1 RS0 OV P对用户来讲，最关心的是以下四位。 进位标志CY（PSW7）。它表示了运算是否有进位（或借位）。如果操作结果在最

34、高位有进位（加法）或者借位（减法），则该位为1，否则为0。 辅助进位标志AC。又称半进位标志，它指两个八位数运算低四位是否有半进位，即低四位相加（或减）是否进位（或借位），如有AC为1，否则为0。 溢出标志位OV。MCS51反映带符号数的运算结果是否有溢出，有溢出时，此位为1，否则为0。 奇偶标志P。反映累加器ACC内容的奇偶性，如果ACC中的运算结果有偶数个1（如11001100B，其中有4个1），则P为0，否则，P=1。由于PSW存放程序执行中的状态，故又叫程序状态字。运算器中还有一个按位（bit）进行逻辑运算的逻辑处理机（又称布尔处理机）。 控制器控制器是CPU的神经中枢，它包括定时控制

35、逻辑电路、指令寄存器、译码器、地址指针DPTR及程序计数器PC、堆栈指针SP等。这里程序计数器PC是由16位寄存器构成的计数器。要单片机执行一个程序，就必须把该程序按顺序预先装入存储器ROM的某个区域。单片机动作时应按顺序一条条取出指令来加以执行。因此，必须有一个电路能找出指令所在的单元地址，该电路就是程序计数器PC。当单片机开始执行程序时，给PC装入第一条指令所在地址，它每取出一条指令（如为多字节指令，则每取出一个指令字节），PC的内容就自动加1，以指向下一条指令的地址，使指令能顺序执行。只有当程序遇到转移指令、子程序调用指令，或遇到中断时（后面将介绍），PC才转到所需要的地方去。8051

36、CPU指定的地址，从ROM相应单元中取出指令字节放在指令寄存器中寄存，然后，指令寄存器中的指令代码被译码器译成各种形式的控制信号，这些信号与单片机时钟振荡器产生的时钟脉冲在定时与控制电路中相结合，形成按一定时间节拍变化的电平和时钟，即所谓控制信息，在CPU内部协调寄存器之间的数据传输、运算等操作。 存储器存储器是单片机的又一个重要组成部分，每个存储单元对应一个地址，如256个单元共有256个地址，用两位16进制数表示，即存储器的地址（00HFFH）。存储器中每个存储单元可存放一个八位二进制信息，通常用两位16进制数来表示，这就是存储器的内容。存储器的存储单元地址和存储单元的内容是不同的两个概念

37、，不能混淆。 程序存储器程序是控制计算机动作的一系列命令，单片机只认识由“0”和“1”代码构成的机器指令。如用助记符编写的命令MOV A，20H，换成机器认识的代码74H、20H：（写成二进制就是01110100B和00100000B）。在单片机处理问题之前必须事先将编好的程序、表格、常数汇编成机器代码后存入单片机的存储器中，该存储器称为程序存储器。程序存储器可以放在片内或片外，亦可片内片外同时设置。由于PC程序计数器为16位，使得程序存储器可用16位二进制地址，因此，内外存储器的地址最大可从0000H到FFFFH。8051内部有4k字节的ROM，就占用了由0000H0FFFH的最低4k个字节

38、，这时片外扩充的程序存储器地址编号应由1000H开始，如果将8051当做8031使用，不利用片内4kROM，全用片外存储器，则地址编号仍可由0000H开始。不过，这时应使8051的第31脚（即EA脚）保持低电平。当EA为高电平时，用户在0000H至0FFFH范围内使用内部ROM，大于0FFFH后，单片机CPU自动访问外部程序存储器。 数据存储器单片机的数据存储器由读写存储器RAM组成。其最大容量可扩展到64k，用于存储实时输入的数据。8051内部有256个单元的内部数据存储器，其中00H7FH为内部随机存储器RAM，80HFFH为专用寄存器区。实际使用时应首先充分利用内部存储器，从使用角度讲，

39、搞清内部数据存储器的结构和地址分配是十分重要的。因为将来在学习指令系统和程序设计时会经常用到它们。8051内部数据存储器地址由00H至FFH共有256个字节的地址空间，该空间被分为两部分，其中内部数据RAM的地址为00H7FH（即0127）。而用做特殊功能寄存器的地址为80HFFH。在此256个字节中，还开辟有一个所谓“位地址”区，该区域内不但可按字节寻址，还可按“位（bit）”寻址。对于那些需要进行位操作的数据，可以存放到这个区域。从00H到1FH安排了四组工作寄存器，每组占用8个RAM字节，记为R0R7。究竟选用那一组寄存器，由程序状态字PSW中的RS1和RS0来选用。在这两位上放入不同的

40、二进制数，即可选用不同的寄存器组。 特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFR）的地址范围为80HFFH。在MCS51中，除程序计数器PC和四个工作寄存器区外，其余21个特殊功能寄存器都在这SFR块中。其中5个是双字节寄存器，它们共占用了26个字节。特殊功能寄存器反映了8051的状态，实际上是8051的状态字及控制字寄存器。用于CPU PSW便是典型一例。这些特殊功能寄存器大体上分为两类，一类与芯片的引脚有关，另一类作片内功能的控制用。与芯片引脚有关的特殊功能寄存器是P0P3，它们实际上是4个八位锁存器（每个I/O口一个），每个锁存器附加有相应的输出驱动器和输入缓冲器就构成了一个并行口。MCS51共

41、有P0P3四个这样的并行口，可提供32根I/O线，每根线都是双向的，并且大都有第二功能。其余用于芯片控制的寄存器中。(2) 89C51的指令系统 89C51共有7种寻址方式，现介绍如下： 立即寻址：操作数就写在指令中，和操作码一起放在程序存贮器中。把“”号放在立即数前面，以表示该寻址方式为立即寻址，如mov A,20H。 寄存器寻址：操作数放在寄存器中，在指令中直接以寄存器的名来表示操作数地址。如MOV A，R0就属于寄存器寻址，即R0寄存器的内容送到累加器A中。（3）直接寻址：操作数放在单片机的内部RAM某单元中，在指令中直接写出该单元的地址。如前例的ADD A，70H中的70H。 寄存器间

42、接寻址：操作数放在RAM某个单元中，该单元的地址又放在寄存器R0或R1中。 如果RAM的地址大于256，则该地址存放在16位寄存器DPTR（数据指针）中，此时在寄存器名前加符号来表示这种间接寻址。如MOV A， R0。 变址寻址：指定的变址寄存器的内容与指令中给出的偏移量相加，所得的结果作为操作数的地址。如MOVC A，A+DPTR 相对寻址：由程序计数器中的基地址与指令中提供的偏移量相加，得到的为操作数的地址。如SJMP rel 位寻址：操作数是二进制中的某一位，其位地址出现在指令中。如SETB bit MCS51的指令系统按功能分有：数据传送类、转移指令、算术运算类、逻辑运算类、和十进制指

43、令及一些伪指令。(3) 89C51单片机的内部总体结构其基本特性如下： 8位CPU、片内振荡器、4k字节ROM、128字节RAM、21个特殊功能寄存器、32根I/O线、可寻址的64k字节外部数据、程序存贮空间、2个16位定时器、计数器中断结构：具有二个优先级、五个中断源一个全双口串行口位寻址（即可寻找某位的内容）功能，适于按位进行逻辑运算的位处理器。除128字节RAM、4k字节ROM和中断、串行口及定时器模块外，还有4组I/O口P0P3，余下的就是CPU的全部组成。把4kROM换为EPROM就是8751的结构，如去掉ROM/EPROM部分即为8031，如果将ROM置换为Flash存贮器或EEP

44、ROM，或再省去某些I/O，即可得到51系列的派生品种，如89C51、AT89C2051等单片机。单片机各部分是通过内部的总线有机地连接起来的。 1.4.2 89C51引脚简介 89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼

45、容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 (1) 主要特性： 与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 128*8位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 (2) 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向

46、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FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH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位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TT

47、L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，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（

48、ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 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。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地

49、址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/

50、VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 (3) 震荡器特性： XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时

51、钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 (4) 芯片擦除： 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 (5) 结构特点：8位CPU；片内振荡器和时钟电

52、路；32根I/O线；外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K；2个16位的定时器/计数器；5个中断源，两个中断优先级；全双工串行口；布尔处理器；1.4.3 SN74LS164简介 74ls164是一个串入并出的8位移位寄存器，他常用于单片机系统中，下面结束一下这个元件的基本知识 图1.1 74LS164芯片(1) 74ls164引脚图 图1.2 74LS164引脚图(2) 74LS164内部功能图图1.3 74LS164内部功能图(3) 74LS164逻辑符合表串行输入带锁存 时钟输入,串行输入带缓冲 异步清除 最高时钟频率可高达36Mhz 功耗：10mW/bit 74系列工作温度： 0C to

53、 70C Vcc最高电压：7V 输入最高电压：7V 最大输出驱动能力： 高电平：0.4mA 低电平：8mA 1.4.4 SN74LS00简介 74ls00 是常用的2输入四与非门集成电路，他的作用很简单顾名思义就是实现一个与非门。Vcc 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y_ 14 13 12 11 10 9 8Y = AB ） 2输入四正与非门 74LS00 1 2 3 4 5 6 71A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND74LS00真值表：A1 B=1 Y=0A0 B=1 Y=1A1 B=0 Y=1A0 B=0 Y=11.4.5七段数码管显示 数码管的显示就是发光二极管的亮、灭，要显示相

54、应的数字只要把要显示数字的组合二极管点亮即可，比如：要显示0，对于a，b，c，d，e，f二极管点亮，按照字母的顺序排列，把相应的十六进制数送入显示端口即可显示相应数字。 图1.4 数码管工作原理图图1.5 数码管内部原理图1.4.6 LM386 LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。(1) LM386内部电路LM386内部电路原理图如图所示。与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路。 第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电

55、流源作为T1和T2的有源负载；T3和T4信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益。 图1.6 LM386内部电路图 第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。 第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。 引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。电路由单电源供电，故为OTL电路。输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形

56、成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。(2) LM386引脚图 LM386的外形和引脚的排列如右图所示。引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10F。 图1.6 LM38引脚排列图查LM386的datasheet，电源电压4-12V或5-18V(LM386N-4)；静态消耗电流为4mA；电压增益为20-200dB；在1、8脚开路时，带宽为300KHz；输入阻抗为50K；音频功率0.5W。 尽管LM386的应用非常简单，但稍不注

57、意，特别是器件上电、断电瞬间，甚至工作稳定后，一些操作（如插拔音频插头、旋音量调节钮）都会带来的瞬态冲击，在输出喇叭上会产生非常讨厌的噪声。 通过接在1脚、8脚间的电容（1脚接电容+极）来改变增益，断开时增益为20dB。因此用不到大的增益，电容就不要接了，不光省了成本，还会带来好处-噪音减少。 PCB设计时，所有外围元件尽可能靠近LM386；地线尽可能粗一些；输入音频信号通路尽可能平行走线，输出亦如此。 选好调节音量的电位器。质量太差的不要，否则受害的是耳朵；阻值不要太大，10K最合适，太大也会影响音质。 尽可能采用双音频输入/输出。好处是：“”、“”输出端可以很好地抵消共模信号，故能有效抑制

58、共模噪声。 第7脚（BYPASS）的旁路电容不可少！实际应用时，BYPASS端必须外接一个电解电容到地，起滤除噪声的作用。工作稳定后，该管脚电压值约等于电源电压的一半。增大这个电容的容值，减缓直流基准电压的上升、下降速度，有效抑制噪声。在器件上电、掉电时的噪声就是由该偏置电压的瞬间跳变所致，这个电容不能省。 减少输出耦合电容。此电容的作用有二：隔直 + 耦合。隔断直流电压，直流电压过大有可能会损坏喇叭线圈；耦合音频的交流信号。它与扬声器负载构成了一阶高通滤波器。减小该电容值，可使噪声能量冲击的幅度变小、宽度变窄；太低还会使截止频率（fc1/(2*RL*Cout)）提高。分别测试，10uF/4.

59、7uF最为合适。 电源的处理，也很关键。如果系统中有多组电源，太好了！由于电压不同、负载不同以及并联的去耦电容不同，每组电源的上升、下降时间必有差异。非常可行的方法：将上电、掉电时间短的电源放到+12V处，选择上升相对较慢的电源作为LM386的Vs，但不要低于4V。 第二章 设计任务与要求 2.1 设计任务本设计利用单片机作为主控芯片，模拟防盗监控设备，对探测传感器输出的开关信号进行检测，利用八路开关模拟传感器的温度信号。若为正常状态，则输出光(绿灯渐亮渐暗)、显示信息(相关路数显示)，若检测出报警信号，则输出声(模拟报警声音)、光(红灯闪烁)、显示信息(相关路数显示)。在硬件设计中，正确焊接

60、各芯片的引脚，同时对待电路板的布局要达到美的效果。2.2 设计目的(1) 通过本次论文设计，要学会综合利用既有知识，了解单片机应用系统的设计方法和思路，以及焊接电路板的基本方法和要注意到细节。(2) 初步掌握微控制芯片内部资源的整合。(3) 学会实际电路的设计步骤及调试技术。(4) 通过论文设计,培养和提高相关的职业技能。(5) 要学会理解问题和分析问题的规律。(6) 对以后的职业走向要有具体的认识。2.3 设计要求(1) 利用单片机作为主控芯片组成一个多功能报警器的应用系统(2) 要求能够测量八路检测信号(3) 用数码管显示路数(4) 在程序中设定正常、报警、处理三个状态。 当为正常状态时，

61、要有一个绿灯渐亮渐暗，显示路数0； 报警状态时红灯闪烁并伴随声音报警，显示路数，绿灯灭； 处理状态时同报警状态，增加黄灯闪烁。 报警状态向处理状态转换时，用中断处理外部开关，当外部开关再次按下且没有检测到报警信号时回到正常状态。(5) 正确合理的焊接各芯片引脚(6) 在电路连接中对各种用途的线要加以区分和规划(7) 电路板的布局要美观合理(8) 电路的焊接要安全可靠，禁止有短路问题出现(9) 合理利用各芯片引脚，而不能仅利用常用引脚2.4 试验设备(1) 编程器编程器是对可编程器件进行编程的电子产品，由于单片机及其配合使用的大部分芯片为可编程器件，因此，此产品为必备。 (2) 万用表(3) 示波器(4) 微机(5) 实验系统(6) 烙铁设备(7) 直流电源(8) 电路板焊接设备(9) 电路板打孔机第三章 硬件设计3.1 硬件原理图与说明绿色LED红色LED黄色LEDP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78