1、基于C51单片机的声光报警器设计 本科课程设计报告 题 目： 基于C51单片机的声光报警器设计 院 （系）： 电气与信息工程学院 专 业： 电子信息工程 班 级： 姓 名： 学 号： 2009021986 指导教师： 设计日期： 2012年11月29日 报告书写要求 、报告封皮标题栏为宋体小三号居中，下划线需右边对齐。1、报告的撰写要求条理清晰、语言准确、表述简明。报告中段首空两个字符，中文字体为宋体五号，2 : 数字、字符、字母为Times New Roman五号，且单教研室主任意见、报告中插图应与文字紧密配合，文图相符，技术内容正确。每个图都应配有图题（由图号和图名组3。图题（宋体小五号）
2、置于图下居中，其中图号按顺序编排，图名在图号之后空一格排写。图中若成） 等置于分图之下。a)、(b)有分图时，分图号用(、报告中插表应与文字紧密配合，文表相符，技术内容正确。表格不加左、右边线，每个表应配有表4。表题（宋体小五号）置于表上居中，其中表号按顺序编排，表名在表号之后题（由表号和表名组成） 空一格排写。，文字顶格书写，公式仍居“假定”等）5、报告中公式原则上居中书写。若公式前有文字（如“解”、，文1-1）”中写。公式末不加标点。公式序号按顺序编排，如报告中第一部分的第一个公式序号为“（ ）”。中引用公式时，一般用“见式（1-1）”或“由公式（1-1篇。引 106、参考文献反映报告的取
3、材来源，是报告不可缺少的组成部分，参考文献数量一般为8用文献标示应置于所引内容最末句的右上角，用小五号字体。所引文献编号用阿拉伯数字置于方括号1。参考文献应按在文中出现的顺序编排，常用参考文献编写项目和顺序规”中，如“二次铣削”“ 定如下： 著作图书文献：序号作者书名版次出版者，出版年：引用部分起止页(1) 第一版应省略 (2)翻译图书文献：序号作者书名译者版次出版者，出版年：引用部分起止页 第一版应省略 (3)学术刊物文献：序号作者文章名学术刊物名年，卷（期）：引用部分起止页 (4)学术会议文献：序号作者文章名编者名会议名称，会议地址，年份出版地，出版者，出版年：引用部分起止页 (5)学位论
4、文类参考文献： 序号研究生名学位论文题目学校及学位论文级别答辩年份：引用部分起止页 7、若设计完成实物制作需在报告后附录硬件电路原理图和实物测试图，附录的序号采用“附录1”、“附录2”等，并注明附录的内容。 、左侧装订成册。纸双面打印（标注页码）A4、设计报告应按如下内容和顺序8 黑龙江科技学院本科课程设计报告 题 目 单片机的声光报警器设计C51基于 1、 设计目的（题目来源、设计背景及意义）火灾是指在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。随着现代社会的不断发展，现代家庭用火、用电量正在逐年增加，火灾发生的频率越来越
5、高，火灾不仅毁坏物质财产，造成社会秩序的混乱，还直接或间接危害生命，给人们的心灵造成极大的危害。每年都有许多人被火灾夺去生命。由于人们的疏忽而发生的火灾与爆炸，不仅造成人员的大量伤亡，还承受着严重的经济损失。正是由于火灾的巨大危害，报警器才得以应运而生，报警器在火灾报警方面发挥人类本身无可比拟的优势，而声光报警器更是其中的佼佼者。声光报警器是一种用在危险场所，通过声音和各种光来向人们发出示警信号的一种不会引燃易燃易爆性气体的报警信号装置。防爆声光报警器适用于安装度组别的爆炸性气体环境场所，还可使用于石油、化工等行业具有防爆要求 T6温在含有C级何厂家的火灾报警控制器配套可以和国内外任 的1区及
6、2区防爆场所，也可以露天、室外使用。送来的控制信号启动声光报警火灾报警控制器 使用。当生产现场发生事故或火灾等紧急情况时， 报警信号，完成报警目的。 电路，发出声和光在我国的一些大中城市，几乎每天都发生家庭火灾，所以防火是每个家庭必须时刻注意的问题。假如能根据您家的实际情况预先采取简单的防火措施，一些悲剧是完全可以避免的。声光报警器对防家庭火灾，减少火灾损失具有现实意义。一系列火灾造成的惨痛损失也使全国各界意识到了声光报警器的必要性。据调查，在最近发生火灾的大多数房屋都没有安装报警器。所以，声 光报警器在预防火灾发生上有着非常重大的意义。 2、 设计要求（设计任务、实现功能及技术指标）等模块设
7、计了一种火灾报警器，可以80C51本文采用单片机、NIS-09声光传感器、AD574A实现声光报警、故障自诊断、报警限设置、延时报警及与上位机串口通信等功能。是一种结构简 单、性能稳定、使用方便、价格低廉的火灾报警器，具有一定的实用价值。 公司的AT80C51单片机作为处理器，主要完成以下工作：本系统采用ATMEL 的火灾报警检测设计方案。AT80C511. 基于 AD574A的选择以及与单片机的接口电路设计。A/D2. NIS-09声光传感器、转换芯片 ICM7218与单片机的接口电路及其与数码管的硬件连接。3. LED数码管驱动芯片 设计主要软件程序模块，完成软件设计。3. 设计方案（理论
8、分析、设计步骤或方法）3、 此次设计是针对于单片机原理及其应用展开的。运用我们所学的电工技术，传感器技术，单单片机好比一个桥梁，联系着传感器和报警片机技术去设计基于单片机的声光报警系统。80C51电路设备。当周围的环境达到我们设定的数值时，声光传感器把被测的物理量作为输入参数，转换为电量（电流、电压、电阻等等）输出。物理量和测量范围的不同，传感器的工作机理和结构当信号的。就不同。通常传感器输出的电信号是模拟信号（已有许多新型传感器采用数字量输出）转换器的输A/D当信号的数值不符合数值符合A/D转换器的输入等级时，可以不用放大器放大；转换器的A/D入等级时，就需要放大器放大。而我们选择前者，不需
9、要用放大器，选择数值符合转换器转化为可以利用输入等级，这样就可以简化整个系统的设置。传感器将物理信号经过A/D为输入方式，接收到信号的单片机经过程序P1.0识别的电信号给单片机，这里我们选择单片机的种叫作为单片机的输出直接启动报警电路。此时，扬声器将发出高、低交替的的设定会由P2.02 声，同时二极管发光，这就达到了声光报警的效果。 1 设计内容（应用的技术原理及具体的实现方法）4、 一、系统硬件实现 主控电路设计 1 转换器实现模拟信号到数字信，它一方面控制A/D硬件设计中最核心的器件是单片机80C51号的转换，另一方面，将采集到的数字电压值经计算机处理得到相应的二进制代码，与设定的值 80
10、C51实现其控制功能。作比较。整个系统的软件编程就是通过汇编语言对单片机 1.1 80C51的基本结构 80C51单片机主要由以下部分组成： ，含布尔处理器；时钟电路；总线控制逻辑。8位CPUCPU系统 （1）数据存储128KB64KB）； 4KB的程序存储器（ROM/EPROM/Flash，可扩至）存储器系统（2 。；特殊功能寄存器SFR，可再扩器（RAM64KB）个全双工异步串行口；1/计数器；2个16位定时4I/O口和其他动能单元 个并行I/O口；3（） 。 个优先级）中断系统（5个中断源，2 1.2 80C51单片机的的封装和引脚）（Leaded Chip Caiier）和LCC.QF
11、P4480C51系列单片机采用双列直插式（DIP）（Quad Flat Pack 个种类：电个引脚按引脚功能大致可分为4DIP40封装。40形式封装。这里仅介绍常用的总线型 引脚，在这里不作详细介绍。源、时钟、控制和I/O 单片机的时钟1.3 80C51 振荡器和时钟电路(1)内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器，但要形成时钟脉冲，外部还需附加80C51 的时钟产生方法有以下两种。电路。80C51 内部时钟方式a ，就两端跨接晶体振荡器（简称晶振）和XTAL2利用芯片内部的振荡器，然后在引脚XTALl的值通常C2Cl和构成了稳定的自激振荡器，发出的脉冲直接送入内部时钟电路。外接晶振时，1
12、2MHz1.2MHz、C2对频率有微调作用，晶振或陶瓷谐振器的频率范围可在左右；选择为30pFCl之间选择。为了减小寄生电容，更好地保证振荡器稳定、可靠地工作，振荡器和电容应尽可能安 XTAL2靠近。装得与单片机引脚XTALl和 时钟电路接线方法图1 80C51 外部时钟方式b 单片机外时钟信号接和CHMOS。XTALl或XTAL2HMOS此方式是利用外部振荡脉冲接入 入方式不同。 单片机外部时钟接入方法1 80C51表 接线方法芯片类型 XTAL2 XTAL1 HMOS 接片外时钟脉输入端（引脚需 接地 接上拉电阻）CHMOS 接片外时钟悬空 脉冲输入端 2 1.4 80C51单片机的复位要
13、进行实验，必须对整个系统先复位。复位是单片机的初始化操作。在整个声光报警系统中，和系统中其他部件都处于一个确其作用是使CPU单片机系统在上电启动运行时，都需要先复位。定的初始状态，并从这个状态开始工作，因而，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是 不能自动进行复位的，必须配合相应的外部复位电路才能实现。单片机的外部复位电路有上电复位和上电和按键均有效的复位两种。我们在设计单片机复位 时，选用上电复位。单片机的上电复位电路。图中给出了复位是80C51上电复位利用电容器的充电实现。图2-1 +按键复位电路。是80C51单片机的上电电路参数。图2-2引脚获得高电平，随着电容RST上电要求接通电源
14、后，单片机实现自动复位操作。上电瞬间个机器周2引脚的高电平将逐渐下降。RST引脚的高电平只要能保持足够的时间（的充电，RST，电容12MHZ期），单片机就可以进行复位操作。该电路典型的电阻值和我电容参数为：晶振为 。10uF，电阻值为8.2K值为 按键复位电路上电+ 图2-2 图2-1上电复位电路 复位状态： 和ALE（包括工作寄存器R0R7）的状态，复位时，成输入状初始复位不改变RAM 口输出高电平且使这些双向口不受复位影响。复位后，P0P3态，即ALE= 1，片内RAM。此时，单片机PC和其余专用寄存器清007H皆处于输入状态，并将写入堆栈指针SP，同时将开始重新执行程序。所以，单片机运行
15、出错或进入死循环时，可使其复位后重从起始地址0000H 新运行。 2外围接口电路设计 2.1 NIS-09声光传感器简介转换是因为它的输出模拟量与我们所用的A/D在设计中我们之所以选用NIS-09声光传感器， ）转换器的输入量程是，A/D0+10V器输入等级相符合。（NIS-09声光传感输出电压是5.6+0.4v公NEMOTO 在本次设计中，我们选用NIS-09声光传感器。它是离子式烟雾传感器，是日本 司专为检测延误而精心设计的新型传感器。 检测方式：离子型，一源两室。5.6+0.4v 放射参数：电源电压是DC 9v，输出电压是 0.6+0.1v。27+3pA 电流损耗是，灵敏度是 特性参数如
16、下表所示： 秒） （根据UL217标准风速0.1M/灵敏度特性a RH）b电源电压特性（25 60 ）温湿度特性c 温度特性（温度60 放射元素是媚 25d温度特性（温度）源： 241， 3 ）。（29K37KBq放射量是平均33.3KBq.=0.9uCi。保，温度950-50，最大-10-60；温度是工作环境： 电源电压是DC6.0-18.0V，最大24V 95。存温度-25-80，温度AD574A 25转换器为美国模拟器件公司产品。一次转换时间为ADAD574A型快速12位逐次比较式脚双立直插式封装，281/2LSB。采用位，转换速率为40MSPS，分辨率12非线性误差小于s， 是其管脚图
17、。3-6所示，图3各引脚功能如图 3 管脚图 图: AD574A引脚功能为最低，它们可由控制逻辑决定是输出数DB11为最高，DB0DB11DB0:12位数据输出线。 据还是对外成高阻状态。为数据并行输出；当此引脚为低电平时，：数据模式选择。当此引脚输入为高电平时，1212/8兼容，若要此引脚为高电位数据分两次输入。应该注意，此引脚不与TTL与引脚A0配合，把1215. 1；若要此引脚为低电平，应接引脚平，应直接按脚，进位。若A0=0A0：字节选择控制。此引脚有两个功能，一个功能是决定方式是12位是8，另一个功能是决位转换，转换时间为16us；若A0=1,仅进行8行全12位转换，转换时间为25u
18、s位4A0=1，低4位有效，中间8位还是低4位。若A0=0，高8位数据有效；若定输出数据是高4低8位+0”，高4位为高阻状态。因此，低4位数据读出时，应遵循左对齐原则（即：高为“ ）。中间位+4位的0000 被选中；否则AD574A不进行任何操作。CS:芯片选择。当CS=0时，AD574A A/D转换。转换选择。当R/C=1时，允许读取结果；当R/C=0，允许R/C：读/ 有关。R/CCE：芯片启动信号。CE=1时，允许读取结果，到底是转换还是读取结果与 表示转换已完成。表示正在进行A/D转换，STS=0STS：状态信号。STS=1 基准电压输出。REFOUT：+10V12”脚输出的基准电压引
19、入到AD574A内部的REIN准电压输入。只有此脚把从“REFOUT A/D转换。位DAC(AD565),才能进行正常的 BIPOFF：双极性补偿。此引脚适当连接，可实现单极性或双极性输入。量程的模拟信号输入端，对双极性10V10VIN：10V量程模拟信号输入端。对单极性信号为 5V信号为模拟信号输入脚。10V20V量程模拟信号输入端，对双极性信号为：20VIN20V量程输入端。单极性信号为 量程模拟信号输入脚。 ：数字地。各字电路（译码器、门电路、触发器等）及“+5V”的电源地。DG”和：模拟地。各模拟器件（放大器、比较器、多路开关、取样保持器等）地及“AG+15V 4 -15V”电源地。“
20、. ：逻辑电路供电输入端，+5VVLOG 。VCC=+12+15VVCC:正电源端， 。VEE=-15-12VVEE：负电源端， 所示AD574A的单极性和双极性输入如图4 4-2 图 双极性输入 图4-1单极性输入 系列的模拟量单极性输入电路。当输入电压为单极性输入电路：如图4-1所示是AD574A为无符20VIN输入。数字量D+10V时，应从引脚10VIN输入，当VIN=020V，应从VIN=0时，输RP1用于调零，即保证在VIN=0号二进制码，计算公式为D=4096VIN/VFS。图中电位器 出数字量D为零。的中RP2双极性输入电路：电路图如图4-2所示。图中RP2用于调整增益，其作用与
21、图4-110VIN应从在-5=5V之间，VIN作用相同。图中RP1用于调整双极性电路输入零点。如果输入信号 引脚输入。=10V之间，应从20VIN引脚输入；当VIN在-10 根据声光传感器所输出的电压量，故选用单极性输入。 2.2 AD574A与80C51单片机接口电路 AD574A系列的所有型号和功能因脚和排列都相同，因而它们与单片机借口也相同。80C51AD574A与图AD574A所有型号都有内部始终电路，不需要任何外接器件和连线。5为，在设计单片机的接口电路。该电路采用双极性输入方式。根据声光传感器输出电压是5.6+0.4v 时我们选用单极性输入方式。 图 5 AD574A与80C51单
22、片机的接口电路 位数据，所以当单片机读取转换单片机配置时，由于与当AD574A80C51AD574A12输出 5 的AD574A4位。图中时，读取高8位；当A0=1时，读取低结果时，应分两次进行：当A0=0 线相连，故采用查询方式读取转换结果。的P1.0STS与80C51 声光报警电路2.3驱动声)，的脉冲信号输出报警信号(高低电平间隔1 s 声光报警电路由单片机P2.0口控制， RESET和开关键。光报警电路，直至按复位键 6所示。声光报警电路由555定时器、扬声器和普通发光二极管组成，电路图如图P2.080C51的555定时器接成了一个低频多谐振荡器，其控制电压出入端5脚与单片机其中输出脉
23、时，555P2.01端相连，受P2.0脚输出的脉冲信号控制。由电容C4的充冲放电作用，当加C2时，555输出脉冲的振荡频率较高。该脉冲信号经隔置电容冲的振荡频率较低，当P2.00的脉冲sP2.0脚输出的高低电平间隔1 到扬声器上，扬声器将发出高、低交替的2种叫声，同时 将闪烁发光，达到声光同时报警的效果。上，LED信号经电阻R1加到发光二极管LED 声光报警电路 图6 总电路设计3.单片机的主控电路包括时钟电路、复位电80C51根据要求，设计中我们选用80C51单片机。 中分别做了详细的介绍，这里不再赘述。2-1和2-2路。两电路的接法在而传感器是将非电量需要转换成与非电量有一定关系的电量。当
24、今信息时代，随着电子计算机技术的非速发展，自动检测，自动控制技术显露非凡的能力，而大多数设备只能处理电信号，也就需要把被测，被控非电量的信息通过传感器转换成电信号。可见，传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。没有传感器对原始信息进行精确可靠的捕捉和转换，就没有现代自动检测和自动控制系统。没有传感器就没有现代科学技术的迅速发展。设计中，传感器我们选择的是声光传感器它的性能参数是我们选择它NIS-09声光传感器。必须利用微粒的特点检测。而NIS-09 理由。声光传感器连接在A/D转换器的输入接口。与声光报警电路）转换器的接口电路、80C51我们将主控电路和外围接口电路（80C51与A/D 的声
25、光报警总电路图。连接起来，就得到了基于80C51当外部环境达到一定值时，声光传感器就会产生模拟电压，将它作为输出的模拟信号经当有信号输入通过P1.0检测信号。转换器转换为AD574A80C51单片机所能识别的数字电压量。 P2.0单片机的P2.0。而是与声光报警电路相连接的。80C51时，经程序设定就会驱动 所示：7综上所述，得出总电路图如图 6 声光报警系统总电路图7 图 7 二、软件实现 环境介绍1.编程KEIL与汇编相比，语言软件开发系统，51系列兼容单片机CKeil C51是美国Keil Software公司出品的语言在功能上、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
26、汇编语言后C 再使用C来开发，体会更加深刻。另外重要界面。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WindowsKeil C51生成的目标代码效率非常之高，Keil C51的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到 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。,同时保留了汇编代码高效C语言环境,标准C编译器为80C51微控制器的软件开发提供了KEILC51已被完全C51CPU本身，及其它的衍生产品。编译器的功能不断增强，更加贴近快速的特点。C51器，实时操作系统， uVision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编集成到
27、 uVision2 IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。项目管理器，调试器。的衍生产品，也可以80518051开发平台。它可以支持所有C51 V7版本是目前最高效、灵活的开发用户8051C51 V7版本无疑是支持所有兼容的仿真器，同时支持其它第三 方开发工具。因此， 的最佳选择。的集成开发环境for DosC51 for Windows和uVision与Ishell分别是 C51工具包的整体结构，本身或其它IDE(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用。目标文件可(.OBJ)A51编译器编译生成目标文件C或汇编源文件。然后分别由C51及编辑器编辑文ABS
28、(.ABS)。LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件由使用进行源代码级调试，也可或tScope51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51OH51件由 EPROM中。由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如 程序流程 2.在整个程序流程中，经常要控制一部分指令重复执行若干次，以便简短的程序完成大量的处理任务。这种按某种控制规律重复执行的程序称为循环程序。循环程序有先执行后判断何先判断 后执行两种基本结构。而我们要选用的是先判断后执行。之间。根据单极性输入的转换关系6.0v因为声光传感器的输出电压量为5.66/10=2458.
29、D2=4096:D1=40965.6/10=2294;最大值D=4096VIN/VFS，计算出它的数字量最小值、转换为二进制数分别是100111110110D1、D2然后把它们的数字量转化为二进制数。位数据，所以当单片机读取转换结果时，应分两次进行：当输出12100110011010。由于AD574A线相连，故采用查询的P1.0STS与80C51A0=1时，读取低4位。AD574A的时，读取高A0=08位；当存入17H、20H单元中。其中转换器读取结果存入17H、18H、19HA/D方式读取转换结果。我们将存入的是较大数的19H的低四位0110；的高八位10011111，18H存入的是较小数D
30、1的是较小数D1。将数值存入单元以后，接下来就是比较。1010，20H存入的是较大值的低四位高八位10011001就会输出脉冲启动报P2.080C51单片机的当被测的数值经计算机的转换在比较范围内，经程序设定 警电路程序。 程序3.0000H ORG DPTR ；送端口地址入 DPTR, # 0FFF8H START: MOV AD574A ；启动 MOVX DPTR, A 为输入方式 ；置P1.0 SET P1.0 口；检测P1.0 LOOP: JB P1.0, LOOP 1 为 ；使R/C INC DPTR 8位数据 ；读取高 A, DPTR MOVX 单元位内容存入；高 41H, A M
31、OV 841H 8 1 均为R/C、A0 ；使 DPTR INC DPTR INC 位 ；读取低4 MOVX A, DPTR 单元4位内容存入40H ；将低 40H, A MOV ；将比较的数值存入单元中 17H, #10001111B MOV 18H, #0110B MOV 19H, #10011011B MOV 20H, #1010B MOV 单元中的内容存入AL ；将40H AL, 40H MOV 单元中的内容存入AH ；将41HAH, 41H MOV ；比较最小数值的高八位 AH, 17H 01: CMP LP1 JA LP2 JBE 03 JMP LP1: 01 LP2: JMP ；比较最小值的低四位 02: CMP AL,18H LP3 JA LP4 JBE 01 LP3: JMP 04 LP4: JMP ；比较最大值的高八位 03: CMP AH,19H LP5 JA LP6 JBE 03 LP6: JMP 01 LP5: JMP ；比较最大值的低四位
