报警器的课程设计.docx
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报警器的课程设计
单片机课程设计
设计题目：
报警器的设计
专业：
电气工程及其自动化
年级：
07级
学号：
2007
姓名：
指导教师：
左望霞
2020年12月
《单片机课程设计》任务书
1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：
（1）设计内容
1）完成基于某某单片机的硬件设计，包括
微处理器电路设计
音频功率放大器电路设计
晶振电路设计
2）完成基于某某单片机的软件设计，包括
微处理器程序设计
音频功率放大器程序设计
晶振程序设计
（2）设计要求
1）技术要求：
基本功能要求：
开关按下喇叭发出“叮咚”报警响
2）成果要求
要求完成设计说明书，不少于6000字，用A4纸打印。
设计电路总图一张，用计算机绘图
设计时间：
—
2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：
设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字不得少于3500字。
要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件（或其它软件）绘出原理图（SCH）,器件的选择要有计算依据。
3．主要参考文献：
●要求按国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》书写。
4．课程设计工作进度计划：
序号
起迄日期
工作内容
1
布置任务，教师讲解设计方法及要求
2
学生分好组并查找阅读资料，初定方案,小组会议讨论并确定方案
3
设计及相关程序调试
4
仿真实验并写说明书，小组讨论
5
答辩
主指导教师
左望霞
日期：
2010年12月18日
一、概述------------------------
二、报警器的硬件设计----------
三、报警器的软件设计-------------------------
四、总结报告-------------------------
五、参考文献------------------------
附一原理图
附二PCB板图
一、概述
1、大体原理
该小系统的工作框图大体组成如下。
本小系统由一个AT89S51单片机、一个功放、一个晶振、数个电阻、数个电容等组成。
开关按下，产生低电平使单片机读信号有效。
单片机向片外输出信号，经功放把信号放大，从而驱动扬声器发声。
二、设计方案
本系统设计的核心问题是单片机的选用，第一得利历时要方便，第二要能够容易购得。
后经市场调查，再综合分析后发觉AT89S51价钱较实惠，因此选用了此单片机。
该系统扬声器发生内容由单片机提供，单片机工作时有振荡周期显现。
有脉冲信号被提供单片机才能运行，外接上晶振那么内部的时钟产生电路就能够工作了
尽管该小系统电路简单，但它囊括了做单片机小系统应用的一切步骤。
且该小系统用到的程序包括了相当多的汇编指令，在弄清该系统工作的原理的同时要求咱们对汇编有较熟练的把握。
由于咱们学习时刻很紧，选用该方案是咱们在有限时刻内加深对单片机实际应用熟悉的理想选择。
二、报警器的硬件设计
1、系统框图
系统框图如下：
如上图可知，系统分为两部份，第一部份为利用芯片AT89S51报警声音的产生；第二部份为利用LM386把产生的报警声音放大。
2、芯片AT89S51介绍
（1）简介：
AT89S51是美国ATMEL公司产生的第功耗，高性能CMOS8为单片机，片内含4Kbytes的可系统编程的FLASH程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方式进行编程及通用8位微处置器于单片芯片中，ATMEL公司的功能壮大，低价为AT89S51单片机可提供许多高性价比的应用处合，可灵活应用于各类操纵领域。
（2）芯片图如下：
（3）功能特性概述：
AT89S51提供以下标准功能：
4K字节FLASH闪速存储器，128字节内部RAM，32个IO口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位按时器/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时钟电路。
同时，AT89S51可降至0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式；空闲方式停止CPU的工作，但许诺RAM，按时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保留RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
（4）引脚功能说明：
VCC：
电源电压。
END：
接地。
P0口：
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。
作为输出口历时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高组抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
在FLASH编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，要求外接上拉电阻。
P1口：
P1是个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，现在可作输入口；作输入口利历时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）
FLASH编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。
P2口：
P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路：
对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到感动哦电平，现在可作输入口，作输入利历时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部存储器（如执行MOVX@Ri指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄放器（SFR）区中P2寄放器的内容），在整个访问期间不改变。
FLASH编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它操纵信号。
P3口：
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流在）4个TTL逻辑门电路：
对P3口写如“1”时，它们内部上电阻拉高并可作为输入端口，作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。
P3口除作为一样的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：
P3口还接收一些用于FLASH闪速存储器编程和程序校验的操纵信号。
RST：
复位输入，当振荡器工作时，RST引脚显现两个机械周期以上高电平将使单片机复位。
WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFRAUXR的DISRTO位（地址8EH）可打开或关闭该功能，DISRTO的缺省位RESET输出高电平打开状态。
ALE/
：
当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存器许诺）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节，即便不访问外部存储器，ALE乃以时钟振荡器频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它能够对外输出时钟或用于按时目的。
更重要的是：
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于编程脉冲（
）。
如有必要，可通过对特殊寄放器（SFR）区中的8EH单元的D0位置为，可禁止ALE操作。
该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。
另外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。
：
程序存储许诺（
）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每一个机械周期两次
有效，即输出两个脉冲。
当外部数据存储器，没有两次有效的
信号。
EA/VPP：
外部访问许诺。
欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H——FFFFH），EA端必需维持低电平（接地）。
需注意的是，若是加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平（接VCC端），CPU那么执行内部程序存储器中的指令。
FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压VPP。
XTAL1：
振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2：
振荡器反相放大器的输出端。
WDT：
看门狗按时器。
WDT是为了解决CPU程序运行时可能进入混乱或死循环而设置，它在一个14bit计数器和看门狗复位SFR（WDTRST）组成。
外部复位时，WDT默以为关闭状态，要打开WDT，用户必需按顺序将OIEH和OELH写到WDTRST寄放器（SFR地址为（0A6Ｈ），当启动WDT，它会随晶体振荡器在每一个机械周期计数，除硬件复位或WDT溢出复位没有其它方式关闭WDT，当WDT溢出，将使RST引脚输出高电平的复位脉冲。
（5）中断
AT89Ｓ51共有5个中断向量：
2个外中断（INT0和INT1），2个按时中断（Timer0和Timer1）和一个串行中断，这些中断如表（P3口的第二功能）。
这些中断源各自的禁止和是能位参见特殊功能寄放器的IE。
IE也包括总中断操纵位EA，EA清0，将关闭所有中断。
值得注意的下表中的IE6和IE5没有概念，用户不要访问这些位，它是保留位以后的AT89产品作扩展用途。
按时器0和按时器1的中断标志TF0和TF1，它是按时器溢出时的S5P2时序周期被置位。
该标志保留至下个时序周期。
中断操纵寄放器表如下：
中断源方框图如下：
3、芯片LM386介绍
（1）简介：
LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器,要紧应用于低电压消费类产品。
为使外围元件最少,电压增益内置为20。
但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,即可将电压增益调为任意值,直至200。
输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mW,使得LM386专门适用于电池供电的场合。
LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。
（2）芯片图如下：
（3）功能特性概述：
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势，普遍应用于录音机和收音机当中。
（4）引脚功能：
1和8脚增益 ；
2脚方相输入；
3脚正相输入；
4脚接地；
5脚输出；
6接电源正；
7脚去偶；
（5）要紧参数：
3、12M晶振
a、晶振概念
晶振一样叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经周紧密割磨削并镀上电极焊上引线做成。
这种晶体有一个很重要的特性，若是给他通电，他就会产生机械振荡，反之，若是给他机械力，他又会产生电，这种特性叫机电效应。
他们有一个很重要的特点，其振荡频率与他们的形状，材料，切割方向等紧密相关。
由于石英晶体化学性能超级稳固，热膨胀系数超级小，其振荡频率也超级稳固，由于操纵几何尺寸能够做到很周密，因此，其谐振频率也很准确。
依照石英晶体的机电效应，咱们能够把它等效为一个电磁振荡回路，即谐振回路。
他们的机电效应是机-电-机-电....的不断转换，由电感和电容组成的谐振回路是电场-磁场的不断转换。
在电路中的应用事实上是把它看成一个高Q值的电磁谐振回路。
由于石英晶体的损耗超级小，即Q值超级高，做振荡器历时，能够产生超级稳固的振荡，作滤波器用，能够取得超级稳固和陡削的带通或带阻曲线。
晶振是石英振荡器的简称，英文名为Crystal，它是时钟电路中最重要的部件，它的作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部份提供基准频率，它就像个标尺，工作频率不稳固会造成相关设备工作频率不稳固，自然容易显现问题。
由于制造工艺不断提高，此刻晶振的频率误差、温度稳固性、老化率、密封性等重要技术指标都专门好，已不容易显现故障。
b、晶振在应用中的作用
微操纵器的时钟源能够分为两类：
基于机械谐振器件的时钟源，如晶振、陶瓷谐振槽路；RC（电阻、电容）振荡器。
一种是皮尔斯振荡器配置，适用于晶振和陶瓷谐振槽路。
另一种为简单的分立RC振荡器。
基于晶振与陶瓷谐振槽路的振荡器通常能提供超级高的初始精度和较低的温度系数。
RC振荡器能够快速启动，本钱也比较低，但通常在整个温度和工作电源电压范围内精度较差，会在标称输出频率的5%至50%范围内转变。
但其性能受环境条件和电路元件选择的阻碍。
需认真对待振荡器电路的元件选择和线路板布局。
在利历时，陶瓷谐振槽路和相应的负载电容必需依照特定的逻辑系列进行优化。
具有高Q值的晶振对放大器的选择并非灵敏，但在过驱动时很容易产生频率漂移（乃至可能损坏）。
阻碍振荡器工作的环境因素有：
电磁干扰（EMI）、机械震动与冲击、湿度和温度。
这些因素会增大输出频率的转变，增加不稳固性，而且在有些情形下，还会造成振荡器停振。
上述大部份问题都能够通过利用振荡器模块幸免。
这些模块自带振荡器、提供低阻方波输出，而且能够在必然条件下保证运行。
最经常使用的两种类型是晶振模块和集成RC振荡器（硅振荡器）。
晶振模块提供与分立晶振相同的精度。
硅振荡器的精度要比分立RC振荡器高，多数情形下能够提供与陶瓷谐振槽路相当的精度。
d、晶振的选择
选择振荡器时要考虑功耗。
分立振荡器的功耗要紧由反馈放大器的电源电流和电路内部的电容值所决定。
CMOS放大器功耗与工作频率成正比，能够表示为功率耗散电容值。
比如，HC04反相器门电路的功率耗散电容值是90pF。
在4MHz、5V电源下工作时，相当于的电源电流。
再加上20pF的晶振负载电容，整个电源电流为。
陶瓷谐振槽路一样具有较大的负载电容，相应地也需要更多的电流。
相较之下，晶振模块一样需要电源电流为10mA~60mA。
硅振荡器的电源电流取决于其类型与功能，范围能够从低频（固定）器件的几个微安到可编程器件的几个毫安。
一种低功率的硅振荡器，如MAX7375，工作在4MHz时只需不到2mA的电流。
频率稳固性的考虑，晶体振荡器的要紧特性之一是工作温度内的稳固性，它是决定振荡器价钱的重要因素。
稳固性愈高或温度范围愈宽，器件的价钱亦愈高。
必需考虑的其它参数是输出类型、相位噪声、抖动、电压稳固度、负载稳固性、功耗、封装形式、冲击和振动、和电磁干扰（EMI）。
晶振器可HCMOS/TTL兼容、ACMOS兼容、
电源和负载的阻碍，振荡器的频率稳固性亦受到振荡器电源电压变更和振荡器负载变更的阻碍。
正确选择振荡器可将这些阻碍减到最少。
设计者应在建议的电源电压容差和负载下查验振荡器的性能。
不能期望只能额定驱动15pF的振荡器在驱动50pF时会有好的表现。
在超过建议的电源电压下工作的振荡器亦会呈现坏的波形和稳固性。
关于需要电池供电的器件，必然要考虑功耗。
引入的产品必然要开发在下工作的振荡器。
----较低的电压许诺产品在低功率下运行。
现今大部份市售的表面贴装振荡器
在下工作。
许多采纳传统5V器件的穿孔式振荡器正在从头设计，以便在下工作。
在特定的应用处合优化时钟源需要综合考虑以下一些因素：
精度、本钱、功耗和环境需求。
4、接晶振的两个电容
这两个电容叫晶振的负载电容，别离接在晶振的两个脚上和对地的电容，一样在几十皮发。
它会阻碍到晶振的谐振频率和输出幅度，一样订购晶振时候供货方会问你负载电容是多少。
晶振的负载电容=[（Cd*Cg）/（Cd+Cg）]+Cic+△C式中Cd,Cg为别离接在晶振的两个脚上和对地的电容,Cic（集成电路内部电容）+△C（PCB上电容）体会值为3至5pf.
各类逻辑芯片的晶振引脚能够等效为电容三点式振荡器.晶振引脚的内部一般是一个反相器,或是奇数个反相器串联.在晶振输出引脚XO和晶振输入引脚XI之间用一个电阻连接,关于CMOS芯片一般是数M到数十M欧之间.很多芯片的引脚内部已经包括了那个电阻,引脚外部就不用接了.那个电阻是为了使反相器在振荡初始时处与线性状态,反相器就犹如一个有专门大增益的放大器,以便于起振.石英晶体也连接在晶振引脚的输入和输出之间,等效为一个并联谐振回路,振荡频率应该是石英晶体的并联谐振频率.晶体隔壁的两个电容接地,事实上确实是电容三点式电路的分压电容,接地址确实是分压点.以接地址即分压点为参考点,振荡引脚的输入和输出是反相的,但从并联谐振回路即石英晶体两头来看,形成一个正反馈以保证电路持续振荡.在芯片设计时,这两个电容就已经形成了,一样是两个的容量相等,容量大小依工艺和版图而不同,但终归是比较小,不必然适合很宽的频率范围.外接时大约是数PF到数十PF,依频率和石英晶体的特性而定.需要注意的是:
这两个电容串联的值是并联在谐振回路上的,会阻碍振荡频率.当两个电容量相等时,反馈系数是,一样是能够知足振荡条件的,但如果是不易起振或振荡不稳固能够减小输入端对地电容量,而增加输出端的值以提高反馈量
三、报警器的软件设计
1、汇编程序
DT5HZEQU30H
T7HZEQU31H
T05SAEQU32H
T05SBEQU33H
FLAGBIT00H
STOPBIT01H
SP1BIT
ORG00H
LJMPSTART
ORG0BH
LJMPINT_T0
START:
MOVTMOD,#02H
MOVTH0,#06H
MOVTL0,#06H
SETBET0
SETBEA
NSP:
JBSP1,NSP
LCALLDELY10MS
JBSP1,NSP
SETBTR0
MOVT5HZ,#00H
MOVT7HZ,#00H
MOVT05SA,#00H
MOVT05SB,#00H
CLRFLAG
CLRSTOP
JNBSTOP,$
LJMPNSP
DELY10MS:
MOVR6,#20
D1:
MOVR7,#248
DJNZR7,$
DJNZR6,D1
RET
INT_T0:
INCT05SA
MOVA,T05SA
CJNEA,#100,NEXT
MOVT05SA,#00H
INCT05SB
MOVA,T05SB
CJNEA,#20,NEXT
MOVT05SB,#00H
JBFLAG,STP
CPLFLAG
LJMPNEXT
STP:
SETBSTOP
CLRTR0
LJMPDONE
NEXT:
JBFLAG,S5HZ
INCT7HZ
MOVA,T7HZ
CJNEA,#03H,DONE
MOVT7HZ,#00H
CPL
LJMPDONE
S5HZ:
INCT5HZ
MOVA,T5HZ
CJNEA,#04H,DONE
MOVT5HZ,#00H
CPL
LJMPDONE
DONE:
RETI
EN
2、原理图与PCB板图如后所示
四、总结
（1）通过一个学期对单片机的认真学习，我对单片机硬件设计，软件设计把握的深度不够，但这次通过近一个月的课程设计，却改变了很多，第一关于硬件电路的工作原理有了进一步的学习，一样就有了进一步的熟悉；第二软件方面，在程序的设计，程序的调试方面都学到了很多东西，这是第一次编写单片机的大程序，很有成绩感。
固然也有来自同窗的帮忙，在这几天里，大伙儿一路探讨，一路学习，不但增进了同窗间的友谊，也使咱们从同窗那里学到了一些专业方面实际体会。
（2）在编程中也显现问题，但咱们都克服了，因此让我明白了，当碰到困难时，必然要戒骄戒躁、脚踏实地、认真看书、认真分析、认真调试，就必然能克服困难。
五、参考文献
黄智伟.凌阳单片机课程设计..北京航空航天大学出版社
李朝青.单张友德等片机原理及接口技术.北京航空航天大学出版社
李勋刘源.单片机有效教程.北京航空航天大学出版社
胡乾斌等.单片微型运算机原理与应用.华中理工大学出版社
张友德等.单片微型机原理、应用与实验.复旦大学出版社
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