基于单片机的家用防盗报警系统设计

基于单片机的家用防盗报警系统设计内容摘要：

传感器，离散与连续过程控制； ②仪器仪表 智能仪器，医疗器械，液体和气体色谱仪，数字示波器； ③电讯技术 调制解调器，声象处理，数字滤波，智能线路运行控制； ④办公自动化和计算机外部设备 图形终端机，传真机，复印机，绘图仪，磁盘 /磁带机，智能终端机； ⑤导航与控制 导弹控制，鱼雷制导，智能武器装置，航天导航系统； ⑥汽车与节能 点火控制，变速控制，防滑车控制，排气控 制，最佳燃料控制，计费器，交通控制； ⑦商用产品 自动售货机，电子收款机，电子秤，银行统计机； ⑧家用电器 微波炉，电视机，录像机，音响设备，游戏机。 AT89C51 的特点： AT89C51 是 ATMEL 公司采用 CMOS 工艺生产的低功耗、高性能 8 位单片机，与 MCS51 单片机兼容，其功能特点为： 4K 字节闪烁存储器 (FLASH)，可进行 1000 次写、擦除操作。 静态操作，外接 OHZ24MHZ 晶振。 三层程序存储器琐。 128 字节内部数据存储器 (RAM)。 32 跟可编程输 /输出线。 两个 6 位定时 /计 数器。 六个中断源。 一个可编程串口。 支持低功耗模式和掉电模式。 下面我们介绍一下 AT89C51 的引脚， AT89C51 引脚排列如图 22 所示，各引脚的功能如下： VCC：供电电压。 GND：接地。 PO 口： PO 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 l时，被定义为高阻输入。 PO 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， PO 口作为原码输入口，当 FLASH 进行校验时， PO 输出原码，此时 PO 外部必须被拉高。 图 22 AT89C51 引脚排列图 P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 1/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 1/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 1/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 (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，如下为管脚的备选功能 : RXD(串行输入口 ) TXD(串行输出口 ) /INTO(外部中断 0) /INT1(外部中断 1) TO(记时器 0 外部输入 ) T1(记时器 1 外部输入 ) /WR(外部数据存储器写选通 ) /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。 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 报警器硬件设计 电源电路设计 本系统电源电路原理图如图 31 所示，系统的电源采用 220V 交流供电，电网的 220V 交流电经桥路整流，电容滤波，送入 7805 和 7809 的输入端，最后输出 5V 和 9V 的直流电。 图 31 电源原理图 主机电路设计 报警器的主机采用 AT89C51 单片机来实现。 单片机是将中央处理器 (CPU)、随机存取存储器 (RAM)、只读存储器 (ROM)、定时 /计数器及输入输出接口电路等计算机主要部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。 现在世界上已经有很多大公司能够生产单片机，随着超大规模集成电路的迅猛发展，单片机的功能也日渐强大， 运算速度日益提高，相继出现了 32 位和 64位单片机，但根据实际系统的需要和产品的性价比，本文选用 ATMEL 公司生产的 8 位单片机 AT89C51，构成系统的主机。 主机部分的电路原理图如图 32 所示，它由复位电路、振荡电路、蜂鸣器、共阴极 7 段数码管组成。 引脚 和 分别接到传感器的输出端，用以检测异常情况，以便进行报警处理。 图 32 主机部分原理图 时钟电路 AT89C51 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端。 时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。 内部方式的时钟电路如图 33 所示，在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。 定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。 晶体振荡频率可以在 ～ 12MHz 之间选择，电容值在 5～ 30pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作 用。 外部方式的时钟电路如图 34 所示， XTAL1 接地， XTAL2 接外部振荡器。 对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于 MHz 的方波信号。 片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟 P1 和 P2，供单片机使用。 图 33 内部方式时钟电路 图 34 外部方式时钟电路 复位及复位电路 复位操作：复位是单片机的初始化操作。 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使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。 除 PC 之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表 21所示。 表 21 一些寄存器的复位状态 寄存器 复位状态 寄存器 复位状态 PC 0000H TCON 00H AC 00H TL0 00H PSW 00H TL1 00H SP 07H TH0 00H DPTR 0000H TH1 00H P0~P3 FFH SCON 00H IP XX000000B SBUF 不定 IE 0X000000B PCON 0XXX0000B TMOD 00H 复位信号及其产生： RST 引脚是复位信号的输入端。 复位信号是高电平有效，其有效时间应持续 24 个振荡周期 (即二个机 器周期 )以上。 若使用颇率为 6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过 4us 才能完成复位操作。 整个复位电路包括芯片内、外两部分。 外部电路产生的复位信号送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的 S5P2 时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。 复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图 36(a)所示。 这佯，只要电源 Vcc的上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。 按键手 动复位有电平方式和脉冲方式两种。 其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与 Vcc 电源接通而实现的，其电路如图 36(b)所示；而按键脉冲复位则是利用 RC 微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路如图 36(c)所示。 图 36(a) 上电复位 图 36(b) 按键电平复位 图 36(c)按键脉冲复 上述电路图中的电阻、电容参数适用于 6MHz 晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于 2 个机器周期。 本系统中的复位电路如图 37 所示，利用的是单片机复位监控芯片 IMP812。 IMP812 是在低功耗微处理器（ uP）微控制器（ uC）和数字系统中用来监视、 和 电源工作的低功耗监控电路。 每个都具有去抖动的手动复位输入。 IMP812 是美国 Maxim 公司 MAX812 的改进型替代产品其工作温度范围扩展为 40℃至 105℃。 只要电源电压降至预置的复位门限以下时该电路就发出一个复位信号并在电源已经升高到此复位门限后至少保持这个信号 140ms。 IMP812 则具有高电平有效的 RESET 输出。 复位比较器已设计成可以忽略 Vcc 电压的快速瞬变。 IMP812 的低功耗使之成为便携式及电池供电设备的理想选择。 器件具有紧凑的 4 引脚 SOT143 封装仅占用极小的电路板空间。 图 37 IMP812 的封装图 键盘电路 键盘是标准的输入设备，实现键盘有两种方案：一是采用现有的一些芯片实现键盘扫描，如 8279， CH451， LMC9768 等，还有就 是用软件实现键盘扫描。 使用现成的芯片可以节省 CPU 的开销，但增加了成本，而用软件实现具有较强的灵活性，也只需要很少的 CPU 开销，可以节省开发成本。 本文便使用软件实现键盘的扫描。 常见的键盘可分为独立按键式键盘和行列扫描式键盘。 独立按键式键盘应用在需要少量按键的情况，按键和单片机的 I/O 口线直接连接。 而行列扫描式键盘用在按键需求较多的情形下。 考虑到本系统操作简便，所以采用独立式键盘。 独立式键盘电路如图 38 所示。 图 38 按键电路图 理论上当按键按下或弹起时，可以相应的产生低电平或高电平，但实际并非如此。 键盘按键一般都采用触点式按键开关。 当按键被按下或释放时，按键触点的弹性会产生抖动现象。 即当按键按下时，触点不会迅速可靠地接通，当按键释放时，触点也不会立即断开，而是要经过一段时间的抖动才能稳定下来，按键材料不同，抖动时间也各不相同。 按键抖动可能导致单片机将一次按键操作识别为多次操作，一般采用硬件电路或软件程序来消除。 图 39。