基于单片机防盗警报系统的设计说明

1、目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc3924 第 1 章 引言 PAGEREF _Toc3924 3 HYPERLINK l _Toc19301 1.1 选题背景 PAGEREF _Toc19301 3 HYPERLINK l _Toc29298 1.2 课题介绍 PAGEREF _Toc29298 4 HYPERLINK l _Toc20159 1.3 本文的主要工作 PAGEREF _Toc20159 5 HYPERLINK l _Toc23535 1.4 方案选择论证 PAGEREF _Toc23535 5 HYPERLINK l _Toc19143 1.4.

2、1 MCU PAGEREF _Toc19143 5的选择 HYPERLINK l _Toc1267 1.4.2 显示器的工作原理及其选型 PAGEREF _Toc1267 6 HYPERLINK l _Toc9351 1.4.3 液晶显示和数字显示 PAGEREF _Toc9351 6 HYPERLINK l _Toc29941 1.4.4 防盗报警器选择传感器的选择 PAGEREF _Toc29941 7 HYPERLINK l _Toc27102 2.1 硬件系统总体设计 PAGEREF _Toc27102 8 HYPERLINK l _Toc15735 2.2 AT89C51芯片介绍 P

3、AGEREF _Toc15735 9 HYPERLINK l _Toc15588 2.2.1 引脚功能 PAGEREF _Toc15588 9 HYPERLINK l _Toc23652 2.2.2 结构原则 PAGEREF _Toc23652 11 HYPERLINK l _Toc16192 2.2.3 AT89C51定时器/计数器相关控制寄存器介绍 PAGEREF _Toc16192 12 HYPERLINK l _Toc17034 2.2.4 MAX708芯片介绍 PAGEREF _Toc17034 13 HYPERLINK l _Toc9536 2.3 MCU 复位设置 PAGEREF

4、 _Toc9536 14 HYPERLINK l _Toc9936 2.4 8255A芯片介绍 PAGEREF _Toc9936 14 HYPERLINK l _Toc5821 2.4.1 8255A管脚及结构 PAGEREF _Toc5821 15 HYPERLINK l _Toc21515 2.4.2 8255 的工作原理 PAGEREF _Toc21515 16 HYPERLINK l _Toc29711 2.4.3 PAGEREF _Toc29711 8255的控制字18 HYPERLINK l _Toc20138 2.5 AT89C51和8255的接口电路 PAGEREF _Toc2

5、0138 19 HYPERLINK l _Toc1941 2.6 显示部分 PAGEREF _Toc1941 20 HYPERLINK l _Toc22670 2.6.1 七段显示解码器 PAGEREF _Toc22670 20 HYPERLINK l _Toc12455 2.6.2 7448解码驱动 PAGEREF _Toc12455 21 HYPERLINK l _Toc19650 2.6.3 MCU与7448解码驱动及LED连接 PAGEREF _Toc19650 23 HYPERLINK l _Toc15081 2.6.4 外部地址锁存器 PAGEREF _Toc15081 23 HY

6、PERLINK l _Toc23038 第三章检测信号放大电路设计 PAGEREF _Toc23038 24 HYPERLINK l _Toc27986 3.1 热释电红外传感器典型电路 PAGEREF _Toc27986 25 HYPERLINK l _Toc6667 3.2 红外光电二极管警示灯电路 PAGEREF _Toc6667 26 HYPERLINK l _Toc30320 3.2.1 光电二极管控制电路 PAGEREF _Toc30320 27 HYPERLINK l _Toc13703 3.3 红外检测信号放大电路设计 PAGEREF _Toc13703 28 HYPERLIN

7、K l _Toc18338 3.3.1 光耦驱动接口 PAGEREF _Toc18338 30 HYPERLINK l _Toc32414 3.3.2 集成电路运算放大器 PAGEREF _Toc32414 31 HYPERLINK l _Toc16235 3.3.3 精密多功能运算放大器INA105 PAGEREF _Toc16235 31 HYPERLINK l _Toc690 3.3.4 低功耗、双路运算放大器 LM358 PAGEREF _Toc690 34 HYPERLINK l _Toc17157 第 4 章 电源设计 PAGEREF _Toc17157 35 HYPERLINK

8、l _Toc20994 4.1 MCU系统电源 PAGEREF _Toc20994 35 HYPERLINK l _Toc10715 4.2 检测部分电源 PAGEREF _Toc10715 35 HYPERLINK l _Toc30162 5.1 主程序设计 PAGEREF _Toc30162 37 HYPERLINK l _Toc12697 5.2 检查子程序设计 PAGEREF _Toc12697 38 HYPERLINK l _Toc4267 5.3 中断子程序设计 PAGEREF _Toc4267 38 HYPERLINK l _Toc10225 5.4 阅读子程序设计 PAGERE

9、F _Toc10225 39 HYPERLINK l _Toc16800 5.5 程序设计说明 PAGEREF _Toc16800 40 HYPERLINK l _Toc8002 5.6 程序清单 PAGEREF _Toc8002 41 HYPERLINK l _Toc27328 第 6 章 调试 PAGEREF _Toc27328 45 HYPERLINK l _Toc28102 6.1 安装调试 PAGEREF _Toc28102 45 HYPERLINK l _Toc15394 6.2 音频（和继电器）驱动电路特定连接 PAGEREF _Toc15394 45 HYPERLINK l _

10、Toc29433 6.3 程序修改 PAGEREF _Toc29433 46 HYPERLINK l _Toc12322 6.4 程序执行过程 PAGEREF _Toc12322 47 HYPERLINK l _Toc15692 结论 PAGEREF _Toc15692 48 HYPERLINK l _Toc19153 参考文献 PAGEREF _Toc19153 49 HYPERLINK l _Toc14951 至 PAGEREF _Toc14951 51 HYPERLINK l _Toc15785 示意图 PAGEREF _Toc15785 52第一章 简介随着经济的发展，人们对防盗、防盗

11、、防火的安防设备的需求大大增加。对盗窃、抢劫、火灾和燃气泄漏等事故的检测和报警系统的需求也在增加。本设计采用单片机技术设计了一种新颖的红外防盗报警器。本设计中的输入部分主要是各种传感器。不同类型的检测器使用不同的手段来检测各种入侵行为；具有不同功能的传感器还可以检测不同类型的情况。本章主要介绍选题背景、选题介绍、本文主要工作、程序演示。1.1 选题背景单片机现在越来越广泛地应用于智能仪表、工业控制、日常生活等诸多领域。可以说，单片机的应用已经渗透到了人类生活和工作的每一个角落，说明它与我们的工作有关，与生活息息相关，也说明我们每个人都有可能和有机会使用微控制器来改变您周围的仪器、产品、工作和生

12、活环境。红外技术已成为先进科学技术的重要组成部分，已广泛应用于各个领域。因为他是不可见光，所以用作防盗报警监视器，隐蔽性好，昼夜均可使用，抗干扰能力强。这种监控报警装置广泛应用于博物馆、单位重点部门和家庭的保护1 。通常红外发射电路采用脉冲调制方式。红外接收电路首先将接收到的红外光转换为电信号，对调制后的信号进行放大和解调，供无线发射电路使用。无人遮挡红外光时，锁相环输出低电平，报警器处于监控状态；一旦有人闯入，挡住红外光，锁相环失锁，输出高电平，驱动继电器接入无线发射电路，监控室接收到无线报警信号，可分辨报警位置2 。当我们考虑更广泛的区域时：如果社区中的每个家庭都安装了防盗报警器。当家中无

13、人时，可将家中防盗报警系统设置为布防状态。当小偷闯入时，报警系统会自动向社区安全中心发出警报3 。周界报警系统：在小区围墙设置主动红外探测器，防止不法分子从围墙转入小区作案，保障小区居民生命安全4 。一些防盗报警系统还连接到主机。探测器发出的现场信号会根据防区的类型和主机的工作状态（布防、撤防）进行逻辑判断，然后发出警报5,6 。防盗系统的功能主要体现在报警主机的功能上。1.2 课题介绍本设计采用单片机控制防盗报警系统，系统需要对16个以上的监控点进行自动监控。防盗报警系统以单片机为核心组成。主要完成用户的键盘输入、数字（可汉字液晶）显示、故障状态指示，完成报警检测。如果发生报警事故，可向外界

14、发出声光报警信号。系统基本框图如下：图1.1 系统基本框图报警电路显示电路单片机检测电路警语播放电路键盘输入单片机防盗报警系统主要应用于宾馆、仓库、住宅楼等场所，可对监控点进行自动监控。一旦发生盗窃情况，单片机将收到有效信号，发出报警指令，即进行声光报警，并指示盗窃地点，相关人员将提醒采取相关措施。该防盗报警系统结构简单、可靠性高、成本低。如果更换其他传感器，该系统还可用于火警、煤气泄漏等报警。1.3 本文的主要工作在设计之前，首先对该课题进行广泛的市场调研工作，分析、比较、总结，然后进行方案选择论证。在设计方面，分为硬件设计和软件设计。硬件设计主要分为单片机部分和检测部分两部分。软件设计分为

15、主程序设计和中断子程序设计。完成正文部分后，主要的工作就是调试。为了实现设计的预期现象，必须对软件和硬件进行必要的修改。1.4 方案选择演示1.4.1 MCU的选择本设计采用低功耗、高性能的89C51单片机，集成电路设计中心推出的BI/ATu89C51单片机。它是一款低功耗、高性能的 8 位 CMOS 微控制器，包含 4K 字节的快速可擦可编程/可擦只读存储器（EEPROM），时钟频率高达24 MHZ，完全兼容 8031 指令系统和引脚。兼容的。片上 EEPROM 内容使用通用非易失性存储器对程序存储器进行在线 (+5V) 电擦除、点写入或重新编程。此外，BI/ATu89C51还支持软件选择的

16、两种掉电工作模式。非常适合电池供电或其他需要低功耗的应用。由于该芯片的4K程序存储器可在线编程或用编程器重复编程，因此受到应用设计者的欢迎并被广泛使用。1.4.2 监视器的工作原理及其选型有用于点亮显示器的静态和动态方法。所谓静态显示，是指当显示器显示某个字符时，相应的发光二极管不断地开启或关闭。这种显示方式的每一位都需要由一个8位输出端口控制。静态显示时，较小的电流可以获得较高的亮度，文字不闪烁，可直接由8255A的输出口驱动。在单片机串口方式0的应用中，也采用静态显示方式。当显示位数较少时，以静态显示方式为宜。当位数较大时，静态显示需要的I/O口太多，一般采用动态显示方式。所谓动态显示，就

17、是将显示器的每一位依次点亮（扫描）。使用人类视觉暂留功能可以看到整个显示，但扫描速度必须足够快，以免字符闪烁。显示屏的亮度不仅与导通电流有关，还与点亮时间和间隔时间有关。调整电流和时间参数，实现更高的亮度和更稳定的显示。如果显示位数不超过8位，则只需要一个I/O端口（称为扫描端口）来控制显示的公共位置，一个8位端口（称为段数据端口）是控制显示的每个位置所显示的字体所需的。 )，为防止闪烁，显示时间为12ms。1.4.3 液晶显示和数字显示LED是一种离子注入的全固态半导体发光器件。它的电压很低，正好与TTL电路相匹配。发光效率高，寿命最长。是仪表数显的主体。LCD由低电压驱动，功耗极低。可直接

18、与CMOS功耗电路匹配。它是 LSI 的孪生兄弟。此外，其极薄且扁平的结构可立即在极强的环境光下使用。生产的方便性等，都充分展示了其优越的性能。但是液晶显示器最大的缺点之一是工作温度范围窄，尤其是低湿度范围不够用，液晶显示器不宜外加直流电压。一般来说，使用液晶显示信息需要液晶材料或器件，以及相应的驱动系统和控制系统。三者合而为一。在这种设计中，只需要使用几个数字来指示被盗位置，使用液晶显示器会很浪费，而数字显示器则简单且便宜。1.4.4 防盗报警器选择传感器的选择目前市面上用于防盗报警器的传感器大多为红外或微波产品，分为主动式和被动式两种。由于误报等原因，本设计采用无源探头。它的工作原理比较简

19、单：发射器发射一定频率的脉冲红外光束和微波，对方的接收器接收相同频率的红外光束或微波。当中央控制器确定一发一收的频率一致时，表明波束行进方向上没有物体。相反，如果光束行进路径上有异物，光束会被反射和散射，接收器接收到的信号就会丢失，并发出报警信号。本设计的输入部分主要是各种传感器。不同类型的探测器使用不同的手段来探测各种入侵行为，如人体的运动、物体的振动、玻璃的破碎和门窗的开闭等，系统会对获得的入侵行为进行逻辑判断。发出信号并发出警报。常用的传感器包括红外探测器、磁控管（门磁）、振动开关、被动红外探测器（PIR）、双探测探测器、烟雾探测器和温度探测器。这些传感器不仅可以监测门窗、开放式阳台、固

20、定玻璃、保险箱等的异常情况，还可以监测家中的火灾报警。当家中无人时，它还具有检测物体移动的功能，以了解家中是否存在盗窃等异常情况。这些设备以自己的方式有效地工作，将现场数据传送到控制单元并提供警报控制。本设计采用热释电红外传感器检测人体特有的红外线。海盗。第二章单片机系统硬件设计由于该系统主要用于多点集中检测和报警，因此应该能够对监控点进行巡检。为了防止误报，当系统在某个点检测到盗窃时，应再次延迟检测。盗窃只能报警，盗窃地点可以用数字表示。本系统的传感器可选择接触式、断开式等开关量传感器；系统终端部分选用声音报警电路和数显电路；数显由解码驱动器解码驱动。本章主要介绍单片机系统的硬件设计及其相关

21、芯片及各部分接口电路的概述。2.1 硬件系统总体设计硬件结构图如图2.1所示。主机采用89C51单片机，地址锁存器采用74LS373，数显部分采用共阴极数码管，放大器、扬声器及多点检测电路采用8255并行I/O口。由于每台 8255 有 3 个端口，每台有 8 个点，所以每台 8255 可以监控 24 个房间。如果需要，可以增加8255的数量。图 2.1 系统结构及硬件总图具体电路图见附录总图。2.2 AT89C51芯片介绍AT89系列单片机（简称89系列单片机）是ATMEL公司的8位Flash单片机。该系列单片机最吸引人的特点是内置了片上Flash存储器，因此具有非常广泛的用途，特别是在需要

22、特殊信息保存的便携式仪器和系统中18 。89系列单片机由8031内核组成，兼容8051系列单片机。该系列易于更换和构建用于基于 8051 的系统。 89系列单片机的结构与80C51类似，主要包含以下部分：8031CPU；振荡电路；总线控制单元；中断控制部分；芯片闪存；片上 RAM；并行I/O接口；计时器；串行I/O接口；图 2.2 AT89C51 引脚图2.2.1 引脚功能1、I/O口线，AT89C51的引脚图如图2.2所示。(1) P0 端口 - 8 位、开漏双向 I/O 端口。当使用片外存储器和扩展 I/O 口时，P0 口复用为低字节地址/数据线。 P0口也可以作为通用I/O口使用，但需要

23、加一个上拉电阻成为准双向口。当用作普通输入时，应设置输出锁存器。端口 0 可以驱动 8 个 TTL 负载。(2) P1 端口 - 8 位，准双向 I/O 端口，带有部分上拉电阻。P1口是为用户准备的I/O双向口。(3) P2 端口 - 8 位、准双向 I/O 端口，带有部分上拉电阻。当使用片外存储器或外部扩展 I/O 口时，P2 口输出高 8 位地址。 P2 端口也可用作通用 I/O 端口。用作输入时，输出锁存器应设置为 1。P2 端口可驱动 4 个 TTL 负载。(4) P3 端口 - 8 位、准双向 I/O 端口，带有部分上拉电阻。P3 端口也可用作通用 I/O 端口。用作输入时，输出锁存

24、器应设置为 1。端口 3 还提供各种替代功能，如表 2.1 所示。表 2.1 P3 端口替代功能别针替代功能阐明P3.0接收端串行数据接收P3.1TXD串行数据传输P3.2外部中断 0 应用P3.3外部中断 1 应用P3.4T0定时器 0 外部事件计数输入P3.5T1定时器 1 外部事件计数输入P3.6外部 RAM 写选通P3.7外部 RAM 读选通2、控制信号线(1) RST复位输入信号，高电平有效。当振荡器稳定后，将高电平施加到 RST 引脚超过两个机器周期（即 24 个晶振周期）以复位器件。(2)外部程序存储器访问使能信号EA（External Access Enable）。信号接地时，

25、ROM的读操作仅限于外部程序存储器，地址为0000HFFFFH；当信号连接到V CC时，ROM 的读操作从外部程序存储器开始，并可以继续到外部程序存储器。(3)片外程序存储器读选通信号PSEN（Program Stroe Enable），低电平有效。在片外程序存储器寻址期间，有效时，将程序存储器内容致到P0端口（数据总线）；访问外部 RAM 时无效。(4) - 低字节地址锁存信号ALE（地址锁存使能）。系统扩展时，ALE的下降沿将P0口输出的低8位地址锁存到外部地址锁存器中，实现低字节地址和数据的分时传输。另外，ALE 端连续输出频率为晶振频率 1/6 的正脉冲，可作为外部定时脉冲，但需要注意

26、的是，每次外部RAM 被访问。3.电源线(1) V CC - 电源电压输入引脚。(2) GND电源地。4. 外部晶振引线(1) XTAL1芯片振荡器和时钟产生电路的反相放大器的输入端。要使用芯片振荡器，请连接外部石英晶体和微调电容器。(2) XTAL2芯片振荡器的反相放大器的输出。要使用芯片振荡器，请连接外部石英晶体和微调电容器。使用外部振荡器时，XATL1 引脚接收振荡器信号，XATL2 悬空。2.2.2 结构原理AT89C51的基本组成框图如图2.3所示。下面简要介绍各部分的组成和功能：中断控制中断控制CPU片内Flash存储器总线控制片内RAM4个I/O端口定时器1定时器0ETC振荡器串

27、行端口TXD RXDP0 P2 P1 P3计数器输入外部中断扩展中断图 2.3 AT89C51 基本组成框图1.中央处理器单片机的中央处理器（CPU）是单片机的核心，完成计算和控制操作。中央处理器主要包括运算器和控制器。运算符主要用于实现算术、逻辑运算和位运算。它包括算术和逻辑运算单元ALU、累加器ACC、B寄存器、程序状态字PSW和两个临时寄存器。控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机各部件工作的部件。控制器主要包括程序计数器PC（Program Counter）、PC递增器、指令寄存器、指令译码器、时序和控制逻辑电路等，其功能是控制指令的读取、译码和执行，控制时序和逻辑的指令执行过程。2

28、. 记忆单片机的存储器分别是程序存储器和数据存储器。程序存储器主要用于存储指令代码和一些常量和表格。程序开发调试成功后，永久驻留在程序内存中，在关机和断电状态下代码不会丢失。程序存储器在运行过程中是只读的而不是写的，所以也称为ROM（Read Only Memory）。RAM（随机存取存储器）用于在程序运行过程中存储工作变量和数据，因此也称为数据存储器。单片机中集成了一定容量的RAM，提高了单片机的运行速度，降低了功耗。标准AT89单片机的程序存储器采用4KB闪存Flash Memory，编程和擦除完全电实现。标准的 AT89 微控制器包含 128*8 位的 RAM，并使用单字节地址。实际上s

29、lice的字节地址空间为256（00HFFH），其中高128字节地址（80HFFH）被特殊功能寄存器SFR占用，用户只能使用低128-字节单位 (00H7FH) 存储读/写数据。3.外围接口电路CPU与外围设备之间的信息交换必须通过接口电路进行。这主要是为了解决CPU的高速处理能力与外部设备的低速运行之间的速度匹配问题，可以有效提高CPU的工作效率；同时也提高了CPU的外部驱动能力，输出接口电路有锁存器和驱动器。 ，输入接口电路具有三态门控，已成为接口电路的基本特征。4.时钟振荡电路单片机芯片部分有时钟电路，但石英晶体和微调电容都需要外接。 AT89C51的晶振频率高达24MHz。2.2.3

30、AT89C51定时器/计数器相关控制寄存器介绍：定时器/计数器控制寄存器 TCON工作模式控制寄存器 TMODTMOD 用于设置定时器/计数器的工作模式。它不能是位可寻址的。它只能以字节为单位传输指令。字节地址为89H，其位定义如下：定时器/计数器 1定时器/计数器 0位序D7D6D5D4D3D2D1D0位符号门C/TM1M0门C/TM1M0C/T 计数模式/计时模式选择位。C/T=0，选择定时工作模式； C/T=1，选择计数工作模式。M1 和 M0 工作模式选择位。M1M0=00，选择工作模式0； M1M0=01，选择工作模式1；M1M0=10，选择工作模式2； M1M0=11，选择工作模式

31、3。中断使能寄存器 IE中断优先级寄存器 IP2.2.4 MAX708芯片介绍 MAX708是一款带有比较器、手动复位、两组复位电平输出的电源监控芯片。它是一种微处理器电源监控芯片，可以同时输出高电平有效和低电平有效复位信号。复位信号可由 VCC 电压、手动复位输入或单独的比较器触发。可以使用单独的比较器来监控第二电源信号，为处理器提供电压骤降的预警功能。在设备发出复位信号、向操作员发出警报或电源切换之前，考虑使用此功能进行正常关机。一、特点(1) RESET信号/RESET信号输出；(2) 一个独立的比较器，其阈值为1.25V，用于停电或低电警告；(3) 手动复位输入；(4) 需要100uA

32、的电源电流；(5) 复位域值为：2.63V、2.93V、3.08V；2.引脚图MAX708的引脚图如右图所示：图 2.4 MAX708 引脚图2.3 MCU复位设置RST 引脚为复位输入信号，高电平有效。当振荡器稳定后，将高电平施加到 RST 引脚超过两个机器周期（即 24 个晶振周期）以复位器件。接口电路如图 2.5 所示。图2.5 MAX708和89C51的接口电路图图 2.5 中的时钟复位电路现在使用的是 MAX708 芯片，因为 8255 也需要复位，而这个芯片可以同时复位单片机和 8255。因此，MAX708与AT89C51、8255之间的接口电路如图2.6所示。图2.6 MAX70

33、8与89C51、8255A的接口电路图2.4 8255A芯片介绍8255A是INTEL公司生产的可编程输入输出接口芯片。它具有三个 8位并行I/O端口，分别称为PA端口、 PB端口和PC端口，分为高4位端口（ PC7PC4 ）和低4位端口（ PC3PC0 ），它们都可以改变I/O口的工作模式通过软件编程。 8255A可以直接与单片机接口，具体接口电路图如图2.10所示。2.4.1 8255A管脚及结构的引脚如图 2.7a 所示。 8255A的框图如图 2.7b 所示。它由以下部分组成：1. 数据端口A 、 B 、 C8255A具有三个并行端口， PA 、 PB和PC 。两者都可以选择作为输入和

34、输出工作模式，但在功能和结构上有一些区别。(1) PA口：一个8位数据输出锁存器和缓冲器；一个8位数据输入锁存器。(2) PB口：一个8位数据输出锁存器和缓冲器；一个8位数据输入缓冲器。(3) PC口：一个8位输出锁存器；一个 8 位数据输入缓冲器。通常PA口和PB口作为输入输出口，PC可以作为输入输出口，也可以在软件的控制下分成两个4位的端口，作为端口时的状态控制信号。 A 和 B 在频闪模式下运行。2. D0D7：8位三态双向输入/输出通道，是8255A的数据总线和CPU接口。3. RESET：高电平动作。复位时，8255A的PA、PB、PC端口和控制寄存器将被消除，PA、PB和PC端口都

35、设置为输入端口模式。4. /CS：芯片选择，低电平动作。 /CS=0时，选择8255A；当/CS=1时，8255A不能与CPU进行数据传输。5. /RD：读使能，低电平动作。当 /RD=0 和 /CS=0 时，CPU 从 8255A 读取数据。6. /WR：写使能，低电平动作。当 /WR=0 和 /CS=0 时，CPU 将数据写入 8255A。7、A0、A1：地址选择线，用于选择8255A的PA口、PB口、PC口和控制寄存器。如表 2.2 所示。表 2.2 地址选择A0 A1选定的端口名称0 0扩音端口0 1PB端口1 0电脑端口1 1控制寄存器8、8255A的部分结构(1) 8255A的框图

36、包括4部分：（如图2.7b所示）数据总线缓冲器读/写控制逻辑（ R/W控制逻辑）A 、 B组控制单元（A组&B组控制）PA口、 PB口、 PC口（PA0 PA7、PB0 PB7、PC0 PC7）(2) 数据总线缓存器：三态双向8位用于传输数据，是CPU与8255之间的接口。当CPU进行“读”或“写”时，数据码、控制命令码等会被写入。通过此数据总线缓冲区致或接收。(3)读/写控制逻辑：其作用是控制数据和控制字的传输。从 CPU 接收 A0、A1、/RD、/WR、/CS 和 RESET 等控制信号，然后产生各种动作。当 RESET 复位时，控制寄存器清零，PA、PB、PC 端口设置为输入端口，所以

37、 RESET 引脚应与 CPU 的 RESET 连接，以产生一致的复位动作。 /CS、/RD、/WR低电平使能，当/CS=0时，8255A使能，A0、A1为寄存器寻址输入线，与/RD、/WR配合选择3个输入输出寄存器、控制寄存器、并控制信息传输的方向。如表 2.3 所示。(4) A组和B组控制电路：这是根据CPU的命令字控制8255工作模式的两组电路。每组控制电路接受来自读写控制逻辑的各种命令，从数据接受控制字（即指令）并向相应的端口发出适当的命令。A控制端口A和端口C的高4位； B组控制电路控制端口B和C的低4位。2.4.2 8255 的工作原理8255有3种工作模式，分别是Mode 0 、

38、Mode 1 、Mode 2 ，如图2.8所示。1.模式0 （基本输入/输入模式）。这种方式不需要任何选通信号。两个 8 位端口（端口 A 和端口 B）和两个 4 位端口（端口 C）。 A口、 B口、 C口的高4位和低4位可设置为输入或输出。用作输出端口时，输出数据被锁存；当用作输入端口时，输入数据不被锁存。在模式 0 下，每个端口的输入和输出可以有 16 种不同的组合。2.模式1 （频闪输入/输出模式）。这样， A 、 B 、 C 三个端口分为两组：A 组包括端口A和端口C的高4位。端口 A可以编程为输入端口或输出端口。高4位用作输入/输出操作的控制和同步信号； B组包括端口B和端口C的低4

39、位，端口B也被编程设置输入或输出端口，端口C的低4位用作输入/输出操作的控制和同步信号；任何端口都可以用作输入或输出；如果只有一个端口工作在模式 1，剩下的 13 位可以工作在模式0 ；输入数据和输出数据被锁存。一个。针b。功能结构图 2.7 8255A 引脚及框图表2.3 8255A端口选择及功能A0 A1操作0 00 11 00 00 11 01 1xx1 1xx0 1 00 1 00 1 01 0 01 0 01 0 01 0 0XX 10 1 01 1 0端口数据总线B口数据总线C口数据总线数据总线端口A数据总线端口B数据总线C端口数据总线 - 控制寄存器数据总线是三态的非法状态数据总

40、线是三态的3.模式2 （双向总线模式）。这样A口为8位双向总线， C口的PC3PC7作为输入/输出同步控制信号。在这种情况下，端口B和端口C的PC0PC2只能编程为模式0或模式1工作。B CB C APB7PB0控制控制PA7PA0B组A组方式1I/OI/ObB CB C APB7PB0控制控制PA7PA0I/OI/O双向A口控制方式2c图2.8 8255的三种工作模式A 模式 0 b 模式 1 c 模式 22.4.38255控制字8255有两种控制字，即控制A口、 B口和C口工作模式的模式控制字，以及控制C口每一位置位/复位的控制字。两个控制字写入的控制寄存器是一样的，只是用D7位来区分是哪

41、一种控制字。当D7=1 时， C口的控制字置位/复位。两个控制字的格式和定义如下图所示：抗体图 2.9 8255 的控制字格式a 模式选择控制字 b 端口 C 设置/复位控制字2.5 AT89C51和8255的接口电路在89C51单片机上扩展一个8255A芯片，不增加任何逻辑电路，其接口如图2.10所示。图中8255A的PA口地址为7CH，PB口地址为7DH，PC口地址为7EH，控制字寄存器地址为7EH。这里，8951单片机对8255采用线性寻址方式。图 2.10 89C51 和 8255A 的接口电路图2.6 显示部分在数字测量仪器和各种数字系统中，数字量需要直观地显示出来，一方面供人们直观

42、地读取测量和操作的结果；另一方面，用于监控数字系统的工作状态。因此，数字显示是许多数字设备中不可缺少的一部分。在这个设计中，当盗窃发生时，所有者应该知道它发生在哪里。所以数字1、2、3、4用LED直观的显示出来，表示对应的位置非常明显。并且采用7448解码驱动，为软件提供了方便。2.6.1 七段显示解码器数显通常由解码器、驱动器和显示器组成，如图2.11所示。下面分别介绍显示和解码驱动。数字显示器是用来显示数字、字符或符号的设备。现在产品种类繁多，广泛应用于各种数码设备。目前，数字显示器件正朝着小尺寸、低功耗、平面化的方向发展。常用的LED显示屏有七段，这种显示屏有共阴极和共阳极两种。当某个

43、LED 的阳极为高电平时，该 LED 亮起并显示相应的段。计数器计数器译码器驱动器显 示 器脉冲信号KHZ图2.11 数字显示电路组成框图如图2.12b所示，七段数码管使用不同的发光段组合来显示0到15的阿拉伯数字。在实际应用中，不使用1015，而是显示在两位数的显示器上。一个。剖面布置图 B.剖面组合图丙。共阳极 D.共阴极图图2.12 七段数字显示发光段组合图2.6.2 7448解码驱动如上所述，分段数码管通过组合不同的发光段来显示不同的数码管。因此，为了使数码管能够显示所代表的数字，必须通过解码器对数字进行解码，然后驱动器点亮相应的段。比如对于8421码的0011状态，对应的十进制数是3

44、，那么解码驱动应该让a、b、c、d、g各段亮，即对应某组数字，译码器要确定在 的几个输出端都有信号输出，这是分段数码管电路的主要特点。下面介绍常用的7448七段显示解码器。7448七段显示译码器的输出为高电平有效驱动共阴极显示。 7448的功能如表2.4所示。有3个辅助控制端子LT、RBI、BI/RBO，简述如下： = 1 * GB3 关灯输入BI/RBOBI/RBO是一种特殊的控制端子，有时作为输入，有时作为输出。当 BI/RBO 作为输入且 BI=0 时，无论其他输入端是什么电平，每个段的输出 ag 都为 0，所以字体关闭。 = 2 * GB3 测试灯输入LTLT=0时，BI/RBO为输出

45、端，RBO=1。此时，无论其他输入端的状态如何，每一段的所有输出ag都为1，显示字体为。此输入通常用于检查 7448 本身和显示的质量。 = 3 * GB3 动态归零输入打点当LT=1，RBI=0，输入码DCBA=0000时，各段输出ag均为低电平，BCD码对应的字体0熄灭，故称为“零关” .使用LT=1，RBI=0可以实现一个0的“消隐”。此时BI/RBO为输出端，RBO=0。 = 4 * GB3 动态过零输出RBO当 BI/RBO 用作输出时，它由 LT 和 RBI 控制。当 LT=1 且 RBI=0 时，当输入码 DCBA=0000 时，RBO=0；如果 LT=0 或 LT=1 且 RB

46、I=1，则 RBO=1。该端子主要用于显示多位数字时多个解码之间的连接。表2.4 7448功能表十进制或功能进入双/RBO输出字体LT打点DCBAabcdefg01234567891112131415HHHHHHHHHHHHHHHHXXXXXXXXXXXXXXLLLLLLLHLLHLLLHHLHLLLHLHLHHL长高地狱HLLHHLHLHLHHHHLLHHHL呼呼呼HHHHHHHHHHHHHHH哈哈哈哈哈LHHLLLL哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈呜呜呜哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈LLLHHLH咯咯咯咯LHLLLHH啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊LLLLLL消隐脉冲消隐灯测试XH大号X大号XXXXXL

47、LLLXXXX大号大号HLLLLLLLLLLLL哈哈哈哈哈从函数表可以看出，对于输入码0000，解码条件为：LT和RBI同时等于1，而对于其他输入码，则要求LT=1。此时解码器的每一段ag的输出电平由输入的BCD码决定，满足显示字体的要求。2.6.3 MCU与7448解码驱动和LED的连接现在直接用7448解码来驱动LED显示数字，直观清晰，在软件上有优势。 7448的输入接单片机通用I/O口，电阻起限压作用。单片机与 7448 解码驱动器和 LED 之间的接口电路如下图所示。图 2.13 单片机与 7448 解码驱动器与 LED 连接图2.6.4 外部地址锁存器单片机中的 16 位地址分为高

48、 8 位（A15A8）和低 8 位（A70）。高 8 位由 P2 端口输出，低 8 位由 P0 输出。 P0口也是数据输入/输出接口，所以传输时采用分时的方式，先输出低8位地址，再传输数据。但是，当外部存储器被读/写时，地址必须保持不变，这就需要一个合适的寄存器来存储低8位地址。这个外部寄存器称为地址锁存器。当执行外部存储器扩展时，任何带有输入/输出控制的 8 位寄存器都可以用作地址锁存器8 。目前常用的地址锁存芯片有：74LS273、74LS373、8282等，引脚图见2.14 。引脚说明：STB：数据输入锁存选通信号，高电平有效。当信号为高电平时，外部数据被选通到外部锁存器，为负时数据被锁

49、存。/OE：数据输出使能信号，低电平有效。当信号为低电平时，锁存器中的数据被输出到数据输出线。当该信号为高电平时，输出线为高阻抗。D0D7：8 位数据输入线。Q0Q7：8位数据输出线。(a) 74LS273 (b) 74LS373 (c) 8282图 2.14 地址锁存器引脚图89C51单片机的P0口与地址锁存器的连接方法如图2.15所示。图2.15中的图b是74LS373的引脚图，/OE是使能控制端，G是锁存控制信号。 74HC373具有三种工作状态： (1)/OE为低电平，G为高电平时，输出状态与输入状态相同，即输出跟随输入。(2)/OE为低电平，G由高电平变为低电平时，输入端的数据被锁定

50、到部分寄存器中，部分寄存器的容量与输出端的容量相同。当G保持低电平时，即使输入数据发生变化，输出状态也不会受到影响，从而实现了锁存功能。(3)/OE为高电平时，锁存缓冲器三态门关闭，即三态门输出为高配置，输入端D0D7与输出端Q0Q7隔离，所以输出不能输出。(a) 使用 74LS273 (b) 使用 74LS373 (c) 使用 8282图2.15 89C51单片机P0口与地址锁存器的连接方法第三章检测信号放大电路设计红外技术已成为先进科学技术的重要组成部分，已广泛应用于各个领域。因为他是不可见光，所以用作防盗报警监视器，隐蔽性好，昼夜均可使用，抗干扰能力强。本设计的输入部分主要是各种传感器。

51、不同类型的检测器使用不同的手段来检测各种入侵行为；如果更换其他传感器，该系统还可用于火警、煤气泄漏等报警。本章主要介绍几种不同的使用红外探测报警的电路，并由此得到探测信号放大电路。3.1 热释电红外传感器典型电路热释电红外传感器由于其独特而卓越的功能，被广泛应用于国防和民用领域的遥控、遥测、防盗、预警、纵火和自动化设施等领域。原理及典型应用电路如图3.1所示。热释电红外传感器主要由具有高热系数的锆钛酸铅陶瓷和滤光镜窗口组成，如钽酸锂和甘油三酯钛。它可以以非接触方式检测物体发出的红外能量变化。并将其转换为电信号输出12 。金属和塑料封装的热释电红外传感器配备有用于阻抗转换的场效应晶体管。输出阻抗

52、一般为1047k。顶部或侧面装有滤光镜，用于选择接收不同波长的热释电红外线。人体辐射的红外线的中心波长为910m，该检测元件的波长灵敏度为0.220m，周长几乎恒定。波长超过7-10m的红外线通过，小于7m的红外线被吸收，从而获得仅对人体敏感的热红外红外线。如果使用菲涅耳透镜配合放大电路，将检测到的红外信号放大60-70dB，就可以检测到人在10-20m距离的运动。热释电红外传感器的文字符号为AT。图 3.3 是热释电红外传感器的典型应用电路。 AT为双元件热释电红外传感器，电路如图3.1所示，其接收波长为6.514m，适用于防盗报警系统，输出阻抗为10k； AT是单晶热释电红外传感器，接收波

53、长为120m，适用于温度遥测，但也可用于防盗和自动控制系统。其电路如图 3.2 所示。在这个电路中，当AT接收到人体信号时，它会输出一个微弱的低频信号，频率约为0.33Hz。晶体管VT 1和运算放大器A 1组成的两级放大器将信号放大到70-75dB。由A 2 等构成的电压比较器设定基准电压。当没有目标进入时，最后阶段没有输出；一旦目标进入检测范围，AT 就会输出信号。经放大后，当电压高于比较器设定电压时，A 2输出高电位，VT 2导通，继电器K吸合，其触点接通报警电路或控制电路，实现热释电红外探测的目的。3.1 双晶热释红外传感器 3.2 单晶热释红外传感器3.3 热释电红外传感器典型电路3.

54、2 红外光电二极管警示灯电路在图 3.4 中，VDP 是红外光电二极管，在电路中反向连接。当置于红外光强度较弱的环境中时，VDP部分只有极少的载流子流过，呈现高阻值；当它接收到一定强度的红外光时，其PN结的载流子因红外光的激发而增加，VDP的反向电流增大，呈现出较低的电阻值。图 3.4 红外光电二极管电路图 3.4 主要由运算放大器 IC 1和四个与非门（D 1a D 1d ）组成。 VDP无灯时，调节RP使 = 6 * GB3 IC 1的脚为1.5V左右， = 4 * GB3 D 1b的脚输出高电平。这里D 1a和D 1d组成单稳态触发电路，D 1d 的第11 脚输出高电平， D 1C 的第

55、10 脚输出电平，发光二极管VL 不亮。我们在走廊的一侧安装了设备，在对面安装了白炽灯（灯光中的红外光），VL没有亮。当不速之客闯入光源与光电二极管之间的警戒区时，VDP接收到的光强瞬间减小，等效电阻值增大，在M点产生脉冲信号，耦合到输入端IC 1 通过C 1 ， IC 1的第6 脚变为高电平， D 1b 的第10 脚输出高电平，VL 亮起，并向主人报警。3.2.1 光电二极管控制电路光电二极管是常用的光敏元件之一。与普通半导体二极管相比，相似之处在于管芯为PN结，具有单向导电性；不同的是，在外观上，光电二极管管壳上有一个“窗口”，光线可以通过它进入。当光线通过“窗口”照射到光电二极管上时，P

56、N结的反向漏电流增大，此时的漏电流称为光电流；无光时，PN结的反向漏电流很小。泄漏电流称为暗电流。我们利用光电二极管的这一特性发展了许多经典的光电二极管控制电路12 。光电二极管的典型应用电路如图 3.5 所示。从图中可以看出，光电二极管工作时必须施加反向电压。这里，R L是光电二极管的负载电阻，U 0是输出电压。图 3.5 光电二极管典型应用电路通过以上两个例子和数据，我们可以比较设计如下的红外检测信号放大电路。3.3 红外检测信号放大电路设计红外线检测信号放大电路设计红外线检测器可以检测人体发出的红外线。当人员进入报警器的监控区域时，可发出报警声。适用于家庭、办公室、仓库、实验室等重要场合

57、的防盗报警。设计电路原理如图 3.6 所示。它由红外传感器、晶体管、运算放大器、电压比较器、V/I转换器等组成。图 3.6弱信号放大电路(1)检测部分：该传感器使用带有菲涅耳透镜的热释电红外传感器。U2-热释电红外传感器U3-低功耗双运放电路LM358U4电压比较器LM393U5 - 低漂移高增益运算放大器 OP27U6-V/I转换芯片INA105当红外检测传感器IC1检测到前方人体辐射的红外信号时，从U2的脚输出一个微弱的电信号，经三极管VT1构成的一级放大电路放大后输入通过 C2 到运算放大器 U3 以获得高增益。 ，低噪声放大，此时U3的7脚输出的信号足够强。 U3用作电压比较器，其5脚

58、由R9和VD2提供参考电压。当U3的1脚输出的信号电压到达U3的5脚时，比较两个输入端的电压。此时U4的1脚由原来的高电平变为低电平。此时LM393的1脚输出方波信号，输入到V/I转换器INA105，输出420mA电流信号，用于远距离传输。U2采用进口器件Q74，波长9-10um。 U3采用运放LM358，增益高，功耗低。 U4是低功耗、低失调电压的双电压比较器LM393。其中C2和C5必须使用漏极小的钽电容，否则会影响调试。 RP1是调节灵敏度的关键元件，应选用线性高精度密封型。在生产过程中，在U2传感器的末端前面安装了一个菲涅尔透镜，因为人类活动的频率在0.1-10Hz的范围内，需要使用菲

59、涅尔透镜来倍增人类活动的频率。(2) 单片机系统部分检测信号进入单片机的接口图如图 3.7 所示。红外检测放大电路与单片机的具体连接见附录总图。8255的每个输入和输出端口都会连接一个检测信号信号，即每个输入都有一个检测电路，它传输一个420mA的电流信号，连接一个250欧姆的电阻进行转换。一个1V5V的电压信号，在这个电路中只有1V和5V是可能的，然后通过一个电压比较器LM393，当LM393的2脚（U7）为5V时，输出为高电平，光电耦合器导通时on，8255的输入口为低电平（其余时间为高电平），表示检测到有人。图 3.7 检测信号与单片机接口以下是各部分的详细介绍3.3.1 光耦驱动接口晶

60、体管输出光电耦合器的光感受器是光电晶体管。光电晶体管与普通晶体管相同，只是它们不使用基极。代替基极电流，光被用作晶体管的输入。当电耦合器的发光二极管发光时，光电晶体管受到光的影响，电流在cb和ce之间流动。这两个电流基本上是受光的照度控制的。 ce极间的电流常作为输出电流，输出电流受Vce的电压影响较小，当Vce增大时略有增大。光电晶体管的集电极电流Ic与发光二极管的电流IF之比称为光耦和电流传输比CTR。不同结构的光耦的电流传输比差异很大16 。晶体管输出光耦可用作开关，发光二极管和光电晶体管通常处于关闭状态。当电流脉冲通过发光二极管时，发光二极管在电流持续时间内打开。光耦合器也可以作为线性