基于单片机的热释红外报警系统--毕业论文

毕 业 设 计 论 文题 目： 基于单片机的热释红外报警系统 学 院： 电气与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 学 号： 指导老师： 完成时间： 8河南城建学院本科毕业设计（论文）摘要摘要随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，入室抢劫案件时有发生，尤其是在现代化技术高度发展的今天，犯罪更趋智能化，手段更隐蔽，因此人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的热释红外防盗系统。此次设计通过查阅资料、文献检索、资料整理，最终采用Altium Designer软件进行电路原理图设计，Keil进行软件编程，采用Proteus软件进行仿真。设计的系统采用了热释电红外传感器，主要包括硬件和软件设计两个部分。硬件主要包括单片机系统，热释电红外传感器探头、放大比较电路、鸣叫报警电路等部分。处理器采用51系列单片机AT89S52。整个系统是在系统软件控制下工作的。软件部分主要包括热释电传感器输出信号的采样模块、数据分析算法模块、信息识别模块。关键词：单片机，红外传感器，报警电路河南城建学院本科毕业设计（论文）AbstractAbstractWith the continuous development of social progress and science and technology, economy, peoples living standard has been greatly improved, robbery cases have occurred, especially in the highly developed modern technology today, the crime is more intelligent, more subtle, so people put forward higher request to the safety of the environment the. This design is to meet the need of Hyundai Residence security and the design of the pyroelectric infrared alarm system.This design through access to information, document retrieval, data processing, finally using Altium Designer software of the circuit principle diagram design, Keil software programming, using Proteus simulation software.Design of the system using pyroelectric infrared sensor, mainly includes two parts of hardware and software design. The hardware mainly includes the single chip system, pyroelectric infrared sensor, an amplifying comparison circuit, buzzer alarm circuit and other parts. The processor uses 51 series single chip AT89S52. The whole system is under the control of the system software work. The software includes sampling module, data analysis module, information recognition module pyroelectric sensor output signal.Keywords: single chip, infrared sensor, an alarm circuit河南城建学院本科毕业设计（论文）目录目录摘要IAbstractII1 绪论11.1前言11.1.1防盗报警系统的构成11.1.2防盗报警器的分类21.1.3防盗报警系统在国内外的发展21.1.4防盗报警器的发展前景与趋势41.2设计任务与要求41.2.1设计任务41.2.2设计要求52 热释电红外传感器概述62.1 热释电红外线传感器简介62.2 PIR的原理特性62.3PIR结构特性及安装73 AT89S52单片机概述93.1AT89S52单片机的结构93.1.1管脚说明113.1.2主要特性133.1.3振荡器特性及存储器结构143.2 AT89S52单片机的工作周期143.3 AT89S52单片机的工作过程和工作方式153.4 AT89S52的指令系统184方案设计194.1系统概述194.2总体设计194.3系统硬件选择204.4具体电路模块设计204.4.1放大电路的设计204.4.2时钟电路的设计214.4.3复位电路的设计214.4.4发光二极管报警电路的设计224.4.5声音报警电路的设计225软件编程及仿真235.1 软件简介235.1.1Proteus软件简介及使用235.1.2 Keil软件简介255.2软件程序的实现26结论29参考文献30致谢31附录A 基于单片机的热释电红外报警系统原理图32附录B 基于单片机的热释电红外报警系统PCB图33附录C 热释电红外报警系统仿真图34附录D 设计编程程序35河南城建学院本科毕业设计（论文）1 绪论1 绪论1.1前言随着社会经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，人们对其住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。相反地，经济的快速增长也带来了相当大的负面社会效应，城乡、区域收入差距进一步拉大，流动人口也开始迅速增加，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出了增长趋势，人们越来越渴望有一个安全生活的空间，但是犯罪分子的作案手段越来越高明，他们甚至采用一些高科技的作案手段，使得以往那种依靠安装防盗门窗、或靠人防的防范方式越来越不能满足人们日常防范的要求。这时，传统的家庭住宅显然己经远远不能满足人们的需求。人们迫切需要一种智能型的家庭防盗报警系统，能可靠的进行日常安全防范工作，及时发现各种险情并通知户主，以便将险情消灭在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产不受损失。于是有关家庭、办公室和仓库等处的安全防范和自动报警系统的开发研制日益被科研单位和生产厂家所重视，现在市场上也出现了各种名目繁多的报警装置，但多由于可靠性较差、功能单一或造价高而难于普及。而随着电子通讯技术的飞速发展，单片微机以其具有体积小、价格低、集成度高、性价比高等突出优点已在工业控制、智能仪表、数控机床、数据采集以及各种家用电器等方面得到了广泛应用。因此利用单片机和一些简单的外围器件来开发一种适合于家庭的低价位、运行可靠的智能型安全防范报警系统安全防范系统，对室内出现入室盗窃等自动发出报警信息并通知户主进行及时处理已经势在必行。红外线作为一种不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。红外报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。其中包括被动式热释电型红外报警器,也即是本文将研究的产品。还有红外监控无线报警器,超声波防盗报警器,红外线防盗报警器，高灵敏红外报警器，触摸式延时防盗报警器, 触摸式防盗报警器,红外报警器, 红外线声光报警器等。1.1.1防盗报警系统的构成防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统。防盗报警系统由探测器、传感器、控制器、报警器、显示器几部分构成，如图1.1所示。控制器实现对热释电红外探测器和振动位移传感器的循环扫描，并控制报警信号处理电路作出相应状态处理，如果有报警信号的话，延时12秒对该端口进行一次扫描确保真的有险情时立即发出报警信号，控制报警电路报警，同时通过数码显示单元显示具体的事发位置。控制器报警器显示器探测器传感器图1.1 防盗报警系统构成图1.1.2防盗报警器的分类（1）报警探测器按工作原理主要可分为红外报警探测器、微波报警探测器、被动式红外/微波报警探测器、玻璃破碎报警探测器、振动报警探测器、超声波报警探测器、激光报警探测器、磁控开关报警探测器、开关报警探测器、视频运动检测报警器、声音探测器等许多种类。（2）报警探测器按工作方式可分为主动式报警探测器和被动式报警探测器。（3）报警探测器按探测范围的不同又可分为点控报警探测器、线控报警探测器、面控报警探测器和空间防范报警探测器。（4）防盗探测器是否采用电源分类可分为无源和有源两种。（5）从防盗探测器与报警主机（后端处理器）的连接方式可分有线与无线。除了以上区分以外，还有其他方式的划分。在实际应用中，根据使用情况不同，合理选择不同防范类型的报警探测器，才能满足不同的安全防范要求。报警探测器作为传感探测装置，用来探测入侵者的入侵行为及各种异常情况。在各种各样的智能建筑和普通建筑物中需要安全防范的场所很多。这些场所根据实际情况也有各种各样的安全防范目的和要求。因此，就需要各种各样的报警探测器，以满足不同的安全防范要求。1.1.3防盗报警系统在国内外的发展从上世纪初，报警系统就已经在北美稍具雏形。在北美，报警呼救箱放置在街头巷尾，在呼救时发出声响提示，以寻求附近警察的帮助；同时，这种呼救箱直接连接到附近的警局，使得稍远一些的警察也能够收到呼救信息。随后，由于通信技术的发展，提供远程通信服务的电报公司加入到这个行业中，从而使得报警信息可以通达到更远的地方；不过，这种电报方式毕竟难以普及，所以稍后出现的电话理所当然地成为报警通讯的主要手段。而此后自动拨号系统的出现以及电话普及到千家万户，更使得通过电话线报警的方式得到了前所未有的发展。从以上过程来看，报警行业的发展是以工业技术发展为基础的，只有具备良好的通信手段，才能够把各地的报警信息汇聚到相应的权威部门，然后由权威部门负责分配有限的警力来帮助到所有的社会个体。国外智能监控防盗技术发展已处于一个较高水平阶段，从具有代表性的北美发展过程，可以清楚的看出世界智能监控防盗技术的发展概况。其具有以下特点，值得我们借鉴。目前，对北美的安防产业来说，最成功的经营模式就是联网报警服务模式，联网报警将整个北美的安防产业从横向到纵向进行整合串并，形成了一个集中许多高科技手段和产业化管理水准的一体化综合性产业。比如世界排名第一，北美最大的安防跨国公司一美国棋诺亚公司，它在世纪年代开始搞简单的防盗报警，其当时的业务范围和技术水平跟中国现在很多安防企业是相当的。到70年代，它对其产业的整体发展方向做了很大的调整，变为联网报警服务商，建立了首家网管中心，尤其是在年代引用了大量的网管技术、系统集成技术和电子技术，现己成为十分先进的联网报警服务平台，它在美国、加拿大、英国、香港、台湾等多个国家和地区都有分公司，北美的客户数己超过600万，2003年防盗报警收入总产值达105亿美元。1979年公安部在石家庄市召开了“全国刑事技术预防专业工作会议”，会议提出要大力开展安全技术防范工作，技防作为公安业务的组成部分就这样正式提出来。其实我国的技防工作早在60年代就开始了，那时候由于形势所迫，博物馆，银行都自发采用各式各样的防范手段，这是我国技术防范工作的初级阶段。当时主要采用的手段是声控报警。罪犯撬玻璃的声音，砸展柜的声音传到了值班室。值班人员判断出罪犯在行窃，及时报告了领导和 有关部门，组织保卫人员和警力将罪犯包围后将其擒获。82年公安部和公安部第一研究所，根据当时的防盗报警技术的发展为故宫很多展厅安装了主动红外、被动红外、微波、超声波、声控等防盗探测器，形成了多种探测手段的防盗报警系统，防盗报警技术提高到一个新水平。84年以后安防事业在中国进入了普及与提高阶段，而且发展迅速。相继各个博物馆、银行、商场、超市、居民小区都陆续建立了安全防范系统。进入90年代，人们注意到周界防范的重要性，要利用周边的围墙，铁栅栏等屏障建立周界防范，如果没有条件形成大周界也要建立建筑物的墙体、窗户、门外和建筑物之外。在防护区和禁区内采用3种以上不同探测原理的探测器构筑多道防线，与此同时防遮挡功能的探测器也问世了，促进了入侵探测器技术的发展。目前，全国的安全技术基本上和国际接上了轨。在现代计算机技术、自动控制技术和现代通信技术的支持下，安防系统也是一个很完善的计算机控制系统，防盗报警系统，电视监控系统，声音系统，门禁系统和巡更系统统一由一台计算机进行管理，标志我国的安防事业进入一个新阶段。1.1.4防盗报警器的发展前景与趋势随着社会的发展，农村城镇化和人员流动性增大，社会治安状况更趋复杂，因此作为社会的基本单元“安全防范问题就显得尤为重要”。传统的机械式（防盗网、防盗窗）家居防卫在实际使用中暴露出一些明显的问题，如：影响楼房美观，市容整洁；影响火灾救援通道；给犯罪分子提供了便利的翻越条件；时间久了会有高空坠物的危险等。所以作为新一代的智能安全防盗报警器系统就应运而生，并日益受到广泛的重视和运用。另外，为了进一步规范住宅小区智能化建设，建设部特别制定了智能小区的等级标准，按照其要求智能小区中必须具有安全防范、信息管理、物业管理和信息网络等系统。因此，小区安全防范系统建设已逐渐纳入许多小区建设的必备项目中。数字化、无线化、集成化是防盗报警系统进一步发展的要求，所以我们不难发现防盗报警的技术发展趋势： （1）更稳定可靠：如探测器可抗RFI/EMI（电磁干扰/射频干扰）、防雷电等，以适应恶劣气候；（2）更多样的功能：如探测器可调频、防遮挡、防喷盖、防破坏等；（3）更精美、小巧的外观：以符合品味日益提高的室内装潢需求；（4）更智能化的设计：方便地设/撤防，人性化的操作界面； （5）更强大的联网功能；（6）更方便的扩展性。1.2设计任务与要求1.2.1设计任务1.该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等模块子函数。2.本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。3.系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来,当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL电平至AT89S52单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声。4.红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。1.2.2设计要求现在社会治安问题严峻，各种入室抢窃、偷盗事件时有发生,治安问题更加突出。为了防护自己，越来越多的家庭采用智能防盗报警产品。防盗报警系统是利用探测器装置对建筑物内外重要地点和区域进行布防、探测。当探测器探测到非法入侵，报警器工作状态变为报警状态，产生报警声。本论文的目的就是设计出一种符合上述要求的防盗报警系统。本文所研制的报警器的功能要求如下:（1）可实现非法入侵报警；（2）采用热释电红外传感器，增加报警可靠性；（3）蜂鸣器报警，并能通过一定延时自动取消报警，而且能手动取消报警。河南城建学院本科毕业设计（论文）2 热释电红外传感器概述2 热释电红外传感器概述2.1 热释电红外线传感器简介热释电红外线(PIR)传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。如图2.1示为热释电红外传感器的内部电路框图。图2.1 热释电红外传感器的内部电路框图2.2 PIR的原理特性热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10-20米范围内人的行动。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。人体辐射的红外线中心波长为9-10um，而探测元件的波长灵敏度在0.2-20um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7-10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而输出电压信号。在该探测技术中，所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的。被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化，并能使监控报警器产生报警信号，从而完成报警功能。 2.3PIR结构特性及安装图2.2 双探测元件热释电红外传感器图2.2是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时D端接电源正极，G端接电源负极，S端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0.2-20m。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时，电路中的传感器将输出电压信号，然后使该信号通过一个由C1、C2、R1、R2组成的带通滤波器，该滤波器的上限截止频率为16Hz，下限截止频率为0.16Hz。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱（通常仅有mV左右），而且是一个变化的信号，同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式（脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定，通常为0.1-10Hz左右），所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大。本设计运用集成运算放大器来进行两级放大，以使其获得足够的增益。本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。在这种传感器内部，两个灵敏元件反相连接，当人体静止时两元件极化程度相同，互相抵消。但人体移动时，两元件极化程度不同，净输出电压不为0，从而达到了探测移动人体的目的。图2.3 被动红外探测被动红外探测器光学系统包括菲涅尔透镜、抛物面反射镜、遮挡片三种类型。 菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在PIR上；第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区。 菲涅尔透镜是凸透镜，将物体的红外影像投射在热电元件表面。 热释电红外传感器其热释电器件及前置放大电路封装在圆型金属帽内，金属帽顶部方型开孔镶嵌有抗冷白光的硅红外滤光片，底部有金属引脚，分别为电源引脚，地线引脚，热电信号输出脚。河南城建学院本科毕业设计（论文）3 AT89S52单片机概述3 AT89S52单片机概述3.1AT89S52单片机的结构AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。图3.1为AT89S52单片机的基本组成功能方块图。有图可见，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。下面介绍几个主要部分。时钟电路程序存储器8 KB ROM数据存储器256 B RAM/SFR3 16位定时器/计数器 AT89S52 CPU 64 KB总线 扩展控制器并行 I/O串行口中断控制系统外 时 钟 源外部事件计数外中断控制P3P2P1P0RXDTXD 图3.1 AT89S52 功能方块图1. 中央处理器（CPU）中央处理器是单片机最核心的部分，是单片机的大脑和心脏，具有运算和控制功能。AT89S52的CPU是一个字长为8位的中央处理单元，即它对数据的处理是按字节为单位进行的。2.数据存储器（内部RAM） 芯片中共有256B的RAM单元，但其中后128个单元（80H-0FFH）被专用寄存器占用，能作为寄存器提供用户使用的只是前128个单元（00-7FH），用于存放可读写的数据。因此常说的内部数据存储器是指前128个单元，简称内部RAM。3.程序存储器（内部ROM）芯片内部有8KB的掩膜ROM，可用于存放程序、原始数据和表格等，因此称为程序存储器，简称内部ROM。4. 定时器/计数器出于控制应用的需要，芯片内部共有两个16位的定时器/计数器以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制。5. 并行I/O 口AT89S52共有4 个8 位的I/O口（P0、P1、P2、P3口），可以实现数据的并行输入/输出。6. 串行口AT89S52有1 个全双工的可编程串行口，以实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可以作为全双工异步通信收发器使用，也可以作为同步移位寄存器使用。7.中断控制系统AT89S52的中断系统功能较强，可以满足一般控制应用的需要。它共有5 个中断源：2 个外部中断源/INTO和/INT1 ；3 个内部中断源，即2个定时/计数中断，1个串行口中断。8. 时钟电路AT89S52单片机芯片内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需要外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，系统允许的最高晶振频率为12MHz。9. 内部总线上述部件只有通过内部总线将其连接起来才能构成一个完整的单片机系统。总线在图中以带箭头的空心线表示。系统的地址信号、数据信号和控制信号分别通过系统的三大总线地址总线、数据总线和控制总线进行传送，总线结构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。由上所述，AT89S52虽然是一块芯片，但它包括了构成计算机的基本部件，因此可以说它是一台简单的计算机。3.1.1管脚说明图3.2 AT89S52引脚图VCC ：电源GND: 接地P0口： P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。表3.1 P1口第二功能定义引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）P2口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3 口是一个有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表3.2 P3口第二功能定义引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2 (外部中断0)P3.3 (外部中断1)P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1定时器1外部输入）P3.6 (外部数据存储器写选通)P3.7 (外部数据存储器写选通)RST：复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚()也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。：外部程序存储器选通信号()是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，将不被激活。/VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。为了执行内部程序指令，应该接VCC。在flash编程期间，也接收12伏VPP电压。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.1.2主要特性 与MCS-51单片机产品兼容 8K字节在系统可编程Flash存储器 1000次擦写周期 全静态操作：0Hz33Hz 三级加密程序存储器 32个可编程I/O口线 三个16位定时器/计数器 八个中断源 全双工UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符3.1.3振荡器特性及存储器结构（1）振荡器特性AT89S52 单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1 和XTAL2 分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器。从外部时钟源驱动器件的话，XTAL2 可以不接，而从XTAL1 接入。由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的，所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求，最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的。（2） 存储器结构MCS-51器件有单独的程序存储器和数据存储器。外部程序存储器和数据存储器都可以64K寻址。程序存储器: 如果引脚接地，程序读取只从外部存储器开始。对于89S52，如果 接VCC，程序读写先从内部存储器（地址为0000H1FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地址为：2000HFFFFH。数据存储器: AT89S52 有256 字节片内数据存储器。高128 字节与特殊功能寄存器重叠。也就是说高128字节与特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分开的。当一条指令访问高于7FH 的地址时，寻址方式决定CPU 访问高128 字节RAM 还是特殊功能寄存器空间。直接寻址方式访问特殊功能寄存器（SFR）。例如，下面的直接寻址指令访问0A0H（P2口）存储单元MOV 0A0H , #data使用间接寻址方式访问高128 字节RAM。例如，下面的间接寻址方式中，R0 内容为0A0H，访问的是地址0A0H的寄存器，而不是P2口（它的地址也是0A0H）。MOV R0 , #data堆栈操作也是简介寻址方式。因此，高128字节数据RAM也可用于堆栈空间。3.2 AT89S52单片机的工作周期单片机有了硬件和软件就可以在控制器发出的控制信号作用下有条不紊地工作，控制信号必须定时发出，为了定时计算机内部必须有一个准确的定时脉冲。这种定时脉冲是由晶体振荡器产生的，并组成下面几种工作周期，如图3.3所示。图 3.3 振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期振荡周期：是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。 即由单片机的晶体振荡器产生的时钟脉冲的周期。状态周期：每个状态周期为振荡周期的 2 倍, 是振荡周期经二分频后得到的。 在一个状态周期中有两个时钟脉冲，通常称它为P1、P2。机器周期：一个机器周期包含 6 个状态周期S1S6, 也就是 12 个振荡周期。 在一个机器周期内, CPU可以完成一个独立的操作。 指令周期：它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。控制部件是单片机的神经中枢，以主振频率为基准（主振周期即为振荡周期），控制器控制CPU的时序，对指令进行译码，然后发出各种控制信号，它将各个硬件环节组织在一起。一般情况下，算术逻辑操作发生在时相P1期间，而内部寄存器之间的传送发生在时相P2期间，这些内部时钟信号无法从外部观察，故用XTAL2引脚振荡信号作参考。3.3 AT89S52单片机的工作过程和工作方式单片机工作过程遵循现代计算机的工作原理（冯诺依曼原理），即程序存储和程序控制。存储程序是指人们必须事先把计算机的执行步骤序列（即程序）及运行中所需的数据, 通过一定的方式输入并存储在计算机的存储器中。程序控制是指计算机能自动地逐一取出程序中的指令，加以分析并执行规定的操作。 单片机的工作方式有：复位、程序执行、掉电保护和低功耗、编程、校验与加密等方式。1复位方式通过某种方式, 使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。复位方式是单片机的初始化操作。单片机除了正常的初始化外，当程序运行出错或由于操作错误而使系统处于死循环时，也需要按复位键重启机器。MCS51单片机复位后, 程序计数器PC和特殊功能寄存器复位的状态如图3-7所示。 复位不影响片内RAM存放的内容, 而ALE在复位期间将输出高电平。由图3-7 可以看出，复位后：(1)（PC）=0000H 表示复位后程序的入口地址为0000H，即单片机复位后从0000H单元开始执行程序；(2)（PSW）=00H， 其中RS1(PSW.4)=0，RS0(PSW.3)=0，表示复位后单片机选择工作寄存器0组；(3)（SP）=07H 表示复位后堆栈在片内RAM的08H单元处建立；(4) P0口P3口锁存器为全1状态，说明复位后这些并行接口可以直接作输入口，无须向端口写1。 单片机在时钟电路工作以后, 在RST/VPD端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位以及“看门狗”复位三种类型。前两种见 图3-8所示。 “看门狗”电路则是一种集成有单片机的电源监测、按键复位以及对程序运行进行监控，防止程序“跑飞”而出现死机而设计的电路。2程序执行方式程序执行方式是单片机的基本工作方式。由于复位后PC=0000H，因此程序执行总是从地址0000H开始，为此就得在0000H处开始的存储单元安放一条无条件转移指令，以便跳转到实际程序的入口去执行。3待机方式待机方式也称空闲方式，是一种节电工作方式。在待机工作方式中，振荡器保持工作，时钟脉冲继续输出到中断、串行口、定时器等功能部件，使它们继续工作，但时钟脉冲不再送到CPU，因而CPU停止工作。4掉电方式掉电方式，也被称为停机方式。在掉电方式中，振荡器工作停止，单片机内部所有功能部件停止工作。它同样是一种为降低功耗而设计的节电工作方式。待机方式和掉电方式都是为了进一步降低功耗而设计的节电工作方式，它们特别适合于电源功耗要求很低的应用场合。这类系统往往是直流供电或停电时依靠备用电源供电，以维持系统的持续工作。CHMOS型单片机的节电方式是由特殊功能寄存器PCON控制，其具体使用可参考相关书籍和手册。5. 编程和校验方式对于内部集成有EPROM可以进入编程或校验方式。（1）内部EPROM编程编程时，时钟频率应定在3-6MHz的范围内，其余各有关引脚的接法和用法如下：P1口和P2口的P2.0P2.3为EPROM的4k地址输入，P1为8位地址；P2.4P2.6以及PSEN应为低电平；P0口为编程数据输入；P2.7和RST应为高电平；RST的高电平可为2.5V，其余的都以TTL的高低电平为准；EA/VPP端加+21V的编程脉冲，此电压要求稳定，不能大于21.5V，否则会损坏EPROM在出现正脉冲期间，ALE/PROG端加上50ms的负脉，完成一次写入。（2）EPROM程序校验在程序的保险位未设置前，无论在写入的当时或写入以后，均可将片上程序存贮器的内容读出进行检验，在读出时，除P2.7脚保持为TTL低电平之外，其他引脚与写入EPROM的连接方式相同。要读出的程序存贮器单元地址由P1口和P2口的P2.0P2.3送入，P2口的其他引脚及保持低电平，ALE、EA和RST接高电平，检验的单元内容由P0口送出。在检验操作时，需在P0的各位外部加上电阻10k。（3）程序存贮器的保险位AT89S52内部有一个保险位，亦称保密位，一旦将该位写入便建立了保险，就可禁止任何外部方法对片内程序存贮器进行读写。将保险位写入以建立保险位的过程与正常写入的过程相似，仅只P2.6脚要加TTL高电平而不是像正常写入时加低电平，而P0、P1和P2的P2.0P2.3的状态随意，加上编程脉冲后就可使保险位写入。保险位一旦写入，内部程序存贮器便不能再被写入和读出校验，而且也不能执行外部存贮器的程序。只有将EPROM全部擦除时，保险位才能被一起擦除，也才可以再次写入。通过以上对单片机硬件系统的简单介绍，应该已经掌握了单片机的内部结构及工作的原理和过程，但是单片机要实现它的强大控制功能特性，只有硬件是不能工作的，还必须依靠它的指令才能发挥单片机的强大作用。下面介绍单片机的指令系统。3.4 AT89S52的指令系统 1.机器指令的编码格式指令是规定计算机进行某种操作的命令，一条指令只能完成有限的的功能，为使计算机完成一定的或复杂的功能就需要一系列指令。计算机能够执行的各种指令的集合称为指令系统。单片机的主要功能也是有指令系统体现的。机器指令通常由两部分组成，即操作码和操作数（或操作数地址）。操作码用于规定指令的操作功能，如加、减、乘、除等。操作数是指参与操作的数据，它可能是一个具体的数据，也可能是地址或符号。2.汇编语言指令格式汇编指令由操作码或伪操作码、目的操作数和源操作数构成，标准书写格式如下： 标号： 操作码/伪操作码 操作数 ；注释（1） 表示该项为可选项。（2）标号：又称指令地址符号。它是用户设定的符号，代表着该指令所在的地址。（3）操作码/伪操作码：是英文缩写的指令助记符。它规定了指令的操作功能，它所对应的汇编语句称为指令性语句，在汇编后有具体的目标代码。而伪操作码说明汇编程序如何完成汇编工作，任何一条指令都必须有操作码或伪操作码，不得省略。（4）操作数 ：是指参加操作的数据或数据所在的地址。在指令系统中，操作数可以是1个、2个或3个，也可以没有。不同功能的指令，操作数作用不同。例如，传送指令多数有两个操作数，写在左边的称为目的操作数（表示操作结果存放的单元地址），写在右边的称为元操作数（支出操作数的来源）。例如，一条传送指令的书写格式为：MOV A ，#10 H ；表示将#10 H 存储单元的内容送到累加器 A中。操作码/伪操作码和操作数之间必须用空格分开，操作数与操作数之间必须用逗号分开。（5）注释 ：是为该条指令作的说明，以便于阅读。 3. 寻址方式 寻址方式包括立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、相对寻址、位寻址等共7种寻址方式，且每一种寻址方式所涉及的存储器空间各有不同。指令中的源操作数可以使用七种寻址方式中的任何一种，但是目的操作数只能使用寄存器寻址、寄存器间接寻址、直接寻址和位寻址四种方式。 河南城建学院本科毕业设计（论文）4 方案设计4方案设计4.1系统概述本系统采用了热释电红外线传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定、抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，便于多用户统一管理和用户操作。为了探测移动人体，通常使用双元件型热释电红外线传感器，在这种传感器内部，两个灵敏元件反相连接，当人体静止时两元件极化程度相同，互相抵消。但人体移动时，两元件极化程度不同，净输出电压不为0，从而达到了探测移动人体的目的。该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块化分为数据采集、键盘控制、报警等模块子函数。电路结构做成可划分为：热释电红外传感器、家庭智能报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理数据传送、功能设定、本地报警等功能。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。4.2总体设计从设计的要求来分析该设计包含如下结构：热释电红外传探头电路、报警电路、复位电路、LED显示控制电路及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图4.1总体设计框图所示： AT89S52复位电路信号检测电路报警执行电路LED发光显示放大驱动驱动图4.1 总体设计框图处理器采用51系列单片机AT89S52。整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至AT89S52单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。4.3系统硬件选择从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件： AT89S52、热释电红外传感器、LED、按键、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路，以及单片机的手工复位电路等等。所需元器件如表4.1：表4.1 所需元器件信息名称型号数量电阻1K4电阻10K 1红外模块3TR1电容30pF2电容10uF1发光二极管LED3三极管90141集成电路AT89S521 石英晶振12MHZ1按键*3蜂鸣器8R1管座dip4014.4具体电路模块设计该系统的硬件设计原理图见附录A，硬件焊接PCB图见附录B。4.4.1放大电路的设计如图所示为最基本的放大电路，Vi是输入电压信号，Vo是输出放大的电压信号。如图4.2图4.2 放大电路图4.4.2时钟电路的设计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。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us。如图4.3所示。图4.3 时钟电路4.4.3复位电路的设计复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。本设计采用的是外部手动按键复位电路。如图4.4所示图4.4 复位电路4.4.4发光二极管报警电路的设计由4个发光二极管接上电阻后连上单片的RXD的引脚，外接VCC，当单片机的RXD引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用。如图4.5所示图4.5 发光二极管报警电路4.4.5声音报警电路的设计如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的P25引脚上，构成声音报警电路，如图10示为声音报警电路。如图4.6所示图4.6 声音报警电路河南城建学院本科毕业设计（论文）5 软件编程及仿真5软件编程及仿真5.1 软件简介本设计通过利用Proteus仿真，将所编写的程序用Keil软件编译，所仿真图见附录C。5.1.1Proteus软件简介及使用Protues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。该软件具有4大功能模块一.智能原理图设计（ISIS） 丰富的器件库：超过27000种元器件，可方便地创建新元件；智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图