开关控制报警器与旋转灯试验报告综述.docx

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开关控制报警器与旋转灯试验报告综述

编号总页数：

20

信息产品设计（论文）

专业名称：

计算机工程系

班级：

10嵌入式2班

姓名：

林情、赵亨、林锦鑫

学号：

1006003209、1006003224、1006003225

指导老师：

林隽生

漳州职业技术学院

2011年12月7日

目录

1、设计要求………………………………………………3

1.1任务…………………………………………………………………3

1.2要求……………………………………………………………………3

1.3说明……………………………………………………………………3

2、方法及内容……………………………………………4

2.1设计准备……………………………………………………………4

2.2开关控制报警器与旋转灯原理流程图………………………………4

2.3方案设计………………………………………………………………5

3、单片机的主控电路……………………………………6

3.1元器件介绍……………………………………………………………6

4、电路原理图设计………………………………………9

4.1仿真图…………………………………………………………………9

4.2PCB制图………………………………………………………………10

4.3实际焊接………………………………………………………………10

5、软件介绍………………………………………………11

5.1Keil…………………………………………………………………11

5.2Proteus……………………………………………………………13

5.3Protel99SE………………………………………………………17

6、调试情况……………………………………………19

6.1运行截图………………………………………………………………19

7、设计总结……………………………………………20

参考文献………………………………………………20

1、设计要求

1.1任务：

开关控制报警器与旋转灯的运用:

由于现代生活的需求，报警器在生活工作中普遍存在。

例如，家用报警器、汽车报警器、可燃气体报警器、警用报警器等等。

所以我们组决定设计与制作一个贴近生活的简洁的开关控制报警器。

以下就是这个报警器的制作思路与过程。

任务要求采用52单片机芯片来设计一个控制电路，通过单片机实现LED灯可以变换不同的闪烁状态,喇叭蜂鸣报警。

1.2要求：

1.小组成员分工合作利用所学知识完成此项目，准备设计所需的电子元器件，熟练运用各种软件。

2.需要了解电子产品设计的一般过程，掌握电子线路设计的基础方法和一般过程，能灵活运用已学过或者类似的集成块构成电路实现上述功能，掌握了电子电路调试的方法，且能独立解决设计与调试过程中出现的一般问题。

1.3说明：

课程设计是一项重要的实践性教育环节，是学生在校期间必须接受的一项工程训练。

在课程设计过程中，在教师指导下，运用工程的方法，通过一个简单课题的设计练习，可使学生初步体验单片机应用系统的设计过程、设计要求、完成工作内容和具体的设计方法，了解必须提交的各项工程文件，也达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目的。

通过小组成员间的分工合作,体验”团队合作”的乐趣, 通过理论与实践的结合，提高学生的综合能力。

2.方法及内容

2.1设计准备：

工具：

万用表，电烙铁，剪刀

电子元器件：

C52芯片1片、LED灯（8个红色、1个绿色）、万能板1块、导线若干、晶振（12MHz）1个、电容（22pf2个）、开关1枚、变压器1个、杜邦线2条、排针2个、C52插槽1个、电阻（220Ω13个）、PNP三极管1个、变压器1个

需要的软件：

KeilProteusProtel99se

2.2开关控制报警器与旋转灯原理流程图

2.3方案设计

我们选用的是用P2.0-2.7接口，接的是示警用的8个LED红灯。

P3.7接口连接的是喇叭连接看实物图

1.使用Proteus软件画出总的电路图，模拟运行

2.用Keil软件编写开关控制报警器与旋转灯程序并把程序载入所画的电路图中，测试是否可行

3.用Protel99se软件画出总的PCB电路图

主要程序：

#include

#include

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar

sbitSPK=P3^7;

ucharFRQ=0x00;

voidDelayms（uintms）

{uchari;

while（ms--）

{for（i=0;i<120;i++）;

}

}

voidmain（）

{P2=0x00;

TMOD=0x11;

TH0=0x00;

TL0=0xff;

IT0=1;

IE=0x8b;

IP=0x01;

TR0=0;

TR1=0;

while

（1）

{

FRQ++;

Delayms

（1）;}

}

voidEX0_INT（）interrupt0

{

TR0=!

TR0;

TR1=!

TR1;

if（P2==0x00）

P2=0xe0;

else

P2=0x00;}

voidT0_INT（）interrupt1

{TH0=0xfe;

TL0=FRQ;

SPK=~SPK;

}

voidT1_INT（）interrupt3

{TH0=-45000/256;

TL0=-45000%256;

P2=_crol_（P2,1）;

}

3.单片机的主控电路

3.1元器件介绍:

图3-1

AT89C52单片机是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，具有丰富的内部资源：

4kB闪存、128BRAM、32根I/O口线、2个16位定时/计数器、5个向量两级中断结构、2个全双工的串行口，具有4.25～5.50V的电压工作范围和0～24MHz工作频率.

管脚介绍：

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

　　P0口：

P0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P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0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FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

　　P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/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I/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I/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，如下表所示：

　　口管脚备选功能

　　P3.0RXD（串行输入口）

　　P3.1TXD（串行输出口）

　　P3.2/INT0（外部中断0）

　　P3.3/INT1（外部中断1）

　　P3.4T0（记时器0外部输入）

　　P3.5T1（记时器1外部输入）

　　P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

　　P3.7/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。

　　ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

　　/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

　　/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

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。

机器周期和指令周期

1.振荡周期:

也称时钟周期,是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。

2.状态周期:

每个状态周期为时钟周期的2倍,是振荡周期经二分频后得到的。

3.机器周期:

一个机器周期包含6个状态周期S1~S6,也就是12个时钟周期。

在一个机器周期内,CPU可以完成一个独立的操作。

4.指令周期:

它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。

每条指令执行时间都是有一个或几个机器周期组成。

MCS-51系统中,有单周期指令、双周期指令和四周期指令。

4.电路原理图设计

P0，P2接高电位，晶振电路接低电位。

4.1仿真图：

图4-1

4.2PCB制图：

图4-2

4.3实际焊接：

图4-3

图4-4

5.软件介绍

5.1Keil

单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。

机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。

Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。

运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。

掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选（目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。

KeilC51开发系统基本知识KeilC51开发系统基本知识

5.1.1系统概述

KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C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。

用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。

KeilC51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Windows界面。

另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，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。

下面详细介绍KeilC51开发系统各部分功能和使用。

5.1.2KeilC51单片机软件开发系统的整体结构

C51工具包的整体结构，其中uVision与Ishell分别是C51forWindows和forDos的集成开发环境（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IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。

然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件（.OBJ）。

目标文件可由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（.ABS）。

ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可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EPROM中。

使用独立的Keil仿真器时，注意事项

*仿真器标配11.0592MHz的晶振，但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。

*仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位目标系统。

*仿真芯片的31脚（/EA）已接至高电平，所以仿真时只能使用片内ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插针中的31脚并不与仿真芯片的31脚相连，故该仿真器仍可插入到扩展有外部ROM（其CPU的/EA引脚接至低电平）的目标系统中使用

5.2.Proteus

5.2.1软件简介

　　Proteus软件是英国Labcenterelectronics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，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。

在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

5.2.2功能特点

　　Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：

multisim）的功能。

这些功能是：

　　1．原理布图

　　2．PCB自动或人工布线

　　3．SPICE电路仿真

　　革命性的特点

　　1．互动的电路仿真

　　用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。

　　2．仿真处理器及其外围电路

　　可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。

还可以直接在基于原理图的虚拟原型

　　上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。

配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。

5.2.3基本操作

1、选择元件：

P按钮

　　常用元件所在库及名称

　　名称所在库名元件名

　　51单片机MicroprocessorAT89C51

　　电阻Resistors

　　排阻ResistorsRESPACK

　　电容Capacitors

　　晶振MiscellaneousCRYSTAL

　　继电器Switches&RelaysG2R

　　三级管Transistors

　　7段数码管Optoelectronics7SEG-COM-AN（共阳）

　　7SEG-COM-CAT（共阴）

　　LED同上LED-BLUE/GREEN

　　两位、四位数码管同上7SEG-MPX2/MPX4

2、选择要使用的元件

　　在PickDevice窗口双击相应元件名称，即可将元件添加到主界面左侧的列表中

3、放置元件到绘图区

　　单击列表中的元件，然后在右侧的绘图区单击，即可将元件放置到绘图区。

（每单击一次鼠标就绘制一个元件，在绘图区空白处单击右键结束这种状态）

4、删除元件

　　右击元件一次表示选中（被选中的元件呈红色），选中后再一次右击则是删除。

5、移动元件

　　右击选中，然后用左键拖动。

6、旋转元件

　　左下角旋转工具栏

7、元件连线

　　在引脚上鼠标指针变成X状，单击，移动到目的引脚，再次单击。

8、删除连线

　　同删除元件

9、绘制电源和地

　　单击工具栏上的左起第8个工具（Inter-SheetTerminal），左侧工具栏显示TERMINALS，可在其中选择POWER或GROUND，像放置元件一样放置到绘图区。

5.2.4功能模块

（1）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图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。

（2）完善的电路仿真功能（Prospice）

　　ProSPICE混合仿真：

基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真；

　　超过27000个仿真器件：

可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件；

　　多样的激励源：

包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入；

　　丰富的虚拟仪器：

13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等；

　　生动的仿真显示：

用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动；

　　高级图形仿真功能（ASF）：

基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析；

（3）独特的单片机协同仿真功能（VSM）

　　支持主流的CPU类型：

如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持CORTEX、DSP处理器；

　　支持通用外设模型：

如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信；

　　实时仿真：

支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真；

　　编译及调试：

支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试；

（4）实用的PCB设计

　　原理图到PCB的快速通道：

 原理图设计完成后，一键便可进入ARES的PCB设计环境，实现从概念到产品的完整设计；

　　先进的自动布局/布线功能：

支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理；

　　完整的PCB设计功能：

最多可设计16个铜箔层，2个丝印层，4个机械层（含板边），灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查，3D可视化预览；

　　多种输出格式的支持：

可以输出多种格式文件，包括Gerber文件的导入或导出，便利与其它PCB设计工具的互转（如protel）和PCB板的设计和加工。

5.2.5资源丰富

　　1．Proteus可提供的仿真元器件资源：

仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。

　　2．Proteus可提供的仿真仪表资源：

示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。

理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。

　　3．除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。

这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。

这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。

　　4．Proteus可提供的调试手段Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。

这些测试信号包括模拟信号和数字信号。

5.2.6电路仿真

　　在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：

*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。

　　PROTEUS是单片机课堂教学的先进助手。

　　PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。

前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。

　　它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。

这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：

元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。

　　课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。

由于PROTEUS提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台

　　随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。

它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。

可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。

相信在单片机开发应用中PROTEUS也能茯得愈来愈广泛的应用。

使用Proteus软件进行单片机系统仿真设计，是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的