51单片机数字时钟控制红外报警器proteus设计论文大赛报告本科论文.docx
《51单片机数字时钟控制红外报警器proteus设计论文大赛报告本科论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《51单片机数字时钟控制红外报警器proteus设计论文大赛报告本科论文.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
51单片机数字时钟控制红外报警器proteus设计论文大赛报告本科论文
PROTEUS设计大赛报告
学院机械与电子工程学院
专业应用电子技术
班级：
应电
姓名：
设计时间：
目录
摘要：
1
1.1发展现状1
1.2选题意义1
1.3本文的主要研究内2
2AT89C51单片机的结构2
2.1定时/计数器2
3电路的硬件设计4
3.1电路原理图5
3.2复位电路5
3.3时钟电路6
3.4按键电路7
3.5数码管显示电路8
3.6报警电路………………………………………………………………………9
3.7红外电路………………………………………………………………………9
4电路的软件设计10
4.1软件总体流程图11
4.2延时程序说明13
4.3按键扫描程序说明13
4.4定时程序设计说明13
4.4总程序清单及说明14
5系统仿真结果19
6结束语19
51单片机数字时钟控制红外报警器
摘要：
本文介绍了一种基于AT89C51单片机的数字时钟控制红外报警器，由单片机和外围器件组成，具有操作简单，显示明了，功能强大的特点。
它利用数字时钟的定时功能，在规定的时间段，启动报警系统。
此外，根据单片机引脚丰富的特性，添加了五个按键，更加发挥了单片机的控制功能。
本设计采用了Proteus软件仿真，很大的满足了教学的要求。
通过本设计，可以初步掌握单片机结构和C程序基础。
同时本系统可以加强单片机应用系统综合能力的训练、培养同学们分析和解决问题的能力、对同学们的招聘以及参加工作均有帮助。
一、设计目的
1.1发展现状
单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）简称单片机，是指集成在一块芯片上的计算机，它具有结构简单、控制功能强、可靠性高、体积小、价格低等优点，在许多行业都得到了广泛的应用。
从航天航空、地质石油、冶金采矿、机械电子、轻工纺织到机电一体化设备、邮电通信、日用设备和器械等，单片机都发挥了巨大作用。
单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有二十多年了。
由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。
单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域[1,2]。
本文讨论的单片机多功能定时器的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机，配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性高，功能强等特点。
不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域。
1.2选题意义
在日常生活和工作中，我们常常用到定时控制，如扩印过程中的曝光定时等。
早期常用的一些时间控制单元都使用模拟电路设计制作的，其定时准确性和重复精度都不是很理想，现在基本上都是基于数字技术的新一代产品，随着单片机性价比的不断提高，新一代产品的应用也越来越广泛，大可构成复杂的工业过程控制系统，完成复杂的控制功能。
小则可以用于家电控制，甚至可以用于儿童电子玩具。
它功能强大，体积小，质量轻，灵活好用，配以适当的接口芯片，可以构造各种各样、功能各异的微电子产品。
随着电子技术的飞速发展，生活水平的不断提高，家里的财产越来越重要，还有些商店的物品越来越贵重，人身安全的意识越来越强，家用防盗设备逐渐增多，不同的设备都有自己的控制器，使用起来很不方便。
根据这种实际情况，设计了一个单片机数字时钟控制红外报警系统，它既可以使人的安全和财产都有保障，同时又可以当时钟，还可以校准、任意设置时间。
这种具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人的劳动，扩大了数字化的范围，为家庭智能化提供了方便。
1.3该设计的主要研究内容
该设计分为6部分，主要研究以下内容：
（1）单片机绪论，主要研究了单片机的发展现状及本论文的选题意义。
（2）单片机的结构，分析了单片机的主要构造部件及其特性。
（3）数字时钟控制红外报警器的硬件电路设计，包括复位、按键、显示电路、报警电路、红外发射电路、红外接收电路等。
（4）数字时钟控制红外报警器的软件设计，包含对各个子程序的说明及总体程序清单。
（5）仿真软件PROTEUS简介及仿真结果。
（6）结束语，主要总结自己完成的工作。
二、AT89C51单片机的结构
2.1定时/计数器
AT89C51单片机内部有两个16位的可编程定时/计数器，称为T0（T0）和T1（T1）。
2.2.1定时/计数器原理
加1计数器输入的计数脉冲有两个来源,一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来；一个是T0或T1引脚输入的外部脉冲源。
每来一个脉冲计数器加1，当加到计数器为全1时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU发出中断请求（定时/计数器中断允许时）。
如果定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满，可见，由溢出时计数器的值减去计数初值才是加1计数器的计数值[4]。
2.2.2定时/计数器的控制
1、工作方式寄存器TMOD
工作方式寄存器TMOD用于设置定时/计数器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。
其格式如下：
图2.1TMOD各位定义
GATE：
门控位。
GATE＝0时，只要用软件使TCON中的TR0或TR1为1，就可以启动定时/计数器工作；GATA＝1时，要用软件使TR0或TR1为1，同时外部中断引脚或也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。
即此时定时器的启动条件，加上了或引脚为高电平这一条件。
C/T:
定时/计数模式选择位。
C/T＝0为定时模式；C/T=1为计数模式。
M1M0：
工作方式设置位。
定时/计数器有四种工作方式，由M1M0进行设置。
图2.2定时/计数器方式设置图
2、控制寄存器TCON
TCON的高4位用于控制定时/计数器的启动和中断申请。
其格式如下：
图2.3TCON各位定义
vTF1（TCON.7）：
T1溢出中断请求标志位。
T1计数溢出时由硬件自动置TF1为1。
CPU响应中断后TF1由硬件自动清0。
T1工作时，CPU可随时查询TF1的状态。
所以，TF1可用作查询测试的标志。
vTR1（TCON.6）：
T1运行控制位。
TR1置1时，T1开始工作；TR1置0时，T1停止工作。
TR1由软件置1或清0。
vTF0，TR0其功能与TF1，TR1类同。
2.2.3定时/计数器的工作方式
定时/计数器工作方式有四种：
方式0、方式1、方式2和方式3。
方式0：
13位定时器，方式1：
16位定时器。
方式2：
能重复置初始值的8位定时器。
TL0和TH0必须赋相同的值。
方式3：
只适用于定时器0，T0被拆成两个独立的8位定时器TL0,TH0。
由于这几种方式原理基本相同，本设计采用了方式0，现仅以方式0作介绍。
（1）方式0
方式0是一个13位定时计数器，最大计数值是M=8192。
当M1M0=00时,T0工作在方式0,16位回法计数器（TH0和TL0）只用了13位，其中TH0占高八位，TL0占低5位，当TL0低5位溢出时自动向TH0进位，而TH0溢出是向中断位TF0进位，并申请中断。
其逻辑结构如图2.4所示。
（2）定时器的初始值的计算
对于不同的工作方式，计数器位数不同，故最大计数值M也不同：
方式0：
M=213=8192方式1：
M=216=65536方式2：
M=28=256方式3：
定时器0分为2个8位计数器，每个M均为256。
因为定时/计数器是作加1计数，并在计满溢出时产生中断，因此初值X的计算如下：
X=（M–计数值）计算出来的结果X转换为16进制数后分别写入TL0（TL1）、TH0（TH1）。
需要注意的是，方式0时初始值写入时，对于TL不用的高3位应填入0[6,7,8]。
三、电路的硬件设计
本设计的硬件电路较为简单，主要包括单片机最小系统电路、红外发射和接收电路、数码管显示电路、按键扫描电路等等。
3.1电路原理图
如图3.1电路原理图
硬件结构运用单片机最小系统，采用P0口作为段选，P1口作为报警器的显示，P2口作为位选，P3口作为按键输入口，八位共阳极数码管用于显示时钟的数值，用到HS0038来做红外接收器。
通过按键实现调时调分调秒，随意设定当前时间。
图3.1电路原理图
3.2复位电路
AT89C51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。
复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。
上电复位：
上电复位电路是—种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。
上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。
为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。
如3.2复位电路。
上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。
只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位[10]。
图3.2复位电路图3.3时钟电路
3.3时钟电路
时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。
因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。
常用的时钟电路有两种方式：
一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。
本文用的是内部时钟方式，如图3.3时钟电路。
AT89C51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。
这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器[11]。
3.4按键扫描电路
按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。
按键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。
闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。
抖动持续时间的常长短与开关的机械特性有关，一般在5-10ms之间。
为了避免CPU多次处理按键的一次闭合，应采用措施消除抖动。
本文采用的是独立式按键，直接用I/O口线构成单个按键电路，每个按键占用一条I/O口线，每个按键的工作状态不会产生互相影响，如下图3.4按键电路。
P3.1口表示功能停止报警键，只要在报警的途中按一下，报警就马上终止。
P3.3口表示功能调秒键，每按一次该键，秒位加1，加到60后，又回到0。
P3.4口表示功能调分键，每按一次该键，分位加1，加到60后，又回到0。
P3.5口表示功能调时键，每按一次该键，时位加1，加到24后，又回到0。
图3.4按键电路
3.5数码管显示电路
数码管是由8个发光二极管构成的器件。
在数码管中，若将二极管的阳极连在一起，称为共阳数码管；若将二极管的阴极连在一起，称为共阴数码管。
本文用到的8个数码管均是共阳的。
当发光二极管导通时，它就会发光。
每个二极管就是一个笔划，若干个二极管发光时，就构成了一个显示字符。
将单片机的I/O口控制相应的芯片与数码管的a-g相连，低电平的位对应的发光二极管亮，这样，由I/O口输出不同的代码，就可以控制数码管显示不同的字符。
本文的8个数码管均采用动态显示，显示当前的时间。
P2口是片选信号，即控制动态显示的是哪一位数码管。
在片选信号和段选信
升级会员 