项目四 制作防盗报警器.docx

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项目四制作防盗报警器

《单片机原理与应用》教材

项目四　制作防盗报警器

防盗报警器在家庭、小区住宅、公司企业、单位等应用广泛，有单机防盗、联网防盗两种主要的应用形式；单片机作为防盗报警器的嵌入式器件，在设计中占有重要的地位。

在本项目中将涉及单片机的中断系统、定时系统及外电路如传感器等知识。

【知识目标】

•会设置与单片机中断相关的特殊功能寄存器，学会开放中断的方法。

•简单了解单片机中断执行过程，有利于使用中断。

【技能目标】

•会用磁拉开关设计与单片机的接口。

•学会中断编程步骤与方法，正确设直中断入口地址。

任务一　中断系统

【任务目标】

•知道中断的概念。

•会用中断相关寄存器TC0N、IP。

•知道5个中断入口地址，学会正确编写中断子程序。

【读一读】

知识1　什么是中断

1.中断

所谓中断，就是打断正在进行的工作，转而去做另外一件事，然后回来继续完成。

如学生在家做作业，此时昕到电话铃声响起，学生暂停做作业去接电话，接完电话后继续做作业，这个过程就是中断以及中断处理的过程。

单片机中的中断过程与此类似，可由图4-1示意。

图4-1中断过程示意图

中断技术是单片机应用系统中的重要知识，在学习过程中应结合实践加以体会。

2.单片机中断的几个概念

（1）中断

单片机CPU在执行当前程序的过程中，由于CPU之外的某种原因，暂停该程序的执行，转而去执行相应的程序（称中断子程序），执行完毕后返回原程序断点处继续执行。

（2）中断源

引起中断的信号来源。

（3）中断优先级

程序员在中断系统设置时，可设置中断源的优先执行权，优先执行的中断源称为高级中断，排在后面执行的称为低级中断。

当多个中断源同时申请中断时，CPU先执行高级中断，再执行低级中断。

（4）中断嵌套

当CPU响应某一低级中断，在执行中断子程序时，如有更高级中断发生，则CPU暂停低级中断执行转而先处理更高级中断，更高级中断处理完毕后返回低级中断继续执行，这一过程称为中断嵌套，示意图如图4-2所示。

图4-2中断嵌套示意图

表4-1将生活中的“中断事件”与单片机程序中的中断处理进行了类似对比，仔细研究将有助于理解、学习有关单片机中断的概念。

表4-1单片机中断与生活类似现象

知识2　51单片机的中断执行

1.中断源

在日常生活中，人们昕到电话铃声、门铃响声时，自然就会跑到放电话机的地方或门口，放电话机的地方或门口就是处理“中断”事件的“地址”。

计算机程序是人类世界的模拟，处理中断程序时也会进入相应的入口地址。

80C51单片机有5个中断源，各自对应5个独立的矢量地址，如表4-2所示。

表4-280C51单片机各中断源入口地址

表4-2中5个独立的中断源可以被设置成不同的优先级，若都被设置成同一优先级，则单片机按自然优先级排列。

观察表4-2中的中断入口地址发现，一个中断入口地址到下→个中断入口地址之间（如0003H~000BH之间）只有8个单元，也即中断子程序的长度不能超过8个字节。

但很少有中断子程序少于8个字节，故可以在中断入口地址处写一条“L且在PXXXX"指令，这样中断子程序就可以放在R0M的任何一个位置。

2.中断响应条件

先从生活中的例子来看：

假如上午八点要出去会客，但没闹铃，这样在做任何事情时，每隔一段时间（如1分钟）就必须去看一次时间，时间没到就继续做事，时间到了，说明会客时间到；在日常生活中这是一个很笨的办法，但单片机就是用这么“笨”的方法来实现中断的。

实际上，所谓中断其实就是由单片机硬件执行的“查询”，每个机器周期查询一次是否有中断。

80C51单片机的CPU在每个机器周期查询←次各个中断源的中断请求信号，如有中断请求信号则锁存到寄存器TC0N或SC0N的相应位，下一个机器周期对采样到的中断请求信号进行中断优先级判断，然后自动将对应的中断入口地址装入单片机的PC计数器，CPU程序自然就转到相应的中断入口处执行中断服务子程序。

下列情况下，CPU将不响应中断。

1）CPU正在处理同级或更高级优先级的中断处理。

2）一条指令尚未被完整执行完毕。

3）当前指令执行的是阻TI或访问IE、IP寄存器的指令，执行完这些指令后，CPU至少再执行一条指令后才能响应中断。

4）CPU中断关闭，即EA=0（程序没有设置中断开放）。

3.中断响应过程

（1）中断查询

CPU每个机器周期结束时查询一次是否有中断申请，若有则自动设置相应中断请求标志。

（2）中断响应条件判断

按上述内容中断响应的四个条件判断是否响应中断。

（3）中断响应过程

1）保护现场（保护当前程序断点地址），即把当前PC内容送入堆枝保护。

2）进入相应的中断入口地址，执行中断服务程序。

3）中断返回。

在中断子程序的结尾处必须有一条中断返回指令RETI，以保证恢复主程序断点地址，能顺利回到主程序继续执行。

（4）中断请求的撤除

CPU响应中断后，在返回前必须撤除中断请求，否则会错误引起第二次中断。

80C51单片机边沿触发的外部中断及定时器中断的中断请求，当CPU中断返回时被自动清除：

串行口中断请求标志TI和RL必须由程序员用软件清零。

80C51单片机中断请求、响应、执行过程由单片机本身硬件自动完成，程序员干预中断的行为归结起来主要是两方面：

一是CPU中断是否允许及中断优先级的设置；二是中断服务子程序的编写。

这也是有关中断的学习重点。

知识3　中断系统控制

中断控制是指单片机提供给程序员使用的控制中断的手段或方法。

对程序员而言，只能通过相关中断寄存器的操作（用指令实现）来管理中断系统。

80C51设置了4个与中断有关的特殊功能寄存器，即走时器/计数器控制寄存器TC0N、串行口控制寄存器SC0N（SC0N寄存器相关知识见项目八）、中断允许控制寄存器IE以及中断优先级控制寄存器IP。

程序员是通过对这4个寄存器的操作决定某中断源的中断是否被允许，以及优先级别等。

80C51中断系统结构参见图4-3。

图4-380C51中断系统结构

1.定时器/计数器控制寄存器TC0N

经80C511NT0和INTl输入的两个外部中断请求源及其触发方式的控制由TC0N的低4位的状态确定，表4-3为TC0N的格式。

表4-3定时器/计数器控制寄存器TC0N

寄存器TC0N共有8位，对其位功能表述如下。

（1）IT0

INT0触发方式控制位，可用指令置l或置。

。

IT0=l，INT0为下降沿触发方式；IT0=0，低电平触发。

（2）IE0

INT0中断请求标志位。

当外部输入中断请求信号时，由单片机硬件置位IE0（IE0=l），在CPU响应中断返回时，再由硬件自动将IE0清零。

ITl，IEl的功能与IT0、IE0相似，它们对应于外部中断1（INTl）。

（3）TF0/TFl

定时器T0/Tl的溢出中断请求标志位，当T0/Tl计数产生溢出时，单片机硬件置位TF0/TFl。

当CPU响应中断后，再由硬件自动清零。

（4）TR0/TRl

控制定时器T0/T1的停止与启动。

TR0/TRl=0；定时器T0（Tl）停止工作。

TR0/TRl=l，启动定时器T0（T1）工作。

例4-1设置外部中断0，要求下降沿触发，指令如F。

SETBIT0；IT0=l

或M0VTC0N，#0lH

2中断允许控制寄存器IE

IE寄存器格式如表4-4所示。

表4-4中断允许控制寄存器IE

IE寄存器也有8位，其位功能表述如下。

（1）EA

中断允许总控制位。

EA=0.中断总禁止，关闭所有中断。

EA=l，中断总允许。

（2）EX0/（EXl）

外部中断允许控制位。

EX0IEXl=0.禁止外部中断0/外部中断l。

EX0IEXl=l.允许外部中断0/外部中断1。

（3）ET0/ET1

定时/计数器中断允许控制位。

ET0/ET1=0.禁止T0/T1中断。

ET0IET1=l，允许T0lTl中断。

（4）ES

串行口中断允许控制位。

ES=0.禁示串行口中断。

ES=l，允许串行口中断。

由此可见.80C51单片机中断的允许实行两级控制.EA位相当于总开关（总控制位）.其他中断源的控制位（如ET0、ET1）为分控制位。

当EA总控制设为禁止时，无论其他分控制位处于何种状态，单片机中断都将被禁止；只有总控制位EA被允许，各分控制位的设置才有效。

值得一提的是.80C51上电复位后.IE=00H.整个系统中断被禁止。

例4-2设置80C51外部中断0（INT0）.且为输入低电平触发。

SETBEA；打开中断总控制位EA=l

CLRIT0；IT0=0，低电平触

SETBEX0；打开外部中断0

3.中断优先级拉制寄存器IP

80C51单片机系统中只有两级优先级，即高优先级和低优先级。

IP寄存器的格式如表4-5所示。

表4-5中断优先级控制寄存器IP

IP寄存器中各位的功能如表4-6所示。

表4-6中断优先级控制器IP各位功能

4.中断系统的使用

80C51单片机中断系统的使用步骤归纳起来如表4-7所示，同时请学生尝试完成表4-1。

表4-7中断控制寄存器使用步骤

【做一做】

实训　应用中断

1.实验-目的

1厂学习单片机中断的设置方法与步骤。

2）学会中断子程序的编写及格式规范。

2.实验器材

实验板、编程器。

3.实验步骤

1）明确实验任务。

以外部中断l为例，做一个中断的应用实验，实验电路如图4-4所示，用按键模拟产生下降沿信号，触发外部中断1，并用P2口连接的LED作为中断响应。

要求每按一次按键，8只LED在全亮或全灭之间变化。

2）根据实验电路图，画出程序流租图。

3）编写程序，编译后在实验板上运行（实验板使用方法参见附录四）。

图4-4INTl中断实验

4）参考程序如下。

0RG0000H

AJMPSTART

0RG00BH；外部中断1地址入口

LJMPINT1；转到中断子程序

0RG.30H

START：

M0VSP，#60H；初始化堆栈

M0VP2，#0FFH；LED全灭

M0VP3，#0FFH

SETBIT1；下降沿触发

SETBEA；开总中断

SETBEX1；开外部中断l

LJMP$；动态停机

INT1：

M0VA，P2；中断子程序

CPLA；将P2数据取反后送回P2

M0VP2，A；延时20ms

CALLDEL20ms

RETI

END

【议一议】

1）参考程序中缺少20ms延时子程序，自行完成。

2）本项目实训说明了单片机中断的步骤及中断服务子程序的编写规范。

3）利用按键来“模拟产生”中断信号，带来的一个问题是按键“抖动”。

故也须“去抖”。

指令“CALLDEL20ms"的作用即在于此。

请思考：

如果去掉这条指令，会出现什么情况？

4）程序中外部中断1如果是低电平触发，程序应该如何修改？

5）通过实训，请完整归纳出中断应用的方法。

6）本实训也可用独立式按键识别来实现，试编写程序，并与实训程序相比较，进一步领会中断的应用。

【评一评】

填写表4-8中的内容。

表4-8中断应用实训评测表

任务二　防盗报警器设计

【任务目标】

•初步了解防盗报警器的功能及实现方式。

•会用磁拉开关设计单片机接口电路。

•知道外部中断的设定、子程序的编写。

【读一读】

知识　电路设计

1.项目分析

本项目采用断线式防盗报警器，同时监控两路信号，例如一路设防大门，另一路设防窗户，利用单片机的外部中断实现，要求发出声、光报警，同时可识别是大门报警还是窗户报警。

2.磁控开关

磁控开关的实质是干簧管，是一种有触点的无源电子开关元件，具有结构简单、体积小、易于控制等优点。

其外壳一般是→根密封的玻璃管，管中装有两个铁质的弹性簧片电板，玻璃内充有特殊的惰性气体。

平时，常开型干簧管的两个电板是分开的，当有磁性物质靠近时，管内两个电板被磁化相互吸引，两个电板接通：

外磁力消失后，本身的弹性簧片会自然分开，因此，这种开关元件作为断线报警器使用非常合适。

图4-5和图4-6为磁控开关外形及控制方法。

图4-7为一种门磁开关外形。

图4-5磁控开关外形

从以上图中可以看出，磁控开关具有以下特点。

1）由于干簧管触点被密封在玻璃管内，所以不受外界环境的影响，工作比较稳定。

图4-6控制磁控开关示意图图4-7门磁开关

2）用惰性金属姥做成的触点（图4-5中所示的触点部位），熔点高，能减少电弧对触点表面的损耗：

并有硬度高、耐磨损、工作寿命长的优势。

3）簧片部分小型轻量，对于电气信号响应速度快。

4）可用永久磁铁进行控制，控制方法简单、方便。

3.报警器硬件屯珞

根据项目要求，设计单片机防盗报警器电路图，如图4-8所示。

图4-8防盗报警器

本项目可在实验板上实现（实验板设置方法参见附录四），只需外接两个磁控开关，连接示意图如图4-9所示。

图4-9防盗报警器连接图

【做一做】

实训　防盗报警器程序设计

1.实训目的

1）熟悉单片机外部中断的使用步骤及方法。

2）初步建立防盗报警器的设计概念。

2.实训器材

实验板、磁控开关两套（选用常闭型磁控开关〉。

3.实训内容

1）完成硬件电路连接。

2）编写防盗报警器程序。

LEDl指示大门报警，LED2指示窗户报警，任何一路报警均发出报警声，相应指示LED闪烁，直至人工撤除、恢复报警现场。

3）脱机运行。

4.实训步骤

1）根据项目功能，画出程序流程图，如图4-10所示。

图4-10防盗报警器程序流程图

2）按照防盗报警器程序流程图编写程序。

‘

3）程序完成编程、编译。

4）脱机运行。

程序经编译无误后烧录，即可用实验板验证，将磁铁移开磁控开关时，发出声光报警。

5）参考程序如下。

；*******************************************

；项目四：

防盗报警器

；可在实验板上完成

；*******************************************

LEDlEQUP2.7；报警指示灯-指示大门

LED2EQUP2.0；报警指示灯-指示窗户

S0UNDEQUP2.3；报警声

FLAG_LEDEQU20H..0

0RG0

LJMP，START

0RG0003H

LJMPINT_0

0RG000BH

LJMPTIMER0

0RG0013H

LJMPINT_l

0RG0030H

START：

SETBLED1

SETBLED2

CLRS0UND

M0VR0，#10

M0VTC0N，#05H；外部中断0/1设置为下降沿触发

M0VIP，#02H；T0中断为高优先级

M0VTM0D，#0lH；T0设为定时功能，方式l

M0VTH0，#3CH

M0VTL0，#0B0H；50ms初值

M0VIE，#87H；打开外部中断0/1、T0中断

SETBTR0；启动T0

LJMP$

INT0：

CLRS0UND；打开报警

M0VC，FLAG_LED

M0VLEDl，C；每隔0.5s问一次

LJMPINT_0

RETI

INT1：

CLRS0UND

M0VC，FLAG_LED

M0VLED2，C

LJMPINT_l

RETI

TIMER0：

M0VTH0，#3CH

M0VTL0，#0B0H；重装50ms初值

CPLFLAG_LED；产生0.5s标志。

M0VR0，#10；0.5s软件计数

TIMER0_END：

RETI

END

【议一议】

1）设计防盗报警器要考虑的问题很犁，如报警触发的灵敏度、准确度，报警器本身工作的可靠性、隐蔽性等，有时还需有后备电源或断电报警。

真正达到实用的报警器设计需在实际环境中反复试验、改进，本项目实训的内容仅是一个基本的架构。

2）该利用单片机实现报警器设计为升级成“智能型”报警装置打下了基础，如可以升级为在程序中加入自动拨号功能，利用现有的固话网络、移动电话网等进行远距离报警。

3）项目实训中的门、窗磁控开关可以拓展成无线发射的门控开关，主机加接收装置，便构成了一个无线报警网络，实现对整个大楼、小区等的防盗报警。

4）为保证报警器开机正常运行，需具有“自检”功能，即报警开启后发出声、光等信号，以让用户知道报警开启正常，随后报警器进入戒备状态。

针对本实训，“自检”功能如下：

开机LEDl、LED2各闪3次、报警蜂鸣器响3s。

请思考如何修改程序流程图及程序指令。

【评一评】

表4-9防盗报警器实训测评表

知识链接　漫谈防盗报警器

现有的家庭报警系统可以分为联网型和单户型两大类。

联网型就是以小区为中心组成杜区型的防盗报警中心，由小区的治安和物业部门负责处理。

单户型是适应单个家庭安装的，或只担任某个单项任务、单个物品防盗的防盗报警系统，如汽车报警器。

因此单户型系统也具有相当大的市场份额，这主要取决于具体用户的自身需求和经济能力。

1.防盗系统信息传递方式

上述两种报警系统面对的市场产品主要刨括三种信息传输方式：

有线网络传输、无线网络传输和公共网络传输，其中利用现有耐公共网络（如电话网、宽带网）进行信息传输，尤其是电话网应用有其十分优越的条甜：

①电话的普及率较高，不必再建专用传输网，设备投入成本低；②可双向联络；③司多址报警；④可遥控撤防、布防：

⑤对现场有监昕功能：

⑥可组网使用也可单独使用，这是前两类传输方式无法比拟的。

在民用报警系统中，国内、外采用这种方式的比较多；发展比较快，逐渐形成一枝独秀的局面。

家庭防盗报警器通常由报警器主机、各类防卫探头、用户操作部件（键盘、遥控器等）构成。

可从功能上区分为三大部分：

探测部分、现场处理部分、后续处理部分。

探测部分可以是门磁、被动红外探测器、主动组外探测器、紧急按钮、烟感/火警探头、易燃气体探头等。

2.防盗系统选择

选用家庭防盗报警器要结合家居面积、建筑构造特点、财物价值、周围环境等多重因素考虑，但有几个通用的参考准则。

有线方式具有通信可靠、抗干扰能力强、器件成本低等优点。

适用于新建、可以在墙壁内预留连接线的建筑物；缺点是其机动性差，对预留连接线的维护及更换难度高、费用大。

无线方式可避免探头与主机之间的连接线影响室内装修，具有灵活、简洁的优点，但也存在易受外界多种因素干扰、器件成本相对较高等缺点。

报警触发方式有即时报警和延时报警两种，前一种也立即产生现场报警，对入侵者可立即起到阻吓作用，但用户本人开门前如没有进行撤防操作，则会产生误报警并对用户本人及邻里造成骚扰。

后一种延时触发报警方式在房门开启时会发出提示音，提示忘记撤防的用户及时进行撤防操作，如果在一定的时间内主机没有接到撤防信号，主机再进行报警。

3.常用报警器探测器

（1）被动红外探测器

在自然界，任何高于绝对温度（-273℃）时物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。

在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器（PIR），外观如图4-11所示，它能将波长8-12μm之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号起到抑制作用；二是菲涅尔透镜，对红外探测的角度灵敏度影响很大。

在被动红外探测器的警戒区内，当无人移动时，热释电红外传感器感应到的只是背景温度，当人体进入警戒区内，通过菲涅尔透镜，热释电红外传感器感应到的事人体温度与背景温度的差异信号。

因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体温度的差异。

（2）被动红外探测器的安装注意事项

由于被动红外探测器是属于一种微弱信号检测设备，在安装时必须注意一些细节方面的问题，如高度，灵敏度等。

正确安装一个被动红外探测器，必须掌握以下几个方面的信息：

首先是对探测器的性能特点必须了解，其次要合理确定安装的位置，最后必须要仔细调试。

（3）主动（对射式）红外探测器

被动红外探测器的特点是安装在室内，因此对室内无人值守时，其防盗保护财产的作用完全能够实现。

但装在有人居住的家庭中γ由于有人员活动，甚至宠物走动都会影响到被动红外工作，容易引起误触发报警。

因此在安装时考虑的因素很多，对人员室内活动要有些限制，对空调、阳光等外部环境要避让等。

而主动红外探测器，其抗干扰性能强，而且又是装在室外，对室内人员活动毫不相干，只要在你房屋的外围出入口装上主动红外探测器，一旦有人入侵，还没有进入室内，就及时报警，生命安全得到保障，财产更是完好无损，起到早防范的目的。

图4-12、图4-13是两种主动红外探测器的外观。

图4-11无线热释红外感应器图4-12红外对射装置图4-13红外栅栏

（4）门磁探测器

无线门磁探测器是→种在保安监控与安全防范系统中常用的器件，无线门磁探测器工作很可靠，体积小巧，尤其是通过无线的方式工作，使得安装、使用起来非常方便、灵活。

无线门磁探测器一般安装在门内侧的上方，它由两部分组成：

图4-14较小的部件为永磁体，内部有一块永久磁铁，用来产生恒定的磁场，较大的是无线门磁主体，它内部有-个常开型的干簧管，当永磁体和干簧管靠得很近时（小于5mm），无线门磁传感器处于工作守候状态，当永磁体离开干簧管一定距离后，无线门磁传感器立即发射包含地址编码和自身识别码（也就是数据码）的315孔但z的高频无线电信号，接收板就是通过识别这个无线电信号的地址码来判断是否来自同一个报警系统的，然后根据自身识别码（也就是数据码），确定是哪一个无线门磁报警。

图4-14无线门磁探测器

项目小结

•本项目通过防盗报警器的制作、在实战中应用单片机中断系统、熟悉80C51中断系统的应用，为开发项目奠定T：

基础。

•初学者往往对单片机中断难于理解，通过与日常生活例子的比较，有助于领会中断的概念。

•中断响应的执行过程实质上由单片机硬件自动完成的，若一时难以理解，可暂且忽略。

•重点内容在于中断控制器的运用，熟记中断允许控制寄存器IE、定时器/计数器控制寄存器TC0N、优先级控制寄存器IP各位功能是必要的，在实际写程序时，应明确中断控制器的应用步骤（见表4-7），多多实践最为关键。

知识巩固

1.什么是中断？

什么是中断嵌套？

在单片机中中断能实现哪些功能？

2.什么是中断优先级？

中断优先级处理的原则是什么？

3.MCS-51有几个中断源？

各中断标志是如何产生的，又如何清零的？

4.CPU响应中断时，中断入口地址各是多少？

通常中断子程序应放在R0M的什么位置？

5.在外部中断中，有几种中断触发方式？

如何选择中断源的触发方式？

6.请叙述中断响应的CPU操作过程。

7.MCS-51单片机为用户提供了两个外部中断输入端（i项T0、1项T1），在实际应用系统中，外部中断请求源往往比较多，系统中多于两个外部中断源怎么办？

8.设置定时器T0中断，要求设为最高优先级，写出指令。

9.89C51外部中断有哪几种触发信号？

实际应用时有何区别？