基于AT89S51的紅外線報警器

河北工業(yè)大學(xué)20**屆畢業(yè)論文PAGEPAGE261引言隨著時代的不斷進步，人們對自己所處環(huán)境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面，不得不時刻留意那些不速之客。現(xiàn)在現(xiàn)在很多小區(qū)都安裝了智能報警系統(tǒng)，因而大大提高了小區(qū)的安全程度，有效保證了居民的人身財產(chǎn)安全。由于紅外線是不見光很強的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。此外，在電子防盜、人體探測等領(lǐng)域中，熱釋電紅外探測器也以其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定等特點而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。紅外線報警器分主動式和被動式兩種。主動式紅外線報警器，是報警器主動發(fā)出紅外線，紅外線碰到障礙物，就會反彈回來，被報警器的探頭接收。如果探頭監(jiān)測到，紅外線是靜止不動的，也就是不斷發(fā)出紅線線又不斷反彈的，那么報警器就不會報警。當有會動的物體觸犯了這根看不見的紅線的時候，探頭就會檢測到有異常，就會報警。被動式報警器少了一項功能，就是發(fā)射紅外線。物理學(xué)上告訴我們，當物體的溫度高于0K的時候，就會發(fā)出紅外線，換句話說任何物體都能發(fā)出紅外線。而其后的原理，被動式報警器和主動式是一樣的。紅外線報警器對溫度敏感,溫度越高的物體輻射出的紅外線越強,當感應(yīng)到環(huán)境中存在高出背景強度的輻射時,就觸發(fā)反警。2熱釋電紅外傳感器2．1熱釋電紅外傳感器簡單介紹熱釋電紅外線(PIR)傳感器是80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，它能組成防入侵報警器或各種自動化節(jié)能裝置。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅(qū)動各種控制電路，如作電源開關(guān)控制、防盜防火報警、自動覽測等。自然界中存在的各種物體，如人體、木材、石頭、火焰、冰等都會發(fā)出不同波長的紅外線，利用紅外傳感器可對其進行檢測。根據(jù)工作原理，紅外傳感器分為熱型和量子型兩類，熱型紅外傳感器也稱熱釋電紅外傳感器或被動紅外傳感器。與量子型相比，其頻響速度較慢，靈敏度較低，但響應(yīng)的紅外線波長范圍較寬，價格便宜，并可在常溫下工作。量子型與熱型的特點相反，而且要求冷卻條件。它是目前在防盜報警、火災(zāi)檢測、自動門、自動水龍頭、自動電梯、自動照明。及非接觸溫度測量等領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的傳感器。其原因為：①被測對象自身發(fā)射紅外線，可不必另設(shè)光源；②大氣對2-2．6lLm、3—5lLm、8—141lm三個被稱為“大氣窗口”的特定波段的紅外線吸收甚少，可非常容易被檢測；③中、遠紅外線不受可見光影響，可不分晝夜進行檢測。2．2熱釋電紅外傳感器的原理特性熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測元件。在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出10~20米圖2.1菲涅耳透鏡工作原理圖菲涅爾透鏡（圖2.1）利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而強其能量幅度。人體輻射的紅外線中心波長為9~10--um，而探測元件的波長靈敏度在0.2~20--um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為7~10--um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同不能抵消，經(jīng)信號處理而輸出電壓號。在該探測技術(shù)中，所謂“被動”是指探測器本身不發(fā)出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量變化來完成探測目的。被動紅外報警器的特點是能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動時所引起的紅外輻射變化，并能使監(jiān)控報警器產(chǎn)生報警信號，從而完成報警功能。2．3熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)特性及安裝圖2.2雙探測元熱釋電紅外傳感器圖2.2是一個雙探測元熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。使用時Ｄ端接電源正極，Ｇ端接電源負極，Ｓ端為信號輸出。該傳感器將兩個極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號在內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得到補償。對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號。制造熱釋電紅外探測元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測波長范圍為０．２～２０μｍ。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。這種濾波片除了允許某些波長范圍的紅外輻射通過外，還能將燈光、陽光和其它紅外輻射拒之門外。當人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測元上時，電路中的傳感器將輸出電壓信號，然后使該信號先通過一個由Ｃ１、Ｃ２、Ｒ１、Ｒ２組成的帶通濾波器，該濾波器的上限截止頻率為１６Ｈｚ，下限截止頻率為０．１６Ｈｚ。由于熱釋電紅外傳感器輸出的探測信號電壓十分微弱（通常僅有１ｍＶ左右），而且是一個變化的信號，同時菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號電壓呈脈沖形式（脈沖電壓的頻率由被測物體的移動速度決定，通常為０．１～１０Ｈｚ左右），所以應(yīng)對熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號進行放大。本設(shè)計運用集成運算放大器ＬＭ３２４來進行兩級放大，以使其獲得足夠的增益。本設(shè)計所用的熱釋感器就采用這種雙探測元的結(jié)構(gòu)。其工作電路原理及設(shè)計電路如圖2.3所示,在VCC電源端［2］利用C1和R2來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號。當檢測到人體移動信號時，電荷信號經(jīng)過FET放大后，經(jīng)過C2，R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再?jīng)過NPN的轉(zhuǎn)化，輸出OUT為低電平。圖2.3熱釋電紅外傳感器原理圖雙探測熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點優(yōu)點：本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低廉。缺點：1、容易受各種熱源、光源干擾。2、被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。3、易受射頻輻射的干擾。4、環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度降低，有時造成短時失靈?？垢蓴_性能：1、防小動物干擾：探測器安裝在推薦地使用高度，對探測范圍內(nèi)地面上地小動物，一般不產(chǎn)生報警。2、抗電磁干擾：探測器的抗電磁波干擾性能符合GB10408中4.6.1要求,一般手機電磁干擾不會引起誤報。3、抗燈光干擾：探測器在正常靈敏度的范圍內(nèi)，受3米外H4鹵素燈透過玻璃照射,不產(chǎn)生報警。熱釋電紅外傳傳感器的安裝要求紅外線熱釋電人體傳感器只能安裝在室內(nèi)，其誤報率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系.。正確的安裝應(yīng)滿足下列條件：1、紅外線熱釋電傳感器應(yīng)離地面2.0-2.2米。2、紅外線熱釋電傳感器遠離空調(diào),冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。3、紅外線熱釋電傳感器探測范圍內(nèi)不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。4、紅外線熱釋電傳感器不要直對窗口，否則窗外的熱氣流擾動和人員走動會引起誤報，有條件的最好把窗簾拉上。紅外線熱釋電傳感器也不要安裝在有強氣流活動的地方。紅外線熱釋電傳感器對人體的敏感程度還和人的運動方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對于徑向移動反應(yīng)最不敏感,而對于橫切方向(即與半徑垂直的方向)移動則最為敏感.在現(xiàn)場選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)。3AT89S51單片機概述3．1AT89S51單片機的結(jié)構(gòu)AT89S51單片機是美國Atmel公司生產(chǎn)低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（EPROM）和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大。AT89S51單片機可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。圖3.1為AT89S51單片機的基本組成功能方塊圖。有圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺微型計算機的主要組成部分，其中包括CPU、存儲器、可編程I/O口、定時器/計數(shù)器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個主要部分。外時鐘源外部事件計數(shù)振蕩器和時序OSC程序存儲器4KBROM數(shù)據(jù)存儲器振蕩器和時序OSC程序存儲器4KBROM數(shù)據(jù)存儲器256BRAM/SFR定時器/計數(shù)器2×16AT89S51CPU64KB總線擴展控制器可編程I/O可編程全雙工串行口內(nèi)中斷圖3.1AT89S51功能方塊圖1.中央處理器（CPU）中央處理器是單片機最核心的部分，是單片機的大腦和心臟，主要完成運算和控制功能。AT89S51的CPU是一個字長為8位的中央處理單元，即它對數(shù)據(jù)的處理是按字節(jié)為單位進行的。2.內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部RAM）AT89S51中共有256個RAM單元，但其中能作為寄存器供用戶使用的僅有前面128個，后128個被專用寄存器占用。3.內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部ROM）AT89S51共有4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)等。4.定時器/計數(shù)器AT89S51共有2個16位的定時器/計數(shù)器，可以實現(xiàn)定時和計數(shù)功能。5.并行I/O口AT89S51共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3口），可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入、輸出。6.串行口AT89S51有1個全雙工的可編程串行口，以實現(xiàn)單片機和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。7.時鐘電路AT89S51單片機內(nèi)部有時鐘電路，但晶振和微調(diào)電容需要外接。時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列。8.終端系統(tǒng)AT89S51的中斷系統(tǒng)功能較強，可以滿足一般控制應(yīng)用的需要。它共有5個中斷源：2個外部中斷源/INTO和/INT1；3個內(nèi)部中斷源，即2個定時/計數(shù)中斷，1個串行口中斷。由上所述，AT89S51雖然是一塊芯片，但它包括了構(gòu)成計算機的基本部件，因此可以說它是一臺簡單的計算機。AT89S51較詳細的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如附圖A所示。3.1.1管腳說明ATMEL公司的AT89S51是一種高效微控制器。采用40引腳雙列直插封裝（DIP）形式，如圖3.2所示。AT89S51單片機是高性能單片機，因為受引腳數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。圖3.2DIP封裝引腳圖圖3.3SMT的封裝圖VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89S51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號端。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.1.2主要特性：·與MCS-51兼容·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級程序存儲器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個16位定時器/計數(shù)器·5個中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路3.1.3振蕩器特性（1）XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。圖3.4內(nèi)外部振蕩器電路（2）芯片擦除整個EPROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。3．2AT89S51單片機的工作周期單片機有了硬件和軟件就可以在控制器發(fā)出的控制信號作用下有條不紊地工作，控制信號必須定時發(fā)出，為了定時計算機內(nèi)部必須有一個準確的定時脈沖。這種定時脈沖是由晶體振蕩器產(chǎn)生的，并組成下面幾種工作周期，如圖3.5所示。圖3.5振蕩周期、狀態(tài)周期、機器周期和指令周期振蕩周期：是指為單片機提供時鐘脈沖信號的振蕩源的周期。即由單片機的晶體振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖的周期。狀態(tài)周期：每個狀態(tài)周期為振蕩周期的2倍,是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。在一個狀態(tài)周期中有兩個時鐘脈沖，通常稱它為P1、P2。機器周期：一個機器周期包含6個狀態(tài)周期S1~S6,也就是12個振蕩周期。在一個機器周期內(nèi),CPU可以完成一個獨立的操作。指令周期：它是指CPU完成一條操作所需的全部時間?？刂撇考菃纹瑱C的神經(jīng)中樞，以主振頻率為基準（主振周期即為振蕩周期），控制器控制CPU的時序，對指令進行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，它將各個硬件環(huán)節(jié)組織在一起。一般情況下，算術(shù)邏輯操作發(fā)生在時相P1期間，而內(nèi)部寄存器之間的傳送發(fā)生在時相P2期間，這些內(nèi)部時鐘信號無法從外部觀察，故用XTAL2引腳振蕩信號作參考。3．3AT89S51單片機的工作過程和工作方式單片機工作過程遵循現(xiàn)代計算機的工作原理（馮·諾依曼原理），即程序存儲和程序控制。存儲程序是指人們必須事先把計算機的執(zhí)行步驟序列（即程序）及運行中所需的數(shù)據(jù),通過一定的方式輸入并存儲在計算機的存儲器中。程序控制是指計算機能自動地逐一取出程序中的指令，加以分析并執(zhí)行規(guī)定的操作。單片機的工作方式有：復(fù)位、程序執(zhí)行、掉電保護和低功耗、編程、校驗與加密等方式。1．復(fù)位方式通過某種方式,使單片機內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復(fù)位。復(fù)位方式是單片機的初始化操作。單片機除了正常的初始化外，當程序運行出錯或由于操作錯誤而使系統(tǒng)處于死循環(huán)時，也需要按復(fù)位鍵重啟機器。MCS—51單片機復(fù)位后,程序計數(shù)器PC和特殊功能寄存器復(fù)位的狀態(tài)如表3.1所示。復(fù)位不影響片內(nèi)RAM存放的內(nèi)容,而ALE、在復(fù)位期間將輸出高電平。由表3.1可以看出，復(fù)位后：(1)（PC）=0000H表示復(fù)位后程序的入口地址為0000H，即單片機復(fù)位后從0000H單元開始執(zhí)行程序；(2)（PSW）=00H，其中RS1(PSW.4)=0，RS0(PSW.3)=0，表示復(fù)位后單片機選擇工作寄存器0組；(3)（SP）=07H表示復(fù)位后堆棧在片內(nèi)RAM的08H單元處建立；(4)P0口～P3口鎖存器為全1狀態(tài)，說明復(fù)位后這些并行接口可以直接作輸入口，無須向端口寫1。定時器/計數(shù)器、串行口、中斷系統(tǒng)等特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)對各功能部件工作狀態(tài)的影響。能部件工作狀態(tài)的影響。表3.1PC與SFR復(fù)位狀態(tài)表寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PCABPSWSPDPTRP0~P3IPIETMOD0000H00H00H00H07H0000HFFHXX000000B0X0000000B00HTCONT2CONTH0TL0TH1TL1SCONSBUFPCON00H00H00H00H00H00H00HXXH(0XXX0000B)單片機在時鐘電路工作以后,在RST/VPD端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)不小于2us。復(fù)位方法一般有上電自動復(fù)位和外部按鍵手動復(fù)位以及“看門狗”復(fù)位三種類型。前兩種見圖3.6所示?！翱撮T狗”電路則是一種集成有單片機的電源監(jiān)測、按鍵復(fù)位以及對程序運行進行監(jiān)控，防止程序“跑飛”而出現(xiàn)死機而設(shè)計的電路。圖3.6（a）上電復(fù)位電路;（b）上電/外部復(fù)位電路2．程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式是單片機的基本工作方式。由于復(fù)位后PC=0000H，因此程序執(zhí)行總是從地址0000H開始，為此就得在0000H處開始的存儲單元安放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便跳轉(zhuǎn)到實際程序的入口去執(zhí)行。3．待機方式待機方式也稱空閑方式，是一種節(jié)電工作方式。在待機工作方式中，振蕩器保持工作，時鐘脈沖繼續(xù)輸出到中斷、串行口、定時器等功能部件，使它們繼續(xù)工作，但時鐘脈沖不再送到CPU，因而CPU停止工作。4．掉電方式掉電方式，也被稱為停機方式。在掉電方式中，振蕩器工作停止，單片機內(nèi)部所有功能部件停止工作。它同樣是一種為降低功耗而設(shè)計的節(jié)電工作方式。待機方式和掉電方式都是為了進一步降低功耗而設(shè)計的節(jié)電工作方式，它們特別適合于電源功耗要求很低的應(yīng)用場合。這類系統(tǒng)往往是直流供電或停電時依靠備用電源供電，以維持系統(tǒng)的持續(xù)工作。CHMOS型單片機的節(jié)電方式是由特殊功能寄存器PCON控制，其具體使用可參考相關(guān)書籍和手冊。空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài)如下表3.2所示：表3.2空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài)模式程序存儲器ALEP0P1P2P3空閑模式內(nèi)部11數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)空閑模式外部11浮空數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)掉電模式內(nèi)部00數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)掉電模式外部00浮空數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)5.編程和校驗方式對于內(nèi)部集成有EPROM可以進入編程或校驗方式。（1）內(nèi)部EPROM編程編程時，時鐘頻率應(yīng)定在3-6MHz的范圍內(nèi)，其余各有關(guān)引腳的接法和用法如下：P1口和P2口的P2.0~P2.3為EPROM的4k地址輸入，P1為8位地址；P2.4~P2.6以及PSEN應(yīng)為低電平；P0口為編程數(shù)據(jù)輸入；P2.7和RST應(yīng)為高電平；RST的高電平可為2.5V，其余的都以TTL的高低電平為準；EA/VPP端加+21V的編程脈沖，此電壓要求穩(wěn)定，不能大于21.5V，否則會損壞EPROM在出現(xiàn)正脈沖期間，ALE/PROG端加上50ms的負脈，完成一次寫入。（2）EPROM程序校驗在程序的保險位未設(shè)置前，無論在寫入的當時或?qū)懭胍院螅蓪⑵铣绦虼尜A器的內(nèi)容讀出進行檢驗，在讀出時，除P2.7腳保持為TTL低電平之外，其他引腳與寫入EPROM的連接方式相同。要讀出的程序存貯器單元地址由P1口和P2口的P2.0~P2.3送入，P2口的其他引腳及保持低電平，ALE、EA和RST接高電平，檢驗的單元內(nèi)容由P0口送出。在檢驗操作時，需在P0的各位外部加上電阻10k?。（3）程序存貯器的保險位AT89S51內(nèi)部有一個保險位，亦稱保密位，一旦將該位寫入便建立了保險，就可禁止任何外部方法對片內(nèi)程序存貯器進行讀寫。將保險位寫入以建立保險位的過程與正常寫入的過程相似，僅只P2.6腳要加TTL高電平而不是像正常寫入時加低電平，而P0、P1和P2的P2.0~P2.3的狀態(tài)隨意，加上編程脈沖后就可使保險位寫入。保險位一旦寫入，內(nèi)部程序存貯器便不能再被寫入和讀出校驗，而且也不能執(zhí)行外部存貯器的程序。只有將EPROM全部擦除時，保險位才能被一起擦除，也才可以再次寫入。通過以上對單片機硬件系統(tǒng)的簡單介紹，應(yīng)該已經(jīng)掌握了單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作的原理和過程，但是單片機要實現(xiàn)它的強大控制功能特性，只有硬件是不能工作的，還必須依靠它的指令才能發(fā)揮單片機的強大作用。下面介紹單片機的指令系統(tǒng)。3．4AT89S51的指令系統(tǒng)指令是規(guī)定計算機進行某種操作的命令，一條指令只能完成有限的的功能，為使計算機完成一定的或復(fù)雜的功能就需要一系列指令。計算機能夠執(zhí)行的各種指令的集合稱為指令系統(tǒng)。單片機的主要功能也是有指令系統(tǒng)體現(xiàn)的。C51指令系統(tǒng)使用了7種尋址方式，共有111條指令。指令一般有兩部分組成，即操作碼和操作數(shù)。80C51匯編語言指令格式如下：操作碼[操作數(shù)]；[注釋]操作碼：是有助記符表示的字符串，它規(guī)定了指令的操作功能。操作碼：是指參加操作的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)的地址。注釋：是為該條指令作的說明，以便于閱讀。在80C51指令系統(tǒng)中，操作數(shù)可以是1、2、3個，也可以沒有。不同功能的指令，操作數(shù)作用不同。例如，傳送指令多數(shù)有兩個操作數(shù)，寫在左邊的稱為目的操作數(shù)（表示操作結(jié)果存放的單元地址），寫在右邊的稱為元操作數(shù)（支出操作數(shù)的來源）。例如，一條傳送指令的書寫格式為：MOVA，3AH；表示將3AH存儲單元的內(nèi)容送到累加器A中。1.尋址方式包括：立即數(shù)尋址、直接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、變址尋址（基址寄存器+變址寄存器間接尋址）、相對尋址、位尋址，共7種尋址方式，且每種尋址方式所涉及的存儲器空間各有不同。請參考相關(guān)書籍。2.數(shù)據(jù)傳送類指令；3.算數(shù)運算類；4.邏輯運算類；5.控制轉(zhuǎn)移類；6.位操作類；80C51指令系統(tǒng)的尋址方式、各類指令的格式及功能等相關(guān)內(nèi)容，請參考相關(guān)書籍，這里不再贅述。但指令系統(tǒng)是學(xué)習和使用單片機的一個很重要環(huán)節(jié)，應(yīng)理解和熟練掌握這些指令系統(tǒng)。且不同種類的單片機其指令系統(tǒng)一般是不同的。4設(shè)計4．1概述本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、成本低，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)，同時它的信號經(jīng)過單片機系統(tǒng)處理后方便和ＰＣ機通信，便于多用戶統(tǒng)一管理和用戶操作。該設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警和顯示等模塊子函數(shù)。電路結(jié)構(gòu)做成可劃分為：熱釋電紅外傳感器、家庭智能報警器、單片機控制電路、LED控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地顯示、本地報警等功能。就此設(shè)計的核心模塊來說，單片機就是設(shè)計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入/輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、在線調(diào)試等幾個階段，就本設(shè)計來說也包括這些過程。它們的進程框圖如圖4.1所示。開始開始明確任務(wù)明確任務(wù)選機型，劃分軟、硬件選機型，劃分軟、硬件硬件研制軟件設(shè)計硬件研制軟件設(shè)計聯(lián)機仿真調(diào)試聯(lián)機仿真調(diào)試排出故障、修正軟件排出故障、修正軟件固化程序、應(yīng)用系統(tǒng)獨立運行固化程序、應(yīng)用系統(tǒng)獨立運行完成研制完成研制圖4.1單片機應(yīng)用系統(tǒng)研制過程框圖4．2總體設(shè)計從設(shè)計的要求來分析該設(shè)計須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳探頭電路、報警電路、單片機、復(fù)位電路、LED顯示控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖4.2總體設(shè)計框圖所示：CPUAT89S51復(fù)位電路信號檢測電路LED數(shù)字顯示報警執(zhí)行電路LED發(fā)光顯示放大驅(qū)動驅(qū)動驅(qū)動圖4.2總體設(shè)計框圖處理器采用51系列單片機AT89C51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出ＴＴＬ電平至AT89C51單片機。在單片機內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出入侵報警狀態(tài)控制信號。驅(qū)動電路將控制信號放大并推動聲光報警設(shè)備完成相應(yīng)動作。當報警延遲10s一段時間后自動解除，也可人工手動解除報警信號，然后通過ＬＥＤ顯示報警次數(shù)，當警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲光報警10s鐘后有定時器實現(xiàn)自動消除報警。4．3系統(tǒng)硬件選擇從以上的分析可知在本設(shè)計中要用到如下器件：AT89S51、熱釋電紅外傳感器、LED、按鍵、反相器74LS04、蜂鳴器等一些單片機外圍應(yīng)用電路，以及單片機的手工復(fù)位電路等等。元器件選擇與制作：元器件清單見附錄B所示4．4硬件電路實現(xiàn)經(jīng)分析本設(shè)計的電路原理圖見附圖B所示4．5軟件的程序?qū)崿F(xiàn)按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖4.3所示；入口入口初始化初始化監(jiān)測外部有無信號輸入監(jiān)測外部有無信號輸入NY顯示報警的次數(shù)且啟動聲光報警電路開始報警顯示報警的次數(shù)且啟動聲光報警電路開始報警聲光報警是否持續(xù)10秒聲光報警是否持續(xù)10秒N聲光報警結(jié)束，LED顯示出報警次數(shù)聲光報警結(jié)束，LED顯示出報警次數(shù)是否還有檢測信號等待下次報警是否還有檢測信號等待下次報警YN結(jié)束結(jié)束圖4.3主程序工作流程圖本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當單片機檢測到外部熱釋點傳感器送來的脈沖信號后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過單片機內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動聲光報警點路開始報警，報警持續(xù)10秒鐘后自動停止報警，同時顯示出報警次數(shù)以便人們查詢，然后程序開始循環(huán)工作，檢測是否還有下次觸發(fā)信號，等待報警從而使報警器進入連續(xù)工作狀態(tài)。同時，利用中斷方式可以實現(xiàn)報警持續(xù)時間未到10秒時，用手工按鍵停止的聲光報警的作用。手工按鍵停止報警中斷服務(wù)程序工作流程圖，如下圖4.4所示；中斷源發(fā)出中斷申請中斷源發(fā)出中斷申請關(guān)中斷、保護現(xiàn)場關(guān)中斷、保護現(xiàn)場INTO/端有輸入信號關(guān)閉報警INTO/端有輸入信號關(guān)閉報警恢復(fù)現(xiàn)場、關(guān)中斷恢復(fù)現(xiàn)場、關(guān)中斷中斷返回中斷返回圖4.4中斷服務(wù)程序工作流程圖1.主程序清單如附錄A所示其中，10秒鐘的定時采用定時器T0定時工作在方式1,單片機晶振Fosc=12MHz，所以機器周期T=12×t0=12×(1/12MHz)=1us設(shè)定時器T0初始值為X，則：(2∧16-X)×1us=50ms從而可知定時器T0初始值X=65536-50000=15536=3CB0H,在此用50H、51H單元分別進行1秒和10秒的計數(shù)，它們內(nèi)的賦值分別為14H、0AH，T0的初值置為TL0=0B0H、TH0=3CH。2.外部中斷INTO服務(wù)程序：PINT0:CLREX0;外部中斷0服務(wù)程序開始，屏蔽外部中斷PUSHPSWPUSHACCJNBP3.2,LN;監(jiān)測是否有中斷輸入LN:LCALLDELAY;延時消抖JNBP3.2,LN1AJMPLN2;無中斷輸入,中斷返回LN1:SETBP3.0CLRP3.1CLRP1.2;使報警結(jié)束，綠指示燈亮POPACCPOPPSWSETBEX0;開放外部中斷0LCALLLP;在中斷繼續(xù)檢測是否有輸入信號LN2:RETI以上程序所編寫的程序，通過Keil編譯軟件已經(jīng)編譯通過，同時運行效果已經(jīng)通過仿真軟件Proteus仿真，可以達到預(yù)定設(shè)計的目的，仿真效果圖如下圖4.5所示；圖4.5結(jié)果仿真效果圖通過仿真圖可以看出,該設(shè)計程序的結(jié)果達到了預(yù)期的目的,通過多次調(diào)試和修改，且在程序設(shè)計過程中應(yīng)考慮到各方面的干擾以及輸入輸出信號在工作中的不穩(wěn)定因素，都應(yīng)該在程序設(shè)計或硬件外圍電路中對這些干擾和不穩(wěn)定因素進行消除和穩(wěn)定。在本設(shè)計中已經(jīng)對外部輸入信號和按鍵中斷進行了軟件消抖和防干擾處理，本設(shè)計在設(shè)計過程中，應(yīng)該考慮的問題和因素都已經(jīng)進行了對應(yīng)的處理，所以，一些隱患在設(shè)計過程中都已經(jīng)消除了，根據(jù)仿真實現(xiàn)了設(shè)計功能，同時，根據(jù)原理圖作出相應(yīng)的PCB圖，如下圖4.6所示；圖4.6報警器PCB效果圖根據(jù)PCB圖做出電路板，按照PCB圖的線路元器件的連接即可焊接出報警器成品，然后對焊接后的成品進行修正、測試，可以達到預(yù)期的目的，既當報警器工作時，當人體移動到距離報警器0—10M范圍時，即可觸發(fā)報警器工作，當持續(xù)報警10S鐘后自動停止報警，也可以手工按鍵解除報警；在報警的同時也可以顯示出報警的次數(shù)，以供人員查閱。所以，此次設(shè)計的報警器靈敏度高，操作簡單、靈活、易用。結(jié)論目前國內(nèi)使用的各類防盜、保安報警器基本都是以超聲波、主動式紅外發(fā)射／接收以及微波等技術(shù)為基礎(chǔ)。而這里所設(shè)計的被動式紅外報警器則采用了美國的傳感元件——熱釋電紅外傳感器。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，同時，它還能鑒別出運動的生物與其它非生物。熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報警裝置，也可以用于自動控制、接近開關(guān)、遙測等領(lǐng)域。用它制作的防盜報警器與目前市場上銷售的許多防盜報警器材相比，具有如下特點：（1）不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源。（2）靈敏度高、控制范圍大。（3）隱蔽性好，可流動安裝參考文獻1胡海編.單片機原理與應(yīng)用.機械工業(yè)出版社，20052姜志海.單片微型計算機原理及應(yīng)用.機械工業(yè)出版社，20033何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)選編.8北京航空航天大學(xué)出版社，20004潘永雄.單片機實驗與實踐.電子工業(yè)出版社，20055李光飛.傳感器技術(shù)與應(yīng)用.北京航空航天大學(xué)出版社，20066朱清慧.Proteus教程——電子線路設(shè)計、制版與仿真.清華大學(xué)出版社，2008.7鄒應(yīng)全.51系列單片機原理與實驗教程.西安電科大，20078黃繼昌.傳感器工作原理及應(yīng)用實例.人民郵電出版社，19989樓然苗.51系列單片機設(shè)計實例（第二版）北京航空航天大學(xué)出版社，2006.210孫惠芹.傳感器入門.科學(xué)出版社，2006.11唐桃波，陳玉林.基于AT89C51的智能無線安防報警器.電子設(shè)計應(yīng)用，200312張慶雙,報警器、警示器應(yīng)用電路集粹.機械工業(yè)出版社，200513李軍,賀慶之.檢測技術(shù)及儀表,中國工業(yè)出版社,199614羅自維.傳感器應(yīng)用,電子工業(yè)出版社,199215何偉仁等編著.傳感器技術(shù).北京：中國計量出版社，198416夏路易.電路板原理圖與電路板設(shè)計教程protel99se北京希望電子出版社.2002.617TiinaHavana.2003April.CommunicationintheSoftwareVulnerabilityReportingProcess.M.A.thesis,Universityof18M.MorrisMano.DigitalDesign(ThirdEducation).Beijing:HigherEducationgPress,200219DanielE.Geer,Jr.(Editor),MaryAnnDavidson,MarcDonner,LyndaMcGhie,andAdamShostack.20AnalogDevicesInc．CMOS125MHzCompleteDDSS