基于單片機(jī)防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

《基于單片機(jī)防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于單片機(jī)防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc（53頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、基于單片機(jī)防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目 錄第1章 緒 論31.1選題背景31.2課題介紹41.3本文主要工作51.4方案選擇論證51.4.1單片機(jī)的選擇51.4.顯示器工作原理及其選擇61.4.3液晶顯示和數(shù)碼顯示61.4.4 防盜報(bào)警選擇傳感器的選擇72.1硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)82.2 AT89C51芯片的介紹92.2.1引腳功能92.2.2 結(jié)構(gòu)原理112.2.3 AT89C51定時(shí)器/計(jì)數(shù)器相關(guān)的控制寄存器介紹122.2.4 MAX708芯片介紹 132.3 單片機(jī)復(fù)位設(shè)置142.4 8255A芯片介紹142.4.1 8255A的引腳和結(jié)構(gòu)152.4.2 8255的工作方式162.4.3 8255的

2、控制字182.5 AT89C51與8255的接口電路192.6 顯示部分202.6.1七段顯示譯碼器202.6.2 7448譯碼驅(qū)動(dòng)212.6.3 單片機(jī)與7448譯碼驅(qū)動(dòng)器及LED的連接232.6.4外部地址鎖存器23第3章 檢測信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)243.1 熱釋紅外線傳感器典型電路253.2 紅外光敏二極管警燈電路263.2.1 光敏二極管控制電路273.3紅外線探測信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)283.3.1光電耦合器驅(qū)動(dòng)接口303.3.2 集成電路運(yùn)算放大器313.3.3 精密多功能運(yùn)算放大器INA105313.3.4 低功耗、雙運(yùn)算放大器LM35834第4章 電源設(shè)計(jì)354.1 單片機(jī)系統(tǒng)電源354

3、.2檢測部分電源355.1 主程序設(shè)計(jì)375.2 核對子程序設(shè)計(jì)385.3 中斷子程序設(shè)計(jì)385.4 讀數(shù)子程序設(shè)計(jì)395.5 程序設(shè)計(jì)說明405.6 程序清單41第6章 調(diào)試456.1安裝調(diào)試456.2音響（和繼電器）驅(qū)動(dòng)線路具體連接456.3 程序修改466.4 程序執(zhí)行過程47結(jié)論48參考文獻(xiàn)49致謝51原理圖52第1章 緒 論隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對防盜、防劫、防火保安設(shè)備的需求量大大增加。針對偷盜、搶劫、火災(zāi)、煤氣泄漏等事故進(jìn)行檢測和報(bào)警的系統(tǒng)，其需求也越來越高。本設(shè)計(jì)運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)了一新穎紅外線防盜報(bào)警器。而本設(shè)計(jì)中的輸入部分主要是各種各樣的傳感器。不同類型的探測器用不同的手段探

4、測各種入侵行為；不同作用的傳感器，也可檢測出不同類型的情況。本章節(jié)主要介紹了本設(shè)計(jì)的選題背景、課題介紹、本文主要工作、方案論證。1.1選題背景 單片機(jī)現(xiàn)在已越來越廣泛地應(yīng)用于智能儀表、工業(yè)控制、日常生活等很多領(lǐng)域，可以說單片機(jī)的應(yīng)用已滲透到人類的生活、工作的每一個(gè)角落，這說明它和我們每個(gè)人的工作、生活密切相關(guān)，也說明我們每個(gè)人都有可能和有機(jī)會(huì)利用單片機(jī)去改造你身邊的儀器、產(chǎn)品、工作與生活環(huán)境。紅外技術(shù)已經(jīng)成為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，他在各領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。由于他是不可見光，因此用他做防盜報(bào)警監(jiān)控器，具有良好的隱蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干擾能力強(qiáng)。這種監(jiān)控報(bào)警裝置廣泛應(yīng)用與博物館、

5、單位要害部門和家庭的防護(hù)1。通常紅外線發(fā)射電路都是采用脈沖調(diào)制式。紅外接收電路首先將接收到的紅外光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并進(jìn)行放大和解調(diào)出用于無線發(fā)射電路的調(diào)制信號(hào)。當(dāng)無人遮擋紅外光時(shí)，鎖相環(huán)輸出低電平，報(bào)警處于監(jiān)控狀態(tài)；一旦有人闖入便遮擋了紅外光，則鎖相環(huán)失鎖，輸出高電平，驅(qū)動(dòng)繼電器接通無線發(fā)射電路，監(jiān)控室便可接收到無線報(bào)警信號(hào)，并可區(qū)分報(bào)警地點(diǎn)2。當(dāng)我們考慮的范圍廣一點(diǎn)：若是在小區(qū)每一住戶內(nèi)安裝防盜報(bào)警裝置。當(dāng)住戶家中無人時(shí)，可把家庭內(nèi)的防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置為布防狀態(tài)，當(dāng)竊賊闖入時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)并向小區(qū)安保中心報(bào)警3。周界報(bào)警系統(tǒng)：在小區(qū)的圍墻上設(shè)置主動(dòng)紅外對射式探測器，防止罪犯由圍墻翻入小區(qū)

6、作案，保證小區(qū)內(nèi)居民的生活安全4。有的防盜報(bào)警系統(tǒng)還連有上位機(jī)。將探測器發(fā)回的現(xiàn)場信號(hào)按防區(qū)的類型與主機(jī)的工作狀態(tài)（布防、撤防）作出邏輯判斷，進(jìn)而發(fā)出報(bào)警5,6。一個(gè)防盜系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在報(bào)警主機(jī)的功能上。1.2課題介紹本設(shè)計(jì)是利用單片機(jī)對防盜報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行控制，系統(tǒng)要求能對16個(gè)以上的監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測。是以單片機(jī)為核心構(gòu)成防盜報(bào)警系統(tǒng)，以完成用戶鍵盤輸入，數(shù)碼（可漢字液晶）顯示、故障狀態(tài)指示為主，完成報(bào)警檢測，若有報(bào)警事故發(fā)生，可向外界發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。系統(tǒng)基本框圖如下所示:圖1.1 系統(tǒng)基本框圖報(bào)警電路顯示電路單片機(jī)檢測電路警語播放電路鍵盤輸入單片機(jī)防盜報(bào)警系統(tǒng)主要用于賓館、倉庫、居民樓

7、等場所，它能對受監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測。一旦出現(xiàn)盜情，由單片機(jī)接收有效信號(hào)，并發(fā)出報(bào)警命令，即進(jìn)行聲光報(bào)警，并指示被盜地點(diǎn)，提醒有關(guān)人員進(jìn)行有關(guān)措施。該防盜報(bào)警系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。若更換其他的傳感器，該系統(tǒng)還可以用于火災(zāi)報(bào)警、煤氣泄漏等報(bào)警。1.3本文主要工作在設(shè)計(jì)之前首先工對本課題作廣大的市場調(diào)研工作，進(jìn)行分析、對比、總結(jié)，再進(jìn)行方案選擇論證。具體到設(shè)計(jì)時(shí),又分硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)主要分兩大部分：單片機(jī)部分和檢測部分。軟件設(shè)計(jì)分主程序設(shè)計(jì)和中斷子程序設(shè)計(jì)。在完成正文部分后，主要工作就是要進(jìn)行調(diào)試，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)現(xiàn)象，軟件和硬件都要作必要的修改。1.4方案選擇論證1

8、.4.1單片機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)采用低功耗，高性能的89C51單片機(jī),北京集成電路設(shè)計(jì)中心推出的BIATu89C51的單片機(jī)。是一種低功耗，高性能的含有4K字節(jié)快檫寫可編程檫除只讀存儲(chǔ)器（EEPORM）的8位CMOS單片機(jī)，時(shí)鐘頻率高達(dá)24MHZ，與8031的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。芯片上的EEPROM允許在線（5V）電檫除，點(diǎn)寫入或采用通用的非易失存儲(chǔ)器對程序存儲(chǔ)器重復(fù)編程。此外，BIATu89C51還支持由軟件選擇的二種掉電工作方式。非常適用于電池供電或其他要求低供耗場合。由于芯片內(nèi)的4程序存儲(chǔ)器可在線或用編程器重復(fù)編程，受到了應(yīng)用設(shè)計(jì)者的歡迎，并得到較為廣泛的應(yīng)用。1.4.顯示器工作原理及其選

9、擇點(diǎn)亮顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法。所謂靜態(tài)顯示就是當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二級(jí)管恒定地導(dǎo)通或截止，例如7段顯示器a,b,c,d,e,f導(dǎo)通,g截止，顯示0。這種顯示方式每一位都需要有一個(gè)8位輸出口控制，靜態(tài)顯示時(shí)，較小的電流可以得到較高的亮度且字符不閃爍，所以可以采用8255A的輸出口直接驅(qū)動(dòng)。在單片機(jī)串行口方式0應(yīng)用中，也是采用靜態(tài)顯示方法。當(dāng)顯示器位數(shù)較少時(shí)采用靜態(tài)顯示的方法是適合的。當(dāng)位數(shù)較多是，用靜態(tài)顯示所需I/O口太多，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方法。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮顯示器各個(gè)位（掃描），對于顯示器的每一位來說，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整

10、個(gè)顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。顯示的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共位只需要一個(gè)I/O口（稱為掃描口），控制顯示器的各位所顯示的字型也需一個(gè)8位口（稱為段數(shù)據(jù)口），為了防止閃爍，顯示的時(shí)間在12ms。1.4.3液晶顯示和數(shù)碼顯示LED是一種離子注入型全固體半導(dǎo)體發(fā)光器件，它的電壓低，正好與TTL電路匹配，發(fā)光效率高，壽命最長，是目前儀表數(shù)字顯示的主體。 LCD是低電壓驅(qū)動(dòng)，極微小功耗，與CMOS功耗電路可直接匹配，是LSI的孿生兄弟，此外其極薄的扁平結(jié)構(gòu)立刻眼在極亮的環(huán)境

11、光下使用，以及信息容量大，生產(chǎn)容易等等，都充分顯示了它的優(yōu)越性能。但是液晶顯示一個(gè)最大的缺點(diǎn)，是工作溫度范圍較窄，特別是低濕范圍不夠，液晶顯示器不宜施加直流電壓，一般來說，使用液晶顯示信息，需要液晶材料或器件，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三者統(tǒng)一。在本設(shè)計(jì)中只需要使用幾個(gè)數(shù)字來表示被盜地點(diǎn)，用液晶顯示就顯得浪費(fèi)了，而數(shù)碼顯示就簡單便宜了。1.4.4 防盜報(bào)警選擇傳感器的選擇目前，用于防盜報(bào)警的傳感器,市場上大多為紅外線或微波類產(chǎn)品，分為主動(dòng)式和被動(dòng)式二種。由于誤報(bào)等原因本設(shè)計(jì)采用被動(dòng)式探頭。它的工作原理比較簡單：發(fā)射器按一定的頻率發(fā)射出脈沖式的紅外波束和微波，對方的接收器則按相同的頻率接收紅外波束

12、或微波。當(dāng)一發(fā)一收的頻率經(jīng)中心控制器判別一致時(shí)，表明波束行進(jìn)的方向沒有物體存在。反之，光束行進(jìn)路徑上有異物遮擋，光束被反射、散射，接收器接受的信號(hào)就會(huì)丟失，從而發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 而本設(shè)計(jì)輸入部分主要是各種各樣的傳感器。不同類型的探測器用不同的手段探測各種入侵行為，如人體的移動(dòng)、物體的震動(dòng)、玻璃的破碎和門窗的開關(guān)等，系統(tǒng)將所得的信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，發(fā)出警報(bào)。常用的傳感器有對射紅外探測器、磁控管（門磁）、震動(dòng)開關(guān)、被動(dòng)紅外探測器（PIR）、雙鑒探測器、煙感、溫感探測頭等。這些傳感器不僅可以對室內(nèi)的門、窗、敞開的陽臺(tái)、固定玻璃、保險(xiǎn)箱等的異常情況進(jìn)行監(jiān)測，而且還能對家中的火警進(jìn)行監(jiān)測。在家中無人的情況下

13、還具有探測有無物體移動(dòng)的功能，以發(fā)現(xiàn)家中是否有偷竊等異常情況。這些器件有效地各施其則，為控制單元傳送現(xiàn)場的資料，提供報(bào)警控制。本設(shè)計(jì)采用熱釋紅外線傳感器，通過探測人體特有的紅外線來檢測盜情。第2章 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)由于該系統(tǒng)主要用于多點(diǎn)集中檢測報(bào)警，故應(yīng)能對受監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行巡回檢測，為防止誤報(bào)警，當(dāng)檢測到某點(diǎn)有盜請時(shí)該系統(tǒng)應(yīng)延時(shí)再進(jìn)行檢測一次，若確有盜情方可報(bào)警，并用數(shù)字指示出被盜地點(diǎn)。該系統(tǒng)的傳感器可選用接觸式、斷開式等開關(guān)量傳感器；系統(tǒng)終端部分選用音響報(bào)警電路及數(shù)碼顯示電路；其中數(shù)碼顯示由譯碼驅(qū)動(dòng)器譯碼驅(qū)動(dòng)。本章節(jié)主要介紹單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及其相關(guān)芯片的概述和各部分的接口電路。2.1硬件

14、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示，主機(jī)選用89C51單片機(jī)，地址鎖存器選用74LS373，數(shù)碼顯示部分選用共陰極數(shù)碼管，放大器、揚(yáng)聲器及多點(diǎn)檢測電路選用8255并行I/O口。由于8255每片3個(gè)口，每個(gè)有8個(gè)點(diǎn)，故每片8255可監(jiān)測24個(gè)房間，若需要，還可以增加8255的數(shù)量。 圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)硬件總圖其具體電路圖見附錄總圖。2.2 AT89C51芯片的介紹 AT89系列單片機(jī)（簡稱89系列單片機(jī)）是ATMEL公司的8位Flash單片機(jī)。這個(gè)系列單片機(jī)最吸引人的特點(diǎn)就是在片內(nèi)含有Flash存儲(chǔ)器，因此它有著十分廣泛的用途，特別是在便攜式和需要特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用18。8

15、9系列單片機(jī)是以8031核構(gòu)成的，所以與8051系列單片機(jī)相互兼容。這個(gè)系列對于以8051為基礎(chǔ)的系統(tǒng)來說，進(jìn)行取代和構(gòu)造十分容易。89系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與80C51相近，主要含有以下幾個(gè)部件：l 8031CPU；l 振蕩電路；l 總線控制部件；l 中斷控制部件；l 片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器；l 片內(nèi)RAM；l 并行I/O接口；l 定時(shí)器；l 串行I/O接口； 圖2.2 AT89C51引腳圖2.2.1引腳功能1、I/O口線, AT89C51引腳圖如圖2.2所示。（1）P0口8位、漏極開路的雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器及擴(kuò)展I/O口時(shí)，P0口作為低字節(jié)地址/數(shù)據(jù)線復(fù)用。 P0口也可做通用I/O口

16、使用，但需要加上拉電阻，變?yōu)闇?zhǔn)雙向口。當(dāng)作為普通輸入時(shí)，應(yīng)將輸出鎖存器置1。P0口可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。（2）P1口8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。 P1口是為用戶準(zhǔn)備的I/O雙向口。（3）P2口8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。 當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器或外擴(kuò)I/O口時(shí)，P2口輸出高8位地址。P2口也也可做通用I/O口使用。用做輸入時(shí)，應(yīng)將輸出鎖存器置1。P2口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。（4）P3口8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。P3口也可做通用I/O口使用。用做輸入時(shí)，應(yīng)將輸出鎖存器置1。P3口還提供各種替代功能，如表2.1所示。 表2.1 P3口替代功能引腳替代功能說明P3.0

17、RXD串行數(shù)據(jù)接收P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2外部中斷0申請P3.3外部中斷1申請P3.4T0定時(shí)器0外部事件計(jì)數(shù)輸入P3.5T1定時(shí)器1外部事件計(jì)數(shù)輸入P3.6外部RAM寫選通P3.7外部RAM讀選通 2、控制信號(hào)線（1）RST復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。在振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，在RST引腳施加兩個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)晶振周期）以上的高電平，將器件復(fù)位。（2） 外部程序存儲(chǔ)器訪問允許信號(hào)EA（External Access Enable）。 當(dāng)信號(hào)接地時(shí)，對ROM的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器，地址為0000HFFFFH；當(dāng)接VCC時(shí)，對ROM的讀操作從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲(chǔ)

18、器。（3）片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)PSEN（Program Stroe Enable）,低電平有效。在片外程序存儲(chǔ)器取址期間，當(dāng) 有效時(shí)，程序存儲(chǔ)器內(nèi)容被送至P0口（數(shù)據(jù)總線）；在訪問外部RAM時(shí)，無效。（4）低字節(jié)地址鎖存信號(hào)ALE（Address Latch Enable）。 在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE下降沿將P0口輸出的低8位地址鎖存在外接的地址鎖存器中，以實(shí)現(xiàn)低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)分時(shí)傳送。此外，ALE端連續(xù)輸出正脈沖，頻率為晶振頻率的1/6，可用做外部定時(shí)脈沖使用，但要注意，每次訪問外RAM時(shí)要丟失一個(gè)ALE脈沖。3、電源線（1）VCC電源電壓輸入引腳。（2）GND電源地。4、外部晶振引線（1）

19、XTAL1片內(nèi)振蕩器反向放大器和時(shí)鐘發(fā)生線路的輸入端。使用片內(nèi)振蕩器，連接外部石英晶體和微調(diào)電容。（2）XTAL2片內(nèi)振蕩器反向放大器的輸出端。使用片內(nèi)振蕩器，連接外部石英晶體和微調(diào)電容。當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)，引腳XATL1接收振蕩器信號(hào)，XATL2懸空。2.2.2 結(jié)構(gòu)原理AT89C51基本組成框圖如圖2.3所示。下面簡要說明各部分的組成及功能：中斷控制CPU片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器總線控制片內(nèi)RAM4個(gè)I/O端口定時(shí)器1定時(shí)器0ETC振蕩器串行端口TXD RXDP0 P2 P1 P3計(jì)數(shù)器輸入外部中斷擴(kuò)展中斷 圖2.3 AT89C51基本組成框圖1、中央處理器 單片機(jī)的中央處理器（CPU）是單片

20、機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制操作。中央處理器主要包括運(yùn)算器和控制器。 運(yùn)算器主要用來實(shí)現(xiàn)算術(shù)、邏輯運(yùn)算和位操作。其中包括算術(shù)和邏輯運(yùn)算單元ALU、累加器ACC、B寄存器、程序狀態(tài)字PSW和兩個(gè)暫存器等。 控制器是識(shí)別指令并根據(jù)指令性質(zhì)協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)內(nèi)各組成單元進(jìn)行工作的部件?？刂破髦饕ǔ绦蛴?jì)數(shù)器PC（Program Counter）、PC增量器、指令寄存器、指令譯碼器、定時(shí)及控制邏輯電路等。其功能是控制指令讀入、譯碼和執(zhí)行，并對指令執(zhí)行過程進(jìn)行定時(shí)和邏輯控制。 2、存儲(chǔ)器 單片機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器分別為程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 程序存儲(chǔ)器主要用來存儲(chǔ)指令代碼和一些常數(shù)及表格。程序在開發(fā)和調(diào)試成功之后就永

21、久性地駐留在程序存儲(chǔ)器中，在停機(jī)斷電狀態(tài)下代碼也不會(huì)丟失。程序存儲(chǔ)器在操作運(yùn)行過程中只讀不寫，因而又被稱為只讀存儲(chǔ)器ROM（Read Only Memory）。用隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM（Random Access Memory）來存儲(chǔ)程序運(yùn)行期間的工作變量和數(shù)據(jù)，所以又被稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。一定容量的RAM集成在單片機(jī)內(nèi)，提高了單片機(jī)的運(yùn)行速度，也降低了功耗。標(biāo)準(zhǔn)AT89單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器采用4KB的快速擦寫存儲(chǔ)器Flash Memory,編程和擦除完全是電氣實(shí)現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)AT89單片機(jī)含有128*8位RAM，采用單字節(jié)地址。實(shí)際上片內(nèi)的字節(jié)地址空間是256個(gè)（00HFFH）,其中高128字節(jié)地址(80HF

22、FH)被特殊功能寄存器SFR占用,用戶只能使用低128字節(jié)單元(00H7FH)來存放可讀/寫的數(shù)據(jù)。3、外圍接口電路CPU與外圍設(shè)備的信息的交換都要通過接口電路來進(jìn)行。這主要是解決CPU的高速處理能力和外部設(shè)備低速運(yùn)行之間的速度匹配問題，并可以有效地提高CPU的工作效率；同時(shí)也提高了CPU對外的驅(qū)動(dòng)能力，輸出接口電路具有鎖存器和驅(qū)動(dòng)器，輸入接口電路具有三態(tài)門控制，成為接口電路的基本特征。4、時(shí)鐘振蕩電路單片機(jī)芯片內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容都需要外接。AT89C51的晶振頻率為高為24MHz。2.2.3 AT89C51定時(shí)器/計(jì)數(shù)器相關(guān)的控制寄存器介紹：1、 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制寄存器

23、TCON2、 工作方式控制寄存器TMODTMOD用于設(shè)定定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式，不可位尋址，只能用字節(jié)傳送指令，字節(jié)地址為89H，其各位定義如下：定時(shí)/計(jì)數(shù)器1定時(shí)/計(jì)數(shù)器0位序D7D6D5D4D3D2D1D0位符號(hào)GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0C/T 計(jì)數(shù)方式/定時(shí)方式選擇位。C/T=0，選擇定時(shí)工作方式；C/T=1，選擇計(jì)數(shù)工作方式。M1和M0 工作方式選擇位。M1M0=00，選擇工作方式0；M1M0=01，選擇工作方式1；M1M0=10，選擇工作方式2；M1M0=11，選擇工作方式3。3、 中斷允許寄存器IE4、 中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP2.2.4 MAX708芯片介紹 MA

24、X708 具有比較器、手動(dòng)復(fù)位、兩組復(fù)位電平輸出的電源監(jiān)控芯片, 是一種微處理器電源監(jiān)控芯片，可同時(shí)輸出高電平有效和低電平有效的復(fù)位信號(hào)。復(fù)位信號(hào)可由VCC電壓、手動(dòng)復(fù)位輸入、或由獨(dú)立的比較器觸發(fā)。 獨(dú)立的比較器可用于監(jiān)視第二個(gè)電源信號(hào)，為處理器提供電壓跌落的預(yù)警功能。這一功能是為器件發(fā)出復(fù)位信號(hào)前的正常關(guān)機(jī)、向操作者發(fā)送警報(bào)、或電源切換而考慮的。1、特性 (1)RESET信號(hào)/RESET信號(hào)輸出； (2)域值值為1.25V、用于電源失效或低電源警告的獨(dú)立比較器； (3)手動(dòng)復(fù)位輸入； (4)需要100uA的電源電流； (5)復(fù)位域值為：2.63V、2.93V、3.08V；2、引腳圖 MAX7

25、08的引腳圖如右所示： 圖2.4 MAX708 的管腳圖2.3 單片機(jī)復(fù)位設(shè)置RST引腳是復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。在振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，在RST引腳施加兩個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)晶振周期）以上的高電平，將器件復(fù)位。接口電路如圖2.5所示。 圖2.5 MAX708與89C51的接口電路圖圖2.5中的時(shí)鐘復(fù)位電路現(xiàn)在用的是一塊MAX708芯片，因?yàn)?255也需要復(fù)位，用該芯片可以使單片機(jī)和8255同時(shí)復(fù)位。所以,MAX708與AT89C51及8255的接口電路如2.6所示。 圖2.6 MAX708與89C51及8255A的接口電路圖2.4 8255A芯片介紹8255A是INTEL公司生產(chǎn)的可編程輸入輸

26、出接口芯片，它具有3個(gè)8位的并行I/O口分別稱為PA口、PB口、PC口又分為高4位口（PC7PC4）和低4位（PC3PC0），它們都可以通過軟件編程來改變I/O口的工作方式。8255A可以與單片機(jī)直接接口，具體接口電路圖如圖2.10所示。2.4.1 8255A的引腳和結(jié)構(gòu) 8255A的引腳如圖2.7a所示。8255A的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.7b所示。它由以下幾個(gè)部分組成：1、數(shù)據(jù)端口A、B、C8255A有三個(gè)位并行口，PA、PB和PC。都可以選擇作為輸入輸出工作模式，但在功能和結(jié)構(gòu)上有一些差異。（1） PA口：一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器；一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。（2） PB口：一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖

27、存器和緩沖器；一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。（3） PC口：一個(gè)8位的輸出鎖存器；一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。通常PA口、PB口作為輸入輸出口，PC可作為輸入輸出口，也可在軟件的控制下，分為兩個(gè)4位的端口，作為端口A、B選通方式操作時(shí)的狀態(tài)控制信號(hào)。2、D0D7：8位三態(tài)雙向輸入/輸出通道是8255A與CPU接口的數(shù)據(jù)總線。3、RESET：高電平動(dòng)作。復(fù)位時(shí)，8255A的PA、PB、PC口與控制寄存器將被消除，PA、PB、PC口皆被設(shè)定為輸入口模式。4、/CS：芯片選擇，低電平動(dòng)作。當(dāng)/CS=0時(shí)，8255A被選擇；當(dāng)/CS=1時(shí)，8255A無法與CPU做數(shù)據(jù)傳輸。5、/RD：讀取使能，低電平動(dòng)作。/R

28、D=0且/CS=0時(shí)，CPU從8255A讀取數(shù)據(jù)。6、/WR：寫入使能，低電平動(dòng)作。/WR=0且/CS=0時(shí)，CPU將數(shù)據(jù)寫入8255A。7、A0、A1：地址選擇線，用來選擇8255A的PA口、PB口、PC口和控制寄存器。如表2.2所示。 表2.2 地址選擇 A0 A1 被選中的端口名 0 0 PA口 0 1 PB口 1 0 PC口 1 1 控制寄存器8、8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(1)8255A的方塊圖包括4個(gè)部分：（如圖2.7b所示）數(shù)據(jù)總線緩沖器（Data Bus Buffer）讀/寫控制邏輯（R/W Control Logic）A、B組控制單元(Group A & Group B Contr

29、ol)PA口、PB口、PC口（PA0PA7,PB0PB7,PC0PC7）(2)數(shù)據(jù)總路線緩沖器：三態(tài)雙向8位用來傳輸數(shù)據(jù),為CPU和8255間的接口。當(dāng)CPU執(zhí)行“讀取”或“寫入”時(shí)，都經(jīng)由此數(shù)據(jù)總線緩沖器傳送或接收數(shù)據(jù)碼、控制命令碼等。(3)讀/寫控制邏輯：其功能是用來控制數(shù)據(jù)與控制字的傳輸。從CPU接收到A0、A1、/RD、/WR、/CS及RESET等控制信號(hào)，然后產(chǎn)生各種不同動(dòng)作。當(dāng)RESET復(fù)位時(shí)，控制寄存器被清除，且PA、PB、PC口被設(shè)定為輸入口，因此RESET引腳應(yīng)與CPU的RESET接在一起，產(chǎn)生一致的復(fù)位動(dòng)作。/CS、/RD與/WR均為低電平使能,當(dāng)/CS=0時(shí),8255A被

30、使能,A0、A1為寄存器尋址輸入線，配合/RD、/WR用來選擇3個(gè)輸入輸出寄存器、控制寄存器,并控制信息傳送方向。如表2.3所示。（4）A組和B組控制電路：這是兩組根據(jù)CPU的命令字控制8255工作方式的電路。每組控制電路從讀、寫控制邏輯接受各種命令，從內(nèi)部數(shù)據(jù)接受控制字（即指令）并發(fā)出適當(dāng)?shù)拿畹较鄳?yīng)的端口。A組控制電路控制A口及C口的高4位；B組控制電路控制B口及C的低4位。2.4.2 8255的工作方式8255有3中工作方式，即方式0、方式1、方式2，如圖2.8所示。1、方式0（基本輸入/輸入方式）。這種方式不需要任何選通信號(hào)。兩個(gè)8位端口（口A和口B）和兩個(gè)4位端口（口C）。A口、B口

31、及C口的高4位和低4位都可以設(shè)定為輸入或輸出。作為輸出口時(shí)，輸出的數(shù)據(jù)都被鎖存；作為輸入口時(shí)，輸入數(shù)據(jù)不鎖存。在方式0時(shí)，各個(gè)端口的輸入、輸出可有16種不同的組合。2、方式1（選通輸入/輸出方式）。在這種方式下,A、B、C三個(gè)口分為兩組：A組包括A口和C口的高4位，A口可由編程設(shè)定為輸入口或輸出口，若懸河C口的高4位用來作為輸入/輸出操作的控制和同步信號(hào)；B組包括B口和C口的低4位，B口同樣由編程設(shè)定輸入或輸出口，C口的低4位用來作為輸入/輸出操作的控制和同步信號(hào)；任何一個(gè)端口都有可做為輸入或輸出；若只有一個(gè)端口工作于方式1，余下的13位，可以工作在方式0下；A口和B口的輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)都被鎖

32、存。 a.引腳 b. 內(nèi)部功能結(jié)構(gòu) 圖2.7 8255A引腳和結(jié)構(gòu)圖表2.3 8255A端口選擇及功能A0 A1操 作0 00 11 00 00 11 01 1X X1 1X X0 1 00 1 00 1 01 0 01 0 01 0 01 0 0X X 10 1 01 1 0A口 數(shù)據(jù)總線B口 數(shù)據(jù)總線C口 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 A口數(shù)據(jù)總線 B口數(shù)據(jù)總線 C口數(shù)據(jù)總線控制寄存器數(shù)據(jù)總線為三態(tài)非法狀態(tài)數(shù)據(jù)總線為三態(tài)3、方式2（雙向總線方式）。在這種方式下，A口為8位雙向總線，C口的PC3PC7用來作為輸入/輸出的同步控制信號(hào)。在這種情況下，B口和C口的PC0PC2只能編程方式為0或方式1工作。B

33、 C APB7PB0控制控制PA7PA0B組A組方式1 I/OI/ObB C APB7PB0控制控制PA7PA0I/OI/O雙向A口控制方式2c 圖2.8 8255的三種工作方式A 方式0 b 方式1 c 方式22.4.3 8255的控制字8255有兩種控制字，即控制A口、B口、C口的工作方式的方式控制字和控制C口各位置位/復(fù)位控制字，兩種控制字寫入的控制寄存器相同，只是用D7位來區(qū)分哪一種控制字。D7=1時(shí)為C口置位/復(fù)位控制字。兩種控制字的格式和定義如下圖所示: a b圖2.9 8255的控制字格式 a方式選擇控制字 b C口置/復(fù)位控制字2.5 AT89C51與8255的接口電路在89C

34、51單片機(jī)上擴(kuò)展一片8255A芯片，無需外加任何邏輯電路，其接口如圖2.10所示。圖中8255A的PA口地址為7CH，PB口地址為7DH，PC口地址為7EH，控制字寄存器地址為7EH。這里8951單片機(jī)對8255采用了線性選址法。 圖2.10 89C51與8255A的接口電路圖2.6 顯示部分在數(shù)字測量儀表和各種數(shù)字系統(tǒng)種，都需要將數(shù)字量直觀地顯示出來，一方供人們直觀讀取測量和運(yùn)算的結(jié)果；另一方面用于監(jiān)視數(shù)字系統(tǒng)的工作情況。因此數(shù)字顯示是許多數(shù)字設(shè)備不可缺少的部分，本設(shè)計(jì)中發(fā)生盜情時(shí)要讓主人知道具體發(fā)生在哪點(diǎn)，所以直觀地用LED顯示數(shù)字1、2、3、4，表示相對應(yīng)的地點(diǎn)，很是一目了然。并且采用7

35、448譯碼驅(qū)動(dòng),為軟件提供了方便。2.6.1七段顯示譯碼器數(shù)字顯示通常由譯碼器、驅(qū)動(dòng)器和顯示器等部分組成，如圖2.11所示。下面對顯示器和譯碼驅(qū)動(dòng)器分別進(jìn)行介紹。數(shù)碼顯示器是用來顯示數(shù)字、文字或符號(hào)的器件，現(xiàn)在已有各種不同類型的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字設(shè)備中，目前數(shù)碼顯示器件正朝小型、低功耗、平面化方向發(fā)展。常用的LED顯示器有七段，這種顯示器有共陰極和共陽極兩種。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。計(jì)數(shù)器譯碼器驅(qū)動(dòng)器顯 示 器脈沖信號(hào)KHZ圖2.11 數(shù)字顯示電路組成框圖圖2.12b表示七段數(shù)字顯示器利用不同發(fā)光段組合，顯示015等阿拉伯?dāng)?shù)字。在實(shí)際應(yīng)用中，10

36、15并不采用，而是兩位數(shù)字顯示器進(jìn)行顯示。a. 分段布置圖 b.段組合圖 c. 共陽極 d.共陰極圖2.12 七段數(shù)字顯示發(fā)光段組合圖2.6.2 7448譯碼驅(qū)動(dòng) 如前所述,分段式數(shù)碼管是利用不同發(fā)光段組合的方式顯示不同數(shù)碼管的。因此，為了使數(shù)碼管能將所代表的數(shù)顯示出來，必須將數(shù)碼經(jīng)譯碼器譯出，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)器點(diǎn)亮對應(yīng)的段。例如，對于8421碼的0011狀態(tài)，對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為3，則譯碼驅(qū)動(dòng)器應(yīng)使a、b、c、d、g各段點(diǎn)亮，即對應(yīng)于某一組數(shù)碼，譯碼器應(yīng)有確定的幾個(gè)輸出端有信號(hào)輸出，這是分段式數(shù)碼管電路的主要特點(diǎn)。下面介紹常用的7448七段顯示譯碼器。7448七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動(dòng)共陰

37、極顯示器。7448的功能如表2.4所示。它有3個(gè)輔助控制端LT、RBI、BI/RBO，現(xiàn)分別簡要說明如下：滅燈輸入BI/RBO BI/RBO是特殊控制端，有時(shí)作為輸入，有時(shí)作為輸出。當(dāng)BI/RBO作為輸入使用且BI=0時(shí)，無論其他輸入端是什么電平，所有各段輸出ag均為0，所以字型熄滅。試燈輸入LT 當(dāng)LT=0時(shí)，BI/RBO是輸出端，且RBO=1，此時(shí)，無論其他輸入端是什么狀態(tài)，所有各段輸出ag均為1，顯示字型為。該輸入端常用于檢查7448本身及顯示器的好壞。動(dòng)態(tài)滅零輸入RBI 當(dāng)LT=1，RBI=0且輸入代碼DCBA=0000時(shí)，各段輸出ag均為低電平，與BCD碼相應(yīng)的字型0熄滅，故稱“滅零

38、”。利用LT=1，RBI=0可以實(shí)現(xiàn)某一位0的“消隱”。此時(shí)BI/RBO是輸出端，且RBO=0。動(dòng)態(tài)滅零輸出RBO BI/RBO作為輸出使用時(shí)，受控于LT和RBI。當(dāng)LT=1且RBI=0，輸入代碼DCBA=0000時(shí)RBO=0；若LT=0或者LT=1且RBI=1，則RBO=1。該端主要用于顯示多位數(shù)字時(shí)，多個(gè)譯碼之間的連接。 表2.4 7448功能表十進(jìn)制或功能輸 入BI/RBO輸 出字 型LTRBID C B Aa b c d e f g01234567891112131415HHHHHHHHHHHHHHHHXXXXXXXXXXXXXXL L L LL L L HL L H LL L H H

39、L H L LL H L HL H H LL H H HH L L LH L L HH L H LH L H HH H L LH H H LH H H HHHHHHHHHHHHHHHHH H H H H H HL H H L L L LH H L H H L HH H H H L L HL H H L L H HL L L H H H HH H H L L L LH H H H H H HH H H H L H HL L L H H L HL L H H L L HL H L L L H HH L L H L H HL L L L H H HL L L L L L L消 隱脈沖消隱燈 測 試X

40、HLXLXX X X XL L L LX X X XLLHL L L L L L LL L L L L L LH H H H H H H從功能表可以看出，對輸入代碼0000，譯碼條件是：LT和RBI同時(shí)等于1，而對其他輸入代碼則要求LT=1，這時(shí)候譯碼器各段ag輸出的電平是由輸入BCD碼決定的，并且滿足顯示字型的要求。2.6.3 單片機(jī)與7448譯碼驅(qū)動(dòng)器及LED的連接現(xiàn)直接用7448譯碼驅(qū)動(dòng)LED顯示數(shù)字，直觀明了，在軟件方面也有優(yōu)點(diǎn)。7448的輸入接單片機(jī)一般I/O口，電阻起限壓作用。單片機(jī)與7448譯碼驅(qū)動(dòng)器及LED的接口電路如下所示。 圖2.13 單片機(jī)與7448譯碼驅(qū)動(dòng)器及LED的連

41、接圖2.6.4外部地址鎖存器單片機(jī)中的16位地址，分為高8位（A15A8）和低8位（A70）。高8位由P2口輸出，低8位由P0輸出。而P0口同時(shí)又是數(shù)據(jù)輸入/輸出接口，故在傳送時(shí)采用分時(shí)方式，先輸出低8位地址，然后再傳送數(shù)據(jù)。但是，在對外部存儲(chǔ)器進(jìn)行讀/寫操作時(shí)，地址必須保持不變，這就需要適當(dāng)?shù)募拇嫫鞔娣诺?位地址，這個(gè)外接的寄存器就稱為地址鎖存器。在進(jìn)行外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，凡具有輸入/輸出控制的8位寄存器均可作為地址鎖存器8。目前常用的地址鎖存器芯片有：74LS273、74LS373、8282等,引腳圖分別如2.14所示。引腳說明：l STB:數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號(hào),高電平有效.當(dāng)該信號(hào)為高電平

42、時(shí),外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器,負(fù)跳變時(shí),數(shù)據(jù)鎖存。l /OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，低電平有效。當(dāng)該信號(hào)為低電平時(shí)，鎖存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，輸出線為高阻態(tài)。l D0D7：8位數(shù)據(jù)輸入線。l Q0Q7：8位數(shù)據(jù)輸出線。（a）74LS273 (b) 74LS373 (c)8282 圖2.14 地址鎖存器引腳圖89C51單片機(jī)P0口與地址鎖存器的連接方法如圖2.15所示。圖2.15中的b圖為74LS373的引腳圖，/OE為使能控制端，G為鎖存控制信號(hào)。74HC373有三種工作狀態(tài)：（1）當(dāng)/OE為低電平，G為高電平時(shí)，輸出狀態(tài)和輸入狀態(tài)相同，即輸出跟隨輸入。（2）當(dāng)/OE為低電

43、平，G由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，輸入端數(shù)據(jù)鎖入內(nèi)部寄存器中，內(nèi)部寄存器中的內(nèi)容與輸出端相同。當(dāng)G保持低電平時(shí)，即輸入端數(shù)據(jù)變化也不會(huì)影響輸出端狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了鎖存功能。（3）當(dāng)/OE為高電平時(shí)，鎖存器緩沖三態(tài)門封閉，即三態(tài)門輸出為高組態(tài)，輸入端D0D7和輸出端Q0Q7隔離，則不能輸出。(a)使用74LS273 (b)使用74LS373 (c)使用8282圖2.15 89C51單片機(jī)P0口與地址鎖存器的連接方法第3章 檢測信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)紅外技術(shù)已經(jīng)成為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，他在各領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。由于他是不可見光，因此用他做防盜報(bào)警監(jiān)控器，具有良好的隱蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干擾能

44、力強(qiáng)。而本設(shè)計(jì)輸入部分主要是各種各樣的傳感器，不同類型的探測器用不同的手段探測各種入侵行為；若更換其他的傳感器，該系統(tǒng)還可以用于火災(zāi)報(bào)警、煤氣泄漏等報(bào)警。本章節(jié)主要介紹幾種不同的利用紅外線檢測報(bào)警的電路，并由此得出檢測信號(hào)放大電路。3.1 熱釋紅外線傳感器典型電路熱釋紅外線傳感器由于具有獨(dú)特的優(yōu)異功能，被廣泛應(yīng)用在國防和民用領(lǐng)域，作遙控、遙測、防盜、警戒、放火及自動(dòng)化設(shè)施，其原理及典型應(yīng)用電路如圖3.1所示。 熱釋紅外線傳感器主要由高熱系數(shù)的鋯鈦酸鉛系陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等配合濾光鏡片窗口組成，它能以非接觸形式，檢測出物體放射出來的紅外能量變化，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出12。金屬、塑料封裝

45、熱釋紅外傳感器，內(nèi)裝有變換阻抗用的場效應(yīng)晶體管，輸出阻抗一般為1047k，頂端或側(cè)面裝有濾光鏡片，用來選擇接收不同波長的熱釋紅外線。人體輻射的紅外線中心波長為910m,而這種探測元件的波長靈敏度特性在0.220m,范圍幾乎是穩(wěn)定不變的.在硅片表面上截止波長710m,的濾光片,使波長超過710m的紅外線通過,而小于7m的紅外線被吸收,于是就得到只對人體敏感的熱釋紅外線。如果用菲涅耳透鏡配合放大電路，將檢測出來的紅外信號(hào)放大6070dB，則可檢測出1020m處人的行動(dòng)，。熱釋紅外線傳感器的文字符號(hào)為AT。圖3.3為熱釋紅外線傳感器典型應(yīng)用電路。AT為雙元件熱釋紅外線傳感器，內(nèi)部電路見圖3.1，其接

46、收波長為6.514m，適用于防盜報(bào)警系統(tǒng)，輸出阻抗為10k;AT為單元件熱釋紅外線傳感器，接收波長為120m，適用于溫度遙測，但同樣亦可用于防盜及自動(dòng)控制系統(tǒng)，其內(nèi)部電路如圖3.2所示。 在這例電路中，當(dāng)AT接收到人體信號(hào)時(shí)，輸出一個(gè)微弱的低頻信號(hào)，其頻率約為0.33Hz。經(jīng)晶體管VT1和運(yùn)算放大器A1組成的兩級(jí)放大器將信號(hào)放大至7075dB。由A2等組成的電壓比較器，設(shè)定一參考電壓。在無目標(biāo)進(jìn)入時(shí)，末級(jí)無輸出；一旦有目標(biāo)進(jìn)入探測范圍，AT則有信號(hào)輸出，經(jīng)放大后，電壓高于比較器設(shè)定電壓時(shí)，A2輸出高電位，VT2導(dǎo)通，繼電器K吸合，其觸點(diǎn)接通報(bào)警電路或控制電路，實(shí)現(xiàn)熱釋紅外線探測之目的。 3.1

47、雙元件熱釋紅外線傳感器 3.2 單元件熱釋紅外線傳感器3.3 熱釋紅外線傳感器典型電路3.2 紅外光敏二極管警燈電路 圖3.4中，VDP是紅外光敏二極管，在電路中反向連接。當(dāng)把它置于紅外光照強(qiáng)度很弱的環(huán)境中時(shí)，VDP內(nèi)部僅有極少的載流子流過，表現(xiàn)為高阻值；當(dāng)它接收到一定強(qiáng)度的紅外光時(shí)，其內(nèi)部的PN結(jié)載流子受紅外光激發(fā)而增多，VDP反向電流增大，表現(xiàn)為低阻值。 圖3.4 紅外光敏二極管電路圖3.4主要由運(yùn)算放大器IC1和四與非門（D1aD1d）等組成。在VDP無光照時(shí)，調(diào)節(jié)RP使IC1的腳為1.5V左右，D1b的腳輸出高電平。在這里，D1a與D1d構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，D1d第11腳輸出高電平，D

48、1C的第10腳輸出抵電平，發(fā)光二極管VL不亮。 我們將本裝置安裝在走廊的一側(cè)，其對面安裝一只白熾燈（燈光中含有紅外光），VL不亮。當(dāng)有不速之客闖入光源與光敏二極管之間的警戒域時(shí)，VDP接收的光強(qiáng)瞬時(shí)減小，等效電阻值增大，在M點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，經(jīng)C1耦合到IC1的輸入端，IC1的第6腳變?yōu)楦唠娖?，D1b的第10腳輸出高電平，VL發(fā)亮，向主人報(bào)警。3.2.1 光敏二極管控制電路 光敏二極管是常用的光敏元件之一,它與普通的半導(dǎo)體二極管相比，相似之處是管心都是一個(gè)PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦阅?；不同之處是從外形上看時(shí)，光敏二極管管殼上有一個(gè)能射入光線的“窗口”。當(dāng)光線透過“窗口”照射到光敏二極管管心上時(shí)，

49、PN結(jié)反向漏電流增大，此時(shí)的漏電流稱為光電流；而無光照時(shí)，PN結(jié)反向漏電流很小，此時(shí)的漏電流稱為暗電流。我們就是利用光敏二極管的這一特點(diǎn)，演變出許許多多的經(jīng)典光敏二極管控制電路12。光敏二極管的典型應(yīng)用電路如圖3.5所示。從圖中可以看出，光敏二極管工作時(shí)必須加上反向電壓。在這里，RL為光敏二極管的負(fù)載電阻，U0為輸出電壓。圖3.5 光敏二極管的典型應(yīng)用電路從以上兩個(gè)例子及資料中我們可以比較設(shè)計(jì)出以下紅外線探測信號(hào)放大電路。3.3紅外線探測信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)紅外線探測信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)中紅外線探測器能探測人體發(fā)出的紅外線，當(dāng)人進(jìn)入報(bào)警器的監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，即可發(fā)出報(bào)警聲，適用于家庭、辦公室、倉庫、實(shí)驗(yàn)室等

50、比較重要場合防盜報(bào)警。 該設(shè)計(jì)電路原理見圖3.6。由紅外線傳感器、晶體三極管、運(yùn)算放大器、電壓比較器、V/I轉(zhuǎn)換器等組成。圖3.6 微弱信號(hào)放大電路(1) 檢測部分：傳感器采用帶菲涅耳透鏡的熱釋電紅外線傳感器。U2-熱釋電紅外線傳感器U3-低功耗雙運(yùn)算放大電路LM358U4-電壓比較器LM393U5-低漂移高增益運(yùn)算放大器OP27U6-V/I轉(zhuǎn)換器芯片INA105紅外線探測傳感器IC1探測到前方人體輻射出的紅外線信號(hào)時(shí)，由U2的腳輸出微弱的電信號(hào)，經(jīng)三極管VT1等組成第一級(jí)放大電路放大，再通過C2輸入到運(yùn)算放大器U3中進(jìn)行高增益、低噪聲放大，此時(shí)由U3的7腳輸出的信號(hào)已足夠強(qiáng)。U3作電壓比較器

51、，它的第腳由R9、VD2提供基準(zhǔn)電壓，當(dāng)U3的1腳輸出的信號(hào)電壓到達(dá)U3的5腳時(shí)，兩個(gè)輸入端的電壓進(jìn)行比較，此時(shí)U4的1腳由原來的高電平變?yōu)榈碗娖?。此時(shí)LM393的1腳輸出的是一個(gè)方波信號(hào)，然后將之輸入到一個(gè)V/I轉(zhuǎn)換器INA105,它的輸出將是一個(gè)420mA的電流信號(hào)，以便于遠(yuǎn)距離傳輸。U2采用進(jìn)口器件Q74，波長為910um。U3采用運(yùn)放LM358，具有高增益、低功耗。U4為雙電壓比較器LM393，低功耗、低失調(diào)電壓。其中C2、C5一定要用漏電極小的鉭電容，否則調(diào)試會(huì)受到影響。RP1是調(diào)整靈敏度的關(guān)鍵元件，應(yīng)選用線性高精度密封型。制作時(shí)，在U2傳感器的端面前安裝菲涅爾透鏡，因?yàn)槿梭w的活動(dòng)頻

52、率范圍為0.110Hz，需要用菲涅爾透鏡對人體活動(dòng)頻率倍增。(2) 單片機(jī)系統(tǒng)部分檢測信號(hào)入單片機(jī)接口圖如圖3.7所示。紅外線探測放大電路與單片機(jī)的具體連接見附錄總圖。8255的每一個(gè)輸入輸出口都將接一個(gè)檢測來的信號(hào)信號(hào)，也就是每一路輸入都有一個(gè)檢測電路，它傳過來的是一個(gè)420mA的電流信號(hào)，接一個(gè)250歐姆的電阻使其轉(zhuǎn)換成1V5V的電壓信號(hào)，此電路中只可能為1V和5V兩種情況，再通過一個(gè)電壓比較器LM393,當(dāng)LM393（U7）的2腳為5V時(shí)，輸出為高電平，光電耦合器導(dǎo)通，8255的輸入口將為低電平（其余時(shí)刻為高電平），表示檢測到有人。 圖3.7 檢測信號(hào)與單片機(jī)接口圖以下對各部分作一些具體

53、介紹3.3.1光電耦合器驅(qū)動(dòng)接口 晶體管輸出型光電耦合器的受光器是光電晶體管。光電晶體管除了沒有使用基極外跟普通晶體管一樣，取代基極電流的是以光作為晶體管的輸入。當(dāng)電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)，光電晶體管受光的影響在cb間和ce間有電流流過，這兩個(gè)電流基本上受光的照度控制，常用ce極間的電流作為輸出電流，輸出電流受Vce的電壓影響很小，在Vce增加時(shí)，稍有增加。光電晶體管的集電極電流Ic與發(fā)光二極管的電流IF之比稱為光電耦合器和電流傳輸比CTR。不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器的電流傳輸比相差很大16。 晶體管輸出型光電耦合器可做為開關(guān)運(yùn)用,這時(shí)發(fā)光二極管和光電晶體管平常都處于關(guān)斷狀態(tài)。在發(fā)光二極管通過電流

54、脈沖時(shí)，發(fā)光二極管在電流持續(xù)的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通。光電耦合器也可做線性耦合器運(yùn)用,在發(fā)光二極管上提供一個(gè)偏置電流,再把信號(hào)電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上,引起其亮度的變化,這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號(hào)。輸出電流也就將隨輸入的信號(hào)電壓線性變化。圖3.8是使用4N25的光電耦合器的接口電路圖。4N25起到耦合脈沖信號(hào)和隔離單片機(jī)系統(tǒng)與輸出部分的作用，使兩部分的電流信號(hào)獨(dú)立。輸出部分的地線接機(jī)殼或接大地，而8031系統(tǒng)的電源地線浮空，不與交流電源的地線相接。這樣可以避免輸出部分電源變化對單片機(jī)電源的影響，減少系統(tǒng)所受的干擾,提高系統(tǒng)的可靠性。由于光電耦合器是電流輸出型，不受輸出端工

55、作電壓的影響，因此可用于不同電平的轉(zhuǎn)換。 圖3.8 光電耦合器4N25的接口電路光電耦合器常用于較遠(yuǎn)距離的信號(hào)隔離傳送。一方面可以起到隔離兩個(gè)系統(tǒng)地線作用，使兩個(gè)系統(tǒng)的電源相互獨(dú)立，消除地位不同所產(chǎn)生的影響。另一方面，光電耦合器的發(fā)光二極管是電流 驅(qū)動(dòng)器件，可以形成電流環(huán)路的傳送形式。由于電流環(huán)電路是低阻抗電路，它對噪聲的敏感度低，因此提高了通迅系統(tǒng)的抗干擾能力。3.3.2 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多極直接耦合器放大電路，它的類型很多，電路也不一樣，但結(jié)構(gòu)具有共同之處，圖3.9表示集成運(yùn)放的內(nèi)部電路組成框圖。圖3.10集成電路運(yùn)算放大器代表

56、符號(hào)。圖中輸入級(jí)一般是由BJT、JFET或MOSFET組成的差分式放大電路，利用它的對稱特性可以提高整個(gè)電路的共模抑制比和其他方面的性能，它的兩個(gè)輸入端構(gòu)成整個(gè)電路的反相輸入端和同相輸入端。電壓放大級(jí)的主要作用是提高電壓增益，它可由一級(jí)或多級(jí)放大電路組成，輸出級(jí)一般由電壓跟隨放大器或互補(bǔ)電壓跟隨器組成，以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。偏置電路是為各級(jí)提供合適的工作電流。此外還有一些輔助環(huán)節(jié)，如電平移動(dòng)電路、過載保護(hù)電路以及高頻補(bǔ)償環(huán)節(jié)等18。3.3.3 精密多功能運(yùn)算放大器INA105INA105精密多功能運(yùn)算放大器是集成運(yùn)放與外圍元件有機(jī)結(jié)合、并利用集成工藝與激光調(diào)阻技術(shù)相結(jié)合所形成的不同于常規(guī)集成運(yùn)放的放大器件。利用這種新器件的不同組合連結(jié)，可以組成各種很有特色的精密應(yīng)用電路。該器件核心部分是一個(gè)精密運(yùn)算放大器，其失調(diào)電壓典型值僅為50V，共模抑制比大大于86dB，失調(diào)電壓漂移5V/。與常規(guī)集成運(yùn)放不同的是，它在芯片上同時(shí)制作了四個(gè)電阻，分別連接運(yùn)放的兩個(gè)輸入端，如圖3.11所示。這四個(gè)電阻通過激光調(diào)阻技術(shù)將它精確到25K。這樣利用四個(gè)電阻的不同連接，就能組成很有特色的應(yīng)用電路，而且一般無需再外接精密電阻。圖3.9 集成電路運(yùn)放大器內(nèi)部組成原理框圖 圖3.10 集成電路運(yùn)算放大器代表符號(hào) 由于激光調(diào)阻值精度極高，用它組成增益為1的電壓跟隨器（