基于单片机的红外报警系统设计(共35页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上1、绪论1.1 前言随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。就目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。本系统采用了热释电红外传感器，它制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信，便于

2、多用户统一管理和用户操作。1.2 防盗报警器的发展前景 我国的安全防范行业是以现代科学技术为基础的多学科、多技术相互交叉的应用，并具有安全防范典型技术特征的新兴行业。经过二十多年的发展，行业产业规模快速提升。为规范管理并促进行业的发展，公安部门相继建立了专门的管理部门和标准、检测、产品认证等机构；并相继颁布实施了近100多个法规和标准，形成了完整的行业管理体系和标准体系，成为社会安全领域的重要组成部分。安防行业近年来一直以15%左右的年增长率快速发展，仅2004年行业总产值已经超过500亿，每年新建和改建各类风险等级的安防系统超过20万个。已建有100多万个各类风险等级的安防系统，仅金融营业场

3、所就有5万多个，住宅小区有1万多个，全国有2千多家报警运营服务企业，入网总用户已达1百多万户。安防系统建设已由国家初期的要害部门扩展到了当今的公共场所、大型建筑、金融、交通、社区等各个领域。已建各类风险等级的安防系统，每年预防和破获各类案件1万多起，挽回直接经济损失4亿多元，在保障社会公共安全和人民生命财产安全方面发挥了巨大的作用。 随着城乡居民生活水平的提高和住房条件的改善,人们对住宅安全防范设施的需求也变得越来越迫切。 虽然目前国内外生产的用于住宅安全防范的报警装置五花八门、品种繁多，但大多不是因价格昂贵而无法接受,就是因为质量欠佳而不敢使用，真正符合我国国情、适合我国城乡居民需求的安全报

4、警装置却几乎没有。鉴于此,我们在深入研究目前国内外各类报警装置的基础上，针对我国城乡居民住宅区的实际情况，本着高能低价的设计思想，将相对简单廉价的传感信号的检测部分（前端控制器）和整个系统中相对复杂、价格较高的控制管理部分（中央控制器）分开，两者之间利用方便可靠的电话线路进行通讯,由一个中央控制器控制管理多个前端控制器，同时在中央控制器所在的小区，利用较大功率的无线报警探头,直接将信号传到中央控制器。中央控制器放在小区的管理值班部门,这样就能控制小区的安全，有更快速的反应，实际效果很好。 在目前安全防范入侵报警系统的应用中，各种各样的建筑不同，安全防范的要求也不同，因此每一个安全防范入侵报警系

5、统的构成也都不同，从一个报警探测器和一台报警系统控制主机，到几百个以至上千个报警探测器和报警系统控制主机构成的系统都有应用。有些大型报警系统控制器主机功能也相当丰富，除了安全防范报警以外，还可以作为自动化控制系统和门禁系统使用。有的报警系统包括的无线系统、时间表控制系统、继电器控制系统可以方便地构成家居及办公自动化系统。防盗报警系统在向多功能、大容量、智能化发展，越来越成为一套完整的集安全防范、自动化控制等为一体的综合管理系统体系。纵观当前形势，防盗报警器已是大势所趋，可以预计防盗报警产品即将走入千家万户的生活。目前防盗报警产品在我国的普及率只有20%，与欧美等发达国家高达70%的普及率相比，

6、我国防盗报警产品市场的发展才刚刚起步，潜在需求更是难于估计。1.3 设计任务与要求 （1）该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警和显示等模块子函数。（2）本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、家庭智能报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地显示、本地报警等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。（3）系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来。当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体

7、辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL电平至AT89S51单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声。（4）红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。2、热释电红外传感器概述2.1 PIR传感器简单介绍热释电红外线(PIR)传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种

8、自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动览测等。自然界中存在的各种物体，如人体、木材、石头、火焰、冰等都会发出不同波长的红外线，利用红外传感器可对其进行检测。根据工作原理，红外传感器分为热型和量子型两类，热型红外传感器也称热释电红外传感器或被动红外传感器。与量子型相比，其频响速度较慢，灵敏度较低，但响应的红外线波长范围较宽，价格便宜，并可在常温下工作。量子型与热型的特点相反，而且要求冷却条件。它是目前在防盗报警、火灾检测、自动门、自动水龙头、自动电梯、自动照明及

9、非接触温度测量等领域应用最广泛的传感器。其原因为：被测对象自身发射红外线，可不必另设光源；大气对22.6lLm、35lLm、8141Lm三个被称为“大气窗口”的特定波段的红外线吸收甚少，可非常容易被检测；中、远红外线不受可见光影响，可不分昼夜进行检测。 2.2 PIR的原理特性热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提

10、高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出1020米范围内人的行动。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。人体辐射的红外线中心波长为910-um，而探测元件的波长灵敏度在0.220-um范围内几乎

11、稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为710-um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而输出电压信号。在该探测技术中，所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的。被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化，并能使监控报警器产生报警信号，从而完成报警功

12、能。 2.3 PIR结构特性及安装2.3.1 PIR构特性图2-1是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时D端接电源正极，G端接电源负极，S端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0.220。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装

13、了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外，不给予吸收。图2-1 双探测元热释电红外传感器当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时，电路中的传感器将输出电压信号，然后使该信号先通过一个由C1、C2、R1、R2组成的带通滤波器，该滤波器的上限截止频率为16Hz，下限截止频率为0.16Hz。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱（通常仅有1mV左右），而且是一个变化的信号，同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式（脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定，通常为0.110Hz左右），所以应对热释红

14、外传感器输出的电压信号进行放大。本设计运用集成运算放大器LM324来进行两级放大，以使其获得足够的增益。本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如图2-2所示,在VCC电源端2利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。双探测热释电红外探头的优缺点 优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。 缺点 ： （1）容易受各种热源、光源干扰。 （2）被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探

15、头接收。 （3）易受射频辐射的干扰。（4）环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度降低，有时造成短时失灵。抗干扰性能有以下几种控制方法：防小动物干扰：探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上的小动物，一般不产生报警。 抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。 抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射,不产生报警。图2-2 热释电红外传感器原理图2.3.2 红外线热释电传感器的安装要求 红外线热释电人体传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系.。正确的安装应满足下列条件： （1）红

16、外线热释电传感器应离地面2.02.2米。 （2）红外线热释电传感器远离空调, 冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。 （3）红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。 （4）红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。 红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感, 而对于横切方向 (即与半径垂直的方向)移动则最为敏感. 在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。3、单片机的概

17、述3.1 单片机的发展历史将8位单片机的推出作为起点，单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段 （1）第一阶段（19761978）：单片机的控索阶段。以Intel公司的MCS48为代表。MCS48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola 、Zilog等，都取得了满意的效果。这就是MCS的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。 （2）第二阶段（19781982）单片机的完善阶段。Intel公司在MCS48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。完善的外部总线。MCS51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据

18、总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。CPU外围功能单元的集中管理模式。体现工控特性的位地址空间及位操作方式。指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。 （3）第三阶段（19821990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着MCS51系列的广应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到

19、单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。 （4）第四阶段（1990）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机3.2 单片机的应用领域 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控

20、制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： （1）在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（，各种分析仪）。

21、 （2）在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统和数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理、电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 （3）在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 （4）在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为了在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制。从手机、电话机、小型、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、

22、再到日常工作中随处可见的移动电话、集群移动通信、无线电对讲机等。 （5）单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机、各种分析仪、监护仪、超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 （6）在各种大型电器中的模块化应用某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，

23、简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。 （7）单片机在汽车设备领域中的应用单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器，GPS导航系统，ABS防抱死系统，制动系统等等。此外，单片机在工商、金融、科研、教育、国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。3.3 AT89S51单片机的概述 AT89S51单片机是美国Atmel公司生产的低电压，高性能的CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写程序存储器(EPROM)和128bytes的随机存取数据存储器（RAM）,器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术产生，兼容标准

24、MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash。存储单元，功能强大。AT89S51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 附录A为AT89S51单片机的基本组成功能方块图。由图可见，在这一块芯片上集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。下面介绍几个主要部分 （1）中央处理器（CPU）中央处理器是单片机最核心的部分，是单片机的大脑和心脏，主要完成运算和控制功能。AT89S51的CPU是一个字长为8位的中央处理单元，即它对数据的处理是按字节为单位进行的。（2）内部数据

25、存储器（内部RAM） AT89S51中共有256个RAM单元，但其中能作为寄存器供用户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用。 （3）内部程序存储器（内部ROM） AT89S51共有4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据等。 （4）定时器/计数器 AT89S51共有2个16位的定时器/计数器，可以实现定时和计数功能。 （5）并行I/O 口 AT89S51共有4个8 位的I/O口（P0、P1、P2、P3口），可以实现数据的并行输入、输出。 （6）串行口 AT89S51有1个全双工的可编程串行口，以实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。（7）时钟电路 AT89S51 单片机内部有时

26、钟电路，但晶振和微调电容需要外接，时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。（8）终端系统 AT89S51的中断系统功能较强，可以满足一般控制应用的需要。它共有5个中断源：2个外部中断源/INTO和/INT1；3个内部中断源；即2个定时/计数中断；1个串行口中断。由上所述，AT89S51虽然是一块芯片，但它包括了构成计算机的基本部件，因此可以说它是一台简单的计算机。AT89S51较详细的内部结构见附录B3.3.1 AT89S51单片机的结构 （1）管脚说明ATMEL公司的AT89S51是一种高效微控制器。采用40引脚双列直插封装（DIP）形式，如图3-1所示。AT89S51单片机是高性能单片机，因为受

27、引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。图3-2为AT89S51单片机的封装图。图3-1 DIP封装引脚图图3-2 SMT 的封装图 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P1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，被内部上拉为高电平，可

28、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

29、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AT89S51的一些特殊功能口,如下表所示： 表3-1 P3口管脚功能表P3口管脚 备选功能P3.0 RXD串行输入口P3.1 TXD串行输出口P3.2 /INT0外部中断0P3.3 /INT1外部中断1P3.4 T0记时器0外部输入P3.5 T1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

30、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，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。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A

31、LE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号端。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。 （2） 主要特性： 与MCS-51 兼容 4K字节

32、可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 128*8位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 （3） 振荡器特性 （1）如图3-3XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 图3-3 晶振电路; 振荡

33、电路 （2）芯片擦除 整个EPROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦除操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡 器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。3.3.2 AT89S51单片机的工作周期 单片机有了硬件和软件就可以在控制器发出的控制信号作用下有条不紊地

34、工作，控制信号必须定时发出，为了定时计算机内部必须有一个准确的定时脉冲。这种定时脉冲是由晶体振荡器产生的，并组成下面几种工作周期，如图3-4所示。这种定时脉冲是由晶体振荡器产生的，并组成下面几种工作周期。振荡周期：是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。即由单片机的晶体振荡器产生的时钟脉冲的周期。状态周期：每个状态周期为振荡周期的2倍, 是振荡周期经二分频后得到的。 在一个状态周期中有两个时钟脉冲，通常称它为P1、P2。机器周期：一个机器周期包含6个状态周期S1S6, 也就是12个振荡周期。 在一个机器周期内,CPU可以完成一个独立的操作。 指令周期：它是指CPU完成一条操作所需的全部时间

35、。控制部件是单片机的神经中枢，以主振频率为基准（主振周期即为振荡周期），控制器控制CPU的时序，对指令进行译码，然后发出各种控制信号，它将各个硬件环节组织在一起。一般情况下，算术逻辑操作发生在时相P1期间，而内部寄存器之间的传送发生在时相P2期间，这些内部时钟信号无法从外部观察，故用XTAL2引脚振荡信号作参考。图3-4 振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期3.3.3 AT89S51单片机的工作过程和工作方式单片机工作过程遵循现代计算机的工作原理（冯诺依曼原理），即程序存储和程序控制。存储程序是指人们必须事先把计算机的执行步骤序列（即程序）及运行中所需的数据, 通过一定的方式输入并存储在计算

36、机的存储器中。程序控制是指计算机能自动地逐一取出程序中的指令，加以分析并执行规定的操作。 单片机的工作方式有：复位、程序执行、掉电保护和低功耗、编程、校验与加密等方式。 （1）复位方式 通过某种方式, 使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。复位方式是单片机的初始化操作。单片机除了正常的初始化外，当程序运行出错或由于操作错误而使系统处于死循环时，也需要按复位键重启机器。MCS-51单片机复位后, 程序计数器PC和特殊功能寄存器复位的状态如表3-2所示。复位不影响片内RAM存放的内容,而ALE、在复位期间将输出高电平。由表3-2可以看出，复位后：表3-2 PC与SFR复位状态表寄存器复

37、位状态寄存器复位状态pc0000HTCON00HA00HT2CON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0P3FFHSCON00HIPBSBUFHIE0BPCON(00000B)TMOD00H（1）（PC ）=0000H 表示复位后程序的入口地址为0000H，即单片机复位后从0000H单元开始执行程序；（2）（PSW）=00H，其中RS1(PSW.4)=0，RS0(PSW.3)=0，表示复位后单片机选择工作寄存器0组；（3）（SP）=07H 表示复位后堆栈在片内RAM的08H单元处建立；（4）P0口P3口锁存器为全1状态，说明复

38、位后这些并行接口可以直接作输入口，无须向端口写1。定时器/计数器、串行口、中断系统等特殊功能寄存器复位后的状态对各功能部件工作状态的影响。单片机在时钟电路工作以后, 在RST/VPD端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位以及“看门狗”复位三种类型。前两种见图3-5所示。“看门狗”电路则是一种集成有单片机的电源监测、按键复位以及对程序运行进行监控，防止程序“跑飞”而出现死机而设计的电路。 图3-5（a）上电复位电路; （b）上电/外部复位电路 （2）程序执行方式 程序执行方

39、式是单片机的基本工作方式。由于复位后PC=0000H，因此程序执行总是从地址0000H开始，为此就得在0000H处开始的存储单元安放一条无条件转移指令，以便跳转到实际程序的入口去执行。 （3）待机方式待机方式也称空闲方式，是一种节电工作方式。在待机工作方式中，振荡器保持工作，时钟脉冲继续输出到中断、串行口、定时器等功能部件，使它们继续工作，但时钟脉冲不再送到CPU，因而CPU停止工作。 （4）掉电方式掉电方式，也被称为停机方式。在掉电方式中，振荡器工作停止，单片机内部所有功能部件停止工作。它同样是一种为降低功耗而设计的节电工作方式。待机方式和掉电方式都是为了进一步降低功耗而设计的节电工作方式，

40、它们特别适合于电源功耗要求很低的应用场合。这类系统往往是直流供电或停电时依靠备用电源供电，以维持系统的持续工作。CHMOS型单片机的节电方式是由特殊功能寄存器PCON控制，其具体使用可参考相关书籍和手册。空闲和掉电模式外部引脚状态如表3-3所示： 表3-3 空闲和掉电模式外部引脚状态模式程序存储器ALEPSENP0P1P2P3空闲模式内部11数据数据数据数据空闲模式外部11浮空数据地址数据掉电模式内部00数据数据数据数据掉电模式外部00浮空数据数据数据 （5）编程和校验方式对于内部集成有EPROM可以进入编程或校验方式。 1）内部EPROM编程编程时，时钟频率应定在3-6MHz的范围内，其余各

41、有关引脚的接法和用法如下：P1口和P2口的P2.0P2.3为EPROM的4k地址输入，P1为8位地址；P2.4P2.6以及PSEN应为低电平；P0口为编程数据输入；P2.7和RST应为高电平；RST的高电平可为2.5V，其余的都以TTL的高低电平为准；EA/Vpp端加+21V的编程脉冲，此电压要求稳定，不能大于21.5V，否则会损坏EPROM；在出现正脉冲期间，ALE/PROG端加上50ms的负脉，完成一次写入。2）EPROM程序校验在程序的保险位未设置前，无论在写入的当时或写入以后，均可将片上程序存贮器的内容读出进行检验，在读出时，除P2.7脚保持为TTL低电平之外，其他引脚与写入EPROM

42、的连接方式相同。要读出的程序存贮器单元地址由P1口和P2口的P2.0P2.3送入，P2口的其他引脚及保持低电平，ALE、EA和RST接高电平，检验的单元内容由P0口送出。在检验操作时，需在P0的各位外部加上电阻10k。3）程序存贮器的保险位AT89S51内部有一个保险位，亦称保密位，一旦将该位写入便建立了保险，就可禁止任何外部方法对片内程序存贮器进行读写。将保险位写入以建立保险位的过程与正常写入的过程相似，仅只P2.6脚要加TTL高电平而不是像正常写入时加低电平，而P0、P1和P2的P2.0P2.3的状态随意，加上编程脉冲后就可使保险位写入。保险位一旦写入，内部程序存贮器便不能再被写入和读出校

43、验，而且也不能执行外部存贮器的程序。只有将EPROM全部擦除时，保险位才能被一起擦除，也才可以再次写入。通过以上对单片机硬件系统的简单介绍，应该已经掌握了单片机的内部结构及工作的原理和过程，但是单片机要实现它的强大控制功能特性，只有硬件是不能工作的，还必须依靠它的指令才能发挥单片机的强大作用。下面介绍单片机的指令系统。3.3.4 AT89S51的指令系统 指令是规定计算机进行某种操作的命令，一条指令只能完成有限的的功能，为使计算机完成一定的或复杂的功能就需要一系列指令。计算机能够执行的各种指令的集合称为指令系统。单片机的主要功能也是有指令系统体现的。AT89S51指令系统使用了7种寻址方式，共

44、有111条指令。指令一般有两部分组成，即操作码和操作数。AT89S51汇编语言指令格式如下： 操作码 ：操作数；注释。操作码 ：是有助记符表示的字符串，它规定了指令的操作功能。操作码 ：是指参加操作的数据或数据的地址。注释 ：是为该条指令作的说明，以便于阅读。在AT89S51指令系统中，操作数可以是1、2、3个，也可以没有。不同功能的指令，操作数作用不同。例如，传送指令多数有两个操作数，写在左边的称为目的操作数（表示操作结果存放的单元地址），写在右边的称为元操作数（支出操作数的来源）。例如，一条传送指令的书写格式为： MOV A ，3A H ； 表示将3A H 存储单元的内容送到累加器 A中。

45、 （1）寻址方式 包括：立即数寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址（基址寄存器 + 变址寄存器间接寻址）、相对寻址、位寻址，共7种寻址方式，且每种寻址方式所涉及的存储器空间各有不同。请参考相关书籍。 （2）数据传送类指令； （3）算数运算类； （4）逻辑运算类； （5）控制转移类； （6）位操作类；AT89S51指令系统的寻址方式、各类指令的格式及功能等相关内容，请参考相关书籍，这里不再赘述。但指令系统是学习和使用单片机的一个很重要环节，应理解和熟练掌握这些指令系统。且不同种类的单片机其指令系统一般是不同的。 4、方案设计4.1 系统概述 本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信，便于多用户统一管理和用户操作。 它们的进程框图如图4-1所示。开始 明确任务 选机型，划分软、硬件软件设计硬件研制联机仿真调试排出故障、修正软件固化程序、应用系统独立运行完成研制图4-1 单片机应用系统研制过程框图该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警和显示等模块子函