湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

目錄

1產(chǎn)品功能分析...............................................................................................................1

1.1設(shè)計背景及內(nèi)容.................................................................................................1

1.2功能分析.............................................................................................................1

2系統(tǒng)方案設(shè)計...............................................................................................................1

2.1設(shè)計任務(wù)分析.....................................................................................................1

2.2系統(tǒng)框圖.............................................................................................................2

3產(chǎn)品硬件設(shè)計...............................................................................................................3

3.1單片機部分.........................................................................................................3

3.1.1STC89C51單片機簡介..............................................................................3

3.2.2單片機最小系統(tǒng)........................................................................................3

3.2.3按鍵控制電路............................................................................................4

3.2.4指示燈和報警電路....................................................................................4

3.2紅外感應(yīng)部分.....................................................................................................5

3.2.1電源模塊...................................................................................................5

3.2.2熱釋電傳感器...........................................................................................5

3.2.3菲涅爾透鏡...............................................................................................6

3.2.4BISS0001芯片介紹...................................................................................6

3.2.5信號采集處理模塊...................................................................................8

4產(chǎn)品軟件設(shè)計...............................................................................................................9

4.1主程序流程圖.....................................................................................................9

4.2程序設(shè)計.............................................................................................................9

4.3程序燒錄軟件介紹...........................................................................................10

5系統(tǒng)組裝與調(diào)試.........................................................................................................10

5.1電路組裝...........................................................................................................10

5.2系統(tǒng)調(diào)試..........................................................................................................11

5.2.1系統(tǒng)軟件調(diào)試.........................................................................................11

I

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5.2.2系統(tǒng)硬件調(diào)試.......................................................................................11

5.3實物測試...........................................................................................................12

5.4產(chǎn)品調(diào)試...........................................................................................................13

5.4.1產(chǎn)品實物裝配圖.....................................................................................13

5.4.2硬件調(diào)試及調(diào)試中遇到的問題.............................................................13

6產(chǎn)品使用說明.............................................................................................................14

參考資料.........................................................................................................................15

附錄1元器件清單.......................................................................................................16

附錄2電路原理圖.......................................................................................................17

附錄3PCB設(shè)計圖........................................................................................................18

附錄4作品實物照.......................................................................................................19

附錄5軟件程序代碼...................................................................................................20

II

湖南商職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

基于51單片機的家庭防盜報警器設(shè)計與制作

1產(chǎn)品功能分析

1.1設(shè)計背景及內(nèi)容

伴隨著電子通訊的快速發(fā)展，單片機憑著它集成度高、體積小、性價比高、

價格低等特點，被人們廣泛應(yīng)用到日常生活、工業(yè)領(lǐng)域和社會，譬如各種家用

電器、智能儀表、數(shù)控機床、數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制等。

現(xiàn)代人對家庭的智能化功能和安全要求日漸提高，迫切需要一個能夠信得

過地完成日常安全工作的智能家庭報警系統(tǒng)。這樣的報警系統(tǒng)保證人們可以安

心工作和外出，能夠保證居民的財產(chǎn)和生命不受損失。

本項目是利用AT89C51單片機實現(xiàn)的家庭防盜報警系統(tǒng)，它通過傳感器檢

測家庭安全隱患，將檢測結(jié)果傳輸給單片機，控制報警燈和高調(diào)報警的啟動由

單片機來。

（1）設(shè)計內(nèi)容。

1)系統(tǒng)圖的選擇。

2)硬件電路的組成及使用方法。

3)硬件和軟件的調(diào)試。

（2）設(shè)計要求和預(yù)期效果。

1)顯示功能：數(shù)碼管顯示，能夠讀取當(dāng)前距離。

2)報警功能：對低于閾值的數(shù)值發(fā)出聲音報警。

3)擴展功能：可以設(shè)置距離報警的上限。

1.2功能分析

(1)紅外熱釋電傳感器報警，當(dāng)激活按鈕被按下30秒（這30秒是為了讓人

們離開探測范圍），系統(tǒng)進入激活狀態(tài)。

(2)一旦有人進入探測范圍，系統(tǒng)立即報警，蜂鳴器呼叫，紅色二極管閃亮。

2系統(tǒng)方案設(shè)計

2.1設(shè)計任務(wù)分析

（1）本項目包括兩部分：軟件設(shè)計和硬件設(shè)計；模塊包括按鍵設(shè)置、數(shù)據(jù)

收集和警報三部分組成。

1

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（2）單片機控制電路、熱釋電紅外傳感器、蜂鳴器、軟件和發(fā)光二極管指

示電路五部分構(gòu)成了紅外線防盜報警系統(tǒng)。

（3）該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，當(dāng)有人闖進時，紅外熱釋電傳感器會檢測到

該動作，設(shè)置人體輻射的紅外光譜在監(jiān)控點的紅外探頭將轉(zhuǎn)換為電信號；當(dāng)有

人出去時，外出和布防狀態(tài)將設(shè)置為報警系統(tǒng)的一個點進行探測工作。

2.2系統(tǒng)框圖

家庭防盜報警器主要由中央控制單片、人體感應(yīng)模塊、按鍵模塊、數(shù)碼顯

示模塊、電源電路和報警電路六部分組成。

該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如下：

按鍵模塊數(shù)碼管顯示模塊

單

復(fù)位電路片聲光報警提示模塊

機

晶振電路人體感應(yīng)模塊

圖1系統(tǒng)框圖

設(shè)計要求：

（1）主機上有三個控制程序的按鈕，一個是撤銷布防按鈕，一個是滿足緊

急報警按鈕（或用來測試的按鈕），一個是布防按鈕，另一個是單片機復(fù)位按

鈕。

（2）當(dāng)按下布防按鈕，三十秒后將進入到監(jiān)控的狀態(tài)（此時有物體靠近不

報警），當(dāng)有人靠近時，紅外熱感應(yīng)信號，傳回單片機，單片機立即報警，按

下撤防按鈕即可撤防。

（3）在特殊緊急情況下，按下緊急報警按鈕（即測試按鈕），蜂鳴器會發(fā)

出警報。

2

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3產(chǎn)品硬件設(shè)計

3.1單片機部分

3.1.1STC89C51單片機簡介

STC89C51是一個高性能、低功耗的8位CMOS微控制器，具有8k的系統(tǒng)閃存。

在單個芯片中存在靈活的8位CPU和系統(tǒng)級可編程的Flash，使得STC89C51成為

許多嵌入式控制應(yīng)用的超高效和高度靈活的解決方案。

圖1STC89C51核心板

3.2.2單片機最小系統(tǒng)

為了使單片機工作，單片機最小系統(tǒng)的電路組成如圖2所示。

STC89C51單片機工作電壓在4-5.5V之間，所以一般情況下，外部5V直流

電源與單片機相連。該連接包括將微控制器的40號引腳VDC連接到5V的正極，

同時將20號引腳VSS連接到電源的接地端。

單片機在工作過程中因外界環(huán)境干擾而使程序脫落，按下復(fù)位按鈕，內(nèi)部

程序自動從頭起動。該設(shè)計采用了外置手動按鍵復(fù)位電路并要求上拉電阻以增

加輸出高電平。

3

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U1VCC

VCCP10140

P1.0VCC

P11239

P1.1P0.0

P12338

P1.2P0.1

P13437

P1.3P0.2

S1C110uF536

P1.4P0.3

635

P1.5P0.4

734

P1.6P0.5

J1833

P1.7P0.6

932

4VCCRSTP0.7

1031

3(RXD)P3.0EA/VPP

1130

2(TXD)P3.1ALE/PROG

10K1229

1(INT0)P3.2PSEN

R61328

(INT1)P3.3P2.7

1427

(T0)P3.4P2.6

1526

(T1)P3.5P2.5

1625

(WR)P3.6P2.4

1724P23

(RD)P3.7P2.3

C20.1uF1823P22

XTAL2P2.2

1922P21

XTAL1P2.1

Y12021P20

GNDP2.0

C30.1uF12M

U1

GND

圖2信號處理模塊

3.2.3按鍵控制電路

為了在布防和緊急狀態(tài)下控制不同形式的電路操作便有了該電路的設(shè)計。

當(dāng)有人按下布防按鈕時，30秒后進入到的、實時監(jiān)控狀態(tài)。當(dāng)有物體靠近時，

信號被紅外熱釋電檢測到并傳輸?shù)轿⒖刂破?，微控制器立即發(fā)出警報。當(dāng)某一

緊急情況發(fā)生時，按下緊急報警按鈕，蜂鳴器將發(fā)出警報。如圖3所示。

P10

P11

P12

S2S3

S4

GND

圖3按鍵部分

3.2.4指示燈和報警電路

微控制器的I/O發(fā)出高低電平，P20、P21和P22分別與發(fā)光二極管和P23

與蜂鳴器相連，而蜂鳴器的外部晶體管8550起開關(guān)作用。

4

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VCC

P

2

R33

2KQ1

8550

蜂+鳴器

B1

GND

圖4指示燈和報警電路

3.2紅外感應(yīng)部分

3.2.1電源模塊

這個系統(tǒng)的電壓約為4.5V，用電線連接三節(jié)1.5V的直流干電池即可。

3.2.2熱釋電傳感器

二十世紀(jì)八十年代發(fā)明了一種新型的、高靈敏度的傳感元器件，熱釋電紅

外傳感器（簡稱PIR）。該電壓信號可被放大以驅(qū)動各種控制電路，如自動讀取

數(shù)值、開關(guān)控制電源、預(yù)防盜賊和火災(zāi)警報等。人體紅外輻射中心的波長在

9-10um范圍內(nèi)，但傳感元件波長的敏感度幾乎穩(wěn)定在0.2-20um的范圍內(nèi)。整個

系統(tǒng)的關(guān)鍵在于傳感器，檢測人體的紅外輻射只有傳感器才能做到。如圖5。

圖5熱釋感應(yīng)傳感器

5

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3.2.3菲涅爾透鏡

熱釋電傳感器的"眼鏡"稱之為菲涅爾透鏡，它有著和人的眼睛一樣的作用；

視野越大，監(jiān)測就越嚴(yán)。視野越小，控制就越窄。圖6為菲涅爾透鏡的模型。

圖6菲涅耳透鏡

3.2.4BISS0001芯片介紹

檢測信號處理的集成電路一般使用BISS0001芯片，工作電壓在3V-5V范圍

之內(nèi)，當(dāng)工作電壓為5V時，輸出驅(qū)動電流為10MA。組廣泛用于自動控制和安全

領(lǐng)域，特質(zhì)的集成塊是一個由16個引腳組成的。BISS0001集成芯片的內(nèi)部框圖，

如圖7，各引腳的功能見表1。

圖7BISS0001芯片內(nèi)部框圖

6

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表1BISS0001引腳功能

引腳名稱I/O功能說明

1AI觸發(fā)器選擇器有重復(fù)與否。

VS的上升沿觸發(fā)控制信號，當(dāng)輸出V0從高電平降低到低電平時，被認(rèn)為

2VOO

是無效的觸發(fā)。

3RR1--Tx輸出延遲時間調(diào)節(jié)端

4RC1--Tx輸出延遲時間調(diào)節(jié)端

5RC2--Tx輸出延遲時間調(diào)節(jié)端

6RR2--Ti觸發(fā)封鎖時間調(diào)節(jié)端

7VSS--工作電源的負極，通常連接到0v

8VRFI參考電壓和復(fù)位輸入。

9VCI觸發(fā)器禁用終端。當(dāng)Vc>VR（VR≈0.2VDD）時，允許觸發(fā)。

10IB--運算放大器的偏置電流設(shè)置終端通過RB連接到VSS終端，其數(shù)值約為1M。

11VCC--正向操作電源，范圍為3~5V

122OUTO第二級運算放大器輸出

132IN-I運算放大器第二級的反相輸入

141IN+I運算放大器第一級的相位輸入

151IN-I運算放大器第一級的反相輸入

161OUTO運算放大器第一級的輸入

從原理圖中可以看出，BISS0001是一種特殊的數(shù)字-模擬混合集成電路，由

一個運算放大器、一個延遲定時器、一個狀態(tài)控制器和一個電壓比較器、一個

封鎖定時器，即一個參考電壓等組成。在Tx時間結(jié)束時，Vo下降到一個低電平，

從而進入Ti阻斷周期。

7

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3.2.5信號采集處理模塊

圖8信號處理模塊

圖9實物圖

該電路將人體的紅外線輻射轉(zhuǎn)換為電信號。如果在延時期間有活體在這個

檢測范圍內(nèi)進行活動，輸出值就會一直保持著高電平，一直到人移開后，高電

平才會變?yōu)榈碗娖健?/p>

8

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4產(chǎn)品軟件設(shè)計

4.1主程序流程圖

開始

布放鍵按下

20秒倒計時開始

倒計時結(jié)束

NO

YES

檢測到有無信號緊急按鍵按下

YES

蜂鳴器報警，發(fā)光二極管閃爍

蜂鳴器報警

結(jié)束

圖10主程序流程圖

4.2程序設(shè)計

STC89C51微控制器的軟件開發(fā)平臺是Keiluvision4C51，仿真環(huán)境是

Protues，下載軟件是STC_ISP。

9

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Protues軟件是US(英國)Labcenter電子公司出版的EDA儀器軟件。它不但

具有其他EDA工具的模擬方式，還可以模擬微控制器和外圍設(shè)備。其處理器模

型支持8052、AVR、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、HC11、8086、ARM和MSP430

等。一款針對STC系列單片機設(shè)計的燒錄編程軟件被發(fā)現(xiàn)，STC-ISP，它可以下

載12C5410、12C2052和STC89等單片機。

4.3程序燒錄軟件介紹

KeilC51是由KeilSoftware為51系列C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。由于C語言

在功能、可讀性、結(jié)構(gòu)和可維護性方面比匯編語言有明顯的優(yōu)勢，因此很容易

學(xué)習(xí)和使用另一個重要的方面是，如果你看一下編譯后生成的匯編代碼，你可

以看到KeilC51生成的目標(biāo)代碼非常的高效，而且匯編代碼生成的大多數(shù)指令

都非常緊湊，易于人們理解。

圖11C51工具包的整體結(jié)構(gòu)框架圖

KeilC51微控制器的軟件開發(fā)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖11所示。開發(fā)人員根據(jù)實際

情況來使用IDE本身或使用其他編輯器來編輯（.C）或匯編源文件。文件從OH51

轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的十六進制文件，供dScope51或tScope51調(diào)試器用于源碼級調(diào)試，

也可以直接被仿真器用于調(diào)試目標(biāo)板，或直接寫入程序存儲器，如EPROM。

5系統(tǒng)組裝與調(diào)試

5.1電路組裝

第一步開始焊接：

首先清潔要焊接的地方，可用紙巾去除灰塵，然后將兩個元件腳稍稍掰開，

以方便焊接，切記不要將兩個元件腳挨在一起，否則會影響焊接效果。然后進

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行焊接。注意不要讓烙鐵頭接觸到另一個元件，否則會損壞另一個元器件，最

終兩個元器件焊接在一起。

第二步是焊接溫度：

第二步是加熱準(zhǔn)備焊接的焊錫絲，將熱的烙鐵放在元件的腳旁，有些焊錫

絲融化了，切記不要停留太久，會造成很大的堵塞，這樣不好，注意烙鐵的溫

度和加熱時間，通常烙鐵的溫度可以達到400攝氏度左右，加熱大概幾秒鐘。

盡量以環(huán)形方式焊接，不要將烙鐵在電路板上停留過久，這樣會損壞電路板。

第三步：連接杜邦的電線：

確保區(qū)分正負極，如果有很多線，確保區(qū)分清楚，線盡可能地粘在板上。

粘在面包板上的線比較窄，要避免線容易掉落，造成接觸不良，如果發(fā)現(xiàn)線接

錯了，切記不要用手去拉，應(yīng)該用專門的鑷子去拉，線盡量不要壓到其他元件。

第四步檢查控制：

最后應(yīng)進一步檢查，主要是檢查焊點是否充分填充，確認(rèn)焊點是否緊固，

是否與其他引腳連接，線路是否掉線或正負極性是否顛倒。

5.2系統(tǒng)調(diào)試

在接通系統(tǒng)整體調(diào)試之前，必須檢查杜邦線的接線是否有問題，如線路是

否斷開，正負極是否接反，顯示屏的位置是否正確，接通后開發(fā)板是否開機。

如果程序調(diào)試沒有任何問題，下一步就是檢查系統(tǒng)功能是否符合我們的需

求；如果功能有問題，就必須反復(fù)調(diào)試，直到所有問題都得到解決，功能得到

實現(xiàn)。

5.2.1系統(tǒng)軟件調(diào)試

如果程序已經(jīng)編譯完成，并且沒有顯示錯誤，你可以通過串行燒錄模塊燒

錄程序，檢查它是否符合功能要求，如果仍然有問題，可以進行調(diào)試，直到?jīng)]

有問題。

創(chuàng)建一個新的文件；將程序代碼寫入文件內(nèi)，然后將其保存在文件夾中。

編譯和調(diào)試程序；第一步是編譯程序。如果有錯誤，我們將找到它并編輯

它。只要沒有錯誤。

5.2.2系統(tǒng)硬件調(diào)試

最后是硬件測試，可以用萬用表等進行測試，檢查所有部件是否可以上電，

是否正常工作，可分為以下幾類。

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(1)調(diào)試主要分為以下幾類:

首先我們觀察焊接是否完成，元件是否沒有直接焊接，沒有忘記焊接，否

則會發(fā)生短路。

可以使用萬用表檢查電源是否短路，電源有沒有通電，再看測量針管有沒

有連接正確，是否有接線上的錯誤，避免將針管全部焊接在一起，否則無法達

到工作效果。

連接5V電源線。如果第一個步驟和第二個步驟都沒有存在問題的話，下一

步就是上電，看每一個器件是不是正常工作，上電后開發(fā)板是否明亮，工作是

否正常。

(2)進入最后一步，檢查各個器件是否正常工作，能否滿足開發(fā)效果，這里

要注意做好產(chǎn)品的保護工作，不要讓元器件損壞和丟失。

5.3實物測試

測試正常，如圖12所示：

圖12系統(tǒng)測試圖

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5.4產(chǎn)品調(diào)試

5.4.1產(chǎn)品實物裝配圖

圖13沒有連通電源的燒錄程序的實物圖

5.4.2硬件調(diào)試及調(diào)試中遇到的問題

第一步是目視檢查。整體應(yīng)用系統(tǒng)的電路是純手工焊接在空腔板上的，所

以必須反復(fù)仔細檢查每個焊點。

第二步是萬用表的測。用萬用表目測各個接電處，檢查其連接狀態(tài)，然后

檢查每條電源線與地線之間有沒有存在短路的現(xiàn)象。

第三步是檢查電源。系統(tǒng)通電后，首先檢查設(shè)備的所有插座或引腳的電壓

值，接地端的電壓值，固定電平引腳端是否連接到正確的電平。

第四步是在線驗證。在調(diào)試硬件電路的過程中，也發(fā)生了很多問題，一開

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始把所有的元器件都焊好了，就準(zhǔn)備調(diào)試，才發(fā)現(xiàn)電源的正負極引腳離電源太

近，不容易接上電源，導(dǎo)致這么大的失誤。

6產(chǎn)品使用說明

這個設(shè)計系統(tǒng)是由紅外熱釋電人體感應(yīng)報警器，在按下布防按鈕30秒后

（這30秒是為了讓人離開感應(yīng)距離）系統(tǒng)就會進入布防狀態(tài)，只要有人進入到

感應(yīng)范圍系統(tǒng)內(nèi)就會立即報警，蜂鳴器就會立刻呼叫，紅色發(fā)光二極管會閃爍。

報警方式：

聲光報警，紅色LED指示燈閃爍，蜂鳴器報警。

操作說明：

（1）緊急報警鍵：當(dāng)按下緊急報警鍵，系統(tǒng)將立即報警。

（2）布防鍵：當(dāng)按下布防鍵綠色LED燈會閃爍，表示系統(tǒng)準(zhǔn)備開始布防，

30秒后綠色LED燈就會立刻亮起，表示系統(tǒng)已經(jīng)進入布防狀態(tài)，只要有人進入

傳感器范圍系統(tǒng)就會立即報警。

（3）取消鍵：摁取消鍵可以取消當(dāng)前報警。

（4）紅色LED燈：當(dāng)有報警時，LED等就會立刻亮起，否則會熄滅。

（5）綠色LED燈：用于布防狀態(tài)指示。

（6）黃色LED燈：用于傳感器指示，當(dāng)傳感器有信號輸出時，LED燈就會

亮起，否則熄滅。

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參考資料

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[8]時德鋼等.基于串口通信的紅外報警器的研究[J].計算機測量與控制，2009,10（7）：480-482.

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湖南商職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

附錄1元器件清單

1、7*9萬用板

2、Stc89c51單片機

3、40IC座

4、人體感應(yīng)模塊

5、3p母座

6、3p插針

7、杜邦線*3

8、9012

9、10k電阻*2

10、2.2k電阻*3

11、220Ω電阻

12、5v有源蜂鳴器

13、10uf電容

14、12m晶振

15、30pf電容*2

16、小按鍵*4

17、5mmLED（紅、黃、綠）*3

18、DC電源插口

19、自鎖開關(guān)

20、導(dǎo)線若干

21、焊錫若干

22、Usb電源線（電池盒+DC插頭）

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附錄2電路原理圖

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附錄3PCB設(shè)計圖

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附錄4作品實物照

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附錄5軟件程序代碼

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#include<reg52.h>//調(diào)用單片機頭文件

#defineucharunsignedchar//無符號字符型宏定義變量范圍0~255

#defineuintunsignedint//無符號整型宏定義變量范圍0~65535

#definekey_ioP1

ucharkey_can;

//紅外熱釋電平時為0有輸出為1

sbitbeep=P2^3;//蜂鳴器定義

sbitred=P2^2;//紅色發(fā)光二極管定義

sbitgreen=P2^1;//綠色發(fā)光二極管定義

sbityellow=P2^0;//黃色發(fā)光二極管定義

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sbithw=P1^3;//紅外熱釋傳感器定義

bitflag_300ms=0;

/****************獨立按鍵處理函數(shù)************************/

voidkey()

{

staticucharkey_new=0,key_old=0,key_value=0;

if(key_new==0)//按鍵松開

{

if((key_io&0x07)==0x07)

key_value++;

else

key_value=0;

if(key_value>=5)//按鍵松開松手檢測

{

key_value=0;

key_new=1;//按鍵松開后進入等待按鍵狀態(tài)

}

}

else

{

if((key_io&0x07)!=0x07)//按鍵按下

key_value++;

else

key_value=0;

if(key_value>=5)//按鍵按下消抖

{

key_value=0;

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key_new=0;//按鍵松開后進入等待松開按鍵狀態(tài)

}

}

key_can=20;

if((key_new==0)&&(key_old==1))

{

switch(key_io&0x07)

{

case0x06:key_can=1;break;//得到按鍵值

case0x05:key_can=2;break;//得到按鍵值

case0x03:key_can=3;break;//得到按