【正文】 (3)能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中可靠運(yùn)行的品質(zhì)。 (4)突出控制功能。如對外部信息的捕捉、對控制對象實(shí)時控制和有突出控制功能的指令系統(tǒng)（ I/O控制、位操作和轉(zhuǎn)移指令等）。 單片機(jī)有唯一的專門為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)，最能滿足嵌入式 應(yīng)用要求。單片機(jī)是完全按嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計的 單芯片形態(tài)應(yīng)用系統(tǒng)，能滿 足面對控制對象、應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入、現(xiàn)場的可靠運(yùn)行及非凡的控制品質(zhì)等要求，是發(fā)展最快、品種最多、數(shù)量最大的嵌入式系統(tǒng)。 第五節(jié) 一氧化碳報警器系統(tǒng)的三大部分 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分三個層次。 （ 1）單片機(jī)：通常指應(yīng)用系統(tǒng)主處理機(jī)，即所選擇的單片機(jī)器件。 （ 2）單片機(jī)系統(tǒng)：指按照單片機(jī)的技術(shù)要求和嵌入對象的資源要求而構(gòu)成的基本系統(tǒng)，如時鐘電路、復(fù)位電路和擴(kuò)展存儲器等與單片機(jī)構(gòu)成了單片機(jī)系統(tǒng)。 信 號 接 收 裝 置 信 號 處 理 裝 置 信 號 控 制 裝 置 信 號 響 應(yīng) 裝 置 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文 （基于單片機(jī)一氧 化碳報警設(shè)計） 9 （ 3）單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)：能滿足嵌入對象要求的全部電路系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上面向?qū)ο蟮慕涌陔娐?，如前向通道、后向通道?人機(jī)交互通道（鍵盤、顯示器、打印機(jī)等）和串行通行口（ RS232）以及應(yīng)用程序等。 （單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)三個層次的關(guān)系如圖 ： 圖 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)三個層次的關(guān)系 以此理解，一氧化碳報警器同樣具有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的三個層次。其中以 AT89C51單 片機(jī)為核心構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，檢測信號進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理。為了更好的理清設(shè)計思路，將整個系統(tǒng)細(xì)分為三部分加以設(shè)計說明。整個報警器由三個部分組成，分為三大模塊：濃度檢測模塊、主控模塊和報警模塊。在本次 設(shè)計中，使用的核心器件是 單片機(jī)和一氧化碳傳感器。為了保重整個系統(tǒng)可靠的運(yùn)行，設(shè)計中必須明確三大部分的實(shí)際聯(lián)系：以單片機(jī)為中心，其他各大模塊一一展開。其中，濃度檢測及顯示模塊所實(shí)現(xiàn)的功能是將房間中的一氧化碳濃度值轉(zhuǎn)換成為單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號，并且濃度值顯示 出來：主控模塊以單片機(jī)為主，對其他模塊的運(yùn)行進(jìn)行控制；報警模塊是此系統(tǒng)的外部電 路，它的功能是實(shí)現(xiàn)報警。系統(tǒng)框圖如圖 。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī)系統(tǒng) 單片機(jī) 前向通道 人機(jī)交互通道 應(yīng)用程序 后向通道 串行通信口 AT89C51 成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校成教院畢業(yè)論文 （基于單片機(jī)一氧化碳報警設(shè)計） 10 圖 一氧化碳報警器系統(tǒng)組成框圖 下面就對各個模塊的功能和實(shí)現(xiàn)形式做 簡單介紹 （ 1）氣體濃度檢測模塊 一氧化碳報警器主要采用高穩(wěn)定一氧化碳?xì)怏w傳感器 MQ7 檢測房間氣體濃度，檢測結(jié)果通過高精度運(yùn)算放大器放大后送入模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809中進(jìn)行轉(zhuǎn)換 （ 2）主控模塊 系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，用的是 AT89C51 單片機(jī)， AT89C51 單片機(jī)是美國 Intel 公司推出 的一種 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器，低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器 。 單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 1000 次，數(shù)據(jù)可保留 10 年 。它的主要功能既是和ADC0809 芯片一起共同接受檢測信號，又可以通過對數(shù)字型號 的處理來控制外圍電路以及顯示電路。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采用 ADC0809，接收經(jīng)過運(yùn)算放大器處理后的一氧化碳傳感器的檢測值，檢測結(jié)果通過 ADC0809處理后才傳給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理后的信息將通過 單片機(jī)控制，以驅(qū)動報警。 （ 3）報警模塊 此模塊主要有蜂鳴器、 LED 燈組成，在氣體濃度過大，超過安全值時，蜂鳴器工作，提供報警服務(wù)。 至此，本系統(tǒng)的三大模塊功能和設(shè)計思路已經(jīng)確立，下文將介紹整個系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計過程。并且給出設(shè)計電路。 第二章 硬件電路設(shè)計 氣體濃度檢測 報警控制 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文 （基于單片機(jī)一氧 化碳報警設(shè)計） 11 第一節(jié) 單片機(jī)基礎(chǔ)知識簡介介紹及主控電路設(shè)計 在實(shí)際的應(yīng)用中，基本知識的掌握程度至關(guān)重要，他影響到應(yīng)用的好壞。硬件知識用來設(shè)計硬件電路，軟件知識用來設(shè)計芯片處理數(shù)據(jù)的先后順序，數(shù)據(jù)的獲得途徑以及對數(shù)據(jù)做怎樣的處理，還有其他的一些驅(qū)動和顯示功能等等。本設(shè)計用到的硬件知識主要有：電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)。在電子技術(shù)方面分為模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)，模擬電子技術(shù)主要用來放大傳感器檢測信號和驅(qū)動反光二極管以及顯示穿管器檢測氣體濃度；數(shù)字電子技術(shù)用來把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，把從剛起檢測 到的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)綜合控制。 主控電路中，以單片機(jī)為主體，通過分析 A/D 轉(zhuǎn)換的得到的數(shù)字值，控制事故處理模塊運(yùn)行。設(shè)計采用的是 AT89C51 型單片機(jī) ,AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除 只讀存儲器 的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱 單片機(jī) 。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 1000 次。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活 性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖 所示 圖 單片機(jī)外形及引腳排列圖 （ 1）主要特性： 與 MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文 （基于單片機(jī)一氧化碳報警設(shè)計） 12 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級程序存儲器鎖定 1288 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 （ 2） 管腳說明 ： 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(dāng) P0 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(dāng) FIASH進(jìn)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(dāng) 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(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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(dāng) 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 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文 （基于單片機(jī)一氧 化碳報警設(shè)計） 13 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（ 外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /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(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(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(dāng)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。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)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(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），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(dāng) /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） 振蕩器特性 : 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。 （ 4） 芯片擦除： 成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校成教院畢業(yè)論文 （基于單片機(jī)一氧化碳報警設(shè)計） 14 整個 PEROM 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。 （ 5） 串口通訊 ： 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和特殊寄存器，這是你編寫軟件的關(guān)鍵。至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器呢，它們是 SCON， TCON， TMOD， SCON 等，各代表什么含義呢？ SBUF 數(shù)據(jù)緩沖寄存器這是一個可以直接尋址的串行口專用寄存器。有朋友這樣問起過 “ 為何在串行口收發(fā)中，都只是使用到同一個寄存器 SBUF？而不是收發(fā)各用一個寄存器。 ” 實(shí)際上SBUF 包含了 兩個獨(dú)立的寄存器，一個是發(fā)送寄存，另一個是接收寄存器，但它們都共同使用同一個尋址地址－ 99H。 CPU 在讀 SBUF 時會指到接收寄存器，在寫時會指到發(fā)送寄存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒有及時的被響應(yīng)，數(shù)據(jù)沒 有被取走，下一幀數(shù)據(jù)已到來，而造成的數(shù)據(jù)重疊問題。發(fā)送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們在寫發(fā)送程序時也不必用到發(fā)送中斷去外理發(fā)送數(shù)據(jù)。操作 SBUF 寄存器的方法則很簡單，只要把這個 99H 地址用關(guān)鍵字 sfr 定義為一個變量就可以對其進(jìn)行讀寫操作了，如 sfr SBUF = 0x99。當(dāng)然你也可以用其它的名稱。通常在標(biāo)準(zhǔn)的 或 等頭文件中已對其做了定義，只要用 include 引用就可以了。 SCON 串行口控制寄存器通常在芯片或設(shè)備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)，都會引用到接口控制寄存器。 SCON 就是 51 芯片的串行口控制寄存器。它的尋址地址是 98H，是