【正文】 泄漏值； 2．實現(xiàn)匯編語言對于單片機的各個模塊，并間接的可對于傳感電路的控制； 3．了解 MQ9 氣體傳感器的具體功能； 4．實現(xiàn)確保 人民的生活安全，為正確體現(xiàn)科技為人民的重要思想。 大連海洋大學畢業(yè)設計（論文） 第二章 系統(tǒng)總體概述 3 第二 章 系統(tǒng)總體概述 天然氣報警的設計思路 此設計的燃氣泄漏報警器應能檢測出空氣中一氧化碳的濃度同時可以報警，設備的主要部分應有：單片機主控模塊， LED 顯示模塊，聲光報警模塊，以及模數(shù)轉換模塊。 首先氣敏傳感器作為第一部分首先要感知周圍空間環(huán)境的一氧化碳的濃度，將氣體濃度通過模數(shù)轉換模塊轉換成為對應的電壓信號送入單片機。在單片機中對數(shù)字信 號進行分析，檢測，對比。隨后將數(shù)字信號以 10 進制數(shù)的形式表現(xiàn)在 LED 顯示模塊中同時判斷氣體濃度值，與某個預設值既報警門限進行比較，如果大于則會自動啟動報警電路發(fā)出報警聲音反之則為正常狀態(tài)。由于傳感器在溫度較高時更加準確，故可以考慮增加一個溫度補償電路。為提高響應時間，保證氣體傳感器準確地、穩(wěn)定地工作，報警器需要向氣體傳感器持續(xù)輸出一個 5V 的電壓。為使報警裝置更加完善，可以在聲音報警基礎上，加入光閃報警，變化的光信號可以引起用戶注意，彌補嘈雜環(huán)境中聲音報警的局限。以上是根據(jù)報警器應具備的功能，提出的整體設計思 路。燃氣泄漏報警器的關鍵部分是單片機主控模塊和氣體傳感器模塊，因此我們根據(jù)周圍環(huán)境，所檢測的氣體以及生產(chǎn)成本等諸多方面考慮采用 MQ9 行氣體傳感器和 atmel 公司的單片機。系統(tǒng)總體主要是分為：傳感器模塊 、 數(shù)模轉換模塊 、 LED 顯示模塊、聲光報警 模塊氣體傳感器模塊和模數(shù)轉換模塊這五大模塊。 系統(tǒng)的設計要求及基本功能 系統(tǒng)的設計要求 一、 由于不同地點煤氣量有所差異，要求對多個地點同步進行 煤氣測量 二、 測量煤氣范圍可以設定，精度為 5ppm 三、 預置時顯示設定的 ppm 值 系統(tǒng)的基本功能 一、 能對煤氣值進行檢測、保持和控制，超出安全煤氣值時進行報警。 二、 能根據(jù)實際需要對 2 個不同地點的安全煤氣值進行設置。 系統(tǒng)結構框圖 本次燃氣泄漏報警器系統(tǒng)才用了單片機主控模塊， LED 顯示模塊，聲光報警模塊，氣體傳感器模塊，和模數(shù)轉換模塊。其設計合理，結構構思巧妙，物盡其用，其結構如下圖所示 ： 圖 大連海洋大學畢業(yè)設計（論文） 第二章 系統(tǒng)總體概述 4 其中 CO 傳感器是對于周圍環(huán)境的燃氣 濃度值進行檢測，是設備的關鍵的感知部分。由于氣體傳感器受環(huán)境影響較大，故常常增加一個溫度補償電路，使傳感器工作在較高的溫度環(huán)境中，有利于增加其穩(wěn)定性。 A/D 轉換模塊是將模擬信號轉換為數(shù)字信號，供單片機處理信號。最后，由單片機發(fā)出合適聲光信號，來表明當前的狀態(tài)。 方案的選擇 方案一：采用單片機 AT89C51 芯片 以單片機 AT89C51 芯片作為系統(tǒng)的控制核心，具有 4KB 的 Flash 閃速存儲器， 128B 內(nèi)部 RAM，兩個 16 位定時 /計數(shù)器， 32 個 I/O 接口線，一個 5 向 量的兩級終端結構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。功能強大的單片機 AT89C51，是縱多設計師們所青睞的，其常被靈活應用于很多控制領域。盡管單片機 AT89C51 在一定程度上符合設計的要求，但由于本次設計要實現(xiàn)的功能比較多，需要較大的程序存儲空間，其最大的問題是可能會出現(xiàn)內(nèi)存不足的現(xiàn)象。為了避免出現(xiàn)內(nèi)存不足，要外接程序存儲器，使電路復雜化的現(xiàn)象，建議使用內(nèi)存比單片機 AT89C52 芯片大的芯片。 方案二：采用單片機 AT89C52 芯片 與采用單片機 AT89C51 芯片相比，采用單片機 AT89C52 芯片作為系統(tǒng)的控制中心，具有片內(nèi) 8KB 的可反復擦寫的只讀程序存儲器和 256B 的 RAM，按常規(guī)方法編程和在線編程均可以用在單片機 AT89C52 上，比較方便。利用其可將通用的微處理器結合 Flash 存儲器在一起，特別是可反復擦寫的 Flash 存儲器，可以避免外擴內(nèi)存的復雜化，很大程度上解決了內(nèi)存不足的問題。 綜合考慮設計成本以及實現(xiàn)的功能后，決定采用單片機 AT89C51 芯片。 常用的顯示設備主要有 LED 顯示器和 LCD 顯示器，由于本系統(tǒng)的主控芯片可以直接驅(qū)動 LED 顯示器和僅需要顯示數(shù)字，故選擇 LED 顯示器。從節(jié)省單片機內(nèi)部資源的角度來考慮的話，串行輸出優(yōu)于并行輸出，故僅考慮串行輸出。 方案一：多位 LED 數(shù)碼管動態(tài)顯示方式 當顯示的位數(shù)比較多時，采用動態(tài)顯示比較合理。在動態(tài)顯示下，單片機的一個 I/O 接口接上并聯(lián)在一起的數(shù)碼管的 8 個引腳（ ah），單片機的另一 I/O 接口接上每個數(shù)碼管的共陰或共陽端（位選信號端），控制數(shù)碼管輪流被選中，驅(qū)動其輪流顯示。動態(tài)顯示即依次輪流點亮各位顯示器，故同一瞬間只能顯示一種字符。位選口控制具體的顯示內(nèi)容，借助人的視覺暫留效果以達到 顯示不同字符的效果。為了顯示效果穩(wěn)定，可以使每個數(shù)碼管顯示的數(shù)字不斷重復，因而要求不斷刷新。如果要達到人類視覺的良好效果，刷新的頻率則必須達到一定的程度。高頻率重復刷新，必定占用了單片機的運行時間。相反，如果單片機無法提供足夠的刷新頻率，則顯示效果不穩(wěn)定，出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。另外，由于動態(tài)顯示不具有直接驅(qū)動的功能，動態(tài)顯示要考慮 LED 驅(qū)動問題。動態(tài)顯示是由段和位選信號共同配合而完成的，因而必須同時考慮段和位的驅(qū)動能力，需要注意的是段的驅(qū)動能力決定位的驅(qū)動能力?？傮w而言，動態(tài)顯示相對來說，要綜合考慮多方面因素，相對 復雜。 方案二：多位 LED 數(shù)碼管靜態(tài)顯示方式 當顯示的位數(shù)不多時，擇優(yōu)考慮靜態(tài)顯示。采用靜態(tài)顯示的方式時，最大的優(yōu)點是 LED顯示器由接口芯片直接驅(qū)動，很小的驅(qū)動電流便可換取較高的顯示亮度。串行輸出大大節(jié)約了單片機的內(nèi)部資源，減少不必要的浪費。采用 74LS164 實現(xiàn)串并轉換，無需添加其他驅(qū)動電路。 LED 亮度高，控制容易，電路簡單，占用 CPU 很少的運行時間，不占用太多的接口資源，基本能夠滿足設計的最佳要求。由于本設計需要五位顯示器，綜合以上分析，故選大連海洋大學畢業(yè)設計（論文） 第二章 系統(tǒng)總體概述 5 擇多位 LED 數(shù)碼管靜態(tài)態(tài)顯示方式。 與論證 報警模塊要實現(xiàn)的是在環(huán)境中的燃氣濃度值超出初始設置的范圍時，可以及時作出報警，設計要求不會給整體設計帶來太多的負擔，又鑒于單片機可直接驅(qū)動蜂鳴器，故直接用單片機外接報警信號放大器來放大報警信號，驅(qū)動蜂鳴器作出清晰的報警信號。 大連海洋大學畢業(yè)設計（論文） 第三章 硬件設計 6 第三 章 硬件設計 主控單片機模塊 本設計中采用的是 ATMEL 公司的 AT89C51 單片機。 圖 2 AT89C51 實物圖 AT89C51 是一個低電壓，高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含 128bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） 和 4kbytes 的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器 （ ROM） ，器件采用 ATMEL公司的非易失性 、 高密度 的 存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置 Flash 存儲單元 和 通用 8 位中央處理器，內(nèi)置功能強大的微型計算機的 AT89C51 提供了高性價比的解決方案 [1][2][3][4][5]。 AT89C51 是一個低功耗高性能單片機， 有 40 個 標準 引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2 個外中斷口， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ， 2 個全雙工串行通信口， AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本 [5]。 主要性能： 與 MCS51 兼容 ； 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器；使用長度： 1000 次以上；數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 ； 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz； 1288 位內(nèi)部 RAM； 32 位 可編程 輸入 /輸出 線 ；脈沖 時鐘 模塊；睡眠模式； 可編程串行通道 ； 兩個 16 位 定時器 /計數(shù)器 T0、 T1； 5個 中斷源： INT0、 INT T0、 T RXD、 TXD； 三級 程序存儲器 鎖定 特性概述： AT89C51 提供以下標準功能：兩個 16 位定時 \計數(shù)器， 128 字節(jié)隨機存儲器（ RAM），中斷控制結構（可處理 5 個中斷源），片內(nèi)振蕩器及時鐘電路， 4K 字節(jié)只讀存儲器， 32 個多用I/O 口線，分別是 p0 p1 p2和 p3，一個全雙工串行通信口。一個 8 位的 cpu 及指令系統(tǒng)，21 個非常用功能寄存器，非片內(nèi)存儲電路。 內(nèi)存架構 MCS51 有四種不同類型的內(nèi)存 內(nèi)部 RAM，特殊功能寄存器，程序存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器。 內(nèi)部 RAM（ IRAM）位于從地址 0 到 0xFF 的地址。 IRAM 從 0x00 到 0x7F 可以直接訪問。 IRAM 從 0x80 到 0xFF 必須使用 @ R0 或 @ R1 語句，要訪問的地址裝入 R0 或 R1 間接訪問。 128 位 IRAM 地址 0x20 值為 0x2F 位尋址。 特殊功能寄存器（ SFR）都位于相同的地址空間作為 IRAM， 0x80? 0xFF 的地址處，并大連海洋大學畢業(yè)設計（論文） 第三章 硬件設計 7 直接進行訪問，使用相同的指令的下半部分 IRAM。他們不能被通過 @ R0 或 @ R1 間接訪問。SFR 的 16 位尋址。 程序存儲器（ PMEM， 雖然不太常見的用法比 IRAM 和 XRAM）是 64 KB 只讀存儲器，在一個單獨的地址空間地址 0 處開始。這可能是上或片外 的，這取決于所使用的芯片上的特定模型。只讀程序存儲器，但 8051 上使用的片上閃存和一些變種的重新編程的內(nèi)存在系統(tǒng)或應用程序提供了一種方法。除了代碼，它是未能存儲在程序存儲器中的只讀數(shù)據(jù)， MOVC A， @ DPTR 指令訪問。數(shù)據(jù)是取自指定的地址在 16 位的特殊功能寄存器 DPTR。 外部數(shù)據(jù)存儲器（ XRAM）是第三的地址空間中，也開始在地址 0。它也可以是上或片，是什么使得它的“外部”的是，它必須使用 MOVX 指令（移動外部）訪問。許多變種的 8051 包括標準的 256 字節(jié) IRAM 加在芯片上幾 KB 的 XRAM。 管腳說明： VCC： +5v。 GND：接地。 P0 口 ：可做一般 I/O 使用， 當做輸入或輸出時應 在外部接提升 電阻 ， 外部記憶體擴 充時 ， 當做數(shù)據(jù)總線 （ D0~7）及 地址總線 （ A0~7）。由 ALE 結交輸出信號時復用 。 P1 口 ：一般 I/O 使用，內(nèi)部 設有提升電阻。 P2 口 ： p2 是一個 8 位雙向 I / O 端口內(nèi)部上拉。端口 2 輸出緩沖器可匯 /源四 TTL 輸入。當 1s 被寫入端口 2 引腳，它們 被拉高 上拉，可以用來作為輸入信號。作 為輸入，端口 2 pins被外部拉低將源電流（ IIL），因為內(nèi)部上拉。 p2 發(fā)出的高位地址字節(jié)在提取從外部程序存儲器和訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，使用 16 位地址（ MOVX @ DPTR）。在這種應用中， p2 發(fā)射 1時，使用強大的內(nèi)部上拉。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，使用 8 位地址（ MOVX@ RI）， p2 發(fā)出的內(nèi)容 P2 特殊功能寄存器。 P2 口也接收高位地址位和一些控制信號在閃存程序明和核實。 P3口 ： 端口 3是一個 8位雙向 I / O 端口內(nèi)部上拉。 3口輸出緩沖器可匯 /源四 TTL 輸入。當 1s 被寫入港口 3 pins，他們拉高由內(nèi)部上拉 ，并可以作為輸入。作為輸入， p3口被外部拉低將源電流（ IIL），因為上拉。 p3 編程和校驗接收一些控制信號。 p3也可以用不同的特殊功能的 AT89S51所示。 管腳 備選功能 RXD 串行 通信 輸入 端 TXD 串行 通信 輸出 端 /INT0 外部中斷 0 的輸入端 /INT1 外部中斷 1 的輸入端 T0 計時器 0 的脈沖 輸入 端 T1 計時器 1 的脈沖 輸入 端 /WR 片外數(shù)據(jù)存儲器“寫控制”信號輸出端 /RD 外部數(shù)據(jù) 存儲器 “讀控