【正文】 模塊 10 10 144　硬件電路設計與分析 15 系統(tǒng)電源的設計 15 三端固定式集成穩(wěn)壓器 15 +5V電源電路的設計 16 信號采集放大電路的設計 17 17 信號采集放大電路的設計 18 A/D轉換電路的設計 19 ADC0809[6]的介紹 19 電路具體設計方法 21 存儲器電路的設計 22 顯示器電路的設計 23 23 電路設計方法 23 報警器電路的設計 24 鍵盤電路的設計 23 鍵盤的工作原理 22 鍵盤的識別方法 22 鍵盤的工作方式 22 串口通信電路的設計 23 RS232標準 24 接口信號[1] 245　軟件設計 25 單片機編程[2] 25 程序框圖和主要程序 246　實驗調試 25 硬件調試 25 軟件調試 25 調試結果 27 小結................................................................ 27參考文獻 29結 論 30致 謝 30附錄1 31附錄2 32緒 論 課題背景煤氣的主要成分是CO、氫和烷烴、烯烴、芳烴等。CO主要來自取暖燃料，CO對人體的損害主要表現(xiàn)在損害血液輸送氧氣的能力，CO與血紅蛋白結合能力超過氧和血紅蛋白的結合能力的200300倍，當CO與血紅蛋白結合形成的碳氧血紅蛋白含量達到5%時，就會對人體產生慢性損害，達到60%時就會昏迷，達到90%就會死亡。燃氣報警器可分為可燃氣體檢漏儀（簡稱“檢漏儀” ），可燃氣體報警控制器（簡稱“控制器” ）、可燃氣體探測器（簡稱“探測器” ）、家用可燃氣體報警器（簡稱“報警器” ）四大系列產品。經過電子線路處理變成濃度成比例變化的電壓信號，由線性電路加以補償，使信號線性化，經微機處理、邏輯分析，輸出各種控制信號，即當燃氣濃度達到報警設定值時，燃氣報警器發(fā)出聲光報警信號并可顯示燃氣濃度或啟動外部聯(lián)運設備（如排風扇、電磁閥）。 系統(tǒng)設計內容 本文利用單片機電路制作室內故障監(jiān)測報警系統(tǒng)。濃度檢測模塊主要由半導體氣體傳感器QMN5組成，它是整個系統(tǒng)中關鍵的元件；顯示部分由LCD1602組成。在解決這一問題的過程中，需要查閱大量資料，結合所學知識，向老師獲取幫助。最后在制作完成硬件電路板后要調試出設計要求的功能。②信號處理部分是將采集到的模擬信號轉換成數(shù)字信號，送入控制器進行處理，并將處理過的信號送存儲器保存和送顯示器顯示。將模擬信號送A/D模塊進行模數(shù)轉換，經過處理后送存儲器保存和送顯示器顯示。由于本課題要求采用四路巡回檢測，如果采用本方案那么就需要8個特性相同的半導體氣體傳感器（4個密封檢測氣體濃度，另外4個做補償），為了達到更好的溫度修正效果，往往需要傳感器廠家的配合，在生產時對傳感器進行成對生產，以保證傳感器特性的一致性。采用高性能半導體氣體傳感器[5]，采用四路巡回檢測的方法檢測房間氣體濃度，將檢測的到濃度信號送入A/D芯片中進行模數(shù)轉換，利用AT89S51單片機控制聲音報警、鍵盤輸入、存儲器運行，并且將氣體傳感器檢測到的濃度值在LCD顯示器上顯示出來?，F(xiàn)在特將此傳感器簡單介紹如下：(1) 特點：QMN5型氣體傳感器[6]是以金屬氧化物SnO2為主體材料的N型半導體氣敏元件，當元件接觸還原性氣體時，其電導率隨氣體濃度的增加而迅速升高。 靜態(tài)功耗：≤(加熱絲冷態(tài)電阻為50Ω 177。 系統(tǒng)方案組成本設計屬于單片機應用系統(tǒng)。單片機應用系統(tǒng)的結構分三個層次。在單片機系統(tǒng)的基礎上加上面向對象的接口電路，如前向通道、后向通道、人機交互通道(鍵盤、顯小器、打印機等)和串行通信口(RS232)以及應用程序等。自從1962年半導體金屬氧化物氣體傳感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應快等優(yōu)點，得到了廣泛的應用，目前已成為世界上產量最大、使用最廣的傳感器之一。（2）外接晶振引腳XTAL1（19腳），XTAL2(18腳)XTAL1：在單片機內部，它是一反相放大器輸入端，這個放大器構成了片內振蕩器。圖31 AT89S51引腳功能圖（3）輸入/輸出引腳P0，P1，P2，P3：～(39～32腳):PO是一個8位漏極開路型雙向I/O端口。在EPROM編程和驗證程序時，它輸入低8位地址?！?10～17腳):P3是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。當訪問外部存儲器時，ALE 信號負跳變來觸發(fā)外部的8 位鎖存器 (如74LS373)，將端口P0 的地址總線(A0A7)鎖存進入鎖存器中。因此在8031 中，EA 引腳必須接低電位，因為其內部無程序存儲器空間。在訪問外部程序存儲器讀取指令碼時，每個機器周期產生二次PSEN 信號。復位信號是高電平有效，高電平的持續(xù)時間應該在24個時鐘周期以上，若時鐘頻率為6MHz,則復位信號至少應持續(xù)4us以上，才可以使單片機可靠復位。復位電路可以參考圖32：圖32 單片機復位電路2）程序執(zhí)行方式 程序執(zhí)行方式是單片機的基本工作方式。但真正的程序一般不可能從0000H開始存放，因此，需要在0000H單元開始存放一條轉移指令，從而使程序跳轉到真正的程序入口地址。通過編程規(guī)定INT0信號是低電平有效，因此不來脈沖時總是處于響應中斷的狀態(tài)。此模塊主要由鍵盤、報警器[11]組成(相關的電路設計下一章將會有詳細的介紹)。硬件知識用來設計硬件電路，以實現(xiàn)信號的采集、放大、轉換和顯示等功能。電路的設計都在建立在理論的基礎上。下面簡單介紹本設計使用到的電源器件：三端固定式集成穩(wěn)壓器。C1，C2一般選用滌綸電容，容量為 μ F 或者幾個μ F。如上圖所示，三端穩(wěn)壓器的三端是輸入端Vi、輸出端VO和公共端COM，使用公共端通常接地。當平滑電容距離穩(wěn)壓器很近時，可以省掉陶瓷電容。電路圖如圖42所示：本電路工作時，先將插頭接到220V市電上，由開關接通電源，此時，紅色發(fā)光二極管工作顯示電源接通狀態(tài)。(3)加熱特性半導體氣敏元件需要在加熱狀態(tài)下工作,加熱溫度影響器件的性能,加熱功率變化,元件電阻及靈敏度也相應的有所變化，所以傳感器的工作電源應使用穩(wěn)壓電源。 信號采集放大電路的設計根據QMN5的性能參數(shù)以及以上所述參數(shù)，可知將信號采集放大的關鍵是將QMN5的可變阻值轉變?yōu)殡妷狠敵?。?）具有轉換起、?？刂贫恕．斔鼮楦唠娖綍r，地址信號進入地址鎖存器中（3）CLOCK（10腳）：外部時鐘輸入端。有效信號為一正脈沖。當A/D轉換結束后，EOC立即輸出一個（正）階躍信號，可用來作為A/D轉換結束的查詢信號或中斷的請求信號。D0為最低有效位（LSB），D7為最高有效位（MSB）。（9）Vcc（11腳）、GND（13腳）：電源電壓輸入端。下降沿啟動 A/D轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。ADDC接地， 分別控制ADDB和ADDA選擇通道IN0～IN3。該器件使用簡單，操作方便，采用5V單電源供電，能同時支持字節(jié)寫和頁寫等多種操作方式，讀寫速度快。I/O0～I/O7作為8位數(shù)據線，是輸入/輸出數(shù)據的通道。 顯示電路設計LCD1602的數(shù)據口與單片機通過P1口連接，使能端E、VO通過接一個10K的電位器來控制液晶屏幕的亮度。系統(tǒng)報警器電路圖如下圖410所示：圖410 系統(tǒng)報警器電路圖 鍵盤電路的設計矩陣式鍵盤適用于按鍵較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行，列的交叉點上。 鍵盤的工作原理按鍵設置在行、列交點上，行、列線分別連接到按鍵開關的兩端。這一點是識別矩陣鍵盤按鍵是否按下的關鍵所在。分述如下：識別鍵盤有無鍵被按下的方法是：讓所有的列線均置0電平，檢查各行線的變化，則說明有鍵按下，則說明有鍵按下，如果沒有變化，則說明無鍵按下。對于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號和列號唯一確定，所以分別對行號和列號進行二進制編碼，然后將兩值合成一個字節(jié)，高4位式行號，低4位是列號將是非常直觀的。鍵盤的工作方式的選取應根據實際應用系統(tǒng)中CPU工作的忙、閑情況而定。而在執(zhí)行鍵入命令或是處理鍵入數(shù)據過程中，CPU將不再響應鍵入要求，直到CPU返回重新掃描鍵盤為止。其間CPU不能作其他的任何工作，如果CPU工作量較大的時候，這種方式就不是很實用。本設計中的鍵盤的上拉電阻均為10K，電壓為＋5v。但都是在RS232標準的基礎上經過改進而形成的。這個標準對串行通信接口的有關問題，如信號線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。目前在IBM PC機上的COMCOM2接口，就是RS232C接口。實現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。DB25連接器定義了25根信號線，分為4組：異步通信的9個電壓信號（含信號地SG）2，3，4，5，6，7，8，20，22；20mA電流環(huán)信號 9個（12，13，14，15，16，17，19，23，24）；空6個（9，10，11，18，21，25）；保護地（PE）1個，作為設備接地端（1腳）。圖412 MAX232內部結構 、連線示意圖電纜長度：在通信速率低于20kb/s時，RS232C所直接連接的最大物理距離為15m（50英尺）。 接口信號RS232C規(guī)定標準接口有25條線，4條數(shù)據線、11條控制線、3條定時線、7條備用和未定義線，常用的只有9根，它們是：①聯(lián)絡控制信號線：數(shù)據裝置準備好（Data set readyDSR)——有效時（ON）狀態(tài)，表明MODEM處于可以使用的狀態(tài)。請求發(fā)送(Request to sendRTS)——用來表示DTE請求DCE發(fā)送數(shù)據，即當終端要發(fā)送數(shù)據時，使該信號有效（ON狀態(tài)），向MODEM請求發(fā)送。這對RTS/CTS請求應答聯(lián)絡信號是用于半雙工MODEM系統(tǒng)中發(fā)送方式和接收方式之間的切換。當本地的MODEM收到由通信鏈路另一端（遠地）的MODEM送來的載波信號時，使RLSD信號有效，通知終端準備接收，并且由MODEM將接收下來的載波信號解調成數(shù)字量數(shù)據后，沿接收數(shù)據線RxD送到終端。接收數(shù)據(Received dataRxD)——通過RxD線終端接收從MODEM發(fā)來的串行數(shù)據，(DCE→DTE)。 程序框圖和主要程序主程序(1)按照以上的軟件程序設計[17]思想，可以畫出程序的流程圖并根據流程圖寫出相應的程序。具體的調試方法是使用數(shù)字萬用表，把旋鈕開關旋到電阻檔，紅黑表筆分別去測同一根銅線的電阻，如果線