【正文】 7O U T P U T E N A B LE9C LO C K10V C C112 220G N D132 7142 6152 8L S B172 4182 319I N 228I N 127I N 026A L E22U6A D C 08 0 957%RL1k77%R V 31kR 1 01KV C CH V C CP 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7A L EE O CSTOCC L K 圖 9 甲烷氣體采集電路設(shè)計(jì) ADC0809 工作接口要求 1) ALE 設(shè)置為高電平 ,對(duì)地址信號(hào)進(jìn)行鎖存 ,經(jīng)譯碼后選通對(duì)應(yīng)通道 ,被選中通道的模擬量進(jìn)入轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng) AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)， EOC 變?yōu)楦唠娖剑砻鬓D(zhuǎn)換結(jié)束。 5） CLK： 0809 工作時(shí)鐘。單片機(jī)內(nèi)部有時(shí)鐘振蕩電路，因此只需外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定周期的時(shí)鐘信號(hào)從而到達(dá)單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片機(jī)的工作頻率。 由于 端口線電平和輸入輸出狀態(tài) 的 不確定可能 會(huì)導(dǎo)致 外圍設(shè)備誤動(dòng)作， 以至于 嚴(yán)重事故的發(fā)生；內(nèi)部一些控制寄存器（專用寄存器） 的 內(nèi)容不確定 也 可能 會(huì) 導(dǎo)致定時(shí)器溢出、程序尚未開始就要中斷及串口亂傳向外設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)。 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容 C1的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，一般采用 10uF30uF，單片機(jī)最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時(shí)間越短。 在設(shè)置為定時(shí)器模式時(shí)，加 1計(jì)數(shù)器是對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)（ 1個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩周期，即計(jì)數(shù)頻率為晶振頻率的 1/12）。當(dāng)某周期采樣到一高電平輸入而下一周期又采樣到一低電平時(shí)，則計(jì)數(shù)器加 1，更新的計(jì)數(shù)值在下一個(gè)機(jī)器周期的 S3P1期間裝入計(jì)數(shù)器。整個(gè)系統(tǒng)用電可以劃分為兩部分： HVCC 是 LED 顯示器模塊、氣體傳感器加熱、傳感器信號(hào)監(jiān)測(cè)回路及 A/D 轉(zhuǎn)換參考電源模塊輸入需要 工作電壓； VCC 是單片機(jī)等集成芯片需要 5V 的工作電壓。內(nèi)置過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。因此，只需要用極小的電流來(lái)調(diào)整 ADJ 端的電 壓，便可以在 Vout 端得到比較大的輸出電流，并且輸出電壓比 ADJ 端電壓高出恒定的 。這個(gè)電流隨器件的生產(chǎn)廠家而有所差異，一般在 38mA 不等，可以通過在負(fù)載端接一個(gè)合適的電阻來(lái)解決。報(bào)警電路如 下 圖所示，當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到設(shè)定值時(shí)，單片機(jī) I/O口為低電平，供電段 VCC設(shè)定為 5v，那么需要并聯(lián)一個(gè)電阻 R1使得三極管工作，使得三極管基極達(dá)到開啟電壓，集電極電壓放大足以驅(qū)動(dòng) 蜂鳴器報(bào)警 ，指示燈發(fā)光 。如果 BF 為低電平“ 0”，表示 LCD 不忙；如果 BF 為高電平“ 1”，則表示 LCD 處于忙碌狀態(tài)，需要等待。下圖為 2764 程序存儲(chǔ)器的電路圖。 1602LCD 液晶顯示器引腳接口如下圖 13 所示： X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115U1 8 0 C3 1VI3VO2ADJ1L M 2L M 3 1 7D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3L C D 1L M 0 1 6 L49%R V 11kP3.4 P3.5P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7 圖 13 顯示電路 注 U3 是一電位器（滑動(dòng)變阻器），用來(lái)調(diào)節(jié) LED 的顯示亮度 片外程序存儲(chǔ)器模塊設(shè)計(jì) 程序存儲(chǔ)器與單片機(jī)的連線分為三類：① 數(shù)據(jù)線，通常有 8 位數(shù)據(jù)線，由 P0口提供；② 地址線，地址線的條數(shù)決定了程序存儲(chǔ)器的容量。如果 LCD 正忙于處理其他指令，就等待；如果不忙，在執(zhí)行寫指令。 河北理工大學(xué) 綜合課程設(shè)計(jì)說明書 3 具體實(shí)施方案 24 單片機(jī)本身 I/O的驅(qū)動(dòng)能力并不高，所以對(duì)蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)需要加入一個(gè)三極管，在這里我選取 PNP型的三極管。通過調(diào)整接入 ADJ 端和 Vout 端電阻的比值，來(lái)改變輸出電壓。當(dāng)調(diào)節(jié)器接地時(shí)，輸出端輸出 。 LM317 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)整流穩(wěn)壓器集成電路，輸出電壓范圍是 到 37V,負(fù)載電流最大為 。當(dāng)晶振頻率為 12MHz 時(shí)，最高計(jì)數(shù)頻率不超1/2MHz，即計(jì)數(shù)脈沖的周期要大于 2 ms。 在設(shè)置為 計(jì)數(shù)器模式時(shí)，外部事件計(jì)數(shù)脈沖由 T0或 T1引腳輸入到計(jì)數(shù)器。 單片機(jī)最小系統(tǒng)起振電容 C C3 一般采用 15pF33pF，此設(shè)計(jì)采用 30pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機(jī)越近越好 P0口為開漏輸出，作為輸出口時(shí)需加上拉電阻，阻值一般為 10k。隨著電容的充電， RST 腳上的電壓才慢慢下降。這里選用 CC7的電容均為 30pF，石英晶振的工作頻率為 12MHz，一方面可以滿足系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)的機(jī)器周期的需要；另一方面，在進(jìn)行串行口通訊的時(shí)候能夠提供精確的通訊波特率 [8]。 本系統(tǒng)中采用了內(nèi)部時(shí)鐘方式，為了盡量降低功耗的原則。 4） OE：輸出允許信號(hào)。 ST 上跳沿清零所有寄存器，下跳沿開始 AD轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換期間 ST 保持低電平； ST啟動(dòng)過程中， ALE 信號(hào)與其保持一致。一直到完成 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換開始 ,EOC 變成高電平，結(jié)束 A/D 轉(zhuǎn)換，此時(shí)結(jié)果數(shù)據(jù)已存入了鎖存器，這個(gè)信號(hào)就可以用作中斷申請(qǐng)。 當(dāng)模擬量送至某一輸入通道 IN0 后， CPU 將標(biāo)識(shí) 該通道編碼的三位地址信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)線或地址線輸入到 ADDC、 ADDB、 ADDA引腳上。其中 VCCH 用于為傳感器提供特定的工作溫度。 河北理工大學(xué) 綜合課程設(shè)計(jì)說明書 3 具體實(shí)施方案 19 3 具體實(shí)施方案 甲烷氣體采集 電路設(shè)計(jì) 傳感器的工作原理：在工作條件下當(dāng)傳感器遇到還原性氣體時(shí)，氧負(fù)離子因與還原性氣體發(fā)生氧化還原反應(yīng)而導(dǎo)致其表面濃度降低，導(dǎo)致傳感器阻值減小。 NC1A 122A73A64A55A46A37A28A19A010I/O 011I/O 112I/O 213GND14I/O 315I/O 416I/O 517I/O 618I/O 719C E 120A 1021OE22A 1123A924A825C E 226WE27V C C286264 圖 7 6264管腳 其中 A0～ A12： 13條地址線； I/O0— I/O7： 8 條數(shù)據(jù)線，雙向； 1CE ：片選線 1，低電平有效； CE2：片選線 2，高電平有效 OE ：讀允許信號(hào)線，低電平有效； WE ：寫信號(hào)線，低電平有效 38譯碼器 74LS138 由于外部 I/O占用外部 RAM的地址范圍，操作指令都是 MOVX 指令，因此， I/O和 RAM 同時(shí)擴(kuò)展時(shí)必須進(jìn)行存儲(chǔ)器空間的合理分配。根據(jù)實(shí)際情況 ，采用靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。前者相對(duì)讀寫速度高，一般都是 8位寬度，易于擴(kuò)展，且大多數(shù)與相同容量的 EPROM 引腳兼容，有利于印刷板電路設(shè)計(jì)，使用方便；缺點(diǎn)是集成度低，成本高，功耗大。 這里考慮選擇單片機(jī)擴(kuò)展 8K 外部程序存儲(chǔ)器一般選用 2764 EPROM 芯片。 片外 擴(kuò)展 程序存儲(chǔ)器 由于 8031 單片機(jī)沒有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，所以需要外接程序存儲(chǔ)器模塊。 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置。 D：控制整體顯示的開 和 關(guān)， 當(dāng) 高電平 時(shí)為 開顯示，低電平時(shí)為 關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開 和 關(guān)， 當(dāng) 高電平 時(shí) 有光標(biāo)，低電平 時(shí) 無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍， 當(dāng) 高電平 時(shí) 閃爍，低電平 時(shí)則 不閃爍。 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到 的 地址 為 00H。 第 15 腳：背光源正極。 第 5 腳： R/W為讀寫信號(hào) 端 ， 當(dāng)為 高電平時(shí)進(jìn)行讀操作， 當(dāng)為 低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。 本設(shè)計(jì)所采用的液晶顯示器為 1602LCD，其具有 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口 的 說明 如下： 第 1 腳： VSS為電源 地 。在 基于 單片機(jī) 礦井瓦斯檢測(cè) 系統(tǒng) 中采 用液晶顯示器作為 顯示 器件 具 有質(zhì)量高 、 重量輕 、 數(shù)字式接口 、 體積小、功耗低 等優(yōu)點(diǎn)，因此， LCD 逐漸的成為各種便攜式電子產(chǎn)品的理想顯示器件， 如在計(jì)算器、萬(wàn)用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到， 其不僅廉價(jià)，而且 顯示的 內(nèi)容豐富美觀，很好的取代了LED數(shù)碼管。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。通常轉(zhuǎn)換速度越快越好，特別是對(duì) 動(dòng)態(tài)信號(hào)采集。同樣的 5V 電壓，若采用 12 位 ADC，則它能分辨的最小電壓為5000Mv/4096≈ 1mV。其中分辨率就是指 A/D轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)或 BCD 碼的位數(shù)。在需要對(duì)某個(gè)模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下， EOC也可作為啟動(dòng)信號(hào)反饋接到 START端，但在剛加電時(shí)需由外電路第一次啟動(dòng)； (7） OE：輸出允許控制端，輸入高電平有效，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器在中斷工作方式下，該信號(hào)往往是 CPU發(fā)出的中斷請(qǐng)求響應(yīng)信號(hào)； (8） CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端。所以，該 A/D轉(zhuǎn)換器能處理 8路模擬量的輸入，并且還有三態(tài)輸出得能力，不僅能連接各種微處理器，還能單獨(dú)工作。 ADC0809具有 8個(gè)通道的模擬輸入線 (IN0～ IN7)，可在程序控制下對(duì)任意通道進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，獲得 8位二進(jìn)制數(shù)字量 (D7～ D0)。 :T0，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0外部事件脈沖輸入端。通道 3能吸收 /發(fā)出一個(gè) TTL負(fù)載， P3通道的每一根線還有另一種功能： :RXD，串行輸入口。 通道 1吸收 /發(fā)出一個(gè) TTL負(fù)載。 （ 4） /Vpp 、 /Vpp為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器選擇端。因此，它可用作對(duì)外 輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。是 外接晶體的另一端。 8031單片機(jī)是 Intel公司生產(chǎn)的 MCS51系列單片機(jī)中的一種，除無(wú)片內(nèi) ROM外， 下面介紹一下它的引腳圖等資料 。在調(diào)節(jié)確定MQ4的可調(diào)負(fù)載電阻值時(shí)，以空氣中甲烷濃度值為 5000ppm時(shí)作為校準(zhǔn)，此時(shí)觀察顯示部分電路，又因?yàn)橐箫@示的瓦斯?jié)舛染纫髢?yōu)于 5%，即 準(zhǔn)確顯示的范圍為5000ppm（ 1? 5%） 也就是 4750ppm～ 5250ppm的范圍內(nèi)，若不在該范圍內(nèi)則說明甲烷傳感器的靈敏度不夠高，需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。 R0是指元件在潔凈空氣中的電阻值，因此 MQ4型甲烷傳感器對(duì)不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。 相對(duì)濕度： 65%177。 Ac or Dc RL 負(fù)載電阻 可調(diào) RH 加熱電阻 31Ω177。可監(jiān)測(cè)多種可燃性氣體，壽命長(zhǎng)成本低 。 在選用合適的傳感器時(shí)，要考慮被測(cè)量的特點(diǎn)以及所選傳感器的使用條件，例如傳感器量程的大?。粋鞲衅鞯捏w積要適用被測(cè)位置；是采用接觸式還是非接觸式；傳感器的來(lái)源 ，國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，還是自行研制，價(jià)格能否承受等。 5) 熱導(dǎo)式 熱導(dǎo)式是利用瓦斯與空氣熱導(dǎo)率之差來(lái)實(shí)現(xiàn)瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)。 4) 氣敏半導(dǎo)體式 氣敏半導(dǎo)體的種類較多，例如氧化鋅、氧化錫