【正文】 .................................................................... 21 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 .......................................................................... 21 電源電路設(shè)計(jì) ................................................................................................. 22 報(bào)警電路設(shè)計(jì) ................................................................................................. 23 目 次 II 顯示電路設(shè)計(jì) ................................................................................................. 24 片外程序存儲(chǔ)器模塊設(shè)計(jì) ............................................................................. 25 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊設(shè)計(jì) ............................................................................. 26 系統(tǒng)總電路圖設(shè)計(jì) ......................................................................................... 27 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................... 28 河北聯(lián)合大學(xué) 綜合課程設(shè)計(jì)說明書 引言 1 引 言 近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤炭的消費(fèi)量持續(xù)增長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)證明， 本設(shè)計(jì) 不但操作 方便， 而且還能更好的防御和減少由于瓦斯而引起的礦難事故 。 由于我國(guó)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用較晚，所以我國(guó)當(dāng)前對(duì)瓦斯的檢測(cè)設(shè)備還存在很多的問題，例如，檢測(cè)設(shè)備的壽命周期短，易受礦井不良?jí)木车挠绊懖⑶視?huì)導(dǎo)致檢測(cè)設(shè)備的工作性能不穩(wěn)定、檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，容易出現(xiàn)誤報(bào)警等現(xiàn)象，維護(hù)周期短且費(fèi)用高。 國(guó)外一些工業(yè)化發(fā)達(dá)的國(guó)家對(duì)瓦斯爆炸研究較早，如美國(guó)、波蘭、德國(guó)、日本、俄羅斯等對(duì)國(guó)家較早對(duì)煤礦瓦斯爆炸事故進(jìn)行過試驗(yàn)研究，集中體現(xiàn)在可燃?xì)怏w和空氣混合后的爆炸、傳播特性方面的研究。 2） 生產(chǎn)環(huán)節(jié)自動(dòng)化，管理環(huán)節(jié)信息化 目前，我 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品主要是監(jiān)測(cè)環(huán)境安全參數(shù)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警或斷電控制，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測(cè)監(jiān)控限于對(duì)設(shè)備的開 /停狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，與煤炭生產(chǎn)全過程實(shí)行監(jiān)測(cè)監(jiān)控差距還較大。 在本設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇正確的瓦斯?jié)舛葴y(cè)量方法，合理的選擇測(cè)量傳感器及其測(cè)量電路，基于 8031 單片機(jī)的實(shí)時(shí)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) ， 繪制信號(hào)采集、處理及單片機(jī)系統(tǒng)電路原理圖 。它的優(yōu)點(diǎn)是精度高，不但耐用而且還容易校瓦斯氣體 測(cè)量傳感器 轉(zhuǎn)換電路 A∕ D 轉(zhuǎn)換器 單片機(jī) 看門狗 輸出 存儲(chǔ) 計(jì)算 顯示 電源 河北 聯(lián)合 大學(xué) 綜合課程設(shè)計(jì)說明書 2 總體設(shè)計(jì)方案 7 正；缺點(diǎn)是不能直觀的顯示瓦斯?jié)舛戎?，容易受氣壓和溫度的影響，制造和維修成本較高、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)比較困難。 5) 熱導(dǎo)式 熱導(dǎo)式是利用瓦斯與空氣熱導(dǎo)率之差來實(shí)現(xiàn)瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)。可監(jiān)測(cè)多種可燃性氣體，壽命長(zhǎng)成本低 。 相對(duì)濕度： 65%177。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)。是 外接晶體的另一端。 （ 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。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。 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)。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。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。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)。 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 。 第 15 腳：背光源正極。 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。 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。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。 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。其中 VCCH 用于為傳感器提供特定的工作溫度。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)。 4） OE：輸出允許信號(hào)。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]。 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。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。當(dāng)調(diào)節(jié)器接地時(shí)，輸出端輸出 。 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。 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 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。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)合適的電阻來解決。內(nèi)置過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。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。 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。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。當(dāng) AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)， EOC 變?yōu)楦唠娖?，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。 57%RL1k77%R V 31kR 1 01KV C CH V C CV R L 圖 8 傳感器基本測(cè)試回路 上圖 8是傳感器的基本測(cè)試電路。 同時(shí)擴(kuò)展外部 RAM與外部 I/O 由于外部 RAM 與外部 I/O口采用相同的讀寫指令，二者是統(tǒng)一編址的，因此當(dāng)同時(shí)擴(kuò)展二者時(shí)，就必須考慮地址的合理分配，通常采用譯碼法來實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，我們可以利用單片機(jī)的擴(kuò)展功能，擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 指令 10：寫數(shù)據(jù)。 S:屏幕上 的 所有 字符 是否 向 左或右移 動(dòng)，其中 高電平 為 有效，低電平則無效。 第 6 腳： E端 口是 使能端，當(dāng) E端 口從 高電平跳變 為 低電平 的 時(shí) 候 ，液晶 顯示 模塊 就會(huì) 執(zhí)行命令。 LCD 能夠顯示字符的關(guān)鍵在于其控制器，目前大部分點(diǎn)陣式 LCD都使用日立公司的 HD44780 集成電路作為控制器。 由下圖可知， ADC0809 由一個(gè) 8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。如果用百分?jǐn)?shù)表示分辨率，則分辨率為 %%1002561%10021%10021 8 ??????n (4)