【正文】 發(fā)。LFXTl 振蕩器默認工作在低頻模式，即 32． 768kHz，也可以通過外接450kHz～8MHz 的高速晶體振蕩器或陶瓷諧振器工作在高頻模式，在本電路中我們使用低頻模式，晶振外接 2 個 22pF 的電容經(jīng)過 XIN 和 XOUT 連接到 MCU。在運算速度方面，MSP430 系列單片機能在 8HHz 晶體的驅動下，實現(xiàn) 125ns 的指令周期。 MSP430 系列單片機發(fā)展歷程MSP430 系列單片機是美國德州儀器（TI ）1996 年開始推向市場的一種 16 位超低功耗、具有精簡指令集（RISC）的混合信號處理器（ Mixed Signal Processor） ，稱之為混合信號處理器，是由于其針對實際應用需求，將多個不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上，該系列單片機多應用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。MSP430 系列其基本架構是 16 位的，同時在其內部的數(shù)據(jù)總線經(jīng)過轉換還存在 8位的總線，在加上本身就是混合型的結構，因而對它這樣的開放型的架構來說，無論擴展 8 位的功能模塊，還是 16 位的功能模塊，即使擴展模/數(shù)轉換或數(shù)/ 模轉換這類的功能模塊也是很方便的。 89C51 系列單片機由于其內部總線是 8 位的，其內部功能模塊基本上都是 8 位的雖然經(jīng)過各種努力其內部功能模塊有了顯著增加，但是受其結構本身的限制很大，尤其模擬功能部件的增加更顯困難。在本論文中首先在第一章中主要敘述了本設計的研究背景及意義、結構安排，概括的敘述了本論文的結構和研究順序，第二章主要對本設計所采用的方法進行了比較論證，選定了方法，列出了本設計的系統(tǒng)框圖。燃氣的普及與應用無疑對改善環(huán)境質量和提高人們的生活質量發(fā)揮了巨大的作用。無線通信功能：能夠與主站（集中器）無線通信的功能，既能夠接收和回復集中器或主站發(fā)出的數(shù)據(jù)采集和參數(shù)設置命令。本課題設計一款燃氣泄漏檢測器，監(jiān)控燃氣灶是否有泄漏現(xiàn)象，并根據(jù)燃氣泄漏流量大小，當燃氣泄漏值超過安全標準時，系統(tǒng)進行報警，顯示煤氣是否有異常現(xiàn)象，并發(fā)出同步信號控制電磁閥切斷氣源。但是隨著燃氣的廣泛應用，由于燃氣泄漏所引發(fā)的爆炸、中毒和火災等事故也時有發(fā)生，這在某種程度上增加了城市的不安全和不穩(wěn)定因素。在一些發(fā)達國家中都大力推廣甚至強制安裝燃氣報警器，如日本東京和大阪、韓國漢城、德國漢堡等城市，目前有 80％以上的居民家庭安裝各類基于單片機的燃氣泄漏檢測儀。所以本設計有以下功能： 采集功能：采集灶具火焰熱電偶信號、燃氣表脈沖信號、報警器輸出信號。 alarm。本燃氣泄漏檢測系統(tǒng)以單片機為核心，當燃氣灶輸出燃氣流量超出標準，程序會判斷流量是否異常，若異常檢測儀將進行報警并給出相應動作并自動關閉閥門，保證了燃氣使用的安全。華北科技學院畢業(yè)設計（論文）第 3 頁 共 38 頁 2 燃氣泄漏檢測儀系統(tǒng)構成框圖 系統(tǒng)構成框圖 系統(tǒng)構成方案及論證為了更好地滿足設計需要，本設計介紹了兩種設計方案：方案一：選用一般性能的普通 51 系列單片機，配合看門狗電路、A/D 轉換電路，液晶顯示屏驅動電路等附屬電路完成設計。方案二：采用低功耗的 MSP430 單片機，利用其功耗小功能強大的特點，內含 A/D 轉換部分，及外圍電路達到設計要求。綜上所述，從性能上考慮 MSP430 單片機擁有較多的引腳，單片機本身具有較強的處理能力，方便了電路設計，它采用精簡指令集結構，在 8MHZ 時指令速度可達8MIPS。MSP430 雖屬微控制器，但在眾多單片機系列中有獨特的優(yōu)勢。ESD 保護，抗干擾力強；低電壓供電；多達 64KB 尋址空間，包含 ROM、RAM、閃存 RAM 和外圍模塊；外部中斷引腳；I／0 口具有中斷能力；外圍模塊地址為存儲器分配；全部寄存器不占用 RAM 空間，均在模塊內；定時器中斷可用于事件計數(shù)、時序基于單片機的燃氣泄露檢測儀設計第 6 頁 共 38 頁 發(fā)生、PWM 等；看門狗功能；A／D 轉換器(10 位、12 位、16 位或更高精度)并且支持C 語言和匯編語言。復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。手動按鈕復位的電路如圖 33 所示。在復位電路中當 Vcc 掉電時必然會使 RST 端電壓迅速下降到 0V 以下但是由于內部電路的限制作用這個負電壓將不會對器件產(chǎn)生損害。標準的 JTAG 接口是 4 線：TMS、TCK、TDI 、TDO ，分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。另外 MSP430F5529 采用矢量中斷，2 個 8 位端口有中斷能力，支持十多個中斷源，并可以任意嵌套。一般來說，模擬地和數(shù)字地要分開處理，然后通過細的走線連在一起，或者單點接在一起。由于燃氣灶輸出電壓太小并不能識別，本設計采用放大模塊進行放大，本設計中的采集模塊由一個兩級運算放大電路組成，主要用于放大輸出電壓到能使單片機識別的大小。 ＊電源電壓范圍寬：單電源(3—30V)；雙電源(177。 ＊輸出電壓擺幅大（0 至 ) 。實現(xiàn)這種變換的方法很多，可用分離元件，也可用集成電路。特點：（1） 能滿足或超過 TIA/EIA232F 和 ITU 標準的要求，工作電源電壓為 3V至 最多可處理 250 kbit/sz ，一個驅動器和一個接收器低待機電流典型值為 1 Az 外接電容器 F。雙電源一般用于區(qū)域電源回路中，以保證該區(qū)域能夠在一個電源故障時，仍能繼續(xù)得到電源。 電源設計單片機系統(tǒng)電源設計是單片機應用系統(tǒng)設計中的一項重要工作，電源的精度和可靠性等各項指標直接影響系統(tǒng)的整體性能。對于 5V 電壓輸出，推薦使用耐壓值為 16V 的電容。背光燈的電源正極、液晶顯示器模塊的電源正極以及 LCD 驅動電壓輸入端都接在+5V 的穩(wěn)壓電源上 ,背光燈的電源負極接到穩(wěn)壓源的地上。 本章小結本燃氣泄漏檢測儀設計通過采集灶具火焰模擬信號和燃氣表流量脈沖信號，由控制單元對信號進行處理，通過程序判斷燃氣是否泄漏，根據(jù)不同泄漏等級采取控制措施并將數(shù)據(jù)信息遠傳至監(jiān)控系統(tǒng)。本流程圖講述了本設計整體的程序運行順序，首先在設備工作時要進行初始化參數(shù)的設定，然后判斷各個條件下流量指標是否滿足，當滿足時判斷是滿足報警的條件還是正常的條件，在本設計對于不同的流量分別設計了不同的步驟，例如當流量為零有火焰時，定時完成后此情況人存在則說明有偷流量情況則會長生報警信號。此外，C 語言程序具有完善的模塊程序結構，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設計方法提供了有力的保障。 OFIFG) //清除 OFIFG ,and XT1OFFG ,DCOFFG { UCSCTL7 amp。 //定時器 B 初始化， Initial timer a, gererate pwm output基于單片機的燃氣泄露檢測儀設計第 26 頁 共 38 頁 Uart0_Initial(Enable_Mask)。 static uint8_t Num_AD。 cAccFlowCountTemp=0。華北科技學院畢業(yè)設計（論文）第 27 頁 共 38 頁 elseDisplay_String(8,4,灶 2:關)。= ~AlarmMark。 Display_String(4,i,小泄漏)。} if(cAbnormityamp。=0x00。} if((bParaSet != Enable_Mask)amp。amp。Display_String(0,2,瞬時流量:)。if(cStateDeviceamp。else Display_String(8,6, )。第四步，將修改后的程序進行試算，這時可以假設幾個模擬數(shù)據(jù)去試運行，并把輸出結果與手工處理的正確結果相比較。以得到比較滿意的輸出結果，但是在時序的控制方面還需要深入的研究。如果程序不大，可以用人工方法去模擬計算機對源程序的這幾個數(shù)據(jù)進行修改處理；如果程序比較大，人工模擬顯然行不通，這時只能將計算機設置成單步執(zhí)行的基于單片機的燃氣泄露檢測儀設計第 30 頁 共 38 頁 方式，一步步跟蹤程序的運行。下面介紹在軟件調試的方法與步驟：第一步，用編輯程序把編制的源程序按照一定的書寫格式送到計算機中，編輯程序會根據(jù)使用人員的意圖對源程序進行增、刪或修改。elseDisplay_String(8,4,灶 2:關)。str[0],%,fInstantFlow)。amp。(cSystemState==stateNomal)) {if((cHourReady==Enable_Mask)amp。 Display_String(4,i,火焰異常)。=0x00。 } if(cAbnormityamp。 LocalMemory(RTCTimes)。Leakage) Display_String(8,6,泄漏: )。str[0])。 static uint16_t NUM_AD_Rsults1_Old,NUM_AD_Rsults2_Old。 // Disable timerbinitLCDM()。 SFRIFG1 amp。用 C 語言來編寫目標系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進和擴充，基于單片機的燃氣泄露檢測儀設計第 24 頁 共 38 頁 從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。其主要優(yōu)點是占用資源少、程序執(zhí)行效率高。本單元主要介紹了硬件設計中各個單元的結構設計和這個模塊的設計構思，并給出了一些模塊的設計電路圖，詳細介紹了硬件設計的工作原理，和所用芯片的資料等，從成本以及功效上滿足了消費者的需要?；趩纹瑱C的燃氣泄露檢測儀設計第 20 頁 共 38 頁 圖 314 液晶顯示電路顯示電路所用元器件及資料FYD12864 芯片：帶中文字庫的 128X64 是一種具有 4 位/8 位并行、2 線或 3 線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864，內置 8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII 活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。綜上所述，雙電源供電設計與三端穩(wěn)壓電路設計相配合共同為單片機提供的穩(wěn)定的驅動電壓。本設計采用 LM2575 及外圍電路組成單片機電源，其原理圖本設計如圖 312 所示： HB6/S基于單片機的燃氣泄露檢測儀設計第 18 頁 共 38 頁 圖 312 LM2575 及外圍電路(1) 芯片介紹LM2575 系列開關穩(wěn)壓集成電路是美國國家半導體公司生產(chǎn)的 1A 集成穩(wěn)壓電路，它內部集成了一個固定的振蕩器， 只須極少外圍器件便可構成一種高效的穩(wěn)壓電路，可大大減小散熱片的體積，而在大多數(shù)情況下不需散熱片；內部有完善的保護電路，包括電流限制及熱關斷電路等；芯片可提供外部控制引腳，是傳統(tǒng)三端式穩(wěn)壓集成電路的理想替代產(chǎn)品其引腳功能圖如下圖 313 所示：圖 313 引腳圖OUTPUT：開關電壓輸出，接電感及快恢復二極管； GND：公共端； FEEDBACK：反饋輸入端； ON/OFF：控制輸入端，接公共端時，穩(wěn)壓電路工作；接高電平時，穩(wěn)壓電路停止。一旦工作電源失去后，備用電源自動或手動投入繼續(xù)供電。（3） 可供選擇的高速引腳可兼容器件(1 Mbit/s) – SNx5C3221z RS232 總線，引腳 ESD 保護超過177。在 MSP430 與 PC 串口接口時，用 MAX232A 電路比較簡單（只需外接幾個電容） ，而且這款芯片可以實現(xiàn)兩路變換，價格也較便宜。基于單片機的燃氣泄露檢測儀設計第 14 頁 共 38 頁 圖 39 LM358 引腳圖 串口模塊硬件設計MSP430 系列微控制器都自帶串行通信口，有幾款還有兩個串口。15V) 。LM358 芯片LM358 內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電華北科技學院畢業(yè)設計（論文）第 13 頁 共 38 頁 圖 38 采集模塊電路原理圖源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。 而對于高頻電路和數(shù)字電路，由于這時地線的電感效應影響會更大，一點接地會導致實際地線加長而帶來不利影響，這時應采取分開接地和一點接地相結合的方式。MSP430F5529 單片機開發(fā)方式及其方便，利用單片機本身具有的 JTAG 接口，可以實現(xiàn)程序下載、調試為整個項目的開發(fā)提供方便。 JTAG口256780ESCKMDI/LORVN圖 35 JTAG 接口電路表 1 JTAG 引腳圖基于單片機的燃氣泄露檢測儀設計第 10 頁 共 38 頁 單片機的選型本論文的核心部件為以單片機 MSP430 為核心的控制模塊，TI 公司的超低耗單片機特別適合與便攜式的或雙電源供電的設備，MSP430F5529 單片機的電源電壓采用 低電壓。如果系統(tǒng)在上電時得不到有效的復位則程序計數(shù)器 PC 將得不到一個合適的初值因此 CPU 可能會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行程序?；趩纹瑱C的燃氣泄露檢測儀設計第 8 頁 共 38 頁 圖 手動按鈕復位電路上電復位： C51 的上電復位電路如圖 34 所示只