【正文】 BCD654321DCBAT itleN um be r R e vis ionS iz eBD a te : 14 J un 201 0 S he e t of F ile : E :\m a te r ia l\畢業(yè) 工作 \論文 \單片機(jī)知識 \單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖 .ddbD r a w n B y :C1R1100R210KS1 V C CR E S T哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 ADC0809 芯片的基本知識 ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS 組件。 對 ADC0809 主要信號引腳的功能說明如下： IN7～ IN0— 模擬量輸入通道。 CLK— 時鐘信號。 D0為最低位， D7 為最高。 (2)具有轉(zhuǎn)換起停控制端。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－ IN7 上的一路模擬量輸入。 圖 37 4 分頻電路 ADC0809 應(yīng)用說明 （ 1） ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與 AT89S51 單片機(jī)直接相連。 煙霧報警器模塊 此模塊使用的是 MQ2 煙霧報警器，是 半導(dǎo)體型可燃?xì)怏w敏感元件煙霧傳感器。 圖 2是傳感器典型的溫度、濕度特性曲線。 MQ2 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖所示 (結(jié)構(gòu) A or B),由微型 Al2O3 陶瓷管、 SnO2 敏感層 ,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。 預(yù)熱時間 不超過 1小時 溫度報警器模塊 此模塊采用的是 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器。 （ 7）在 9位分辨率時最多在 ， 12位分辨率時最多在 750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用 16 位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB 形式表達(dá)，其中 S 為符號位。C 0000 0000 1010 0010 00A2h +176。 R1 和 R0 用來設(shè)置分辨率，如下表所示：（ DS18B20 出廠時被設(shè)置為 12 位）。C 1111 1111 0101 1110 FF5Eh 176。 TEMPERATURE DIGITAL OUTPUT(Binary) DIGITAL OUTPUT(Hex) +125176。 GND：接地管腳 DQ：數(shù)字量的輸入和輸出 VDD：可選的 +5V 電源 的 4 個主要的數(shù)據(jù)部份 （ 1）光刻 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20的地址序列碼。 （ 4） DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 3Ω 室溫 PH 加熱功耗 ≤ 900mW B. 環(huán)境條件 符號 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Tao 使用溫度 10℃ 50℃ Tas 儲存溫度 20℃ 70℃ RH 相對濕度 小于 95%RH O2 氧氣濃度 21%(標(biāo)準(zhǔn)條件 ) 氧氣濃度會影響靈敏度特性 最小值大于２％ Vc VH GND RL VRL 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 17 C. 靈敏度特性 符號 參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù) 備注 Rs 敏感體表面電阻 3KΩ 30KΩ (1000ppm 異丁烷 ) 探測濃度范圍 100ppm10000ppm 300ppm5000ppm 丁烷 5000ppm20xx0ppm 甲烷 300ppm5000ppm 氫氣 α(3000/1000) 異丁烷 濃度斜率 ≤ 標(biāo)準(zhǔn)工作條件 溫度： 20℃177。 Vc 則是用 于測定與傳感器串聯(lián)的負(fù)載電阻（ RL）上的電壓（ VRL）。 圖中縱坐標(biāo)為傳感器的電阻比（ Rs/Ro），橫坐標(biāo)為氣體濃度。 （ 5）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù) EOC 信號來判斷。 74ls74 是一個邊沿觸發(fā)器數(shù)字電路器件，每個器件中包含兩個相同的、相互獨立的邊沿觸發(fā) d 觸發(fā)器電路模塊。當(dāng) OE 輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 (6)工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度。 Vcc— +5V 電源。 EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換； EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。 START 上升沿時，復(fù)位 ADC0809； START 下降沿時啟動芯片，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D 轉(zhuǎn)換期間， START 應(yīng)保持低電平。多路開關(guān)可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。但單片機(jī)本身是不能進(jìn)行復(fù)位操作的，必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路來實現(xiàn)復(fù)位。此時，外部時鐘脈沖接 XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 則懸空?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 表 32 P3 口第二功能 引腳號 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0（外部中斷 0） INT0（外部中斷 0） T0（定時器 0 外部輸入） T1（定時器 1 外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RST：復(fù)位輸入。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 (6)全雙工串行口： STC89C5RC 內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 單片機(jī)主控處理模塊 STC89C5RC 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)。 DS18B20 一線總線數(shù)字式傳感器，獨特的單線接口僅需一個端口引腳進(jìn)行通訊，用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置 。接觸式溫度傳感器的測溫元件與被測對象要有良好的熱接觸，通過熱傳導(dǎo)及對流原理達(dá)到熱平衡，這是的示值即為被測對象的溫度。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下 3 個階段： （含敏感元件），主要是能夠進(jìn)行非電量和電量之間轉(zhuǎn)換。 因此，經(jīng)常對傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是保證其準(zhǔn)確性的必要的途徑。 ADC0809 是美國 Analog Device 公司生產(chǎn)的 8 位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速率高，自帶三態(tài)輸出緩沖電路，可直接與各種典型的 8 位或 16 位的微處理器相連而無需附加邏輯接口電路，且能與 CMOS 及 TTL 兼容，是目前我國應(yīng)用最廣泛，價格便宜的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 單對 STC89C5RC 來說，在實際電路中可以直接互換 8051 和 8751，替換 8031 只是第31 腳有區(qū)別， 8031 因內(nèi)部沒有 ROM， 31 腳需接地，單片機(jī)在啟動后就到外面程序存儲器讀取指令；而 8051/8751/89c51 因內(nèi)部有程序存儲器 ， 31 腳接高電平，單片機(jī)啟動后直接在內(nèi)部讀取指令。寫入到外接程序存儲器數(shù)據(jù)采集模塊 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 單片機(jī)主控 處理模塊 報警電路模塊 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 5 的程序代碼沒有什么保密性可言。通過設(shè)計熟悉 51 單片機(jī)的使用方法、 ADC0809和 DS18B MQ2 傳感器 [11]等芯片的工作原理及其使用，并通過 Keil[12]編程往單片機(jī)上下載程序，進(jìn)而實現(xiàn)對外接在單片機(jī)上的電路控制報警系統(tǒng)，驅(qū)動揚(yáng)聲器，達(dá)到預(yù)期效果。火災(zāi)報警控制器則是該系統(tǒng)的“軀體”，“大腦”，是系統(tǒng)的核心。在本次設(shè)計中采用了感煙效果好、靈敏度高的 MQ2 煙霧傳感器和DS18B20 數(shù)字溫度傳感器來完成設(shè)計要求。報警早，損失少，不僅對發(fā)生火災(zāi)的單位和個人具有重要作用，而且對公安消防監(jiān)督機(jī)構(gòu)及時撲滅火災(zāi)、減少人員傷亡和財產(chǎn)損失同樣具有十分重要的現(xiàn)實意義。此類系統(tǒng)已具有系統(tǒng)自檢以及對外圍器件的故障檢驗等功能，但對故障類型不能區(qū)分。而在居民住宅區(qū)、機(jī)房、辦公室等小型防火單位，需要設(shè)置一種單一或區(qū)域聯(lián)網(wǎng)、廉價實用的智能火災(zāi)報警裝置 ，因此，研制一種結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的智能 [8]火災(zāi)報警器是非常必要的。 optional digital temperature sensor DS18B20 Temperature measurement。本設(shè)計是利用單片機(jī)結(jié)合傳感器技術(shù)而開發(fā)設(shè)計的智能火災(zāi)報警系統(tǒng)。由于 ADC0809 的時鐘信號通常為 500KHz，故而選用 74LS74 進(jìn)行分頻。由于 ADC0809 的時鐘信號通常為 500KHz，故而選用 74LS74 進(jìn)行分頻。本文給出用軟件方式實現(xiàn)火 災(zāi)報警的單片機(jī)程序，對于硬件電路，采集信號由 MQ2[6]和 DS18B20 完成，而接受部分則只需要在單片機(jī)系統(tǒng)中添加一個 A/D[7]芯片就可完成。探測器和模塊通過總線與控制器實現(xiàn)信號傳送。 智能火災(zāi)報警系統(tǒng) 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)屬于樓宇自動化范疇，是當(dāng)前樓宇自動化的一個主要構(gòu)成系統(tǒng)。從傳統(tǒng)型走向智能型，是國內(nèi)外火災(zāi)自動報警系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能火災(zāi)報警系統(tǒng)必將得到更快的發(fā)展。 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 第 2 章 方案設(shè)計 系統(tǒng)的主要功能及原理 目的和要求 本次設(shè)計是設(shè)計和實現(xiàn)一種分布式智能火災(zāi)報警控制系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)軟硬件的組成和實現(xiàn)。 圖 模塊框圖 系統(tǒng)芯片的選擇 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)是本方案的靈魂，所以我們選擇是需要慎之又慎，下面我們來拿 8031 和STC89C5RC 做一下比較。顯而易見，這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。 位數(shù)越高，其分辨率也越高，但價格也越貴。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境中有得到某種程度的恢復(fù)的可能，但是如果長期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會不斷下降，導(dǎo)致傳感器最終喪失檢測煙霧的能力。因此，本設(shè)計采用半導(dǎo) 體煙霧傳感器作為報警器煙霧信息采集部分的核心。 。此種測穩(wěn)方法的主要特點是可測量運動狀態(tài)的小目標(biāo)及熱容量小或變化迅速的對象，也可測量溫度場的溫度分布，但受環(huán)境的影響比較大。本設(shè)計首要的一個關(guān)鍵任務(wù)就是掌握傳感器的工作方法及編碼和解碼，才能完成對火災(zāi)信號的接收，即在了解傳感器的是使用方法后，將傳感器技術(shù)應(yīng)用到單片機(jī)中，發(fā)出控制指令，然后實現(xiàn)報警。 (3)并行輸入輸出 (I/O)口： STC89C5RC 共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 PSEN ：外部程序存儲器選通信號（ PSEN ）是外部程序存儲器選通信號，當(dāng) AT89S51從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時 。 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 11 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t leN u m be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 8 J un 20 10 S he e t o f F i l e : C : \ P R O G R A M F I L E S \ P R O T E L 99S E 漢化版 \ E X A M P L E S \ C 51 C .D D BD r a w n B y :C2C1Y1X T A L 2X T A L 1G N DX T A L 2X T A L 1G N D外部信號震蕩輸入NC內(nèi)部振蕩電路 外部振蕩電路 圖 32 振蕩電路 外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 C C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián) 振蕩電路，對外電容 C C2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF（177。單片機(jī)系統(tǒng)在上電啟動運行時，都需要先復(fù)位。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 ALE— 地址鎖存允許信號。 ADC0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。 OE— 輸出允許信號。 (3)轉(zhuǎn)換時間為 100μ s。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。通道選擇表如下表所示。 （ 2）初始化時，使 ST 和 OE 信號全為低電平。 傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫 (SnO2)。 圖 1 圖 2 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16