【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 機(jī)，單片機(jī)綜合分析以后，送到數(shù)碼管上顯示，并且通過(guò)獨(dú)立鍵盤來(lái)設(shè)置，真題電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，具體模塊框圖如下： 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 4 圖 21 模塊框圖 設(shè)計(jì)原理 本設(shè)計(jì)的 原理 是根據(jù) 51單片機(jī)的工作原理，利用各個(gè)傳感器的特性，設(shè)計(jì)相關(guān)的電路，用單片機(jī)來(lái)采集相關(guān)的各個(gè)變量，結(jié)合時(shí)鐘芯片在液晶屏上實(shí)時(shí)的顯示 各種狀態(tài)，并且通過(guò)按鍵進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置，超過(guò)設(shè)置界限時(shí)，進(jìn)行聲光報(bào)警。 3 元件選型與電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng) STC89C51 型單片機(jī)簡(jiǎn)介 89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將 多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 5 ATMEL 的 89C51 是一種高效微控制器， 89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 89C51單片機(jī)為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 89C51 總控制電路如下： 圖 31 89C51 總控制電路 STC89C51 引腳功能介紹 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可 吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為 高阻 輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)地址的低八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 6 內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出 其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。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。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 表 31 51單片機(jī) P3口功能 口管腳 備選功能 RXD串行輸出口 TXD串行輸入口 /INT0外部中斷 0 /INT1外部中斷 1 T0計(jì)時(shí)器 0外部輸入 T1計(jì)時(shí)器 1外部輸入 WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信 號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP ：當(dāng) /EA 保 持 低 電 平 時(shí) ， 則 在 此 期 間 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi) 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 7 部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 STC89C51 主要功能如下所示： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 [2] 系統(tǒng)的引腳接線 根據(jù)其系統(tǒng)工作原理設(shè)計(jì)出如圖所示的引腳接線： 圖 32 系統(tǒng)的引腳接線 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 8 為了能夠?qū)崿F(xiàn)使用按鍵進(jìn)行設(shè)置監(jiān)測(cè)氣體的種類，我 使用了 4 個(gè)按鍵，其中三個(gè)是選擇氣體傳感器，還有一個(gè)為復(fù)位按鍵。具體電路如下： 圖 33 4 個(gè)按鍵 根據(jù) 51 單片機(jī)的特點(diǎn)，我采用 晶振給單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，兩個(gè)各加一 30pf 的電容來(lái)穩(wěn)定型號(hào)，由于 51 單片機(jī)是采用低電平復(fù)位，我又在其旁邊加了一個(gè)按鍵，便于手動(dòng)復(fù)位，電路連接如圖： 圖 34 手動(dòng)復(fù)位 由于擔(dān)心聲光報(bào)警時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，我在 INT1 及 INT2 接口處各加上兩個(gè)按鍵作為外部中斷以停止聲音報(bào)警及閃光報(bào)警。電路圖如下： 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 9 圖 35 中斷按鍵 顯示電路 LED 數(shù)碼管 本設(shè)計(jì)采用 4段 /位 LED數(shù)碼管（能夠顯示 4 個(gè) 8）， LED數(shù)碼管（ LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成 “8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。 led 數(shù)碼管常用段數(shù)一般為 7 段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于 3 位 “+1”型。位數(shù)有半位， 1， 2， 3， 4，5， 6， 8， 10 位等等， led 數(shù)碼管根據(jù) LED 的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類。它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。 LED 數(shù)碼管廣泛用于儀表 ，時(shí)鐘，車站，家電等場(chǎng)合。選用時(shí)要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長(zhǎng)等。下面 LED 數(shù)碼管內(nèi)部引腳 定義 圖 36 引腳定義 每一筆劃都是對(duì)應(yīng)一個(gè)字母表示 DP 是小數(shù)點(diǎn) . [4] 設(shè)計(jì)電路 根據(jù) LED 數(shù)碼管原理設(shè)計(jì)出如圖所示的引腳接線 電路如圖： 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 10 圖 37 引腳 接線電路 由于 51 單片機(jī) P0 口內(nèi)部無(wú)上拉電阻，所以我在 P0 口外加了 1k的上拉排阻。 總電路圖如下： 圖 38 總電路圖 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)使用的模塊較多，繪制 PCB 板時(shí)使用了鋪地的接地方法，鋪地的優(yōu)點(diǎn)在于散熱迅速， 穩(wěn)定性好，對(duì)模塊及器件有保護(hù)作用。 總 PCB 圖如下： 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 11 圖 39 總 PCB 圖 電源模塊及聲光報(bào)警模塊 蜂鳴器 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用 直流電壓 供電，廣泛應(yīng)用于 計(jì)算機(jī) 、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、 電子玩具 、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、 定時(shí)器 等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲 器件 。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。 本設(shè)計(jì)采用壓電式蜂鳴器，壓 電式蜂鳴器主要由 多諧振蕩器 、 壓電蜂鳴片、阻抗匹配器 及共鳴箱、外殼等組成 。 多諧振蕩器由 晶體管 或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通 電源 后（ ~15V直流工作電壓） ,多諧振蕩器起振 ,輸出 ~ 的 音頻信號(hào) ，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。 圖 310 蜂鳴器外形 圖 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 12 設(shè)計(jì)電路 根據(jù)蜂鳴器的和 LED 二極管的特性，制作出的電路圖如下： 圖 311 聲光報(bào)警及電源模塊電路圖 由于在總板上電源和接地接口過(guò)少，不能滿足傳感器等的需求，于是我在模塊里加入了兩排 8 腳排針。 總電路 PCB 圖如下： 圖 312 聲光報(bào)警及電源模塊總 PCB 圖 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 13 MQ2 一氧化碳傳感器模塊 MQ2 煙霧傳感器 MQ2 氣體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)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。 MQ2 氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。其結(jié)構(gòu)和外形如圖： 圖 313 MQ2 氣體傳感器外形圖 圖 314 MQ2 氣體傳感器結(jié)構(gòu)圖 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 14 MQ2 煙霧傳感器模塊 下圖為 MQ2 氣體傳感器實(shí)物圖。 圖 315 MQ2 氣體傳感器模塊實(shí)物圖 簡(jiǎn)要說(shuō)明： 尺寸：長(zhǎng) 32mm *寬 22mm *高 27mm 長(zhǎng) X 寬 X 高 主要芯片： LM39 ZYMQ2 氣體傳感器 工作電壓：直流 5 伏 特點(diǎn)： （ 1）具有信號(hào)輸出指示。 （ 2）雙路信號(hào)輸出（模擬量輸出及 TTL 電平輸出） （ 3） TTL 輸出有效信號(hào)為低電平。（當(dāng)輸出低電平時(shí)信號(hào)燈亮，可直接接單片機(jī)） （ 4）模擬量輸出 0~5V電壓，濃度越高電壓越高。 （ 5）對(duì)液化氣，天 然氣，城市煤氣有較好的靈敏度。 （ 6）具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性 （ 7）快速的響應(yīng)恢復(fù)特性 其原理圖如下： 圖 316 MQ2 氣體傳感器模塊電路圖 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 15 MQ2 一氧化碳傳感器模塊 MQ7 一氧化碳傳感器 MQ7 氣體傳感器的氣敏材料， 是用在清潔空氣中電導(dǎo)率低的二氧化錫（ SnO2） 。采用高低溫循環(huán)檢測(cè)方式低溫（ ）檢測(cè)一氧化碳，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中一氧化碳?xì)怏w濃度增加而增大，高溫（ 5 . 0 V加熱）清洗低溫時(shí)吸附的雜散氣體。使用簡(jiǎn)單的 電 路即可將電導(dǎo)率的變化，轉(zhuǎn)換為與 該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。 MQ7 傳感器對(duì)一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測(cè)多種含一氧化碳的氣體， 是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。 其結(jié)構(gòu)和外形如圖： 圖 317 MQ7 一氧化碳傳感器外形圖 圖 318 MQ7 一氧化碳傳感器結(jié)構(gòu)圖 MQ7 一氧化碳傳感器模塊 下圖為 MQ7 一氧化碳傳感器模塊實(shí)物圖： 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 16 圖 319 MQ7 一氧化碳傳感器模塊實(shí)物圖 簡(jiǎn)要說(shuō)明： 尺寸： 長(zhǎng) 32mm *寬 22mm *高 27mm 主要芯片： LM39 MQ7 氣體傳感器 工作電壓 ：直流 5 伏 特點(diǎn)： （ 1） 具有信號(hào)輸出指示。 （ 2） 雙路信號(hào)輸出（模擬量輸出及 TTL 電平輸出） （ 3） TTL 輸出有效 （ 信號(hào)為低電平。（當(dāng)輸出低電平時(shí)信號(hào)燈亮，可直接接單片機(jī)） （ 4） 模擬量輸出 0~5V電壓，濃度越高電壓越高。 （ 5） 對(duì)一氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性。 （ 6） 具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性 其原理圖如下： 圖 320 MQ