【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】
的 I/O 口擴(kuò)展 器件 由于單片機(jī)本身只有 4 個(gè) 8 位并行輸入輸出 I/O 接口, 1 個(gè)串行 I/O 接口,非常有限,所以當(dāng) I/O 口不能滿足設(shè)計(jì)需求時(shí)則需要我們進(jìn)行 I/O 口的擴(kuò)展。其擴(kuò)展方法為根據(jù)需要在串行口上外接 1 個(gè)或多個(gè)移位寄存器。 由電路原理圖我們可以看到 此次我們 單片機(jī) 89S51 的 I/O 口分配如下: 18 P0 口: A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7109 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)的輸入 接 口 P1 口:其中 接 +5V的直流蜂鳴器當(dāng) =0 時(shí)蜂鳴器蜂鳴 接發(fā)光二極管 LED,當(dāng) =1 時(shí)發(fā)光 二極管發(fā)光,其和蜂鳴器結(jié)合就是我們所要實(shí)現(xiàn)的聲光報(bào)警。 接排風(fēng)扇的繼電器部分 ~ 作為數(shù)碼管顯示部分的位選 作為 7109 的片選 P2 口我們僅用了 和 作為 7109 的數(shù)據(jù)選通端 P3: ( RXD) 和 ( TXD) 用于 I/O 口的擴(kuò)展 所以很顯然我們要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展 I/O 口, 下圖所示為用串行口擴(kuò)展 I/O 口 的電路: 圖 22 I/O 口擴(kuò)展電路 其中芯片 74LS164 為帶清零端的串行輸入 /并行輸出移位寄存 器 ( 8 位) , 其管腳圖和功能表如下 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 3 1 M a y 20 0 6 S he e t o f F i l e : C : \ P R O G R A M F IL E S \ D E S I G N E X P L O R E R 99 S E \ E X A M P L E S \ M y D e s i g n .d d bD ra w n B y:A1B2QA3QB4QC5QD6GND7C L K8C L R9QE10QF11QG12QH13V C C147 4L S 1 64 圖 23 74LS164 的管腳圖 RXD TXD 單片機(jī) DSA DSB 74LS164 CP Q0 Q7 19 表 22 74LS164 功能表 輸 入 輸 出 CLR CLK A B AQ BQ — HQ L Ⅹ Ⅹ Ⅹ L L L H L Ⅹ Ⅹ QA0 QB0 QH0 H ↑ H H H QAn QGn H ↑ L Ⅹ L QAn QGn H ↑ Ⅹ L L QAn QGn H=高電平 L=低電平 Ⅹ =任意 ↑=電平上升 在使用時(shí)將 A,B 并接作為數(shù)據(jù)的串行輸人端 ,CLK 作為時(shí)鐘端。串行輸入時(shí),先將數(shù)據(jù)在 A,B 端準(zhǔn)備好,在 CLK 端產(chǎn)一上升沿,則一位數(shù)據(jù)移至 最低位 QA。再將下一位數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后,在 CLK 端產(chǎn)生下一上升沿,則下一位數(shù)據(jù)移至次低位 QB,其余位順次從低位到高位移動(dòng),這種時(shí)序符合串行器件特性,即把 164 當(dāng)成一典型串行外設(shè),可以用普通 I/O 口模擬其時(shí)序?qū)?shù)據(jù)移入。 濃度測(cè)試部分電路 MQ5 瓦斯?jié)舛葴y(cè)試 部分電路是由氣體傳感器 MQ5 組成的,其 作用為 將 瓦斯氣體的 體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng) 的模擬 電 壓 信號(hào) 并 輸出出來 。 MQ5的結(jié)構(gòu)外形 MQ5 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖 31 所示 , 由微型 AL2O3 陶瓷管、 SnO2 敏感層 ,測(cè)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。封裝好的氣敏元件有 6 只針狀管腳,其中 4 個(gè)用于信號(hào)取出,2 個(gè)用于提供加熱電流。 20 結(jié)構(gòu) 外形 圖 31 MQ5的結(jié)構(gòu)和外形 其中 部件 材料 1 氣體敏感層 二氧化錫 2 電極 金 ( Au) 3 測(cè)量電極引線 鉑( Pt) 4 加熱器 鎳鉻合金( Ni— Cr) 5 陶瓷管 三氧化二鋁 6 防爆網(wǎng) 100目雙層不銹鋼 (SUB316) 7 卡環(huán) 鍍鎳銅材( Ni— Cu) 8 基座 膠木 9 針狀管腳 鍍鎳銅材( Ni— Cu) MQ5標(biāo)準(zhǔn)工作條件 MQ5的標(biāo)準(zhǔn)工作條件見表 31: 表 31 MQ4的標(biāo)準(zhǔn)工作條件 符號(hào) 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Vc 回路電壓 ≤ 15V Ac or Dc VH 加熱電壓 177。 Ac or Dc RL 負(fù)載電阻 可調(diào) RH 加熱電阻 31Ω 177。 3Ω 室溫 PH 加熱功耗 ≤ 900mw 21 MQ5的 環(huán)境條件 MQ5的 環(huán)境 條件見表 32: 表 32 MQ5的 環(huán)境 條件 符號(hào) 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Tao 使用溫度 10℃ 50℃ Tas 儲(chǔ)存溫度 20℃ 70℃ RH 相對(duì)濕度 小于 95%RH O2 氧氣濃度 21%(標(biāo)準(zhǔn)條件 ) 氧氣濃度會(huì)影響靈敏度 最小值大于 2% MQ5的 測(cè)試電路及靈敏度調(diào)節(jié) ( 1) 測(cè)試電路 我們?cè)O(shè)計(jì)的 MQ5 測(cè)試電路如圖 32 所示,其中可調(diào)節(jié)電阻 R3 是用來調(diào)整傳感器的靈敏度的。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 1 J u n 2 0 0 6 S h e e t o f F i l e : H : \ 論文 \ 電路原理圖 . D D B D r a w n B y :A1B2H3H4A1M Q 4V C CR320k 接入 I C L 7 1 0 9 圖 32 測(cè)試電路 ( 2)靈敏度調(diào)節(jié) 在對(duì) MQ5的靈敏度 進(jìn)行調(diào)節(jié)之前首先要就要了解其靈敏度特性。具體的靈敏 度特性見表 33及圖 33 表 33 MQ5的靈敏度特性 22 符號(hào) 參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù) 備注 Rs 敏感體表面電阻 10 ?K — 60 ?K ( 5000ppmCH4) 適用范圍 : 300— 10000ppm 甲烷,天然氣 а (1000ppm/5000ppmCH4) 濃度斜率 ≤ 標(biāo)準(zhǔn)工作條件 溫度 : 20℃ 177。 2℃ Vc:177。 相對(duì)濕度 : 65%177。 5% Vh:177。 預(yù)熱時(shí)間 不少于 24 小時(shí) 圖 33 MQ5型氣敏元件的靈敏度特性 其中: 溫度為 20℃ 、 相對(duì)濕度為 65%、 氧氣濃度為 21% RL=20kΩ Rs是指 元件在不同氣體,不同濃度下的電阻值。 R0是指 元件在潔凈空氣中的電阻值。 由上可得 MQ5型氣敏元件對(duì)不同種類,不同濃度的氣體有不同的電阻值。 因此,在使用此類型氣敏元件時(shí),靈敏度的調(diào)整是很重要的。在這里我們 用 5000ppm甲烷校準(zhǔn)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。 其校準(zhǔn)過程如下: 23 在測(cè)試條件下對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí),我們進(jìn)行硬件部分電路的調(diào)試。在調(diào)節(jié)確定MQ5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)。而靈敏度的調(diào)節(jié)是依靠調(diào)節(jié)負(fù)載電阻 RL來實(shí)現(xiàn)的。我們調(diào)節(jié) RL使顯示的瓦斯?jié)舛戎当M可能與實(shí)際相符合。這樣確定下來的 RL的阻值,換言之傳感器的靈敏度也就確定下來了,此時(shí)我們已經(jīng)完成了甲烷傳感器的校準(zhǔn)。校準(zhǔn)后的傳感器就可 以用來監(jiān)測(cè)實(shí)際中各個(gè)不同的瓦斯?jié)舛攘恕? 第三 章 A/D轉(zhuǎn)換電路 ICL7109 ICL7109 芯片簡(jiǎn)介 G N D1S T A T U S2P O L3OR4B 1 25B 1 16B 1 07B98B89B710B611B512B413B314B215B116T E S T17L B E N18H B E N19C E / L O A D20M O D E21O S C I N22O S C O U T23O S C S E T24B U F O U T25R U N / H O L D26S E N D27V28R E F O U T29B U F30AZ31I N T32C O M33I N L O34I N L I35R E F I N +36R E F C A P +37R E F C A P 38R E F I N 39V C C40I C L 7 1 0 9 圖 41 ICL7109 的管腳圖 由 ICL7109 的引腳圖可見其采用 40 腳封裝,其中各個(gè)引腳的功能意義如下: 1 腳 : GND, 邏輯地 。 24 2 腳: STATUS,工作狀態(tài)輸出端。該信號(hào)為“ 1”時(shí)表示正在轉(zhuǎn)換,為“ 0”時(shí)表示轉(zhuǎn)換完畢。 3 腳: POL,極性輸出端。為“ 1”時(shí)表示正信號(hào)輸入,為“ 0”時(shí)表示負(fù)信號(hào)輸入。 4 腳: OR,超量程輸出端。為“ 1”時(shí)表示溢出,為“ 0”時(shí)表示正常。 5~ 16 腳 : 12 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸出端。 17 腳: TEST,自身功能檢測(cè)端。 18 腳: LBEN ,低 8 位數(shù)據(jù)輸出選通端,低電平有效。 19 腳: HBEN (為低),高 4 位及極性位、溢出位選通端,低電平有效。 20 腳: CE /LOAD ,片選端,低電平有效,并同時(shí)配合 21 腳 MODE 信號(hào)工作。 2l 腳: MODE,工作方式選擇端。低電平時(shí)轉(zhuǎn)換器 為直接輸出方式,此時(shí)可在片選和字節(jié)使能的控制下直接讀取數(shù)據(jù);高電平脈沖時(shí)轉(zhuǎn)換器處于 UART 方式,并在輸出兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)后返回到直接輸出方式。當(dāng)輸入高電平時(shí),轉(zhuǎn)換器將在信號(hào)交換方式的每一轉(zhuǎn)換周期的結(jié)尾輸出數(shù)據(jù)。 2 23 腳: OSCIN、 OSCOUT,時(shí)鐘輸入、輸出端。 24 腳: OSCSET,時(shí)鐘振蕩器方式選擇端,高電平時(shí)采用 RC 振蕩器工作方式,低電平時(shí)采用品體振蕩器工作方式。 25 腳: BUFOUT,時(shí)鐘緩沖器輸出端。 26 腳: HOLDRUN / ,轉(zhuǎn) 換控制端。高電平時(shí),每經(jīng) 8192 個(gè)時(shí)鐘完成一次轉(zhuǎn)換;低電平時(shí),轉(zhuǎn)換器將立即結(jié)束消除積分階段并跳至自動(dòng)調(diào)零階段,從而縮短了消除積分階段,提高了轉(zhuǎn)換速度。 27 腳: SEND, 與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換控制端。 2 40 腳: V、 V+,電源負(fù)與電源正端。 29 腳: REFOUT,基準(zhǔn)電壓輸出端,一般為 +,經(jīng)電阻分壓輸出。 30 腳: BUF,緩沖放大器輸出端,接積分電阻 INTR 。 31 腳: AZ,自零電容端,接自零電容 AZC 。 25 32 腳: INT,積分器輸出端,接積分電容 INTC 。 33 腳: COM,模擬公共端。 3 35 腳: INLO、 INHI,差分輸入低端與高端。 3 39 腳: REF IN+、 REF IN,基準(zhǔn)電壓輸入正端與負(fù)端 3 38 腳: REFCAP+、 REFCAP,基準(zhǔn)電容輸入端。 A/D 轉(zhuǎn)換部分電路 A/D 轉(zhuǎn)換部分電路是由 A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7109 構(gòu)成的,其主要作用是將氣體傳感器MQ4 所得到的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù) 字量(該模擬電壓信號(hào)與瓦斯氣體的體積分?jǐn)?shù)相對(duì)應(yīng)),便于輸入到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 1 J u n 2 0 0 6 S h e e t o f F i l e : H : \ 論文