【文章內(nèi)容簡介】 的 I/O 口擴展 器件 由于單片機本身只有 4 個 8 位并行輸入輸出 I/O 接口， 1 個串行 I/O 接口，非常有限，所以當 I/O 口不能滿足設計需求時則需要我們進行 I/O 口的擴展。其擴展方法為根據(jù)需要在串行口上外接 1 個或多個移位寄存器。 由電路原理圖我們可以看到 此次我們 單片機 89S51 的 I/O 口分配如下： 18 P0 口： A/D 轉換器 ICL7109 轉換后的數(shù)據(jù)的輸入 接 口 P1 口：其中 接 +5V的直流蜂鳴器當 =0 時蜂鳴器蜂鳴 接發(fā)光二極管 LED,當 =1 時發(fā)光 二極管發(fā)光，其和蜂鳴器結合就是我們所要實現(xiàn)的聲光報警。 接排風扇的繼電器部分 ～ 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 口的擴展 所以很顯然我們要對單片機進行擴展 I/O 口， 下圖所示為用串行口擴展 I/O 口 的電路： 圖 22 I/O 口擴展電路 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 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 在使用時將 A,B 并接作為數(shù)據(jù)的串行輸人端 ,CLK 作為時鐘端。串行輸入時，先將數(shù)據(jù)在 A,B 端準備好，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，這種時序符合串行器件特性，即把 164 當成一典型串行外設，可以用普通 I/O 口模擬其時序將數(shù)據(jù)移入。 濃度測試部分電路 MQ5 瓦斯?jié)舛葴y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 體積分數(shù)轉化成對應 的模擬 電 壓 信號 并 輸出出來 。 MQ5的結構外形 MQ5 氣敏元件的結構和外形如圖 31 所示 ， 由微型 AL2O3 陶瓷管、 SnO2 敏感層 ,測量電極和加熱器構成的敏感 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 個用于信號取出，2 個用于提供加熱電流。 20 結構 外形 圖 31 MQ5的結構和外形 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標準工作條件 MQ5的標準工作條件見表 31： 表 31 MQ4的標準工作條件 符號 參數(shù)名稱 技術條件 備注 Vc 回路電壓 ≤ 15V Ac or Dc VH 加熱電壓 177。 Ac or Dc RL 負載電阻 可調 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 參數(shù)名稱 技術條件 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%(標準條件 ) 氧氣濃度會影響靈敏度 最小值大于 2% MQ5的 測試電路及靈敏度調節(jié) （ 1） 測試電路 我們設計的 MQ5 測試電路如圖 32 所示，其中可調節(jié)電阻 R3 是用來調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 測試電路 （ 2）靈敏度調節(jié) 在對 MQ5的靈敏度 進行調節(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 參數(shù)名稱 技術參數(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 ≤ 標準工作條件 溫度 ： 20℃ 177。 2℃ Vc:177。 相對濕度 ： 65%177。 5% Vh:177。 預熱時間 不少于 24 小時 圖 33 MQ5型氣敏元件的靈敏度特性 其中： 溫度為 20℃ 、 相對濕度為 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，靈敏度的調整是很重要的。在這里我們 用 5000ppm甲烷校準傳感器進行校準。 其校準過程如下： 23 在測試條件下對傳感器進行校準時，我們進行硬件部分電路的調試。在調節(jié)確定MQ5的可調負載電阻值時，以空 氣中甲烷濃度值為 5000ppm時作為校準，此時觀察顯示部分電路，又因為要求顯示的瓦斯?jié)舛染纫髢?yōu)于 5%，即準確顯示的范圍為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，需要進行調節(jié)。而靈敏度的調節(jié)是依靠調節(jié)負載電阻 RL來實現(xiàn)的。我們調節(jié) RL使顯示的瓦斯?jié)舛戎当M可能與實際相符合。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，此時我們已經(jīng)完成了甲烷傳感器的校準。校準后的傳感器就可 以用來監(jiān)測實際中各個不同的瓦斯?jié)舛攘恕? 第三 章 A/D轉換電路 ICL7109 ICL7109 芯片簡介 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。該信號為“ 1”時表示正在轉換，為“ 0”時表示轉換完畢。 3 腳： POL，極性輸出端。為“ 1”時表示正信號輸入，為“ 0”時表示負信號輸入。 4 腳： OR，超量程輸出端。為“ 1”時表示溢出，為“ 0”時表示正常。 5～ 16 腳 ： 12 位二進制數(shù)據(jù)輸出端。 17 腳： TEST，自身功能檢測端。 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，并同時配合 21 腳 MODE 信號工作。 2l 腳： MODE，工作方式選擇端。低電平時轉換器 為直接輸出方式，此時可在片選和字節(jié)使能的控制下直接讀取數(shù)據(jù)；高電平脈沖時轉換器處于 UART 方式，并在輸出兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)后返回到直接輸出方式。當輸入高電平時，轉換器將在信號交換方式的每一轉換周期的結尾輸出數(shù)據(jù)。 2 23 腳： OSCIN、 OSCOUT，時鐘輸入、輸出端。 24 腳： OSCSET，時鐘振蕩器方式選擇端，高電平時采用 RC 振蕩器工作方式，低電平時采用品體振蕩器工作方式。 25 腳： BUFOUT，時鐘緩沖器輸出端。 26 腳： HOLDRUN / ，轉 換控制端。高電平時，每經(jīng) 8192 個時鐘完成一次轉換；低電平時，轉換器將立即結束消除積分階段并跳至自動調零階段，從而縮短了消除積分階段，提高了轉換速度。 27 腳： SEND， 與外設進行數(shù)據(jù)交換控制端。 2 40 腳： V、 V+，電源負與電源正端。 29 腳： REFOUT，基準電壓輸出端，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，基準電壓輸入正端與負端 3 38 腳： REFCAP+、 REFCAP，基準電容輸入端。 A/D 轉換部分電路 A/D 轉換部分電路是由 A/D 轉換器 ICL7109 構成的，其主要作用是將氣體傳感器MQ4 所得到的模擬電壓信號轉換成數(shù) 字量（該模擬電壓信號與瓦斯氣體的體積分數(shù)相對應），便于輸入到單片機中進行數(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