【文章內(nèi)容簡介】 由于為信號頻率二次冪的函數(shù)式，故為二階 LPF。設(shè)帶通截止頻率為 Hf ，則當(dāng)Hff? 時(shí)，上式的分母的模 等于 2 ，可解出二階 LPF 的上限截止頻率為： ? ， KHz? （ 34） 二階低通濾波電路的衰減斜率可達(dá) 40dB/十倍頻，但是 又 由于 Hf 遠(yuǎn)離 0f ，即在0ff? 處，信號的放大倍數(shù)已急劇下降，所以該濾波電路以降 低濾波器通頻帶為代價(jià)來獲得濾波器衰減斜率。 晶振電路與復(fù)位電路 晶振電路 晶振電路 視 為單片機(jī) AT89C51 工作提供時(shí)鐘信號 的 ，芯片中有一個(gè)高增益反相放大器，該放大器的輸入端 引腳是 XTAL1,輸出端 引腳 是 XTAL2。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振蕩器一起構(gòu)成自激振蕩器。電路中的外接石英晶體 這 14 一感性原件 及電容 c1,c2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩回 路，系統(tǒng)的晶振電路如圖 所示。由于外接電容 C C2的容量大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度 及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容的容量大小范圍為 30 10pF pF? ；如果使用陶瓷諧振，則電容容量大小為 40 10 FpF p? 。本設(shè)計(jì)中使用石英晶體，電容的容值設(shè)定為 30pF。 復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)硬件初始化操作 ,經(jīng)復(fù)位操作后 ,單片機(jī)系統(tǒng)才能開始正常工作 .系統(tǒng)在啟動時(shí)都需要復(fù)位，這樣 CPU 和 系統(tǒng)各部件 就處于需要的初始狀態(tài)以便 從初 始狀 態(tài)開始工作。 AT89C51 的復(fù)位信號由芯片的 REST 引腳輸入 。當(dāng) 輸入的復(fù)位信號延續(xù)兩 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)為有效 則 這時(shí) CPU 就可以 完成 系統(tǒng) 的 復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位 操作比較簡單 ,只有兩種復(fù)位方式 ,即手動復(fù)位和加電復(fù)位，本設(shè)計(jì)采用的是手動 復(fù)位 方式 。 手動按鈕復(fù)位 通過專用的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn) , Vcc 當(dāng)人為按下按鈕時(shí)， 產(chǎn)生的復(fù)位信號通過 REST 引腳送入單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位操作 。復(fù)位電路中 s2 為手動復(fù)位開關(guān)，電容 C1可避免高頻諧波對電路的干擾。 AT89C51 的復(fù)位電路如圖 所示。 C0D7D0D1D2D3D4D5D6C0C1C2C3X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1C13 0 p FX1CR Y S T A LQ1NP NR11 0 kB U Z 1B UZ Z E RC40 .1 u FC23 0 p FC32 2 u FR21 0 k 圖 晶振電路與復(fù)位電路 聲音報(bào)警器 聲光報(bào)警電路在 AT89C51 的控制下，可以 根據(jù)不同的情況（火災(zāi)、異常、故障 )，發(fā)出不同的聲光信號報(bào)警。聲音報(bào)警電路如圖 所示。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的 I/O 口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極 15 管來放大電流就可以了。聲報(bào)警電路由單片機(jī)的 P10 引腳進(jìn)行控制，當(dāng) P10 輸出的電平為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的電流形成回路， 蜂鳴器響 ；否則，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音。 圖 蜂鳴器報(bào)警 光報(bào)警器 光報(bào)警電路路如圖 ， 由 單片機(jī)的 P2 口進(jìn)行控制， P2 口的 ～ 分別控制 4 個(gè)發(fā)光二極管，予以光報(bào)警，如圖所示。 ～ 控制的燈依次為紅色 (火災(zāi)信號燈 )、紅色 (異常信號燈 ) 、黃色 (故障信號燈 )和綠色 (正常信號燈 ) 。當(dāng) ～ 輸出低電平時(shí)，對應(yīng)的信號燈便會發(fā)光報(bào)警。 圖 光報(bào)警 數(shù)據(jù)采集電路 16 本設(shè)計(jì)中的 A/D 轉(zhuǎn)換器 使用的是通用 8位芯片 ADC0809，芯片的幾個(gè)重要管腳功能如下： (1)ALE:地址鎖存允許 信號 ， 對應(yīng) ALE 上跳沿， A,B,C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中 。 (2)地址鎖存 與譯碼 電路完成對 A， B， C三 條地址 位 進(jìn)行鎖 存 和譯碼 ， 其譯碼輸出用于通道選擇 。 (3)A， B 和 C 為地址 線， 模擬通道的選擇信號。 (4)START： 轉(zhuǎn)換啟動信號 ， 當(dāng) START 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， START 應(yīng)保持低電平。 (5)EOC： 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng) EOC=0時(shí)， 正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換； EOC=1 時(shí) 轉(zhuǎn)換 停止 。 (6)OE： 輸出允許信號，用于控制三 態(tài) 輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高 電阻 。 由于本設(shè)計(jì)中數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片使用的是 ADC 0809，其工作的 時(shí)鐘信號 頻率 為 500KHz，此芯片中無 時(shí)鐘電路 ，時(shí)鐘信號由外部 AT89C51 的 ALE 端口提供。系統(tǒng) AT89C51 與ADC0809 接口電路如圖 所示。 圖 AT89C51 與 ADC0809 接口電路 當(dāng) AT89C51 的 ALE 端 口不訪問外部存儲器時(shí)， AT89C51 的 ALE 端以時(shí)鐘振蕩頻率的 17 1/6 輸出固定的正脈沖信號，故晶振設(shè)定 12MKz，再經(jīng)過二分頻電路，單片機(jī)即可向ADC0809 輸出 500KHz 的時(shí)鐘信號。二分頻電路由 D 觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)， R、 S 端接地， D 接 Q非， Q端作為輸出端， CLK接 AT89C51 的 ALED 端。 D觸發(fā)器的特性方程為 n1QD? ? （ 35） 由于當(dāng) CP=1 時(shí)， D 觸發(fā) 器有效； CP=0 時(shí)，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)。故 D 觸發(fā)器能實(shí)現(xiàn)對 ALE 端口的信號二分頻 [28]。由于本火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)只采集溫度、煙霧信號，經(jīng)過調(diào)理的溫度、煙霧信號分別進(jìn)入 ADC0809 的 IN0 和 IN1 端口，其余輸入引腳接地， 8個(gè)數(shù)字量輸出引腳接 AT89C51 的 P3 口。單片機(jī)的 P3 口接受 ADC0809 傳輸來 8 位數(shù)字量，向 A/D 輸出的 8 位地址經(jīng)地址鎖存器 74LS373 鎖存，選擇低 3 位地址作為 A/D 的通道選通地址。 ADC0809 通道選通如表 。 表 ADC0809 通道選通 通入通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 本設(shè)計(jì)使用 地址鎖存器是 74LS373，當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時(shí)，輸出端O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負(fù)載或總線。當(dāng) OE 為高電平時(shí)， O0~O7 呈高阻態(tài)，既不驅(qū)動總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。圖中 三態(tài)允許控制端 OE 接地，表示三態(tài)門一直打開。鎖存允許端 LE 為高電平時(shí)，輸出端 O0~O7 狀態(tài)與輸入端 D0~D7 狀態(tài)相同；當(dāng) LE由“ 1”變?yōu)椤?0”時(shí)，數(shù)據(jù)輸入鎖存器中。 LE端接至單片機(jī)的地址鎖存允許 ALE 端。 當(dāng) P11=0 時(shí)，與寫信號 WR共同選通 ADC0809。圖中 ALE 信號與 START 信號連在一起，在 WR 信號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉(zhuǎn)換。當(dāng) ALE 端口變?yōu)楦唠娖?，?4LS373 輸出端的低 3 位地址存入 A/D 的地址鎖存器中，此地址經(jīng)譯碼選通 8路模擬輸入之一到比較器。 START 上升沿將 A/D 內(nèi)的寄存器清零，下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，之后EOC 端變成低電平，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。例如，輸出地址 F8H 可選通通道 IN0，實(shí)現(xiàn)對 18 溫度傳感器輸出 的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換；輸出地址 F9H 可選通通道 IN1，實(shí)現(xiàn)對煙霧傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 ADC0809 的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號 EOC 接到 AT89C51 的 INT1 引腳，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換完成后， EOC 變?yōu)楦唠娖?，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器 ,并產(chǎn)生產(chǎn)生中斷。當(dāng) AT89C51 知道 A/D 轉(zhuǎn)換完成后， A/D 端口 OE電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到單片機(jī)上。 4 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 軟件開發(fā)環(huán)境 本系統(tǒng) 采用 C 語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。因?yàn)?C 語言的描述由函數(shù)組成，是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì) 語言，所以更容 易實(shí)現(xiàn)模塊化，而且具有可讀性好，易于移植等優(yōu)點(diǎn)， 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面，可以使用結(jié)構(gòu)體和數(shù)組，能夠處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)，可用于實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。 本系統(tǒng)的軟件編程使用的是 Keil C51， 系統(tǒng) 兼容單片機(jī) C語言軟件開發(fā)。 此軟件不但具有豐富的庫函數(shù)而且 集成開發(fā)調(diào)試工具 功能強(qiáng)大 。 還有 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼 有非常高的效率 ，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能 體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)控制器上采用 AT89C51 作為主控芯片，其主要功能包括：控制 IO 端口、邏輯判斷處理、驅(qū)動外部電路和 A/D 采樣 信號 等，該部分是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)智能化的集中體現(xiàn) 和關(guān)鍵 。 為了便于系統(tǒng)維護(hù)，在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中采用了模塊化程序設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)各個(gè)模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實(shí)現(xiàn)的。既使得程序結(jié)構(gòu)清晰，又便于以后進(jìn)一步擴(kuò)展其功能。本系統(tǒng)主要包括主程序、溫度煙霧數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報(bào)警子程序等。系統(tǒng)程序流程圖如圖 所示。 19 圖 程序流程圖 主程序是一個(gè)無限循環(huán)體，其流程是：首先在上電之后系統(tǒng)的各部分包括單片機(jī)輸出輸入端口的設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲電路、外圍驅(qū)動電路等完成初始化，接下來執(zhí)行火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集程序、 火災(zāi)判斷、報(bào)警程序。系統(tǒng)初始化后， AT89C51 的 P20 和P30 口為低電平， P2 P22 和 P23 口為高電平，所以只有綠燈 D2 亮， D D D4 不亮，蜂鳴器不報(bào)警。 據(jù)采集程序 數(shù)據(jù)采集是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。為了降低誤報(bào)率，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對溫度煙霧采用了兩次采集、兩次判斷的方法。每次采集溫度煙霧數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存入單片機(jī)的寄存器，然后在火災(zāi)判斷程序中，將采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。具體流程是：系統(tǒng)和程序初始化后，驅(qū)動 ADC0809 的 IN0 對溫度信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，單片 機(jī)接受轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，存入寄存器，由 INT1 中斷服務(wù)程序完成；系統(tǒng)延時(shí) 10ms，驅(qū)動 ADC0809 的 IN3 對煙霧信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后存入寄存器。系統(tǒng)延時(shí) 50ms，進(jìn)行第二次溫度煙霧信號采集，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入寄存器中。單片機(jī)每次驅(qū)動 A/D 轉(zhuǎn)換后等待外部中斷 1，當(dāng) ADC0809 的 EOC端變?yōu)?1時(shí)，即中斷到來，說明 A/D 轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，通過中斷服務(wù)程序讀取轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 20 由于設(shè)計(jì)采用的是模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能是通過調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)的。在數(shù)據(jù)采集子程序中，一次溫度煙霧信號采集延時(shí) 10ms，是讓 ADC0809 準(zhǔn)備好進(jìn)行下一次信號轉(zhuǎn)換。當(dāng)系統(tǒng)采集 2 次溫度煙霧信號后，轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入單片機(jī)的寄存器中，系統(tǒng)再調(diào)用火災(zāi)判斷子程序。系統(tǒng)溫度煙霧信號采集程序流程圖如圖 所示。 圖 數(shù)據(jù)采集流程圖 火災(zāi)判斷與報(bào)警程序 固定上限值比較 法是使用最早，且應(yīng)用最廣泛的火災(zāi)探測方法，優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算量小且易于實(shí)現(xiàn)， 它有個(gè)固定的溫度和煙霧 信號的 上限值，當(dāng)檢測到的溫度和煙霧信號 幅值 大于固定上限值時(shí) 發(fā)出報(bào)警，小于則不報(bào)警。此煙感 傳感器信號 是 ??xt ，與固定上限值 比較信號為