【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 方案 10 圖 3 MQ4型氣敏元件的靈敏度特性 MQ4的標(biāo)準(zhǔn)工作條件 已有上表給出 。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，因此 MQ4型甲烷傳感器對(duì)不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。所以在使用該傳感器時(shí)，靈敏度的調(diào)整是必要的。本設(shè)計(jì)采用 5000ppm甲烷校準(zhǔn)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。其校準(zhǔn)過程如下： 在測(cè)試條件下對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，要進(jìn)行硬件部分電路的調(diào)試。在調(diào)節(jié)確定MQ4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)。靈敏度的調(diào)整需要依靠調(diào)節(jié)負(fù)載電阻來實(shí)現(xiàn)的，調(diào)節(jié)負(fù)載電阻盡可能的使顯示的瓦斯?jié)舛戎蹬c實(shí)際相符合，這樣傳感器的靈敏度就確定下來了，此時(shí)的傳感器就可以用來監(jiān)測(cè)實(shí)際中不同的瓦斯?jié)舛攘恕? 單片機(jī)的選擇 由于本次實(shí)驗(yàn)要連續(xù)、實(shí)時(shí)的采集瓦斯?jié)舛龋?dāng)單片機(jī)用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集或處理大批量數(shù)據(jù)時(shí)，僅靠片內(nèi)提供的 RAM是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的 。所以考慮選用 8031單片機(jī)，直接擴(kuò)展外圍設(shè)備，這里考慮用 8031單片機(jī)。 8031單片機(jī)是 Intel公司生產(chǎn)的 MCS51系列單片機(jī)中的一種，除無片內(nèi) ROM外， 下面介紹一下它的引腳圖等資料 。 河北 聯(lián)合 大學(xué) 綜合課程設(shè)計(jì)說明書 2 總體設(shè)計(jì)方案 11 圖 4 8031 單片機(jī) 1） 主電源引腳 Vss和 Vcc （ 1） Vss接地 （ 2） Vcc正常操作時(shí)為 +5伏電源 2） 外接晶振引腳 XTAL1和 XTAL2 （ 1） XTAL1內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個(gè)引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地。 （ 2） XTAL2內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。是 外接晶體的另一端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接外部振蕩源。 3） 控制或與其它電源復(fù)用引腳 RST/VPD， ALE/ ，和 /Vpp （ 1） RST/VPD 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機(jī)復(fù)位 在 Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由 VPD向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部 RAM中的數(shù)據(jù)。 （ 2） ALE/ 正常操作時(shí)為 ALE功能（允許地址鎖存）提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器， ALE 引腳以不變的頻率（振蕩器頻率的 ）周期性地發(fā)出正脈沖信號(hào)。因此，它可用作對(duì)外 輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。但要注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)河北 聯(lián)合 大學(xué) 綜合課程設(shè)計(jì)說明書 2 總體設(shè)計(jì)方案 12 器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE脈沖， ALE 端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）八個(gè) LSTTL電路。 對(duì)于 EPROM型單片機(jī)，在 EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖（ 功能） （ 3） 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，在從外部程序存儲(chǔ)取指令（或數(shù)據(jù)）期間， 在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。 同樣可以驅(qū)動(dòng)八 LSTTL輸入。 （ 4） /Vpp 、 /Vpp為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器選擇端。當(dāng) /Vpp為高電平時(shí)，訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，當(dāng) /Vpp 為低電平時(shí)，則訪問外部程 序存儲(chǔ)器。 4） 8031P端口功能 （ 1） ～ :通道 0，它是 8位漏極開路的雙向 I/O通道，當(dāng)擴(kuò)展外部存貯器時(shí)，這也是低八位地址和數(shù)據(jù)總線，在編程校驗(yàn)期間，它輸入和輸出字節(jié)代碼，通道 0吸收 /發(fā)出二個(gè) TTL負(fù)載。 （ 2） ～ :通道 1是 8位擬雙向 I/O通道，在編程和校驗(yàn)時(shí)，它發(fā)出低 8位地址。 通道 1吸收 /發(fā)出一個(gè) TTL負(fù)載。 （ 3） ～ :通道 2是 8位擬雙向 I/O通道，當(dāng)訪問外部存貯器時(shí)，用作高 8位地址總線。通道 2能吸收 /發(fā)出一個(gè) TTL負(fù)載。 （ 4） ～ :通道 3準(zhǔn)雙向 I/O通道。通道 3能吸收 /發(fā)出一個(gè) TTL負(fù)載， P3通道的每一根線還有另一種功能： :RXD，串行輸入口。 :TXD，串行輸出口。 :INT0，外部中斷 0輸入口。 :INT1，外部中斷 1輸入口。 :T0，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0外部事件脈沖輸入端。 :T1，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1外部事件脈沖輸入端 5） 復(fù)位操作，在掉電情況下（ Vcc 降到操作允許限度以下）， 后備電源加到此引腳，將只給片內(nèi) RAM 供電。 A/D轉(zhuǎn)換芯片 的選擇 A/D轉(zhuǎn)換器是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它的種類多、性能各異、引腳功能也各不相同。本設(shè)計(jì)采用 ADC0809，其管腳引腳圖如圖 24所示，它的分辨率為八位。 ADC0809具有 8個(gè)通道的模擬輸入線 (IN0～ IN7)，可在程序控制下對(duì)任意通道進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，獲得 8位二進(jìn)制數(shù)字量 (D7～ D0)。模擬輸入部分有 8路多路開關(guān)，可由 3位地址輸入 ADDA、 ADDB、 ADDC的不同組合來選擇， ALE為地址鎖存信號(hào)，高電平有效，河北 聯(lián)合 大學(xué) 綜合課程設(shè)計(jì)說明書 2 總體設(shè)計(jì)方案 13 鎖存這三條地址輸入信號(hào)。主體部分是采用逐次逼近式的 A/D轉(zhuǎn)換電路，由 CLK控制的內(nèi)部電路的工 作 ,START為啟動(dòng)命令，高電平有效，啟動(dòng) ADC0809內(nèi)部的 A/D轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換完成，輸出信號(hào) EOC有效， OE為輸出允許信號(hào)端，高電平有效，打開輸出三態(tài)緩沖器 ,把轉(zhuǎn)換后的結(jié)果送 DB。 本設(shè)計(jì)所采用的 CMOS單片型逐次逼近式的 A/D轉(zhuǎn)換器為 ADC0809，它由以下的電路所組成，即 8路模擬開關(guān)、比較器、地址鎖存器和譯碼器、 8位開關(guān)樹型 D/A轉(zhuǎn)換器、三態(tài)輸出鎖存器、逐次逼近寄存器等。所以，該 A/D轉(zhuǎn)換器能處理 8路模擬量的輸入，并且還有三態(tài)輸出得能力，不僅能連接各種微處理器，還能單獨(dú)工作。其輸入輸出與TTL兼容。 ADC0809芯片采用了雙列直插式的封裝，擁有 28條引腳，各引腳功能說明如下：1） 一般引腳的介紹 : (1) IN0～ IN7： 8路模擬量的輸入端口； (2) D0～ D7： 8位數(shù)字量的輸出端口； (3) ADDA、 ADDB、 ADDC： 3位地址的輸入線，作為選通 8路模擬輸入中的一路； (4) ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端，上升沿有效 , 當(dāng)此信號(hào)有效時(shí)， A、 B、 C三位地址信號(hào)被鎖存，譯碼選通對(duì)應(yīng)模擬通道。在使用時(shí)，該信號(hào)常和 START信號(hào)連在一起，以便同時(shí)鎖存通道地址和啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換； (5） START：?jiǎn)?dòng)信號(hào)輸入端，負(fù)跳變有效； (6） EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端，正在轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平；該信號(hào)可作為被 CPU查詢的狀態(tài)信號(hào)，也可作為對(duì) CPU的中斷請(qǐng)求信號(hào)。在需要對(duì)某個(gè)模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下， EOC也可作為啟動(dòng)信號(hào)反饋接到 START端，但在剛加電時(shí)需由外電路第一次啟動(dòng)； (7） OE：輸出允許控制端，輸入高電平有效，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器在中斷工作方式下，該信號(hào)往往是 CPU發(fā)出的中斷請(qǐng)求響應(yīng)信號(hào)； (8） CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端。要求時(shí)鐘頻率不超過 640kHz； REF（ +）、 REF（ ）：基準(zhǔn)電壓輸入端 ,它們決定了輸入模擬電壓的最大值和最小值； (9） VCC：工作時(shí)電壓為＋ 5V； (10） GND：接地。 2) ADC0809引腳圖如 下 圖所示 ,它的 主要特性有： (1) 8路 8位 A/D轉(zhuǎn)換器，分辨率為 8位； 河北 聯(lián)合 大學(xué) 綜合課程設(shè)計(jì)說明書 2 總體設(shè)計(jì)方案 14 (2) 具有轉(zhuǎn)換起停的控制端口； (3) 轉(zhuǎn)換時(shí)間大約是 100μ s； (4) 單電源供電，供電電壓為＋ 5V； (5) 模擬輸入的電壓范圍是 0～＋ 5V，不需要滿刻度與零點(diǎn)校準(zhǔn)； (6) 工作溫度的范圍是 40℃～＋ 85℃ ； (7) 低功耗，大約是 15mW； (8) 輸出與 TTL兼容； (9) 可鎖存三態(tài)輸出，能與 8位微處理器接口。 圖 5 ADC0809 引腳圖 A/D 轉(zhuǎn)換器是測(cè)試系統(tǒng)的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，其芯片種類多，性能各異，功能引腳不盡相同，因此實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間兩個(gè)重要參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)男酒?。其中分辨率就是?A/D轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)或 BCD 碼的位數(shù)。與一般測(cè)量?jī)x表的分辨率表達(dá)方式不同， A/D 轉(zhuǎn)換器不采用可分辨的輸入模擬電壓相對(duì)值表示，例如本次設(shè)計(jì)我們采用的 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 的分辨率為 8位，即該轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)可 以用 82 個(gè)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行量化，其分辨率為 1LSB。如果用百分?jǐn)?shù)表示分辨率，則分辨率為 %%1002561%10021%10021 8 ??????n (4) 河北 聯(lián)合 大學(xué) 綜合課程設(shè)計(jì)說明書 2 總體設(shè)計(jì)方案 15 BCD 碼輸出的 A/D 轉(zhuǎn)換器一般用位數(shù)表示分辨率，例如 5G14433 雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器，分辨率為 213 位，滿度字位為 1999；用百分?jǐn)?shù)表示分辨率時(shí)，分辨率為 %%10 019 991 ?? (5) 換而言之，分辨率就是 A/D轉(zhuǎn)換器可以轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的最小電壓。如 8位 ADC 滿量程為 5V，則它能分辨的最小電壓為 p=5000mV/256≈ 20mV,既模擬電壓小于 20mV，ADC就不能轉(zhuǎn)換了。同樣的 5V 電壓，若采用 12 位 ADC，則它能分辨的最小電壓為5000Mv/4096≈ 1mV?？梢姡?A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，其分辨率越高，但轉(zhuǎn)換速度就越慢。其中 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間是指完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，即從輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)開始到轉(zhuǎn)換結(jié)束所用的全部時(shí)間。轉(zhuǎn)換速度是轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)。通常轉(zhuǎn)換速度越快越好，特別是對(duì) 動(dòng)態(tài)信號(hào)采集。同時(shí)隨著分辨路增高芯片的成本也會(huì)隨之倍增。 由下圖可知， ADC0809 由一個(gè) 8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通 8個(gè)模擬通道，允許 8路模擬量分時(shí)輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 示模塊的選擇 本設(shè)計(jì)應(yīng)該選擇比較熟悉的 LCD1062。與普通數(shù)碼管比較，液晶顯示器（ LCD） ,采用 LCD1602 可以顯示文字，也可以顯示數(shù)據(jù)。在 課程設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到它，因此，大家 對(duì)液晶顯示器并不陌生。在 基于 單片機(jī) 礦井瓦斯檢測(cè) 系統(tǒng) 中采 用液晶顯示器作為 顯示 器件 具 有質(zhì)量高 、 重量輕 、 數(shù)字式接口 、 體積小、功耗低 等優(yōu)點(diǎn)，因此， LCD 逐漸的成為各種便攜式電子產(chǎn)品的理想顯示器件， 如在計(jì)算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到， 其不僅廉價(jià)，而且 顯示的 內(nèi)容豐富美觀，很好的取代了LED數(shù)碼管。 1602 型 LCD 外形圖如下圖所示： 圖 6 1602LCD 外形圖 D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3L C D 1LM 01 6 L河北 聯(lián)合 大學(xué) 綜合課程設(shè)計(jì)說明書 2 總體設(shè)計(jì)方案 16 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)顯示區(qū)域進(jìn)行控制，只要輸入所需的控制電壓，就可 以顯示出字符來。 LCD 能夠顯示字符的關(guān)鍵在于其控制器，目前大部分點(diǎn)陣式 LCD都使用日立公司的 HD44780 集成電路作為控制器。 HD44780 是集驅(qū)動(dòng)器與控制器于一體，專用于字符顯示的的液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)集成電路， 這 便 是LCD顯示的基本原理。 本設(shè)計(jì)所采用的液晶顯示器為 1602LCD，其具有 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口 的 說明 如下： 第 1 腳： VSS為電源 地 。 第 2 腳： VDD接正電源 ，為 5V。 第 3 腳： VEE是 液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整 的 端 口， 使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的 滑動(dòng)變阻器來 調(diào)整對(duì)比度。 第 4 腳： RS為寄存器 的 選擇 端口 ， 當(dāng)為 高電平時(shí) 就 選擇數(shù)據(jù)寄存器、 當(dāng)為 低電平時(shí)就 選擇指令寄存器。 第 5 腳： R/W為讀寫信號(hào) 端 ， 當(dāng)為 高電平時(shí)進(jìn)行讀操作， 當(dāng)為 低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng) R