【文章內(nèi)容簡介】 2， 存在脈沖：在復位電平結(jié)束之后，控制器應該將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在 15~60uS 后接收存在脈沖，存在脈沖為一個 60~240uS 的低電平信號。至此，通信雙方已經(jīng)達成了基本的協(xié)議，接下來將會是控制器與 18B20 間的數(shù)據(jù)通信。如果復位低電平 的時間不足或是單總線的電路斷路都不會接到存在脈沖，在設計時要注意意外情況的處理。 3， 控制器發(fā)送 ROM 指令：雙方打完了招呼之后最要將進行交流了， ROM指令共有 5 條，每一個工作周期只能發(fā)一條， ROM 指令分別是讀 ROM 數(shù)據(jù)、指定匹配芯片、跳躍 ROM、芯片搜索、報警芯片搜索。 ROM 指令為 8 位長度，功能是對片內(nèi)的 64 位光刻 ROM 進行操作。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個器件并作處理。誠然，單總線上可以同時掛接多個器件，并通過每個器件上所獨有的 ID 號來區(qū)別，一般只掛接單個 18B20 芯片時可以跳過 ROM 指令 （注東北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 15 頁 共 37頁 意：此處指的跳過 ROM 指令并非不發(fā)送 ROM 指令，而是用特有的一條 “跳過指令 ”）。 4， 控制器發(fā)送存儲器操作指令：在 ROM 指令發(fā)送給 18B20 之后，緊接著（不間斷）就是發(fā)送存儲器操作指令了。操作指令同樣為 8 位，共 6 條，存儲器操作指令分別是寫 RAM 數(shù)據(jù)、讀 RAM 數(shù)據(jù)、將 RAM 數(shù)據(jù)復制到 EEPROM、溫度轉(zhuǎn)換、將 EEPROM 中的報警值復制到 RAM、工作方式切換。存儲器操作指令的功能是命令 18B20 作什么樣的工作，是芯片控制的關(guān)鍵。 5， 執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫：一個存儲器操作指令結(jié)束后則將進行指令執(zhí)行或數(shù)據(jù)的讀寫 ，這個操作要視存儲器操作指令而定。如執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換指令則控制器（單片機）必須等待 18B20 執(zhí)行其指令，一般轉(zhuǎn)換時間為 500uS。如執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫指令則需要嚴格遵循 18B20 的讀寫時序來操作。數(shù)據(jù)的讀寫方法將有下文有詳細介紹。 若要讀出當前的溫度數(shù)據(jù)我們需要執(zhí)行兩次工作周期，第一個周期為復位、跳過 ROM 指令、執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換存儲器操作指令、等待 500uS 溫度轉(zhuǎn)換時間。緊接著執(zhí)行第二個周期為復位、跳過 ROM 指令、執(zhí)行讀 RAM 的存儲器操作指令、讀數(shù)據(jù)（最多為 9 個字節(jié)，中途可停止，只讀簡單溫度值則讀前 2 個字節(jié)即可）。其它 的操作流程也大同小異，在此不多介紹。 單片機的選擇 本設計的控制芯片使用的是 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機 AT89C52． 其 片內(nèi)含 8K bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引 腳 兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU ）和 FLASH 由存儲單元，功能強大 的 AT89C52單片適用于許多較為復雜控制應用場合。 AT89C52提供以下標準功能： 8 字節(jié) FLASH 閃速存儲器， 256 字竹內(nèi)部 RAM , 32 個 I/O 口線， 3 個 16 位定時／計數(shù)器，一個 6 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時， AT89C52可降至 OHz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電上作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允東北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 16 頁 共 37頁 許 RAM，定時／計數(shù)器．串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位 . 3 火災自動報警系統(tǒng)硬件設計 單片機系統(tǒng)基本電路 晶振電路為單片機 AT89C52工作提供時鐘信號，芯片中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個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及電容 C C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，系統(tǒng)的晶振電路如圖 。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? 。本設計中使用石英晶體，電容的容值設定為30pF。 復位電路 復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復位。單片機在啟動時都需要復位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。 AT89C52的復位信號是從 RST 引腳輸入 到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 REST引腳上有一個高電平并維持 2個機器周期(24個振蕩周期 )以上，則 CPU就可以響應并將系統(tǒng)復位。單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位，本設計采用的是手動按鈕復位。 手動按鈕復位需要人為在復位輸入端 RST 上加入高電平 ,采用的辦法是在RST 端和正電源 Vcc 之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則 Vcc 的 +5V 電平就東北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 17 頁 共 37頁 會直接加到 RST 端，系統(tǒng)復位。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，設計完全能夠滿足復位的時間要求。復 位電路中 REST 為手動復位開關(guān)，電容 C3 可避免高頻諧波對電路的干擾。 AT89C52的復位電路如圖 。 圖 晶振電路與復位電路 傳感器信息采集電路 MQ2氣敏元件的對不同種類、不同濃度的氣體有不同的電阻值，靈敏度的調(diào)整是很重要的。 煙霧傳感器的外部電路設計圖如圖 。 圖 MQ2外圍電路 東北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 18 頁 共 37頁 DS18B20采用 單數(shù)據(jù)總線傳送數(shù)據(jù)，即一個器件只占用一個 AT89C52 芯片的IO 引腳，本系統(tǒng)要最多檢測 8 個位置，因此設計將 AT89C52 的 P2 口由于溫度采集。 此設計圖中，撥碼開關(guān) SW1即模擬的是 8個煙霧傳感器經(jīng)過外部電路處理后傳回來的電信號。 圖 數(shù)據(jù)采集電路 聲光報警顯示電路 聲光報警顯示電路在 AT89C52的控制下，可在外部環(huán)境異常時蜂鳴器發(fā)出警報聲，紅色 led燈點亮，紅色數(shù)碼管其位置信息。 AT89C52 的 P0 口加入了大小為 10K 歐姆的上拉電阻， 因 P0 口是地址數(shù)據(jù)復用口線，與其它口線不一樣。所以，當 P0 作普通 IO時，必須用上拉電阻將其電平拉高，上拉電阻不起限流作用 。 以方便操作，選用了直流電壓控制型的蜂鳴器、紅色發(fā)光二級管以及紅色 7段數(shù)碼管作為聲光報警顯示 設備。 東北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 19 頁 共 37頁 為了簡化電路節(jié)省單片機的管腳，采用了 74ls47芯片為數(shù)碼管編碼，使得本來要占用的 7個單片機管腳變?yōu)橹徽加?4 個。考慮到之后的檢測點數(shù)目的顯示也要用 7段數(shù)碼管（本設計采用藍色數(shù)碼管），因此采用了兩個 74hc573 芯片作為鎖存器，分別于兩個數(shù)碼管連接，使得單片機只需要控制之前的 4個管腳和這兩鎖存器的兩個使能管腳便能控制兩個數(shù)碼管的顯示。至此 P0口的 8個管腳用掉了 6個，剩余的兩個管腳分別連接蜂鳴器電路和紅色 led電路即可完成此部分的設計。 圖 聲光報警電路 系統(tǒng)控制電路 系統(tǒng)控制電路包含了 10個按鍵和一個藍色數(shù)碼管， 1~8號按鍵分別對應著 1~8號檢測位置， 9號按鍵對應系統(tǒng)中的取消報警鍵， 10號按鍵對應系統(tǒng)中的設置檢測點數(shù)目功能鍵，藍色數(shù)碼管則實時地顯示當前監(jiān)測點的個數(shù)，方便用戶調(diào)整。 藍色數(shù)碼管的電路已在 。 出于節(jié)省單片機管腳的考慮， 10個按鍵被連接在兩個 83編碼器上。這樣使得被來要占用的 10 個單片機管腳變?yōu)?5個。 同時為了提高程序運行的效率，本設計將兩個 83編碼器 GS輸出端通過一個與門（ 74LS08）連接到單片機的外部中斷 0 口，這樣把中斷與管腳掃描結(jié)合一體，使得程序運行效率 有了大大提高。 東北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 20 頁 共 37頁 圖 系統(tǒng)控制電路 4 火災報警系統(tǒng)程序設計 軟件開發(fā)環(huán)境 本系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的匯編語言而采用 C 語言進行程序設計。因為 C 語言的描述由函數(shù)組成，是一種結(jié)構(gòu)化的程序設計語言，所以更容易實現(xiàn)模塊化，而且具有可讀性好，易于移植等優(yōu)點，同時還有匯編語言一樣的位操作功能的硬件詳細東北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 21 頁 共 37頁 控制指令 [29]。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面，可以使用結(jié)構(gòu)體和數(shù)組，能夠處理復雜的數(shù)據(jù)，可用于實時處理系統(tǒng)。 本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國 Keil Software 公司出品的 Keil C51，是 51系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系 統(tǒng)。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點， Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能 體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 C52工具包的整體結(jié)構(gòu)中，μ Vision與 Ishell分別是 C52for Windows和 for Dos的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件。 火災報警系統(tǒng)程序設計 本系統(tǒng) 主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災判斷 /報警子程序與系統(tǒng)控制子程序等來實現(xiàn)設計任務的要求。主要功能要求：（ 1）實時檢測至多 8 個監(jiān)測點的環(huán)境溫度、煙霧濃度等因素變化，以判斷是否出現(xiàn)火警 ； （ 2）判定某監(jiān)控點出現(xiàn)火警時進行聲光報警，并顯示此監(jiān)控點編號；（ 3）能手動報警和取消報警；（ 4）能手動進行系統(tǒng)檢測；（ 5）監(jiān)控點數(shù)目可以通過鍵盤設置。 程序流程圖： 東北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 22 頁 共 37頁 圖 程 序流程圖 數(shù)據(jù)采集子程序 對于煙霧信息，根據(jù)電路設計可知， MQ2 煙霧傳感器電路傳回單片機 P1 口的是高低電頻的信號。高電頻意味著沒有出現(xiàn)異常，低電頻意味著煙霧指數(shù)出現(xiàn)異常。因此，對煙霧情況的檢測實則對 P1 口相應管腳上高低電頻的檢測。在讀取的同時也實現(xiàn)了判斷功能，因此也是把報警功能和取消報警功能跟煙霧數(shù)據(jù)采集結(jié)合于一體的原因。 對于溫度信息，由于 DS18B20 是單總線傳輸數(shù)據(jù)的器件，只需根據(jù)該器件的單總線特性設計程序。每采集一次溫度信息的流程為： 開始 初始化 判斷手動 /自動檢測 指定某監(jiān)測點檢測 輪流檢測某些監(jiān)測點 溫度煙霧信號采集 報警判斷 報警 是否取消報警 結(jié)束 取消報警 無異常 異常 自動 手動 東北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 23 頁 共 37頁 溫度采集子函數(shù)： unsigned int temperature(unsigned char Q) { unsigne