【文章內(nèi)容簡介】 A 9 )P 2 . 0 ( A 8 )P D I P ( R X D ) P 3 . 0A L E / P R O G圖 23 AT89C51 芯片管腳圖40 只引腳按其功能來分，可分為如下 3 類： ⑴ 電源及時(shí)鐘引腳：VCC、VSS、XTALXTAL2。 ① 電源引腳接入單片機(jī)的工作電源，VCC 接+5V 電源，VSS 接地。 ② 時(shí)鐘引腳 XTALXTAL2 外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成了 1 個(gè)晶體振蕩器，單片機(jī)內(nèi)的始終控制信號(hào)就是由它提供的，晶體振蕩器也可以外接到這 2個(gè)時(shí)鐘引腳上。XTAL1 接外部的一個(gè)引腳，該引腳的內(nèi)部是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)反相放大器構(gòu)成的就是片內(nèi)振蕩器。在采用外接晶體振蕩器的時(shí)候，這個(gè)引腳就要接地。XTAL2 接的是外部晶體的另一個(gè)端口，在這個(gè)引腳的內(nèi)部接到內(nèi)部反相放大器的輸出端。如果采用的是外部時(shí)鐘振蕩器，該引腳接受的是時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)，也就是把該信號(hào)接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 ⑵ 控制引腳： 、ALE、 、RESET（RST）。這類引腳提供的是控制信PSENA號(hào)，有的還有復(fù)用的功能。 ① RST/VPD引腳：RESET（RST）是復(fù)位信號(hào)的輸入端，在高電平時(shí)有效。單片機(jī)正在運(yùn)行時(shí)，在該引腳上加持續(xù)時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期（24 個(gè)振蕩周期）的高電平時(shí)，就能完成復(fù)位操作。在單片機(jī)工作時(shí)，此引腳應(yīng)為≤ 低電平。V PD為本引腳的第二功能，即備用電源的輸入。當(dāng)主電源發(fā)生故障，降低到某一規(guī)定值的低電平時(shí)，將+5V 電源自動(dòng)接入 RST 端，為內(nèi)部 RAM 提供備用電源，以保證片內(nèi) RAM 的信息不丟失，從而使單片機(jī)在復(fù)位后能正常進(jìn)行。8 / 41 ② ALE/ 引腳：地址鎖存有效輸出端。在訪問片外程序存儲(chǔ)器期間，每PROG機(jī)器周期該信號(hào)出現(xiàn)兩次，其下降沿用于控制鎖存 P0 口輸出的低 8 位地址。ALE的引腳輸出的是地址鎖存允許信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)通電并正常工作時(shí)，ALE 的引腳就不斷地輸出一種正脈沖信號(hào)。如果單片機(jī)訪問的是外部存儲(chǔ)器，ALE 輸出信號(hào)的負(fù)跳沿就用于單片機(jī)發(fā)出的低 8 位地址并經(jīng)外部鎖存器鎖存的控制信號(hào)。就算不訪問外部的鎖存器，ALE 端仍然會(huì)輸出正脈沖信號(hào)，這種頻率是時(shí)鐘振蕩器頻率的 1/6。 為該引腳的第二種功能。在對(duì)片內(nèi) EPROM 型單片機(jī)編程寫入時(shí)，PROG此引腳作為編程脈沖輸入端。 ③ 引腳：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。單片機(jī)在訪問外部程序存儲(chǔ)器SEN時(shí)，此引腳輸出的脈沖負(fù)跳沿就作為讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。此引腳接外部程序存儲(chǔ)器的 OE（輸出允許端）。 ④ /VDD 引腳： 功能為片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的選擇控制端。在 引腳是高A EA電平的時(shí)候，單片機(jī)就訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，如果 PC 值超過 0FFFH，即超出片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的 4KB 地址范圍時(shí)將自動(dòng)地轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)引腳為低時(shí)，單片機(jī)只訪問外部程序存儲(chǔ)器，不論是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。E ⑶ I/O 口引腳：P0、PPP3，為四個(gè) 8 位 I/O 口的外部引腳。P0 口、P1 口、P2 口、P3 口是 3 個(gè) 8 位準(zhǔn)雙向的 I/O 口，各口線在片內(nèi)均有固定的上拉電阻。當(dāng)這 3 個(gè)準(zhǔn)雙向 I/O 口作輸入口使用時(shí)，要向該口先寫 1，另外準(zhǔn)雙向口I/O 口無高阻的“浮空”狀態(tài)。 由于單片機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、耗電少等突出特點(diǎn)，所以本系統(tǒng)采用 89C51 單片機(jī)。89C51 內(nèi)部有 4KB 的 EPROM，128 字節(jié)的 RAM，所以一般都要根據(jù)所需存儲(chǔ)容量的大小來擴(kuò)展 ROM 和 RAM。本電路 接高電平，EA沒有擴(kuò)展片外 ROM 和 RAM。 晶振電路和復(fù)位電路電路圖如下：9 / 41圖 24 晶振與復(fù)位電路 MQ303A 酒精傳感器 MQ303A 酒精傳感器簡介氣敏傳感器是氣體檢測系統(tǒng)的核心，從本質(zhì)上來講氣敏傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器，一般是安裝在探測頭內(nèi)。探測頭通過氣敏傳感器對(duì)氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括干燥或者制冷處理、過濾雜質(zhì)以及干擾氣體、樣品的抽吸，甚至是化學(xué)處理樣品，以便傳感器更快速地進(jìn)行測量。在選擇傳感器的時(shí)候，一定要考慮到穩(wěn)定性、靈敏度、選擇性和抗腐蝕性，本系統(tǒng)選擇的是MQ3 型酒精濃度傳感器。MQ3 酒精濃度傳感器是氣敏傳感器，其相對(duì)于其它傳感器來說具有靈敏度高、使用壽命長、穩(wěn)定性好這些優(yōu)點(diǎn)。MQ3 氣敏傳感器是一種固定在塑料或不銹鋼腔體內(nèi)的由SnO2 敏感層、微型Al2O3陶瓷管、加熱器和測量電極組成的一種敏感元件。傳感器的標(biāo)準(zhǔn)回路的組成有兩部分：第一部分是加熱回路；第二部分是信號(hào)的輸出回路，該回路可以準(zhǔn)確地反映出傳感器的表面電阻Rs的變化。傳感器的表面電阻值的變化，是通過和它串聯(lián)的負(fù)載電阻Rl的有效電壓信號(hào)VRL 輸出面獲得的。它們的關(guān)系可以表述為：RS/RL=(VC－VRL)/VRL，其中VC是10V的回路電壓。負(fù)載電阻Rl 的可調(diào)范圍為～200K，加熱電壓Uh 是5V。上面的這些參數(shù)可以使傳感器的輸出電壓從0到5V。MQ3 型氣敏傳感器的外形和結(jié)構(gòu)如圖25所示，酒精濃度與輸出電壓的關(guān)系如圖26所示，MQ3酒精傳感器模塊如圖27所示。為了讓測量精度能夠達(dá)到最高，誤差最小，就需要找到一個(gè)合適的溫度，在測量前需要把傳感器先預(yù)熱20s。也10 / 41177。 的高電壓，使傳感器盡快穩(wěn)定并進(jìn)入工作狀態(tài)。因?yàn)榫凭珎鞲衅鞯男盘?hào)輸出阻抗較小，故而信號(hào)放大可以采用普通廉價(jià)運(yùn)放LM324。在軟件仿真的時(shí)候，因條件有限，所以我用的是滑動(dòng)變阻器兩端的電壓來代替酒精傳感器輸出的電壓。圖25 MQ3 的結(jié)構(gòu)和外形圖26 酒精濃度與輸出電壓的關(guān)系 我的LCD顯示的酒精濃度值就是根據(jù)這個(gè)函數(shù)關(guān)系式得到的，但是還有一種算法，但是經(jīng)過我們的實(shí)驗(yàn)，這種算法沒有上面的那種算法精確。11 / 41圖 27 MQ3 酒精傳感器模塊 MQ303A 酒精傳感器特點(diǎn)MQ303A 酒精傳感器是一種省電模式的酒精傳感器，下面我們簡單介紹一下其特點(diǎn)。 高靈敏度 快速的響應(yīng)恢復(fù) 長壽命 低功耗 小巧的外型。 MQ303A 酒精傳感器的工作條件及環(huán)境MQ303A 酒精傳感器的工作條件算不上非?？量蹋敲次覀兿旅婢徒榻B一下這種傳感器工作的狀態(tài)以及內(nèi)部數(shù)據(jù)。表 1 MQ303A 運(yùn)行溫度符號(hào) 參數(shù) 技術(shù)條件 備注Tao 使用溫度 20 o C —+50 o CTas 儲(chǔ)存溫度 20 o C —+70 o CRH 相對(duì)濕度 ≤ 95% RH推薦使用范圍 20ppm1000ppm 乙醇21%177。1%(標(biāo)準(zhǔn)條件) 不得小于 16%(O2) 氧氣濃度氧氣濃度會(huì)影響靈敏度12 / 41表 2MQ303A 內(nèi)部電阻符號(hào) 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注Rs 元件電阻 (4k???to 400 k?) 在 潔凈空氣中? 電阻比 ( ??) Rs (300 ppm酒精) / Rs (100 ppm酒精)標(biāo)準(zhǔn)測試條件： 溫度: 20 o C ??2 o C V C : V ????1 V DC濕度: 65% ??5% V H : V ????1 V DCR L : 可調(diào)預(yù)熱時(shí)間：大于48小時(shí)表 3 MQ303Ａ內(nèi)部運(yùn)行環(huán)境符號(hào)參數(shù) 技術(shù)條件 備注V H 加熱電壓 177。 AC or DCV C 回路電壓 ≤ 6 V DCIH 加熱電流 120177。20mAR H 加熱電阻 ???? ? 室溫R L 負(fù)載電阻 可調(diào) P S 10 mWPH 加熱功率 ≤ 140 mWPS 元件功率 ≤10 mW MQ303A 酒精傳感器使用方法一：給模塊輸入 5V 的直流電壓（注意正負(fù)極別接反，否則容易燒毀芯片）。二：如果選擇 DOUT,TTL 高低電平端，輸出信號(hào)可以直接接單片機(jī) IO 口或者接一個(gè) NPN 型三極管去驅(qū)動(dòng)繼電器，電位器 RP 在這里用于調(diào)節(jié)輸出電平跳變的閥值，由下圖原理圖可以分析，當(dāng)傳感器檢測到被測氣體時(shí)，比較器 LM393 管腳2 點(diǎn)的電壓值，跟傳感器檢測到氣體的濃度成正比，當(dāng)濃度值超過電位器 RP 設(shè)定的閥值時(shí)，比較器 2 腳的點(diǎn)位高于 3 腳的點(diǎn)位，這個(gè)時(shí)候，比較器 1 腳輸出低電平，LCD 燈亮，R3 為 LCD 燈限流電阻，C1 為濾波電容。傳感器輸出低電平，反之，當(dāng)沒有信號(hào)的時(shí)候，傳感器輸出高電平，等于電源電壓。13 / 41三：如果選擇 AOUT，模擬量輸出，那樣就不用管電位器了，直接將 AOUT 腳接 AD 轉(zhuǎn)換的輸入端或者，帶有 AD 功能的單片機(jī)，就可以了。但是，如果是用來做精密儀器，就需要購買市場上標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)儀器，不然就會(huì)存在誤差，因?yàn)椋敵鰸舛群碗妷宏P(guān)系的比值并非線性，而是趨于線性。 A/D 轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，被測量對(duì)象的有關(guān)變化量，如溫度、壓力、流量、速度等非電物理量，必須經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的模擬電信號(hào)（電壓或電流） ，這些模擬電信號(hào)必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能在單片機(jī)中用軟件進(jìn)行處理。實(shí)現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件稱為 A/D 轉(zhuǎn)換器（ADC） 。在轉(zhuǎn)換器中相對(duì)來說比較好用的要數(shù) ADC0832，因?yàn)?ADC0832 一種 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，它的最高分辨率可以達(dá)到 256 級(jí)，能夠在一般條件下適應(yīng)模擬量的轉(zhuǎn)換要求。而它的內(nèi)部電源輸入和參考的電壓復(fù)用，可以讓芯片的模擬輸入電壓為 0~5V，此時(shí)芯片的轉(zhuǎn)換的時(shí)間只是 32μ S，并且它可以雙數(shù)據(jù)的輸出，這樣就可以校驗(yàn)數(shù)據(jù)，以便減少數(shù)據(jù)的誤差，穩(wěn)定性強(qiáng)并且轉(zhuǎn)換速度快，還通過DI 數(shù)據(jù)的輸入端，簡單的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。獨(dú)立芯片的使能輸入，沒有其它外圍設(shè)備，使多種器件的掛接以及處理器的控制變的更加方便、簡單。在正常的情況下，ADC0832 和單片機(jī)接口的數(shù)據(jù)線應(yīng)為 4 條，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于 DO 端與 DI 端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并且和單片機(jī)的接口還是雙向的，所以在電路設(shè)計(jì)的時(shí)候可以將 DI 與 DO 在同一根數(shù)據(jù)線上并聯(lián)使用。在 ADC0832 還沒有工作時(shí)，CS 輸入端應(yīng)該為高電平，這時(shí)禁用該芯片，CLK 和 DO/DI 的電平可為任意值。如果要進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，必須要先把 CS 使能端置于低電平而且保持著低電平一直到完全結(jié)束。這時(shí)芯片就開始了轉(zhuǎn)換工作，DO/DI 端使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)，同時(shí)處理器就開始向芯片的時(shí)鐘輸入端 CLK 輸入時(shí)鐘脈沖。在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖下沉之前 DI 端必須保持高電平的狀態(tài)，表示啟始信號(hào)。在第 3 個(gè)脈沖下沉之前 DI 端應(yīng)輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。如圖 28 所示：14 / 41圖 28 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖 LCD 顯示電路 液晶顯示器的優(yōu)點(diǎn)在日常生活中，我們對(duì)液晶顯示器并不陌生。很多電子產(chǎn)品的通過器件都是用的是液晶顯示模塊，比如在電子表、萬用表、計(jì)算器以及很多其它的家用電子產(chǎn)品中都會(huì)用到，它顯示的一般主要為專用符號(hào)、圖形和數(shù)字。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和 LED 數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單，在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過，在此不作介紹，本章重點(diǎn)介紹字符型液晶顯示器的應(yīng)用。 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：重量輕、體積?。阂壕э@示器是通過其顯示屏上的電極來控制液晶分子的狀態(tài)來達(dá)到顯示目的，如果在重量上，與有一樣顯示面積的傳統(tǒng)的顯示器相比較要輕很多。二、顯示的質(zhì)量高：因?yàn)橐壕э@示器每一個(gè)點(diǎn)收到信號(hào)后會(huì)一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。15 / 41三、數(shù)字式的接口：液晶顯示器現(xiàn)在都為數(shù)字式的，與單片機(jī)的接口簡單可靠，并且操作方便。四、功耗低：相對(duì)而言，液晶顯示