【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 采集 和處理數(shù)據(jù)，也可以在計(jì)算機(jī)上更改報(bào)警限值等。 (7)自動(dòng)控制相關(guān)安全裝置的擴(kuò)展功能 留有繼電器接口，可以帶動(dòng)排風(fēng)扇或大功率蜂鳴器，也可以控制管道電子閥門，可在報(bào)警的同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)安全裝置。 小結(jié)本章首先介紹了本次設(shè)計(jì)的方案及其選擇，然后闡述了語(yǔ)音燃?xì)鈭?bào)警器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及其設(shè)計(jì)構(gòu)思。3 核心控制芯片簡(jiǎn)介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 單片機(jī)AT89C51主要的結(jié)構(gòu)特性（1）與MCS51 兼容；（2）4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器(壽命：1000寫/擦循環(huán))；（3）全靜態(tài)工作：0Hz~24KHz；（4）三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定；（5）128*8位內(nèi)部RAM；（6）32條可編程I/O線；（7）2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（8）5個(gè)中斷矢量，6個(gè)中斷源，2級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；（9）1個(gè)全雙工可編程串行通道；（10）低功耗的閑置和掉電模式；（11）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。 單片機(jī)AT89C51管腳說(shuō)明 AT89C51單片機(jī)采用40引腳雙列直插封裝（DIP）形式。圖為其引腳圖，下面介紹各引腳名稱及功能。Vcc：供電電壓，接+5V電源。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏極開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8個(gè)TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫“1”時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4個(gè)TTL門電流。P1口管腳寫入“1”后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。圖31 AT89C51引腳圖 P3口：P3口管腳也是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：表31 P3管腳特殊功能表口管腳備選功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）（外部中斷0）（外部中斷1）T0（記時(shí)器0外部輸入）T1（記時(shí)器1外部輸入）（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。/Vpp：當(dāng)保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（Vpp）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 單片機(jī)AT89C51振蕩器特性 XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 復(fù)位電路AT89C51系統(tǒng)在剛通電（上電）后，必須復(fù)位。此外，在系統(tǒng)工作異常等特殊情況下，也可以人為地使系統(tǒng)復(fù)位或通過(guò)“看門狗”是系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位是由外部復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，按功能可分為以下幾種方式。（1）上電自動(dòng)復(fù)位方式對(duì)于AT89C51單片機(jī)，只要在RST復(fù)位端接一個(gè)電容至Vss即可。上電復(fù)位電路如圖32所示。在加電瞬間，RST端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平，只要高電平保持時(shí)間足夠長(zhǎng)，就可以使AT89C51有效復(fù)位。（2）人工復(fù)位方式除了上電復(fù)位以外，有時(shí)還需要人工復(fù)位。將一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)并聯(lián)于上電自動(dòng)復(fù)位電路，按一下開(kāi)關(guān)就會(huì)在RST端出現(xiàn)一段時(shí)間的高電平，使單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用使6MHz，C取2μF，R1約為200?。（3）“看門狗”復(fù)位方式AT89C51單片機(jī)定時(shí)向單穩(wěn)電路保持暫態(tài)。一旦單片機(jī)程序出現(xiàn)死循環(huán)，不產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，電路便轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)，產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，使單片機(jī)復(fù)位。圖32 上電與按鈕復(fù)位電路 小結(jié)本章主要介紹了本課題所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的核心器件——單片機(jī)AT89C51。該章節(jié)詳細(xì)介紹了AT89C51基本特性、引腳功能以及幾個(gè)特性，最后介紹了單片機(jī)常用的抗干擾措施。4 總體方案的硬件描述及優(yōu)化設(shè)計(jì) 硬件電路的構(gòu)成及設(shè)計(jì)在報(bào)警器的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是其核心部件。它一方面要接收來(lái)自傳感器送來(lái)的氣體濃度對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)和故障檢測(cè)信號(hào)，另一方面要對(duì)兩種信號(hào)分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作；與此同時(shí)查詢是否有鍵按下的請(qǐng)求。在單片機(jī)完成這些的工作中，尤其是信號(hào)處理中，比較濃度值后送入顯示的軟件實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，要求單片機(jī)具備較快的運(yùn)算速度，使檢測(cè)人員能夠較準(zhǔn)確地觀測(cè)到氣體濃度，并根據(jù)情況做進(jìn)行相應(yīng)處理。并且也要考慮選擇低價(jià)實(shí)用的機(jī)型，并為研制同一系列的低功耗產(chǎn)品做準(zhǔn)備。其整體框圖如圖41：傳感器語(yǔ)音報(bào)警A\D轉(zhuǎn)換時(shí)鐘電路檢測(cè)電路光報(bào)警51單片機(jī)顯示報(bào)警輸出控制串行通行復(fù)位電路系統(tǒng)電源電路41 系統(tǒng)整體框圖 核心主控芯片的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制中樞由AT89C51來(lái)實(shí)現(xiàn)，其最小構(gòu)成系統(tǒng)如圖42：圖42 單片機(jī)最小系統(tǒng) 漏氣檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)檢測(cè)電路由8伏電源供電，由于傳感器加熱電路需要5伏電壓才能正常工作，所以在傳感器的加熱電路上串聯(lián)一個(gè)電阻使加熱電路能夠得到5伏的正常工作電壓。檢測(cè)電路由氣敏傳感器TGS813，R1和滑動(dòng)變阻器R2組成，輸出電壓進(jìn)入電壓比較器的同相輸入端，它是R1和R2電阻兩端的壓降輸出。可燃性氣體與傳感器相接觸并且濃度超標(biāo)時(shí)，檢測(cè)電路的輸出電壓將會(huì)超過(guò)設(shè)定的基準(zhǔn)電壓，此信號(hào)經(jīng)LM311電壓比較器的同相端輸出高電平。為了補(bǔ)償溫度和濕度對(duì)傳感器特性的影響，同時(shí)為了獲得更高的精度，故在電路中還是用熱敏電阻對(duì)電路進(jìn)行補(bǔ)償。由于傳感器上電時(shí)有一調(diào)整期，在此期間有可能導(dǎo)致電路誤動(dòng)作，所以在傳感器電路中還需要加入電容防止電壓突變。氣體檢測(cè)電路如圖43：圖413 氣體檢測(cè)電路模數(shù)轉(zhuǎn)換單元由ADC0809,74LS02和74LS74組成。ADC0809首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。檢測(cè)電路中傳感器的檢測(cè)電壓，一路已進(jìn)入LM311電壓比較器，而另一路連接ADC0809的IN0端。由于僅有一個(gè)模擬量輸入，所以將模擬量輸入地址所存端接地。將ADC0809的8位數(shù)據(jù)輸出線與51單片機(jī)P0數(shù)據(jù)口相連。片選信號(hào)和WR信號(hào)一起經(jīng)74LS02或非門產(chǎn)生ADC0809的啟動(dòng)信號(hào)START和地址所存信號(hào)ALE，片選信號(hào)和RD信號(hào)一起經(jīng)74LS02或非門產(chǎn)生ADC0809輸出允許信號(hào)OE。OE為1時(shí)，選通三態(tài)門使輸出鎖存器中的轉(zhuǎn)換結(jié)果送入數(shù)據(jù)總線。ADC0809的EOC信號(hào)經(jīng)74LS02反向后接到51單片機(jī)的外部中斷一引腳，用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)換完畢后中斷請(qǐng)求信號(hào)。由于ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)要求最高不能超過(guò)640kHZ，所以51單片機(jī)ALE端通過(guò)74LS74 D觸發(fā)器二分頻后連接到ADC0809的CLOCK時(shí)鐘端（51單片機(jī)利用6MHZ晶振，經(jīng)D觸發(fā)器輸出的時(shí)鐘頻率為500KHZ），就能夠滿足ADC0809的正常工作。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路如圖44：圖44模數(shù)轉(zhuǎn)換電路顯示電路由共陰極數(shù)碼管，PNP三極管和CD4511共同組成。CD4511的4位數(shù)據(jù)輸入端與51單片機(jī)的P1口低4位相連，8位數(shù)據(jù)輸出端與數(shù)碼管相連。CD4511用來(lái)給數(shù)碼管送段碼。三極管用來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，它們的基極也與單片機(jī)P1口相連。顯示電路如圖45：圖45 顯示電路語(yǔ)音報(bào)警電路由ISD1420語(yǔ)音芯片和少量外圍電路組成。這個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)LED指示燈、三個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)，可以對(duì)芯片的錄音、播放、停止進(jìn)行控制。A4（RECORD）為錄音鍵，按住它時(shí)LED燈點(diǎn)亮，此時(shí)為錄音狀態(tài)，當(dāng)錄放達(dá)到最大時(shí)間值或中途放開(kāi)A4錄音按鍵即停止錄音。A3（PLAYL）為放音鍵，按一下它就可以播放錄音，當(dāng)放音達(dá)到錄音的尾聲時(shí)或中途按下了A2停止鍵則停止放音。A2為停止鍵，當(dāng)放音過(guò)程中按下A2停止鍵停止放音。如果有待機(jī)時(shí)按住A2則開(kāi)始放音，放音直到錄音的尾聲或中途放開(kāi)A2鍵。當(dāng)芯片處于錄音狀態(tài)時(shí)LED點(diǎn)亮，當(dāng)芯片放音結(jié)束時(shí)LED會(huì)閃亮一下。只要對(duì)這兩個(gè)端口進(jìn)行控制，即可完成單片機(jī)對(duì)語(yǔ)音電路的操控。語(yǔ)音電路如圖46：