【文章內(nèi)容簡介】 比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。 按鍵功能圖 鍵盤電路 顯示電路顯示部分我選擇LCD1602，其原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣就可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動和易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應用在便攜電腦、數(shù)字攝像機和PDA移動通信工具等眾多領域。其特點：（1）顯示質(zhì)量高由于液晶顯示器每一個點抽到信后就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那樣需要不斷刷新新亮點，因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。（2）數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，與單片機系統(tǒng)接口更加簡單可靠，操作更加方便。（3）體積小、重量輕液晶顯示器通過顯示屏上的點擊控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上臂相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕的多。（4）功耗低相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其他顯示器要少的多。 液晶顯示器的基本原理：液晶板上排列著若干 57 或510 點陣的字符顯示位,每個顯示位可顯示1個字符，從規(guī)格上分為每行12340 位，有一行、兩行及四行三類。 顯示電路 時鐘模塊及接口電路DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，～。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。DS1302的引腳排列。，RST是復位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細說明。SCLK為時鐘輸入端。： 時鐘電路 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件連接和處理器控制變得更加方便。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。其主要特點如下：● 8位分辨率，逐次逼近型，基準電壓為5V；● 5V單電源供電；● 輸入模擬信號電壓范圍為0～5V；● 輸入和輸出電平與TTL和CMOS兼容；● 在250KHZ時鐘頻率時，轉(zhuǎn)換時間為32us；● 具有兩個可供選擇的模擬輸入通道；● 功耗低，15mW。 一般情況下ADC0832與單片機的接口應為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當要進行A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK提供時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1個時鐘脈沖到來之前DI端必須是高電平，表示啟動位。在第3個時鐘脈沖到來之前DI端應輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能項見表一。輸入形式 配置位選擇通道CH0CH1CHOCH1差分輸入00+01+單端輸入10+11+表一ADC0832配置位如表一所示，當配置位2位數(shù)據(jù)為0時，只對CH0 進行單通道轉(zhuǎn)換。當配置2位數(shù)據(jù)為1時，只對CH1進行單通道轉(zhuǎn)換。當配置2位數(shù)據(jù)為0、0時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸入端IN進行輸入。當配置2位數(shù)據(jù)為0、1時，將CH0作為負輸入端IN，CH1 作為正輸入端IN+進行輸入。 到第3個時鐘脈沖到來之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個時鐘脈沖開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位D7，隨后每一個脈沖DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)D0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個時鐘脈沖輸出D0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19 個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行處理就可以了。Proteus仿真軟件沒有煙霧傳感器，就拿滑動變阻器代替了。 時序圖 A/D轉(zhuǎn)換電路 本章小結(jié)在報警儀的設計中，單片機是其核心部件。它一方面要接收來自傳感器送來的煙霧濃度和溫度對應的模擬信號，另一方面要對信號進行處理，控制后續(xù)電路進行相應動作；與此同時查詢是否有鍵按下的請求。在單片機完成這些的工作中，尤其是信號處理中，比較濃度值后送入顯示的軟件實現(xiàn)比較復雜，要求單片機具備較快的運算速度，使檢測人員能夠較準確地觀測到煙霧濃度，并根據(jù)情況做進行相應處理。514 火災報警系統(tǒng)的軟件設計 開發(fā)工具介紹本系統(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控制指令。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。 C51工具包的整體結(jié)構(gòu)中，μVision與Ishell分別是C51 for 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。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)C51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標準的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對 目標板進行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。 主程序設計首先要給傳感器預熱，因為MQ2型半導體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時間后，再次通電時，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時間預熱。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進入監(jiān)控狀態(tài)。本論文的主程序設計先對傳感器進行預熱。 傳感器送來的煙霧濃度對應的微小的電壓信號經(jīng)過放大，轉(zhuǎn)化成較大的電壓信號送入ADC0832；然后在ADC0832內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換、然后送入單片機進行濃度比較，并判斷濃度值是否超出報警限，當濃度處于正常狀態(tài)LED不亮，當煙霧濃度超過設定溫度時，發(fā)出聲音報警并伴隨LED燈亮。 開始程序初始化傳感器預熱 時鐘設置 鍵盤掃描是否進行設置？ N Y 設置報警值或時間等功能 Y 檢測煙霧濃度和周圍溫度 濃度是否超過閥值 N Y 蜂鳴器發(fā)聲 LED發(fā)光 主程序流程圖 A/D轉(zhuǎn)換器程序設計 由溫度、煙霧傳感器采集的數(shù)據(jù)，送至A/D轉(zhuǎn)換器，在CS為低電平時，啟動A/D轉(zhuǎn)換器,經(jīng)過四個時鐘脈沖后，由DO開始一位一位的讀取并由函數(shù)存儲數(shù)據(jù)，讀完8位數(shù)據(jù)后，CS為高電平，此時關閉A/D轉(zhuǎn)換器，將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)返回，送至單片機。模數(shù)轉(zhuǎn)換程序設計流程圖如所示。子程序調(diào)用 A/D轉(zhuǎn)換開始 時鐘脈沖 讀取數(shù)據(jù)讀取八位數(shù)據(jù) N Y A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束 Y 返回數(shù)據(jù) 返回 A/D轉(zhuǎn)換器流程圖 時鐘模塊程序設計時鐘芯片的主要的主要功能是完成年、月、日、時、分、秒的及時，通過外部接口為單片機系統(tǒng)提供日歷和時鐘。所以一個最基本的實時時鐘芯片通常會具有如下的一些部件：電源電路、時鐘信號產(chǎn)生電路、實時時鐘、數(shù)據(jù)存儲器、通信接口電路、控制邏輯電路等。DS1302與微處理器進行數(shù)據(jù)交換時，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位Write Protect(D7)必須為邏輯1，如果D7=0，則禁止寫DS1302，即寫保護；D6=0，指定時鐘數(shù)據(jù)，D6=1，指定RAM數(shù)據(jù)；D5～D1指定輸入或輸出的特定寄存器；最低位LSB(D0)為邏輯0，指定寫操作(輸入)，D0=1，指定讀操作(輸出)。在DS1302的時鐘日歷或RAM進行數(shù)據(jù)傳送時，DS1302必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進行單字節(jié)傳送，8位命令字節(jié)傳送結(jié)束之后，在下2個SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下8個SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。時鐘模塊的流程圖如圖所示：子程序調(diào)用DS1302初始化讀取DS1302時間顯示時間 返回 時鐘模塊流程圖 本章小結(jié)本設計采用AT89C51作為主控芯片，為了便于系統(tǒng)維護，在多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設計中采用了模塊化程序設計方法，系統(tǒng)各個模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實現(xiàn)的。既使得程序結(jié)構(gòu)清晰，又便于以后進一步擴展其功能。 5 系統(tǒng)的仿真 Proteus仿真軟件的介紹 Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持805HC1PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是： （1）原理布圖 （2）PCB自動或人工布線 （3）SPICE電路仿真 可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境。 火災報警系統(tǒng)仿真的效果 初始狀態(tài)下的仿真效果剛開始煙霧濃度為18，溫度為19攝氏度。我設定的煙霧濃度超過100才報警，溫度超過50攝氏度才報警，初始值在安全范圍內(nèi)，所以不報警，如圖所示。 初始狀態(tài)下仿真圖煙霧濃度超過100時蜂鳴器發(fā)出聲響，LED閃爍。如圖所示。 煙霧報警仿真圖當溫度超過50攝氏度時，報警器報警。如圖所示。 溫度報警仿真圖6 火災報警系統(tǒng)的整體調(diào)試 火災報警系統(tǒng)焊接與組裝在焊接前應該對器件進行檢驗，看看是否符合要求。比如電阻的阻值是否符合要求，三極管和電容是否正常，按鍵是否好使，單片機能否寫入程序等。都符合要求了進行焊接。⑴對照硬件原理圖，焊接硬件。⑵焊接完成后，仔細檢查主控板和每塊顯示單元板上的芯片焊接方向是否正確，在通電之前用萬用表的二極管檔測量電源端口，檢查電源輸入端是否有短路。確認無誤后通電測試各測試點的電壓電流值，檢查是否在正常值范圍內(nèi)。 火災報警系統(tǒng)整機調(diào)試 調(diào)試前準備1） 按設計要求查驗設備的規(guī)格、型號、數(shù)量、配件等。2） 檢查系統(tǒng)線路是否有錯線、開路、虛焊、短路等。 調(diào)試過程1） 線路測試