【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 腳。根據(jù)單片機(jī)制作的原理以及報(bào)警器實(shí)現(xiàn)的功能，其接口電路主要分為五個(gè)部分。STC89C52 單片機(jī)接口電路如圖 33 所示。13 / 44圖 36 STC89C52 單片機(jī)接口電路(1) 復(fù)位模塊復(fù)位操作可以使單片機(jī)初始化，也可以使死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動(dòng)，因此非常重要。為可靠起見(jiàn)，電源上電穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)，才能撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分一合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。在本設(shè)計(jì)中，采用的是阻容 RC 上電復(fù)位電路，通過(guò)電容加到 RST 端上一個(gè)高電平復(fù)位信號(hào)，高電平持續(xù)時(shí)間取決于 RC 電路參數(shù)。為了保證系統(tǒng)能可靠地復(fù)位，RST 端上高電平信號(hào)必須有足夠長(zhǎng)的時(shí)間。(2) 系統(tǒng)時(shí)鐘模塊時(shí)鐘電路產(chǎn)生單片機(jī)的工作時(shí)序脈沖，是單片機(jī)正常工作的關(guān)鍵。本次設(shè)計(jì)中采用外部獨(dú)立時(shí)鐘震蕩器所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)。在 STC89C52 的 18 腳(XTAL1)和 19 腳(XTAL2)外接 12M 的晶體，同時(shí)并連 2 個(gè) 22pF 的電容，產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘。(3) 顯示模塊由 STC89C52 的 32~39 腳以及 21~26 腳構(gòu)成濃度顯示輸出信號(hào)。本次設(shè)計(jì)中采用的是動(dòng)態(tài)顯示的方法進(jìn)行濃度顯示。(4) 聲音報(bào)警模塊由 STC89C5242 的 11 腳(TXD)實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警控制。當(dāng)可燃性氣體濃度超過(guò)限定值時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出鳴叫報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng) 54 繼電器。 聲音報(bào)警電路14 / 44 當(dāng)可燃性氣體濃度超過(guò)限定值時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出鳴叫報(bào)警。圖 37 聲音報(bào)警控制電路聲音報(bào)警電路如圖 37 所示，它是由三極管，繼電器，揚(yáng)聲器以及排氣電路構(gòu)成。當(dāng)實(shí)際檢測(cè)濃度低于設(shè)定濃度時(shí)，三極管不導(dǎo)通，揚(yáng)聲器以及繼電器均不工作，排氣電路處于斷開(kāi)狀態(tài)；當(dāng)實(shí)際檢測(cè)濃度等于或超過(guò)設(shè)定濃度時(shí)，通過(guò) 和 與單片機(jī)的連接從而引起電平的變化， 和 都為低電平，三極管導(dǎo)通，在揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲音的同時(shí)，繼電器也進(jìn)行工作，而使排氣電路形成閉合回路，達(dá)到自動(dòng)進(jìn)行排氣控制的效果。15 / 44 顯示電路 圖 38 數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管由 7 個(gè)發(fā)光二極管組成,行成一個(gè)日字形,它門(mén)可以共陰極,也可以共,其工作原理見(jiàn)圖 39。16 / 44圖 39 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖要使數(shù)碼管顯示 0—9 這 10 個(gè)數(shù)字，只要控制其相應(yīng)的管腳所接發(fā)光二極管點(diǎn)亮便可完成。若要使數(shù)碼管顯示一個(gè)“3”字，只需控制其“a、b、c、d、g”這幾個(gè)發(fā)光管點(diǎn)亮即可。由于數(shù)碼管內(nèi)是沒(méi)有限流電阻的，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，必須對(duì)每一段發(fā)光管回路中串一限流電阻，否則極容易損壞數(shù)碼管。本設(shè)計(jì)中數(shù)碼管用于顯示當(dāng)前的外界氣體濃度。 燈光報(bào)警燈光報(bào)警電路如圖 47 所示，燈光報(bào)警電路由 R2LED2（黃色）組成，電阻起限流的作用。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度小于濃度設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)對(duì)應(yīng)引腳輸出高電平，無(wú)燈光報(bào)警；當(dāng)檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度大于濃度設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)對(duì)應(yīng)引腳為低電平，進(jìn)行相應(yīng)的燈光報(bào)警。17 / 44圖 310 燈光報(bào)警控制電路黃燈閃爍時(shí)表示當(dāng)前處于初始化狀態(tài)，報(bào)警器初始化完成后。綠燈不停的進(jìn)行閃爍表示當(dāng)前工作正常。4 可燃性氣體報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì) STC89C52 單片機(jī)調(diào)試及開(kāi)發(fā)工具 嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)往往借助于開(kāi)發(fā)系統(tǒng)工具，而各種開(kāi)發(fā)系統(tǒng)一般都比待開(kāi)發(fā)調(diào)試的嵌入式系統(tǒng)要復(fù)雜得多。STC89C52系列單片機(jī)的調(diào)試、開(kāi)發(fā)工具由硬件和軟件兩部分組成，硬件只需一臺(tái)PC機(jī)、目標(biāo)板和一個(gè)稱為FET(FlashEmulation Tool)的JTAG控制器。 STC89C52FET仿真工具的功能主要是將由PC機(jī)打印機(jī)接口來(lái)的8位并行數(shù)據(jù)與來(lái)自JTAG接口的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與STC89C52芯片中的JTAG接口的通訊。具體包括：(1) 程序下載當(dāng)用戶將源程序（C語(yǔ)言）經(jīng)keil軟件語(yǔ)法檢查無(wú)誤并生成代碼時(shí)，就可以將程序代碼在如圖的環(huán)境中下載到]Flash芯片中，而用戶的系統(tǒng)可以是在線狀態(tài)。18 / 44(2) 設(shè)置斷點(diǎn)用戶可以通過(guò)調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對(duì)話界面。在程序中設(shè)置斷點(diǎn)。在STC89C52中，可以同時(shí)設(shè)置4個(gè)硬件斷點(diǎn)，它是經(jīng)過(guò)JTAG接口的傳輸，由芯片中的幾組斷點(diǎn)條件寄存器實(shí)現(xiàn)的。(3) 現(xiàn)場(chǎng)觀察與修改用戶可以通過(guò)調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對(duì)話界面，檢查或修改Flash芯片內(nèi)的各種存儲(chǔ)器、寄存器的數(shù)據(jù)。在調(diào)試過(guò)程中，根據(jù)需要可以進(jìn)行軟件模擬仿真和硬件仿真。 可燃性氣體報(bào)警控制器軟件流程及設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中，軟件要解決的主要問(wèn)題是檢測(cè)傳感器送來(lái)的可燃性氣體濃度信號(hào)，進(jìn)行線性化處理，用 LED 顯示濃度，若濃度值超出限定值，報(bào)警器發(fā)出聲音報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)排氣裝置，因此分為主程序、T0 中斷子程序、線性化處理子程序、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序，濃度顯示子程序、鍵掃描子程序六個(gè)部分。在程序的編寫(xiě)過(guò)程中，加入了詳細(xì)的文字注釋，以便于后期的改進(jìn)與維護(hù)。 主程序流程圖及設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖 41 所示，由于 MQ2 型氣體傳感器在不通電狀態(tài)下存放一段時(shí)間后，再通電時(shí)，器件并不能立即投入正常工作，需要一定的時(shí)間預(yù)熱，所以采用延時(shí)程序?qū)鞲衅黝A(yù)熱。本設(shè)計(jì)對(duì)傳感器預(yù)熱一段時(shí)間，預(yù)熱的同時(shí)，設(shè)定所要檢測(cè)可燃性氣體濃度的上限值。主程序還包括顯示子程序，T0 中斷子程序等，以完善報(bào)警器的功能，給檢測(cè)人員帶來(lái)方便。19 / 44初始化定時(shí)器開(kāi)始初始化 AD 轉(zhuǎn)換器AD 采集數(shù)據(jù)按鍵掃描初始化傳感器數(shù)碼管顯示按鍵處理數(shù)據(jù)處理圖 41 主程序流程圖 T0 中斷子程序 程序初始化后，系統(tǒng)進(jìn)入采樣狀態(tài)。對(duì)采集的氣體次數(shù)每 3 次進(jìn)行一次處理。經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換、濾波、線性化處理、進(jìn)制轉(zhuǎn)化后，由 LED 顯示其濃度值。同時(shí)將濃度值與上限報(bào)警設(shè)定值相比較，以判斷是否需要報(bào)警控制處理。流程圖如圖42 所示。20 / 44開(kāi)始1 秒 ？采樣子程序3 次濾波線性化處理超過(guò)上限值 ?十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制聲音報(bào)警 , 啟動(dòng)排氣裝置采樣計(jì)數(shù) + 1送入顯示中斷返回重裝 T 0 初值計(jì)數(shù)單元 + 1YYYNNN圖 42 T0 中斷子程序流程圖 線性化處理子程序設(shè)計(jì)在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，使用之前必須進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定(校準(zhǔn))，以得到輸出信號(hào)與被測(cè)信號(hào)的關(guān)系輸出曲線，用來(lái)作為使用過(guò)程中的計(jì)量依據(jù)。但是標(biāo)定時(shí)輸出曲線往往不是一條理想的直線，所以要對(duì)標(biāo)定曲線進(jìn)行線性化處理，用一21 / 44條擬合直線近似代替輸出曲線，線性化是智能儀表的典型功能之一。由于電壓值與氣體濃度之間是非線性的關(guān)系，為了實(shí)時(shí)顯示氣體濃度，需要對(duì)其進(jìn)行線性化處理。在誤差許可范圍內(nèi)，根據(jù)標(biāo)定曲線形狀，以及單片機(jī)處理能力，把曲線分成 8 段，對(duì)每小段分別線性化。濃度 0%LEL99%LEL 分成 8 段如下： 0%LEL~10%LEL 10%LEL~20%LEL 20%LEL~28%LEL 28%LEL~36%LEL 36%LEL~45%LEL 45%LEL~61%LEL 61%LEL~78%LEL 78%LEL~99%LEL單片機(jī)經(jīng)過(guò)濾波后，得到 3 個(gè)采樣值的一個(gè)真值，把這個(gè)真值通過(guò)查表比較，確定其所在區(qū)間的上下限電壓值和上下限濃度值，根據(jù)公式(41)，計(jì)算出該電壓值對(duì)應(yīng)的濃度值。分段點(diǎn)的電壓值和濃度值分別存儲(chǔ)在兩個(gè)表格中，線性化處理子程序如圖 43 所示。 (41)Y=+X?下上下 下濾 濾 下上（ ） （ ）（ ）式中Y上區(qū)間上限濃度值Y下區(qū)間下限濃度值Y濾實(shí)際氣體測(cè)試濃度值X上 區(qū)間上限濃度對(duì)應(yīng)電壓值X下區(qū)間下限濃度對(duì)應(yīng)電壓值X濾實(shí)際氣體測(cè)試濃度對(duì)應(yīng)電壓值22 / 44開(kāi)始根據(jù)濾波后的電壓 ,通過(guò)查表比較的方法確定所在的分段區(qū)間濾波后電壓值與該區(qū)間電壓下限相減X 2 = X 濾 X 下區(qū)間上下限濃度值相減 Y 1 = Y 上 Y 下完成 1 6 1 6 位定點(diǎn)乘法求出 Z = X 2 Y 1區(qū)間上下限電壓值相減 X 1 = X 上 X 下完成 3 2 247。 1 6 位定點(diǎn)除法求出 Y 2 = Z / X 1求出 Y 濾 = Y 2 + Y 下將 Y 濾 進(jìn)行十六進(jìn)制到十進(jìn)制轉(zhuǎn)化并送至顯示子程序圖43 線性化處理子程序流程圖 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)線性化處理后的濃度是十六進(jìn)制的，而 LED 顯示的濃度是十進(jìn)制的，所以要進(jìn)行十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序處理，再送入顯示子程序。流程圖如圖44 所示。23 / 44開(kāi)始將 2 4 H 送入 AA 1 0 0C = 0 ? 2 5 H + 1A + 1 0 0NYA 1 0C = 0 ? 2 6 H + 1YA + 1 0NA 送入 2 7 H圖44 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序流程圖 顯示子程序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用的是四位并行接口動(dòng)態(tài)顯示電路 24 / 44開(kāi)始調(diào)入字符偏移量和位選代碼查表送入顯示延時(shí) 2MS指向下一個(gè)偏移量3 位顯示完成？圖45 顯示子程序流程圖 數(shù)據(jù)處理模塊25 / 44Y煙霧超標(biāo)信號(hào)輸入打開(kāi)繼電器、蜂鳴器開(kāi)始定時(shí)器打開(kāi)時(shí)間計(jì)時(shí)報(bào)警時(shí)間已到？N停止報(bào)警46 數(shù)據(jù)處理模塊 電路仿真單片機(jī)煤氣報(bào)警系統(tǒng)仿真圖如圖 47 所示，此為濃度檢測(cè)正常狀態(tài)；單片機(jī)煤氣報(bào)警系統(tǒng)仿真圖如圖 47 所示，此為濃度超限報(bào)警狀態(tài)；單片機(jī)煤氣報(bào)警系統(tǒng)仿真圖如圖 47 所示，此為傳感器顯示當(dāng)前的濃度。26 / 44圖 47 家用可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器仿真圖系統(tǒng)仿真通過(guò)電壓表的電壓輸入表示外部傳感器輸入的電壓，并將其進(jìn)行顯示。單片機(jī)煤氣報(bào)警系統(tǒng)仿真圖 1 所示，仿真圖中用 05V 的電壓表顯示當(dāng)前輸入的電壓，并代替了傳感器。因?yàn)閭鞲衅髟?pruteus 里找不到 MQ2 這個(gè)傳感器，只能使用輸入電壓表示當(dāng)前濃度的變化。27 / 44仿真圖 2單片機(jī)煤氣報(bào)警系統(tǒng)仿真圖 2 所示，此模塊使用 LED 數(shù)碼管進(jìn)行選擇動(dòng)態(tài)顯示 ACD0809 采集的濃度信息。仿真圖 3單片機(jī)煤氣報(bào)警系統(tǒng)仿真圖 3 所示，此模塊用于采集傳感器的濃度。28 / 445 系統(tǒng)調(diào)試 硬件的調(diào)試在單片機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，從硬件設(shè)計(jì)到軟件設(shè)計(jì)都需要做到準(zhǔn)確無(wú)誤?？梢?jiàn)調(diào)試的工作量比較大。調(diào)試部分是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的部分。調(diào)試的成功與否直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可行性。單片機(jī)系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開(kāi)的，許多硬件錯(cuò)誤是在軟件調(diào)試中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。但通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來(lái)調(diào)試以進(jìn)一步排除故障?？梢?jiàn)硬件的調(diào)試是基礎(chǔ)，如果硬件調(diào)試不通過(guò)，軟件設(shè)計(jì)則是無(wú)從做起。當(dāng)硬件設(shè)計(jì)從布線到焊接安裝完成之后，就開(kāi)始進(jìn)入硬件調(diào)試階段，調(diào)試大體可以分為以下幾步。 排除邏輯故障這類(lèi)故障往往由于設(shè)計(jì)和加工制板過(guò)程中工藝性錯(cuò)誤所造成的。主要包括錯(cuò)線、開(kāi)路、短路。排除的方法是首先將加工的印制板認(rèn)真對(duì)照原理圖，看兩者是否一致。應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)檢查，以防止電源短路和極性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查系統(tǒng)總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線）是否存在相互之間短路或與其它信號(hào)線路短路。必要時(shí)利用數(shù)字萬(wàn)用表的短路測(cè)試功能，可以縮短排錯(cuò)時(shí)間。 排除元器件故障造成這類(lèi)錯(cuò)誤的原因有兩個(gè)：一個(gè)是元器件買(mǎi)來(lái)時(shí)就已壞了；另一個(gè)是由于安裝錯(cuò)誤，造成器件燒壞?？梢圆扇z查元器件與設(shè)計(jì)要求的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否一致。在保證安裝無(wú)誤后，用替換方法排除錯(cuò)誤。 排除電源故障29 / 44在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否則很容易造成集成塊損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查 VCC與 GND 之間電位，若在5V～ 之間屬正常。若有高壓，聯(lián)機(jī)仿真器調(diào)試時(shí)，將會(huì)損壞仿真器等，有時(shí)會(huì)使應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊發(fā)熱損壞。 聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試聯(lián)機(jī)仿真必須借助仿真開(kāi)發(fā)裝置、示波器、萬(wàn)用表等工具。這些工具是單片機(jī)開(kāi)發(fā)的最基本工具。信號(hào)線是聯(lián)絡(luò)單片機(jī)和外部器件的紐帶，如果信號(hào)線連結(jié)錯(cuò)誤或時(shí)序不對(duì)，那么都會(huì)造成對(duì)外圍電路讀寫(xiě)錯(cuò)誤。52 系列單片機(jī)的信號(hào)線大體分為讀、寫(xiě)信號(hào)線、片選信號(hào)線、時(shí)鐘信號(hào)線、外部程序存貯器讀選通信號(hào)（PSEN）、地址鎖存信號(hào)（ALE）、復(fù)位信號(hào)等幾大類(lèi)。這些信號(hào)大多屬于脈沖信號(hào)，對(duì)于脈沖信號(hào)借助示波器（這里指通用示波器）用常規(guī)方