【文章內容簡介】 套的要求； （ 6） 與工 業(yè)標準的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容 ； （ 7） 全靜態(tài)工作 0Hz～ 24MHz，其工作頻率可下降到 0Hz。并提供兩種可用軟件選擇的省電方式 —— 空閑方式和掉電方式。在空閑方式中， CPU 停止工作，而 RAM，定時器 /計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。在掉電方式中，片內振蕩器停止工作，由于時鐘被“凍結”，使一切功能都暫停，只保存片內 RAM 中的內容，直到下一次硬件復位為止。 以上是 AT89S51 單片機的主要特點，顯然它在性能方面遠遠強于其它別的單片機，并且它具有較高的性能價格比，這也是本課題選用 AT89S51 的原 因。 下面對 AT89S51 的復位電路、時鐘電路及引腳的功能做相關說明。 （ 1） 復位電路 復位是單片機的初始化操作，使 CPU 及各專用存儲器處于一個確定的初始狀態(tài)，其中把 PC 的內容初始化為 0000H，使單片機從 0000H 單元開始執(zhí)行程序，除了系統(tǒng)的正常開機（上電）復位外，當程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死循環(huán)狀態(tài)時，為擺脫困境，可按復位鍵進行復位，復位電路由片外和片內兩部分電路組成。 AT89S51 的 RST 引腳為復位引腳，只要在 RST 引腳上出現(xiàn) 兩個機器周期 以上的高電平，即可實現(xiàn)復位。復位通常有上電復位和按鍵復 位兩種方法。本設計采用的是按鍵復位，如圖 示，當按下按鍵后，電容被短路， RST 引腳就處于高電平，就可以達到復位的目的。 圖 （ 2） 時鐘電路 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計（說明）論文 第 7頁 共 33頁 7 AT89S51 單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內部振蕩方式和外部振蕩方式。內部振蕩方式所得的時鐘 信 號比較穩(wěn)定 。 在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器 (簡稱晶 振 )或陶瓷諧振器，就構成了內部振蕩方式。由于單片機內部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。內部振蕩方式的外部電路如下圖 所示。圖中，電容器 C1l， C13 起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在 2030pF。晶振頻率的典型值為 6MHz或 12MHz，設計中電容取 20pF，晶振為 12MHz。 圖 時鐘電路 （ 3） 其它引腳功能 ～ (1～ 8 腳 )： P1 口 是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。在 EPROM編程和驗證程序時，它輸入低 8位地址。 本設計中 P1 四個引腳用于對語音系統(tǒng)的控制。 ～ (21～ 28 腳 )： P2 口 是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。在訪問片外存儲器時，它輸出高 8 位地址，即 A8～ A15。 設計中， 和 口 分別 用于控制 報警電路和電磁閥控制電路 。 圖 AT89S51 引腳圖 轉換模塊介紹 我們在做一個單片機系統(tǒng)時，常常會遇到這樣那樣的數(shù)據(jù)采集，在這些被采集的數(shù)據(jù)中，大部分可以通過我們的 I/O 口擴展接口電路直接得到，由于 51 單片機大部分不 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計（說明）論文 第 8頁 共 33頁 8 帶 AD 轉換器，所以模擬量的采集就必須靠 A/D或 V/F 實現(xiàn)。 （ 1） ADC0809 的邏輯結構 ADC0809 是 8 位逐次逼近型 A/D 轉換器。它由一個 8路模擬開關、一個地址鎖存譯碼器、一個 A/D 轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成（見圖 ）。多路開關可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉換完的數(shù)字量，當 OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數(shù)據(jù)。 IN0 ST CLK IN1 EOC IN2 IN3 D0 IN4 D2 IN5 D2 IN6 D3 IN7 D4 D5 A D6 B D7 C VREF(+) VREF() ALE OE 圖 ADC0809內部結構圖 （ 2） ADC0809工作原理 表 通道選擇 C B A 選擇 通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 IN0－ IN7： 8 條模擬量輸入通道 ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線： 4條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當 ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A,B， C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。8路模擬量開關 地址鎖存 與 譯碼器 8 路 A/D 轉 換 器 三態(tài)輸出鎖存器 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計（說明）論文 第 9頁 共 33頁 9 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－ IN7 上的一路模擬量輸入。通道選擇表如 表 所示。 數(shù)字量輸出及控制線： 11 條 ST 為轉換啟動信號。當 ST 上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行 A/D 轉換；在轉換期間， ST 應保持低電平。 EOC 為轉換結束信號。當 EOC 為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行 A/D 轉換。 OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數(shù)據(jù)。 OE＝ 1，輸出轉換 得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 D7－ D0 為數(shù)字量輸出線。 CLK 為時鐘輸入信號線。因 ADC0809 的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ， VREF（＋）， VREF（－）為參考電壓輸入。 (3)ADC0809 的應用 AD0809 的啟動方式為脈沖啟動方式，啟動信號 START 啟動后開始轉換， EOC 信號在START 的下降沿 10us 后才變?yōu)闊o效的低電平。這要求查詢程序待 EOC 無效后再開始查詢，轉換完成后， EOC 輸出高電平，再由 OE 變?yōu)楦唠娖絹磔敵鲛D換數(shù)據(jù)。我們 在設計程序時可以利用 EOC 信號來通知單片機（查詢法或中斷法）讀入已轉換的數(shù)據(jù)，也可以在啟動 AD0809 后經(jīng)適當?shù)难訒r再讀入已轉換的數(shù)據(jù)。 AT89S51 的輸出頻為晶振頻 率 的 1/6（ 2MHZ）， AT89S1 與 SUN7474 連接經(jīng)與 7474 的ST腳提供 AD0809 的工作時鐘。 AD0809 的工作頻 率 范圍為 10KHZ1280KHZ,當頻率范圍為 500KHZ 時，其轉換速度為 128us。 AD0809 的數(shù)據(jù)輸出公式為： Dout=Vin*255/5=Vin*51,其中 Vin 為輸入模擬電壓，Vout 為輸出數(shù) 據(jù)。 圖 IN0～ IN7： 8路模擬量輸入端。 21～ 28： 8位數(shù)字量輸出端。 ADDA、 ADDB、 ADDC：3位地址輸入線，用于選通 8路模擬輸入中的一路 。 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計（說明）論文 第 10頁 共 33頁 10 ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START： A／ D轉換啟動信號，輸入，高電平有效 。 EOC： A／ D轉換結束信號，輸出，當 A／ D轉換 結束時，此端輸出一個高電平（轉換期間一直為低電平） 。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當 A／ D轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于 640KHZ。 REF（ +）、 REF（ ）：基準電壓。 VCC：電源，單一＋ 5V。 GND： 接 地。 ADC0809的工作過程是：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位。下降沿啟動 A／ D轉換，之 后 EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到 A／ D轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘?A／ D轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當 OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù) 據(jù)總線上 。 煤氣 檢測模塊 本次 煤氣 探測設計模塊選用 MQ5 作為檢測原件 ， 用于家庭、環(huán)境的一氧化碳探測裝置。 其環(huán)境條件如表 所示， 靈敏度特性 如 表 ， MQ5 氣體傳感器的特點： （ 1）對一氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性； （ 2） 具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性 。 表 環(huán)境條件 符號 參數(shù)名稱 技術條件 備注 Tao 使用溫度 10℃ 50℃ Tas 儲存溫度 20℃ 70℃ 建議使用范圍 RH 相對濕度 小于 95%RH O2 氧氣濃度 21%(標準條件 ) 氧氣濃度會影響靈敏度特性 最小值大于 2% 表 靈敏度特性 符號 參數(shù)名稱 技術參數(shù) 備注 Rs 敏感體電阻 220k 在 100ppmCO 中 а(300/100ppm) 濃度斜率 小于 Rs (300ppm)/Rs(100ppm) 標準工作條件 溫度： 20℃177。 2℃ 相對濕度： 65%177。 5% Vc:177。 VH（高） :177。 VH（低） :177。 預熱時間 不短于 48 小時 探測范圍： 10ppm1000ppm 一氧化碳 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計（說明）論文 第 11頁 共 33頁 11 氣敏傳感器結構如圖 所示 ,它是由塑料底座、電極引線、氣敏元件、加熱器、雙層不銹鋼網(wǎng)（防爆用）組成，一般情況下，它的引線是 6 個，其中兩個 A 及兩個 B各自相連后成為氣敏元件的引線， H 兩端為加熱器引線，其符號圖 所示 ,H 接加熱電壓 5V， A 或者 B 接回路電壓 5V，它們 之間為氣敏電阻；特性曲線如圖 ，圖中給出了不同氣體不同濃度時 Rs/R0 值的變化規(guī)律。其中 R0 為元件在潔凈空氣中的電阻值， Rs 為元件在不同氣體，不同濃度下的電阻值 。 圖 氣體傳感器結構 圖 傳感器工作原理圖 其具體的原理圖如圖 所示。 當氣體傳感器檢測到煤氣信號后，發(fā)出信號給單片機 引腳為高電平，單片機此時打開報警系統(tǒng)。 圖 氣敏傳感器部分 報警系統(tǒng)設計 當檢測到 煤氣 的值超出了我們設定的范圍之內時，有單片機控制 給出高電平驅動 三極管，使三極管導通，驅動蜂鳴器發(fā)出聲音，實現(xiàn)聲音的報警，如圖 ： 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計（說明）論文 第 12頁 共 33頁 12 圖 聲音 報警系統(tǒng) 電磁閥、風扇及光報警控制電路設計 當檢測到煤氣的值超出了 我們設