【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 套的要求； （ 6） 與工 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)器 /計(jì)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(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi) RAM 中的內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位為止。 以上是 AT89S51 單片機(jī)的主要特點(diǎn)，顯然它在性能方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于其它別的單片機(jī)，并且它具有較高的性能價(jià)格比，這也是本課題選用 AT89S51 的原 因。 下面對(duì) AT89S51 的復(fù)位電路、時(shí)鐘電路及引腳的功能做相關(guān)說(shuō)明。 （ 1） 復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，使 CPU 及各專用存儲(chǔ)器處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，其中把 PC 的內(nèi)容初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開(kāi)始執(zhí)行程序，除了系統(tǒng)的正常開(kāi)機(jī)（上電）復(fù)位外，當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死循環(huán)狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，可按復(fù)位鍵進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位電路由片外和片內(nèi)兩部分電路組成。 AT89S51 的 RST 引腳為復(fù)位引腳，只要在 RST 引腳上出現(xiàn) 兩個(gè)機(jī)器周期 以上的高電平，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。復(fù)位通常有上電復(fù)位和按鍵復(fù) 位兩種方法。本設(shè)計(jì)采用的是按鍵復(fù)位，如圖 示，當(dāng)按下按鍵后，電容被短路， RST 引腳就處于高電平，就可以達(dá)到復(fù)位的目的。 圖 （ 2） 時(shí)鐘電路 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明）論文 第 7頁(yè) 共 33頁(yè) 7 AT89S51 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘 信 號(hào)比較穩(wěn)定 。 在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器 (簡(jiǎn)稱晶 振 )或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。內(nèi)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(shè)計(jì)中電容取 20pF，晶振為 12MHz。 圖 時(shí)鐘電路 （ 3） 其它引腳功能 ～ (1～ 8 腳 )： P1 口 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。在 EPROM編程和驗(yàn)證程序時(shí)，它輸入低 8位地址。 本設(shè)計(jì)中 P1 四個(gè)引腳用于對(duì)語(yǔ)音系統(tǒng)的控制。 ～ (21～ 28 腳 )： P2 口 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高 8 位地址，即 A8～ A15。 設(shè)計(jì)中， 和 口 分別 用于控制 報(bào)警電路和電磁閥控制電路 。 圖 AT89S51 引腳圖 轉(zhuǎn)換模塊介紹 我們?cè)谧鲆粋€(gè)單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)，常常會(huì)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(guò)我們的 I/O 口擴(kuò)展接口電路直接得到，由于 51 單片機(jī)大部分不 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明）論文 第 8頁(yè) 共 33頁(yè) 8 帶 AD 轉(zhuǎn)換器，所以模擬量的采集就必須靠 A/D或 V/F 實(shí)現(xiàn)。 （ 1） ADC0809 的邏輯結(jié)構(gòu) ADC0809 是 8 位逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器。它由一個(gè) 8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成（見(jiàn)圖 ）。多路開(kāi)關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)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(dāng) ALE 線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將 A,B， C 三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。8路模擬量開(kāi)關(guān) 地址鎖存 與 譯碼器 8 路 A/D 轉(zhuǎn) 換 器 三態(tài)輸出鎖存器 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明）論文 第 9頁(yè) 共 33頁(yè) 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(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng) ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST 應(yīng)保持低電平。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng) EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)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(shí)鐘輸入信號(hào)線。因 ADC0809 的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)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(yīng)用 AD0809 的啟動(dòng)方式為脈沖啟動(dòng)方式，啟動(dòng)信號(hào) START 啟動(dòng)后開(kāi)始轉(zhuǎn)換， EOC 信號(hào)在START 的下降沿 10us 后才變?yōu)闊o(wú)效的低電平。這要求查詢程序待 EOC 無(wú)效后再開(kāi)始查詢，轉(zhuǎn)換完成后， EOC 輸出高電平，再由 OE 變?yōu)楦唠娖絹?lái)輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。我們 在設(shè)計(jì)程序時(shí)可以利用 EOC 信號(hào)來(lái)通知單片機(jī)（查詢法或中斷法）讀入已轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，也可以在啟動(dòng) AD0809 后經(jīng)適當(dāng)?shù)难訒r(shí)再讀入已轉(zhuǎn)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(shí)鐘。 AD0809 的工作頻 率 范圍為 10KHZ1280KHZ,當(dāng)頻率范圍為 500KHZ 時(shí)，其轉(zhuǎn)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(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明）論文 第 10頁(yè) 共 33頁(yè) 10 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 START： A／ D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效 。 EOC： A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng) A／ D轉(zhuǎn)換 結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平） 。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng) A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ。 REF（ +）、 REF（ ）：基準(zhǔn)電壓。 VCC：電源，單一＋ 5V。 GND： 接 地。 ADC0809的工作過(guò)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(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?A／ 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 。 煤氣 檢測(cè)模塊 本次 煤氣 探測(cè)設(shè)計(jì)模塊選用 MQ5 作為檢測(cè)原件 ， 用于家庭、環(huán)境的一氧化碳探測(cè)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(diǎn)： （ 1）對(duì)一氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性； （ 2） 具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性 。 表 環(huán)境條件 符號(hào) 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Tao 使用溫度 10℃ 50℃ Tas 儲(chǔ)存溫度 20℃ 70℃ 建議使用范圍 RH 相對(duì)濕度 小于 95%RH O2 氧氣濃度 21%(標(biāo)準(zhǔn)條件 ) 氧氣濃度會(huì)影響靈敏度特性 最小值大于 2% 表 靈敏度特性 符號(hào) 參數(shù)名稱 技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)工作條件 溫度： 20℃177。 2℃ 相對(duì)濕度： 65%177。 5% Vc:177。 VH（高） :177。 VH（低） :177。 預(yù)熱時(shí)間 不短于 48 小時(shí) 探測(cè)范圍： 10ppm1000ppm 一氧化碳 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明）論文 第 11頁(yè) 共 33頁(yè) 11 氣敏傳感器結(jié)構(gòu)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(gè)，其中兩個(gè) A 及兩個(gè) 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(hào)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(shí) 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(jié)構(gòu) 圖 傳感器工作原理圖 其具體的原理圖如圖 所示。 當(dāng)氣體傳感器檢測(cè)到煤氣信號(hào)后，發(fā)出信號(hào)給單片機(jī) 引腳為高電平，單片機(jī)此時(shí)打開(kāi)報(bào)警系統(tǒng)。 圖 氣敏傳感器部分 報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 當(dāng)檢測(cè)到 煤氣 的值超出了我們?cè)O(shè)定的范圍之內(nèi)時(shí)，有單片機(jī)控制 給出高電平驅(qū)動(dòng) 三極管，使三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音，實(shí)現(xiàn)聲音的報(bào)警，如圖 ： 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明）論文 第 12頁(yè) 共 33頁(yè) 12 圖 聲音 報(bào)警系統(tǒng) 電磁閥、風(fēng)扇及光報(bào)警控制電路設(shè)計(jì) 當(dāng)檢測(cè)到煤氣的值超出了 我們?cè)O(shè)