【文章內(nèi)容簡介】 入了鎖存器，該信號可以用作中斷申請。轉(zhuǎn)換結(jié)束 ,OE輸 入高電平， EOC可作為中斷請求信號 , 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，可通過執(zhí)行 IN指令，設(shè)法在輸出允許 OE腳上形成一個正脈沖信號，使得輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量就會輸出到數(shù)據(jù)總線上 [3]。 的選擇 本設(shè)計應(yīng)該選擇比較熟悉的 LCD1062。液晶顯示器（ LCD） ,采用 LCD1602 可以顯示文字，也可以顯示數(shù)據(jù)。在課程設(shè)計中經(jīng)常用到它，因此，大家 對液晶顯示器并不陌生。在 基于 單片機(jī) 礦井瓦斯檢測 系統(tǒng) 中采 用液晶顯示器作為 顯示 器件 具有質(zhì)量高 、 重量輕 、 數(shù)字式接口 、 體積小、功耗低 等優(yōu)點，因此， LCD 逐漸的成為各種便攜式電子 產(chǎn)品的理想顯示器件， 如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到， 其不僅廉價，而且 顯示的 內(nèi)容豐富美觀，很好的取代了LED數(shù)碼管。 1602 型 LCD 外形圖如下圖所示： 圖 22 1602LCD 外形圖 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對顯示區(qū)域進(jìn)行控制，只要輸入所需的控制電壓，就可以顯示出字符來。 LCD 能夠顯示字符的關(guān)鍵在于其控制器，目前大部分點陣式 LCD 都使用日立公司的 HD44780 集成電路作為控制器。HD44780 是集驅(qū)動器與控制器于一體，專用于字符顯示的的液晶顯 示控制驅(qū)動集成電路， 這 便 是 LCD顯示的基本原理。 本設(shè)計所采用的液晶顯示器為 1602LCD，其具有 16 腳（帶背光）接口，各引D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3L C D 1L M 0 4 1 L. . 腳接口 的 說明如表 21所示 : 表 21 1602LCD 各引腳接口的說明 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VO 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 A 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 K 背光源負(fù)極 第 1 腳： VSS 為電源 地 。 第 2 腳： VDD 接正電源 ，為 5V。 第 3 腳： VO 是 液晶顯示器對比度調(diào)整 的 端 口， 使用時可以通過一個 10K 的 滑動變阻器來 調(diào)整對比度。 第 4 腳： RS 為寄存器 的 選擇 端口 ， 當(dāng)為 高電平時 就 選擇數(shù)據(jù)寄存器、 當(dāng)為 低電平時 就 選擇指令寄存器。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號 端 ， 當(dāng)為 高電平時進(jìn)行讀操作， 當(dāng)為 低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS和 R/W 同 時 為低電平 的 時 候就 可寫入指令或顯示地址，當(dāng) R/W 為高電平 RS 為低電平 的 時 候就 可讀忙信號，當(dāng) R/W 為低電平 RS 為 高電平 的 時 候就 可寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端 口是 使能端，當(dāng) E端 口從 高電平跳變 為 低電平 的 時 候 ，液晶 顯示模塊 就會 執(zhí)行命令。 第 7～ 14腳： D0～ D7 是 8位 的 雙向數(shù)據(jù)線。 第 15 腳：背光源正極。 第 16 腳：背光源負(fù)極 [4]。 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器 總 共有 11 條控制指令，如表 22 所示： 表 22 1602LCD 的指令說明 序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置 輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生存貯器 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 . . 地址 8 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址 9 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計數(shù)器地址 10 寫數(shù)到 CGRAM 或DDRAM） 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從 CGRAM 或 DDRAM讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 1602 液晶模塊是通過指令編程來實現(xiàn)讀寫操作、屏幕 以及 光標(biāo)的操作。（說明：1為高電平、 0 為低電平） 指令 1：清顯示，指令碼 是 01H,光標(biāo)復(fù)位到 的 地址 為 00H 位置。 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到 的 地址 為 00H。 指令 3：光標(biāo) 與 顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo) 的 移動方向 是 高電平 時 右移，低電平時 左移 。 S:屏幕上 的 所有 字符 是否 向 左或右移 動，其中 高電平 為 有效，低電平則無效。 指令 4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開 和 關(guān)， 當(dāng) 高電平 時為 開顯示，低電平 時為 關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開 和 關(guān)， 當(dāng) 高電平 時 有光標(biāo)，低電平 時 無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍， 當(dāng) 高電平 時 閃爍，低電平 時則 不閃爍。 指令 5：光標(biāo)或 者 顯示移位 S/C： 當(dāng) 高電平 的 時 候 移動顯示的 字符 ，低電平 的時 候 移動光標(biāo)。 指令 6：功能設(shè)置命令 DL： 當(dāng) 高電平 的 時 候 為 4 位總線，低電平 的 時 候 為 8位總線 N： 當(dāng) 低電平 的 時 候 為單行顯示，高電平 的 時 候為 雙行顯示 F: 當(dāng) 低電平的 時 候 顯示 的是 5x7 的點陣字符，高電平 的 時 候 顯示 的是 5x10 的點陣字符。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置。 指令 9：讀忙信號 與 光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位， 當(dāng) 高電平 的時候 表示忙， 這時模塊不 可以 接收命令或數(shù)據(jù)， 當(dāng) 低電平 的時候則 表示不忙。 指令 10：寫數(shù)據(jù)。 指令 11：讀數(shù)據(jù) [5]。 的選擇 瓦斯?jié)舛葯z測儀的分類有 紅外線式、 光干涉式、 聲速差式、氣敏半導(dǎo)體式、熱導(dǎo)式、熱催化式。 (1)紅外線式 . . 紅外線式是利用瓦斯的氣體分子能吸收一定波長的紅外線來檢測瓦斯?jié)舛鹊摹Ｋ膬?yōu)點是精度高、選擇性好、不受其它氣體的影響，不但測量范圍大而且還可以連續(xù)檢測；缺點是儀器的制造和保養(yǎng)困難，體積大，成本高，功率大，因此廣泛使用會受到一定的限制。 (2)光干涉式 光干涉式是利用光 波對空氣和瓦斯氣體的折射率不同所產(chǎn)生的光程差，引起干涉條紋移動來實現(xiàn)對不同瓦斯?jié)舛鹊臋z測。它的優(yōu)點是精度高，不但耐用而且還容易校正；缺點是不能直觀的顯示瓦斯?jié)舛戎担菀资軞鈮汉蜏囟鹊挠绊?，制造和維修成本較高、實現(xiàn)自動檢測比較困難。 (3)聲速差式 在溫度為 22℃、氣壓為 101325Pa條件下，聲波在瓦斯中的傳播速度為 432m/s，而在清潔空氣中為 3m/s。通過這一特點來比較這兩種速度就可檢測出高濃度瓦斯。它的優(yōu)點是讀數(shù)不但不受氣壓影響，而且還對背景氣體、粉塵及氣溫變化很敏感；缺點是很難測出低濃度的瓦斯氣體， 一般只用來檢測礦井抽放瓦斯管道中的瓦斯?jié)舛取? (4)氣敏半導(dǎo)體式 氣敏半導(dǎo)體的種類較多，例如氧化鋅、氧化錫等燒結(jié)型金屬氧化物。其原理是利用氣敏半導(dǎo)體被加熱到 200℃時，它表面能夠吸附瓦斯氣體而改變其電阻值來檢測瓦斯?jié)舛鹊?。其?yōu)點是對微量瓦斯比較敏感，結(jié)構(gòu)簡單、成本低。但當(dāng)濃度較高時，反應(yīng)就會變慢，選擇性和線性也差，因此它幾乎不用于礦井瓦斯?jié)舛鹊臋z測。 (5)熱導(dǎo)式 熱導(dǎo)式是利用瓦斯與空氣熱導(dǎo)率之差來實現(xiàn)瓦斯?jié)舛鹊臋z測。它的優(yōu)點是熱導(dǎo)元件和儀器設(shè)計制作比較簡單，成本低、量程大，可連續(xù)檢測，讀數(shù)穩(wěn)定，器件壽命 長；缺點是瓦斯?jié)舛容^低時輸出信號小，受氣溫影響比較大。 (6)熱催化式 熱催化式是利用瓦斯在催化元件上的氧化生熱引起其電阻的變化來檢測瓦斯?jié)舛鹊?。它的?yōu)點是元件和儀器的生產(chǎn)成本低，輸出信號大，儀器的結(jié)構(gòu)簡單，受溫度變化的影響小，容易實現(xiàn)自動檢測；缺點是元件的壽命較短。目前國內(nèi)外. . 檢測瓦斯的儀器廣泛采用這一原理 [6]。 因此要進(jìn)行 — 項相對具體的測量工作時，必須要考慮采用哪一種原理的傳感器，采用的時候需要考慮到多方面的因素，之后才能確定。由于測量同一物理量時，也可選用多種原理的傳感器。在選用合適的傳感器時，要考慮 被測量的特點以及所選傳感器的使用條件，例如傳感器量程的大小；傳感器的體積要適用被測位置；是采用接觸式還是非接觸式測量方式等。對于上述問題的分析之后，本設(shè)計決定采用 MQ4傳感器。 本論文的整個設(shè)計的系統(tǒng)可分為 復(fù)位電路、時鐘電路、 AD 轉(zhuǎn)換 電路、顯示電路、報警電路、 單片機(jī) 這 六 個部分。為了更好地說明本設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)，特別地用一個構(gòu)件圖來說明。如 下 圖所示。 圖 23 總體 構(gòu)件圖 本章小結(jié) 本章對本設(shè)計所需要的硬件做了明確地選擇， 通過比較同一類型中的各個器件，選擇出了它們當(dāng)中最適合本設(shè)計要求使用的器件，在對各個器件作選擇的同時，對各個器件的原理、結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢等都有了一個新的了解和認(rèn)識，為本設(shè)計進(jìn)一步的研究作了很好的基礎(chǔ)。 AT89S52 報警電路 復(fù)位電路 時鐘電路 AD轉(zhuǎn)換電路 顯示電路 . . . . 3 硬件電路設(shè)計 AT89S52 單片機(jī)簡介 隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)因具有集成度高、體積小、速度快、價格低等特點而在許多領(lǐng)域應(yīng)用，以致在這些領(lǐng)域中的技術(shù)水平和自動化程度大幅度提高。在眾多的單片機(jī)生產(chǎn)商中，較為著名 INTEL公司所生產(chǎn) MCS51系列單片機(jī)有著廣泛的應(yīng)用。通過考量控制系統(tǒng)的目標(biāo)、可靠性、性價比、功能、精度以及速度來選擇單片機(jī)的型號，根據(jù)本設(shè)計的情況，單片機(jī)的型號選擇可從兩方面考慮：一是要具有較高的性價比；二是要具有較強(qiáng)的抗干擾能力。本設(shè)計采用 ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89S52單片機(jī)作為監(jiān)測系統(tǒng)的核心器件，它是 AT89S系列單片機(jī)的一種，具有 AT89C52系列單片機(jī)的全部功能。 此外，與 AT89C52相比， AT89S52新增加了許多功能，這將使單片機(jī)在工作過程中具備了更高的穩(wěn)定性和更強(qiáng)的電磁抗干擾能力。首先，看門狗電路增加到了 AT89S52的內(nèi)部，這使得用戶應(yīng)用系統(tǒng)更加堅固，同時也提高了系統(tǒng)的可靠性：其次，擁有特殊雙數(shù)據(jù)指針的 AT89S52使其數(shù)據(jù)操作更加的快捷與方便；再次， AT89S52運(yùn)行速度變得更高，最高晶振可達(dá)到 33MHZ；最后， AT89S52支持 ISP(In— System Programming)在線下載的功能。 AT89S52中 ISP共有 4個引腳： RST、 MOSI、 MISO和 SCK。使用者能直接替換應(yīng)用系統(tǒng)中的 AT89C51/52，但是軟件和硬件則均不需要作任何的修改。 AT89S52之所以能夠避免由于外部芯片擴(kuò)展過多或者傳 感器輸入信號過多而引起的信號失真、電磁干擾等現(xiàn)象的發(fā)生，是因為該單片機(jī)增加了高可靠性、安全性等功能，因此它在檢測甲烷氣體時能夠滿足監(jiān)控、信息傳送等要求。同時，從經(jīng)濟(jì)適用性的角度來看， AT89S52不僅硬件結(jié)構(gòu)相對簡單，而且價格又低、功能也強(qiáng)、性價比較高。 AT89S52單片機(jī)外形圖如圖 31所示，其特點如下： （ 1)兼容 MCS一 5l單片機(jī)； （ 2)8字節(jié) FLASH存貯器支持在系統(tǒng)編程 ISPl000次擦寫周期； （ 3)256字節(jié)片內(nèi)部 RAM； （ 4)工作的電壓為 ～ ； （ 5)全靜態(tài)時鐘是 0Hz～ 33MHz； （ 6)二級程序加密； （ 7)32個可編程 I/O端口口； （ 8)3個 16位定時 /計數(shù)器； . . （ 9)6個中斷源； （ 10)上電復(fù)位標(biāo)志； （ 11)完全的雙工 UART串行口； （ 12)低功耗支持 Idle和 Powerdown模式； （ 13)Power down模式支持中斷喚醒； （ 14)看門狗定時器； （ 15)雙數(shù)據(jù)指針 [7]； 圖 31 AT89S52外形圖 時鐘電路設(shè)計 時鐘 電路在各種指令的微操作在時間 上有嚴(yán)格的次序，這種微操作的時間次序稱作時序， AT89S52 的時鐘產(chǎn)生方式有兩種，一種是內(nèi)部時鐘方式，一種是外部時鐘方式。 本系統(tǒng)中采用了內(nèi)部時鐘方式，為了盡量降低功耗的原則。 單片機(jī)必須需要時鐘的驅(qū)動才能正常工作。單片機(jī)內(nèi)部有時鐘振蕩電路，因此只需外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定周期的時鐘信號從而到達(dá)單片機(jī)內(nèi)部的各個單元，決定單片機(jī)的工作頻率。 時鐘電路由石英 晶振 體 、 C3， C4 電容 和 片內(nèi)與非門 組成了 三點式振蕩器 。這