【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有 6 個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為 2 個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有 12 個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為 12MHZ，一個(gè)振蕩周期為 1/12us。 要使單片機(jī)能夠工作起來(lái)最基本的電路構(gòu)成為單片機(jī)最小系統(tǒng)。如圖 所示： 安徽新 華學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 12345678RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40U1U1Y112MC2 C3 VCCGNDR1510KC1 10uFVCC1234J1VCCS1P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P34P35P36P23P24P25P26P27P32P33 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 單片機(jī)的時(shí)鐘電路與復(fù)位電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用 STC 系統(tǒng)列單片機(jī)，相比其他系列單片機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)。一般STC 單片機(jī)資源比其他單片機(jī)要多，而且執(zhí)行速度快； STC 系列單片機(jī)使用串口對(duì)單片機(jī)進(jìn)行燒寫(xiě) ,下載程序較為方便； STC89C52 單片機(jī)內(nèi)部集成了看門(mén)狗電路；且具有很強(qiáng)抗干擾能力。 本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路和加電自復(fù)位的復(fù)位電路，如圖 時(shí)鐘電路及復(fù)位電路圖 所示： 12XTAL30pFC130pFC2GND10uFCRST10KR1VCC GNDResX1X2 (a) 時(shí)鐘電路 (b) 復(fù)位電路 圖 時(shí)鐘電路及復(fù)位電路 由于單片機(jī) P0 口內(nèi)部不含上拉電阻，為高阻態(tài)，不能正常地輸出高 /低電平，安徽新 華學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 因而該組 I/O 口在使用時(shí)必須外接上拉電阻 [5]。 煙霧檢測(cè) AD采集電路 煙霧檢測(cè)采用 MQ2 傳感器。經(jīng)過(guò) ADC0832 采集后就可以得到各種煙霧濃度下的電壓值。從而設(shè)定出理想的煙霧強(qiáng)度報(bào)警值。電路如圖 所示： 圖 煙霧濃度采集電路 顯示模塊 顯示采用數(shù)碼管顯示，顯示電路如圖 所示： 安徽新 華學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 E1D2DP3C4G54H62H9F10A111H12B73H8DS1ABCDE FGDP 1H2H3H4HR1 100R6 100R7 100R8 100R9 100R10 100R11 100R12 100ABCDEFGDPP10P11P12P13P14P15P16P17 Q18550Q38550Q48550Q28550VCC1H3H2H4HR2 1KR3 1KR5 1KR4 1KP24P25 P26P27 圖 數(shù)碼管顯示 聲音報(bào)警電路 電路通過(guò)三極管基極串連一個(gè)電阻與單片機(jī) 端口連接從而達(dá)到控制蜂鳴器是否報(bào)警。聲音報(bào)警電路如圖 所示： B1蜂鳴器Q58550VCCGND+R132KP36 圖 聲音報(bào)警電路圖 安徽新 華學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 按鍵控制電路 本電路設(shè)計(jì)了四個(gè)按鍵，一個(gè)設(shè)置鍵、一個(gè)加鍵、一個(gè)減鍵、一個(gè)緊急報(bào)警鍵，當(dāng)遇到緊急情況時(shí)，可按下緊急報(bào)警鍵，蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。如圖 所示： 圖 消音按鍵連接電路圖 電源模塊 采用 3 節(jié) V 干電池共 做電源，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī) 、傳感器的工作電壓穩(wěn)定能夠滿足系統(tǒng)的要求 電源接口電路如圖 所示，其中 P1 為電池接口， SW1 為電源開(kāi)關(guān)， D1為電源指示燈。 圖 電源接口電路 圖 電源接口電路圖 546231SW1sw 灰色12P1GNDR18 1K12D1DVCC 安徽新 華學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 溫度傳感器 (DS18B20)電路 DSl8B20 溫度傳感器是美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)體公司繼 DSl820 之后最新推出的智能改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測(cè)溫度并且可根據(jù)要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 9～ l2 位的數(shù)字直讀方式。溫度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如 所示： 圖 DSl8B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 [9] DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器 [9]。 DS18B20 的管腳排列如圖 所示： 安徽新 華學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 14 圖 DS18B20 的管腳 DS18B20 的引腳說(shuō)明如下： GND：地 DQ：數(shù)據(jù) I/O VDD：電源 NC：空腳 DSl8B20具體參數(shù) 參數(shù)特性 [12]： (1) 多點(diǎn)綜合測(cè) 溫能力使分布式溫度檢測(cè)應(yīng)用得以簡(jiǎn)化 。 (2) 獨(dú)特的單線接口只需 l 個(gè)接口引腳即可通信 。 (3) 需備份電源 。 (4) 不需要外部元件 。 (5) 以 9 位數(shù)字值方式讀出溫度 。 (6) 應(yīng)用范圍包括恒溫控制工業(yè)系統(tǒng)消費(fèi)類產(chǎn)品溫度計(jì)或任何熱敏系統(tǒng) 。 (7) 可用數(shù)據(jù)線供電 。 (8) 告警搜索命令識(shí)別和尋址溫度在編定的極限之外的器件溫度告警情況 。 (9) 在 1 秒 (典型值 )內(nèi)把溫度變換為數(shù)字 。 (10) 測(cè)量范圍從 55℃ 至 +125℃ 增量值為 ℃。 安徽新 華學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 (11) 用戶可定義的非易失性的溫度告警設(shè)置 。 極限參數(shù)： (1) 運(yùn)用溫度 55℃ 至 +125℃。 (2) 任何引腳相對(duì)于地的電壓 至 +。 (3) 焊接溫度 260℃ /l0 秒 。 (4) 貯存溫度 55℃ 至 +125℃。 DSl8B20接口電路 1. DS18B20 控制方法 。 DS18B20 有六條控制命令 ： (1) 讀暫存器 BEH 讀暫存器 9 個(gè)字節(jié)內(nèi)容 。 (2) 溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動(dòng) DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換 。 (3) 復(fù)制暫存器 48H 把暫存器的 TH、 TL 字節(jié)寫(xiě)到 E2RAM 中 。 (4) 讀電源供電方式 B4H 啟動(dòng) DS18B20 發(fā)送電源 供電方式的信號(hào)給主CPU。 (5) 寫(xiě)暫存器 4EH 將數(shù)據(jù)寫(xiě)入暫存器的 TH、 TL 字節(jié) 。 (6) 重新調(diào) E2RAM B8H 把 E2RAM 中的 TH、 TL字節(jié)寫(xiě)到暫存器 TH、 TL字節(jié) 。 2. DS18B20 供電方式 。 DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí) DS18B20的 1 腳接地， 2 腳作為信號(hào)線， 3 腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖 所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)三極管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。本設(shè)計(jì)采用電源供電方式， 口接單線總線為保證在有效的 DS18B20 時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)上拉電阻和 STC89C52 的 來(lái)完成對(duì)總線的上拉。當(dāng) DS18B20 處于寫(xiě)存儲(chǔ)器操作和溫度 A/D 變換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為 10 μs。采用寄生電源供電方式是 VDD 和 GND 端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三狀態(tài)的。主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò) 3個(gè)步驟： (1) 初始化。 安徽新 華學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 16 (2) ROM 操作指令。 (3) 存儲(chǔ)器操作指令。 DSl8B20 接口電路如圖 所示： 圖 溫度傳感器接口電路圖 安徽新 華學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 17 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) STC89C52系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具 本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國(guó) Keil Software 公司出品的 Keil C51，是 51系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)。 Keil C51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows 界面。另外重要的一點(diǎn)， Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn) 高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)及流程圖 本論文中，軟件解決的主要問(wèn)題是檢測(cè)煙霧傳感器的煙霧濃度信號(hào)，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，數(shù)字濾波，線性化處理，數(shù)碼管濃度顯示，按鍵功能設(shè)置，以及報(bào)警器蜂鳴警報(bào) [13]。 主程序流程圖如圖 所示： 圖 主程序流程 首先要給傳感器預(yù)熱，因?yàn)?MQ2 型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器在不通電存放程序初始化 傳感器預(yù)熱處理 開(kāi)始 報(bào)警子程序 安徽新 華學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 一段時(shí)間后，再次通電時(shí)，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時(shí)間預(yù)熱。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。 在整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)工作中，將煙霧信號(hào)變成電信號(hào)，然后送出模擬信號(hào)，再給AD 采集電路采集由單片機(jī)進(jìn)行分析處理，判斷是否超過(guò)預(yù)設(shè)報(bào)警值，系統(tǒng)是否啟動(dòng)報(bào)警。主程序還包括 LED 八段式數(shù)碼管濃度字符顯示功能、手動(dòng)報(bào)警功能、報(bào)警濃度設(shè)定功能，中斷子程序等，使報(bào)警器功能更加完善，給用戶帶來(lái)便利。 安徽新 華學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 19 主程序初始化流程圖 主程序初始化流程圖如圖 4. 2 所示。給傳感器預(yù)熱后，程序開(kāi)始執(zhí)行初始化子程序，這部分實(shí)現(xiàn)的功能包括各種 I/O 口輸入輸出狀態(tài)的設(shè)定、 寄存器初始化、中斷使能等。 圖 主程 序初始化流程圖 報(bào)警子程序設(shè)計(jì)及流程圖 當(dāng)煙霧濃度或溫度超過(guò)報(bào)警設(shè)定值時(shí)，報(bào)警器會(huì)發(fā)出蜂鳴聲，以提示操作人員采取安全對(duì)策，從而保障生產(chǎn)安全，避免火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生。報(bào)警子程序流程圖如 所示： 設(shè)置定時(shí)器 0，選擇方式 1 允許外部中斷 0 關(guān)閉蜂鳴器 結(jié)束 開(kāi)始 熄滅數(shù)碼管 安徽新 華學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 20 圖 報(bào)警子程序流程圖 按鍵輸入設(shè)計(jì)子程序流程圖 按鍵由于彈性作用的影響，在閉合及斷開(kāi)均有抖動(dòng)過(guò)程，從而使電壓也出現(xiàn)抖動(dòng)，所以在識(shí)別按鍵時(shí)要消除抖動(dòng)的影響。按鍵的識(shí)別方法采用掃描法，按鍵處理程序流程圖如圖 所示： N Y 開(kāi)始 信號(hào)采集 讀取氣體濃度值 A/D 轉(zhuǎn)換 是否大于預(yù)設(shè)值 啟動(dòng)報(bào)警蜂鳴器 煙霧濃度及溫度顯示 讀取溫度值 安徽新 華學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 21