【導(dǎo)讀】本人承諾所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）及取得的成果是在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成，引用他人成果的部分均已列出參考文獻(xiàn)。如論文涉及任何知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛，本人將承擔(dān)一切責(zé)任。隨著社會(huì)的進(jìn)步和人們生活水平的提高，煤氣或天然氣已經(jīng)成為多數(shù)家庭的燃料，由于煤氣泄露和使用天然氣不當(dāng)而引起的火災(zāi)給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來了極大的隱患。防止煤氣中毒與爆炸已成為人們的迫切需要，為此，我們設(shè)計(jì)了一種一氧化碳報(bào)警器。鑒于單片機(jī)AT89S52具有高集成度等優(yōu)點(diǎn)，我們設(shè)計(jì)了一種基于AT89S52的一氧化碳報(bào)警器。該報(bào)警器對一氧化碳進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，當(dāng)一氧化碳的濃度超過允許值時(shí)進(jìn)行報(bào)警。該傳感器將置于測試環(huán)境中待測氣體的濃度轉(zhuǎn)換為模擬電壓，再由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后送入單片機(jī)AT89S52中進(jìn)行處理。本設(shè)計(jì)正是實(shí)現(xiàn)ADC0809與AT89S52單片機(jī)的有機(jī)結(jié)合。此外還結(jié)合存儲(chǔ)器AT24C02、液晶顯示器LCD1602分別對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示。

　　

【正文】 8155是由Intel公司研制的通用I/O接口芯片，52單片機(jī)和8155相連不僅可以為外設(shè)提供兩個(gè)8位的I/O端口（A口和B口）和一個(gè)6位I/O端口（C口），也可以為52單片機(jī)提供一個(gè)256B的RAM和一個(gè)14位的定時(shí)計(jì)數(shù)器。 8155的結(jié)構(gòu)及引腳8155的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳分布分別如下圖217和圖218所示：TIMER INTIMER OUTPA0～PA7PB0～PB7PC0～PC7VSSVCCIO/MAD0～AD7CEALERDWRRESET14位計(jì)數(shù)器256KA口SRAMB口C口圖217 8155的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8155有要由三個(gè)并端口A、B、C，一個(gè)14位定時(shí)計(jì)數(shù)器、256B SRAM組成，各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)以及功能說明如下。l 定時(shí)器定時(shí)器由2個(gè)8位寄存器構(gòu)成，其中低14位組成計(jì)數(shù)器，最高的兩個(gè)位定義計(jì)數(shù)器的輸出形式。最高位組合的模式意義如下：M2M1=00，輸出單個(gè)方波；M2M1=01，輸出連續(xù)方波；M2M1=10，輸出單個(gè)脈沖；M2M1=11，輸出連續(xù)脈沖。l 端口A、B、C8155芯片有2個(gè)8位和1個(gè)6位的可編程并行I/O端口。端口A和B都是8位，端口C為6位口，都可以作為輸入或輸出。A口和B口作為選通輸入或輸出口時(shí)，C口與A、B配合，作為它們的控制信號或狀態(tài)信號。A口和B口有兩種工作方式：基本I/O和選通I/O；C口只有基本I/O工作方式。當(dāng)A口或B口以選通工作方式傳送數(shù)據(jù)時(shí)，C口作聯(lián)絡(luò)信號。l 8155共有256個(gè)RAM單元，52單片機(jī)擴(kuò)展8155芯片時(shí)，可以將該256B RAM作為片外數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)單元，使用MOVX指令或XBYTE即可。PC2PC1PC0PB7PB6PB5PB4PB3PB112345678910111214151617181920134039383736353433323130292726252423222128PC3PC4TIMER INRESETPC5TIMER OUTIO/MCERDWRALECEAD1AD2AD4AD6VSSAD5AD7AD3VCCPB2PA7PA6PA5PA4PA3PA2PA1PA08155PB0圖218 8155的引腳分布8155的引腳功能介紹如下。l AD0～AD7：地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線。與單片機(jī)的低8位地址/數(shù)據(jù)總線（P0口）相連。單片機(jī)與8155之間的地址、數(shù)據(jù)、命令與狀態(tài)信息都是通過這個(gè)總線口傳送的。l CE片先信號：低電平有效，由它啟動(dòng)單片機(jī)和8155的通信。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，8155是按外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址的，為16位地址，其高8位由片選線CS提供，當(dāng)CE＝0，選中該片。 當(dāng) CE＝0，IO/M ＝0時(shí)，選中8155片內(nèi)RAM，這時(shí)8155只能作片外RAM使用，其RAM的低8位編址為00H～FFH；當(dāng) CE＝0，IO/M ＝1時(shí)，選中8155的I/O口，其端口地址的低8位由AD7～AD0確定，其中AD7～AD3任選，AD3～AD0如下表61所示。這時(shí)，A、B、C口的口地址低8位分別為01H、02H、03H（設(shè)地址無關(guān)位為0）。l IO/M：IO端口和8155片內(nèi)的SRAM選擇線，當(dāng)IO/M=1時(shí)，對8155的IO口和計(jì)數(shù)器進(jìn)行讀/寫，AD0～AD7和的地址為其端口地址；當(dāng)IO/M=0時(shí)，對8155的RAM進(jìn)行讀/寫，AD0～AD7和的地址為RAM的單元地址，地址范圍為00H～FFH。8155片內(nèi)的計(jì)數(shù)器低8位、計(jì)數(shù)器高8位等6個(gè)可編址單元，且低3位地址對端口進(jìn)行編址，6個(gè)端口的地址為00H～05H，具體對應(yīng)如下表210所示：表210 8155端口的編址A2A1A0端口001命令狀態(tài)寄存器001端口A010端口B011端口C100計(jì)數(shù)器低8位101計(jì)數(shù)器高6位l RST復(fù)位信號：高電平有效。復(fù)位后，它清除命令狀態(tài)寄存器和置A、B、C三個(gè)I/O口均為輸入方式。 l RD讀選通信號：控制對8155的讀操作，低電平有效。 l WR寫選通信號：控制對8155的寫操作，低電平有效。 l ALE：地址鎖存信號。8155內(nèi)部設(shè)有地址鎖存器，在ALE的下降沿將單片機(jī)P0口輸出的低8位地址信息及CE、IO/M的狀態(tài)都鎖存到8155內(nèi)部鎖存器。因此，P0口輸出的低8位地址信號不需外接鎖存器。 l PA0～PA7：8位通用I/O口，其輸入、輸出的流向可由程序控制。 l PB0～PB7：8位通用I/O口，功能同A口。 l PC0～PC5：有兩個(gè)作用，既可作為通用的I/O口，也可作為A口和B口在選通工作方式時(shí)的狀態(tài)控制信號線，這些可通過程序控制。當(dāng)C口作為狀態(tài)控制信號時(shí)，其每位線的作用如下： PC0：INTRA（A口中斷請求線） PC1：BFA（A口緩沖器滿信號） PC2：A口選通信號 PC3：INTRB（B口中斷請求線） PC4：BFB（B口緩沖器滿信號） PC5：B口選通信號l TIMER IN：定時(shí)/計(jì)數(shù)器脈沖輸入端。 l TIMER OUT：定時(shí)/計(jì)數(shù)器輸出端。 l VCC：＋5V電源。 8155的使用 52單片機(jī)外部擴(kuò)展使用8155并口芯片時(shí)，8155的I/O工作方式選擇以及工作狀態(tài)查詢是通過對8155內(nèi)部命令狀態(tài)寄存器設(shè)定控制字實(shí)現(xiàn)的。8155的命令狀態(tài)寄存器實(shí)際上為兩個(gè)寄存器，分別存放命令字和狀態(tài)字。命令控制字用于設(shè)定8155的工作方式，命令寄存器只能寫入，不能讀出；狀態(tài)寄存器用于鎖存輸入/輸出口和定時(shí)/計(jì)數(shù)器的當(dāng)前狀態(tài)，供CPU查詢用。狀態(tài)寄存器的端口地址與命令寄存器相同，低8位也是00H，狀態(tài)寄存器的內(nèi)容只能讀出，不能寫入。所以可以認(rèn)為8155的I/O口地址00H是命令/狀態(tài)寄存器的地址，對其寫入時(shí)作為命令寄存器；而對其讀出時(shí)，則作為狀態(tài)寄存器。l 8155命令字命令字寫入命令寄存器，用于定義并行I/O端口及定時(shí)器的工作方式。其格式如下圖219所示。D7D5D4D3D2D1D6D0A口方式B口方式0——輸入1——輸出C口功能A口B口工作方式00——C口入，A口、B口基本I/O01——A口選通I/O，PC0～PC2為聯(lián)絡(luò)信號； B口基本I/O，PC3～PC5輸出10—— A口、B口基本I/O11——C口輸出、 A口、B口基本I/O定時(shí)器方式00——無操作01——停止計(jì)數(shù)10——減1計(jì)數(shù)，到0后停止計(jì)數(shù)11——啟動(dòng)計(jì)數(shù)器：設(shè)置計(jì)數(shù)器初值后立即啟動(dòng)，如果需重新設(shè)置計(jì)數(shù)初值則等減1計(jì)數(shù)到0后，才按新的計(jì)數(shù)初值計(jì)數(shù)A口中斷B口中斷0——禁止中斷1——允許中斷圖219 8155端口及定時(shí)器的工作方式設(shè)置（8155命令寄存器格式設(shè)置）如果選擇8155芯片工作于基本的輸入輸出端口方式，A、B口為輸出，C口為輸入，禁止A口、B口中斷，定時(shí)器無操作，則命令控制字為00000011B。l 8155狀態(tài)字D5D4D3D2D1D6D0BFA1—A口緩沖器滿；0—空BFB1—B口緩沖器滿；0—空INTEA1—允許A口中斷；0—禁止INTRB1—B口有中斷請求；0—無INTEB1—允許B口中斷；0—禁止INTER1—定時(shí)/計(jì)數(shù)器溢出，產(chǎn)生中斷INTRA1—A口有中斷請求；0—無D7狀態(tài)字從狀態(tài)寄存器讀出，用于寄存端口A、端口B和定時(shí)器的工作狀態(tài)，狀態(tài)寄存器格式如下圖220所示。圖220 8155端口及定時(shí)器的工作狀態(tài)寄存器通過對8155命令狀態(tài)寄存器的讀寫，可以設(shè)置8155的內(nèi)部資源按照指定的工作方式正常工作，需要說明的是：8155的復(fù)位時(shí)間比較長，待其復(fù)位穩(wěn)定后方可對其命令寄存器進(jìn)行設(shè)定，以使8155正常工作。體現(xiàn)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中就是52單片機(jī)復(fù)位后適當(dāng)延時(shí)以等待8155的正常復(fù)位。31第三章 硬件連接原理圖第二章主要是一些器件及其使用的介紹。本章將把它們連接起來，給出它們的硬件連接原理圖。 8155接口電路8155接口電路如下圖31所示。圖31 8155接口電路 ADC0809接口電路AT89S52與ADC0809接口時(shí)必須弄清楚并處理好三個(gè)問題：（1）要給START線送一個(gè)100ns寬的啟動(dòng)正脈沖。（2）獲取EOC線上的狀態(tài)信息，因?yàn)樗茿/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束標(biāo)志。（3）要給“三態(tài)輸出鎖存器”分配一個(gè)端口地址，也就是給OE線上送一個(gè)地址譯碼器輸出信號。、ADDB、ADDC相連接，控制選擇ADC0809的采集通道IN0～I(xiàn)N7。單片機(jī)的P0口作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口通過8155與ADC0809相連。ADC0809 CLK 上的時(shí)鐘頻率為500KHZ。為得到此頻率，因?yàn)锳T89S52采用12MHZ的時(shí)鐘頻率，然后經(jīng)過2個(gè)74LS74芯片4分頻得到500KHZ，此時(shí)的轉(zhuǎn)換速度128us。在程序運(yùn)行時(shí)，判斷0809是否轉(zhuǎn)換結(jié)束，若EOC輸出一個(gè)正脈沖，則申請中斷，將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送給單片機(jī)。ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，所以可以和單片機(jī)直接相連，當(dāng)然，也可以和擴(kuò)展口如8155相連，電路圖如下圖32所示。 圖32 ADC0809接口電路 主控模塊與復(fù)位電路及晶振接口電路本系統(tǒng)采用晶振時(shí)鐘電路。外部晶振以及電容 C1和C2成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格要求，但電容的大小多少會(huì)影響震蕩器頻率的高低，外接晶振時(shí),C1和C2通常選擇30Pf，晶振采用12MHZ。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只要給 RESET 引腳加上 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平信號，就可使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位的主要功能是把 PC初始化為0000H ，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤是系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，為擺脫死鎖狀態(tài)，也需要復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。復(fù)位電路必須確保上電時(shí)能夠自動(dòng)復(fù)位，在必要時(shí)還可以手動(dòng)復(fù)位。上電自動(dòng)復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號，為了可靠起見，電源穩(wěn)定后，還要經(jīng)過一定的延時(shí)才能撤銷復(fù)位信號以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。為了實(shí)現(xiàn)這種功能，本設(shè)計(jì)采用了一種RC定時(shí)電路，其時(shí)間常數(shù)τ=RC。系統(tǒng)上電時(shí)，兩端的電壓為零，單片機(jī)的復(fù)位端的電平為高電平，單片機(jī)復(fù)位，經(jīng)過45個(gè) t后，C兩端的電壓約等于電源電壓，單片機(jī)的復(fù)位端的電平為低電平，單片機(jī)退出復(fù)位狀態(tài)。手動(dòng)復(fù)位電路采用的是按鍵復(fù)位電路。在按鍵按下時(shí)，單片機(jī)的復(fù)位端的電平為高電平，單片機(jī)復(fù)位，在按鍵松開時(shí)，單片機(jī)的復(fù)位端的電平為低電平，單片機(jī)退出復(fù)位狀態(tài)。 AT89S52與復(fù)位電路及晶振的接口電路圖如下圖33所示。VCC圖33 AT89S52與復(fù)位電路及晶振接口電路圖 存儲(chǔ)器采用AT24C02，它和單片機(jī)的接口電路如下圖34所示。圖34 存儲(chǔ)器AT24C02接口電路 一氧化碳傳感器與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器接口電路傳感器MQ—7的輸出是模擬量，要通過ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再送由單片機(jī)進(jìn)行處理。傳感器與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的接口電路如下圖35所示。圖35 傳感器MQ—7與ADC0809接口電路 報(bào)警模塊接口電路本設(shè)計(jì)采用峰鳴器報(bào)警電路。通過編程讓傳感器的數(shù)據(jù)和給定值進(jìn)行比較。如果大于給定值則蜂鳴器報(bào)警。接口電路如下圖36所示。圖36 報(bào)警模塊接口電路 鍵盤接口電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除了完成基本的功能外，另一個(gè)最重要的任務(wù)是設(shè)計(jì)優(yōu)秀的人機(jī)交互接口。人機(jī)交互接口用來實(shí)現(xiàn)控制命令及數(shù)據(jù)的輸入，并且將系統(tǒng)運(yùn)行信息顯示反映給操作者。鍵盤以按鍵的形式來設(shè)置控制功能或數(shù)據(jù)，是人機(jī)交互最基本的途徑。鍵盤模塊設(shè)計(jì)的好壞，直接關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，有兩種常用的鍵盤結(jié)構(gòu)，獨(dú)立式按鍵和矩陣式按鍵。其中，獨(dú)立式按鍵比較簡單，適合于較少開關(guān)量的輸入場合，而矩陣式鍵盤則適合于輸入命令或者數(shù)據(jù)較多、功能復(fù)雜的系統(tǒng)。采用矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)可以最大限度地使用單片機(jī)的引腳資源，因此應(yīng)用十分廣泛。本次設(shè)計(jì)采用矩陣式按鍵。如下圖37所示，在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，P1口就可以構(gòu)成44=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍。其工作原理為：將矩陣式鍵盤的行線通過上拉電阻接正電源。此時(shí)，如果沒有按鍵按下，則對應(yīng)的行線為高電平；如果有按鍵按下，對應(yīng)交叉點(diǎn)的行線和列線短路，行線的輸出依賴于與此行連接的列的電平狀態(tài)。這樣，通過讀入行列線的狀態(tài)就可以得知是否有鍵按下了。圖37 鍵盤接口電路圖鍵盤模塊的鍵值安排如下圖38所示。1測試鎖定設(shè)置刪除確認(rèn)23456789.0