【正文】 22 圖？？ 七、電源模塊設(shè)計(jì) 隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。 對(duì)于 54/74LS161，在 CLOCk 出現(xiàn)前，即使 ENP、 ENT、 CLEAR 發(fā)生變化，電路的功能也不受影響 。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（ RCO）輸出一個(gè)高電平脈沖，其寬度為 QA 的高電平部分。對(duì) 54/74161，只有當(dāng) CLOCk 為高電平時(shí)， ENP、 ENT 才允許由高至低電平的跳變， 54/74LS161 的 ENP、 ENT 跳變與 CLOCK 無關(guān)。 計(jì)數(shù)是同步的，靠 CLOCK 同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)置入控制器 LOAD 為低電平時(shí)，在 CLOCK 上升沿作用下，輸出端 21 QA－ QD 與數(shù)據(jù)輸入端 A－ D 相一 致。當(dāng)清除端 CLEAR 為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端 CLOCK 狀態(tài)如何，即可完成清除功能。電路原理圖如圖？？ 圖？？ 六、四分頻電路設(shè)計(jì) 74LS161簡(jiǎn)介 74LS161為 4位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器。當(dāng)外界環(huán)境的溫度達(dá)到 報(bào)警的下限時(shí)， LED 指示燈開始發(fā)光，同時(shí)蜂鳴器開始發(fā)聲報(bào)警。當(dāng)煙霧逐漸減少，傳感器 MQ－ 2 導(dǎo)電率升高，加在電極間兩端 H— H 的電壓升高，輸出電壓變小 。 圖？？ MQ2 結(jié)構(gòu)圖 電路如圖所示，電路采用交流供電， 220V 交流市電從插頭引入電路，經(jīng) 20 電源變壓器降壓后變?yōu)橹绷鳎?流電壓直接供傳感器 MQ－ 2的加熱絲 HH工作，加熱絲給傳感器 MQ－ 2預(yù)熱一定時(shí)間后，才能正常檢測(cè)煙霧。 四、煙霧傳感電路設(shè)計(jì) MQ2 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖 ？？ 所示 , 由微型 AL2O3 陶瓷管、 SnO2 敏感層 ,測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。 在論文的硬件設(shè)計(jì)中 ADC0809 因內(nèi)部帶有三態(tài)門輸出鎖存器，故它可以直接和 AT89C51 的 I/O 口相連。 A/D 轉(zhuǎn)換部分包括比較器、逐次逼近寄 存器 SAR、 256R電阻網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、控制與時(shí)序電路等，另外具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，其輸出數(shù)據(jù)線可直接連 CPU 的 DB。 (2) ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 有模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和 A/D 轉(zhuǎn)換兩大部分組成。 A/D轉(zhuǎn)換芯 片 ADC0809及其接口 18 (1) 主要性能： ① 8 位逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器，所有引腳的邏輯電平與 TTL 兼容； ②帶有鎖存功能的 8路模擬量轉(zhuǎn)換開關(guān)，可對(duì) 8路 05V 模擬量進(jìn)行分時(shí) 轉(zhuǎn)換； ③輸出具有三態(tài)鎖存 /緩沖功能； ④分 辨率： 8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間： 100us； ⑤不可調(diào)誤差：177。若轉(zhuǎn)換結(jié)束，則讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，否則繼續(xù)查詢。 (2) 查詢法 查詢法是由 CPU 來檢查 EOC 信號(hào)。 CPU 取數(shù)時(shí)，發(fā)出 OE信號(hào)選通芯片內(nèi)部三態(tài)輸出緩沖器將數(shù)據(jù)輸出。 A/D轉(zhuǎn)換器與 CPU的接口方法 (1) ADC 轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過三態(tài)緩沖器件與 CPU 數(shù)據(jù)總線相連接（在芯片內(nèi)部設(shè)有三態(tài)輸出緩沖器）； (2) 為了輸入正確的轉(zhuǎn)換結(jié)果，必須解決好 A/D 轉(zhuǎn)換器和 CPU 取數(shù)之間的時(shí)間配合問題。 A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù) (1) 分辨率： 是指 A/D 轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。 由于控制系統(tǒng)是對(duì)溫度和煙的濃度進(jìn)行檢測(cè)，相當(dāng)于 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間來說信號(hào)變化很慢，所以采樣保持器（保持在 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)輸入的模擬信號(hào)不變）也可以省去。 圖 DS18B20 與芯片連接圖 三、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 A/D 轉(zhuǎn)換器 的功能是將模擬量電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。本設(shè)計(jì)中采用前者作為 DS18B20 的電源供電方式， 把 DS18B20 的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的13 管腳連接 ,再加上上拉電阻。如圖 ？？ 所示就有一個(gè)頻率為 12M 的晶振，匹配電容是兩個(gè) 30P 的瓷片電容，使單片機(jī)正常工作。有源晶振不需要芯片的內(nèi)部振蕩器，可以提供高精度的頻率基準(zhǔn)，信號(hào)質(zhì)量也較無源晶振要好。上電后，由于電容的充電和反相門的作用，使 RST 持續(xù)一段時(shí)間的高電平。本系統(tǒng)采用的是開關(guān)復(fù)位形式。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先 15 復(fù)位，其作用是使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如圖 所示。 時(shí)鐘電路通過內(nèi)部時(shí)鐘源提供時(shí)鐘，外部只需要接一個(gè)振蕩電路，振蕩電路中晶振是 12MHZ。在硬件部分給出了部分元器件的選型并對(duì)主要元器件 AT89S52 和 DS18B20等的引腳和功能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。圖？？系統(tǒng)軟件部分主程序流程圖。 斜 率 累 加 器計(jì) 數(shù) 器 1比 較預(yù) 置低 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器= 0 溫 度 寄 存 器預(yù) 置高 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器T x計(jì) 數(shù) 器 2= 0T 1T 2加 1停 止 圖 DS18B20 測(cè)溫原理圖 第三節(jié) 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件部分主要實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的測(cè)試工作，由煙霧傳感數(shù)據(jù)采集程序、溫度采集程序、聲光報(bào)警程序等三個(gè)部分組成。 （ 4） 配置寄存器 DS18B20 工作方式： 11 DS18B20采用單總線工作方式，由于所有信 號(hào) (控制和數(shù)據(jù) )都通過單總線傳輸，因此總線的時(shí)序邏輯必須非常嚴(yán)格，其工作時(shí)序如圖 ： 圖 DS18B20工作時(shí)序圖 DS18B20 測(cè)溫原理： DS18B20 的測(cè)溫原理如圖 所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)， DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)， 進(jìn)而完成溫度測(cè)量 .計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將 55 ℃所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器 1和溫度寄存器被預(yù)置在 55 ℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。 其中 DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端 ； GND 為電源地 ； VDD 為外接供電電源輸入端 (采用寄生電源供電方式時(shí)接地 )。光刻 ROM的作用是使每一 DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20 的目的。 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS18B20 有 4 個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： （ 1） 光刻 ROM 中的 64 位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20 的地址序列碼。其電路圖如圖 所示。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源； GND 為地信號(hào)； VDD 為可選擇的 VDD 引腳。 DS18B20 的管腳排列、各種封裝形式如圖 所示， DQ 為數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。 ℃ ●零待機(jī)功耗 ●可編程的分辨率為 9～ 12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃、 ℃、℃和 ℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫 ●在 9位分辨率時(shí)最多在 ， 12位分辨率時(shí)最多在 750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 ●用戶可定義報(bào)警設(shè)置 ●報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件 ●測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以 一線總線 串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳送 CRC校 驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力 ●負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常 9 工作 以上特點(diǎn)使 DS18B20非常適用與多點(diǎn)、遠(yuǎn)距離溫度檢測(cè)系統(tǒng)。因此用它來組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛 很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。溫度測(cè)量范圍為 55～ +125 攝氏度，可編程為 9位～ 12 位轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá) ，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在 EEPROM 中，掉電后依然保存。 四、 DS18B20 簡(jiǎn)介： DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場(chǎng)合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。 EA/VPP—— 外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH單元的 D0位置位，可禁止 ALE 操作。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖。 ALE/PROG—— 當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)。 RST—— 復(fù)位輸入。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些控制信號(hào)。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL邏輯電平。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時(shí)， P2口送出高八位地址。對(duì) P2端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收 低 8 位地址字節(jié)。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。P1口： P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O口， p1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL邏輯電平。在 flash 編程時(shí)， P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。當(dāng)訪 6 問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯電平。 AT89S52 引腳功能介紹： AT89S51單片機(jī)為 40引腳雙列直插式封裝， 其引腳排列和邏輯符號(hào)如圖 所示。空閑模式下， CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 AT89S52 的標(biāo)準(zhǔn)功能 : 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 三、 AT89S52 簡(jiǎn)介： 5 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器?；谏?述要求，本設(shè)計(jì)選用 DS18B20 傳感器最為系統(tǒng)采集溫度信號(hào)用的傳感器