【正文】 圖 傳感器與 ADC0809連接電路圖 第四節(jié) 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 報(bào)警電路 采用了 蜂鳴器 以及放 光二極 管。為此我們選擇了 MQ7 系列傳感器。 由于傳感元件的輸出信號(hào)一邊比較小，為了便于能夠驅(qū)動(dòng)控制電路，在傳感器電 路中還應(yīng)該包括放大器。 ⑧體積小、重量輕、價(jià)格低廉。在設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意以下要點(diǎn)： ②輸入和輸出之間成比例，直線性 好、靈敏度高、分辨力強(qiáng)、測量范圍寬。由于研究、開發(fā)和生產(chǎn)所需的資本投入較低，以及傳感器參數(shù)的高穩(wěn)定性等原因，采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。 ： ， ， ， 。 ，傳感器可分類為： ， ， ， 器， ， ， ， ，敏感 元件 傳感 元件 測量 電路 敏感 元件 雷達(dá)傳感器 。 有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類。被測信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由于傳感元件的輸出信號(hào)一般比較小，為了便于與顯示和記錄，大多數(shù)測量電路還包括了放大器。 測量電路 —— 能把傳感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、控制和處理的有用電信號(hào)的電路。 傳感元件 —— 又稱變換器，傳感元件可以直接感受被測量而輸出與被測量成確定關(guān)系的電量。 （ 3） 傳感器的組成 傳感器一般由敏感元件、傳感元件和測量電路三部分組成有時(shí)還加上輔助電源。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。 沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。 （ 2）傳感器的作用 傳感器是又稱之為電五官 ， 是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)， OE 信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單 片機(jī)接受。 （ 3） 中斷方式 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（ EOC）作為中斷請求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 （ 2）查詢方式 A/D 轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如 ADC0809 的 EOC端。例如 ADC0809 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 128μs ，相當(dāng)于 6MHz 的 MCS51 單片機(jī)共64 個(gè)機(jī)器周期。為此可采用下述三種方式。 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。直到A／ D轉(zhuǎn)換完成， EOC變?yōu)楦唠娖?，指?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。 START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖如圖 所示 圖 ADC0809 內(nèi)部圖及引腳圖 （ 4） ADC0809 的工作過程 ： 首先輸入 3位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。 VCC：電源，單一＋ 5V。要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ。當(dāng) A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 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）。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址輸入線，用于 選通 8路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 IN0～ IN7： 8 路模擬量輸入端。 （ 3） 外部特性（引腳功能） : ADC0809 芯片有 28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖 13． 23所示。 （ 6） 工作溫 度范圍為 40～＋ 85攝氏度 （ 7） 低功耗，約 15mW。 （ 2） 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的 8 位通用 A/D 芯片 。 ADC0809 是 M 美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8 通道， 8 位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器。當(dāng)然一定的誤差是可以在使用中被接受的，就算使用 的晶體振蕩器也會(huì)因晶體本身所存在的誤差使波特率產(chǎn)生誤差，但晶體本身的誤差對波特率的影響是十分之小的，可以忽略不計(jì)。32)(()/(256 TH1)) TH1＝ 250 12M 9600＝ (2247。如我們要得到 9600 的波特率，晶振為 和 12M，定時(shí)器 1 為模式 2， SMOD 設(shè)為 1，分別看看那所要求的 TH1 為何值。在這個(gè)定時(shí)模式 2 下定時(shí)器 1 溢出速率的計(jì)算公式如下： 溢出速率＝（計(jì)數(shù)速率） /(256－ TH1) 上式中的 “ 計(jì)數(shù)速率 ” 與所使用的晶體振蕩器頻率有關(guān)，在 51 芯片中定時(shí)器啟動(dòng)后會(huì)在每一個(gè)機(jī)器周期使定時(shí)寄存器 TH 的值增加一，一個(gè)機(jī)器周期等于十二個(gè)振蕩周期，所以可以得知 51 芯片的計(jì)數(shù)速率為晶體振蕩器頻率的 1/12，一個(gè) 12M 的晶振用在 51 芯片上，那么 51 的計(jì)數(shù)速率就為 1M。32 ） 定時(shí)器 1 溢出速率 上式中如設(shè)置了 PCON 寄存器中的 SMOD 位為 1 時(shí)就可以把波特率提升 2 倍。那么我們怎么去計(jì)算這兩個(gè)模 式的波特率設(shè)置時(shí)相關(guān)的寄存器的值呢？可以用以下的公式去計(jì)算。模式 2 的波特率是固定在 fosc/64 或 fosc/32，具體用那一種就取決于 PCON 寄存器中的 SMOD 位，如 SMOD 為 0，波特率為 focs/64,SMOD 為 1，波特率為 focs/32。10 ＝ 960 字節(jié)。波特率是指串行端口每秒內(nèi)可以傳輸?shù)牟ㄌ匚粩?shù)。 AT89C51 和 AT89C2051 等51 系列芯片只有兩個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1，而定時(shí)器 2 是 89C52 系列芯片才有的。常用的串口模式 1 是傳輸 10 個(gè)位的， 1 位起始位為 0,8 位數(shù)據(jù)位，低位在先， 1 位停止位為 1。但在模式 1 中， SM2=1 時(shí)，當(dāng)未收到有效的停止位 ，則不會(huì)對 RI 置位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。 RI 接收中斷標(biāo)識(shí)位。 TI 置位后，申請中斷， CPU 響應(yīng)中斷后，發(fā)送下一 幀數(shù)據(jù)。在模式 0，發(fā)送完第 8 位數(shù)據(jù)時(shí)，由硬件置位 。在模式 1 中，當(dāng) SM2=0， RB8 是已接收數(shù)據(jù)的停止位。該位可能是奇偶位，地址 /數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)位。該位可以用軟件根據(jù)需要置位或清除，通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位，在多處理機(jī)通信中這一位則用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。 大家也可以用上面的實(shí)際源碼加入 REM=0 來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 REM 是由軟件置位或清零。在模式 0 中要求該位為 0。UART 為 (Universal Asynchronous Receiver）的英文縮寫。 SM0 SM1 模式 功能 波特率 0 0 0 同步移位寄存器 fosc/12 0 1 1 8 位 UART 可變 1 0 2 9 位 UART fosc/32 或 fosc/64 1 1 3 9 位 UART 可變 在這里只說明最常用的模式 1，其它的模式也就一一略過，有興趣的朋友可以找相關(guān)的硬件資料查看。它的各個(gè)位的具體定義如下： SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0、 SM1 為串行口工作模式設(shè)置位，這樣兩位可以對應(yīng)進(jìn)行四種模式的設(shè)置。它的尋址地址是 98H，是一個(gè)可以位尋址的寄存器，作用就是監(jiān)視和控制 51 芯片串行口的工作狀態(tài)。 SCON 串行口控制寄存器通常在芯片或設(shè)備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)，都會(huì)引用到接口控制寄存器。當(dāng)然你也可以用其它的名稱。發(fā)送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們在寫發(fā)送程序時(shí)也不必用到發(fā)送中斷去外理發(fā)送數(shù)據(jù)。 ” 實(shí)際上 SBUF 包含了兩個(gè)獨(dú)立的寄存器，一個(gè)是發(fā)送寄存，另一個(gè)是接收寄存器，但它們都 共同使用同一個(gè)尋址地址－ 99H。至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器呢，它們是 SCON， TCON， TMOD， SCON 等，各代表什么含義呢？ SBUF 數(shù)據(jù)緩沖寄存器這是一個(gè)可以直接尋址的串行口專用寄存器。在掉電模式下，保 存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。在閑置模式下， CPU停止工作。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1” 且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。有余輸 入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過 一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但 必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 （ 3） 振蕩器特性 : XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。 XTAL1： 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。注意加密方式 1 時(shí)， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn) 。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。另外，該引腳被略微拉高。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。因此它可用作對外部輸出的脈 沖或用于定時(shí)目的。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 P3口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。當(dāng) P3 口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P1口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口， 每腳可吸收 8TTL 門電流。外形及引腳排列如圖 所示 圖 單片機(jī)外形及引腳排列圖 （ 1）主要特性： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 1288 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 （ 2） 管腳說明 ： VCC：供電電壓。由于將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。設(shè)計(jì)采用的是 AT89C51 型單片機(jī) ,AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除 只讀存儲(chǔ)器 的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱 單片機(jī) 。利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)綜合控制。本設(shè)計(jì)用到的硬件知識(shí)主要有：電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)。 第二章 硬件電路設(shè)計(jì) 第一節(jié) 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)簡介 介紹及主控電路設(shè)計(jì) 在實(shí)際的應(yīng)用中，基本知識(shí)的掌握程度至關(guān)重要，他影響到應(yīng)用的好壞。 至此，本系統(tǒng)的三大模塊功能和設(shè)計(jì)思路已經(jīng)確立，下文將介紹整個(gè)系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程。處理后的信息將通過 單片機(jī)控制，以驅(qū)動(dòng)報(bào)警。它的主要功能既是和 ADC0809 芯片一起共同接受檢測信號(hào)，又可以通過對數(shù)字型號(hào)的處理來控制外圍電路以及顯示電路。 圖 一氧化碳報(bào)警器系統(tǒng)組成框圖 下面就對各個(gè)模塊的功能和實(shí)現(xiàn)形式做簡單介紹 （ 1）氣體濃度檢測模塊 一氧化碳報(bào)警器主要采用高穩(wěn)定 一氧化碳?xì)怏w傳感器 MQ7 檢測房間氣體濃度，檢測結(jié)果通過高精度運(yùn)算放大器放大后送入模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 中進(jìn)行轉(zhuǎn)換 （ 2）主控模塊 系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，用的是 AT89C51 單片機(jī)， AT89C51 單片機(jī)是美國 Intel公司推出 的一種 4K字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器，低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器 。其中，濃度檢測及顯示模塊所實(shí)現(xiàn)的功能是將房間中的一氧化碳濃度值轉(zhuǎn)換成為單片機(jī)能夠處理單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī)系統(tǒng) 單片機(jī) 前向通道 人機(jī)交互通道 應(yīng)用程序 后向通道 串行通信口 的數(shù)字信號(hào)，并且濃度值顯示 出來：主控模塊以單片機(jī)為主，對其他模塊的運(yùn)行進(jìn)行控制；報(bào)警模塊是此系統(tǒng)的外部電 路，它的功能是實(shí)現(xiàn)報(bào)警。在本次設(shè)計(jì)中，使用