【正文】 都要保證在 RESET 引腳上提供 10ms 以上穩(wěn)定的高電平。 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 310 單片機(jī)復(fù)位電路圖 看門(mén)狗電路設(shè)計(jì) 看門(mén)狗電路是嵌入式系統(tǒng)需要的抗干擾措施之一。 工控系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，通常都會(huì)遇到各種各樣的現(xiàn)場(chǎng)干擾，抗干擾能力是衡量工控系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。 X25045 是美國(guó) Xicor 公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化 8 腳集成電路，它將 EEPROM、看門(mén)狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個(gè)芯片之內(nèi)，大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對(duì)印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機(jī)外圍芯片。 圖 311 X25045 芯片引腳圖 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 其引腳功能如下： CS：片選擇輸入； SO：串行輸出，數(shù)據(jù)由此引腳逐位輸出； SI：串行輸入，數(shù)據(jù)或命令由此引腳逐位寫(xiě)入 X25045； SCK：串行時(shí)鐘輸入，其上升沿將數(shù)據(jù)或命令寫(xiě)入，下降沿將數(shù)據(jù)輸出； WP：寫(xiě)保護(hù)輸入。 看門(mén)狗電路一般有軟件看門(mén)狗和硬件看門(mén)狗兩種。硬件看門(mén)狗是真正意義上的 “程序運(yùn)行監(jiān)視器 ”，如計(jì)數(shù)型的看門(mén)狗電路通常由 555 多諧振蕩器、計(jì)數(shù)器以及一些電阻、電容等組成，分立元件組成的系統(tǒng)電路較為復(fù)雜，運(yùn)行不夠可靠。在看門(mén)狗定時(shí)器預(yù)置的時(shí)間內(nèi)若沒(méi)有總線活動(dòng)，則 X25045 將從 RESET 輸出一個(gè)高電平信號(hào)，經(jīng)過(guò)微分電路 C1 R21 輸出一個(gè)正脈沖，使 CPU 復(fù)位。 C1 C15 的時(shí)間常數(shù)不必太大，有數(shù)百微秒即可 ， 因?yàn)檫@時(shí) CPU 的振蕩器已經(jīng)在工作。 圖 312 看門(mén)狗電路硬件連接圖 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 看門(mén)狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過(guò) X25045 的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來(lái)設(shè)定的。 看門(mén)狗電路的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時(shí)最大循 環(huán)周期的時(shí)間略長(zhǎng)即可。當(dāng)系統(tǒng)跑飛，用軟件陷阱等別的方法無(wú)法捕捉回程序時(shí)，則看門(mén)狗定時(shí)時(shí)間很快增長(zhǎng)到預(yù)置時(shí)間，迫使系統(tǒng)復(fù)位。 表 35 X25045 狀態(tài)寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP WD1＝ 0， WD0=0，預(yù)置時(shí)間為 ； WD1＝ 0， WD0=1，預(yù)置時(shí)間為 ； WD1＝ 1， WD0=0，預(yù)置時(shí)間為 ； WD1＝ 1， WD0=1，禁止看門(mén)狗工作 。這兩種器件都具有成本低廉、配置靈活、與單片機(jī)接口方便的特點(diǎn)。 LED 顯示器結(jié)構(gòu)與原理 以及顯示方式 LED 顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也稱為數(shù)碼管。這種顯示塊有共陽(yáng)極和共陰極兩種，共陽(yáng)極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陽(yáng)極并聯(lián)（系統(tǒng)中接驅(qū)動(dòng)電源）。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。其中 7 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成 7 筆字型 “ 8” ；一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn) “ .” 。 LED顯示塊與單片機(jī)接口非常容易，只要將一個(gè) 8 位并行輸出口與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連即可。 7 段 LED 顯示器 如圖 313 所示。根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。 LED 顯示有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。 4 位 LED 動(dòng)態(tài)顯示電路只需要兩個(gè) 4 位 I/O 口。由于所有位的段選碼皆由一個(gè) 4 位 I/O 口控制，因此，在每個(gè)瞬間，4 位 LED 可能顯示相同的字符。在此瞬間，段選碼由控制 I/O 口輸出相應(yīng)字符電平，位選 I/O 口輸出位選碼 (共陰極送低電平、陽(yáng)極送高電平 )以保證位顯示相應(yīng)字符。 顯示驅(qū)動(dòng)器 MAX7219 MAX7219 是串行輸入 /輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器。 MAX7219 內(nèi)置 BCD 碼譯碼器、多路掃描電路、段和數(shù)字驅(qū)動(dòng)器和存儲(chǔ)每一位的 8 8 靜態(tài) RAM。 MAX7219 的引腳排列如圖 314 所示 。加在 DIN 腳上的串行數(shù)據(jù) ,必須在 LOAD 信 號(hào)為高電平的前提下 ,以每?jī)蓚€(gè)字節(jié)為一個(gè)數(shù)據(jù)包在 CLK 信號(hào)上升沿移入 16 位的移位寄存器。 LOAD 信號(hào)必須在第 16 個(gè) CLK 信號(hào)上升沿的同時(shí)，或在下一個(gè) CLK 信號(hào)上升沿之前升高 ,否則，數(shù)據(jù)會(huì)丟失。 MAX7219 和單片機(jī)的接口電路 如圖 315 所示為 AT89C51 單片機(jī)和 MAX7219 的連接圖。位驅(qū)動(dòng) DIG0 和數(shù)碼管的地端 COM1 腳相連，位驅(qū)動(dòng) DIG1 和數(shù)碼管的地端 COM2 腳相連，位驅(qū)動(dòng)DIG2 和數(shù)碼管的地端 COM3 腳相連，位驅(qū)動(dòng) DIG3 和數(shù)碼管的地端 COM4 腳相連。 鍵盤(pán)的組成 便攜 儀器普遍使用出多個(gè) 按鍵組合在一起而構(gòu)成的按鍵式鍵盤(pán)，鍵盤(pán)中的每一個(gè)按鍵都表示一個(gè)特定的意義（功能或數(shù)字）。 編碼式鍵盤(pán)是由按鍵鍵盤(pán)和專用鍵盤(pán)編碼器兩部分構(gòu)成。 非編碼鍵盤(pán)不含編碼器，當(dāng)某鍵被按下時(shí)，鍵盤(pán)只能送出 — 個(gè)簡(jiǎn)單的閉合信號(hào)，對(duì)應(yīng)的按鍵代碼的確定必須借助于軟件來(lái)完成。但非編碼鍵盤(pán)可 以任意組合、成本低、使用靈活。因此，要根據(jù)儀器中的 CPU 忙、閑情況，選擇適當(dāng)?shù)逆I盤(pán)工作方式。本設(shè)計(jì)采用查詢掃描的工作方式。 獨(dú)立式鍵盤(pán) 獨(dú)立式鍵盤(pán)的每個(gè)按 鍵占用一根測(cè)試線，它們可以直接與單片機(jī) I/O 線相接或通過(guò)輸入口與數(shù)據(jù)線相接，結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單。 獨(dú)立 式按鍵的軟件常采用查詢式結(jié)構(gòu)、 先逐 位查詢 每根 I/O 口 線 的輸入狀態(tài)，如 果 一 根 I/O 口 線 輸入為低電平， 則 可 確認(rèn) 該 I/O 口線 所對(duì)應(yīng)的按鍵 已 按下，然后，再轉(zhuǎn) 向 該按鍵的功能 處 理程序。途中上拉電阻保證按鍵斷開(kāi)時(shí)檢測(cè)線上有 穩(wěn)定的高電平，當(dāng)某一按鍵被按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的檢測(cè)線就變成了低電平，而與其它鍵向?qū)?yīng)的檢測(cè)線仍為高電平，東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 從而很容易識(shí)別出被按下的鍵。獨(dú)立式鍵盤(pán)如圖 316 所示。第一章已經(jīng)介紹了瓦斯在濃度在 4%6%時(shí)就可能發(fā)生井下瓦斯爆炸，為了安全生產(chǎn)，規(guī)定當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到 1%時(shí)就會(huì)發(fā)生聲光報(bào)警。 圖 317 報(bào)警電路圖 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 電源設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì) +5V、 5V、 +3V 獨(dú)立電源，用來(lái)給單片機(jī)和諸多數(shù)字電路提供電壓。 +3V 穩(wěn)壓源的設(shè)計(jì) +3V 電壓的實(shí)現(xiàn)需要 LM317 芯片。 輸出電壓范圍為 到 37V 之間可調(diào)節(jié)；內(nèi)部有熱過(guò)載保護(hù)；不隨溫度變化的內(nèi)部短路電流限制；輸入至少要比輸出高 2V，否則不能調(diào)壓；輸出電流最好不超過(guò) 1A；可調(diào)整輸出電壓 可低到 。其穩(wěn)壓示意圖如圖 318所示。 MAX756 是 CMOS 升壓 DCDC 開(kāi)關(guān)小型，低輸入電壓或電池供電的系統(tǒng)監(jiān)管 芯片 。典型的全負(fù)荷的 MAX756效率大于 87%。A；20181。%； 低電池最檢波器 (LBI/LBO)； 8Pin SO 封裝 。 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 319 MAX756 穩(wěn)壓電路圖 5V 穩(wěn)壓源的設(shè)計(jì) 該穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)采用芯片 ICL7660 來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中的NC 是空腳 ； CAP+是儲(chǔ)能電容正極； CAP是儲(chǔ)能電容負(fù)極 ； LV 是輸入低電壓控制端，輸入電壓低于 時(shí)，該腳接地，輸入電壓高于 5V 時(shí)該腳必須懸空 ； OSC是作時(shí)鐘輸入端 。 圖 320 ICL7660 穩(wěn)壓電路圖 以上設(shè)計(jì)便是系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)， 從傳感器 發(fā)出的 微弱電壓信號(hào)經(jīng)由 OP07信號(hào)放大器的放大后經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，將該數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后送往 LED 顯示出來(lái)，當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到報(bào)警極限是實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能。 源程序見(jiàn)附錄 2。 系統(tǒng)主程序流程圖如圖 41 所示。 LED 顯示子程序流程圖 顯 本設(shè)計(jì)中采用共陰極的動(dòng)態(tài)顯示法，每位延時(shí)顯示 2ms，從左至右逐位顯示，顯示緩沖區(qū)為 40H44H 五個(gè)單元， MAX7219 的 ADP 口輸出段碼數(shù)據(jù)， DIG0DIG3輸出位選碼。 開(kāi)始?xì)怏w檢 測(cè) 單片機(jī)向 ADC0809發(fā)送采集端口 單片機(jī)讀取ADC0809 轉(zhuǎn)換之后的信號(hào) Vrl 單片機(jī)根據(jù) Uo計(jì)算出 Uab 值 將 Uab 代入傳 感器靈敏度特性曲線求出濃度 得出最終結(jié)果 圖 42 A/D 轉(zhuǎn)換 程序流程圖 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 圖 43 LED 顯示子 程序流程圖 鍵盤(pán)掃描子程序流程圖 本設(shè)計(jì)采用的鍵盤(pán)為獨(dú)立式鍵盤(pán)， 軟件采用的是查詢式結(jié)構(gòu)， 先逐 位查詢 每根 I/O 口 線 的輸入狀態(tài)，如 果 一 根 I/O 口 線 輸入為低電平， 則 可 確認(rèn) 該 I/O 口 線 所對(duì)應(yīng)的按鍵 已 按下，然后再轉(zhuǎn) 向 該按鍵的功能 處 理程序， 其鍵盤(pán)軟件的流程圖見(jiàn)圖 44 所示 。我國(guó)的煤田遍布全國(guó)，但很多礦井自然環(huán)境惡劣，受到水、火、瓦斯、等自然災(zāi)害的威脅。特別是瓦斯煤塵爆炸事故，危害更為嚴(yán)重。如何預(yù)防，這就要靠一些技術(shù)上的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)了，孕育而生了煤礦瓦斯報(bào)警器和瓦斯 檢 測(cè)系統(tǒng)等技術(shù)支持。 其主要的功能及特點(diǎn)如下： 設(shè)計(jì)的便攜式瓦斯檢測(cè)儀能實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示及聲、光報(bào)警功能。通過(guò)由黑白元件構(gòu)成的傳感電橋探測(cè)出瓦斯?jié)舛刃畔⒌碾娪嵦?hào)，然后加到比例放大器的輸入端進(jìn)行放大處理，放大了的信號(hào)送入 A/D 轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再由 LED顯示器顯示讀數(shù)。 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 參考文獻(xiàn) [1] 吳建峰 ,孔慶鈁 ,王保東 .混合氣爆炸 極限的理論計(jì)算方法 [J].油氣儲(chǔ)運(yùn) .1994,(5):2. 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