畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）AT89S52單片機(jī)煤礦監(jiān)控分站設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，都需要對(duì)壓力進(jìn)行檢測。而井下壓力的檢測對(duì)礦井安全更是尤其重要。為了獲取井下待測地層的壓力，提出了一種利用傳感器將壓力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，把脈沖數(shù)據(jù)信號(hào)與直流能量疊加，以電流形式饋入電纜，實(shí)現(xiàn)能量/數(shù)據(jù)的耦合傳輸。該測量方法能夠滿足井下遠(yuǎn)距離傳輸?shù)囊螅膳c電子壓力計(jì)配合實(shí)現(xiàn)地面直讀測量，精確度較高。采用單片機(jī)對(duì)壓力進(jìn)行檢測不僅具有檢測方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被測壓力的精確度。因此，單片機(jī)對(duì)壓力的檢測問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的控制問題。 單片機(jī)是一種集

2、cpu、ram、rom、i/o接口和中斷系統(tǒng)等部分于一體的器件，只需要外加電源和晶振就可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信息的處理和控制。因此，單片機(jī)廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)控制中。 本論文側(cè)重介紹“單片機(jī)壓力檢測系統(tǒng)”的軟件設(shè)計(jì)及相關(guān)內(nèi)容。論文的主要內(nèi)容包括：采樣、濾波、鍵盤、led顯示和報(bào)警系統(tǒng)，單片機(jī)at89s52的開發(fā)以及系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)等。作為控制系統(tǒng)中的一個(gè)典型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，單片機(jī)壓力檢測系統(tǒng)綜合運(yùn)用了微機(jī)原理、自動(dòng)控制原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、鍵盤顯示技術(shù)等諸多方面的知識(shí)，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次綜合測試關(guān)鍵詞：壓力測量；at89s52； can總線；安全檢測系統(tǒng) 3abstractwith scientifi

3、c constant progress, in industrial production, electric current, voltage, temperature, pressure are mainly commonly used. especially in the underground mine industry, the accurate test of pressure is very important.to obtain pressures of the formations in well tell testing ,a downhole wireline remot

4、e telemetry method is developed by using time division frequency transmission technology in the mode.it also enables to supply power to the downhole tool on a single-core wered-armored camored cable.the coded pulse data are modulated on power signals. then the surface processor uses double countered

5、 synchronism method to measure the pressure frequencies. adopt single-chip microcomputer is it control convenient, simple, flexibility advantage such as being heavy to have not merely to control to go on to pressure to come, and can raise by technical indicator not to accuse of pressure by a large m

6、argin, thus can big improvement quality and the quantity of products. so the control problem to the pressure of single-chip microcomputer is the control problem constantly be able to encounter in the industry manufacture.this thesis introduces the design and debugging of “the pressure control system

7、 by microcomputer”. as a typical experimental design in control system, it uses much control knowledge and comprehensively tests students ability in control system.the content of this thesis mainly includes: introduces, filtering ware, keyboard, man-computer dialogue supported by led indication, hea

8、t control method, the development of micro-computer mcs-51 and systemic applied software.key words： pressure control；at89s52；can bus; safety monitoring system .畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄摘要iabstractii1 緒論11.1 課題分析11.1.1 問題的提出11.1.2問題研究的意義11.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r11.3 問題及發(fā)展趨勢(shì)21.4 本文研究的內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)的功能31.4.1 研究內(nèi)容31.4.2 功能32 檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)及單片機(jī)介紹42

9、.1 檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)42.1.1 整個(gè)煤礦安全檢測系統(tǒng)簡介42.1.2 檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)42.1.3 檢測系統(tǒng)軟件流程圖52.2 at89c52單片機(jī)基本知識(shí)63 硬件電路設(shè)計(jì)103.1 看門狗電路103.2 a/d轉(zhuǎn)換電路113.3 開關(guān)量輸入153.4 開關(guān)量輸出163.5 穩(wěn)壓電源電路183.6 led顯示電路183.7 地址開關(guān)電路203.8 聲光報(bào)警電路204 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)234.1 主程序流程圖234.2 中斷子程序流程圖244.3 數(shù)據(jù)采集子程序流程圖254.4 數(shù)字濾波子程序流程圖254.5 壓力標(biāo)度變換流程圖265 總結(jié)28參考文獻(xiàn)29致謝301 緒論1.1 課題分析1.1.

10、1 問題的提出煤炭是我國的主要能源，在一次性能源中，所占比例在70%以上。我國煤田遍布全國，但煤層的賦存條件和地質(zhì)情況差異很大，很多礦井自然環(huán)境惡劣，受到水、火、瓦斯、粉塵、頂板事故等自然災(zāi)害的威脅。在這些自然災(zāi)害所造成的事故中，瓦斯事故死亡人數(shù)占總死亡人數(shù)的30%40%。特別是瓦斯煤塵爆炸事故，危害更為嚴(yán)重。因此，預(yù)防事故是煤礦安全工作的重點(diǎn)。在煤礦中，裝備礦井安全監(jiān)控裝置是防止煤礦事故的重要手段，這就要求有更多的煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的研究。在煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中，井下監(jiān)控分站擔(dān)負(fù)著非常重要的作用，主要包括對(duì)井下甲烷、一氧化碳、氧氣、二氧化碳等氣體濃度的檢測；對(duì)風(fēng)速、風(fēng)量、氣壓、溫度、粉塵濃度等環(huán)境參數(shù)的

11、檢測；對(duì)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測、監(jiān)控等。1.1.2問題研究的意義近幾年來，信息技術(shù)被迅速地應(yīng)用到了煤礦安全生產(chǎn)領(lǐng)域，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。國家對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的管理力度在不斷加強(qiáng)，同業(yè)各單位都在進(jìn)行數(shù)字化礦井的建設(shè)和改造。盡管煤礦安全監(jiān)控技術(shù)已得到發(fā)展和應(yīng)用，但由于多數(shù)礦井技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，監(jiān)控裝置的裝備情況與有關(guān)規(guī)定相距甚遠(yuǎn)。國有重點(diǎn)煤礦中，尚有布部分瓦斯災(zāi)害嚴(yán)重的礦井沒有裝備監(jiān)控系統(tǒng)，瓦斯斷電裝置、便攜式瓦斯檢測儀器的裝備數(shù)量也不足，國有地方煤礦和鄉(xiāng)鎮(zhèn)集體煤礦的差距很大。在已經(jīng)裝備了監(jiān)控裝置的礦井中，設(shè)備的使用、維護(hù)和進(jìn)一步更新改造方面尚存在不少問題。煤礦安全監(jiān)控是綜合性技術(shù)，涉及到計(jì)算

12、機(jī)、電子技術(shù)、通訊、物理、化學(xué)、電工等多種學(xué)科，與礦山采、掘、機(jī)、運(yùn)、通等生產(chǎn)環(huán)節(jié)密切相關(guān)，功能復(fù)雜，技術(shù)難度高。因此，在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)，對(duì)于監(jiān)控裝置的裝備、管理和培訓(xùn)任務(wù)十分艱巨。 為了從根本上解決煤礦安全問題，需要依靠科技進(jìn)步手段提高煤礦整體安全技術(shù)裝備與管理水平。其中在高瓦斯礦井建立煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，從而改善煤礦安全環(huán)境和建立包括煤礦安全隱患全面查排、實(shí)時(shí)監(jiān)督管理、安全保障等內(nèi)容的安全管理體系是長治久安防止煤礦安全事故的最重要的兩個(gè)方面。1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r井下安全檢測系統(tǒng)是礦井安全監(jiān)控技術(shù)的一部分，是隨著煤炭工業(yè)發(fā)展而逐步發(fā)展起來的。1815年，英國發(fā)明了世界上第一種瓦斯監(jiān)測儀器

13、瓦斯檢定燈，利用火焰的高度來測量瓦斯?jié)舛取?0世紀(jì)30年代，日本發(fā)明了光干涉瓦斯檢定器，一直沿用至今。40年代，美國研制了檢測瓦斯氣體的敏感元件鉑絲催化元件。1954年，英國采礦安全研究所（smre）制成了最早的載體催化元件。60年代以后，主要產(chǎn)煤國家都把發(fā)展載體催化元件作為瓦斯檢測儀器的主攻方向。電子技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了瓦斯監(jiān)測裝置的進(jìn)一步發(fā)展，首先是研制小型化個(gè)人攜帶式儀器，以后是礦井監(jiān)控系統(tǒng)，如70年代后期法國研制的ctt63/40礦井監(jiān)控系統(tǒng)、英國的minos系統(tǒng)、美國的scada系統(tǒng)等。我國監(jiān)控分站技術(shù)經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜、從低水平到高技術(shù)的發(fā)展過程。從建國初期到70年代，煤礦下井人員主要

14、使用光學(xué)瓦斯檢定器、瓦斯檢定燈、檢知管、風(fēng)表等攜帶式儀器檢測井下環(huán)境參數(shù)。60年代初期，我國開始研制載體催化元件，1964年煤炭部組織有關(guān)研究所、制造廠攻關(guān)，研制了第一種達(dá)到使用水平的載體催化元件；接著，撫順煤礦安全儀器廠研制出以該元件為傳感器的aqr-1型瓦斯測量儀。隨著敏感元件制造水平的提高和電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路的、微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，使監(jiān)控分站技術(shù)進(jìn)入了新的發(fā)展階段。70年代瓦斯斷電儀問世，80年代以后，國內(nèi)有多種型號(hào)的監(jiān)控分站通過了技術(shù)鑒定。目前，我國已有數(shù)十家科研、制造單位生產(chǎn)礦井監(jiān)控系統(tǒng)、各種傳感器、瓦斯報(bào)警斷電儀、瓦斯遙測報(bào)警斷電儀、風(fēng)電瓦斯閉鎖裝置等，這些裝置

15、的推廣與應(yīng)用，改善了煤礦安全技術(shù)裝備的面貌?？s小了與國外先進(jìn)技術(shù)水平的差距。1.3 問題及發(fā)展趨勢(shì)如前所述，測量瓦斯主要采用載體催化元件，它具有宜于將非電量轉(zhuǎn)化為電量、便于采用電子技術(shù)、靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間快、測量精度高、不受溫度和濕度影響等優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是：工作溫度高（500以上），只能做成隔爆型；遇h2s氣體有“中毒”問題，在有h2s氣體 的礦井中不能使用；元件穩(wěn)定性較差，有零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移問題。因此，必須繼續(xù)開發(fā)研制穩(wěn)定性好、壽命長的新型本質(zhì)安全型敏感元件。監(jiān)控裝置的電路設(shè)計(jì)要向數(shù)字化、集成化、智能化的方向發(fā)展。攜帶式儀器應(yīng)提高集成度，采用表面安裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)開機(jī)自檢和運(yùn)行中自檢功能。

16、程序設(shè)計(jì)各種參量、報(bào)警點(diǎn)，自動(dòng)校正零點(diǎn)及誤差，監(jiān)視電池狀況。擴(kuò)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，設(shè)置外接計(jì)算機(jī)接口，開發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件。推廣自動(dòng)充電和防過充、過放的電池充電器，開發(fā)瓦斯、氧氣、一氧化碳三參數(shù)及多參數(shù)檢測儀。向小型化、多參數(shù)、多功能、智能化的方向發(fā)展。為適應(yīng)不同類型礦井的需要，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有靈活的配置方式。大型礦井可以配置主扇監(jiān)測、皮帶運(yùn)輸、瓦斯抽放等子系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)分站智能化、系統(tǒng)化。掘進(jìn)工作面的分站應(yīng)具有風(fēng)電瓦斯閉鎖功能。小型礦井因測點(diǎn)較少，只布置分站和智能化傳感器就可以滿足需要。要進(jìn)一步開發(fā)傳感功能和信息處理功能一體化的智能化傳感器，傳感器之間的聯(lián)鎖功能由計(jì)算機(jī)軟件判別實(shí)現(xiàn)。豐富傳感器的種

17、類，開發(fā)氧氣傳感器及生產(chǎn)監(jiān)控方面的各類保護(hù)性傳感器。1.4 本文研究的內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)的功能1.4.1 研究內(nèi)容井下安全監(jiān)控分站是安全監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)采集和處理現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)等方面的安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并能實(shí)時(shí)地控制設(shè)備。同時(shí)它也是傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)施，各種數(shù)據(jù)都要通過它與地面中心站進(jìn)行通訊。圖1-1是監(jiān)控系統(tǒng)的總體框圖。中心站單片機(jī)1單片機(jī)2單片機(jī)x傳感器、變頻器、電源開關(guān)等現(xiàn)場設(shè)備圖1-1 監(jiān)控系統(tǒng)的總體框圖本文主要介紹煤礦安全監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，研究安全監(jiān)控分站的硬件和軟件結(jié)構(gòu)，并簡單介紹頻率測量技術(shù)以及can總線通訊技術(shù)。以微控制器at89c52為核心,在現(xiàn)有煤礦安全監(jiān)控分站的基

18、礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了新型煤礦安全監(jiān)控分站。1.4.2 功能1）可以檢測低濃瓦斯、高濃瓦斯、一氧化碳、風(fēng)速、溫度、壓力等環(huán)境參數(shù)，以及風(fēng)門、風(fēng)筒等開關(guān)參數(shù)，并能監(jiān)測煤倉煤位、水位、電壓、電流以及機(jī)電設(shè)備開/停等生產(chǎn)參數(shù)；2）每臺(tái)分站收中心站控制，執(zhí)行中心站的各種命令，并將分站的各種監(jiān)控參數(shù)和工作狀態(tài)傳送給中心站；3）適合礦井及地面工廠環(huán)境需要。耐壓、耐腐蝕、防潮、密封；4）具有掉電初始化信息不丟失的保護(hù)功能；5）分站本身具有死機(jī)自動(dòng)復(fù)位功能；6）電源箱提供分站部分及外接傳感器的工作電源；7）當(dāng)交流電源停電時(shí)，備用蓄電池自動(dòng)投入工作；8）通過液晶顯示塊直接顯示傳感器實(shí)時(shí)值、通訊及供電狀況；9）可擴(kuò)展一個(gè)rs

19、485通訊接口。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2 檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)及單片機(jī)介紹2.1 檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1.1 整個(gè)煤礦安全檢測系統(tǒng)簡介整個(gè)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)由地面中心站、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)站、分支中繼器、井下監(jiān)控分站和各種傳感器，以及通信介質(zhì)六部分組成。其中中心站負(fù)責(zé)接收、存儲(chǔ)和顯示從井下監(jiān)控分站傳來的各種井下生產(chǎn)環(huán)境安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并通過各個(gè)井下分站發(fā)送各種配置命令和對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的控制命令；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)站實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線協(xié)議和中心站計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換；分支中繼器在需要的地方完成通信線路的分支、中繼和介質(zhì)信號(hào)的轉(zhuǎn)換；傳感器負(fù)責(zé)收集各種現(xiàn)場環(huán)境安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；通信介質(zhì)負(fù)責(zé)安全監(jiān)控系統(tǒng)各設(shè)備的連接和信息的傳遞

20、。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)分三級(jí)結(jié)構(gòu)：中心站井下分站傳感器。傳輸介質(zhì)根據(jù)傳輸距離不同，可分段采用不同線纜，長距離用光纖不加中繼器，或用電纜加中繼器，短距離則可只用電纜不加中繼器。如果連接的節(jié)點(diǎn)總數(shù)大于110個(gè)，則也需加中繼器。2.1.2 檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)井下安全監(jiān)控分站是安全監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)采集和處理現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)等方面的安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并能實(shí)時(shí)地控制設(shè)備。同時(shí)它也是傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)施，各種數(shù)據(jù)都要通過它與地面中心站進(jìn)行通訊。圖2-1是監(jiān)控分站的原理圖。at89c52單片機(jī)74ls164液晶顯示74hc373ram32kb分站通訊傳感器輸入電路ad轉(zhuǎn)換及光耦8路選擇器看門狗電路電源電路開關(guān)量

21、輸出開關(guān)量輸入 圖2-1 監(jiān)控分站的原理圖在圖2-1中，輸入電路和a/d轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)對(duì)來自傳感器的8路頻率信號(hào)(200hz1000hz)進(jìn)行整形，從而得到波形、電平規(guī)范的方波信號(hào)。光耦電路則主要負(fù)責(zé)信號(hào)的隔離，消除共模電壓的影響并遏制過程通道上的一些脈沖干擾，從而提高系統(tǒng)的信噪比。單片機(jī)通過多路選擇器(8選1開關(guān))定時(shí)巡檢8路信號(hào)，對(duì)得到的數(shù)字量進(jìn)行判斷和運(yùn)算，進(jìn)而用得到的控制量，去自動(dòng)控制繼電器的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)井下設(shè)備的控制。利用74ls164芯片驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管循環(huán)顯示8路信號(hào)的頻率、通道號(hào)、通道類型以及線路狀態(tài)等。can總線和rs-232總線把單片機(jī)根據(jù)主站命令采集的安全監(jiān)控監(jiān)測數(shù)據(jù)傳給上位

22、機(jī)。74hc373除了擴(kuò)展片外ram，以用來存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)外，還進(jìn)行了p0口擴(kuò)展，從而使分站能夠根據(jù)主站發(fā)來的命令允許對(duì)繼電器的狀態(tài)進(jìn)行手動(dòng)控制。2.1.3 檢測系統(tǒng)軟件流程圖系統(tǒng)總體軟件結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。在整個(gè)軟件流程中，系統(tǒng)根據(jù)中心站的命令定期采樣傳感器的信號(hào)，供單片機(jī)識(shí)別，并對(duì)其做出控制。 圖2-2 系統(tǒng)總體軟件結(jié)構(gòu)2.2 at89c52單片機(jī)基本知識(shí)atmel89系列單片機(jī)（簡稱89系列單片機(jī)）是atmel公司的8位flash單片機(jī)系列。這個(gè)系列單片機(jī)的最大特點(diǎn)就是在片內(nèi)含有flash存儲(chǔ)器，因此，有著十分廣泛的用途，特別是在便攜式、省電和特殊的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用。at89c52

23、是美國atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(perom)和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器(cpu)和flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大at89c52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。at89c52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8k字節(jié)flash閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部ram, 32個(gè)i/o口線，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，

24、at89c52可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止cpu的工作，但允許ram，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。at89c52主要性能參數(shù)：與mcs-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容8k字節(jié)可重擦寫flash閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：ohz-24mhz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器2568字節(jié)內(nèi)部ram32個(gè)可編程i/o口線3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器8個(gè)中斷源可編程串行uart通道低功耗空閑和掉電模式at89c52有雙列直插式封裝和方形封裝兩種形式。下圖就是其雙列直插式

25、封裝的引腳圖其具體引腳排列如圖2-3所示：圖2-3 at89c52引腳排列引腳功能說明：vcc：電源電壓gnd：地rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。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)。一般情況下，ale仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。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。對(duì)flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖(prog)。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

26、位，可禁止ale操作。該位置位后，只有一條movx和movc指令才能將ale激活。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。psen：程序儲(chǔ)存允許(psen)輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)at89c52由外部程序存儲(chǔ)器取指令(或數(shù)據(jù))時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次psen有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次psen信號(hào)。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0000h-ffffh), ea端必須保持低電平(接地)。需注意的是：如果加密位lb1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平(接vcc端)，cp

27、u則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12v編程電壓vpp。xtal1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。p0口：p0口是一組8位漏極開路型雙向工i/0口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏輯門電路，對(duì)端口p0寫“1“時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，p0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校

28、驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。p1口：p1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)ttl邏輯電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(iil)。與at89c51不同之處是，p1.0和p1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入(p1.0/t2 )和輸入(p1.1 /t2ex) ,參見表2-1。flash編程和程序校驗(yàn)期間，p1接收低8位地址。 表2-1 p1.0和p1.1的第二功能引腳號(hào)功能特性p1.0t(定時(shí)/計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)脈沖輸入)，時(shí)鐘

29、輸出p1.1t2ec(定時(shí)/計(jì)數(shù)2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制)p2口：p2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)ttl邏輯門電路。對(duì)端口p2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(iil)。 flash編程或校驗(yàn)時(shí)，p2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。 p3口：p3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口。p3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)ttl邏輯門電路。對(duì)p3口寫入“1時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的p3

30、口將用上拉電阻輸出電流(iil)。p3口除了作為一般的i/o口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-2所示： 表2-2 p3口替代功能引腳替代功能說明p3.0rxd 串行口入口p3.1txd串行數(shù)據(jù)發(fā)送p3.2int0外部中斷0申請(qǐng)p3.3int1外部中斷1申請(qǐng)p3.4t0定時(shí)器0外部事件計(jì)數(shù)輸入p3.5t1定時(shí)器1外部事件計(jì)數(shù)輸入p3.6wr外部ram寫選通p3.7rd外部ram讀選通此外，p3口還接收一些用于flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信313 硬件電路設(shè)計(jì)我所設(shè)計(jì)的井下壓力檢測系統(tǒng)以at89c52單片機(jī)為中心，構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由模擬量輸入、開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出、電源

31、指示板及顯示電路等組成。本系統(tǒng)采用一片at89c52 單片機(jī)控制。硬件電路包括過看門狗電路、電平轉(zhuǎn)換電路、a/d轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、鍵盤顯示電路和穩(wěn)壓電源及地址開關(guān)電路和顯示電路。3.1 看門狗電路幾乎所有的單片機(jī)都需要復(fù)位電路，對(duì)復(fù)位電路的基本要求是：在單片機(jī)上電時(shí)能可靠復(fù)位，在下電時(shí)能防止程序亂飛導(dǎo)致eeprom中的數(shù)據(jù)被修改；另外，單片機(jī)系統(tǒng)在工作時(shí)，由于干擾等各種因素的影響，有可能出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)無法正常工作，為了克服這一現(xiàn)象，除了充分利用單片機(jī)本身的看門狗定時(shí)器（有些單片機(jī)無看門狗定時(shí)器）外，還需外加個(gè)看門狗電路；除此以外，有些單片機(jī)系統(tǒng)還要求在掉電瞬間單片機(jī)

32、能將重要數(shù)據(jù)保存下來，因掉電的發(fā)生往往是很隨機(jī)的，因而此類單片機(jī)系統(tǒng)需要電源監(jiān)控電路，在掉電剛發(fā)生時(shí)能告知單片機(jī)。maxim公司推出的max813l剛好能滿足這些要求，下面具體介紹該芯片的性能特點(diǎn)及使用方法。max813l有雙列直插和貼片兩種封裝形式，其雙列直插如圖4-1所示，引腳功能如下：第(1)腳為手動(dòng)復(fù)位輸入，低電平有效；第(2)、(3)腳分別為電源和地；第(4)腳為電源故障輸入；第(5)腳為電源故障輸出；第(6)腳為看門狗輸入，第(7)腳為復(fù)位輸出，第(8)腳為看門狗輸出。max813l的引腳如圖3-1所示：圖 3-1 max813l的引腳該芯片具有以下主要性能特點(diǎn)：1）復(fù)位輸出。系統(tǒng)

33、上電、掉電以及供電電壓降低時(shí)，第(7)腳產(chǎn)生復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度的典型值為200ms，高電平有效，復(fù)位門限的典型值為4.65v。2）看門狗電路輸出。如果在1.6s內(nèi)沒有觸發(fā)該電路（即第(6)步無脈沖輸入），則第(8)腳輸出一個(gè)低電平信號(hào)。3）手動(dòng)復(fù)位輸入，低電平有效，即第(1)腳輸入一個(gè)低電平，則第(7)腳產(chǎn)生復(fù)位輸出。4）1.25v時(shí)，第(5)腳輸出一個(gè)低電平信號(hào)。max813l和at89c52的連接如圖3-2，max813l的第(1)腳與第(8)腳相連。第(7)腳接單片機(jī)的復(fù)位腳，第(6)腳與單片機(jī)制p1.7相連。在軟件設(shè)計(jì)中，p1.7不斷輸出脈沖信號(hào)，如果因某種原因單片機(jī)進(jìn)入死循環(huán)，則

34、p1.7無脈沖輸出。于是1.6s后在max813l的第(8)腳輸出低電平，該低電平加到第(1)腳，使max813l產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機(jī)有效復(fù)位，擺脫死循環(huán)的困境。另外，當(dāng)電源電壓低于限值4.65v時(shí)，max813l也產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)，不執(zhí)行任何指令，直至電源電壓恢復(fù)正常，可有效防止因電源電壓較低進(jìn)單片機(jī)產(chǎn)生錯(cuò)誤的動(dòng)作。圖3-2 max813l的連接電路電源故障輸入pfi通過一個(gè)電阻分壓器監(jiān)測未穩(wěn)壓的直流電源。當(dāng)pfi低于1.25v時(shí)，電源故障輸出腳第5腳pfo變低，可引起at89c52中斷進(jìn)行電源故障處理，或?qū)⒅匾獢?shù)據(jù)保存下來。把分壓接到未穩(wěn)壓的直流電源是為了更早地對(duì)電源故

35、障告警。max813l是一體積小、功耗低、性價(jià)比高的帶看門狗和電源監(jiān)控功能的復(fù)位芯片；它使用簡單、方便。它所提供的復(fù)位信號(hào)為高電平，因而是應(yīng)用于復(fù)位信號(hào)為高電平場合的單片機(jī)系統(tǒng)的理想芯片。3.2 a/d轉(zhuǎn)換電路井下分站監(jiān)測環(huán)境參數(shù)的傳感器均為電壓型或電流型，必須使用a/d轉(zhuǎn)換器把接收到的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，供單片機(jī)處理。使用模擬開關(guān)可以接收8路模擬信號(hào)，每一路的轉(zhuǎn)換時(shí)間約為1.5ms。a/d單元電路主要由信號(hào)變換、信號(hào)補(bǔ)償、模擬開關(guān)、阻抗匹配、a/d轉(zhuǎn)換和緩沖器等組成。a/d單元組成框圖如圖3-3。圖3-3 a/d單元組成框圖(1)信號(hào)變換：每臺(tái)分站設(shè)有8個(gè)模擬量輸入口，每個(gè)輸入口都設(shè)

36、置了一組信號(hào)變換跳線器e，e上有三個(gè)變換位置，以a、b、c三個(gè)字母表示，分別接有200歐姆、47千歐姆、250歐姆電阻，以適用于不同的傳感器輸出信號(hào)制，如圖3-4所示。當(dāng)接入15ma電流信號(hào)時(shí)，將e接在a的位置上，在200歐姆的電阻上產(chǎn)生0.21v的電壓信號(hào)；當(dāng)接入420ma電流信號(hào)時(shí)，e接在c的位置上，即在250歐姆電阻上 產(chǎn)生15v的電壓信號(hào)；當(dāng)接入01v或05v電壓信號(hào)時(shí)，e都接在b的位置上，在47千歐姆的電阻上仍然是01v或05v電壓信號(hào)。圖3-4 信號(hào)變換電路(2)阻抗變換：是把電壓型的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成低阻抗信號(hào)源輸出。它由圖3-5中運(yùn)算放大器1組成。(3)信號(hào)補(bǔ)償：信號(hào)補(bǔ)償放大器是為

37、適合不同信號(hào)制式的傳感器要求而設(shè)計(jì)的。它由圖3-5中運(yùn)算放大器2和3組成。在煤礦井下，有的傳感器安裝位置需要經(jīng)常變動(dòng)，也就是說傳感器與分站之間的傳輸電纜的長度有所變化，這對(duì)于輸出信號(hào)為電流型的傳感器影響不大，而對(duì)于輸出信號(hào)是電壓型的傳感器就必須考慮了。傳輸電纜的長短不同，壓降就不同，為了得到真實(shí)數(shù)據(jù)，應(yīng)重新調(diào)整圖3-5中w1，使得運(yùn)放8端電位與傳感器輸出電壓完全相同，從而使信號(hào)得以補(bǔ)償。 圖3-5 阻抗變換和信號(hào)補(bǔ)償電路4模擬開關(guān)：scl4051是8選1模擬開關(guān)，通過邏輯電路控制，使8路模擬量依次選通。其作用如同開關(guān)一樣，俗稱模擬開關(guān)。分站中利用scl4051單8路模擬開關(guān)，實(shí)現(xiàn)8路模擬量依次

38、采樣。其邏輯電路如圖3-6所示。這種模擬開關(guān)設(shè)有禁止端，當(dāng)inh=1時(shí)，每個(gè)模擬通道均關(guān)閉，呈高阻狀態(tài)。分站沒有采用禁止功能，而是直接把inh接地。圖3-6 8選1模擬開關(guān)5 阻抗匹配電路：是把輸入信號(hào)與a/d轉(zhuǎn)換集成電路可靠連接，以適應(yīng)a/d集成電路對(duì)輸入阻抗的要求。它由一塊lm324四運(yùn)放集成電路和部分阻容元件組成。其電路如圖3-7所示。 圖3-7 阻抗匹配電路6. a/d轉(zhuǎn)換電路：a/d轉(zhuǎn)換器由cmos8位8700cj轉(zhuǎn)換器、74hc244緩沖器和74ls74雙d觸發(fā)器組成。如圖3-8所示。信號(hào)經(jīng)r89進(jìn)入8700cja/d轉(zhuǎn)換芯片的輸入端第14腳，經(jīng)內(nèi)部的轉(zhuǎn)換后由芯片的第23腳輸出一轉(zhuǎn)

39、換結(jié)束脈沖，觸發(fā)d觸發(fā)器，使輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)end通知mpu。同時(shí)，轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)鎖存到a/d輸出的8條數(shù)據(jù)線上，等待取走信號(hào)。當(dāng)mpu接到a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)后，再觸發(fā)d型觸發(fā)器，使其復(fù)位，等待a/d下一個(gè)轉(zhuǎn)換信號(hào)。同時(shí)，mpu觸發(fā)74hc244的1、19腳，取緩沖器中的信號(hào)到數(shù)據(jù)總線，供mpu處理。 圖3-8 a/d轉(zhuǎn)換電路7緩沖器和觸發(fā)器：74ls74和74hc244為a/d轉(zhuǎn)換輸出控制電路。圖3-9為其引腳功能圖。74hc244為8路數(shù)據(jù)緩沖器，把a(bǔ)/d輸出的數(shù)據(jù)與總線可靠地連接，消除時(shí)序的誤差。當(dāng)8700cja/d轉(zhuǎn)換完一路模擬信號(hào)時(shí)，輸出一脈沖信號(hào)，觸發(fā)d觸發(fā)器cp端，則q輸出高電平信

40、號(hào)，通知mpua/d轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，可以取數(shù)。mpu取數(shù)時(shí)，發(fā)出一脈沖至74hc244的1、19引腳，把緩沖器的數(shù)據(jù)取出，送至數(shù)據(jù)總線，供mpu處理。同時(shí)，觸發(fā)d觸發(fā)器r端，使其復(fù)位，等待再次a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，觸發(fā)d觸發(fā)器cp端。這樣周而復(fù)始，完成8路的循環(huán)a/d轉(zhuǎn)換。圖3-9 74ls74和74hc244引腳圖 3.3 開關(guān)量輸入 每臺(tái)分站設(shè)有8個(gè)開關(guān)量輸入，可采集分站附近2km范圍內(nèi)各種設(shè)備的開停信號(hào)。開關(guān)量輸入電路由光電耦合輸入電路、顯示電路、數(shù)據(jù)鎖存電路等組成。其工作原理框圖如圖3-10所示。圖3-10 開關(guān)量輸入工作原理框圖光電耦合開入電路直接與開停狀態(tài)檢測傳感器相接，將接受到的電流信

41、號(hào)或觸點(diǎn)信號(hào)，經(jīng)光電隔離轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的ttl電平信號(hào)。此信號(hào)送入二極管顯示電路，同時(shí)也送到緩沖電路。當(dāng)單片機(jī)對(duì)緩沖電路使能時(shí)，緩沖器內(nèi)的開停狀態(tài)信息經(jīng)數(shù)據(jù)總線送單片機(jī)處理。開關(guān)量輸入口（即開入口）既可接受5a信號(hào)，也可接收觸點(diǎn)信號(hào)，由跳線器選擇即可。當(dāng)開關(guān)量輸入端接收到+5ma電流時(shí)，耦合器ic1導(dǎo)通，輸出端1為低電平，表示設(shè)備開；當(dāng)開關(guān)量輸入端接收到-5ma電流時(shí)，耦合器ic2導(dǎo)通，輸出端2為低電平，表示設(shè)備停；當(dāng)開關(guān)量輸入端無電流時(shí)，耦合器ic1、ic2的輸出端1、2均為高電平，表示傳感器或連接電纜損壞。因此，雙耦合器開關(guān)量輸入可監(jiān)測設(shè)備的接通、斷開、斷線三種狀態(tài)。其原理如圖3-11所示，它

42、需占用兩位數(shù)據(jù)線。 圖3-11 雙耦合器開關(guān)原理圖ic1與ic2接在同一個(gè)與非門的輸入端。ic1輸出端直接連在另一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器上，只有ic1與ic2輸出均為高電平、開入口無電流時(shí)，與非門輸出低電平，表示故障狀態(tài)。ic1輸出端電平高低表示設(shè)備開/停。其信息直接經(jīng)緩沖器2送到數(shù)據(jù)總線，被mpu接收。在開入口電路中接入了一組發(fā)光二極管顯示電路，各路二極管的狀態(tài)隨所測設(shè)備的開停而變化。設(shè)備處于開的狀態(tài)，發(fā)光二極管亮，設(shè)備處于停的狀態(tài)，發(fā)光二極管滅。當(dāng)開入口接入觸點(diǎn)信號(hào)時(shí)，只需將相應(yīng)輸入口上的光電耦合器的輸入與輸出用跳接線短接即可。3.4 開關(guān)量輸出井下分站的開關(guān)量輸出中有4路由單片機(jī)i/o口直接控制，

43、另外4路由數(shù)據(jù)總線進(jìn)行控制。開關(guān)量輸出主要由驅(qū)動(dòng)器、顯示電路和繼電器電路組成，電路原理框圖3-12。圖 圖3-12 開關(guān)量輸出電路原理框圖為了保證控制有效，采用雙組觸點(diǎn)繼電器作為開關(guān)量輸出控制，一組觸點(diǎn)對(duì)外控制，另一組觸點(diǎn)將繼電器狀態(tài)信息回送單片機(jī)，由單片機(jī)再送給地面中心站計(jì)算機(jī)。地面中心站管理人員可隨時(shí)了解井下分站的對(duì)外控制狀態(tài)?；厮托畔⒌挠|點(diǎn)狀態(tài)電路如下圖3-13。圖3-13 回送信息的觸點(diǎn)狀態(tài)電路圖中no為常開觸點(diǎn)，nc為常閉觸點(diǎn)，bx為數(shù)據(jù)總線上的1位，c為控制觸點(diǎn)。通常，控制觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)nc相接。當(dāng)mpu不對(duì)rly使能時(shí)，rly為高電平，無論控制觸點(diǎn)接在常開端還是常閉端，二極管均

44、不能導(dǎo)通。因此，其觸點(diǎn)狀態(tài)信息不可能送到數(shù)據(jù)總線上去。當(dāng)mpu對(duì)rly使能時(shí)，沒有吸合繼電器的控制點(diǎn)c仍與常閉點(diǎn)nc相接，此路二極管d導(dǎo)通，使其所對(duì)應(yīng)的總線上的這一位為低電平。吸合繼電器的控制觸點(diǎn)c與常開觸點(diǎn)no相接，此路二極管d不能導(dǎo)通，所對(duì)應(yīng)的總線上的這一位為高電平。因此，當(dāng)rly使能時(shí)，8位數(shù)據(jù)總線上的高低電平代表了8個(gè)繼電器觸點(diǎn)的工作狀態(tài)。由單片機(jī)i/o口直接控制的前4路繼電器是由并聯(lián)的一對(duì)驅(qū)動(dòng)器7407所驅(qū)動(dòng)。7407是集電極開路的正向輸出緩沖器，輸出端可驅(qū)動(dòng)30v dc，在本電路中緩沖器輸出端最高電壓為12v dc，如圖3-14所示。當(dāng)mpu輸出低電平時(shí)，則在繼電器兩端產(chǎn)生12v壓

45、降，使繼電器動(dòng)作。 圖3-14 前4路繼電器電路由單片機(jī)經(jīng)過數(shù)據(jù)總線控制的后四路繼電器電路如圖3-15。 圖3-15 后四路繼電器電路由于數(shù)據(jù)總線不可能為繼電器鎖存信息，在反相驅(qū)動(dòng)器7406與數(shù)據(jù)總線之間設(shè)置一級(jí)數(shù)據(jù)鎖存器，由4d觸發(fā)器74hc175構(gòu)成。當(dāng)mpu對(duì)鎖存器dig0低電平使能時(shí)，當(dāng)前數(shù)據(jù)總線上的內(nèi)容被觸發(fā)器鎖存在鎖存器輸出端。繼電器動(dòng)作，經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)器控制。由于7406是反相的輸出緩沖器，只有對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)總線位為高電平的繼電器動(dòng)作，而對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)總線位為低電平的繼電器不動(dòng)作。顯示電路是由8個(gè)發(fā)光二極管組成，發(fā)光二極管的亮滅與繼電器被控制的狀態(tài)相一致。3.5 穩(wěn)壓電源電路本系統(tǒng)需要+15v和

46、+5v的電源，所以工作電源電路采用先單相橋式整流后穩(wěn)壓的方法。整流輸出正向半波經(jīng)過濾波得到直流電壓，先經(jīng)7815穩(wěn)壓器穩(wěn)壓得到穩(wěn)定可靠的15v直流電壓，再經(jīng)7805穩(wěn)壓器穩(wěn)壓得到穩(wěn)定可靠的5v直流電壓。作電壓穩(wěn)壓器，不需要任何外整功率管的安全工作區(qū)保護(hù)7805可直接用于電路，所以使用起來安全、可靠，如圖3-16所示。圖3-16 電源電路3.6 led顯示電路在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常用led數(shù)碼顯示器來顯示各種數(shù)字或符號(hào)。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長的特點(diǎn)，因此使用非常廣泛。本系統(tǒng)選用的是八段共陰極發(fā)光二幾管顯示器（結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，接口容易）。共陰極led顯示器的發(fā)光二極管的陰

47、極連在一起，通常此公共陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。電路如圖3-17所示。圖3-17 led顯示電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，顯示器顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的i/o接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機(jī)cpu的開銷小。可以提供單獨(dú)鎖存的i/o接口電路很多，這里我們使用一種常用靜態(tài)顯示電路。在此，利用串行口擴(kuò)展一個(gè)8位的led顯示器，硬件電路如圖3-18。圖中串行口工作在方式0，

48、串行數(shù)據(jù)從rxd（p3.0）端輸出。74ls164是一個(gè)串行輸入并行輸出的8位移位寄存器，其引腳1是串行數(shù)據(jù)輸入端；引腳3-6和 10-13是并行數(shù)據(jù)的輸出端，每個(gè)74ls164的輸出端q7-q0各驅(qū)動(dòng)一個(gè)共陰極的led顯示器；clr是74ls164的清0端，由p1.6提供清0信號(hào)，當(dāng)clr偽時(shí)，q7-q0輸出為0，4個(gè)led顯示空白字符；同步移位脈沖由txd（p3.1）送出，p1.7=1時(shí)允許74ls164串行接收數(shù)據(jù)，其波特率固定為 fosc/12。圖3-18 顯示電路3.7 地址開關(guān)電路地址開關(guān)用于分站地址的設(shè)定。每一個(gè)分站都有一個(gè)分站號(hào)，即中心站對(duì)分站查詢時(shí)的分站地址。分站號(hào)使用bcd

49、碼設(shè)置。分站地址開關(guān)是個(gè)8位開關(guān)，每位開關(guān)的一端全部接在一起接到config使能端上，另一端經(jīng)二極管接在總線b0b7上。圖3-19為地址開關(guān)原理圖。當(dāng)?shù)刂烽_關(guān)設(shè)定后，一旦config低電平使能時(shí)，則閉合的那一路所對(duì)應(yīng)的 總線位必然是低電平，而未閉合的那一路所對(duì)應(yīng)的總線位必然是高電平。于是，8位開關(guān)的設(shè)定必然在8路總線上形成高或低（或“1”或“0”）的電平信號(hào)。例如，總線b0b7對(duì)應(yīng)的地址開關(guān)撥成01010101，即說明該分站地址為55。通過對(duì)地址的不同設(shè)置，可以得到不同的分站號(hào)。數(shù)據(jù)總線configk22b0b7 圖3-19 地址開關(guān)原理圖3.8 聲光報(bào)警電路當(dāng)井下壓力超標(biāo)時(shí)，單片機(jī)控制系統(tǒng)要

50、發(fā)出報(bào)警及指示以提醒工作人員解除故障。為使報(bào)警較可靠的引起工作人員的注意，本設(shè)計(jì)采用聲光報(bào)警，并有兩種不同頻率的聲音信號(hào)。由cd4011組成兩個(gè)不同頻率的音頻振蕩器，74ls126為三態(tài)輸?shù)陀行目偩€緩沖門作為音頻切換開關(guān)。555定時(shí)器產(chǎn)生1hz的頻率用來切換兩種音頻發(fā)出報(bào)警聲并使報(bào)警圖5-8聲光報(bào)警電路燈閃爍，以引起人感官上的注意。當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時(shí)，單片機(jī)使p3.2產(chǎn)生高電平，輸入到與非門，振蕩器起振，使報(bào)警揚(yáng)聲器每秒發(fā)出兩種不同頻率的報(bào)警聲，并且報(bào)警燈每秒閃爍一次。報(bào)警電路如圖3-20所示：圖3-20 聲光報(bào)警電路4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件采用模塊化法設(shè)計(jì),用mcs -51 匯編語言編寫

51、。包括主程序，中斷服務(wù)程序以及數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、顯示等子程序組成。主程序的任務(wù)是對(duì)系統(tǒng)初始化，根據(jù)檢測到的參數(shù)控制閥門的運(yùn)行。中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)定時(shí)采樣和輸出控制。各子程序是實(shí)現(xiàn)各自的控制要求。4.1 主程序流程圖主程序主要進(jìn)行初始化、分配內(nèi)存單元即設(shè)置定時(shí)器的參數(shù)，為系統(tǒng)工作創(chuàng)造條件。使用內(nèi)部ram之前應(yīng)將對(duì)應(yīng)的內(nèi)存單元清零。主程序的流程圖為圖4-1：圖4-1 主程序流程圖4.2 中斷子程序流程圖該系統(tǒng)的采樣周期為10s，因此需要多個(gè)定時(shí)器才能保證可靠定時(shí)。設(shè)計(jì)時(shí)，將兩個(gè)定時(shí)器串聯(lián)，即t0為定時(shí)方式，t1為記數(shù)方式；也可采用軟、硬件結(jié)合的方式進(jìn)行，即設(shè)t0為定時(shí)方式1，記數(shù)用軟件實(shí)

52、現(xiàn)。本設(shè)計(jì)采用后者軟、硬件結(jié)合的定時(shí)方式來實(shí)現(xiàn)10s的定時(shí)。設(shè)t0為定時(shí)方式1，定時(shí)的時(shí)間間隔為50ms，時(shí)鐘頻率選為12mhz。得t0應(yīng)裝入的時(shí)間常數(shù)x=3cb0h，可分別裝入th0，tl0。設(shè)r7=200，對(duì)定時(shí)器t0中斷進(jìn)行記數(shù)，夠200次時(shí)，則有50ms*200=10s即可完成10s的定時(shí)。流程圖如下圖4-2： 圖4-2 中斷子程序流程圖4.3 數(shù)據(jù)采集子程序流程圖本設(shè)計(jì)中有很多傳感器，由于對(duì)這些傳感器進(jìn)行采集，以及對(duì)數(shù)據(jù)的處理所采用的方法是一樣的。為簡化起見，本設(shè)計(jì)只給出瓦斯傳感器的采集及其相應(yīng)的子程序。采集子程序的流程圖如下4-3：圖4-3 數(shù)據(jù)采集子程序流程圖4.4 數(shù)字濾波子程

53、序流程圖 考慮到本設(shè)計(jì)所采樣的東西其隨機(jī)性很大，某一次采集到的數(shù)據(jù)很有可能與其他次才具到的數(shù)據(jù)相差甚遠(yuǎn)。如果采用算術(shù)平均的方法來求其平均值，對(duì)系統(tǒng)的可靠性有很大的影響。所以本設(shè)計(jì)才用防脈沖干擾平均值法。所謂防脈沖干擾平均值法就是將采集到的n個(gè)數(shù)據(jù)中最大的那個(gè)數(shù)去掉，再把最小的那個(gè)數(shù)也去掉，最后對(duì)剩下的n-2個(gè)數(shù)求平均。流程圖如下圖4-4： 圖4-4 數(shù)字濾波子程序流程圖4.5 壓力標(biāo)度變換流程圖目的是要把實(shí)際采樣的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成bcd形式的壓力值，然后存放到顯示緩沖區(qū)。對(duì)一般線形儀表來說，標(biāo)度變換公式為：ax=ao +（am-ao）（nx-no）/（nm-no）式中：ao為一次測量儀表的下限am

54、為一次測量儀表的上限ax為實(shí)際測量值（工程量）nx為儀表下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量nm為儀表上限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量nx為測量所得數(shù)字量。根據(jù)上述算法，設(shè)傳感器的量程，相應(yīng)的壓力轉(zhuǎn)換子程序就可以編出來。標(biāo)度變換子程序的流程圖如下圖4-5所示： 圖4-5 壓力標(biāo)度變換流程圖5 總結(jié)為了能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，我閱讀了大量的自動(dòng)化專業(yè)文獻(xiàn)，并將之應(yīng)用到實(shí)際編程中，解決實(shí)際問題。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了自己查閱資料的能力，加深了自己對(duì)四年來所學(xué)的專業(yè)知識(shí)的印象，并能將之和實(shí)踐想結(jié)合，將更為深入地了解和掌握專業(yè)知識(shí)，為日后自己的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。煤礦監(jiān)控分站，是解決煤礦安全問題的重要環(huán)節(jié)。其主要通過傳感器監(jiān)測模擬量和數(shù)字量，并通過監(jiān)控分站傳送給監(jiān)控分站，實(shí)現(xiàn)了智能運(yùn)行。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，本小組成員充分發(fā)揮集體力量共同完成了設(shè)計(jì)，本人主要做了如下工作：1)硬件電路設(shè)計(jì)。采用了美國atmel公司生產(chǎn)的at89c52單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。模擬量和數(shù)字量作為系統(tǒng)的被控制量，通過傳感器或a/d變換后送給單片機(jī)。2)采用了7815和7805穩(wěn)壓器，全面的保證了系統(tǒng)的電源供應(yīng)。3)軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的軟件由主程序、中斷服務(wù)程序和控制子程序等組成。主程序的任務(wù)是對(duì)系統(tǒng)初始化，根據(jù)檢測到的參數(shù)控制閥門的運(yùn)行。中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)定時(shí)采