完整版一氧化碳報警設(shè)計

1、天津大學網(wǎng)絡(luò)教育學院?？飘厴I(yè)論文題目：一氧化碳報警設(shè)計完成期限： 2016 年 1 月 8 日 至 2016 年 4 月 20 日學習中心：嘉興 專業(yè)名稱：電氣自動化技術(shù) 學生姓名：陳應(yīng)初 學生學號： 132092433047 指導教師：劉斌天津大學網(wǎng)絡(luò)教育學院專科畢業(yè)論文一氧化碳報警設(shè)計第一章一氧化碳報警器簡介設(shè)計出性能更加可靠，經(jīng)濟實惠的一氧化碳報警器。我們應(yīng)該對國家標準規(guī) 定的燃氣報警器的種類有所了解。燃氣報警器可分為可燃氣體泄漏儀（簡稱“檢 漏儀”），可燃氣體報警控制器（簡稱“控制器”）、可燃氣體探測器（簡稱“探測 器”）、可燃氣體報警器（簡稱“報警器”）四大系列產(chǎn)品。可燃氣報警器的核

2、心 是氣體傳感器，俗稱“電子鼻”。當氣體傳感器遇到燃氣時，傳感器電阻隨燃氣 濃度而變化，隨之產(chǎn)生電信號，供燃氣報警器后繼線路處理。經(jīng)過電子路線處理 變成濃度成比例變化的電壓信號，由線性電路加以補償，使信號線性化，經(jīng)微機 處理、邏輯分析，輸出各種控制信號，即當燃氣濃度達到報警設(shè)定值時，燃氣報 警器發(fā)出聲光報警信號。如果環(huán)境中 co含量超出安全范圍，常人很難發(fā)現(xiàn)，為 了保證人們生命健康和正常生產(chǎn)不受影響，實時檢測co含量十分重要。所以基于單片機設(shè)計制作一氧化碳報警器，來保障人們的生命財產(chǎn)安全。意義在于：（1）成本低廉并能對一氧化碳準確報警。（2）該產(chǎn)品不需專業(yè)人員操作，只要放在合適位置，通電即可，

3、連續(xù)使用 方便，操作簡單。（3）能起到預(yù)防一氧化碳中毒的效果，使人們安全放心的工作。（4）出現(xiàn)一氧化碳漏或者著火時，報警器能夠立即鳴笛報警，告之工作人 員及時米取措施。第二章設(shè)計方案第一節(jié)單片機的介紹和選用單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處 理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM只讀存儲器ROM多種I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬 多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算 機系統(tǒng)，目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域， 幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單 片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛

4、機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù) 據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程 控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機，更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、 智能儀表以及各種智能機械了。因此，單片機的學習、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計 算機應(yīng)用與智能化控制的科學家、工程師。設(shè)計選用ATMEI公司的AT89C51和美國國家半導體公司生產(chǎn)的 ADC080第二節(jié)設(shè)計要求及思路設(shè)計要求：報警器需在一氧化碳濃度達到100ppm時啟動報警。具體實現(xiàn)如下功能：（1）系統(tǒng)要求設(shè)置正常工作狀態(tài)除正常工作狀態(tài)外 丄ED紅

5、燈處于熄滅狀態(tài)， 蜂鳴器處于關(guān)閉狀態(tài)。（2） 在正常工作狀態(tài)下，綠燈應(yīng)長亮。當室內(nèi)一氧化碳濃度達到100ppm 時系統(tǒng)應(yīng)啟動蜂鳴器報警，紅燈閃爍。設(shè)計思路：采用單個傳感器檢測氣體濃度，將檢測結(jié)果通過高精度運算放大 器放大后送入模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片中進行轉(zhuǎn)換，傳給單片機進行數(shù)據(jù)處理。處理后的 信息將通過單片機控制，驅(qū)動報警。第三節(jié)初始方案與確定（1）初始設(shè)計以設(shè)計思路展開研究：根據(jù)該設(shè)計要實現(xiàn)的基本功能，設(shè)計大概應(yīng)該分為信號接收，信號處理，信 號控制和信號響應(yīng)四個部分。A. 信號采集接收部分即通過檢測一氧化碳氣體濃度，并將這種變化量轉(zhuǎn)換成 電壓或者電流等模擬量的變化B. 信號處理部分是將接收部分得到的

6、電壓或電流等變化進行必要放大，為后一部分信號控制提供準備。C. 信號控制部分是通過預(yù)定控制方式等實現(xiàn)對設(shè)計要求的準確操作。D. 信號響應(yīng)是通過事故處理部分和顯示部分實現(xiàn)控制部分的要求。（2）對上述四個部分進行分析，得到如下一些基本的結(jié)論：A. 信號接收部分為了能準且采集到氣體濃度的變化應(yīng)選用傳感器敏感器件，為使其有效部分的檢測房間中氣體濃度，必須選用高溫一氧化碳傳感器。B. 信號處理部分應(yīng)該根據(jù)實際情況選用電荷放大，或比較器等裝置，這部分 電路將包含在傳感器接口電路中。C. 控制部分為了實現(xiàn)精確控制，采用單片機較為合適。D. 信號響應(yīng)及報警部分，用蜂鳴器和 LED燈即可。根據(jù)對上面設(shè)計系統(tǒng)的分

7、析，我們得到該設(shè)計思想框圖如下圖2.1所示：圖2.1 設(shè)計思想框圖(2) 方案確定經(jīng)過分析采用初始方案設(shè)計，即用單個傳感器檢測一氧化碳氣體濃度，將 檢測到的濃度結(jié)果通過運算放大器放大后送入模 /數(shù)芯片ADC080腫進行模一數(shù) 轉(zhuǎn)換，傳入單片機中，由AT89C51單片機處理數(shù)據(jù)，并利用單片機控制報警器進 行聲音報警。分析：此設(shè)計十分簡單，也十分實用。雖然對氣體濃度的采集不是很精確， 但報警方面已經(jīng)十分符合設(shè)計目的。第四節(jié)系統(tǒng)組成本設(shè)計屬于單片機應(yīng)用系統(tǒng)。單片機在系統(tǒng)檢測以及工程控制方面的應(yīng)用， 是典型的嵌入式系統(tǒng)。通常將滿足海量高速數(shù)據(jù)計算的計算機稱為通用計算機系 統(tǒng)；而把面向工控領(lǐng)域?qū)ο?，嵌?/p>

8、到工控系統(tǒng)中，實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計算機稱之 為嵌入式計算機系統(tǒng)，簡稱嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)分為四種：工控機，通用 CPU莫塊，嵌入式微處理，單片機。嵌入式系統(tǒng)具有以下特點：(1) 面對控制對象。如傳感器信號輸入、人機交互操作、伺服驅(qū)動等。(2) 嵌入到工控應(yīng)用系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)形態(tài)。(3) 能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中可靠運行的品質(zhì)。(4) 突出控制功能。如對外部信息的捕捉、對控制對象實時控制和有突出控 制功能的指令系統(tǒng)(I/O控制、位操作和轉(zhuǎn)移指令等)。單片機有唯一的專門為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)，最能滿足嵌入式應(yīng)用要求。單片機是完全按嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計的單芯片形態(tài)應(yīng)用系統(tǒng)，能滿足面對控制對象、

9、應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入、現(xiàn)場的可靠 運行及非凡的控制品質(zhì)等要求，是發(fā)展最快、品種最多、數(shù)量最大的嵌入式系統(tǒng)。第五節(jié)一氧化碳報警器系統(tǒng)的三大部分單片機應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分三個層次。（1）單片機：通常指應(yīng)用系統(tǒng)主處理機，即所選擇的單片機器件。（2）單片機系統(tǒng)：指按照單片機的技術(shù)要求和嵌入對象的資源要求而構(gòu)成 的基本系統(tǒng)，如時鐘電路、復位電路和擴展存儲器等與單片機構(gòu)成了單片機系統(tǒng)。（3）單片機應(yīng)用系統(tǒng)：能滿足嵌入對象要求的全部電路系統(tǒng)。在單片機系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上面向?qū)ο蟮慕涌陔娐罚缜跋蛲ǖ?、后向通道、人機交互通道（鍵 盤、顯示器、打印機等）和串行通行口（RS232以及應(yīng)用程序等。（單片機應(yīng)用系統(tǒng)三個層次的關(guān)系如

10、圖 2.2 :圖2.2單片機應(yīng)用系統(tǒng)三個層次的關(guān)系以此理解，一氧化碳報警器同樣具有單片機應(yīng)用系統(tǒng)的三個層次。其中以AT89C51單片機為核心構(gòu)成單片機系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，檢測信號進入單片機進行運算處理。 為了更好的理清設(shè)計思路，將整個系統(tǒng)細分為三部分加以設(shè)計說明。整個報警器 由三個部分組成，分為三大模塊：濃度檢測模塊、主控模塊和報警模塊。在本次 設(shè)計中，使用的核心器件是單片機和一氧化碳傳感器。為了保重整個系統(tǒng)可靠的運行，設(shè)計中必須明確三大 部分的實際聯(lián)系：以單片機為中心，其他各大模塊一一展開。其中，濃度檢測及 顯示模塊所實現(xiàn)的功能是將房間中的一氧化碳濃度值轉(zhuǎn)換成為單片機能夠處理 的數(shù)字信號，并且

11、濃度值顯示出來：主控模塊以單片機為主，對其他模塊的運行進行控制；報警模塊是此系統(tǒng) 的外部電路，它的功能是實現(xiàn)報警。系統(tǒng)框圖如圖 2.3所示。圖2.3一氧化碳報警器系統(tǒng)組成框圖下面就對各個模塊的功能和實現(xiàn)形式做簡單介紹（1）氣體濃度檢測模塊一氧化碳報警器主要采用高穩(wěn)定一氧化碳氣體傳感器 MQ-7檢測房間氣體濃 度，檢測結(jié)果通過高精度運算放大器放大后送入模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC080腫進行 轉(zhuǎn)換（2）主控模塊系統(tǒng)采用單片機控制，用的是AT89C51單片機,AT89C5仲片機是美國In tel 公司推出的一種4K字節(jié)可編程FLASH存儲器，低電壓、高性能CMOS位微處理器。單片機的可擦除只讀存儲器可以

12、反復擦除1000次，數(shù)據(jù)可保留10年。它的主要功能既是和ADC0809芯片一起共同接受檢測信號，又可以通過對數(shù) 字型號的處理來控制外圍電路以及顯示電路。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采用 ADC0809接收 經(jīng)過運算放大器處理后的一氧化碳傳感器的檢測值，檢測結(jié)果通過ADC0809處理 后才傳給單片機進行數(shù)據(jù)處理。處理后的信息將通過單片機控制，以驅(qū)動報警。（3）報警模塊此模塊主要有蜂鳴器、LED燈組成，在氣體濃度過大，超過安全值時，蜂鳴 器工作，提供報警服務(wù)。至此，本系統(tǒng)的三大模塊功能和設(shè)計思路已經(jīng)確立，下文將介紹整個系統(tǒng)的 詳細設(shè)計過程。并且給出設(shè)計電路。第二章硬件電路設(shè)計第一節(jié) 單片機基礎(chǔ)知識簡介介紹及主控電

13、路設(shè)計在實際的應(yīng)用中，基本知識的掌握程度至關(guān)重要，他影響到應(yīng)用的好壞。硬 件知識用來設(shè)計硬件電路，軟件知識用來設(shè)計芯片處理數(shù)據(jù)的先后順序，數(shù)據(jù)的 獲得途徑以及對數(shù)據(jù)做怎樣的處理，還有其他的一些驅(qū)動和顯示功能等等。本設(shè) 計用到的硬件知識主要有：電子技術(shù)、單片機技術(shù)。在電子技術(shù)方面分為模擬電 子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)，模擬電子技術(shù)主要用來放大傳感器檢測信號和驅(qū)動反光 二極管以及顯示穿管器檢測氣體濃度；數(shù)字電子技術(shù)用來把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量， 把從剛起檢測到的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。利用單片機實現(xiàn)綜合控制。主控電路中，以單片機為主體，通過分析A/D轉(zhuǎn)換的得到的數(shù)字值，控制事故處理模塊運行。設(shè)計采用的是AT89

14、C51型單片機，AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖3.1所示ATH9C52AT89C5!0113PL.)PI.2Fl. JPJ.4PL5PI 6;pi.ijrst| (RAmpj.oj (TXDiPl |:iTviD) ?3. 2|；(TjiTl)P3.3

15、| I 仃 O)PL4|_ CT3JP3.5QT iWP3h 迴 麗門，7 nrXTM畫?0. 0/ (AOdPO. l/(ADbPU. 2 / IAP2)ATBOCStPD.4；(AI?4)P0. 5/(AD5F0.7/ Ul?Ea；vpp_ all/FrocM.77 i：.U5)P2.c/ pa.i/av)P2+Q/MIPAT89S51AT89CS1AP99C51 的引 ItPM 列三種車片機前外形同圖3.1單片機外形及引腳排列圖(1) 主要特性：與MCS-51兼容4K字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz三級程序存儲器鎖定128X8

16、位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路(2) 管腳說明：VCC供電電壓。GND接地。P0 口： P0 口為一個8位漏級開路雙向I/O 口，每腳可吸收 8TTL門電 流。當P0口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1 口： P1 口是一個內(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。P1 口管腳寫入1后，被

17、內(nèi)部上拉為高，可用作輸 入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2 口被寫“ T時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻 拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。 在給出地址“ T時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)

18、容。P2 口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3 口： P3 口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出 4個TTL門電流。當P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作 為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL ）這是由于上拉的緣故。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P3.0 RXD （串行輸入口）P3.1 TXD （串行輸出口）P3.2 /INTO （外部中斷 0）P3.3 /INT1 （外部中斷 1）P3.4 T0 （記時器0外部輸入）P3.5 T1 （記時器1外部輸入）P3.6

19、/WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號RST腳兩個機器周期的RST:復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持咼電平時間。ALE/PROG當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存 地址的地位字節(jié)。 在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用 作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí) 行MOVX

20、 MOVC旨令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處 理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。PSEN外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間， 每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSE N信號將不出現(xiàn)。EA/VPP:當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器 (0000H-FFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 在FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPF)。XTAL1 :反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸

21、入。XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。(3) 振蕩器特性：XTAL1和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為 片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器， 因此對外部時鐘信號的脈寬無 任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。(4) 芯片擦除：整個PEROM車列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合， 并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被 寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以

22、在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯， 支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU亭止工作。但 RAM定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。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，直到下一個硬件復位為止。(5) 串口通訊:單片機的結(jié)構(gòu)和特殊寄存器，這是你編寫軟件的關(guān)鍵。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?，各代表什么含 義呢？SBUF數(shù)據(jù)緩沖寄存器這是一個可以直接尋址的串行口專用寄存器。有朋友這樣問起過“為何在串行口收發(fā)中，都只是使用到同一個寄存器SBUF而不是收發(fā)各用一個寄存器。”實際上 SBUF包含了兩個獨

23、立的寄存器，一個是 發(fā)送寄存，另一個是接收寄存器，但它們都共同使用同一個尋址地址一99耳CPU 在讀SBUF時會指到接收寄存器，在寫時會指到發(fā)送寄存器，而且接收寄存器是 雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒有及時的被響應(yīng)，數(shù)據(jù)沒 有被取走，下一幀數(shù)據(jù)已到來，而造成的數(shù)據(jù)重疊問題。發(fā)送器則不需要用到雙 緩沖，一般情況下我們在寫發(fā)送程序時也不必用到發(fā)送中斷去外理發(fā)送數(shù)據(jù)。操作SBUF寄存器的方法則很簡單，只要把這個99H地址用關(guān)鍵字sfr定義為一個 變量就可以對其進行讀寫操作了，如sfr SBUF = 0x99;當然你也可以用其它的名稱。通常在標準的reg51.h或at89x51.h等頭文件中已對

24、其做了定義，只要 用#i nclude 引用就可以了。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 會引用到接口控制寄存器。SCON就是51芯片的串行口控制寄存器。它的尋址 地址是98H,是一個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)。51芯片的串口可以工作在幾個不同的工作模式下，其工作模式的 設(shè)置就是使用SCON寄存器。它的各個位的具體定義如下：SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RISM0 SM1為串行口工作模式設(shè)置位，這樣兩位可以對應(yīng)進行四種模式的設(shè) 置。串行口工作模式設(shè)置。SM0 SM1模式 功能 波特率0 0 0 同步移

25、位寄存器fosc/120 1 1 8位UART可變1 0 2 9 位 UART fosc/32 或 fosc/641 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。表中的fosc代表振蕩器的頻率，也就是晶振的頻率。 UART為(Un iversal Asy nchro nous Receiver)的英文縮寫。SM2在模式2、模式3中為多處理機通信使能位。在模式0中要求該位為0。 REM為允許接收位，REM置1時串口允許接收，置0時禁止接收。REM是由軟件置位或清零。如果在一個電路中接收和發(fā)送引腳 P3.0,P3.1都和上位機

26、相連， 在軟件上有串口中斷處理程序，當要求在處理某個子程序時不允許串口被上位機 來的控制字符產(chǎn)生中斷，那么可以在這個子程序的開始處加入REM=0來禁止接收，在子程序結(jié)束處加入 REM=1再次打開串口接收。大家也可以用上面的實際 源碼加入REM=0來進行實驗。TB8發(fā)送數(shù)據(jù)位8,在模式2和3是要發(fā)送的第9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，在多處理機通信中這一位則用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。RB8接收數(shù)據(jù)位8,在模式2和3是已接收數(shù)據(jù)的第9位。該位可能是奇 偶位，地址/數(shù)據(jù)標識位。在模式0中，RB8為保留位沒有被使用。在模式1中， 當SM2=0 RB8是已接收數(shù)

27、據(jù)的停止位。TI發(fā)送中斷標識位。在模式0,發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)時，由硬件置位。其它 模式中則是在發(fā)送停止位之初，由硬件置位。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)。在任何模式下，TI都必須由軟件來清除，也就是說在數(shù)據(jù)寫入到 SBUF 后，硬件發(fā)送數(shù)據(jù)，中斷響應(yīng)（如中斷打開），這時TI=1，表明發(fā)送已完成，TI 不會由硬件清除，所以這時必須用軟件對其清零。RI接收中斷標識位。在模式0,接收第8位結(jié)束時，由硬件置位。其它模 式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。RI=1，申請中斷，要求 CPU取走數(shù)據(jù)。但在模式1中，SM2=1時，當未收到有效的停止位，則不會對RI置位。 同樣RI

28、也必須要靠軟件清除。常用的串口模式 1是傳輸10個位的，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。它的波特率是可變的，其速率 是取決于定時器1或定時器2的定時值（溢出速率）o AT89C51和AT89C2051等 51系列芯片只有兩個定時器，定時器 0和定時器1,而定時器2是89C52系列 芯片才有的。波特率在使用串口做通訊時，一個很重要的參數(shù)就是波特率，只有上下位機 的波特率一樣時才可以進行正常通訊。波特率是指串行端口每秒內(nèi)可以傳輸?shù)牟?特位數(shù)。有一些初學的朋友認為波特率是指每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，如標準9600會被誤認為每秒種可以傳送 9600個字節(jié)，而實際上它是指每秒可以傳送96

29、00個二進位，而一個字節(jié)要8個二進位，如用串口模式1來傳輸那么加上起始位和 停止位，每個數(shù)據(jù)字節(jié)就要占用10個二進位，9600波特率用模式1傳輸時，每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)是9600- 10= 960字節(jié)。51芯 片的串口工作模式0的波特率是固定的，為fosc/12 ,以一個12M的晶振來計算，那么 它的波特率可以達到1M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SMO位，女口 SMOD為0，波特率為focs/64,SMOD為1,波特率 為focs/32。模式1和模式3的波特率是可變的，取決于定時器 1或2(52芯 片)的溢出速率。那么我們怎么去計算

30、這兩個模式的波特率設(shè)置時相關(guān)的寄存器的值呢？可以用以下的公式去計算。波特率=(2SMO32)X定時器1溢出速率上式中如設(shè)置了 PCON寄存器中的SMOD位為1時就可以把波特率提升2倍。 通常會使用定時器1工作在定時器工作模式2下，這時定時值中的TL1做為計 數(shù)，TH1做為自動重裝值，這個定時模式下，定時器溢出后，TH1的值會自動 裝載到TL1，再次開始計數(shù)，這樣可以不用軟件去干預(yù)，使得定時更準確。在這 個定時模式2下定時器1溢出速率的計算公式如下：溢出速率=(計數(shù)速率)/(256 TH1)上式中的“計數(shù)速率”與所使用的晶體振蕩器頻率有關(guān)，在51芯片中定時器啟動后會在每一個機器周期使定時寄存器

31、TH的值增加一，一個機器周期等于 十二個振蕩周期，所以可以得知 51芯片的計數(shù)速率為晶體振蕩器頻率的1/12， 一個12M的晶振用在51芯片上，那么51的計數(shù)速率就為1M通常用11.0592M 晶體是為了得到標準的無誤差的波特率，那么為何呢？計算一下就知道了。如我們要得到9600的波特率，晶振為11.0592M和12M定時器1為模式2，SMOD設(shè)為1,分別看看那所要求的TH1為何值。 代入公式：11.0592M9600= (2 - 32) X (11.0592M/12)/(256 -TH1)TH1= 25012M9600= (2 - 32) X (12M/12)/(256 -TH1) TH仁

32、249.49上面的計算可以看出使用12M晶體的時候計算出來的TH1不為整數(shù)，而TH1 的值只能取整數(shù)，這樣它就會有一定的誤差存在不能產(chǎn)生精確的9600波特率。當然一定的誤差是可以在使用中被接受的，就算使用11.0592M的晶體振蕩器也會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。第二節(jié)模數(shù)轉(zhuǎn)換部分電路設(shè)計模數(shù)轉(zhuǎn)換部分采用ADC080芯片。ADC0809是M美國國家半導體公司生產(chǎn)的CMOST藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。是目前

33、國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片(1 )主要特性：(1) 8路輸入通道，8位A/ D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8位。(2 )具有轉(zhuǎn)換起停控制端。(3) 轉(zhuǎn)換時間為 100卩s(時鐘為 640kHz時)，130卩s (時鐘為 500kHz 時)(4) 單個+ 5V電源供電(5) 模擬輸入電壓范圍 0+ 5V,不需零點和滿刻度校準。(6) 工作溫度范圍為-40+ 85攝氏度(7) 低功耗，約15mW(2) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)：ADC0809是 CMOSI片型逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖13.22 所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近 。(3) 外部特性(

34、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。下面說明各引腳功能。IN0IN7 : 8路模擬量輸入端。2-12-8 : 8位數(shù)字量輸出端。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，輸入，高電平有效。START A / D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端， 輸入一個正脈沖(至少100ns寬) 使其啟動(脈沖上升沿使 0809復位，下降沿啟動 A/D轉(zhuǎn)換)。EOC A /D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個 高電平(轉(zhuǎn)換期間一直為低電平)。OE數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束

35、時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KH乙REF( +)、REF(-):基準電壓。VCC電源，單一+ 5V。GND 地。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖如圖3.2所示AMUA一 VJDBI )1 X： ME一51M A.K 11眼嘆、一-L 223-N一 ISINb1IN-4-m2 21A1 1 )|iLMART23Al Ji KKDC 丁ALE-UjB,門-H AIHBOSE-n氣(JK-a-110【一l DK.11IMf .-E27訂GND-13出)i-i if 6圖3.2ADC0809內(nèi)部圖及引腳圖(4) ADC0809的工作過程：首先

36、輸入3位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng) 譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。 START上升沿將逐次逼近寄存器復位。 下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。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，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。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)及時傳送給單片機進行處理。 數(shù)據(jù)傳 送的關(guān)鍵問題是如何確認A/D轉(zhuǎn)換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式。(1) 定時傳送方式對于一種 A/

37、D轉(zhuǎn)換其來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標是已知的和固 定的。例如 ADC0809轉(zhuǎn)換時間為 128卩s,相當于 6MHz的MCS-51單片機共 64個機器周期?？蓳?jù)此設(shè)計一個延時子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用此子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進行數(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，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可確認轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進行數(shù)據(jù)傳送。(3 )中斷方式把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(EOC作為中斷請求信號，以中斷方式進行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述那種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進行 數(shù)據(jù)傳送。

38、首先送出口地址并以信號有效時，0E信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單 片機接受（5） ADCU08O9與單片機連接方式如圖3.3 :U6圖3.3 ADC0809與單片機連接方式第三節(jié)傳感器部分電路設(shè)計（1）傳感器的定義人們通常將能把非電量轉(zhuǎn)換成電量的器件稱為傳感器， 傳感器實質(zhì)是一種功 能模塊，起作用是將來之外界的各種信號轉(zhuǎn)換成電信號： 它是實現(xiàn)測試與自動控 制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。（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。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中， 要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過 程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使

39、產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量。 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)。傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟、 推動社會進步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的 發(fā)展。相信不久的將來，傳感器技術(shù)將會出現(xiàn)一個飛躍， 達到與其重要地位相稱 的新水平。(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還加上輔助 電源。通?？捎梅娇驁D表示，如下圖 3.4所示：敏感傳感測量元件元件電路L敏感元件圖3.5方框圖敏感元件一一直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的其他量的元件。傳感元件一一又稱變換器，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。也可以不直接感受

40、被測量，而只感受與被測量成確定關(guān)系的其 他非電量。測量電路一一能把傳感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為便于顯示、 記錄、控制和處 理的有用電信號的電路。使用較多的是電橋電路，也是用其他特殊電路，如高阻 抗輸入電路、脈沖調(diào)寬電路、維持震蕩的激振電路等。由于傳感元件的輸出信號 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。(4) 傳感器的分類1. 根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學傳感器二大類a.物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致拉伸現(xiàn)象，離 化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成 電信號。b.化學傳感器包括那些以化學吸附、電化學反應(yīng)等現(xiàn)象為因

41、果關(guān) 系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號。有些傳感器既不能 劃分到物理類，也不能劃分為化學類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運作的。2. 按照其用途，傳感器可分類為：a.壓力敏和力敏傳感器，b.位置傳感器，c.液面?zhèn)鞲衅?，d.能耗傳感器，e.速度傳感器，f.加速度傳感器，g.射線輻射傳感器，h.熱敏傳感器， i.24GHz雷達傳感器。3. 按照其原理，傳感器可分類為：a.振動傳感器，b.濕敏傳感器，c.磁敏傳感器，d.氣敏傳感器，e.真 空度傳感器f.生物傳感器等。4. 以其輸出信號為標準可將傳感器分為：a.模擬傳感器，b.數(shù)字傳感器，c.膺數(shù)字傳感器，d.開關(guān)傳感器。5. 所應(yīng)

42、用的材料觀點出發(fā)可將傳感器分成下列幾類： 按照其所用材料的類別分：金屬、聚合物、陶瓷、混合物 按材料的物理性質(zhì)分：導體、絕緣體、半導體、磁性材料 按材料的晶體結(jié)構(gòu)分：單晶、多晶、非晶材料6. 按照其制造工藝，可以將傳感器區(qū)分為：a.集成傳感器b.薄膜傳感器c.厚膜傳感器d.陶瓷傳感器每種工藝技術(shù)都有自己的優(yōu)點和不足。 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。(4) 傳感器的設(shè)計要點 根據(jù)以上對傳感器的相關(guān)知識的介紹，我們可以明確傳感器是測量、 控制系統(tǒng)的，必須具備良好的性能。在設(shè)計中應(yīng)該注意以下要點： 輸入和輸出之間成比例，直線性

43、好、靈敏度高、分辨力強、測量范 圍寬。 滯后、漂移誤差小 動態(tài)特性好 功耗小 時間老化特性優(yōu)良 與被測體匹配良好，既不因接入傳感器而使得被測對象受到影響， 受被測量之外的影響小。 體積小、重量輕、價格低廉。 故障率低，易于校準和維護。由于傳感元件的輸出信號一邊比較小，為了便于能夠驅(qū)動控制電路， 在傳感器電路中還應(yīng)該包括放大器。鑒于以上選擇要點，本文中用到的傳感器必須具備良好的測量效果、 功耗小、動態(tài)特性良好和體積小、重量輕、價格低廉等幾個主要特性。為 此我們選擇了 MQ-7系列傳感器。(5) 傳感器與ADC0809勺連接檢測數(shù)據(jù)從IN0 口輸入，轉(zhuǎn)換完畢送給單片機P1 口供單片機進行數(shù)據(jù)處理

44、連接電路圖如圖3.6 :24D3SPEAKERLS2R24300R2 510 0Q4NPNQ5NPNQ6NPN圖3.6 傳感器與ADC0809!接電路圖第四節(jié)報警電路的設(shè)計報警電路采用了蜂鳴器以及放光二極管。在設(shè)計中，單片機的P2.0,P2.1,P2.2 分別控制燈以及蜂鳴器，通過編程讓傳感器的數(shù)據(jù)和給定值進行比較。如果大于則報 警，即蜂鳴器鳴叫，發(fā)光二極管閃爍。電路圖如圖3.7所示D4LEDR 1 71 0KR 1 91 0 KP2. 2圖3.7 報警器電路圖第三章軟件設(shè)計第一節(jié)單片機編程本次設(shè)計用匯編語言編寫程序。由于程序十分簡單，所以用匯編語言能夠更 直觀更便于理解。下面介紹一下匯編語言

45、：匯編語言是面向機器的程序設(shè)計語言。在匯編語言中，用助記符代替操作碼， 用地址符號或標號代替地址碼。這樣用符號代替機器語言的二進制碼， 就把機器 語言變成了匯編語言。于是匯編語言亦稱為符號語言。使用匯編語言編寫的程序， 機器不能直接識別，要由一種程序?qū)R編語言翻譯成機器語言， 這種起翻譯作用 的程序叫匯編程序，匯編程序是系統(tǒng)軟件中語言處理系統(tǒng)軟件。 匯編程序把匯編 語言翻譯成機器語言的過程稱為匯編。第二節(jié)匯編語言概況匯編語言是一種功能很強的程序設(shè)計語言，也是利用計算機所有硬件特 性并能直接控制硬件的語言。匯編語言，作為一門語言，對應(yīng)于高級語言的編譯器，需要一個“匯編器”來把匯編語言原文件匯編成

46、機器可執(zhí)行的代碼。高級的匯編器如MASM TASM等等為我們寫匯編程序提供了很多類似于高級語言的特 征，比如結(jié)構(gòu)化、抽象等。在這樣的環(huán)境中編寫的匯編程序，有很大一部分是面 向匯編器的偽指令，已經(jīng)類同于高級語言?，F(xiàn)在的匯編環(huán)境已經(jīng)如此高級，即使 全部用匯編語言來編寫windows的應(yīng)用程序也是可行的，但這不是匯編語言的長 處。匯編語言的長處在于編寫高效且需要對機器硬件精確控制的程序。(1) 匯編語言直接同計算機的底層軟件甚至硬件進行交互，它具有如下 一些優(yōu)點：1. 能夠直接訪問與硬件相關(guān)的存儲器或I/O端口；2. 能夠不受編譯器的限制，對生成的二進制代碼進行完全的控制；3. 能夠?qū)﹃P(guān)鍵代碼進行更

47、準確的控制，避免因線程共同訪問或者硬件 設(shè)備共享引起的死鎖；4. 能夠根據(jù)特定的應(yīng)用對代碼做最佳的優(yōu)化，提高運行速度；5. 能夠最大限度地發(fā)揮硬件的功能。（2）匯編語言是一種層次非常低的語言，它僅僅高于直接手工編寫二 進制的機器指令碼，因此不可避免地存在一些缺點：1. 編寫的代碼非常難懂，不好維護；2. 很容易產(chǎn)生bug，難于調(diào)試；3. 只能針對特定的體系結(jié)構(gòu)和處理器進行優(yōu)化；4. 開發(fā)效率很低，時間長且單調(diào)。（3 ）匯編語言的特點：1. 面向機器的低級語言，通常是為特定的計算機或系列計算機專門設(shè) 計的。2. 保持了機器語言的優(yōu)點，具有直接和簡捷的特點。3. 可有效地訪問、控制計算機的各種硬件

48、設(shè)備，如磁盤、存儲器、CPUI/O端口等。4. 目標代碼簡短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設(shè)計語言。5. 經(jīng)常與高級語言配合使用，應(yīng)用十分廣泛。對于不同型號的計算機，有著不同的結(jié)構(gòu)的匯編語言。匯編語言由于采用了助記符號來編寫程序，比用機器語言的二進制代 碼編程要方便些，在一定程度上簡化了編程過程。匯編語言的特點是用符 號代替了機器指令代碼，而且助記符與指令代碼一一對應(yīng)，基本保留了機 器語言的靈活性。使用匯編語言能面 向機器并較好地發(fā)揮機器的特性，得到質(zhì)量較高的程序。匯編語言是面向具體機型的，它離不開具體計算機的指令系統(tǒng)，因此，對于不同型號的計算機，有著不同的結(jié)構(gòu)的匯編語言，而且，對于同一問 題所編制的匯編語言程序在不同種類的計算機間是互不相通的。匯編語言中由于使用了助記符號，用匯編語言編制的程序輸入計算機， 計算機不能象用機器語言編寫的程序一樣直接識別和執(zhí)行，必須通過預(yù)先 放入計算機的匯編程序中進行加工和翻譯，才能變成能夠被計算機直接CPU處識別和處理的二進制代碼程序。用匯編語言等非機器語言書寫好的符號