基于c51單片機的有害氣體檢測課程設計

1、基于c51單片機的有害氣體檢測課程設計目錄第一章系統(tǒng)總體方案選擇與說明31.1 方案選擇31.2 系統(tǒng)說明3第二章系統(tǒng)結構框圖與工作原理42.1 設計框架圖52.2 工作原理5第三章各單元硬件設計說明及法計算方73.1 主控芯片80C5173.2 A/D轉換集成電路主芯片080983.3 集成氣體傳感器TGS202元件103.4 地址鎖存器主芯片74LS373113.5 單片機時鐘電路123.6 復位電路133.7 光報警系統(tǒng)143.8 單片機振蕩電路15第四章軟件設計164.1 軟件總體設計17第六章總結錯誤!未定義書簽。附件1（原理圖）1附錄2參考文獻20第一章系統(tǒng)總體方案選擇與說明1.1

2、 方案選擇用單片機控制一個檢測報警系統(tǒng)，與以往用數字邏輯電路組成的控制系統(tǒng)相比，用單片機組成的檢測報警系統(tǒng)，應具有更大的靈活性，功能也更強，并具有智能性,在實際工作中是一種行之有效的方法。因此，從理論上分析利用單片機為核心設計一個工業(yè)現場報警器系統(tǒng)是可行的。1.2 系統(tǒng)說明單片機工業(yè)現場報警系統(tǒng)是對工業(yè)現場的有害氣體進行檢測，一旦有害氣體的濃度超過容許的氣體濃度范圍，系統(tǒng)閃光響鈴報警。通過傳感器對工業(yè)現場有害氣體濃度的檢測從而轉換成相應的電壓值，又通過A/D模數轉換器將傳感器的電壓值的模擬信號轉換為數字信號，然后所轉換的數字量接到單片機80C51的體的濃度是否超標，超標則P0口，最后單片機對接

3、入的數字信號做出反應，判斷所測有害氣做出閃光響鈴的報警指示，處于安全范圍保持正常狀態(tài)不變。第二章系統(tǒng)結構框圖與工作原理2.1 設計框架圖2.2 工作原理單片機工業(yè)現場報警器主要由氣體傳感器、信號調理、A/D模數轉換器、89C51單片機和閃光響鈴報警等幾部分構成。八種有害氣體分別對應八個氣體傳感器，氣體傳感器對有害氣體的濃度進行測量，從而轉換成電壓量。將氣體傳感器的輸出端接到A/D模數轉換器的IN0至IN7端，作為A/D模數轉換器的輸入。再將A/D模數轉換器的輸出端D0D7®到89C51單片機的P0口，將閃光響鈴報警電路接到89C51單片機的P3.7口，從而構成氣體檢測報警系統(tǒng)。當氣體

4、傳感器檢測的濃度值大于或等于所設定的氣體濃度值，通過A/D模數轉換成高電平送到80C51單片機的P0口，從而使P3.7=0,閃光響鈴就啟動了，從而完成了氣體的檢測。第三章各單元硬件設計說明及法計算方法3.1 主控芯片89C51這次課程設計的主要是圍繞80C51而設計的，所以有必要先對它做一個簡單介紹,89C51引腳圖如下圖所示：P1.0匚|VccP1.1卜P0.0(AD0)P1.2匚P0.1(AD1)P1.3匚P0.2(AD2)P1.4H二|P0.3(AD3)P1.53P0.4(AD4)P1.6匚P0.5(AD5)P1.7匚二|P0.6(AD6)RST匚P0.7(AD7)(RXD)P3.0匚3

5、EA/VPP(TXD)P3.1匚ALE/PROG(INTO)P3.2匚PSEN(INT1)P3.3匚P2.7(A15)T0P3.4匚P2.6(A14)T1P3.5匚3P2.5(A13)(WR)P3.6匚P2.4(A12)(RD)P3.7匚P2.3(A11)XTAL1匚二P2.2(A10)XTAL2匚二1P2.1(A9)GND匚3P2.0(A8)PDIP圖3189C51外部管腳圖89C51是INTEL公司MCS-51系列單片機中最基本的產品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS藝技術制造的高性能8位單片機，屬于標準的MCS-51的HCMOS品。它結合了HMOS勺高速和高密度技術及CHMOS低功耗

6、特征，它繼承和擴展了MCS-4彈片機的體系結構和指令系統(tǒng)。89C51內置中央處理單元、128字節(jié)內部數據存儲器RAM、32個雙向輸入/輸出(I/O)口、2個16位定時/計數器和5個兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內時鐘振蕩電路。此外，89C51還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結CPU而RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數據,時鐘振蕩停止，同時停止芯片內其它功能。89C51有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。3.2 A/D轉換集成電路主芯片0809決定對哪一路模擬輸入作 A/D 轉換。A/D轉換由

7、集成電路0809完成。0809具有8路模擬輸入端口，地址線(23-25腳)可0809的管腳圖如下：STIFT一STJifiTBOC-訓二瓦ABDBAUDC片JKKV-AWC-80SALF一瓦ah1! GMD圖32ADC0809外部管腳圖A/D轉換電路采用了常用的8位8通道數模轉換專用芯片ADC0809電路如圖5所示。氣體傳感器的輸出分別接到ADC0809的IN0至IN7。ADC0809勺通道選擇地址A,B,C分別由89C51的P0.0?P0.2經地址鎖存器74LS373輸出提供。當P2.7=0時，與寫信號WRe同選通ADC0809圖中ALE信號與ST信號連在一起，在WR1號的前沿寫入地址信號，

8、在其后沿啟動轉換。圖中ADC0809勺轉換結束狀態(tài)信號EOCg到89C51的INT1弓I腳，當A/D轉換完成后，EOC為高電平，表示轉換結束，產生中斷。在中斷服務程序中，將轉換好的數據送到指定的存儲單元。數據采集電路圖如下：圖33數據采集模塊電路3.3 集成氣體傳感器TGS202元件要準確地進行工業(yè)現場報警，選擇合適的氣體傳感器是準確報警的前提。綜合考慮各因素，本文選擇集成氣體傳感器TGS20麗作采集系統(tǒng)的敏感元件。TGS202H體傳感器能探測CO2CO甲烷、煤氣等多種氣體，他靈敏度高，穩(wěn)定性好，適合于火災中氣體的探測。如圖4所示，當TGS202B測到COMCO時，傳感器的內阻變小，VA迅速上

9、升。選擇適當的電阻阻值，使得當氣體濃度達到一定程度（如CO濃度達到0.06%）時，VA端獲得適當的電壓（設為3V）。TGS202勺應用電路圖如下:圖34 TGS202的應用電路3.4 地址鎖存器主芯片74LS37374373為三態(tài)輸出的八D透明鎖存器，373的輸出端0007可宜接與總線相連。外部管腳圖如下：V(x3?D7必0$0$足以O4L:2319BS17|16I|14|13,1211UULJLJI±IL1LLU£JCE0QDC耳 D3 0j GNO圖3574LS373外部管腳圖當三態(tài)允許控制端OE為低電平時，0007為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅動負載或總線。當OE為高電平時

10、，0007呈高阻態(tài)，即不驅動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內部的邏輯操作不受影響。當鎖存允許端LE為高電平時，0隨數據D而變。當LE為低電平時，0被鎖存在已建立的數據電平。當LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和宜流噪聲抗擾度被改善400mV引出端符號：D0?D7數據輸入端0E三態(tài)允許控制端（低電平有效）LE鎖存允許端0007輸出端74LS373真值表如下：DnLEOEQHHLHLHLLXLLQQXXH1:圖3674LS373真值表3.5 單片機時鐘電路單片機工作的時間基準是由時鐘電路提供的。在單片機的XTAL1和XTAL2兩個管腳，接一只品振及兩只電容就構成了單片機的時鐘電路。電路中電

11、容C1和C2對振蕩頻率有微調作用，通常的取值范圍為（20 40）pF。品振這里選擇12MHz時鐘內部方式圖如下：C.、C3_XTAL!MCS-51XTALj圖37內部時鐘方式3.6 復位電路單片機的RST管腳為主機提供一個外部復位的信號輸入端口。復位電平是高電平有效，高電平持續(xù)的時間是應為2個機器周期以上。單片機的復位方式有上電復位和手工復位兩種。下圖所示是51系列單片機常用的上電復位和手工復位組合電路，只要電源上升時間不超過1m§它們都能很好的工作。復位以后，單片機內各部件恢復到初始22uF狀態(tài)。45VR2RST80318051圖38按鍵電平復位3.7 光報警系統(tǒng)聲光報警電路在單片

12、機P1口的控制下，可以根據不同情況發(fā)出不同的聲光報警信號。聲音信號由專用語音芯片提供。通過給語音芯片的S1和S2端輸入不同的邏輯電平(00,01,10,11),便可以獲得4種不同的聲音信號。由單片機的P1.0和P1.1控制。另外該芯片還需要一個選通信號，由P1.3提供。只有當該信號為高電平時，芯片才會根據S1和S2端的控制信號發(fā)出不同的報警聲，否則不會發(fā)聲報警。由P1口的P1.4?P1.7分別控制4個發(fā)光二極管，予以光報警，如圖6所示。P1.4?P1.7控制的燈依次為綠色（正常信號燈）、黃色（故障信號燈）、紅色（超標信號燈）和紅色（火災信號燈）。當這些輸出端輸出低電平時，對應的信號燈便會發(fā)光報

13、警。*5VCM ft Pl 4PI S 崔 Pl CnPl.734OQ3 9光報警電路圖3.8單片機振蕩電路8051內置頻率可達12MHz勺時鐘電路，用來產生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容，晶振采用12M外接30p電容構成單片機時鐘電路。單片機振蕩電路圖如下：IIXI19U1>XJAL1XTAL2CRYSTAL-18圖3-10單片機振蕩電路第四章軟件設計4.1軟件總體設計系統(tǒng)復位后，首先要進行初始化，包括對各個控制用寄存器的初始化、設置中斷服務程序的入口地址、設置堆棧等。流程圖如圖34所示：返回1（原理圖）6c206CC00<n25.0Q1Q2QA159?U5V1(一一+Rf111fn<giu-ooiAAO3Q4Q5QTOE7/彳00oL3Q30376CaDAAAAP)3L24USOI7S4id2012/056