一氧化碳報警器畢業(yè)設計（論文）

1、 摘要當今社會上，出現(xiàn)了許多煤氣報警器，而這些產(chǎn)品大都是針對煤氣的泄漏所做出的相應的報警，即為家庭式。但是隨著社會的發(fā)展，煤氣報警器也在發(fā)展。在微機控制技術、傳感器在工業(yè)控制、機電一體化、智能儀表、通信、家用電器等方面得到了廣泛應用，顯著提高了各種設備的技術水平和自動化程度。因此對這些原理和結構我們就需要很好的了解并掌握。鑒于單片機at89c51具有高集成度等優(yōu)點，開發(fā)設計了一種基于at89c51的一氧化碳報警器，為了提高系統(tǒng)的靈敏度和準確性，系統(tǒng)采用了一種十分穩(wěn)定的傳感器mq-7。該報警器對一氧化碳（co）進行實時控制，當一氧化碳的濃度超過允許值時，控制電路進行報警。關鍵詞：一氧化碳，單片機

2、，報警器，傳感器 abstract in the current society, a lot of coal gas alarms have appeared, and these products are mostly to letting out corresponding alarms made of coal gas , it is family. but with the development of society, coal gas alarm develop too.microcomputer control technology, sensors in the indust

3、rial control, mechatronics, smart instrumentation, communications, household appliances, etc. has been widely applied, significantly improved the technological level of equipment and degree of automation. thus the structure of these principles and we need to understand and grasp the good. carbon mon

4、oxide alarm is designed based on at89c51 with a high level of integration. in order to improve sensitivity and accuracy ,the electrochemical sensor is used. the carbon monoxide alarm is monitored on for real - time, when permitted vale of the concentration of carbon monoxide is exceeded,the control

5、circuit will alarm, and it is program - controlled through external row fans and solenoid valve with .key words ：carbon monoxide， mcu， alarm，electrochemical sensor目 錄摘要iabstractii1 緒論11.1課題背景11.2 一氧化碳報警器的概述21.3 課題研究的目的及意義21.4 設計主要任務22 方案設計52.1 設計要求52.2 初始化方案5 2.2.1 系統(tǒng)方案的選擇6 2.2.2系統(tǒng)方案的確定72.3 系統(tǒng)組成7 2.

6、3.1 一氧化碳報警器系統(tǒng)的三大部分83 硬件電路設計103.1硬件的總體構思103.2 芯片介紹及相關電路模塊設計10 3.2.1 主控電路原理11 3.2.2 傳感器的選擇及電路18 3.2.3 報警電路的設計224.1 主程序設計流程234.2 程序編程與調試23 4.2.1程序調試的步驟24結論26參考文獻27致謝28附錄a29附錄b30附錄c31附錄d33 1 緒論1.1 課題背景隨著國家經(jīng)濟的提高，現(xiàn)代化、智能化的多功能建筑越來越多，對建筑的防火安全設計要求也越來越高。近年來，全國燃氣行業(yè)發(fā)展迅猛，液化氣、天然氣、煤制氣等城市燃氣作為清潔能源已在工商業(yè)和城鎮(zhèn)居民用戶中得到廣泛應用，

7、特別是隨著“西氣東輸”工程的快速進展，燃氣行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?。以“西氣東輸工程”為開端的大規(guī)模天然氣利用工程的實施，意味著我國城市燃氣將大踏步的進入“天然氣時代”。我國天然氣市場將迎來一個千載難逢的機會，城市燃氣需求的主要增長點將體現(xiàn)在天然氣上。2000年黨中央國務院提出“西部大開發(fā)”的重大戰(zhàn)略部署，特別是2002年“西氣東輸”第一期工程正式開工。這無疑為發(fā)展西部地區(qū)的燃氣產(chǎn)業(yè)帶來歷史性的機遇。西氣東輸工程，在西部優(yōu)勢資源和東部廣闊市場之間建立起了一座“金橋”，西氣東輸工程投入使用后，每年供應長江三角洲地區(qū)100億立方米天然氣。城市燃氣的普及與應用無疑對改善城市的環(huán)境質量和提高具名的生活質量發(fā)揮

8、了巨大的作用。但是隨著燃氣的廣泛使用，由于燃氣泄漏所引發(fā)的爆炸、中毒和火災事故也時有發(fā)生，這在某種程度上增加了城市的不安全和不穩(wěn)定因素。為了使燃氣更好地造福于民，造福于社會 ，減少并杜絕各種因燃氣泄漏而引發(fā)的爆炸及火災事故，各燃氣使用單位及居民用戶選擇一種適合的燃氣報警器實為必要之舉?！皥缶?，損失少”，進一步說明了及時報警的重要性，在家庭里也是如此。一旦發(fā)生火災，提早報警，可以及時將火撲滅，以免小火釀成大火災。目前常用的有感煙、感溫和可燃氣體火災報警器。像家庭中使用煤氣、液化石油氣和天然氣等燃料時，安裝一個可燃氣體報警器，但出現(xiàn)漏氣或者著火時，報警器能夠立即鳴笛報警，告之主人及時采取措施。日

9、本早在1980年1月開始實施安裝城市煤氣、液化石油氣報警器的法規(guī)，1986年5月日本通產(chǎn)省又實施了安全器具普及出盡基本方針。美國目前已有7個州11個城市通過立法，規(guī)定家庭、公寓等都要安裝一氧化碳報警器。隨著城市燃氣化的擴大，我國已有北京市、遼寧省、黑龍江省、山西省、哈爾濱市、青島市、等相繼發(fā)布燃氣安全管理文件，做到政府立法和百姓自身提高安全保護意識有機結合。一氧化碳（co）為無色、無味、無刺激性氣體，比重0.967，幾乎不溶于水，不易被活性炭吸附。當碳物質燃燒不完全時，可產(chǎn)生co，如人體短時間內吸收較高濃度的c0，或濃度雖低，但吸時間較長，均可造成急性中毒。co與血紅蛋白結合能力超過氧和血紅蛋

10、白的結合能力的200-300倍，當co與血紅蛋白結合形成的碳氧血紅蛋白含量達到5%時，就會對人體產(chǎn)生慢性損害，達到60%時就會昏迷，達到90%就會死亡。由于發(fā)生一氧化碳中毒事件的普遍性和隱蔽性，迫切需要一種能夠很好的監(jiān)控室內一氧化碳濃度的儀器，并且在一氧化碳濃度過高時能夠報警提高人們注意力，保護人們生命財產(chǎn)安全。本文正是通過分析目前燃氣報警器的現(xiàn)狀，設計制作的一氧化碳報警器，保障人們的生命財產(chǎn)安全。1.2 一氧化碳報警器的概述首先我們應該對國家標準規(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

11、”）、家用可燃氣體報警器（簡稱“報警器”）四大系列產(chǎn)品。報警器為居民家庭用的燃氣報警器，一般安裝在廚房，遇燃氣泄漏時，報警器可發(fā)出聲光報警，以提醒居民。燃氣報警器的核心是氣體傳感器，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定值時，燃氣報警器發(fā)出聲光報警信號。1.3 課題研究的目的及意義目前，現(xiàn)有一氧化碳檢測儀器主要是面對工礦企業(yè)或者公共場所的檢測，價格高昂，對家庭也不適用。因此，本次設

12、計所面對的廣大居民，其優(yōu)點在于：成本低廉并能對一氧化碳準確報警。 該產(chǎn)品無需專業(yè)人員操作，只要放在合適位置，通電即可，連續(xù)使用、方便簡潔。 能起到預防一氧化碳中毒的效果，使人們高枕無憂。該產(chǎn)品必須能夠有效預防廣大農村居民冬季燃煤取暖一氧化碳中毒事件發(fā)生，同時也能夠給城鎮(zhèn)居民安全使用天然氣提供有力的保障。1.4 設計主要任務本文利用單片機電路制作一氧化碳報警器。設計過程中最關鍵的兩個部分：硬件的設計和控制軟件的程序編寫。硬件問題 一氧化碳報警器的硬件主要有3大部分，即濃度檢測及顯示模塊、主控模塊和報警模塊。濃度檢測模塊主要有燃氣傳感器組成，它是整個系統(tǒng)中最關鍵的元件。主控模塊也有單片機及其他相關

13、軟件組成，由程序對單片機進行控制。報警模塊主要有蜂鳴器和繼電器組成，這個模塊在燃氣濃度過高時候起作用。軟件問題它的軟件設計主要有延時處理和數(shù)據(jù)比較2個部分。首先延時處理，然后將數(shù)據(jù)采集轉換后經(jīng)由單片機和已知數(shù)據(jù)進行比較，需要對程序進行多次調試，以確定最佳時間，最后根據(jù)需要調試出來實際電路。 2 方案設計 設計就是根據(jù)題目的要求而對硬件和軟件進行規(guī)劃，并選擇最合適的硬件電路和軟件程序來達到目的。硬件設計是通過對設計要求的分析，對各種元器件的了解，而得出分立元件與集成塊的某些連接方法，已達到設計的功能要求。并且把這些元器件焊接在一塊電路板上。它包括對各種元器件的功能和接發(fā)的了解以及對各種元器件的選

14、擇和設計方案的選擇。軟件設計是分析設計的硬件用程序實現(xiàn)其功能，并且調試優(yōu)化產(chǎn)品功能。2.1 設計要求設計的報警器應實現(xiàn)如下功能: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： 系統(tǒng)要求設置正常工作狀態(tài)除正常工作狀態(tài)外,蜂鳴器處于關閉狀態(tài)。 在工作狀態(tài)下，綠燈應長亮，數(shù)碼管顯示其濃度。當室內一氧化碳濃度達到100ppm以上時系統(tǒng)應啟動蜂鳴器報警，繼電器閉合，即能自動關閉閥門。2.2 初始化方案本設計按以下思路展開研究：根據(jù)該設計要實現(xiàn)的基本功能，設計大概應該分為信號接收，信號處理，信號控制和信號響應四個部分。 1)信號采集接收部分即通過一氧化碳檢測房間氣體濃度，并將這種變化

15、量轉換成電壓或者電流等模擬量的變化。 2)信號處理部分是將接收部分得到的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。 3)信號控制部分是通過預定控制方式等實現(xiàn)對設計要求的準確操作。 4)信號響應是通過事故處理部分和顯示部分實現(xiàn)控制部分的要求。 對上述四個部分進行分析，得到如下一些基本的結論： 1)信號接收部分為了能準確采集到氣體濃度的變化應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。 2)信號處理部分應該根據(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。 3)控制部分為了實現(xiàn)精確控制，采用單片機較為合適。 4)信號

16、響應及報警部分用蜂鳴器和繼電器即可。 根據(jù)對上面設計系統(tǒng)的分析，我們得到該設計思想框圖如下圖2.1所示：信 號控 制裝 置信號響應 裝 置信 號處 理裝 置信號接收 裝置 置 圖 2.1 設計思想框圖2.2.1 系統(tǒng)方案的選擇鑒于此系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，提出方案進行分析。方案一：采用單個傳感器檢測房間氣體濃度，將檢測到的濃度結果通過運算放大器放大后送入模/數(shù)芯片中進行模數(shù)轉換，利用mcs-51單片機控制聲音報警。分析：此設計十分簡單，也十分實用。雖然對房間氣體濃度的采集不是很精確，但報警方面已經(jīng)十分符合生活必需。方案二：采用雙傳感器，采用相互補償?shù)姆椒z測房間氣體濃度，將檢測到的濃度結果通過運算

17、放大器放大后送入模/數(shù)芯片中進行模數(shù)轉換，利用mcs-51單片機控制聲音報警。分析：此設計方法雖然解決了傳感器檢測氣體濃度時溫度和濕度對測量值的影響，但是，在實際過程中，需要利用的核心控制芯片最少具有4路8位a/d口，氣體和溫度敏感信號直接由a/d口采集后，進行一定的算法修正和軟件補償。這與主控芯片采用常規(guī)的adc0809和單片機并不匹配，且制作硬件極其復雜，系統(tǒng)整體設計體積過大、功耗高、成本高?，F(xiàn)今傳感器技術的飛速發(fā)展，設計出了性能更佳，適用范圍更廣的氣體傳感器。通過搜集信息，提出本次設計采用的mq-7型傳感器。半導體一氧化碳傳感器mq-7所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(

18、sno2)。采用高低溫循環(huán)檢測方式低溫（1.5v加熱）檢測一氧化碳，傳感器的電導率隨空氣中一氧化碳氣體濃度增加而增大，高溫（5.0v加熱）清洗低溫時吸附的雜散氣體。使用簡單的電路即可將電導率的變化，轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。mq-7氣體傳感器對一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測多種含一氧化碳的氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。 應用：用于家庭、商業(yè)、工業(yè)環(huán)境的一氧化碳、煤氣探測裝置?；緶y試回路如圖2.2： 圖2.2 基本測試回路2.2.2系統(tǒng)方案的確定在上述兩種方案中，由于方案二比方案一制作硬件復雜，且功耗高、成本高，而方案一比方案二實用和簡單，更符合廣大群眾的需求，所以我

19、選擇方案一作為本次設計的主體電路。2.3 系統(tǒng)組成本設計屬于單片機應用系統(tǒng)。單片機在系統(tǒng)檢測以及工程控制方面的應用，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)；而把面向工控領域對象，嵌入到工控系統(tǒng)中，實現(xiàn)嵌入式應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模塊，嵌入式微處理，單片機。嵌入式系統(tǒng)具有以下特點： 面對控制對象。如傳感器信號輸入、人機交互操作、伺服驅動等。 嵌入到工控應用系統(tǒng)中的結構形態(tài)。 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、位操作和轉移指令等）。單片機有

20、唯一的專門為嵌入式應用系統(tǒng)設計的體系結構與指令系統(tǒng)，最能滿足嵌入式應用要求。單片機是完全按嵌入式系統(tǒng)要求設計的單芯片形態(tài)應用系統(tǒng)，能滿足面對控制對象、應用系統(tǒng)的嵌入、現(xiàn)場的可靠運行及非凡的控制品質等要求，是發(fā)展最快、品種最多、數(shù)量最大的嵌入式系統(tǒng)。2.3.1 一氧化碳報警器系統(tǒng)的三大部分單片機應用系統(tǒng)的結構分三個層次，分別是單片機、單片機系統(tǒng)及單片機應用系統(tǒng)。單片機：通常指應用系統(tǒng)主處理機，即所選擇的單片機器件。單片機系統(tǒng)：指按照單片機的技術要求和嵌入對象的資源要求而構成的基本系統(tǒng)，如時鐘電路、復位電路和擴展存儲器等與單片機構成了單片機系統(tǒng)。單片機應用系統(tǒng)：能滿足嵌入對象要求的全部電路系統(tǒng)。在

21、單片機系統(tǒng)的基礎上加上面向對象的接口電路，如前向通道、后向通道、人機交互通道（鍵盤、顯示器、打印機等）和串行通信口（rs232）以及應用程序等。單片機應用系統(tǒng)三個層次的關系如圖2.3：單片機應用系統(tǒng)前向通道應用程序單片機系統(tǒng)后向通道單片機人機交互通道串行通信口 圖2.3 單片機應用系統(tǒng)三個層次的關系以此理解，一氧化碳報警器同樣具有單片機應用系統(tǒng)的三個層次。其中以at89c51單片機為核心構成單片機系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，檢測信號進入單片機進行運算處理。為了更好的理清設計思路，將整個系統(tǒng)細分為三部分加以設計說明。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。在本次設計中，使

22、用的核心器件是單片機和一氧化碳傳感器。為了保證整個系統(tǒng)可靠的運行，設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換成為單片機能夠處理的數(shù)字信號，并且濃度值顯示出來；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。下面就對各個模塊的功能和實現(xiàn)形式做簡單介紹： 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，檢測結果通過高精度運算放大器放大后送入模/數(shù)轉換芯片adc0809中進行轉換。 主控模塊系統(tǒng)采用單片機控制，用的是m

23、cs-51單片機，mcs-51單片機是美國intel公司1980年推出的一種高性能8位單片微型計算機。內帶4k字節(jié)的內存和程序保護系統(tǒng)，使用于程序的調試修改和保密，各管腳的功能在隨后的知識中加以介紹。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，以驅動報警。 報警模塊此模塊主要有蜂鳴器、繼電器組成，在氣體濃度過大，超過安全值時，蜂鳴器工作，提供報警服務，且繼電器

24、閉合可以自行關閉煤氣，用戶可通過對房間通風來解決問題。至此，本系統(tǒng)的三大模塊功能和設計思路已經(jīng)確立，下文將介紹整個系統(tǒng)的詳細設計過程，并且給出設計電路。 3 硬件電路設計3.1硬件的總體構思基于8051單片機實現(xiàn)的煤氣報警器的具體方案如圖3.1所示。該方案主要包括了氣體傳感器、a/d轉換器、8051單片機電路、晶振、蜂鳴器以及l(fā)ed顯示電路。 氣體傳感器輸出為模擬量，需要利用a/d轉換器將模擬量轉換成數(shù)字量送給8051單片機；晶振和按鍵控制作為8051單片機的外圍輸入電路，蜂鳴器作為報警用的8051單片機的外圍輸出電路；顯示電路采用了led顯示，由8051單片機控制實現(xiàn)顯示。 圖3.1 基于8

25、051單片機的實現(xiàn)3.2 芯片介紹及相關電路模塊設計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（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、a/d轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。adc0809是美國國家半導體公司生產(chǎn)的cmos工藝8通道，8位逐次逼近式a/d轉換器。其內部有一個8通道多路開關，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轉換。是目前國內應用最廣泛的8位通用a/d芯片。3.2.1 主控

26、電路原理主控電路中，以單片機為主體，通過分析a/d轉換的得到的數(shù)字值，控制事故處理模塊運行，它是系統(tǒng)的大腦。本次設計采用的是at89c51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（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低電壓、高性能cmos 8位微處理器，俗稱單片機。at89c2051是一種帶2k字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8

27、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。其引腳排列如圖3.2所示： 圖3.2 單片機引腳排列圖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口是一個內部

28、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，被內部上拉為高，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“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，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“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，

29、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。 rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。 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

30、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和movc指令時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工作期間，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/psen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可尋址0000h-ffffh，不管是否

31、有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內部鎖定為reset；當/ea端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 xtal2：來自反向振蕩器的輸出。 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動器件，xtal2應不接。由于輸入至內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。 整個eprom陣列和三個鎖定位的電擦

32、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。在芯片擦除操作中，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設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以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停止工作。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的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 串口通訊：是單片機的結構和特殊寄存器，這是編寫軟件的關鍵。至于串口通信需要用到哪些特殊功能寄存器呢，它們是sbuf、tcon、tmod和scon等，各代表什么含義呢

33、？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。sbuf 包含了兩個獨立的寄存器，一個是發(fā)送寄存器，另一個是接收寄存器，但它們都共同使用同一個尋址地址99h。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，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)送中斷去處理發(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

34、你也可以用其它的名稱。通常在標準的reg51.h 或at89x51.h 等頭文件中已對其做了定義，只要用#include 引用就可以了。 scon 串行口控制寄存器通常在芯片或設備中為了監(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，其工作模式的設置就是使用scon 寄存器。sm2 在模式2、模式3 中為多機處理通信使能位。在模式0 中要求該位為“0”。 ren 為允許接收位，ren 置“1” 時串口允許接收，置

35、“0” 時禁止接收。ren 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ren=0 來禁止接收，在子程序結束處加入ren=1 再次打開串口接收。大家也可以用上面的實際源碼加入ren=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，在多機處理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

36、。該位可能是奇偶位或地址/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)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（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 位結束時，由硬件置位。其它模式中則是在接收停止位的半中

37、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 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。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，是一個很重要的參數(shù)，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可以傳輸?shù)牟ㄌ匚粩?shù)。有一些

38、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9600 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960010960 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，具體用哪一種就取決于pcon 寄存器中的smod位，如smod 為0，波特率為focs/64,

39、若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這兩個模式的波特率設置時相關的寄存器的值呢？可以用以下的公式去計算：波特率（2smod32）定時器1的溢出速率。 上式中如設置了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，使得定時更準確。在這個定時模式2 下定時器1的溢出速率的計

40、算公式如下： 溢出速率（計數(shù)速率）/(256th1) 上式中的“計數(shù)速率”與所使用的晶體振蕩器頻率有關，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th 的值增加1，一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 設為1，分別看看那所要求的th1 為何值。代入公式： 11.0592m 960

41、0(232)(11.0592m/12)/(256-th1) th1250 12m 9600(232)(12m/12)/(256-th1) th1249.49 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的小的，可以忽略不計。at89c51單片機的時鐘電路中采用內部時鐘方式利用芯片內部的振蕩器，然后在引腳xtall和xtal2兩端跨接晶

42、體振蕩器（簡稱晶振），就構成了穩(wěn)定的自激振蕩器，發(fā)出的脈沖直接送入內部時鐘電路。外接晶振時，c1和c2的值通常選擇為30pf左右；c1、c2對頻率有微調作用，晶振或陶瓷諧振器的頻率范圍可在1.2mhz12mhz之間選擇。為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機引腳xtall和xtal2靠近。單片機的時鐘電路如圖3.3所示： 圖3.3 時鐘電路其次模數(shù)轉換部分采用的adc0809芯片，其主要特性如下： 8路輸入通道，8位ad轉換器，即分辨率為8位。 具有轉換起?？刂贫?。 轉換時間為100s(時鐘為640khz時)，130s（時鐘為500khz時），

43、單個5v電源供電。 模擬輸入電壓范圍05v，不需零點和滿刻度校準。 工作溫度范圍為-4085攝氏度。 低功耗，約15mw。引腳圖如圖3.4所示： 圖3.4 adc0809引腳圖 adc0809是cmos單片型逐次逼近式ad轉換器，它由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型a/d轉換器、逐次逼近組成。adc0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，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： ad轉

44、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轉換）。 eoc： ad轉換結束信號，輸出，當ad轉換結束時，此端輸出一個高電平（轉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ad轉換結束時，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640khz。 ref（+）、ref（-）：基準電壓。 vcc：電源，單一5v。 gnd：地。 其工作過程：首先輸入3位地址，并使ale=1，將地址存入地址鎖存器中。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

45、近寄存器復位。下降沿啟動 ad轉換，之后eoc輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到ad轉換完成，eoc變?yōu)楦唠娖剑甘綼d轉換結束，結果數(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，轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 轉換數(shù)據(jù)的傳送 a/d轉換后得到的數(shù)據(jù)應及時傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關鍵問題是如何確認a/d轉換的完成，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： 定時傳送方式 對于一種a/d轉換來說，轉換時間作為一項技術指標是已知的和固定的。例如adc0809轉換時間為128s，相當于6mhz的mcs-51單片機共64個機器周期。可據(jù)此設

46、計一個延時子程序，a/d轉換啟動后即調用此子程序，延遲時間一到，轉換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進行數(shù)據(jù)傳送。 查詢方式 a/d轉換芯片由表明轉換完成的狀態(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)，即可確認轉換是否完成，并接著進行數(shù)據(jù)傳送。 中斷方式 把表明轉換完成的狀態(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。不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉換完成，即可通過指令進行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號有效時，即oe信號有效，把轉換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機接收。adc0809與單片機連接方式如圖3.5所示： 圖3.5 adc0809與單片機連接方式3

47、.2.2 傳感器的選擇及電路 傳感器的定義人們通常將能把非電量轉換成電量的器件稱為傳感器，傳感器實質是一種功能模塊，其作用是將來自外界的各種信號轉換成電信號：它是實現(xiàn)測試與自動控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。如果沒有床阿尼對原始參數(shù)進行精確可靠的測量，那么，無論是信號轉換或者信息處理，或者最佳數(shù)據(jù)的實現(xiàn)和控制都將無法完成。同時傳感器技術是現(xiàn)代信息技術的主要內容之一。 傳感器的作用人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動中它們的功能就遠遠不夠了。為適應這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為“電五官”。 新技術革命的到

48、來，世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領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)，使設備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到最好的質量。因此可以說，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。 在基礎學科研究中，傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學技術的發(fā)展，進入了許多新領域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到nm的粒子世界，縱向上要觀察長達數(shù)十萬年的天體演化，短到 us的瞬間反應。此外，還出現(xiàn)了對深化物質認識、開拓新能源、新材料

49、等具有重要作用的各種極端技術研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強磁場、超弱磁場等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應的傳感器是不可能的。許多基礎科學研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難，而一些新機理和高靈敏度的檢測傳感器的出現(xiàn)，往往會導致該領域內的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學科開發(fā)的先驅。 傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調查、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其廣泛的領域。可以不夸張地說，從茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。 由此可見，傳感器技

50、術在發(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域的發(fā)展。相信不久的將來，傳感器技術將會出現(xiàn)一個飛躍，達到與其重要地位相對的新水平。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，如圖3.6所示：敏感元件測量電路傳感元件被測量敏感元件 圖3.6 傳感器的組成敏感元件直接感受被測量（一般為非電量），并輸出與被測量成確定關系的其他量（也可以包括電量）的元件。傳感元件又稱變換器，是傳感器的重要組成元件。傳感元件可以直接感受被測量（一般為非電量）而輸出與被測量成確定關系的電量。也可以不直接感受被測量，而只感受與被測量成確定關系的

51、其他非電量。測量電路能把傳感元件輸出的電信號轉換為便于顯示、記錄、控制和處理的有用電信號的電路。測量電路視傳感器元件的類型而定。使用較多的是電橋電路，也有用其他特殊電路，如高阻抗輸入電路、脈沖調寬電路、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，為了便于顯示和記錄，大多數(shù)測量電路還包括了放大器。 傳感器的分類可以用不同的觀點對傳感器進行分類：它們的轉換原理(傳感器工作的基本物理或化學效應)；它們的用途；它們的輸出信號類型以及制作它們的材料和工藝等。 根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學傳感器兩大類。 傳感器工作原理的分類物理傳感器應用的是物理效應，諸如壓電效應，磁致拉伸現(xiàn)象，

52、離化、極化、熱電、光電、磁電等效應。被測信號量的微小變化都將轉換成電信號。 化學傳感器包括那些以化學吸附、電化學反應等現(xiàn)象為因果關系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉換成電信號。 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運作的?；瘜W傳感器技術問題較多，例如可靠性問題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價格問題等，解決了這類難題，化學傳感器的應用將會有巨大增長。 按照其用途，傳感器可分類為：壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液面?zhèn)鞲衅?、能耗傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、熱敏傳感器及24ghz雷達傳感器。按照其原理，傳感器可分類為：振動傳感器、濕敏傳感器

53、、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器和生物傳感器等。 以其輸出信號為標準可將傳感器分為： 模擬傳感器將被測量的非電學量轉換成模擬電信號。 數(shù)字傳感器將被測量的非電學量轉換成數(shù)字輸出信號(包括直接和間接轉換)。 膺數(shù)字傳感器將被測量的信號量轉換成頻率信號或短周期信號的輸出(包括直接或間接轉換)。 開關傳感器當一個被測量的信號達到某個特定的閾值時，傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信號。 在外界因素的作用下，所有材料都會作出相應的、具有特征性的反應。它們中的那些對外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用來制作傳感器的敏感元件。 與采用新材料緊密相關的傳感器開發(fā)工作，可以歸納為下

54、述三個方向： 在已知的材料中探索新的現(xiàn)象、效應和反應，然后使它們能在傳感器技術中得到實際使用。 探索新的材料，應用那些已知的現(xiàn)象、效應和反應來改進傳感器技術。 在研究新型材料的基礎上探索新現(xiàn)象、新效應和新反應，并在傳感器技術中加以具體實施。 現(xiàn)代傳感器制造業(yè)的進展取決于用于傳感器技術的新材料和敏感元件的開發(fā)強度。傳感器開發(fā)的基本趨勢是和半導體以及介質材料的應用密切關聯(lián)的。 按照其制造工藝，可以將傳感器區(qū)分為：集成傳感器、薄膜傳感器、厚膜傳感器和陶瓷傳感器。 集成傳感器是用標準的生產(chǎn)硅基半導體集成電路的工藝技術制造的。通常還將用于初步處理被測信號的部分電路也集成在同一芯片上。 薄膜傳感器則是通過沉積在介質襯底(基板)上的，相應敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時，同樣可將部分電路制造在此基板上。 厚膜傳感器是利用相應材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是al2o3制成的，然后進行熱處理，使厚膜成形。 陶瓷傳感器采用標準的陶瓷工藝或其某種變種工藝(溶膠-凝膠等)生產(chǎn)。 完成適當?shù)念A備性操作之后，已成形的元件在高溫中進行燒制。厚膜和陶瓷傳感器這二種工藝之間有許多共同特性，在某些方面可以認為厚膜工藝是陶瓷工藝的一種變形。 每種工藝技術都有自己的優(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。 根據(jù)以上對傳感器的