(完整版)一氧化碳報(bào)警設(shè)計(jì)

1、天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文題目：一氧化碳報(bào)警設(shè)計(jì)完成期限： 2016年 1月 8日至 2016 年 4月 20日學(xué)習(xí)中心：嘉興專業(yè)名稱：電氣自動化技術(shù)學(xué)生姓名：陳應(yīng)初學(xué)生學(xué)號： 132092433047指導(dǎo)教師：劉斌天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文一氧化碳報(bào)警設(shè)計(jì)第一章一氧化碳報(bào)警器簡介設(shè)計(jì)出性能更加可靠， 經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的一氧化碳報(bào)警器。 我們應(yīng)該對國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的燃?xì)鈭?bào)警器的種類有所了解。 燃?xì)鈭?bào)警器可分為可燃?xì)怏w泄漏儀 （簡稱 “檢漏儀”），可燃?xì)怏w報(bào)警控制器（簡稱“控制器” ）、可燃?xì)怏w探測器（簡稱“探測器”）、可燃?xì)怏w報(bào)警器（簡稱“報(bào)警器” ）四大系列產(chǎn)品?？扇?xì)鈭?bào)警器的核心是氣體傳感

2、器，俗稱“電子鼻” 。當(dāng)氣體傳感器遇到燃?xì)鈺r，傳感器電阻隨燃?xì)鉂舛榷兓?隨之產(chǎn)生電信號， 供燃?xì)鈭?bào)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(bǔ)償， 使信號線性化， 經(jīng)微機(jī)處理、邏輯分析，輸出各種控制信號，即當(dāng)燃?xì)鉂舛冗_(dá)到報(bào)警設(shè)定值時，燃?xì)鈭?bào)警器發(fā)出聲光報(bào)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(shí)時檢測 CO含量十分重要。所以基于單片機(jī)設(shè)計(jì)制作一氧化碳報(bào)警器，來保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。意義在于：（1）成本低廉并能對一氧化碳準(zhǔn)確報(bào)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，連續(xù)使用

3、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(bào)警器能夠立即鳴笛報(bào)警，告之工作人員及時采取措施。第二章設(shè)計(jì)方案第一節(jié)單片機(jī)的介紹和選用單片機(jī)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(jī)存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷1天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文系統(tǒng)、定時器 / 計(jì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)，目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域， 幾乎很難找到哪個領(lǐng)域

4、沒有單片機(jī)的蹤跡。 導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置， 飛機(jī)上各種儀表的控制， 計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實(shí)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(jī)、攝像機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)，更不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表以及各種智能機(jī)械了。 因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、 開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。設(shè)計(jì)選用 ATMEl公司的 AT89C51和美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的ADC080。第二節(jié) 設(shè)計(jì)要求及思路設(shè)計(jì)要求 : 報(bào)警器需在一氧化碳濃度達(dá)到100ppm時啟動報(bào)警。具體實(shí)現(xiàn)如下功能：（1

5、）系統(tǒng)要求設(shè)置正常工作狀態(tài)除正常工作狀態(tài)外 ,LED 紅燈處于熄滅狀態(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(dāng)室內(nèi)一氧化碳濃度達(dá)到 100ppm 時系統(tǒng)應(yīng)啟動蜂鳴器報(bào)警，紅燈閃爍。設(shè)計(jì)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(yùn)算放大器放大后送入模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換芯片中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，傳給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理后的信息將通過單片機(jī)控制，驅(qū)動報(bào)警。第三節(jié) 初始方案與確定（1）初始設(shè)計(jì)以設(shè)計(jì)思路展開研究：根據(jù)該設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的基本功能， 設(shè)計(jì)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?xì)怏w濃度，并將這種變化量轉(zhuǎn)換成電壓

6、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電壓或電流等變化進(jìn)行必要放大，為后一部分信號控制提供準(zhǔn)備。C. 信號控制部分是通過預(yù)定控制方式等實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)要求的準(zhǔn)確操作。D. 信號響應(yīng)是通過事故處理部分和顯示部分實(shí)現(xiàn)控制部分的要求。（ 2）對上述四個部分進(jìn)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(zhǔn)且采集到氣體濃度的變化應(yīng)選用傳感器敏感器件，2天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文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(shí)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(shí)現(xiàn)精確控制，采

7、用單片機(jī)較為合適。D. 信號響應(yīng)及報(bào)警部分，用蜂鳴器和 LED燈即可。根據(jù)對上面設(shè)計(jì)系統(tǒng)的分析，我們得到該設(shè)計(jì)思想框圖如下圖2.1 所示：信 號信 號信 號信 號接 收處 理控 制響 應(yīng)裝 置裝 置裝 置裝 置圖 2.1設(shè)計(jì)思想框圖（ 2）方案確定經(jīng)過分析采用初始方案設(shè)計(jì)，即用單個傳感器檢測一氧化碳?xì)怏w濃度，將檢測到的濃度結(jié)果通過運(yùn)算放大器放大后送入模 / 數(shù)芯片 ADC0809中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，傳入單片機(jī)中， 由 AT89C51單片機(jī)處理數(shù)據(jù)， 并利用單片機(jī)控制報(bào)警器進(jìn)行聲音報(bào)警。分析：此設(shè)計(jì)十分簡單， 也十分實(shí)用。 雖然對氣體濃度的采集不是很精確，但報(bào)警方面已經(jīng)十分符合設(shè)計(jì)目的。第四節(jié) 系統(tǒng)

8、組成本設(shè)計(jì)屬于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)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(jì)算的計(jì)算機(jī)稱為通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；而把面向工控領(lǐng)域?qū)ο螅?嵌入到工控系統(tǒng)中， 實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計(jì)算機(jī)稱之為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡稱嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)分為四種：工控機(jī)，通用CPU模塊，嵌入式微處理，單片機(jī)。嵌入式系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(1) 面對控制對象。如傳感器信號輸入、人機(jī)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(yùn)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(shí)時控制和有突出控制功能的指令系統(tǒng)（ I/O 控制、位操作

9、和轉(zhuǎn)移指令等） 。單片機(jī)有唯一的專門為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)， 最能滿足嵌入式3天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文應(yīng)用要求。單片機(jī)是完全按嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)的單芯片形態(tài)應(yīng)用系統(tǒng)， 能滿足面對控制對象、 應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入、 現(xiàn)場的可靠運(yùn)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(bào)警器系統(tǒng)的三大部分單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分三個層次。（1）單片機(jī)：通常指應(yīng)用系統(tǒng)主處理機(jī)，即所選擇的單片機(jī)器件。（2）單片機(jī)系統(tǒng)：指按照單片機(jī)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(fù)位電路和擴(kuò)展存儲器等與單片機(jī)構(gòu)成了單片機(jī)系統(tǒng)。（3）單片機(jī)應(yīng)用系

10、統(tǒng)：能滿足嵌入對象要求的全部電路系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上面向?qū)ο蟮慕涌陔娐罚?如前向通道、后向通道、人機(jī)交互通道（鍵盤、顯示器、打印機(jī)等）和串行通行口（ RS232）以及應(yīng)用程序等。（單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)三個層次的關(guān)系如圖2.2 ：單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用程序單片機(jī)系統(tǒng)前向通道后向通道單片機(jī)人機(jī)交互通道串行通信口圖 2.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)三個層次的關(guān)系以此理解，一氧化碳報(bào)警器同樣具有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的三個層次。其中以AT89C51單片機(jī)為核心構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，檢測信號進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理。為了更好的理清設(shè)計(jì)思路， 將整個系統(tǒng)細(xì)分為三部分加以設(shè)計(jì)說明。整個報(bào)警器由三個部分組成，分為三大模塊：

11、濃度檢測模塊、主控模塊和報(bào)警模塊。在本次設(shè)計(jì)中，使用的核心器件是單片機(jī)和一氧化碳傳感器。 為了保重整個系統(tǒng)可靠的運(yùn)行，設(shè)計(jì)中必須明確三大4天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文部分的實(shí)際聯(lián)系：以單片機(jī)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(shí)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(jī)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(jī)為主， 對其他模塊的運(yùn)行進(jìn)行控制； 報(bào)警模塊是此系統(tǒng)的外部電路，它的功能是實(shí)現(xiàn)報(bào)警。系統(tǒng)框圖如圖2.3 所示。氣體濃度檢測報(bào)警控制AT89C51圖 2.3一氧化碳報(bào)警器系統(tǒng)組成框圖下面就對各個模塊的功能和實(shí)現(xiàn)形式做簡單介紹（1）氣體濃度檢測模塊

12、一氧化碳報(bào)警器主要采用高穩(wěn)定一氧化碳?xì)怏w傳感器MQ-7檢測房間氣體濃度，檢測結(jié)果通過高精度運(yùn)算放大器放大后送入模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809中進(jìn)行轉(zhuǎn)換（2）主控模塊系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，用的是 AT89C51單片機(jī)，AT89C51單片機(jī)是美國 Intel公司推出的一種4K 字節(jié)可編程FLASH存儲器，低電壓、高性能CMOS8 位微處理器。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)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)5天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文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(yùn)

13、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(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理后的信息將通過單片機(jī)控制，以驅(qū)動報(bào)警。（3）報(bào)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(bào)警服務(wù)。至此，本系統(tǒng)的三大模塊功能和設(shè)計(jì)思路已經(jīng)確立， 下文將介紹整個系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程。并且給出設(shè)計(jì)電路。第二章硬件電路設(shè)計(jì)第一節(jié) 單片機(jī)基礎(chǔ)知識簡介介紹及主控電路設(shè)計(jì)在實(shí)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(jì)硬件電路， 軟件知識用來設(shè)計(jì)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

14、的一些驅(qū)動和顯示功能等等。 本設(shè)計(jì)用到的硬件知識主要有： 電子技術(shù)、單片機(jī)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(jī)實(shí)現(xiàn)綜合控制。主控電路中，以單片機(jī)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(yùn)行。設(shè)計(jì)采用的是AT89C51 型單片機(jī) ,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(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000 次

15、。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(jī)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6天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院專科畢業(yè)論文圖 3.1 單片機(jī)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128×8位內(nèi)部 RAM32 可編程 I/O 線兩個 16 位定時器 / 計(jì)數(shù)器5 個中斷源可編程串行

16、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7天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文流。當(dāng) 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(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)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，被內(nèi)

17、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(yàn)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(dāng)P2 口被寫“ 1”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(dāng)用于外部程序存儲器或16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能

18、寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH編程和校驗(yàn)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(dāng)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/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0 外部輸入）P3.5T1（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(yàn)接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的8天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)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(dāng)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

20、0。此時，ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 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(jī)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(dāng)/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(dāng) /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（

21、 VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。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陣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

22、字節(jié)被重復(fù)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(jì)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(fù)位為止。9天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（ 5）串口通訊：單片機(jī)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等，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

23、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(shí)際上SBUF包含了兩個獨(dú)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(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(jìn)行讀寫操作了

24、，如 sfr SBUF = 0x99; 當(dāng)然你也可以用其它的名稱。通常在標(biāo)準(zhǔn)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(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 RIS

25、M0、SM1 為串行口工作模式設(shè)置位，這樣兩位可以對應(yīng)進(jìn)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同步移位寄存器fosc/120118位UART可變1 0 2 9位 UART fosc/32 或 fosc/641139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(Universal Asynchronous Receiver）的英文縮寫。SM2 在模式 2、模式 3 中為多處理機(jī)通信使能位。 在模式 0 中要求該位為 0。REM為允

26、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10天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文件置位或清零。 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(jī)相連，在軟件上有串口中斷處理程序， 當(dāng)要求在處理某個子程序時不允許串口被上位機(jī)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(shí)際源碼加入 REM=0來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 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(jī)通信中這一

27、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(biāo)識位。在模式 0 中，RB8 為保留位沒有被使用。 在模式 1 中，當(dāng) SM2=0， RB8 是已接收數(shù)據(jù)的停止位。TI 發(fā)送中斷標(biāo)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

28、以這時必須用軟件對其清零。RI 接收中斷標(biāo)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(dāng)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（溢出速率）。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 89C

29、52 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(jī)的波特率一樣時才可以進(jìn)行正常通訊。 波特率是指串行端口每秒內(nèi)可以傳輸?shù)牟ㄌ匚粩?shù)。有一些初學(xué)的朋友認(rèn)為波特率是指每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，如標(biāo)準(zhǔn)9600 會被誤認(rèn)為每秒種可以傳送 9600 個字節(jié)，而實(shí)際上它是指每秒可以傳送 9600 個二進(jìn)位，而一個字節(jié)要 8 個二進(jìn)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(jìn)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

30、/12 ，以一個 12M 的晶振來計(jì)算， 那么11天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文它的波特率可以達(dá)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 SMOD位，如 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(jì)算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(jì)算。波特率（ 2SMOD÷32）×定時器 1 溢出速率上式中如設(shè)置了 PCON寄存器中的 S

31、MOD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(jì)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(jì)數(shù)，這樣可以不用軟件去干預(yù)，使得定時更準(zhǔn)確。在這個定時模式 2 下定時器 1 溢出速率的計(jì)算公式如下：溢出速率（計(jì)數(shù)速率）/(256 TH1)上式中的“計(jì)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(jī)器周期使定時寄存器 TH 的值增加一， 一個機(jī)器周期等于十二個振蕩周期，所以可以得知 51 芯片的計(jì)數(shù)速率為晶體振蕩器頻率的 1/12 ，一個

32、12M 的晶振用在 51 芯片上，那么 51 的計(jì)數(shù)速率就為 1M。通常用 11.0592M 晶體是為了得到標(biāo)準(zhǔn)的無誤差的波特率， 那么為何呢？計(jì)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) ×(11.0592M/12)/(256 -TH1)TH125012M9600(2 ÷32) ×(12M/12)/(256 -TH1)TH1249.49上面的計(jì)算可以看出使用12M 晶體的時候計(jì)算出來

33、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(dāng)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(jì)。第二節(jié) 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分電路設(shè)計(jì)模數(shù)轉(zhuǎn)換部分采用ADC0809芯片。ADC0809是 M美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝 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(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。是目12天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院專

34、科畢業(yè)論文前國內(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?？刂贫恕＃?3）轉(zhuǎn)換時間為 100s( 時鐘為 640kHz 時 ) ，130s（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(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。（ 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 CMOS單片型逐次逼近式A D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1322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)

35、換器、逐次逼近。（ 3）外部特性（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。IN0 IN7 ： 8 路模擬量輸入端。2-1 2-8 ： 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(fù)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(dāng)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)

36、據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng)A D 轉(zhuǎn)換結(jié)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(zhǔn)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13天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文圖 3.2 ADC0809 內(nèi)部圖及引腳圖（ 4） ADC0809的工作過程：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上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)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(jìn)

37、行。直到A D 轉(zhuǎn)換完成， EOC變?yōu)楦唠娖?，指示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(dāng) 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(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D 轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)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/D 轉(zhuǎn)換其來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時間為128s，相當(dāng)于6MHz的 MCS-51 單片機(jī)共64 個機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個延時子程序，A/D 轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用此子程序

38、，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)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(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)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(jìn)14天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文行數(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(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號有效時， OE 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(jī)接受。（ 5） ADC0809U1與單片機(jī)連接方式如圖3.3 ：U62 62 11P10P

39、03 9IN-0msb2 -1202 0P1 1P03 82 72 -2311 9P12P03 7IN-12 -3421 8P1 3P03 62 82 -4538P14P03 5IN-22 -5641 5P1 5P03 412 -6751 4P16P03 3IN-32 -7861 7P17P03 22lsb 2-87IN-47132 1P2.0INT 1P23EOC120P2.1INT 0P22 2IN-52 51P2.2P22 34AD D-A1522 4T1P22 4IN-6AD D-B1432 3T0P22 55AD D-CVCC4P22 6IN-72 2STAR T315EA/ VPP

40、22 7ALE6P22 81 69OEXTA19L17X1ref(- )ENA B LESTAR TXTA18L26X21 2STA RTC LK1 0ref(+)CLOCK91 0STA RTR ESETVCCAD C0 809R X DOETXD1 1173 0C LKR D16ALE /PW R2 9PSE NR 1 6AT89C 5 11 0 KC 42 2 uFVCC圖 3.3 ADC0809與單片機(jī)連接方式第三節(jié) 傳感器部分電路設(shè)計(jì)（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(shí)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(shí)現(xiàn)測試與

41、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)， 并使產(chǎn)品達(dá)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(jì)、推動社會進(jìn)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(dá)到與其重要地位相稱的新水平。15天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（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

42、時還加上輔助電源。通常可用方框圖表示，如下圖 3.4 所示：被測量敏感元件傳感元件敏感元件圖 3.5方框圖測量電路敏感元件直接感受被測量， 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

43、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(xué)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(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(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(xué)類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)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

44、，h. 熱敏傳感器，i.24GHz 雷達(dá)傳感器。16天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文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(biāo)準(zhǔn)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)用的材料觀點(diǎn)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(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)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(diǎn)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(jì)要點(diǎn)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(jì)中應(yīng)該注意以下要點(diǎn)：輸入和輸出之間成比例，直線性好、靈敏度高、分辨力強(qiáng)、測量范圍寬。