目 錄摘 要3Abstract4第一章 緒 論51.1 選題背景51.2 智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)61.3 火災(zāi)探測(cè)器61.3.1 火災(zāi)探測(cè)器簡(jiǎn)介6總體設(shè)計(jì)及方案論證82.1 工藝技術(shù)要求82.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想92.3 方案論證102.3.1 單片機(jī)的選擇10第三章 單片機(jī)AT89C51原理113.1引腳說明113.1.1 主要性能參數(shù)113.1.2 功能特性概述123.1.3AT89C51方框圖123.1.4 引腳功能說明133.2 工作特性153.2.1 時(shí)鐘振蕩器15第四章 前向通道的設(shè)計(jì)1641 溫度傳感器164.2 煙霧傳感器174.2.1 工作原理174.2.2 試驗(yàn)結(jié)果1843 運(yùn)算放大器AD5951844 A/D轉(zhuǎn)換器194.4.1 A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)204.4.2 A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的接口方法204.4.3 A/D轉(zhuǎn)換器與CPU之間傳送數(shù)據(jù)的方法204.4.4 A/D轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809及其接口214.4.5接口電路224.5 鍵盤顯示234.6 系統(tǒng)電源24第五章 后向通道的設(shè)計(jì)255.1 顯示部分255.1.1 MAX7219簡(jiǎn)介265.1.2 MAX7219引腳說明265.1.3 MAX7219內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)275.1.4 MAX7219接口電路圖5-7285.1.5 使用注意事項(xiàng)295.2 報(bào)警電路295.2.1 語音報(bào)警電路295.2.2 T6668語音芯片介紹305.2.3 T6668的工作方式305.2.4 T6668的接口電路31第六章 軟件設(shè)計(jì)316.1 設(shè)計(jì)思想326.1.1 主程序326.1.2 信號(hào)分析及調(diào)節(jié)3262 流程圖33主程序流程圖，如圖6-1。34采樣程序流程圖，如圖6-2。356.2.3 濾波程序流程圖356.2.4. 火災(zāi)處理模塊38致 謝41參考文獻(xiàn)41附錄A43附表B44摘 要隨著“信息時(shí)代”的到來，作為獲取信息的手段傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對(duì)其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。 為了提高對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)和了解，尤其是對(duì)煙霧傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則而設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。本文利用單片機(jī)結(jié)合傳感器技術(shù)而開發(fā)設(shè)計(jì)了這一煙霧監(jiān)控系統(tǒng)。 本論文以電阻式煙霧傳感器和單片機(jī)技術(shù)為核心并與其他電子技術(shù)相結(jié)合， 設(shè)計(jì)出一種技術(shù)水平較好的煙霧報(bào)警器。其中選用氣體敏感元件煙霧傳感器實(shí)現(xiàn)煙霧的檢測(cè)，具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格低廉，使用壽命長(zhǎng)。選用的AT89C51單片機(jī)，其整合了A/D轉(zhuǎn)換、硬件乘法器、硬件脈寬調(diào)制器等資源，具 有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，是目前同類技術(shù)中性價(jià)比較高的產(chǎn) 品。以AT89C51單片機(jī) 為核心設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警器可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、故障自診斷、濃度顯示、報(bào)警限設(shè)置、延時(shí)報(bào)警及與上位機(jī)串口通信等功能。是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能 穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的煙霧報(bào)警器。具有一定的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：煙霧，報(bào)警器，AT89C51，傳感器 AbstractWhile “information age” the arrival, obtained the remarkable progress as the gain information method - - sensor technology, its application domain is more and more widespread, is more and more high to its request, the demand is more and more urgent.The sensor technology has become weighs one of national science and technology level of development important symbols.Therefore, understood and grasps each kind of sensor the basic structure, the principle of work and the characteristic is extremely important.In order to enhance to the sensor understanding and the understanding, in particular to the smog sensor thorough research as well as its usage and the use, based on practical, widespread and the model principle has designed this system.This article used the monolithic integrated circuit union sensor technology to develop has designed this smog supervisory system.。The present paper take leaves the minor smog sensor and the monolithic integrated circuit technology unifies as the core and with other electronic technology, designs one kind of technical level good smog alarm apparatus.In which selects type smog sensor realization smog the examination, has the sensitivity high, responds, the antijamming ability quickly strong and so on the merits, moreover the price is inexpensive, the service life is long.Selects the AT89C51 monolithic integrated circuit, its conformity A/D transformed, the hardware multiplier, resources and so on hardware PDM keyer, has high speed, low merits and so on power loss, ultra strong antijamming, is the present similar technology neutral price quite high product. May realize the acousto-optics take the AT89C51 type gas sensor as the core design smog alarm apparatus to report to the police, the breakdown from the diagnosis, the density demonstrated, reports to the police limits the establishment, the time delay reports to the police and with functions and so in position machine serial port correspondence.Is one kind of structure simple, the performance stable, the easy to operate, the price inexpensive, the intellectualized smog alarm apparatus.Has certain practical value.Key word: Smog, alarm apparatus, AT89C51, sensor第一章 緒 論1.1 選題背景二十多年前，中國(guó)的消防報(bào)警產(chǎn)品剛剛起步，無論產(chǎn)品技術(shù)含量、產(chǎn)品系列完整性、使用性，還是社會(huì)影響程度都是相當(dāng)?shù)偷?。?guó)外的產(chǎn)品和品牌一統(tǒng)天下，占領(lǐng)中國(guó)的大部分市場(chǎng)。由于中國(guó)的建設(shè)正在飛速發(fā)展，市場(chǎng)大的驚人，難道這由中國(guó)發(fā)展帶來的成果只能由外國(guó)企業(yè)來瓜分？可幸的是中國(guó)企業(yè)抓住了機(jī)遇，頂住了挑戰(zhàn)，先是一批國(guó)家的科研院所，后是一批國(guó)營(yíng)企業(yè)、民營(yíng)企業(yè)，業(yè)內(nèi)也吸引和凝聚一大批國(guó)內(nèi)的技術(shù)和管理精英，花了十多年時(shí)間，通過幾次產(chǎn)品更新?lián)Q代，就使自己的產(chǎn)品緊緊跟上了國(guó)際水平，并且奪回了大部分國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，使得現(xiàn)在大多國(guó)外產(chǎn)品只有招架之功，這是典型的自力更生，走自己的路。當(dāng)然目前而言，我們基本占據(jù)的是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，對(duì)外還剛啟動(dòng)。中國(guó)企業(yè)正虎視眈眈，準(zhǔn)備進(jìn)軍海外市場(chǎng)。同時(shí)，通過溫度傳感器和煙霧傳感器檢測(cè)出信號(hào)，通過控制電路使電話自動(dòng)撥號(hào)（119），并報(bào)告現(xiàn)場(chǎng)地址。這對(duì)有效、快速撲救具有積極意義。本系統(tǒng)適用于各種消防環(huán)境，尤其適合于不能用水做滅火介質(zhì)的地方，如圖書館、檔案館、計(jì)算機(jī)房等處。因單片機(jī)集成度高，故該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。1.2 智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)屬于樓宇自動(dòng)化范疇，是當(dāng)前樓宇自動(dòng)化的一個(gè)主要構(gòu)成系統(tǒng)。其設(shè)置目的是為了防止和減少火災(zāi)危害，保護(hù)人身和財(cái)產(chǎn)安全?；馂?zāi)報(bào)警技術(shù)是預(yù)防火災(zāi)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，應(yīng)用范圍廣泛。報(bào)警早，損失少，不僅對(duì)發(fā)生火災(zāi)的單位和個(gè)人具有重要作用，而且對(duì)公安消防監(jiān)督機(jī)構(gòu)及時(shí)撲滅火災(zāi)、減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失同樣具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)由觸發(fā)器件、火災(zāi)報(bào)警裝置、火災(zāi)警報(bào)裝置及具有其他輔助功能的裝置組成。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、形式越來越靈活多樣，很難精確劃分為幾種固定的模式?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警技術(shù)趨向于智能化系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可組合成任何形式的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)形式，既可以是區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)，又可以是集中報(bào)警系統(tǒng)或控制中心報(bào)警系統(tǒng)形式。所謂智能火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)是：使用探測(cè)器件將火災(zāi)發(fā)生期間所產(chǎn)生的煙、溫、光等信號(hào)以模擬量形式，連同外界相關(guān)的環(huán)境參數(shù)一起傳送給報(bào)警器，報(bào)警器再根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)及內(nèi)部存儲(chǔ)的大量數(shù)據(jù)，利用火災(zāi)模型判據(jù)來判斷火災(zāi)是否存在，這樣的系統(tǒng)稱為智能火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)為解決火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)存在的兩個(gè)難題（誤報(bào)、漏報(bào)）提供了新的方法和手段，并在處理火災(zāi)真?zhèn)畏矫姹憩F(xiàn)出明顯的有效性和創(chuàng)新性，這是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)在技術(shù)上的飛躍。從傳統(tǒng)型走向智能型，是國(guó)內(nèi)外火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 1.3 火災(zāi)探測(cè)器1.3.1 火災(zāi)探測(cè)器簡(jiǎn)介火災(zāi)探測(cè)器是火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)最重要的組成部分之一，它至少含有一個(gè)能連續(xù)或以一定頻率周期探測(cè)物質(zhì)燃燒過程中所產(chǎn)生的各種物理、化學(xué)現(xiàn)象的傳感器，并且至少能向控制和指示設(shè)備提供一個(gè)適合的信號(hào)。其基本功能就是對(duì)物質(zhì)燃燒過程中產(chǎn)生的各種氣、煙、熱、光（火焰）等表征火災(zāi)信號(hào)的物理、化學(xué)參量做出有效響應(yīng)，并轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可接收的電信號(hào)，供計(jì)算機(jī)分析處理?；馂?zāi)探測(cè)器一般由敏感元件傳感器、處理單元和判斷及指示電路組成，其中敏感元件U傳感器可以對(duì)一個(gè)或幾個(gè)火災(zāi)參量起監(jiān)視作用，做出有效響應(yīng)，然后經(jīng)過電子或機(jī)械方式進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。（2）火災(zāi)探測(cè)器的分類根據(jù)監(jiān)測(cè)的火災(zāi)特性不同，火災(zāi)探測(cè)器可分為感煙、感溫、感光、復(fù)合和可燃?xì)怏w等五種類型。感煙探測(cè)器可分為離子型、光電型、激光型和紅外線束型四種。感溫探測(cè)器根據(jù)其感熱效果和結(jié)構(gòu)型式可分為定溫式、差溫式及差定溫式三種。目前，大多數(shù)消防系統(tǒng)中使用的是離子感煙探測(cè)器、光電感煙探測(cè)器及感溫探測(cè)器。（3）火災(zāi)探測(cè)器的工作原理下面就幾種常用探測(cè)器的工作原理做簡(jiǎn)要介紹：感煙探測(cè)器：該種探測(cè)器主要響應(yīng)燃燒或熱解產(chǎn)生的固體、液體微粒即煙霧粒子，主要用來探測(cè)可見或不可見的燃燒產(chǎn)物及起火速度緩慢的初期火災(zāi)。離子型主要是利用煙霧粒子改變電離室電流原理而設(shè)計(jì)的，探測(cè)器內(nèi)部裝有!放射源的電離室為傳感器件；光電型主要是應(yīng)用煙霧粒子對(duì)光線產(chǎn)生散射及折射、吸收或遮擋的原理而設(shè)計(jì)，有減光型和散射型，探測(cè)器內(nèi)部有光學(xué)系統(tǒng)和紅外線光源作探測(cè)器件；紅外光束型應(yīng)用煙霧粒子吸收或散射紅外光束的原理而設(shè)計(jì)，主要包括一個(gè)光源，一套光線照準(zhǔn)裝置和一個(gè)接收裝置。感溫探測(cè)器：該種探測(cè)器主要是利用熱敏元件來探測(cè)火災(zāi)。在火災(zāi)初始階段，除有大量煙霧產(chǎn)生外，物質(zhì)在燃燒過程中會(huì)釋放出大量的熱量，周圍環(huán)境溫度急劇上升。該種類探測(cè)器中熱敏元件的阻值隨溫差發(fā)生變化，從而將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，并進(jìn)行報(bào)警處理。1.3.2 火災(zāi)探測(cè)器發(fā)展特點(diǎn)隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，應(yīng)用需求不斷提高，普通類型的感溫、感煙火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)已不能滿足需要，運(yùn)用高新技術(shù)的新型探測(cè)器在不斷研發(fā)，其特點(diǎn)是：（1）功能更新現(xiàn)代火災(zāi)探測(cè)器的最大特征之一就是判別功能和判定決定權(quán)不僅從觀念上分離，而且在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)分別執(zhí)行。早期的判別功能和判定決定權(quán)合二為一，由設(shè)置在探測(cè)器中的傳感器件實(shí)現(xiàn)，因而處理問題死板且易受干擾。而現(xiàn)代火災(zāi)探測(cè)傳感器的判別功能和判定決定權(quán)由軟件控制，能濾除干擾，識(shí)別真假火災(zāi)，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)智能判斷。（2）可靠性提高火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可靠性的提高首先體現(xiàn)在用智能技術(shù)處理傳感器提供的火災(zāi)信息。人們采用多種火災(zāi)探測(cè)算法和復(fù)合多傳感等傳感方式，為判斷火災(zāi)提供了更加充分可靠的信息。模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)用于火災(zāi)的判別，大大提高火災(zāi)探測(cè)的可靠性。（3）報(bào)警時(shí)間提前新型火災(zāi)探測(cè)器已不局限于對(duì)已發(fā)生的火災(zāi)及時(shí)報(bào)警，可以在火災(zāi)發(fā)生之前的幾小時(shí)或幾天內(nèi)，識(shí)別潛在的火災(zāi)危險(xiǎn)性，實(shí)現(xiàn)超早期火災(zāi)報(bào)警。 總體設(shè)計(jì)及方案論證火災(zāi)智能監(jiān)測(cè)及防火卷簾門自動(dòng)控制系統(tǒng)是有傳感器，信號(hào)變換，單片機(jī)及相應(yīng)的信號(hào)顯示、輸出部分組成。通過溫度和煙霧傳感器采集信號(hào)，經(jīng)過單片機(jī)與其設(shè)定值進(jìn)行比較后，根據(jù)差值和內(nèi)部的軟件設(shè)計(jì)來對(duì)溫度高低和煙霧濃度進(jìn)行檢測(cè)及控制，及時(shí)準(zhǔn)確的報(bào)警和滅火，實(shí)現(xiàn)物資損失降低到最小。2.1 工藝技術(shù)要求由于本系統(tǒng)是為直接應(yīng)用于工廠，所以所有參數(shù)必須與相關(guān)產(chǎn)品相匹配，下面我們就以硅鋼片退火的相關(guān)參數(shù)為例來進(jìn)行設(shè)計(jì)：1、利用單片機(jī)結(jié)合各類傳感器，實(shí)現(xiàn)樓宇（庫(kù)房） 現(xiàn)場(chǎng)溫度、煙氣信號(hào)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。2、當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)生把盆景及控制信號(hào)。3、報(bào)警信號(hào)包括聲、光報(bào)警和電話語音報(bào)警，并通過通訊接口給相關(guān)部門發(fā)送火災(zāi)位置信號(hào)。4、控制信號(hào)用于卷簾門的自動(dòng)控制（溫感一步降、煙感兩步降，同時(shí)具有手動(dòng)控制功能）和自動(dòng)噴淋、排風(fēng)換氣裝置的啟動(dòng)，要求系統(tǒng)控制精度高，響應(yīng)速度快 ，動(dòng)作時(shí)間小于5秒，工作可靠。5、本設(shè)計(jì)可以獨(dú)立單元房間（面積100平方米）設(shè)計(jì)，要求系統(tǒng)可以方便地實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想系統(tǒng)硬件及信號(hào)由AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有非易失性Flash存儲(chǔ)器分別包含128 字節(jié)RAM 、32 條I/O 口線、3 個(gè)16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、6 輸入4 優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)、1 個(gè)串行I/O口（可用于多機(jī)通信、I/O擴(kuò)展或全雙工UART）以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。使用AT89C51芯片，能夠滿足需要，還可以使外圍器件盡可能少，另外價(jià)格也便宜，所以選用它。防火門及相應(yīng)的控制、動(dòng)力機(jī)構(gòu)安裝完畢后，首先要確定時(shí)間。通過傳送信號(hào)給單片機(jī)，通知單片機(jī)要開始設(shè)置時(shí)間。有3個(gè)時(shí)間要設(shè)置：防火門的全程上升時(shí)間和全程下降時(shí)間及從頂下降到中位所需的時(shí)間。所確定的時(shí)間被存在EEPROM中。上述3個(gè)時(shí)間存入EEPROM后，就可以隨意按動(dòng)“上”、“下”、“?！?個(gè)按鈕中的任何一個(gè)，使防火門運(yùn)行或停止。通常使防火門停在最高處，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，防火門向下運(yùn)行，切斷火勢(shì)曼延的通路。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，防火門的工作模式有如下幾種，我們可以預(yù)先做以下設(shè)置。1）煙霧二步降。發(fā)生火災(zāi)，一般都是煙先竄到防火門，火后一步到。防火門的傳感器感知到煙信號(hào)后，防火門立即開始下降，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。防火門下降到中位（通常門已關(guān)閉一半，下面一半開著，讓人逃生）停止下降，延時(shí)一段時(shí)間，以便讓里面的人逃生，而后繼續(xù)下降（稱作第二步下降），直到防火門完全關(guān)閉為止。在第二步下降過程中，只要有人按動(dòng)“上”、“下”、“?！?個(gè)按鈕中的任何一個(gè)，門就會(huì)自動(dòng)上升到中位，以便人逃離火場(chǎng)。2）煙溫二步降?；馂?zāi)發(fā)生，煙霧先到達(dá)，這時(shí)防火門附近的溫度還處在正常范圍。防火門感知此煙，立即下降到中位，并在中位停下來，以便人員逃生。在防火門附近的溫度上升到一定的高度以前，防火門將一直停在中位。當(dāng)防火門的感應(yīng)系統(tǒng)感知到防火門附近的溫度達(dá)到比較高的程度后，防火門開始第二步下降，從中位下降到把整個(gè)門關(guān)閉。因?yàn)橹挥袦囟冗_(dá)到一定的高度，才說明火將曼延過來，須迅速?gòu)氐钻P(guān)閉防火門。防火門在第二步下降的過程中，若有人按動(dòng)“上”、“下”、“?！?個(gè)按鈕中任何一鈕，門都將上升到中位。到達(dá)中位后，將立刻開始下降，但只要有人再次按任何一鈕，門仍將上升到中位。不論是煙霧二步降還是煙溫二步降，當(dāng)門徹底關(guān)閉后，只要有人按上述3個(gè)鈕任一鈕，門就上升到中位，以讓人逃離火場(chǎng)。3）高溫處理。不論初始設(shè)置的是煙霧二步降還是煙溫二步降，只要高溫先到達(dá)或是與煙霧信號(hào)同時(shí)到達(dá)，防火門都將從頂不停地一直下降到底。還有一種情形也會(huì)導(dǎo)致“高溫處理”：若火災(zāi)發(fā)生時(shí)沒有高溫，當(dāng)防火門從頂下降到中位前或下降到中位后在中位停留的時(shí)間內(nèi)，檢測(cè)到有高溫信號(hào)，防火門系統(tǒng)將自動(dòng)轉(zhuǎn)入高溫處理，立即開始第二步下降?；饟錅绾?，防火門系統(tǒng)檢測(cè)到既無煙又無高溫，則確認(rèn)火已滅，便自動(dòng)關(guān)閉報(bào)警信號(hào)，防火門自動(dòng)上升到正常位置。2.3 方案論證2.3.1 單片機(jī)的選擇單片機(jī)是本方案的靈魂，所以我們選擇是需要慎之又慎，下面我們來拿8031和AT89C51做一下比較。8031片內(nèi)不帶程序存儲(chǔ)器ROM，使用時(shí)用戶需外接程序存儲(chǔ)器和一片邏輯電路373，外接的程序存儲(chǔ)器多為EPROM的2764系列。用戶若想對(duì)寫入到EPROM中的程序進(jìn)行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫入。寫入到外接程序存儲(chǔ)器的程序代碼沒有什么保密性可言。 由于上述類型的單片機(jī)應(yīng)用的早，影響很大，已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。后來很多芯片廠商以各種方式與Intel公司合作，也推出了同類型的單片機(jī)，如同一種單片機(jī)的多個(gè)版本一樣，雖都在不斷的改變制造工藝，但內(nèi)核卻一樣，也就是說這類單片機(jī)指令系統(tǒng)完全兼容，絕大多數(shù)管腳也兼容；在使用上基本可以直接互換。我們統(tǒng)稱這些與8051內(nèi)核相同的單片機(jī)為51系列單片機(jī)。 在眾多的51系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的AT89C51更實(shí)用，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲(chǔ)器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89Cx 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機(jī)對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動(dòng)成果。而且AT89C51目前的售價(jià)比8031還低，市場(chǎng)供應(yīng)也很充足。 單對(duì)AT89C51來說，在實(shí)際電路中可以直接互換8051和8751，替換8031只是第31腳有區(qū)別，8031因內(nèi)部沒有ROM，31腳需接地（GND），單片機(jī)在啟動(dòng)后就到外面程序存儲(chǔ)器讀取指令；而8051/8751/89c51因內(nèi)部有程序存儲(chǔ)器，31腳接高電平（Vcc），單片機(jī)啟動(dòng)后直接在內(nèi)部讀取指令。也就是51芯片的31腳控制著單片機(jī)程序從內(nèi)部讀取還是從外部讀取，31電腳接源，程序從內(nèi)部讀取，31腳接地，程序從外部讀取，其他無須改動(dòng)。另外，AT89C51替換8031后因不用外存儲(chǔ)器，不必安裝原電路的外存儲(chǔ)器和373芯片。 由于內(nèi)部RAM的存在，可以減少I/O擴(kuò)展芯片、鎖存器及片外RAM等等，使整個(gè)設(shè)計(jì)顯得簡(jiǎn)單明了，所以我們選擇AT89C51。 2.3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，就位數(shù)來分，有8位、10位、12位、16位等。位數(shù)越高，其分辨率也越高，但價(jià)格也越貴。而就其結(jié)構(gòu)而言，有單一的A/D轉(zhuǎn)換器，有內(nèi)含多路開關(guān)的A/D轉(zhuǎn)換器。根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要，我選擇的A/D轉(zhuǎn)換器是ADC0809。 ADC0809是美國(guó)Analog Device公司生產(chǎn)的8位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速率高，自帶三態(tài)輸出緩沖電路，可直接與各種典型的8位或16位的微處理器相連而無需附加邏輯接口電路，且能與CMOS及TTL兼容。是目前我國(guó)應(yīng)用最為廣泛，價(jià)格始終的A/D轉(zhuǎn)換器。加之內(nèi)部含有三態(tài)輸入緩沖電路，可直接與各種微處理器連接，且無須附加邏輯接口電路，內(nèi)部設(shè)置的高精參考電壓源和時(shí)鐘電路，使它不需要任何外部電路和時(shí)鐘信號(hào)，就能完成A/D轉(zhuǎn)換功能，應(yīng)用非常方便。第三章 單片機(jī)AT89C51原理AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)。片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128 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)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51 指令系統(tǒng)，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AT89C51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。3.1引腳說明3.1.1 主要性能參數(shù)：AT89C51管腳圖，如圖3-1。圖3-1 AT89C51管腳圖與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫中期全靜態(tài)操作：0Hz24MHz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器128*8字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)可編程I/O口線2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源 3.1.2 功能特性概述：AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash閃存存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?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)，AT89C51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工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。3.1.3 AT89C51方框圖，如下圖3-2圖3-2 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.1.4 引腳功能說明 ：電源電壓 GND：地 P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O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)斷口寫“1”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接受指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(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邏輯門電路。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)可作為輸入口。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)來低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（I）。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1口接受底8位地址。 P2口：P2口是一個(gè)帶內(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)可作為輸入口。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)來低電平時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（I）。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX RI指令）時(shí)，P2口行上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接受高位地址和其它控制信號(hào)。 P3口：P3是一組帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口的輸出緩沖級(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)可作為輸入口。作輸入口使用時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（I）。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是他的第二功能，見表3-1。表3-1P3口還接受一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 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非：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(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非）。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位置位，可禁止ALE操作，該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會(huì)被激活。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無效。 PSEN非：程序儲(chǔ)存允許（PSEN非）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選信號(hào)，當(dāng)AT89C51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非有效，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，這兩次有效的PSEN非信號(hào)不出現(xiàn)。 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0000HFFFFH），EA端必須得保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LBI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），CPU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。3.2 工作特性3.2.1 時(shí)鐘振蕩器 AT89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖3-3。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，對(duì)外電容C1、C2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF（10pF），而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF（10F）。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如下圖所示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有特殊要求，電腦最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。圖3-3 振蕩電路第四章 前向通道的設(shè)計(jì)41 溫度傳感器火災(zāi)總伴隨著火焰、煙霧和溫度，隨著燃燒，室內(nèi)溫度將上升。將煙霧傳感器作為第一感受器，溫度傳感器作為智能計(jì)算的補(bǔ)充傳感器。當(dāng)報(bào)警環(huán)境出現(xiàn)煙霧后，溫度傳感器根據(jù)設(shè)定溫度值確定是否報(bào)警。為防止漏報(bào)，另一組溫度傳感器設(shè)定了溫度的報(bào)警極限，當(dāng)溫度超過這個(gè)極限立刻報(bào)警。溫度傳感器利用半導(dǎo)體PN結(jié)的負(fù)溫度系數(shù)工作，它有三路輸出，其中兩路測(cè)量溫度梯度，一路測(cè)量極限溫度。圖4-1是一個(gè)溫度傳感器的結(jié)構(gòu)單元。其基本工作原理是利用硅PN結(jié)的負(fù)溫度系數(shù)測(cè)量環(huán)境溫度。由、以及,經(jīng)、分壓給的基極提供一個(gè)電壓基準(zhǔn)。這個(gè)電壓基準(zhǔn)使得在常溫下不導(dǎo)通，例如，假設(shè)在常溫下，NPN晶體管的發(fā)射結(jié)在=0.65V時(shí)導(dǎo)通，而電壓基準(zhǔn)設(shè)定為0.60V，這時(shí)，處于截止?fàn)顟B(tài)。由于硅器件的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓是負(fù)的溫度系數(shù)(典型值為-2mV/)，隨著溫度上升，器件的導(dǎo)通電壓線性下降。當(dāng)溫度上升25時(shí)，的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓下降為0.60V,達(dá)到設(shè)定值使導(dǎo)通。由原先的高電平輸出下降為低電平輸出。 圖4-1 溫度傳感單元原理圖作為電壓基準(zhǔn)，希望經(jīng)、分壓得到的電壓值具有較低的溫度系數(shù)。在這個(gè)電路中，利用正溫度系數(shù)的齊納擊穿穩(wěn)壓管和PN結(jié)的負(fù)溫度系數(shù)實(shí)現(xiàn)低溫度系數(shù)的要求。防火系統(tǒng)采用了復(fù)合形式的智能型火災(zāi)傳感電路，代替了過去的單一形式的傳感器，如火焰?zhèn)鞲衅?、溫度傳感器、煙霧傳感器等，這樣就不會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)情況。此傳感器具有不受使用場(chǎng)所無交流電源的限制，靜態(tài)功耗低、安裝比較隱蔽、靈敏度高等特點(diǎn)。4.2 煙霧傳感器4.2.1 工作原理離子煙霧傳感器單電離室的工作原理，如圖4-2所示。 圖4-2 電離室工作原理圖圖4-2（a）是單電離室的結(jié)構(gòu)圖，P1和P2是一對(duì)電極，在電極之間放有放射性物質(zhì)241Am，不斷放出射線，高速運(yùn)動(dòng)的離子撞擊極板間的空氣分子，將其電離為正離子和負(fù)離子，從而使電極之間原來不導(dǎo)電的空氣具有了導(dǎo)電性。如果在極板P1和P2之間加上一個(gè)電壓E，極板間原來雜亂無章的正負(fù)離子，在電場(chǎng)的作用下作有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，從而在極板間形成電離電流，施加的電壓越高，則電離電流越大，當(dāng)電離電流增加到一定值時(shí)，將不再增加，此電流稱為飽和電流，如圖4-2（b）所示。實(shí)際使用的離子煙霧傳感器電路如圖4-3 所示。 圖4-3 離子煙霧傳感器電路圖為了減少溫度、濕度等環(huán)境條件變化對(duì)電離電流帶來的影響，以提高傳感器工作的穩(wěn)定性，將兩個(gè)電離室串接起來與電源相接，上面的一個(gè)為補(bǔ)償電離室，下面的一個(gè)為檢測(cè)電離室，在結(jié)構(gòu)上檢測(cè)電離室做成煙霧容易進(jìn)入的型式，而補(bǔ)償電離室做成煙霧很難進(jìn)入、而空氣又能慢慢進(jìn)入的型式。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，煙霧進(jìn)入檢測(cè)電離室，由于煙離子的阻擋作用，一方面使電離后的正負(fù)離子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)速度降低，另一方面使射線的電離能力降低，從而使檢測(cè)電離室的電離電流減小，這一現(xiàn)象，相當(dāng)于補(bǔ)償電離室的等效電阻未變，而檢測(cè)電離室的等效電阻變大，從而使A點(diǎn)的電位升高。顯然煙霧濃度越大，煙離子的阻擋作用越強(qiáng)，A 點(diǎn)電位越高。這一電壓信號(hào)經(jīng)由T1、T2組成的跟隨電路，傳送給模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧濃度的采樣。采用離子源作為煙敏元件的突出特點(diǎn)是電流消耗極低，適合在系統(tǒng)中使用。圖4-3中的為自檢電阻器，由于離子源等效電阻很高（一般在10M以上），只要適當(dāng)選擇，就可使上的壓降在正常情況下近似為0。對(duì)探測(cè)器進(jìn)行自檢時(shí)，一個(gè)邏輯高電壓加到上，使傳感器輸出升高，單片機(jī)根據(jù)自檢前后的模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，可判斷出模/數(shù)轉(zhuǎn)換及傳感器兩個(gè)模塊的功能是否正常。4.2.2 試驗(yàn)結(jié)果探測(cè)器試驗(yàn)是根據(jù)傳輸與火災(zāi)報(bào)警的基本要求進(jìn)行的。 43 運(yùn)算放大器AD595AD595具有熱電偶信號(hào)放大和冰點(diǎn)補(bǔ)償雙重功能,AD595適用于型熱電偶,是14腳DIP封裝。AD595有二個(gè)等級(jí)(級(jí)和級(jí)),3的校準(zhǔn)準(zhǔn)確度。具有以下特性: 低阻抗電壓輸出:10/ 片內(nèi)冰點(diǎn)補(bǔ)償 電源電壓范圍:+5V15V 低功耗:1MW 熱電偶斷線報(bào)警功能 高阻抗差動(dòng)輸入 可用作攝氏溫度傳感器 差動(dòng)輸入可抑制熱電偶引線上的共模噪聲電壓 補(bǔ)償、零點(diǎn)、標(biāo)度系數(shù)都預(yù)先用激光校準(zhǔn) 可用于型熱電偶由于熱電偶的輸出電勢(shì)與溫度成非線性關(guān)系,下列轉(zhuǎn)換函數(shù)將決定芯片的實(shí)際輸出電壓:在控制系統(tǒng)中，傳感器和檢測(cè)電路輸出的信號(hào)，一般都比較小，不能直接進(jìn)行顯示記錄和控制。為此，當(dāng)用傳感器把非電量轉(zhuǎn)換成電量后，大都需要放大。AD595芯片說明:圖 4-5 AD595結(jié)構(gòu)圖表 4-1 管腳功能圖 44 A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器的功能是將模擬量電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。在本設(shè)計(jì)中，我采用了ADC0809轉(zhuǎn)換器，它可以將多路轉(zhuǎn)換器輸入的模擬量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，所以省略了多路開關(guān)。由于控制系統(tǒng)是對(duì)溫度和煙的濃度進(jìn)行檢測(cè)，相當(dāng)于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間來說信號(hào)變化很慢，所以采樣保持器（保持在A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)輸入的模擬信號(hào)不變）也可以省去。因此，模擬信號(hào)經(jīng)過放大后可以直接進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器。 4.4.1 A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù) (1) 分辨率： 是指A/D轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。 (2) 轉(zhuǎn)換時(shí)間： 指從輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)開始到轉(zhuǎn)換結(jié)束，得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出量為止的時(shí)間其他參數(shù)與D/A轉(zhuǎn)換器類似。4.4.2 A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的接口方法(1) ADC轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過三態(tài)緩沖器件與CPU數(shù)據(jù)總線相連接（在芯片內(nèi)部沒有三態(tài)輸出緩沖器時(shí)）；(2) 為了輸入正確的轉(zhuǎn)換結(jié)果，必須解決好A/D轉(zhuǎn)換器和CPU取數(shù)之間的時(shí)間配合問題。 (3) 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)（START）：是由CPU提供給ADC芯片的，在正脈沖的下降沿轉(zhuǎn)換開始； (4) 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)（EOC）：一旦啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，EOC立即變低，直至轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC輸出高電平，通知CPU轉(zhuǎn)換已結(jié)束； (5) 允許輸出信號(hào)（OE）：ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束后，轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在輸出鎖存器中，并沒有送入數(shù)據(jù)總線上。CPU取數(shù)時(shí)，發(fā)出OE信號(hào)選通芯片內(nèi)部三態(tài)輸出緩沖器將數(shù)據(jù)輸出。4.4.3 A/D轉(zhuǎn)換器與CPU之間傳送數(shù)據(jù)的方法(1) 延時(shí)等待法延時(shí)法是利用CPU執(zhí)行一條輸出指令，啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換，然后CPU執(zhí)行延時(shí)程序，延時(shí)時(shí)間大于所選用的ADC芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間，延時(shí)結(jié)束，CPU執(zhí)行輸入指令，打開三態(tài)門獲取ADC轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)。 (2) 查詢法 查詢法是由CPU來檢查EOC信號(hào)。當(dāng)CPU啟動(dòng)ADC芯片開始轉(zhuǎn)換之后，再通過狀態(tài)端口讀取EOC信號(hào)，檢查ADC是否轉(zhuǎn)換結(jié)束。若轉(zhuǎn)換結(jié)束，則讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，否則繼續(xù)查詢。(3) 中斷法用中斷法可提高CPU的利用率，當(dāng)ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束，由EOC信號(hào)上升沿通過8255A中斷控制邏輯向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷在服務(wù)程序中讀取結(jié)果。 4.4.4 A/D轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809及其接口(1) 主要性能 8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，所有引腳的邏輯電平與TTL兼容； 帶有鎖存功能的8路模擬量轉(zhuǎn)換開關(guān)，可對(duì)8路0-5V模擬量進(jìn)行分時(shí)轉(zhuǎn)換； 輸出具有三態(tài)鎖存/緩沖功能； 分辨率：8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間：100us； 不可調(diào)誤差：1LSB，功耗：15mW； 工作電壓：+5V，參考電壓標(biāo)準(zhǔn)值+5V； 片內(nèi)無時(shí)鐘，一般需外加640KHz以下且不低于100KHz的時(shí)鐘信號(hào)。 (2) ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)有模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換兩大部分組成。模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)由8路模擬開關(guān)和3位地址鎖存與譯碼器組成，地址鎖存允許信號(hào)ALE將三位地址信號(hào)ADDC、ADDB和ADDA進(jìn)行鎖存，然后由譯碼電路選通其中一路摸擬信號(hào)加到A/D轉(zhuǎn)換部分進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換部分包括比較器、逐次逼近寄存器SAR、256R電阻網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、控制與時(shí)序電路等，另外具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，其輸出數(shù)據(jù)線可直接連CPU的DB。具體見下圖4-6。 圖4-6 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)（3）ADC0809的引腳功能：D7-D0：8位數(shù)據(jù)輸出線；IN7-IN0：8路模擬信號(hào)輸入；ADDC、ADDB、ADDA：8路模擬信號(hào)輸入通道的地址選擇線；ALE：地址鎖存允許，其正跳變鎖存地址選擇線狀態(tài)，經(jīng)譯碼選通對(duì)應(yīng)的模擬輸入信號(hào)；START：?jiǎn)?dòng)信號(hào)，上升沿使片內(nèi)所有寄存器清零，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換；EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束，轉(zhuǎn)換開始后，此引腳變?yōu)榈碗娖?，轉(zhuǎn)換一結(jié)束，此引腳變?yōu)楦唠娖?；OE：輸出允許，此引腳為高電平有效，當(dāng)有效時(shí)，芯片內(nèi)部三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存緩沖器被打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果送到D7-D0；CLOCK：時(shí)鐘，最高可達(dá)1280KHz，由外部提供；REF（+）、REF（-）：參考電壓正極、負(fù)極，通常REF（+）接Vcc，REF（-）接GND；Vcc：電源，+5V，GND：地線。 在論文的硬件設(shè)計(jì)中ADC0809因內(nèi)部帶有三態(tài)門輸出鎖存器，故它可以直接和AT89C51的P0口相連，ALE和START由和P2.7口經(jīng)或非門后控制，輸出允許OE由和P2.7口經(jīng)或非門后控制，轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號(hào)EOC經(jīng)反向器后和 INT1非相連，以提供A/D轉(zhuǎn)換的中斷方式。ADC0809的時(shí)鐘輸入信號(hào)CLK有ALE經(jīng)二分頻后提供，也可由外部500kHZ 時(shí)鐘源提供，八路模擬量有IN7-IN0端輸入。4.4.5接口電路圖 4-7 ADC0809與89C51的接口電路圖4.5 鍵盤顯示鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。按鍵是一種常開型按鈕開關(guān)。平時(shí)(常態(tài)時(shí))，按鍵的兩個(gè)觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，按下鍵時(shí)它們才閉合(短路)。鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤。鍵盤上閉合鍵的識(shí)別由專用的硬件譯碼器實(shí)現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編號(hào)或鍵值的稱編碼鍵盤，如BCD碼鍵盤、ASCII碼鍵盤等；靠軟件識(shí)別的稱為非編碼鍵盤。在單片機(jī)組成的測(cè)控系統(tǒng)及智能化儀器中，用的最多的是非編碼鍵盤。本系統(tǒng)中，采用42鍵盤。42的鍵盤結(jié)構(gòu)如圖所示，圖中行線通過電阻接+5V，當(dāng)鍵盤上沒有健閉合時(shí)，所有的行線和列線斷開，行線XO、X1呈高電平。當(dāng)鍵盤上某一個(gè)鍵閉合時(shí)，該健所對(duì)應(yīng)的行線與列線短路。例如，6號(hào)鍵按閉合時(shí)，行線Xl和列線Y1短路，此時(shí)Xl的電平由Y1的電平所決定，如果把行線接到微機(jī)的輸人口，列線接到微機(jī)的輸出口，則在微機(jī)的控制下，使列線Y1為低電平(0)，其余四根列線Y0、Y2、Y3都為高電平。然后微機(jī)通過輸人口讀行線的狀態(tài)，如果X0、X1都為高電平，則Y1這一列上沒有鍵閉合，如果讀出的列線狀態(tài)不全為高電平，則為低電子的行線和Y1相交的鍵處于閉合狀態(tài)；如果Y1這一列上沒有鍵閉合，接著使列線Y1為低電平，其余列線為高電平。用同樣的方法檢查Y2這一列上有無鍵閉合，以此類推，最后使列線Y3為低電平，其余的列線為高電平，檢查Y3這一列上是否有健閉合。這種逐行逐列地檢查鍵盤狀態(tài)的過程稱為對(duì)鍵盤的一次掃描。CPU對(duì)鍵盤掃描可以采取程序控制的隨機(jī)方式，CPU在空閑時(shí)掃描鍵盤，也可以采取定時(shí)控制方式，每隔一定時(shí)間，CPU對(duì)鍵盤掃描一次，CPU可隨時(shí)響應(yīng)健輸入請(qǐng)求。也可以采用中斷方式，當(dāng)鍵盤上有鍵閉合時(shí)，向CPU請(qǐng)求中斷，CPU響應(yīng)鍵盤輸入中斷請(qǐng)求，對(duì)鍵盤掃描，以識(shí)別那一個(gè)鍵處于閉合狀態(tài)，并對(duì)鍵輸入信息做出相應(yīng)處理。CPU對(duì)鍵盤上閉合鍵鍵號(hào)的確定，可根據(jù)行線和列線的狀態(tài)計(jì)算求得，還可以根據(jù)行線和列線狀態(tài)查表求得。鍵盤共八個(gè)：“”為使顯示數(shù)字加一“”為使顯示數(shù)字減一“”為顯示屏的閃爍光標(biāo)右移“”為顯示屏的閃爍光標(biāo)左移 “啟動(dòng)”為使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行 “停止”為使整個(gè)系統(tǒng)停止 “更改”為調(diào)解系統(tǒng)的設(shè)置以及切換溫度和濃度的顯示 “確認(rèn)”為使系統(tǒng)設(shè)置值進(jìn)行保存圖4-9 鍵盤顯示原理圖4.6 系統(tǒng)電源系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中的AT89C51單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路、鍵盤顯示電路都需要有穩(wěn)定的直流電源供電才能正常工作。系統(tǒng)中需要12V和+5V電源，系統(tǒng)采用串聯(lián)型的集成穩(wěn)壓器來實(shí)現(xiàn)。采用集成穩(wěn)壓器外接元件少，使用方便，安全可靠，精度、穩(wěn)定性高，噪聲小。直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)包括整流器、濾波器、直流穩(wěn)壓器和高頻濾波器等幾部分，常用的直流穩(wěn)壓電路如圖4-10所示。一般直流穩(wěn)壓電源用的整流器多位單項(xiàng)橋式整流，直流側(cè)常用電容濾波。圖4-9 中C1為平滑濾波電容，常選用幾百幾千F的瓷片電容，用以減輕整流橋輸出電壓的脈動(dòng)。C2為高頻濾波電容，常選用0.010.1F的瓷片電容，用于抑制浪涌的尖峰。作為直流穩(wěn)壓器件，現(xiàn)在常選用的就是三端穩(wěn)壓器78和79系列芯片，這類穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，負(fù)載穩(wěn)定度為15mV，具有過電流和輸出短路保護(hù)，可用于一般微機(jī)系統(tǒng)。三端穩(wěn)壓電源的輸出端常接兩個(gè)電容C3和C4，C3主要起負(fù)載匹配作用，常選用幾十幾百F的電解電容；C4為抗高頻干擾電容，常選用0.01-0.1F的瓷片電容。圖4-10 電源原理圖系統(tǒng)電源的工作原理為：220V市電經(jīng)過一個(gè)雙18V變壓器和二極管整流橋輸出，兩路輸出分別進(jìn)入三端固定正電壓穩(wěn)壓器MC7812K和三端固定負(fù)電壓穩(wěn)壓器MC7912K，由這兩個(gè)電壓穩(wěn)壓器輸出就是我們需要12V電源，再將+12電壓經(jīng)過正電壓穩(wěn)壓器MC7805T，就得到了+5V電源。第五章 后向通道的設(shè)計(jì) 5.1 顯示部分顯示電路部分采用串行接口，靜態(tài)鎖存驅(qū)動(dòng)，不但節(jié)約了系統(tǒng)的資源，而且簡(jiǎn)化編程。LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極（或共陽(yáng)極）連接在一起并接地（或接高電平）。之所以稱為靜態(tài)顯示，是由于顯示器中的各位相互獨(dú)立，而且各位的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個(gè)字符為止。也正因?yàn)槿绱耍o態(tài)顯示器的亮度都較高。MAX7219是微處理器和共陰極七段八位LED顯示、圖條/柱圖顯示或64點(diǎn)陣顯示接口的小型串行輸入/輸出芯片。片內(nèi)包括BCD譯碼器、多路掃描控制器、字和位驅(qū)動(dòng)器和8X8靜態(tài)RAM.外部只需要一個(gè)電阻設(shè)置所有LED顯示器字段電流。MAX7219和微處理器只需三根導(dǎo)線連接，每位顯示數(shù)字有一個(gè)地址由微處理器寫入。允許使用者選擇每位是BCD譯碼或不譯碼。使用者還可選擇停機(jī)模式、數(shù)字亮度控制、從1-8選擇掃描位數(shù)和對(duì)所有LED顯示器的測(cè)試模式。5.1.1 MAX7219簡(jiǎn)介MAX7219和單片計(jì)算機(jī)連接有三條引線(DIN. CLK, LOAD)。采用16位數(shù)據(jù)串行移位接收方式。即單片機(jī)將16位二進(jìn)制數(shù)逐位發(fā)送到DIN端，在CLK上升沿到來前準(zhǔn)備就緒，CLK的每個(gè)上升沿將一位數(shù)據(jù)移入MAX7219內(nèi)移位寄存器，當(dāng)16位數(shù)據(jù)移入完，在LOAD引腳信號(hào)上升沿將16位數(shù)據(jù)裝入MAX7219內(nèi)的相應(yīng)位置，在MAX7219內(nèi)部硬件動(dòng)態(tài)掃描顯示控制電路作用下實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。5.1.2 MAX7219引腳說明MAX7219為24引腳芯片，引腳排列如圖5-5所示，各引腳功能如下:DIN:串行數(shù)據(jù)輸入端:DIGO-DIG7: LED位線:LOAD:數(shù)據(jù)裝載信號(hào)輸入端;SEGA SEGG, SEGDp:段碼輸出端:ISET:硬件亮度調(diào)節(jié)端;DOUT:串行數(shù)據(jù)輸出端;CLK:移位脈沖輸入端;V十:正電源:GND:地。圖5-5 MAX7219引腳圖5.1.3 MAX7219內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)MAX7219組成如圖5-6所示。圖5-6 MAX7219組成框圖各部分作用是:16位地址/數(shù)據(jù)移位寄存器接收串行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)串/并變換。16位數(shù)據(jù)含義如下:D7-DO:寫入內(nèi)部RAM和功能寄存器的數(shù)據(jù):D8-Dll:內(nèi)部RAM和功能寄存器地址;D12-D15:無定義。地址譯碼器是一個(gè)4-16線譯碼器，用于選擇數(shù)據(jù)存放單元，在LOAD信號(hào)作用下將接收數(shù)據(jù)送入指定單元;八字節(jié)雙端口靜態(tài)存儲(chǔ)器存放接收數(shù)據(jù)和提供動(dòng)態(tài)顯示據(jù);B譯碼和不譯碼電路對(duì)RAM數(shù)據(jù)進(jìn)行BCD澤碼或直接送顯示;段碼電流參考電路、亮度脈沖產(chǎn)生調(diào)制器實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示器的亮度控制，段碼電流參考電路由硬件調(diào)節(jié)顯示器亮度;動(dòng)態(tài)掃描控制器實(shí)現(xiàn)由硬件控制動(dòng)態(tài)掃描顯示。LED段/位駭動(dòng)器提供顯示器的一段和一位點(diǎn)亮?xí)r的電流各內(nèi)部功能寄存器含義如下:(1)停機(jī)寄存器(地址OCH):當(dāng)DO=0時(shí)，MAX721處于停機(jī)狀態(tài);當(dāng)D0=1時(shí)，處于正常工作狀態(tài)。(2)顯示測(cè)試寄存器(地址OFH):當(dāng)DO=0時(shí)，MAX7219按設(shè)定模式正常工作;當(dāng)D0=1時(shí)，處于測(cè)試狀態(tài)。在該狀態(tài)下，不管MAX7219處于什么模式，全部LED將按最大亮度顯示。(3)亮度寄存器(地址OAH):亮度可以用硬件和軟件兩種方法調(diào)節(jié)。亮度寄存器中的DO-D3位可以控制LED顯示器的亮度。(4)掃描界限寄存器(地址OBH):該寄存器中DO-D3位數(shù)據(jù)設(shè)定值為0-7H,設(shè)定值表示顯示器動(dòng)態(tài)掃描個(gè)數(shù)位1-8。(5)譯碼方式寄存器(地址09H):該寄存器的8位二進(jìn)制數(shù)的各位分別控制8個(gè)LED顯示器的譯碼方式。當(dāng)高電平時(shí)，選擇BCD-B譯碼模式，當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)選擇不譯碼模式(即送來數(shù)據(jù)為字型碼)。(6)內(nèi)部RAM 地址01-08H分別對(duì)應(yīng)于DIGO-DIG7MAX7219驅(qū)動(dòng)8位以下LED顯示器MAX7219在驅(qū)動(dòng)8位以下LED顯示器時(shí)，它的DIN, CLK, LOAD端分別接單片