基于51单片机煤气报警器毕业论文(编辑修改稿)

基于51单片机煤气报警器毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

接外部振荡信号的输入。 浙江工业职业技术学院电气工程分院毕业设计 8 图 31 AT89S51 引脚功能图 （ 3）输入 /输出引脚 P0， P1， P2， P3： ～ (39～ 32 脚 ):PO 是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口。 在访问片外 存储器时，它分时提供低 8位地址和 8位双向数据，故这些 I/O线有地址线 /数据线之称，简写为 AD0～ AD7。 在 EPROM编程时，从 P0输入指令字节，在验证程序时，则输出指令字节 (验证时，要外接上拉电阻 )。 ～ (1～ 8 脚 ):Pl 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O端口。 在 EPROM编程和验证程序时，它输入低 8 位地址。 ～ (21～ 28 脚 ):P2 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向I/O 端口。 在访问片外存储器时，它输出高 8 位地址，即 A8～ A15。 在对 EPROM 编程和验证程序时，它输入高 8位地 址。 ～ (10～ 17 脚 ):P3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向浙江工业职业技术学院电气工程分院毕业设计 9 I/O 端口。 在整个系统中，这 8 个引脚还具有专门的第二功能。 （ 4）控制线（ 4条） RST： AT89S51的复位信号输入引脚，高电位工作，当要对芯片用时，只要将此引脚电位提升到高电位，并持续两个机器周期以上的时间， AT89S51 便能完成系统复位的各项工作，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设成已知状态。 ALE/PROG： ALE 是英文 ADDRESS LATCH ENABLE的缩写，表示允许地址锁存允许信号。 当访问外部存储器时， ALE 信号负跳变来触发外部的 8 位锁存器 (如 74LS373)，将端口 P0 的地址总线 (A0A7)锁存进入锁存器中。 在非访问外部存储器期间， ALE 引脚的输出频率是系统工作频率的 1/16，因此可以用来驱动其他外围芯片的时钟输入。 当问外部存储器期间，将以 1/12 振荡频率输出。 EA/VPP：该引脚为低电平时，则读取外部的程序代码 (存于外部EPROM 中 )来执行程序。 因此在 8031 中， EA 引脚必须接低电位，因为其内部无程序存储器空间。 如果是使用 AT89S51或其它内部有程序空间的单片机时，此引脚接成 高电平使程序运行时访问内部程序存储器，当程序指针 PC 值超过片内程序存储器地址 (如 8051/8751/89C51 的 PC 超过 0FFFH)时，将自动转向外部程序存储器继续运行。 PSEN：此为 Program Store Enable的缩写。 访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。 在访问外部程序存储器读取指令码时，每个机器周期产生二次 PSEN 信号。 在执行片内程序存储器指令时，不产生 PSEN 信号，在访问外部数据时，亦不产生 PSEN 信号。 浙江工业职业技术学院电气工程分院毕业设计 10 以下是单片机的工作方式： 单片机的工作方式包括：复位方式，程序执 行方式，单步执行方式，掉电、节电方式以及 EEPROM编程和校验方式。 1）复位方式 RST 引脚时复位信号的输入端。 复位信号是高电平有效，高电平的持续时间应该在 24 个时钟周期以上，若时钟频率为 6MHz,则复位信号至少应持续 4us以上，才可以使单片机可靠复位。 复位以后，内部各寄存器进入下列状态 : PC 0000H ACC 00H PSW 00H SP 07H DPTR 0000H P0～ P3 FFH IP **000000B IE 0*000000B TMOD 00H TCON 00H TL0 00H TH0 00H TL1 00H TH1 00H SCON 00H SBUF 不定 PCON 0***0000B 复位后，程序计数器 PC 的值是 0000H 说明： AT89S51 单片机的程序起始位置是在内存的 0000H，也就是说程序的第一条指令必须存入内存的 0000H 单元，程序才可能在复位后，直接运行。 只要 VCC上升时间 不超过 1ms，通过在 VCC和 RST引脚之间一个 10uF 电容， RST和 VSS（即地）之间加一个 10kΩ的电阻，就可以实现自动上电复位，即打开电源就可以自动复位。 也可以进行手动复位， VCC和 RST引脚之间接一个按键，即可以实现手动复位。 复位电路可以参考图 32： 浙江工业职业技术学院电气工程分院毕业设计 11 图 32 单片机复位电路 2）程序执行方式 程序执行方式是单片机的基本工作方式。 所执行的程序可以放在内部 ROM、外部 ROM或者同时放在内外 ROM中。 若程序全部放在外部 ROM 中（如对 8031），则应使 EA=0；否则，可令EA=1。 由于复位后 PC=0000H,所以程序的执行总是从地址 0000H开始的。 但真正的程序一般不可能从 0000H 开始存放，因此，需要在 0000H单元开始存放一条转移指令，从而使程序跳转到真正的程序入口地址。 3）单步执行方式 单步执行方式是使程序的执行处在外加脉冲（通常用一个按键产生）的控制下，一条指令一条指令地执行，即按一次键，执行一条指令。 序返回至少要在执行一条指令后才能重新进入中断。 将外加脉冲加到 INT0 输入，平时为低电平。 通过编程规定INT0 信号是低电平有效，因此不来脉冲时总是处于响应中断的状态。 在中断服务程序中要安 排这样的指令： JNB ；若 INT0=0，不往下执行 JB ；若 INT0=1，不往下执行 RETI； 返回主程序执行一条指令 浙江工业职业技术学院电气工程分院毕业设计 12 4）掉电和节电方式 在掉电方式下，单片机的耗电降至最小。 当电源恢复时， VPD应该保持足够长的时间（约 10ms），以保证振荡器的起振和达到稳定，然后重新开始正常工作。 在掉电方式下， CPU暂时不工作，但也随时准备恢复工作。 此模块主要由键盘、报警器 [11]组成 (相关的电路设计下一章将会有详细的介绍 )。 气体浓度经过键盘设置后送单片机记录， 在采集到的气体浓度过大，超过安全值时单片机驱动蜂鸣器工作，提供报警服务。 浙江工业职业技术学院电气工程分院毕业设计 13 第四章 硬件电路设计与分析 系统电源的设计 直流稳压电源主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路所组成，以前电子设备中的稳压器大都由分立元器件构成，现在研制成功了各种集成稳压器。 下面简单介绍本设计使用到的电源器件：三端固定式集成稳压器。 三端固定式集成稳压器 三端固定式集成稳压器有 78XX/79XX 系列，它是固定输出电压式稳压器，片内有过流保护 和过热保护功能，外接两只电容就可以简单构成稳压电路，如图 41所示。 当输入电压 Vi、输出电流 Io或温度变化时，输出电压 Vo 可保持不变；另外当输出短路，可使输出电流 Io现在为一定值；若集成稳压器过热，则稳压器停止工作，也避免稳压器遭到损坏。 图中 C1 用以抑制过电压，抵消因输入线过长产生的电感效应并消除自激振荡； C2 用以改善负载的瞬态响应，即瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较大的波动。 C1， C2 一般选用涤纶电容，容量为 μ F 或者几个μ F。 安装时，两电容应直接与三端集成稳压器的引脚根部相连。 78XX 系列为正电压输出， 79XX 为负电压输出，各自有 100mA、 500mA和 三个系列。 78XX 系列和 79XX 系列的管脚配置不同，在接线的时候要特别注意。 浙江工业职业技术学院电气工程分院毕业设计 14 如上图所示，三端稳压器的三端是输入端 Vi、输出端 VO和公共端COM，使用公共端通常接地。 它的内部有效电路由调整管、保护电路、控制电路和误差放大器等组成， VoCOM间电压与基准电压进行比较，工作时经常保持一致，当输入电压 Vi或输出电流 Io变化时，使输出Vo保持稳定。 三端稳压器 [12]为了使电路能稳定工作，在输入端和输出端分别接入电容。 输入端稳定电容是当稳压器输入阻抗降低时，防止发生震荡，可采用 ～ 1uF 的陶瓷电容 ,在应用中一般要在输入端前加一个电解电容，即平滑电容。 当平滑电容距离稳压器很近时，可以省掉陶瓷电容。 输出端电容也是稳定电容，对于降低输出纹波、输出噪声及负载电流变化的影响有很好的效果，采用 ～ 1uF 的陶瓷电容就可以了。 电源电路的设计 根据以上所介绍的参数，本系统所用 +5V电源采用 7805稳压管，将由变压器送出来的 9V交流电压变成 5V直流电压。 本电路使用整 流全桥对 9V交流电压进行整流，然后经过滤波电路送入 7805 稳压管，从而得到稳定的 +5V直流电压。 电路图如图 42 所示： 本电路工作时，先将插头接到 220V 市电上，由开关接通电源，此时，红色发光二极管工作显示电源接通状态。 浙江工业职业技术学院电气工程分院毕业设计 15 图 42 系统 +5V 电源电路设计 信号采集放大电路的设计 气敏传感元件特性 1)灵敏度特性 气敏元件的灵敏度特性 ,是表征气敏器件对检测气体敏感程度的指标 .半导体气敏元件对多种可燃性气体和液体蒸汽都有敏感性能 ,其灵敏度视气体和液体蒸汽不同而有所不同 .器件灵敏度虽各有差 异 ,但它们都遵循共同规律 ,即气敏元件阻值与检测气体浓度成对数关系变化： logRc=+n (41) 式中 n与气体检测灵敏度有关，除了随材料和气体种类不同而变化外，还会由于测量温度和添加剂的不同而发生大幅度变化。 m为气体的分离度，随气体浓度变化而变化。 2)温湿度特性 半导体气敏元件敏感原理是基于敏感体表面的吸附反应 ,所以浙江工业职业技术学院电气工程分院毕业设计 16 易受环境温度、湿度影响 .由于气敏器件与环境温湿度有一定依赖关系 ,所以在需要较高精度和可靠性的应用中 ,在电路中要加入温湿度补偿 .湿度传感器的昂贵价格限制了湿度补偿的采用 ，一般仅作温度补偿即可取得较好效果。 3)加热特性 半导体气敏元件需要在加热状态下工作 ,加热温度影响器件的性能 ,加热功率变化 ,元件电阻及灵敏度也相应的有所变化，所以传感器的工作电源应使用稳压电源。 4)初期恢复特性 : 气敏元件在不通电状态下存放后 ,再通电时并不能立即投入正常工作 ,其电阻值会有一段急剧变化过程 ,而后趋于稳定 .元件由通电至趋于稳定的时间称为初期恢复时间。 初期恢复时间与元件种类、存放时间和存放环境状态有关；一般不通电存放时间长 ,初期恢复时间亦长，但一般都在 5分钟以内。 由于这种影响使得气体检漏仪或报 警器在通电初期即使没有检测气体 ,也会触发报警 ,即所谓通电初期误动作 .为此 ,在设计报警器电路时 ,可采取适当措施 ,设法消除这种误动作现象或避免这种影响 . 5)长期工作稳定性 半导体气敏元件的敏感层是用非常稳定的金属氧化物制成的，因此它具有优秀的长期稳定性，在正常使用条件下，其使用寿命可达3 年以上。 浙江工业职业技术学院电气工程分院毕业设计 17 信号采集放大电路的设计 根据 QMN5的性能参数以及以上所述参数，可知将信号采集放大的关键是将 QMN5 的可变阻值转变为电压输出。 因此本设计使用了LM358 运算放大器。 信号采集放大电路如下图 44所示： 图 44 信号采集放大电路 A/D 转换电路的设计 ADC0809 的介绍 由于 AT89S51内部没有 A/D转换，我们在把相应的浓度模拟信号转换为能够被单片机所识别的数字信号的时候，需要用到芯片ADC0809 进行模数转换，再经过单片机用软件产生进行其它输出。 1） 8 路 8 位 A／ D转换器，即分辨率 8 位。 2） 具有转换起、停控制端。 下图为 ADC0809的内部结构原理图（图 45）： 浙江工业职业技术学院电气工程分院毕业设计 18 图 45 ADC0809 的内部结构 图 46 ADC0809 的引脚图 下面 来介绍一下 ADC0809 的引脚功能， ADC0809 的引脚图如图46： ADC0809 的引脚功能： （ 1） IN0～ IN7： 8路模拟输出端。 A、 B、 C的状态字决定在 A/D转换时用哪个模拟输入端输入。 （ 2） ALE（ 22 脚）：地址锁存器允许信号输入端。 当它为高电平浙江工业职业技术学院电气工程分院毕业设计 19。