基于单片机的家用煤气报警器设计

基于单片机的家用煤气报警器设计内容摘要：

口片内时钟振荡器看门狗电路 此外 AT89S52 设计和配置了振荡频率可为 0 Hz 并可通过软件设置省电模式空闲模式下 CPU暂停工作而 RAM随机定时计数器串行口外中断系统可继续工作掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位同时该芯片还具有 PLCCPDIP和 TQFP等三种封装形式以适应不同产品的需求 AT89S52 单片机的主要功能特性 兼容 MCS51 指令系统 8k 可反复擦写 1000 次 ISP Flash ROM 3 个 16 位可编程定时计数器 时钟频率 033MHz 32 个双向 IO 口 4555V 工作电压 全双工 UART 串行中断口线 256x8bit 内部 RAM 2 个外部中断源 中断唤醒省电模式低功耗空闲和省电模式 看门狗电路 3 级加密位 软件设置空闲和省电功能 灵活的 ISP 字节和分页编程双数据寄存器指针 图 24 89S52 的各个管脚 各个引脚的说明 52 单片机有四个八位双向并行的 IO 端口 P0P1P2P3 端口映射于特殊功能寄存器中每个端 口都有字节地址可以输入输出字节数据也就是并行操作每个端口也有位地址其各条 IO 线也是单独的使用对相应地址但愿执行读写指令就实现了从相应端口的输入输出操作四个并行的端口 P0P1P2P3 还具有各自不同的结构特点和功能 P1 口准双向通用 IO 口 P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 IO 口 P1口缓冲器能接收输出 4TTL门电流 P1口管脚写入 1后被内部上拉为高可用作输入P1 口被外部下拉为低电平时将输出电流这是由于内部上拉的缘故在 FLASH 编程和校验时 P1 口作为第八位地址接收 P3 口具备第二功能的准双向通用 IO 口 P3 口管脚 是 8 个带内部上拉电阻的双向 IO口可接收输出 4个 TTL门电流当 P3口写入 1后它们被内部上拉为高电平并用作输入作为输入由于外部下拉为低电平 P3 口将输出电流 ILL 这是由于上拉的缘故 P3口和 P1口相比较增加了第二功能输入输出端口输入有两路加入或门 4作缓冲器锁存器输出改成 Q 端用非与门 3 控制输出功能的交换 表 21 P3 口的第二功能 引脚 第二功能 P30 RXD 串行输入口 P31 TXD 串行输出口 P32 INT0 外部中断 0 请求输入端 P33 INT1 外部中断 1 请求输入端 P34 T0 定时计数器 0 计数脉冲输入端 P35 T1定时计数器 1计数脉冲输入端 P36 WR 片外数据存储器写选通信号输出端 P37 RD 片外数据存储器读选通信号输出端 P0口地址数据分时复用总线和通用 IO 口 P0口为一个 8 位漏级开路双向 IO 口每脚可吸收 8TTL 门电流当 P1 口的管脚第一次写1 时被定义为高阻输入 P0 能够用于外部程序数据存储器它可以被定义为数据地址的第八位在 FIASH 编程时 P0 口作为原码输入口当 FIASH 进行校验时 P0 输出原码此时 P0 外部必须被拉高 P2 口通用 IO 口或高 8 位地址口 P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 IO 口P2 口缓冲器可接收输出 4 个 TTL 门电流当 P2 口被写 1 时其管脚被内部上拉电阻拉高且作为输入并因此作为输入时 P2 口的管脚被外部拉低将输出电流这是由于内部上拉的缘故 P2口当用于外部程序存储器或 16位地址外部数据存储器进行存取时 P2 口输出地址的高八位在给出地址 1 时它利用内部上拉优势当对外部八位地址数据存储器进行读写时 P2 口输出其特殊功能寄存器的内容 P2 口在 FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号 P0 口能驱动 8 个 LSTTL 负载即负载电流大于或等于 800uAP1P2P3 端口的负载能力相同它们分别能驱动 4 个 LSTTL 负载即负载电流大于或等于 400uA RST复位输入当振荡器复位器件时要保持 RST脚两个机器周期的高电平时间 ALEPROG 当访问外部存储器时地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节在 FLASH编程期间此引脚用于输入编程脉冲在平时 ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号此频率为振荡器频率的 16 VCC 供电电压接 5V 电源正端 VSS 接地 接 5V 电源地端 PSEN程序储存允许 PSEN输出是外部程序存储器的读选通信号当 AT89S52由外部程序存储器取指令或数 据时每个机器周期两次 PSEN 有效即输出两个脉冲在此期间当访问外部数据存储器将跳过两次 PSEN 信号 EAVPP 外部访问允许欲使 CPU 仅访问外部程序存储器地址为 0000HFFFFHEA端必须保持低电平接地需注意的是如果加密位 LB1 被编程复位时内部会锁存 EA端状态如 EA 端为高电平接 Vcc 端 CPU 则执行内部程序存储器的指令 FLASH 存储器编程时该引脚加上 12V 的编程允许电源 Vpp 当然这必须是该器件是使用 12V编程电压 Vpp XTAL1 振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端 XTAL2 振荡器反相放大 器的输出端 图 25 89s52 最小系统 223 X5045 看门狗及复位电路 X5045 的特点是一种集看门狗电压监控和串行 EEPROM 三种功能于一身的可编程电路 X5045 中的看门狗对系统提供了保护功能这种组合设计减少了电路对电路板空间的需求如果当系统发生故障而超过设置时间时电路中的看门狗将通过 RESET 复位信号向 CPU 作出反应 X5045 提供了三个时间值供用户选择使用它所具有的电压监控功能还可以保护系统免受低电压的影响当电源电压降到 允许范围以下时系统将复位直到电源电压返回到稳定值为止 X5045 的存储器与 CPU 可通过串行通信方式接口共有 4096 个位可以按 512 x 8 个字节来放置数据可以存放 512 个字节可擦写 100 万次以上并且存储 100 年 图 26 X5045 引脚 X5045的管脚排列如图 37 所示它共有 8个引脚各引脚的功能如下 CS 电路选择端低电平有效 SO 串行数据输出端 SI 串行数据输入端 SCK 串行时钟输入端 WP 写保护输入端低电平有效 RESET 复位输 出端 VCC 电源端 VSS 接地端 本设计中由于 X5045是利用 SPI通信协议高速同步串行口 SPI是一种高速的全双工同步的通信总线并且在芯片的管脚上只占用四根线节约了芯片的管脚同时为 PCB 的布局上节省空间提供方便正是出于这种简单易用的特性现在越来越多的芯片集成了这种通信协议 图 27 X5045 的连接 224 声光报警与 LED 显示 作为煤气泄露测试装置其中声光报警部分不可缺少当检测到一氧化碳有毒气体在空气中的所占的浓度比例超标时就应该通过声光 方式发出警报防止由于一氧化碳气体含量过高而发生的意外事故 本设计中的声光报警部分包括蜂鸣器以及红黄绿三个 LED 报警指示灯 声光报警表现形式如下 1 红色灯点亮时表示被测得一氧化碳气体含量已经达到报警值此时黄色和绿色灯熄灭蜂鸣器发出声光报警通知用户 2 黄色灯点亮表示传感器检测到一氧化碳气体浓度超过下限值但没有达到报警值此时红色灯和绿色灯熄灭蜂鸣器不发声 3 绿色灯点亮表示传感器检测到一氧化碳气体但没达到下限值所以一切正常此时红色和黄色熄灭蜂鸣器不发声 单片机本身 IO 的驱动能力不是很高所以对蜂鸣器的驱动需要加入一 个 PNP三极管这样能够使蜂鸣器的声音更加响亮起到更好的报警作用三极管基极的电路保证了只有在单片机输出低电平时蜂鸣器才会发声从而避免了错误报警的发生 用声音或是灯光报警时连续的声响或常亮的灯光往往不易被人们的警觉只有断续的声音或山所的灯光才能取得最佳的报警效果就利用时钟翻转 P35和 P10来转换电平产生短促的报警声音或闪烁灯光 图 28 声光报警电路 LED数码显示器是一种由 LED发光二极管组合显示字符的显示器件它使用了8 个 LED 发光二极管其中 1 个用于显示小数 点 7 个用于显示字符故称之为 7 段发光二极管数码显示器 驱动 LED的时候应该分二种情况比如用共阴接法和共阳接法共阳的时候 LED正端接正电源负端通过一个限流电阻接 P 口这时不用接上拉电阻只要这个限流电阻取合适就可以了解发光管亮的时候电流就是从电源正 LED 限流电阻 P 口 P口为低电位发光管灭的时候没有电流流过 P口为高电位或高阻状态共阴接法 LED负端接地正端直接 P口这时候要接上拉电阻这个上拉电阻是提供 LED发光用。