1、本科畢業論文（設計）題目：基于單片機的智能火災語音報警系統設計 學 校：寶雞文理學院系 （院）：電子電氣工程學院姓 名：學 號：專 業：通信工程指導教師：完成日期：2015-4-20 摘 要 目前，隨著電子產品在人類生活中的使用越來越廣泛，由此引起的火災也越來越多，在我們生活的四周到處潛伏著火災隱患。為了避免火災以及減少火災造成的損失，我們必須按照“隱患險于明火，防患勝于救災，責任重于泰山”的概念設計和完善火災自動報警系統，將火災消滅在萌芽狀態，最大限度地減少社會財富的損失。本文設計了一種基于單片機8051、集成語音芯片ISD1420、AD轉換器, 集成溫度傳感器AD590 和氣體傳感器TGS

2、202等,利用多傳感器信息融合技術,完成語音報警的實用、可靠的單片機語音自動報警系統,著重講述了該系統的組成形式及工作原理。實踐表明,單片機技術在系統報警和其它一些自動控制領域中有著廣泛的應用前景。該系統能自動完成對布測點檢測，確認火警后能自動報警，并顯示火情點，記錄火災發生時間。本系統可安裝在各防火單位，它負責不斷地向所監視的現場發車巡檢信號，監視現場的溫度、濃度等，并不斷反饋給報警控制器，控制器將接到的信號與內存的正常整定值比較、判斷確定火災。當發生火災時，可實現語音報警、故障自診斷、濃度顯示、報警限設置、延時報警等，是一種結構簡單、性能穩定、使用方便、價格低廉、智能化的煙霧傳感器，具有一

3、定的實用價值。關鍵詞 ： 火災報警 ; 單片機 ; 傳感器 AbstractNow, with electronic products used in human life more and more widely, the resulting fire, more and more, we live in fire hazards lurking around everywhere. To avoid fires and reduce fire losses, we must follow the hidden dangers fire in prevention is better tha

4、n disaster relief, the responsibility is extremely heavy, the concept design and improvement of automatic fire alarm system, fire nipped in the bud, the maximum reduce the loss of social wealth.This paper design a method that use single chip computer and digital voice chip ISD1420 to realize remote

5、voice alarm, gives out the hardware structure and software of system, Based on the single-chip microcomputer 80C51, and speech chip ISD1420,temperature sensor AD590 and gas sensor TGS202 are used, and the multi-sensors information processing method is adopted . Practice the enunciation, The single-c

6、hip microcomputer technique has the extensively applied foreground in system alarm and other automatic control realm.This system can automatically to monitor the points which are acute to temperature. It can also send out alarm, show the points and record the occurring time when a fire has broke out

7、. The system can be installed in all fire units, which is responsible for continuously monitoring the site to start the inspection signal, monitor the site of temperature, concentration, and continuous feedback to the alarm controller, the controller will receive the signal and the normal memory set

8、ting value was determined by comparing to determine the fire. When fire occurs, can achieve sound and light alarm, fault diagnosis, concentration display, alarm limit settings and delay alarm is a simple structure, stable performance, easy to use, inexpensive, intelligent smoke sensor, has some prac

9、tical value.Keywords ： Fire alarm ; MCU ; Transducer 目 錄 第1章 緒論1.1 概述1.2 國內外研究現狀1.3 課題研究背景及意義 第章 火災報警系統整體方案設計2.1 火災產生的原理與過程2.2 系統整體方案設計2.21 系統總體功能概述2.22 系統硬件總體構架 2.22 系統軟件總體構架2.3 火災報警系統的類型2.4 火災報警系統的原理第3章 火災報警系統硬件設計3.1 系統核心芯片選擇3.11 傳感器介紹 3.12 ISD1420語音芯片 3.13 80C51簡介 3.14 AD轉換芯片 3.15 數碼管顯示電路3.2 單片機外

10、圍接口電路3.3 信號處理電路3.4 數據采集電路3.5 報警電路3.5. 1 語音報警電路3.5. 2 光報警電路3.6 數碼管顯示電路第4章 火災報警系統軟件設計4.1 軟件開發環境4.2 火災報警系統程序設計 4.21 主程序流程圖 4.22 主程序初始化流程圖4.23 數據采集子程序4.24 火災判斷與報警程序參考文獻致謝附錄1附錄2緒論1.1 概述無線火災傳感器硬件和軟件平臺的設計對于整個系統的開發與應用至關重要，作為整個系統的底層支持，其必然向微型化、高度集成化、網絡化、節能化、智能化的方向發展，近幾年，隨著計算機成本下降和微處理器體積縮小，開發和構造火災智能無線報警系統將有廣闊的

11、應用前景。工程試驗結果充分顯示了技術的可行性和實現的有效性。隨著智能樓宇技術應用的迅速發展，商業市場對火災報警器的需求不斷增長，目前主要使用的是智能型總線制分布式計算機系統的火災報警系統，雖然在系統安裝方面比過去大大方便，但仍然不能滿足現代需要，其安裝成本約占設備成本的33%70%。而無線火災報警系統能夠滿足目前要求，它具有安裝容易、快捷、便宜、無需布線、對建筑物表面的最小破壞性、對功能變化的易適應性等特點。有關資料統計表明：凡是安裝了火災自動報警系統的場所，發生了火災一股地說都能及早報警，不會釀成重大火災。1.2 國內外的研究現狀根據現代戰爭的突發性、立體性和區域不確定性,使攻防界線模糊,作

12、戰方向多變,戰火災自動報警系統已有百余年的發展歷史，19世紀40年代美國誕生的火災報警裝置標志著火災自動報警系統首次進入人們的視野1。1890年在英國，感溫式火災探測器研制成功并應用于火災探測系統，標志著火災自動報警系統的發展走上正軌2。此后，隨著世界科技取得了突飛猛進的進步和各種新興技術的出現和發展，火災監測技術也相應迅速發展，各種類型的火災探測器相繼問世，并日臻完善，火災自動報警系統也在此基礎上逐漸地蓬勃發展起來，其發展過程可以分為以下幾個階段:第一階段，從19世紀40年代至20世紀40年代，火災報警系統處于發展的初級階段，采用的探測器主要是感溫式的探測器，它通過采集溫度信號，然后判定是否

13、超出設定的閡值，從而判斷是否有火災發生。這一階段，火災報警系統簡單，僅靠單一的溫度參量進行火災判斷。但是它易受環境中其他干擾源的影響，靈敏度低，響應速度慢，無法判斷陰燃火災，也無法滿足智能化火災報警系統的要求。第二階段，20世紀40年代末，瑞士物理學家 Emst Meili研究的離子感煙探測器推出以后，引起了人們對離子感煙探測器的重視，隨后感煙探測器得到廣泛應用，并逐漸占據了絕大部分市場，迫使感溫式探測器退居其次；到70年代末，光電式感煙探測器在光電技術的基礎上發展起來，并很快得到大力發展，它的使用壽命長，抗干擾能力強，沒有離子感煙探測器的放射性問題。在這一階段，火災報警系統普遍采用多線制布局

14、方式，布線、調試、系統可靠性是系統發展的瓶頸。第三階段，20世紀80年代初期，總線型火災報警系統開始興起，在火災報警領域中邁出了一大步，并得到了較普遍的應用。它使得布線工作量顯著減少，安裝調試更加容易，更能精確報警定位。但是這一時期的火災報警系統的智能化水平不高，采用有線連接對工程要求高。第四階段，從20世紀80年代中后期開始，隨著計算機技術、控制技術、集成電路技術、傳感器技術及智能技術的快速發展，火災自動報警系統步入智能化時代，智能化火災報警系統迅速發展起來，各種智能型的火災自動報警系統相繼出現。模擬量可尋址技術的應用使得火災報警系統的安全性、精準性和智能性有了很大提高，在火災自動報警系統發

15、展史上具有里程碑的意義3。近年來，采用無線通信方式的火災自動報警系統在國外悄然興起。這種系統引入了無線電通信技術，利用無線通信方式代替傳統的有線通信方式，將大多的電器裝置通過無線連接方式進行信息傳輸與控制，適用于各類建筑和場所。無線火災自動報警系統起初僅用于特殊場合，如博物館、名勝古跡等不宜布線的場合，而且其價格也比較高4。隨著科技進步和元器件成本的降低，無線火災自動報警系統的研發和生成成本也隨之降低，它在性能和價格上都具有很強的競爭力，其市場潛力已經嶄露頭角5。在我國，采用的無線通信方式的火災自動報警系統日益受到重視。由于其具有安裝簡便、對建筑物無損壞作業、靈活性好，易于擴展等優點，適用于許

16、多場合，如名勝古跡、體育館、博物館、展覽中心、處于施工階段的建筑物、醫院等?；馂淖詣訄缶到y的智能性主要體現在火災判決和統籌管理方面，一般分為分散式、集中式和分布式，分散式系統由非智能型控制器若干智能型探測節點組成，由探測節點完成火災狀態的判斷;集中式系統由智能型控制器和若干非智能探測節點構成，探測節點僅將火災參量傳送給控制器，由控制器智能地判斷火災狀態；分布式系統的控制器和探測節點均為智能型，也是今后火災自動報警系統的發展方向6。1. 課題研究的背景和意義在各種災害中，火災是最經常、最普遍地威脅公眾安全和社會發展的主要災害之一?；馂氖鞘澜缟习l生頻率較高的一種災害，幾乎每天都有火災發生。據聯合

17、國“世界火災統計中心(WFSC)2000統計資料”，全球每年大約發生火災600萬至700萬次，全球每年死于火災的人數約為65000至75000人。其中，歐美地區發生的火災較多，死亡人數卻相對較少，這與歐美發達國家的生活水平以及消防技術和設施有關;相比較而言，亞洲地區發生火災次數較少，但死亡人數較多，這與亞洲經濟發展程度不高、消防設施不完善等因素有關。據統計，我國70年代火災年平均損失不到2.5億元，80年代火災年平均損失接近3.2億元。進入90年代，特別是1993年以來，火災造成的直接財產損失上升到年均十幾億元，年均死亡2000多人。隨著經濟和城市建設的快速發展，城市高層、地下以及大型綜合性建

18、筑日益增多，火災隱患也大大增加，火災發生的數量及其造成的損失呈逐年上升趨勢。一旦發生火災，將對人的生命和財產造成極大的危害7。嚴峻的事實證明，隨著社會和經濟的發展，社會財富日益增加，火災給人類、社會和自然造成的危害范圍不斷擴大，它不僅毀壞物質財產，造成社會秩序的混亂，還直接危脅生命安全，給人們的心靈造成極大的傷害。殘酷的現實讓人們逐漸認識到監控預警和消防工作的重要性，良好的監控系統和及時的報警機制可以大大降低人員的傷亡，為社會減少不必要的損失8?；馂淖詣訄缶到y(FAS)就是為了滿足這一需求而研制出的，并且其自身的技術水平也在隨著人們需求的不斷地提高，在功能、結構、形式等方面不斷地完善?；馂淖?/p>

19、動報警系統能迅速監測火情，可發現人們不易發覺的火災早期特征，可將火災帶來的生命財產損失降到最低限度。火災發生的早期，會使得燃燒物質分解，析出大量的有毒氣體CO，人們可能在毫無察覺火情的情況下就發生了CO中毒，從而無力逃生，火災自動報警系統可監測到CO濃度的變化，為人們提供CO濃度超標報警信息，通知人們及時疏散9?；馂淖詣訄缶到y可作為城市消防系統的單元，通過城市消防專用網與城市消防報警中心聯網，及時將報警信息傳遞到消防報警中心，城市消防報警中心會自動查找到火災發生的位置，并為消防隊員制定消防路線圖，以便消防隊員可以迅速抵達火災地點10?；馂淖詣訄缶到y能對火災進行實時監測和準確報警，有著防止和

20、減少火災危害、保護人身安全和財產安全的重要意義，有著很大的經濟效益和社會效益。第章 火災報警系統整體方案設計2.1火災產生原理及過程火災是一種失去人為控制的由燃燒造成的災害，產生火災的基本要素是可燃物、助燃物和點火源?？扇嘉镆詺鈶B、液態和固態三種形態存在，助燃物通常是空氣中的氧氣。根據可燃氣體與空氣混合方式不同有兩種燃燒方式，如果在燃燒前，可燃氣就與空氣均勻混和，則稱之為預混燃燒；如果可燃氣體和空氣分別進入燃燒區邊混合邊燃燒，則稱之為擴散燃燒。液體和固體是凝聚態物質，難與空氣均勻混合，它們燃燒的基本過程是當從外部獲取一定的能量時，液體或固體先蒸發成蒸汽或分解出可燃氣體(如CO、H2等)的分子團

21、、灰燼和未燃燒的物質顆粒懸浮在空氣中，稱之為氣溶膠。一般氣溶膠的分子較小(直徑0.01m)。在產生氣溶膠的同時，產生分子較大(直徑0.01一10m)的液體或固體微粒，稱為煙霧。可燃氣體與空氣混合，在較強火源作用下產生預混燃燒。著火后，燃燒產生的熱量使液體或固體的表面繼續放出可燃氣體，并形成擴散燃燒。同時，發出含有紅、紫外線的火焰，散發出大量的熱量11。這些熱量通過可燃物的直接燃燒、熱傳導、熱輻射和熱對流，使火從起火部位向周圍蔓延，導致了火勢的擴大，形成火災。其中的氣溶膠、煙霧、火焰和熱量都稱為火災參量，通過對這些參量的測定便可確定是否存在火災。根據火災發生時產生現象的不同，可以將火災分為慢速陰

22、燃、明火和快速發展火焰等。陰燃就是在疏松或顆粒介質中形成的緩慢進行的熱解和氧化反應，它能長時間自行維持并傳播，當條件發生變化時，或者自行熄滅，或者轉化為明火。明火則是火災發生時燃燒火焰產生的熱量使液體或固體的表面放出可燃氣體，并形成擴散燃燒，同時發出含有紅、紫外線的火焰?？焖侔l展火焰則是火災擴散的速度特別快，這種類型的火災一般為空氣中混有大量可燃氣體。通過大量的研究表明陰燃是誘發火災的重要原因12?？偟膩碚f，普通可燃物在燃燒時表現為以下形式：首先是產生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣充足的條件下才能達到全部燃燒，產生火焰，發出可見光和不可見光，并散發出大量的熱，使環境溫度升高。起火過程中，起初和陰

23、燃兩個階段所占的時間比較長，雖然產生大量的煙霧，但是環境溫度不太高，若探測器就應該從此階段開始進行探測，就可以火災損失控制在最小限度?；鹧嫒紵螅杆俾?，產生大量的熱使得環境溫度升高，如果能將這時能夠探測到有效地溫度值，就可以比較及時地控制火災。起火過程曲線如圖2.1所示13。圖2.1 起火過程曲線2.2 系統總體方案設計2.2.1 系統總體功能概述火災報警系統一般由火災探測器、報警器組成?；馂奶綔y器通過對火災發出的物理、化學現象氣（燃燒氣體）、煙（煙霧粒子）、熱（溫度）、光（火焰）的探測，將探測到的火情信號轉化成火警電信號傳遞給火災報警控制器。報警器將接收到火警信號后經分析處理發出報警信號

24、，警示消防控制中心的值班人員，并在屏幕上顯示出火災的位置。整體電路的框圖如圖2-所示 ：圖2- 系統原理及組成框圖傳感器放大電路A/D轉換單片機狀態指示燈聲音報警濃度顯示按鍵串口通信2.2.2 系統硬件總體構架報警系統主要由數據采集模塊、單片機控制模塊、聲光報警模塊組成。圖2.3為火災報警系統的結構框圖14圖2.3 系統結構框圖單片機是整個報警系統的核心，系統的工作原理是：先通過傳感器 (包括溫感和煙感)將現場溫度、煙霧等非電信號轉化為電信號，調理電路將傳感器輸出的電信號進行調理(放大、濾波等)，使之滿足A /D轉換的要求 ,最后由A /D轉換電路 ,完成將溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號

25、到數字信號的轉換，單片機判斷現場是否發生火災。如果發生火災，系統以聲光的形式報警。本文設計的用于小型防火單位的單片機火災報警系統具有以下特點: (1)能對室內煙霧(CO2, CO) 及溫度突變進行報警,具有聲、光雙重報警功能。(2)系統故障報警功能。當系統出現硬件故障時，能發出故障報警信號。(3)異常報警功能。當環境出現異常(如煙霧濃度過大或是溫度較高)時，能發出異常報警信號，引起人們注意，盡可能避免火災的發生。(4)火災報警功能。一旦真出現火災(煙霧和溫度同時出現異常)時，能立即發出語音、光火災警報15 。據類似本系統的報警器現場模擬實驗表明, 本系統安全可靠, 誤報率低。且由于其體積小、操

26、作維護方便、成本低廉等, 具有廣闊的應用前景。 2.2.2 系統軟件總體構架為了便于系統維護和功能擴充，采用了模塊化程序設計方法，系統各個模塊的具體功能都是通過子程序調用實現的。本系統主要包括數據采集子程序、火災判斷與報警子程序等，系統程序流程圖如圖2.4所示。圖2.4 程序流程圖 為了降低誤報率，系統采用多次采集、多次判斷的方法。每次數據采集后根據得到的數據對現場情況進行判斷，然后綜合多次判斷結果做出最終的火情判斷。主程序是一個無限循環體，其流程是：首先在上電之后系統的各部分包括單片機各個端口輸入輸出的設置、外圍驅動電路和數據存儲電路等完成初始化，其次是對芯片內的程序進行初始化，接下來執行火

27、災報警系統中的數據采集任務，數據通信任務和查詢判斷任務。2.3 火災報警系統的類型 根據火災報警系統中所使用的探測器種類的不同，火災報警系統可以分為以下四種：（1）感溫型火災報警系統 由于火災發生時燃燒物會產生大量的熱量，使得周圍溫度迅速變化。感溫型火災報警系統就是通過判斷周圍溫度變化而產生響應的火災報警系統，再把溫度的變化轉換為電信號以達到判斷報警的目的。根據探測溫度參數的不同，一般可以將感溫型火災報警系統分為定溫式、溫差式等幾種。(2)感煙型火災報警系統煙霧是早期火災的重要特征之一。在火災發生的初期，由于溫度比較低，許多物質都處于陰燃階段，產生大量的煙霧。感煙型火災報警系統就是對空氣中可見

28、或不可見的煙霧粒子進行探測，然后將煙霧濃度的變化轉換為電信號來觸發報警。感煙型火災報警系統主要有激光感煙式、光電感煙式和離子感煙式等。（3）感光型火災報警系統 物質燃燒不但會產生煙霧和熱量，同時也會產生可見或不可見的光輻射。感光型火災報警系統就是通過響應火災中產生的光特性，即擴散火焰的光強度和閃爍頻率，來觸發報警系統的。根據感應的敏感波長，可以將感光型火災報警系統分為對波長較短的光輻射敏感的紫外報警系統和對波長較長的光輻射敏感的紅外報警系統。（4）復合型火災報警系統 如果報警系統同時對溫度、煙霧和光輻射中的兩種或兩種以上參數做出響應，那么它就是復合型火災報警系統。目前復合型火災報警系統有感溫感

29、煙型、感煙感光型、感溫感光型等多種形式。2.4 火災探測器的原理 火災發生時，必然會伴隨著產生煙霧、高溫和火光，探測器對這些都很敏感。當有煙霧、高溫、火光產生的時候，它就改變平時的正常狀態，引起電流、電壓或機械部分發生變化或位移，再通過放大、傳輸等過程發出警報聲，有的還能同時發出燈光信號并顯示發生火災的部位、地點。火災探測器主要分感煙、感溫、光輻射三大類：（1）感煙探測器。一種是離子感煙探測器，它在內外電離室里面有放射源镅241，電離產生的正負離子，在電場的作用下各向正負電極移動。在正常的情況下，內外電離室的電流、電壓都是穩定的。一旦有煙霧竄逃外電離室，干擾了帶電粒子的正常運動，電流、電壓就有

30、所改變，破壞了內外電離室之間的平衡，于是就發出了信號。還有一種叫光電感應探測器，它有一個發光元件和一個光敏元件，平常光源發出的光，通過透鏡射到光敏元件上，電路維持正常，如果有煙霧從中阻隔，到達光敏元件上的光就顯著減弱，于是光敏元件就把光強的變化變成電的變化，通過放大電路向人們報警。還有一種叫管道抽吸式感煙探測器，他的工作原理與光電感應探測器中另一種散射型相似，通過煙霧的反射或散射產生光敏電流，主要用在船舶上。近年來還出現了激光感煙探測器，它也是利用光電感應原理，不同的是光源改用激光束。這種探測器采用半導體器件，體積小、價格低、耐震動、壽命長，很有發展前途。（2）感溫探測器。一種是運用金屬熱脹冷

31、縮的特性。正常的情況下，探測器的電路斷開，當溫度升到一定值時，由于金屬膨脹、延伸，導體接通，于是發出了信號。一種是利用某些金屬易熔的特性，在探測器里固定一塊低熔點合金，當溫度升到它的熔點（7090）時，金屬熔化，借助彈簧的作用力，使觸頭相碰，電路接通，發出信號。這兩種探測器都屬定溫型，即當外界溫度超過某一限值時就會報警；還有一類是差溫型，升溫的速度超過特定值時，便會感應報警。如將兩者結合起來，便成為差定溫組合式。（3）光輻射探測器。一種是紅外光輻射探測器。物質在燃燒時，由化學反應產生閃爍的紅外光輻射使硫化鉛紅外光敏元件感應，轉變成電信號，經放大后，就能向人們報警。另一種是紫外光輻射探測器，則利

32、用有機化合物燃燒時，火光中的紫外光，使紫外光敏管的電極激發出離子，通過繼電器等，就能打開開關電路報警。 火災報警器是重要的安全設備，一切重要的場所，如大型物資倉庫、隧道、大型船舶、高層建筑都應該安裝。它還可以與自動滅火設備一起組成自動報警、自動滅火的“自動消防隊”。第3章 火災報警系統硬件設計3.1 系統核心芯片選擇3.1.1 傳感器介紹3.1.1.1 AD590溫度傳感器要準確地進行火災報警， 選擇合適的溫度和煙霧傳感器是準確報警的前提。綜合考慮各因素，本文選擇集成溫度傳感器AD590 和氣體傳感器TGS202 用作采集系統的敏感元件。AD590是美國Analog Devices公司生產的一

33、種電流型二端溫度傳感器。電路如圖3-1所示。由于AD590 是電流型溫度傳感器，他的輸出同絕對溫度成正比，即1A/k，而數模轉換芯片ADC0809 的輸入要求是電壓量2，所以在AD590 的負極接出一個1k的電阻R和一個100的可調電阻W ，將電流量變為電壓量送入ADC0809。通過調節可調電阻，便可在輸出端VT 獲得與絕對溫度成正比的電壓量，即10 mV/K。圖3-1 AD590應用電路圖AD590有以下特點：1、AD590的測溫范圍-55+150。 2、AD590的電源電壓范圍為4V-30V。電源電壓可在4V-6V范圍變化，電流變化1，相當于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和

34、20V反向電壓，因而器件反接也不會損壞。3、輸出電阻為710M；4、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150范圍內，非線形誤差0.3。3.1.1.2 TGS202氣體傳感器火災中氣體煙霧主要是CO2 和CO。TGS202氣體傳感器能探測CO2, CO, 甲烷、煤氣等多種氣體,他靈敏度高,穩定性好,適合于火災中氣體的探測。如圖3-2所示,當TGS202探測到CO2或CO時,傳感器的內阻變小,VA迅速上升。選擇適當的電阻阻值,使得當氣體濃度達到一定程度(如CO濃度達到0106%)時,VA 端獲得適當的電壓。圖3-2 TGS202應用電路圖3.1.2 ISD1

35、420語音芯片3.1.2.1 ISD1420引腳圖3 -3 ISD1420引腳3.1.2.2 ISD1420各引腳及其功能介紹電源（VCCA，VCCD）：芯片內部的模擬和數字電路使用不同的電源總線，并且分別引到外封裝上，這樣可使噪聲最小。模擬和數字電源端最好分別走線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容應盡量靠近芯片。地線（VSSA，VSSD）：芯片內部的模擬和數字電路也使用不同的地線，這兩個腳最好在引腳焊盤上相連。錄音（/REC）：低電平有效。只要/REC 變低（不管芯片處在節電狀態還是正在放音），芯片即開始錄音。邊沿觸發放音（/PLAYE）：此端出現下降沿時，芯片開始放音。電平觸發放音（/

36、PLAYL）：此端出現下降沿時，芯片開始放音。 錄音指示（/RECLED）：處于錄音狀態時，此端為低，可驅動 LED。話筒參考（MIC REF）：此端是前置放大器的反向輸入。當以差分形式連接話筒時，可減小噪聲，提高共模抑制比。自動增益控制（AGC）： AGC 動態調節器整前置境益以補償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量（從耳語到喧嘩囂聲）時失真都能保持最小。模擬輸出（ANA OUT）：前置放大器輸出.前置電壓增益取決于AGC 端的電平。模擬輸入（ANA IN）：此端即芯片錄音的輸入信號。對話筒輸入來說，ANA OUT 端應通過外接電容連至本端。喇叭輸出（SP+、SP-）：這對輸出端

37、能驅動16以上的喇叭。單端使用時必須在輸出端和喇叭間接耦合電容,而雙端輸出既不用電容又能將功率提高4倍。錄音時,它們都呈高阻態;節電模式下,它們保持為低電平。外部時鐘（XCLK）：此端內部有下拉元件，不用時應接地。輸入時鐘的占空比無關緊要，因為內部首先進行了分頻。地址（A0A7）：地址端有兩個作用，取決于最高（MSB）兩位 A7、A6 的狀態。3.1.2.3 語音段的尋址語音芯片與單片機的連接，常通過串行口來實現，串行口也可以通過輔助電路分時多用。定義好串行口的工作方式（串行口控制寄存器SCON字節地址為98H，可位尋址），當由按鍵輸入或其它需要語音輸出時，串行口向CPU申請中斷，響應中斷后，

38、CPU便可以從串行數據中識別出語音段編號，輸出語音信號。發送結束，中斷由軟件清零。3.1.3 80C51芯片3.1.3.1 80C51芯片的引腳及功能圖3-4 80C51芯片的引腳圖下面按引腳功能分為4個部分敘述個引腳的功能。（1）電源引腳VCC和VSSVCC（40腳）：接+5V電源正端；VSS（20腳）：接+5V電源正端。（2）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機內部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳接地；對于CHOMS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。XTAL2（18腳）：接外部晶體

39、的另一端。在單片機內部，接至片內振蕩器的反相放大器的輸出端。當采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。（3）控制信號或與其它電源復用引腳 控制信號或與其它電源復用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。（A）RST/VPD（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機的上電復位或掉電保護端。當單片機振蕩器工作時，該引腳上出現持續兩個機器周期的高電平，就可實現復位操作，使單片機復位到初始狀態。當VCC發生故障，降低到低電平規定值或掉電時，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為內部RA

40、M供電，以保證RAM中的數據不丟失。（B）ALE/ P （30腳）：當訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現在P0口的低（C）PSEN(29腳):片外程序存儲器讀選通輸出端,低電平有效。當從外部程序存儲器讀取指令或常數期間，每個機器周期PESN兩次有效，以通過數據總線口讀回指令或常數。當訪問外部數據存儲器期間，PESN信號將不出現。（D）EA/Vpp（31腳）：EA為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當EA端保持高電平時，單片機訪問片內程序存儲器4KB（MS52子系列為8KB）。若超出該范圍時，自動轉去執行外部程序存儲器的程序。當EA端保持低電

41、平時，無論片內有無程序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片內含有EPROM的單片機，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源Vpp。（4）輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口(A)P0口（39腳22腳）：P0.0P0.7統稱為P0口。當不接外部存儲器與不擴展I/O接口時，它可作為準雙向8位輸入/輸出接口。當接有外部程序存儲器或擴展I/O口時，P0口為地址/數據分時復用口。它分時提供8位雙向數據總線。對于片內含有EPROM的單片機，當EPROM編程時，從P0口輸入指令字節，而當檢驗程序時，則輸出指令字節。(B)P1口（1腳8腳）：P1.0P1.7統稱為P1口，可作為

42、準雙向I/O接口使用。對于MCS52子系列單片機，P1.0和P1.1還有第2功能：P1.0口用作定時器/計數器2的計數脈沖輸入端T2；P1.1用作定時器/計數器2的外部控制端T2EX。對于EPROM編程和進行程序校驗時，P0口接收輸入的低8位地址。(C)P2口（21腳28腳）：P2.0P2.7統稱為P2口，一般可作為準雙向I/O接口。當接有外部程序存儲器或擴展I/O接口且尋址范圍超過256個字節時，P2口用于高8位地址總線送出高8位地址。對于EPROM編程和進行程序校驗時，P2口接收輸入的8位地址。(D)P3口（10腳17腳）：P3.0P3.7統稱為P3口。它為雙功能口，可以作為一般的準雙向I

43、/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。P3口的第2功能見下表 表1 單片機P3.0管腳含義引腳第2功能P3.0RXD（串行口輸入端0）P3.1TXD（串行口輸出端）P3.2INT0（部中斷0請求輸入端，低電平有效）P3.3INT1（中斷1請求輸入端，低電平有效）P3.4T0（時器/計數器0計數脈沖端）P3.5T1（時器/計數器1數脈沖端）P3.6WR（部數據存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效）P3.7RD（部數據存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效）綜上所述，MCS51系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點：1).單片機功能多，引腳

44、數少，因而許多引腳具有第2功能；2).單片機對外呈3總線形式，由P2、P0口組成16位地址總線；由P0口分時復用作為數據總線。3.14 A/D轉換芯片在單片機控制系統中，控制或測量對象的有關變量，往往是一些連續變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、位移、速度等物理量。但是大多數單片機本身只能識別和處理數字量，因此必須經過模擬量到數字量的轉換(AD轉換)，才能夠實現單片機對被控對象的識別和處理。完成AD轉換的器件即為AD轉換器。AD轉換器的主要性能參數有：(1) 分辨率分辨率表示AD轉換器對輸入信號的分辨能力。AD轉換器的分辨率以輸出二進制數的位數表示；(2) 轉換時間轉換時間指AD轉換器從轉換控制

45、信號到來開始，到輸出端得到穩定的數字信號所經過的時間。不同類型的轉換器轉換速度相差甚遠；(3) 轉換誤差轉換誤差表示AD轉換器實際輸出的數字量和理論上的輸出數字量之間的差別，常用最低有效位的倍數表示；(4) 線性度線性度指實際轉換器的轉移函數與理想直線的最大偏移。目前有很多類型的AD轉換芯片，它們在轉換速度、轉換精度、分辨率以及使用價值上都各具特色，綜合全部因素設計決定采用美國國家半導體公司生產的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉換器ADC0809。其內部有一個8通道多路開關，它可以根據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

46、A/D芯片.A/D轉換電路采用了常用的8位8通道數模轉換專用芯片ADC0809，ADC0809由8路模擬開頭、地址鎖存與譯碼器、8位A/D轉換器和三態輸出鎖存緩沖器組成，芯片引腳圖如圖3-5所示, 內部結構圖如圖3-6所示。圖3-5 ADC0809引腳圖 圖3-6 ADC0809內部結構圖ADC0809的引腳功能:D7-D0 ：8位數字量輸出引腳IN0-IN7 ：8位模擬量輸入引腳VCC ：+5V工作電壓GND ：地REF（+） ：參考電壓正端REF（-） ：參考電壓負端START :A/D轉換啟動信號輸入端ALE ：地址鎖存允許信號輸入端ADC0809的主要性能指標為:（1）分辨率為8位。（

47、2）最大不可調誤差：ADC0809為1LSB。（3）單電源+5v供電，基準電壓由外部提供，典型值為+5v，此時允許輸入模擬電壓為05V。（4）具有鎖存控制的8路模擬選通開關。（5）可鎖存三態輸出，輸出電平與TTL電平兼容。（6）轉換速度取于決芯片的時鐘頻率。當時鐘頻率500KHz時，轉換時間為128s。 3.1.5 數碼管顯示電路ICM7218 是INTERSIL公司生產的一種性能價格比較高的通用8 位L ED 數碼管驅動電路, 28 腳雙列封裝,是一種多功能L ED 數碼管驅動芯片,可與多種單片機接口使用。ICM7218 的輸出可直接驅動L ED顯示器,不需外接驅動電路,工作電壓為+5V,其

48、構成的顯示電路結構簡單,使用方便。同樣由單片機向ICM7218寫控制字及數據，編程部分像給外部RAM寫數據一樣簡單。當單片機寫入模式控制字后，ICM7218以約定的方式接收顯示數據并將數據寫入靜態顯示RAM中。數據接收結束，ICM7218在掃描控制電路的控制下，按設定的譯碼模式，以動態掃描顯示方式向段顯示驅動器和位控驅動器發出控制信號，直到下一個控制字寫入前，不停地進行動態顯示工作。其引腳圖和內部框圖如圖3-7所示。圖3-7 ICM7218引腳圖及內部框圖3.2 單片機外圍接口電路3.2.1晶振電路晶振電路為單片機80C51工作提供時鐘信號，芯片中有一個用于構成內部振蕩器的高增益反相放大器，引

49、腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振蕩器一起構成自激振蕩器。電路中的外接石英晶體及電容C2、C3接在放大器的反饋回路中構成并聯振蕩電路，系統的晶振電路如圖3.3所示。由于外接電容C2、C3的容量大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩定性、起振的難易程度及溫度穩定性，如果使用石英晶體，電容的容量大小范圍為；如果使用陶瓷諧振，則電容容量大小為。本設計中使用石英晶體，電容的容值設定為30pF。3.2.2 復位電路復位電路的基本功能是：系統上電時提供復位信號，直至系統電源穩定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩定后還要經一定的延

50、時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復位。單片機在啟動時都需要復位，以使CPU及系統各部件處于確定的初始狀態，并從初態開始工作。80C51的復位信號是從REST引腳輸入到芯片內的施密特觸發器中的。當系統處于正常工作狀態時，且振蕩器穩定后，如果REST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期(24個振蕩周期)以上，則CPU就可以響應并將系統復位。單片機系統的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位，本設計采用的是手動按鈕復位。手動按鈕復位需要人為在復位輸入端REST上加入高電平,采用的辦法是在REST端和正電源VCC之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則VCC的+5V電平就會直

51、接加到REST端，系統復位。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數十毫秒，所以，設計完全能夠滿足復位的時間要求。復位電路中SW-PB為手動復位開關，電容C1可避免高頻諧波對電路的干擾。80C51的復位電路如圖3.8所示。圖3-8 80C51晶振和復位電路原理圖3.3 數據采集電路本設計中的A/D使用的是通用8位芯片ADC0809，煙霧、溫度傳感器的輸出端經過放大電路后分別接到ADC0809的IN0和IN1。 ADC0809的通道選擇地址由80C51的P0.0P0.2經地址鎖存器74LS373輸出提供。芯片的幾個重要管腳功能如下：ALE：地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ALE線為高電平時，地址

52、鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0-IN7上的一路模擬量輸入. 當P2.0=0時，與寫信號WR共同選通ADC0809。START：轉換啟動信號，當START上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉換；在轉換期間，START應保持低電平。EOC：轉換結束信號。當EOC為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行A/D轉換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數據。OE1，輸出轉換得到的數據；OE0，輸出數據線呈高阻狀態。由于本設計中數模轉換芯片使用的

53、是ADC0809，其工作的時鐘信號為500KHz，因其內部沒有時鐘電路，時鐘信號由外部80C51的ALE端口提供。系統80C51與ADC0809接口電路如圖3-9所示。 圖3-9 -1 80C51與ADC0809接口仿真電路圖3-9 -2 80C51與ADC0809接口電路原理圖當80C51的ALE端口不訪問外部存儲器時，80C51的ALE端以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，故晶振設定12MKz，再經過二分頻電路，單片機即可向ADC0809輸出500KHz的時鐘信號。二分頻電路由D觸發器實現，R、S端接地，D接Q非，Q端作為輸出端，CLK接80C51的ALE端。D觸發器的特性方程為

54、由于當CP=1時，D觸發器有效；CP=0時，觸發器保持原來狀態。故D觸發器能實現對ALE端口的信號二分頻。由于本火災報警系統只采集溫度、煙霧信號，經過調理的溫度、煙霧信號分別進入ADC0809的IN-0和IN-1端口，其余輸入引腳接地，8個數字量輸出引腳接80C51的P0口。單片機的P0口接受ADC0809傳輸來8位數字量，向A/D輸出的8位地址經地址鎖存器74LS373鎖存，選擇低3位地址作為A/D的通道選通地址。ADC0809通道選通如表3.1。表3.1 ADC0809通道選通通入通道IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7A00001111B00110011C01010101本設

55、計使用74LS373作為地址鎖存器，當三態允許控制端OE為低電平時，輸出端O0O7為正常邏輯狀態，可用來驅動負載或總線。當OE為高電平時，O0O7呈高阻態，既不驅動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內部的邏輯操作不受影響。圖中三態允許控制端OE接地，表示三態門一直打開。鎖存允許端LE為高電平時，輸出端O0O7 狀態與輸入端D0D7狀態相同；當LE由“1”變為“0”時，數據輸入鎖存器中。LE端接至單片機的地址鎖存允許ALE端。當P20=0時，與寫信號WR共同選通ADC0809。圖中ALE信號與START信號連在一起，在WR信號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉換。當ALE端口變為高電平，將74LS

56、373輸出端的低3位地址存入A/D的地址鎖存器中，此地址經譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將A/D內的寄存器清零，下降沿啟動 A/D轉換，之后EOC端變成低電平，指示轉換正在進行。例如，輸出地址F8H可選通通道IN0，實現對溫度傳感器輸出的模擬量進行轉換；輸出地址F9H可選通通道IN1，實現對煙霧傳感器輸出的模擬量進行轉換。ADC0809的轉換結束狀態信號EOC接到80C51的INT1引腳，當A/D轉換完成后，EOC變為高電平，表示轉換結束，結果數據已存入鎖存器,并產生產生中斷。當80C51知道A/D轉換完成后，P20與讀信號RD共同控制下的A/D端口OE電平變為高電平時，輸出三態門打開，轉換結果的數字量