1、天津大學網絡教育學院專科畢業論文題目：一氧化碳報警設計完成期限： 2016年 1月 8日至 2016 年 4月 20日學習中心：嘉興專業名稱：電氣自動化技術學生姓名：陳應初學生學號： 132092433047指導教師：劉斌天津大學網絡教育學院專科畢業論文一氧化碳報警設計第一章一氧化碳報警器簡介設計出性能更加可靠， 經濟實惠的一氧化碳報警器。 我們應該對國家標準規定的燃氣報警器的種類有所了解。 燃氣報警器可分為可燃氣體泄漏儀 （簡稱 “檢漏儀”），可燃氣體報警控制器（簡稱“控制器” ）、可燃氣體探測器（簡稱“探測器”）、可燃氣體報警器（簡稱“報警器” ）四大系列產品。可燃氣報警器的核心是氣體傳感

2、器，俗稱“電子鼻” 。當氣體傳感器遇到燃氣時，傳感器電阻隨燃氣濃度而變化， 隨之產生電信號， 供燃氣報警器后繼線路處理。 經過電子路線處理變成濃度成比例變化的電壓信號， 由線性電路加以補償， 使信號線性化， 經微機處理、邏輯分析，輸出各種控制信號，即當燃氣濃度達到報警設定值時，燃氣報警器發出聲光報警信號。如果環境中 CO含量超出安全范圍，常人很難發現，為了保證人們生命健康和正常生產不受影響，實時檢測 CO含量十分重要。所以基于單片機設計制作一氧化碳報警器，來保障人們的生命財產安全。意義在于：（1）成本低廉并能對一氧化碳準確報警。（2）該產品不需專業人員操作，只要放在合適位置，通電即可，連續使用

3、方便，操作簡單。（3）能起到預防一氧化碳中毒的效果，使人們安全放心的工作。（4）出現一氧化碳漏或者著火時，報警器能夠立即鳴笛報警，告之工作人員及時采取措施。第二章設計方案第一節單片機的介紹和選用單片機是一種集成在電路芯片， 是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器 CPU隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷1天津大學網絡教育學院專科畢業論文系統、定時器 / 計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、 A/D 轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統，目前單片機滲透到我們生活的各個領域， 幾乎很難找到哪個領域

4、沒有單片機的蹤跡。 導彈的導航裝置， 飛機上各種儀表的控制， 計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機，更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表以及各種智能機械了。 因此，單片機的學習、 開發與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。設計選用 ATMEl公司的 AT89C51和美國國家半導體公司生產的ADC080。第二節 設計要求及思路設計要求 : 報警器需在一氧化碳濃度達到100ppm時啟動報警。具體實現如下功能：（1

5、）系統要求設置正常工作狀態除正常工作狀態外 ,LED 紅燈處于熄滅狀態，蜂鳴器處于關閉狀態。（2）在正常工作狀態下，綠燈應長亮。當室內一氧化碳濃度達到 100ppm 時系統應啟動蜂鳴器報警，紅燈閃爍。設計思路：采用單個傳感器檢測氣體濃度， 將檢測結果通過高精度運算放大器放大后送入模 / 數轉換芯片中進行轉換，傳給單片機進行數據處理。處理后的信息將通過單片機控制，驅動報警。第三節 初始方案與確定（1）初始設計以設計思路展開研究：根據該設計要實現的基本功能， 設計大概應該分為信號接收， 信號處理，信號控制和信號響應四個部分。A. 信號采集接收部分即通過檢測一氧化碳氣體濃度，并將這種變化量轉換成電壓

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行必要放大，為后一部分信號控制提供準備。C. 信號控制部分是通過預定控制方式等實現對設計要求的準確操作。D. 信號響應是通過事故處理部分和顯示部分實現控制部分的要求。（ 2）對上述四個部分進行分析，得到如下一些基本的結論：A. 信號接收部分為了能準且采集到氣體濃度的變化應選用傳感器敏感器件，2天津大學網絡教育學院專科畢業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. 信號處理部分應該根據實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. 控制部分為了實現精確控制，采

7、用單片機較為合適。D. 信號響應及報警部分，用蜂鳴器和 LED燈即可。根據對上面設計系統的分析，我們得到該設計思想框圖如下圖2.1 所示：信 號信 號信 號信 號接 收處 理控 制響 應裝 置裝 置裝 置裝 置圖 2.1設計思想框圖（ 2）方案確定經過分析采用初始方案設計，即用單個傳感器檢測一氧化碳氣體濃度，將檢測到的濃度結果通過運算放大器放大后送入模 / 數芯片 ADC0809中進行模數轉換，傳入單片機中， 由 AT89C51單片機處理數據， 并利用單片機控制報警器進行聲音報警。分析：此設計十分簡單， 也十分實用。 雖然對氣體濃度的采集不是很精確，但報警方面已經十分符合設計目的。第四節 系統

8、組成本設計屬于單片機應用系統。單片機在系統檢測以及工程控制方面的應用，是典型的嵌入式系統。 通常將滿足海量高速數據計算的計算機稱為通用計算機系統；而把面向工控領域對象， 嵌入到工控系統中， 實現嵌入式應用的計算機稱之為嵌入式計算機系統，簡稱嵌入式系統。嵌入式系統分為四種：工控機，通用CPU模塊，嵌入式微處理，單片機。嵌入式系統具有以下特點：(1) 面對控制對象。如傳感器信號輸入、人機交互操作、伺服驅動等。(2) 嵌入到工控應用系統中的結構形態。(3) 能在工業現場環境中可靠運行的品質。(4) 突出控制功能。如對外部信息的捕捉、對控制對象實時控制和有突出控制功能的指令系統（ I/O 控制、位操作

9、和轉移指令等） 。單片機有唯一的專門為嵌入式應用系統設計的體系結構與指令系統， 最能滿足嵌入式3天津大學網絡教育學院專科畢業論文應用要求。單片機是完全按嵌入式系統要求設計的單芯片形態應用系統， 能滿足面對控制對象、 應用系統的嵌入、 現場的可靠運行及非凡的控制品質等要求， 是發展最快、品種最多、數量最大的嵌入式系統。第五節一氧化碳報警器系統的三大部分單片機應用系統的結構分三個層次。（1）單片機：通常指應用系統主處理機，即所選擇的單片機器件。（2）單片機系統：指按照單片機的技術要求和嵌入對象的資源要求而構成的基本系統，如時鐘電路、復位電路和擴展存儲器等與單片機構成了單片機系統。（3）單片機應用系

10、統：能滿足嵌入對象要求的全部電路系統。在單片機系統的基礎上加上面向對象的接口電路， 如前向通道、后向通道、人機交互通道（鍵盤、顯示器、打印機等）和串行通行口（ RS232）以及應用程序等。（單片機應用系統三個層次的關系如圖2.2 ：單片機應用系統應用程序單片機系統前向通道后向通道單片機人機交互通道串行通信口圖 2.2 單片機應用系統三個層次的關系以此理解，一氧化碳報警器同樣具有單片機應用系統的三個層次。其中以AT89C51單片機為核心構成單片機系統。在此系統中，檢測信號進入單片機進行運算處理。為了更好的理清設計思路， 將整個系統細分為三部分加以設計說明。整個報警器由三個部分組成，分為三大模塊：

11、濃度檢測模塊、主控模塊和報警模塊。在本次設計中，使用的核心器件是單片機和一氧化碳傳感器。 為了保重整個系統可靠的運行，設計中必須明確三大4天津大學網絡教育學院專科畢業論文部分的實際聯系：以單片機為中心，其他各大模塊一一展開。其中，濃度檢測及顯示模塊所實現的功能是將房間中的一氧化碳濃度值轉換成為單片機能夠處理的數字信號，并且濃度值顯示出來：主控模塊以單片機為主， 對其他模塊的運行進行控制； 報警模塊是此系統的外部電路，它的功能是實現報警。系統框圖如圖2.3 所示。氣體濃度檢測報警控制AT89C51圖 2.3一氧化碳報警器系統組成框圖下面就對各個模塊的功能和實現形式做簡單介紹（1）氣體濃度檢測模塊

12、一氧化碳報警器主要采用高穩定一氧化碳氣體傳感器MQ-7檢測房間氣體濃度，檢測結果通過高精度運算放大器放大后送入模/ 數轉換芯片 ADC0809中進行轉換（2）主控模塊系統采用單片機控制，用的是 AT89C51單片機，AT89C51單片機是美國 Intel公司推出的一種4K 字節可編程FLASH存儲器，低電壓、高性能CMOS8 位微處理器。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000 次，數據可保留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5天津大學網絡教育學院專科畢業論文字型號的處理來控制外圍電路以及顯示電路。模數轉換芯片采用 ADC0809，接收經過運

13、算放大器處理后的一氧化碳傳感器的檢測值， 檢測結果通過 ADC0809處理后才傳給單片機進行數據處理。處理后的信息將通過單片機控制，以驅動報警。（3）報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，提供報警服務。至此，本系統的三大模塊功能和設計思路已經確立， 下文將介紹整個系統的詳細設計過程。并且給出設計電路。第二章硬件電路設計第一節 單片機基礎知識簡介介紹及主控電路設計在實際的應用中， 基本知識的掌握程度至關重要， 他影響到應用的好壞。 硬件知識用來設計硬件電路， 軟件知識用來設計芯片處理數據的先后順序， 數據的獲得途徑以及對數據做怎樣的處理， 還有其他

14、的一些驅動和顯示功能等等。 本設計用到的硬件知識主要有： 電子技術、單片機技術。 在電子技術方面分為模擬電子技術和數字電子技術， 模擬電子技術主要用來放大傳感器檢測信號和驅動反光二極管以及顯示穿管器檢測氣體濃度； 數字電子技術用來把模擬量轉換成數字量，把從剛起檢測到的模擬量轉換成數字值。利用單片機實現綜合控制。主控電路中，以單片機為主體，通過分析A/D 轉換的得到的數字值，控制事故處理模塊運行。設計采用的是AT89C51 型單片機 ,AT89C51 是一種帶 4K 字節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。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除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單片機為很多嵌入式控制系統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天津大學網絡教育學院專科畢業論文圖 3.1 單片機外形及引腳排列圖（ 1）主要特性：與 MCS-51 兼容4K 字節可編程閃爍存儲器壽命： 1000 寫/ 擦循環數據保留時間： 10 年全靜態工作： 0Hz-24MHz三級程序存儲器鎖定128×8位內部 RAM32 可編程 I/O 線兩個 16 位定時器 / 計數器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天津大學網絡教育學院專科畢業論文流。當 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據存儲器，它可以被定義為數據/ 地址的第八位。在FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口， 當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。P1 口：P1 口是一個內部提供上拉電阻的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

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， 這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。P2 口：P2 口為一個內部上拉電阻的8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出4 個 TTL 門電流，當P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，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。這是由于內部上拉的緣故。P2 口當用于外部程序存儲器或16 位地址外部數據存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能

18、寄存器的內容。P2 口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3 口： P3 口管腳是8 個帶內部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4個 TTL門電流。當P3 口寫入“ 1”后，它們被內部上拉為高電平，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 （外部數據存儲器寫選通）P3.7/RD （外部數據存儲器讀選通）P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的8天津大學網絡教育學院專科畢業論文高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。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：每當用作外部數據存儲器時，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行狀態 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，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現。EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時， 此間內部程序存儲器。 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動器件， XTAL2 應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器， 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、字節被重復編程以前，該操作必須被執行。此外， AT89C51 設有穩態邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態邏輯，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，計數器，串口和中斷系統仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。9天津大學網絡教育學院專科畢業論文（ 5）串口通訊：單片機的結構和特殊寄存器， 這是你編寫軟件的關鍵。 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數據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“為何在串行口收發中，都只是使用到同一個寄存器SBUF？而不是收發各用一個寄存器。”實際上SBUF包含了兩個獨立的寄存器，一個是發送寄存，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，數據沒有被取走，下一幀數據已到來， 而造成的數據重疊問題。 發送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們在寫發送程序時也不必用到發送中斷去外理發送數據。操作 SBUF寄存器的方法則很簡單， 只要把這個 99H 地址用關鍵字 sfr 定義為一個變量就可以對其進行讀寫操作了

24、，如 sfr SBUF = 0x99; 當然你也可以用其它的名稱。通常在標準的 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備中為了監視或控制接口狀態，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，作用就是監視和控制 51 芯片串行口的工作狀態。 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置位，這樣兩位可以對應進行四種模式的設置。串行口工作模式設置。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天津大學網絡教育學院專科畢業論文件置位或清零。 如果在一個電路中接收和發送引腳 P3.0,P3.1 都和上位機相連，在軟件上有串口中斷處理程序， 當要求在處理某個子程序時不允許串口被上位機來的控制字符產生中斷，那么可以在這個子程序的開始處加入 REM=0來禁止接收，在子程序結束處加入 REM=1再次打開串口接收。大家也可以用上面的實際源碼加入 REM=0來進行實驗。 TB8 發送數據位 8，在模式 2 和 3 是要發送的第 9 位。該位可以用軟件根據需要置位或清除，通常這位在通信協議中做奇偶位，在多處理機通信中這一

27、位則用于表示是地址幀還是數據幀。RB8 接收數據位 8，在模式 2 和 3 是已接收數據的第 9 位。該位可能是奇偶位，地址 / 數據標識位。在模式 0 中，RB8 為保留位沒有被使用。 在模式 1 中，當 SM2=0， RB8 是已接收數據的停止位。TI 發送中斷標識位。在模式 0，發送完第 8 位數據時，由硬件置位。其它模式中則是在發送停止位之初，由硬件置位。 TI 置位后，申請中斷， CPU 響應中斷后，發送下一幀數據。在任何模式下， TI 都必須由軟件來清除，也就是說在數據寫入到SBUF后，硬件發送數據，中斷響應（如中斷打開），這時 TI=1 ，表明發送已完成， TI不會由硬件清除，所

28、以這時必須用軟件對其清零。RI 接收中斷標識位。在模式0，接收第 8 位結束時，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取走數據。但在模式 1 中，SM2=1時，當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位數據位，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， 一個很重要的參數就是波特率， 只有上下位機的波特率一樣時才可以進行正常通訊。 波特率是指串行端口每秒內可以傳輸的波特位數。有一些初學的朋友認為波特率是指每秒傳輸的字節數，如標準9600 會被誤認為每秒種可以傳送 9600 個字節，而實際上它是指每秒可以傳送 9600 個二進位，而一個字節要 8 個二進位，如用串口模式 1 來傳輸那么加上起始位和停止位，每個數據字節就要占用 10 個二進位，9600 波特率用模式 1 傳輸時，每秒傳輸的字節數是 9600÷10 960 字節。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 的晶振來計算， 那么11天津大學網絡教育學院專科畢業論文它的波特率可以達到 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。那么我們怎么去計算這兩個模式的波特率設置時相關的寄存器的值呢？可以用以下的公式去計算。波特率（ 2SMOD÷32）×定時器 1 溢出速率上式中如設置了 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 做為計數， 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，再次開始計數，這樣可以不用軟件去干預，使得定時更準確。在這個定時模式 2 下定時器 1 溢出速率的計算公式如下：溢出速率（計數速率）/(256 TH1)上式中的“計數速率”與所使用的晶體振蕩器頻率有關，在 51 芯片中定時器啟動后會在每一個機器周期使定時寄存器 TH 的值增加一， 一個機器周期等于十二個振蕩周期，所以可以得知 51 芯片的計數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 的計數速率就為 1M。通常用 11.0592M 晶體是為了得到標準的無誤差的波特率， 那么為何呢？計算一下就知道了。 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上面的計算可以看出使用12M 晶體的時候計算出來

33、的TH1 不為整數，而 TH1的值只能取整數，這樣它就會有一定的誤差存在不能產生精確的 9600 波特率。當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。第二節 模數轉換部分電路設計模數轉換部分采用ADC0809芯片。ADC0809是 M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。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12天津大學網絡教育學院專

34、科畢業論文前國內應用最廣泛的8 位通用 A/D 芯片。（ 1）主要特性 ：（ 1） 8 路輸入通道，8 位 A D 轉換器，即分辨率為8 位。（ 2）具有轉換起停控制端。（ 3）轉換時間為 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，不需零點和滿刻度校準。（ 6）工作溫度范圍為 -40 85 攝氏度（ 7）低功耗，約 15mW。（ 2）內部結構 :ADC0809是 CMOS單片型逐次逼近式A D 轉換器，內部結構如圖1322所示，它由8 路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8 位開關樹型A/D轉

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 復位，下降沿啟動A/D 轉換）。EOC： A D 轉換結束信號，輸出，當A D 轉換結束時，此端輸出一個高電平（轉換期間一直為低電平）。OE：數

36、據輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A D 轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態門，輸出數字量。CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。REF（ +）、 REF（ - ）：基準電壓。VCC：電源，單一5V。GND：地。其內部結構及引腳圖如圖3.2 所示13天津大學網絡教育學院專科畢業論文圖 3.2 ADC0809 內部圖及引腳圖（ 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位。下降沿啟動A D 轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進

37、行。直到A D 轉換完成， EOC變為高電平，指示A D 轉換結束，結果數據已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當 OE輸入高電平時，輸出三態門打開，轉換結果的數字量輸出到數據總線上。轉換數據的傳送A/D轉換后得到的數據應及時傳送給單片機進行處理。數據傳送的關鍵問題是如何確認A/D 轉換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式。（ 1）定時傳送方式對于一種A/D 轉換其來說，轉換時間作為一項技術指標是已知的和固定的。例如ADC0809轉換時間為128s，相當于6MHz的 MCS-51 單片機共64 個機器周期。可據此設計一個延時子程序，A/D 轉換啟動后即調用此子程序

38、，延遲時間一到，轉換肯定已經完成了，接著就可進行數據傳送。（ 2）查詢方式A/D 轉換芯片由表明轉換完成的狀態信號，例如ADC0809的 EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC 的狀態，即可確認轉換是否完成，并接著進行數據傳送。（ 3）中斷方式把表明轉換完成的狀態信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進14天津大學網絡教育學院專科畢業論文行數據傳送。不管使用上述那種方式，只要一旦確定轉換完成，即可通過指令進行數據傳送。首先送出口地址并以信號有效時， OE 信號即有效，把轉換數據送上數據總線，供單片機接受。（ 5） ADC0809U1與單片機連接方式如圖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與單片機連接方式第三節 傳感器部分電路設計（1）傳感器的定義人們通常將能把非電量轉換成電量的器件稱為傳感器， 傳感器實質是一種功能模塊，起作用是將來之外界的各種信號轉換成電信號： 它是實現測試與

41、自動控制系統的首要環節。（2）傳感器的作用傳感器是又稱之為電五官， 是獲取自然和生產領域中信息的主要途徑與手段。在現代工業生產尤其是自動化生產過程中， 要用各種傳感器來監視和控制生產過程中的各個參數，使設備工作在正常狀態或最佳狀態， 并使產品達到最好的質量。沒有眾多的優良的傳感器， 現代化生產也就失去了基礎。 傳感器技術在發展經濟、推動社會進步方面的重要作用， 是十分明顯的。 世界各國都十分重視這一領域的發展。相信不久的將來， 傳感器技術將會出現一個飛躍， 達到與其重要地位相稱的新水平。15天津大學網絡教育學院專科畢業論文（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系的其他非電量。測量電路能把傳感元件輸出的電信號轉換為便于顯示、 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，大多數測量電路還包括了

43、放大器。（4）傳感器的分類1. 根據傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學傳感器二大類：a. 物理傳感器應用的是物理效應，諸如壓電效應，磁致拉伸現象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應。被測信號量的微小變化都將轉換成電信號。 b. 化學傳感器包括那些以化學吸附、電化學反應等現象為因果關系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉換成電信號。有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學類。大多數傳感器是以物理原理為基礎運作的。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. 液面傳感器，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 雷達傳感器。16天津大學網絡教育學院專科畢業論文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. 以其輸出信號為標準可將傳感器分為：a. 模擬傳感器，b. 數字傳感器，c. 膺數字傳感器，d. 開關傳感器。5. 所應用的材料觀點出發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分：導體、絕緣體、半導體、磁性材料按材料的晶體結構分：單晶、多晶、非晶材料6. 按照其制造工藝，可以將傳感器區分為：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都有自己的優點和不足。由于研究、開發和生產所需的資本投入較低，以及傳感器參數的高穩定性等原因，采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。(4) 傳感器的設計要點根據以上對傳感器的相關知識的介紹，我們可以明確傳感器是測量、控制系統的，必須具備良好的性能。在設計中應該注意以下要點：輸入和輸出之間成比例，直線性好、靈敏度高、分辨力強、測量范圍寬。