防抽烟报警系统设计方案

1 防抽烟报警系统设计方案 1 绪论 题研究的背景及意义 根据联合国卫生组织（ 据显示， 烟草流行是这个世界迄今所面临的最大公共卫生威胁之一，每年使近 600 万人失去生命，其中有 500 多万人缘于直接使用烟草，有 60 多万人属于接触二手烟雾的非吸烟者。大约每六秒钟就有一人因烟草死亡，这占到了成人死亡的十分之一。多达半数的目前使用者最终将死于某种与烟草相关的疾病。烟草导致其多达半数使用者死亡。如不采取紧急行动，到 2030 年时，每年的死亡数字可上升到 800 万以上。尽管某些高收入和中上收入国家的烟草制品消费呈 减少态势，但烟草制品在全球的消费却在不断增加。 每个人都应有权呼吸到无烟雾的空气。从人们开始使用烟草到其健康受到损害，中间会间隔若干年，因此，烟草相关疾病和死亡的流行才刚刚开始。二十世纪中烟草导致了 1 亿人死亡。如果目前趋势继续下去，那么二十一世纪中烟草将导致约 10 亿人死亡。 中国每年有超过 100 万人死于与烟草有关的癌症、心脏病、脑卒中、慢性肺病（如肺气肿）。平均每周 10 人中有 7 人报告暴露于二手烟， 10 人中有 6 人会看到工作场所有人吸烟。世界卫生组织表示，能轻易得到卷烟是中国年轻男性吸烟者占很高比例的主要原因之 一。卫生部的数据表明，在中国约 吸烟者中，有 5000 万是年轻人。全球成人烟草调查结果显示，中国 15 岁及以上的男性吸烟率为 路透社 2012 年 2 月 9 日报道了一则令人震撼的新闻：美国发生第一起因吸入二手烟直接导致死亡的案例，密歇根州一名 19 岁的少女，在一家酒吧工作时，因吸入过量二手烟而死于急性哮喘病。 2012 年 3 月 14 日，世界卫生组织驻华代表蓝睿明博士在京表示，支持中国提高烟草税和烟草价格，推进控烟，改善中国人民的健康。 2 “吸烟有害健康，尽早戒烟有益健康”这是每一盒香烟包装盒上的警示语。并且吸 烟到底有哪些危害，对人类健康生活有多大影响呢？世界卫生组织的报告表明，吸烟对人类的危害是多方面的，香烟燃烧后的烟雾中含有四千多种有害物质其中主要包括一氧化碳、尼古丁、刺激性物质、致癌物质，主要导致哮喘、肺炎、肺癌、高血压、心脏病等。这些都是众所周知的。可烟民即使知道身边因为吸烟所发生的意外、病危的事件不少，但烟民还是很自然地抽起烟来，因为吸烟对某些人来说，已经是“精神的食粮”；我们的也不能阻止谁人吸烟，也不能限制某些人的人生自由，但面对吸烟这个问题，烟民又是否考虑到非吸烟人士的权利呢？据调查显示，二手烟对被 动吸烟者的危害一点也不比主动吸烟者轻，每日和吸烟者在一起呆上 15分钟以上，吸“二手烟”者的危害便等同于吸烟者，特别是对胎儿和少年儿童的危害尤其严重。因此非吸烟人士有权利要求吸烟者在某些公共场所禁止吸烟，如加油站等场所也十分有必要禁烟。 因此，我们生活中有不少场所是有禁烟的必要的，但是哪些地方是禁烟区，哪些地方能吸烟，恐怕吸烟人士不能每次都注意，这时，防抽烟报警器的作用就显得十分有用了。我们不用太多人力在禁烟区监督吸烟人士，只要有人在安装了防抽烟报警器的地方吸烟，吸烟报警器就会发出警告，让吸烟人士停止在禁烟区 吸烟。一方面，可以维护非吸烟人士要求在某些公共场所禁止吸烟的要求，另一方面也可以间接去减少吸烟人士每日的“吸烟量”，从而减少吸烟所带来的负面后果。通过研究和改良吸烟报警器，能够改进现在吸烟报警器的缺点和漏洞，研究吸烟报警器，也能对非吸烟区的智能监控，节省不少人力物力，更好地应用于人类的日常生活中。 测是关键 随着社会健康意识的不断提高，防抽烟工作越来越重要，但是目前国内的许多研发都侧重于大型场所的火灾报警，较少涉及家庭的防抽烟需求。因此，我们就有必要研制一种结构简单、经济实用的家庭防抽烟报警器以适应 社会的需求。 良好的监测可以 有效防止有关人员在禁烟区域抽烟，避免无辜的人员因二手烟造成伤害 。美国曾把二十世纪八十年代称为传感技术时代，日本更是把传感技术列为十大技术之首。所以，根据报警器功能的需要，选择合适、精确、经济的烟雾传感器是至关重要的。 单片机好比一个桥梁，联系着传感器和报警电路设备。近几年来，单片机已逐步深入应用到工农业生产各部门及人们生活的各个方面。各种类型的单片机也根据社会的需求而开发出来。单片机是器件级计算机系统，实际上它是一个微控制器或微处理器。由于它功能齐全，体积小，成本低，因此它可以应用 到 所有电子系 3 统中。同样，它也可以广泛应用于报警技术领域，使各类报警装置的功能更加完善，可靠性大大提高，以满足社会发展的需要。而传感器作为信息技术系统的“感官”器件，如果没有“感官”感受信息，或者“感官”迟钝，都难以形成高精度、高速度的控制系统。 体思路 香烟的烟雾里究竟包含哪些对健康有害的东西呢？大体可以分为三个方面：烟焦油、烟碱和一氧化碳。 在本论文中 单片机及烟雾传感器是烟雾报警器系统的两大核心。 基于供家庭使用的烟雾报警器应该具备的基本要求和功能，文章设计了一种比较适合的烟雾报警器。 本设计以传感器和单片机作为烟雾报警器设计的核心器件，配合其它器件即可实现声光报警等功能，提醒来访的客人不要抽烟。设计中单片机选用 感器选用 片机，功能强大，可供许多高性价比的场合应用，能够灵活应用于各种控制领域。 命长，成本低，非常适用于家庭使用的气体泄漏报警器。由这两个核心器件设计而成的整个烟雾报警器系统可实现声光报警、报警状态字符显示等烟雾报警器应有的功能，是一种结 构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器。 烟雾报警器主要由烟雾信号采集及前置放大电路、模数转换电路、单片机控制电路、显示电路、声光报警电路构成，设计合理、简单易懂、价格低廉，使单片机在烟雾报警系统的控制中得到充分应用，具有一定的实用价值。论文主要针对烟雾报警系统中的各个组成部分及功能进行了详细的介绍和说明，并对其主控电路和外围设备电路之间的接口连接方式，以及系统软件设计进行了重点的分析和讲解。此次设计是针对于单片机原理及其应用展开的。其中包含了我们大学四年中所学到的相关知识，运用我们所学的电 工技术，传感器技术，单片机技术去设计基于单片机的烟雾报警系统。 80片机好比一个桥梁，联系着传感器和报警电路设备。当周围的环境（温度、湿度、烟雾浓度）达到我们设定的数值时，烟雾传感器把被测的物理量（温度、湿度、烟雾浓度）作为输入参数，转换为电量（电流、电压、电阻等等）输出。物理量和测量范围的不同，传感器的工作机理和结构就不同。通常传感器输出的电信号是模拟信号（已有许多新型传感器采用数字量输出）。当信号的数值不符合 A/D 转换器的输入等级时，就需要放大器放大。传感器将物理信号经过 A/D 转换器转化为可以利用 识别的电信号给单片机，这里我们选择单片机的 收到信号的单片机经过程序的设定（当烟雾浓度达到设定数值时）会由 时， 扬声器将发 4 滴滴的急促 叫声，同时 单片机的 就达到了声光报警的效果。 2 各主要元器件的介绍 雾传感器介绍 雾传感器的分类 (a) 半导体烟雾传感器 半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器，以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器。自 1962年半导体金属氧化物烟 雾传感器问世以来，由于具有灵敏度高、响应快、输出信号强、耐久性强、结构简单、价格便宜等诸多优点，得到了广泛的应用。该传感器己成为世界上产量最大、使用最广的烟雾传感器之一。按照敏感机理分类，可分为电阻型和非电阻型。 (b) 固体电解质烟雾传感器 固体电解质烟雾传感器使用固体电解质气敏材料作为气敏元件，其原理是利用气敏材料在通过烟雾时产生电阻，测量其形成电动势从而测量气体浓度。由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，因而得到了广 泛的应用，几乎打入了石化、环保、矿业等各个领域，其产量仅次于半导体烟雾传 感器的一类传感器。但这种传感器制造成本高，检测烟雾范围有限，在检测环境污染领域中有优势。 (c) 接触燃烧式传感器 当易燃烟雾接触这种被催化物覆盖的传感器表面时会发生氧化反应而燃烧，故得名接触燃烧式传感器。接触燃烧式烟雾传感器的检测元件一般为铂金属丝 (也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层 )，使用时将铂丝通电，保持 300 C400 时若与烟雾接触，烟雾就会在稀有金属催化层上燃烧，因此铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道烟雾的浓度。 (d) 高分子烟 雾传感器 5 利用高分子气敏材料制作的烟雾传感器近年来得到很大的发展。高分子气敏材料在遇到特定烟雾时，其电阻、介电常数、材料表面声波传播速 度和频率、材料重量等物理性能发生变化。高分子气敏材料由于具有易操 作性、工艺简单、常温选择性好、价格低廉、易与微结构传感器和声表面波器件相结合，在毒性烟雾和食品鲜度等方面的检测中具有重要作用。高分子烟雾传感器具有对特定烟雾分子灵敏度高，选择性好，且结构简单，能在常温下使用，可以弥补其它烟雾传感器的不足。 (e) 电化学传感器 电化学传感器由膜电极和电解液封装而成 。烟雾浓度信号将电解液分解成阴阳带电离子，通过电极将信号传出。它的优点是：反映速度快、准确、稳定性好、能够定量检测，但寿命较短 (大约两年 )。它主要适用于毒性烟雾检测。目前国际上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。 (f) 热传导传感器 热传导传感器与接触燃烧式传感器具有类似的结构形式，但是测量原理不同。它的测量原理是：将加热后的铂电阻线圈置于目标烟雾中，由于向目标烟雾传送热量造成温度降低，引起电阻值变化，传感器即测量电阻 值的变化情况。温度的变化情况是目标烟雾热传导率的函数，而对于一种给定的烟雾或汽化 物，热传导率是它固有的物理特性。 红外传感器 红外传感器通常用两束红外光进行烟雾测量，主光束通过测量元件内的目标烟雾，参考光束通过比较元件内的参考烟雾。在测量和比较元件中，红外射线被烟雾有选择地吸收了。未吸收的红外光由光电探测器测量，产生一个正比于目标烟雾浓度的差分信号。非扩散式红外探测器 R )是其中的一种，所有的未吸收光全部以最小的扩散和损耗被记录下来。 不同的烟雾吸收不同波长的 以传感器根据目标烟雾而调整，典型应用包括测量 冻剂烟雾和 一些易燃气。由于非碳氢化合物易燃烟雾 (如氢 )不吸收电磁谱中 以这种传感器可以精确地测量碳氢化合物，并具有最小的交叉灵敏度，而且不受其它烟雾的腐蚀以及高浓度目标烟雾的影响。 雾传感器应满足的基本条件 一个烟雾传感器可以是单功能的，也可以是多功能的；可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。但是，任何一个完整的烟雾传感器都必须具备以下条件： 能选择性地检测某种单一烟雾，而对共存的其它烟雾不响应或低响应； (a)对被测烟雾具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范 围内的烟雾浓度； 6 (b)对检测信号响应速度快，重复性好； (c)长期工作稳定性好； （ d）使用寿命长； (e)制造成本低，使用与维护方便。 绍 采用高低温循环检测方式低温（ 测一氧化碳，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增大，高温（ 洗低温时吸附的杂散气体。使用简单的电路即可将电导率的变化，转换为与该气体浓度相对应的输出信号。 一氧化碳的灵敏度高，这种传感器可检测多种含一氧化碳的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。图2 2图 2 2 7 图 2元器件主要参数： 产品型号 品类型 半导体气敏元件 标准封装 塑封 检测气体 一氧化碳 检测浓度 10路电压（ 10V 热电压（ ） 负载电阻（ 可调 加热电阻（ 31 3（室温） 加热功耗（ 350感体表面电阻（ 220灵敏度（ S） Rs(in 00 5 浓度斜率（） 300100温度、湿度 20 2； 65% 5%准测试电路 ） : ） : 热时间 不少于 48小时 图 2 8 图 2 2传感器的基本测试电路。该 传感器需要施加 2 个电压：加热器电压（ 测试电压（ 其中 于为传感器提供特定的工作温度。 是用于测定与传感器串联的负载电阻（ 的电压（ 这种传感器具有轻微的极性， 满足传感器电性能要求的前提下， 更好利用传感器的 性能，需要选择恰当的 敏感体功耗（ 可用计算下式： L)2 传感器电阻（ 可用下式计算： R 加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的 气敏元件有只针状管脚，其中个 别用于信号取出，个用于提供加热电流。 一个低功耗，高性能 位单片机，片内含 4k 可反复擦写 1000 次的 读程序存储器，器件采用 司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 0片内集成了通用 8 位中央处理器和 储单元，功能强大的微型计算机的 为许多嵌入式控 制应用系统提供高性价比的解决方案。 H L 9 有如下特点： 40 个引脚， 4k 内程序存储器， 128 随机存取数据存储器（ 32个外部双向输入 /输出（ I/O）口， 5 个中断优先级 2层中断嵌套中断， 2 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口，看门狗（ 路，片内时钟振荡器。 此外， 计和配置了振荡频率可为 0可通过软件设置省电模式。空闲模式下， 停工作，而 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 数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有适应不同产品的需求。其引脚图如图 2所示。 P 1 9P 3 R X D )10P 3 S E C 55图 2引脚图 要特性： 8031 容 4储器 (寿命： 1000写 /擦循环 ) 全静态工作： 0 三级程序存储器保密锁定 128*8位内部 32条可编程 I/ 两个 16位定 时器 /计数器 6个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 10 片内振荡器和时钟电路 脚说明： 电电压。 地。 位漏级开路双向 I/脚可吸收 8 时，被定义为高阻输入。 可以被定义为数据/地址的第八位。在 作为原码输入口，当 时 ： 是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 缓冲器能接收输出 4后，被内部上拉为高，可用作输入， 输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 位双向 I/O 口， 出 4个 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， 输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 存储器或 16位地址外部数据存储器进行存取时， 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， 程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 个带内部上拉电阻的双向 I/接收输出 4个 电流。当写入“ 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， 是由于上拉的缘故。 行输入口） 行输出口） 部中断 0） 部中断 1） 0（记时器 0外部输入） 1（记时器 1外部输入） 部数据存储器写选通） 部数据存储器读选通） I/O 口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不 11 从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后 再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。输入缓冲器 根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。这是由硬件自动完成的，不需要我们操心，然后再实行读引脚操作，否则就可能读入出错，如果不对端口置 1 端口锁存器原来的状态有可能为 0,Q 端为 0,Q为 1 加到场效应管栅极的信号为 1，该场效应管就导通对地呈现低阻抗，此时即使引脚上输入的信号为 1，也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的 1 信号读入后不一定是 1。若先执行置 1 操作，则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实 现正确的读入，由于在输入操作时还必须附加一个准备动作，所以这类I/O 口被称为准双向口。 89 1/3口作为输入时都是准双向口。接下来让我们再看另一个问题，这四个端口还有一个差别，除了 0 位输入。当振荡器复位器件时，要保持 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低位字节。在 程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， 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 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 冲。如想禁止 输出可在 址上置 0。此时， 有在执行 令是 起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 止，置位无效。 /部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 / / /持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1时， / /间内部程序存储器。在 程期间，此引脚也用于施加 12 向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 自反向振荡器的输出。 晶显示简介 晶显示原理 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显 示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易 12 于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、 动通信工具等众多领域。 线段的显示 点阵图形式液晶由 M N 个显示单元组成，假设 示屏有 64 行，每行有 128 列，每8 列对应 1 字节的 8 位，即每行由 16 字节，共 16 8=128 个点组成，屏上 64 16 个显示单元与显示 024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由 00H 006字节的内容决定，当（ 000H） =则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为 8个点；当（ 3=屏幕的右下角显示一条短亮线；当（ 000H） = 001H） =00H，（ 002H） =00H，（ 00=00H，（ 00=00在屏幕的顶部显示一条由 8 段亮线和 8 条暗线组成的虚线。这就是 示的基本原理。 字符的显示 用 示一个字符时比较复杂，因为一个字符由 6 8 或 8 8 点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示 字节，还要使每字节的不同位为“ 1”，其它的为“ 0”，为“ 1”的点亮，为“ 0” 的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在 开始显示的行列号及每行的列数找出显示 应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。 汉字的显示 汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占 32B，分左右两半，各占 16B，左边为 1、 3、 5右边为 2、 4、6根据在 立光标，送上要显示的汉字的第一 字节，光标位置加 1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到 32 602 字符型 介 字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 前常用 16*1，16*2， 20*2和 40*2行等的模块。下面以长沙太阳人电子有限公司的 1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法。一般 1602 字符型液晶显示器实物如图 2 13 图 2602 字符型液晶显示器 顶部 实物图 图 2602 字符型液晶显示器 底部 实物图 基本参数及引脚功能 1602控制器大部分为 背光的比不带背光的厚， 是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图 10 14 图 2寸图 1602 显示容量 :16 2个字符 芯片工作电压 :作电流 :模块最佳工作电压 :符尺寸 : H)脚功能说明 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 源地 9 据 2 源正极 10 据 3 晶显示偏压 11 据 4 据 /命令选择 12 据 5 R/W 读 /写选择 13 据 6 E 使能信号 14 据 7 据 15 光源正极 8 据 16 光源负极 表 2第 1脚： 第 2脚： 第 3脚： 正电源时对 比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10 第 4脚： 电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚： R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 R/ ，当 。 第 6脚： 晶模块执行命令。 第 7 14脚： 位双向数据线。 第 15脚：背光源正极。 15 第 16脚：背光源负极。 16021602液晶模块内部的控制器共有 11条控制指令，如表 10 序号 指令 * 3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 显示开 /关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 F * * 7 置字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址 8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址（写） 9 读忙标志或地址 0 1 数器地址 10 写数到 1 0 要写的数据内容 11 从 数 1 1 读出的数据内容 表 2制命令表 1602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明： 1为高电平、 0为低电平） 指令 1：清显示，指 令码 01H,光标复位到地址 00H 位置。 指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H。 指令 3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。 指令 4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。 指令 5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。 指令 6：功能设置命 令 电平时为 8位总线，低电平时为 4位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示 5点阵字符，高电平时显示 5 指令 7：字符发生器 址设置。 16 指令 8： 指令 9：读忙信号和光标地址 忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 指令 10：写数据。 指令 11：读数据。 与 高脉冲：即从逻辑 0 变化到逻辑 1 再变化到逻辑 0，如此便是一个高脉冲。在单片机中定义高脉冲就 是让某个 I/O 先输出逻辑 0，接着保持一定的时间（延时），再输出逻辑 1，同样保持一定的时间（延时），最后再转变输出为逻辑 0+延时。 读状态 输入 ， R/W=H， E=H 输出 态字 写指令 输入 ， R/W=L， 令码， E=高脉冲 输出 无 读数据 输入 ， R/W=H， E=H 输出 据 写数据 输入 ， R/W=L， 据， E=高脉冲 输出 无 表 2来寄存待显示的字符代码。共 80个字节，其地址和屏幕的对应关系如表 2 表 2就是说想要在 幕的第一行第一列显示一个 A字 ,就要向 00A”字的代码就行了。但具体的写入是要按 块的指令格 式来进行的，后面我会说到的。那么一行可有 40个地址呀？是的，在 1602中我们就用前 16个就行了。第二行也一样用前 16个地址。对应如表 2 17 表 2 事实上我们往 0如 0字 1的代码 )并不能显示1 出来。这是一 个令初学者很容易出错的地方，原因就是如果你要想在 00必须将 000H，即 80H，若要在 1必须将 0101H。依次类推。大家看一下控制指令的的 8条： 址的设定，即可以明白是怎么样的一回事了） 1602 液晶模块内部的字符发生存储器（ 经存储了 160个不同的点阵字符图形，如下表所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“ A”的代码是 01000001B（ 41H），显示时模块把地址 41们就能看到字母“ A” 。 换芯片 为了满足多种需要，目前国内外各半导体器件生产厂家设计并生产出了多种多样的 美国 品就有几十个系列、近百种型号之多。从性能上讲，它们有的精度高、速度快，有的则价格低廉。从功能上讲，有的不仅具有 A/D 转换的基本功能，还包括内部放大器和三态输出锁存器；有的甚至还包括多路开关、采样保持器等，已发展为一个单片的小型数据采集系统。 尽管 片的品种、型号很多， 其内部功能强弱、转换速度快慢、转换精度高低有很大差别，但从用户最关心的外特性看，无论哪种芯片，都必不可少地要包括以下四种基本信号引脚端：模拟信号输入端 (单极性或双极性 )；数字量输出端 (并行或串行 )；转换启动信号输入端；转换结束信号输出端。除此之外，各种不同型号的芯片可能还会有一些其他各不相同的控制信号端。选用 片时，除了必须考虑各种技术要求外，通常还需了解芯片以下两方面的特性。 （ 1）数字输出的方式是否有可控三态输出。有可控三态输出的 在转换结束后利用 读数信号 通三态门，将转换结果送上总线。没有可控三态输出 (包括内部根本没有输出三态门和虽有三态门、但外部不可控两种情况 )的 片则不允许数据输出线与系统的数据总线直接相连，而必须通过 I/O 接口与换信息。 18 （ 2）启动转换的控制方式是脉冲控制式还是电平控制式。对脉冲启动转换的 要在其启动转换引脚上施加一个宽度符合芯片要求的脉冲信号，就能启动转换并自动完成。一般能和 套使用的芯片， I/O 写脉冲都能满足 片对启动脉冲的要求。对电平启动转换的 片，在转换过程中启动信 号必须保持规定的电平不变，否则，如中途撤消规定的电平，就会停止转换而可能得到错误的结果。为此，必须用 D 触发器或可编程并行 I/用单稳等电路来对启动信号进行定时变换。 具有上述两种数字输出方式和两种启动转换控制方式的 片都不少，在实际使用芯片时要特别注意看清芯片说明。下面介绍两种常用芯片的性能和使用方法。 808/0809 精度略有差别外 (前者精度为 8 位、后者精度为 7 位 )，其余各方面完全相同。它们都是 件，不 仅包括一个 8位的逐次逼近型的 且还提供一个 8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。利用它可直接输入 8 个单端的模拟信号分时进行 A/D 转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。 要技术指标和特性 （ 1）分辨率： 8位。 （ 2）总的不可调误差： 21 809 为 1 （ 3）转换时间： 取决于芯片时钟频率，如 00， 28 s。 （ 4）单一电源： +5V。 （ 5）模拟输入电 压范围： 单极性 0 5V；双极性 5V, 10V(需外加一定电路 )。 （ 6）具有可控三态输出缓存器。 （ 7）启动转换控制为脉冲式 (正脉冲 )，上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使 A/ （ 8）使用时不需进行零点和满刻度调节。 部结构和外部引脚 809的内部结构和外部引脚分别如图 2部各部分的作用和 19 工作原理在内部结构图中已一目了然，在此就不再赘述，下面仅对各引脚定义分述如下： 图 2809内部结构框图 （ 1） 8路模拟输入，通过 3根地址译码线 选通一路。 （ 2） A/三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。 8位排列顺序是 最高位， （ 3） 模拟通道选择地址信号， 低位， 高位。地址信号与选中通道对应关系如表 （ 4） )、 ) 正、负参考电压输入端，用于提供片内 单极性 输入时， )=5V， )=0V；双极性输入时， )、 )分别接正、负极性的参考电压。 图 2809 外部引脚图 地址信号与选中通道的关系 地 址 选中通道 20 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 2 5） 地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时， A、 B、 C 三位地址信号被 锁存，译码选通对应模拟通道。在使用时，该信号常和 号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动 A/ （ 6） A/D 转换启动信号，正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始 A/D 转换。如正在进行转换时又接到新的启动脉冲，则原来的转换进程被中止，重新从头开始转换。 （ 7） 转换结束信号，高电平有效。该信号在 A/D 转换过程中为低电平，其余时间为高电平。该信号可作为被 询的状态信号，也可作为对 中断请求信号。在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下 ， 可作为启动信号反馈接到 ，但在刚加电时需由外电路第一次启动。 （ 8） 输出允许信号，高电平有效。当微处理器送出该信号时， 809 的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。在中断工作方式下，该信号往往是 3) 工作时序与使用说明 808/0809 的工作时序如图 2示。当通道选择地址有效时， 号一出现，地址便马上被锁存，这时转换启动信号紧随 后 (或与 时 )出现。 上升沿将逐次逼近寄存器 该上升沿之后的 2 个时钟周期内 (不定 )， 指示转换操作正在进行中，直到转换完成后 变高电平。微处理器收到变为高电平的 立即送出 开三态门，读取转换结果。 21 图 2808/0809工作时序 模拟输入通道的选择可以相对于转换开始操作独立地进行 (当然，不能在转换过程中进行 )，然而通常是把通道选择和启动转换结合起来完成 (因为 809的时间特性允许这样做 )。这样可以用一条写指令既选择模拟通道又启动转换。在与微机接 口时，输入通道的选择可有两种方法，一种是通过地址总线选择，一种是通过数据总线选择。 如用 特别注意 变低相对于启动信号有 2 s+8个时钟周期的延迟，要设法使它不致产生虚假的中断请求。为此，最好利用 升沿产生中断请求，而不是靠高电平产生中断请求。 介： 3大 100 负电源 22 图 2脚图） 3 系统硬件电路设计 时钟电路和复位电路 （ 1）时钟电路： 片机芯片内部设有一个由反向放大器构成的振荡器， 别为振荡电路的输入端和输出端，时钟可由内部或外部生成，在 脚上外接晶体振荡器 Y，内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率选择 12电容值取 30容的大小起频率微调的作用。时钟电路如图 3 23 图 3 2）复位电路： 单片机有多种复位电路，本系统采用自动复位（上电复位）与手动复位方式，电路如图3上电时， 电，电源经过电容器 到 脚，使单片机复位；在正常工作时，按下复位键时单片机复位。 大器和 A/D 转换模块设计 单片高增益四运算放大器，可在较宽电压范围内的单电源或双电源下工作，其电源电流很小且与电源电压无关，四个运放一致性好；其输入偏流电阻是温度补偿的，也不需外接频率补 偿，可做到输出电平与数字电路兼容。 下面详细介绍运算放大电路： 如图 3示，从传感器的上端出来的信号 过运算放大器的同相输入端，但是为保证引入的是负反馈，输出电压 过电阻 到反相输入端，同时，反相输入端通过电阻到参考电压 相比例运算电路中反馈的组态为电压串联负反馈，同样可以利用理想运放工作在线性区时的两个特点来分析其电压放大倍数。根据运放的“虚短”和“虚断”的特点可知， I+ = 0，所以 3/ 4/ (3 而且 V+ = o = (3由以上两式可求出 3 (3 所以本放大电路的放大倍数 A =1+ 放大电路为同相比例放大电路，它的放大倍数总是大于或等于 1。同相比例运算电路有以下几个特点： (1)同相比例运算放大电路是一个深度的电压串联负反馈电路。因为不存在“虚地”现象，所以其输入端有较高的共模输入电压。 (2)电压放大倍数 A =1+ 3，即输出电压与输入电压 的幅值成正比，且相位相同，所以此电路实现了同相比例放大。如果不接 此电路就成了“电压跟随器”，它可以减少电路模块间由于阻抗引起的干扰。 24 (3)由于引入了深度电压串联负反馈，因此电路的输入阻抗很高，输出阻抗很低。高输入阻抗就可以减少放大电路对前端电