毕业论文-楼宇火灾探测器的设计与实现.doc

摘要本科毕业设计（论文）楼宇火灾探测器的设计与实现*燕 山 大 学2012 年 6月摘 要随着信息技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，人们对住宅的需求己丛追求简单的生存空间向着追求质量、功能、服务等多重需求过渡。现代家庭用火、用电量正在逐年增加，家庭火灾发生的频率越来越高，火灾烟雾报警器也随之被广泛应用于各种场合。本设计是利用单片机结合传感器技术而开发了这一火灾烟雾报警系统。论文中主要烟雾报警器系统各个组成部分进行了介绍，对它的主控电路和外围设备电路之间的接口技术，还有软件方面进行了重点介绍。设计中主要使用80C51单片机，选用声光传感器NIS-09作为敏感元件，利用AD574A转换器和声光报警电路。整个设计由5大部分构成：声光传感器、A/D转换电路、80C51单片机、声光报警电路、LCD显示。其中，声光传感器是将现场温度、声光等非电信号转化为电信号；转换电路是将完成将声光传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。声光报警模块由单片机和报警电路组成，由单片机控制实现不同的声光报警功能，LCD可显示现场的温度。关键词 报警器；80C51；声光传感器I 燕山大学本科生毕业设计（论文）Abstractwith the rapid development of communication technique and great improvement of standard of peoples living,the need of house has been changed from only the living space to multiforill needs ofquality,function,service、and so on. The modern home with fire, electricity consumption increases, the frequency of home fires is getting higher and higher. Smoke detectors have also been widely used in various occasions. This design is combined with the use of single-chip sensor technology development and design of the smoke alarm system. The main thesis of the smoke alarm system for the various components are introduced, its control circuit and peripheral equipment circuit interface between technology and software have been the focus of introduction. The design of the main use of 80C51 MCU,using acousto-optic sensor NIS-09 as asensitive element,using the AD574A converter and an acoustic-optic alarm circuit.The design consists of 5 parts:the acousto-optic sensor,A/D converter circuit,single-chip 80C51,an acoustic-optic alarm circuit,LCD display.Among them,the acousto-optic sensor is the scene temperature,light ang other nonelectrical signal into an electrical signal;converting circuit is completed to acousto-optic sensor output analog signal to digital signal conversion.The acousto-optic warning module is composed of single chip and an alarm ciruit,controlled by a single chip microcomputer to realize different sound and lighe alarm function,LCD can display the temperature field.Keywords A burglar alarm；80C51；smoke sensor alarmIII 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景（火灾报警器的发展及现状）11.1.1 火灾探测技术11.1.2 火灾探测器的发展趋势11.2 论文的研究目的及意义21.3 论文的内容31.4 本章总结3第2章 基于C51单片机的声光报警的设计方案52.1 任务分析52.2设计方案52.2.1方案设计思想52.2.2 总体框图62.3 本章总结6第3章 系统硬件设计实现73.1 主控电路设计73.1.1 单片机80C51系列73.1.2 单片机80C51的基本结构73.1.3 单片机80C51的封装及引脚83.1.4 单片机80C51的时钟103.1.5 单片机80C51的复位113.2 外围接口电路的设计133.2.1 NIS-09声光传感器简介133.2.2 AD574A简介163.2.3 AD574A与80C51单片机接口电路193.2.4 74LS373简介203.2.5 声光报警电路213.2.6 LCD12864显示223.3 总电路的设计243.4 本章总结25第4章 软件的实现274.1 编程KEIL环境的介绍274.2 程序流程284.2 程序编写304.3 本章总结32第5章 程序的调试275.1 调试的步骤335.2调试过程中遇到的问题及解决方法345.3 本章总结35结论37参考文献39致谢41附录142附录246附录351附录465III第1章 绪论第1章 绪论1.1 课题背景随着计算机的普及和信息技术的迅猛发展，人们己不满足于传统的居住环境，对家庭及住宅小区提出了更高的要求，智能化被引入家庭及住宅小区，并迅速在世界各地发展起来。人们对居住环境要求的日见增高，体现在希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全。国家建设部规定，目前住宅小区应实现六项智能化要求，其中包括实行安全防范系统自动化监控管理：住宅的火灾、有害气体泄漏实行自动报警；其中火灾报警最为常见，该系统应是以烟、温及可燃气体等探测器为主体。基于此项规定，为了居民的生活安全，住宅防火系统实现智能化势在必行。1.1.1 火灾探测技术火灾作术为一种在时空上失去控制的燃烧所引发的灾害，对人类生命财产和社会安全构成了极大的威胁。由此引发的重大安全事故比皆是，所以人类一直也未停止过对它的研究。火灾的发生和发展是一个非常复杂的非平稳过程，它除了自身的物理化学变化以外还会受到许多外界的千扰，火灾一旦产生便以接触式(物质流)和非接触式能量流)的形式向外释放能量。接触式形式包括可燃气体、燃烧气体和烟雾、气溶胶等。非接触式如声音、辐射等。火灾探测技术就是利用敏感元件将火灾中出现的物理化学特征转换为另外一种易于处理的物理量。各种探测器对应的火灾物理参量及探测器1。1.1.2 火灾探测器的发展趋势探测器朝新探测技术的发展进一步拓展了火灾探测的应用领域，为一些传统探测器无法胜任的环境提供了有效的手段。相关技术的发展，如傅立叶近红外光谱技术弱信号处理技术、低功耗MCU技术进一步促进了传统探测技术的改进，使得传统探测器在技术和性能上有了显著的提高。火灾着极早期探测、多传感器复合探测和探测器小型化、智能化的方向发展迈出了更快的步伐。在社会信息化进程日益发展的今天，信息技术应用已渗透到人类生存、活动的各个领域，在建筑领域，人们的现代生活、工作对居住和办公的建筑环境不仅要求舒适健康、安全可靠、高效便利，同时还要适应信息化社会运用科技手段和设备的要求火灾报警探测智能是通过探测器中的微处理器进行的，它不但对火灾信号直接进行检测、分析和信号处理，而且对环境智能化住宅防火报警系统的变化可及时做出响应，并利用软件中建立的算法进行综合比较，自动调整运行参数，做出恰当的智能判断；监控智能则是由探测器中计算机自身的软件(程序块)来完成的，监控程序周期地运行，使系统始终保持良好的使用和维护状态。将来的火灾探测报警系统的发展方向是智能寻址式。目前欧美已有一些国家正在大力研究无线火灾探测报警系统，随着时间的推移，这种产品在我国也会发展成为主流。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，因此它可以应用到任何电子系统中去。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2。1.2 论文的研究目的及意义目的：随着现代家庭用火、用电量的增加，家庭火灾发生的频率越来越高。家庭火灾一旦发生，很容易出现扑救不及时、灭火器材缺乏及在场人惊慌失措、逃生迟缓等不利因素，最终导致重大生命财产损失。消防部门的统计显示，在所有的火灾比例中，家庭火灾已经占到了全国火灾的30%左右。家庭起火的原因林林种种，可能在我们注意得到的地方，也可能就隐藏在我们根本就注意不到的地方。在现代城市家庭里，许多人因不懂家庭安全常识引起火灾事故，使好端端的幸福家庭眼间毁于一旦，有的导致家破人亡，而且一旦发生居民家庭火灾，处置不当、报警迟缓，是造成人员伤亡的重要因素。所以说，人们应该积极了解家庭火灾的主要起因，还有预防火灾的发生。这就是我们研究声光报警器的目的。 意义：在我国的一些大中城市，几乎每天都发生家庭火灾，所以防火是每个家庭必须时刻注意的问题。近年来国内外都是大型火灾的发生，火灾已经引起了全世界的关注。假如能根据您家的实际情况预先采取简单的防火措施，一些悲剧是完全可以避免的。声光报警器对防家庭火灾，减少火灾损失具有现实意义。一系列火灾造成的惨痛损失也使全国各界意识到了声光报警器的必要性。据调查，在最近发生火灾的大多数房屋都没有安装报警器。所以，声光报警器在预防火灾发生上有着非常重大的意义3。1.3 论文的内容第一章 本章本主要介绍了声光报警器的发展史及发展趋势。对声光探测器进行了系统性的阐述。还有论文研究的目的和意义进行了简单的解释。 第二章 基于C51单片机的声光报警的设计方案 本章是根据论文的要求分析了论文的主要任务。继而概括出整个设计的主要思想和确定出设计方案。 第三章 系统硬件实现 本章针对的是系统硬件是设计。在对整个系统硬件设计时，我们主要从它的主控电路80C51（单片机的复位电路、时钟电路）的设计和外围电路（声光报警电路、A/D转换电路）的设计来具体介绍。还有对在设计中用到的声光传感器进行了重点介绍。 第四章 软件实现 本章是论文的软件部分。其中，我们熟悉了整个程序设计的运行环境keil。还有程序的编写过程，对程序做了相应的注释。 第五章 调试 本章着重与软件的调试。在运行环境中我们调试的步骤以及在运行中出现的问题及解决的方法。 最后附上结束语（我的感想）、谢辞和参考文献。1.4 本章总结本章结主要介绍的火灾报警系统的背景。了解火灾探测器在国内外发展前景。知道什么是火灾探测技术和火灾探测技术的目的及意义。还有火灾探测器在日常生活中的应用。以及火灾探测器报警是如何实现的和今后的发展趋势。还有今年来单片机在人们日常生活中的应用。最后对本次论文描述了大体概括分出章节。3 第2章 基于C51单片机的声光报警的设计方案第2章 基于C51单片机的声光报警的设计方案2.1 任务分析 单片机应用系统可以分为只能仪器表和工业测控系统两大类，无论哪一类，都必须以市场需求为前提。所以，在系统设计前，首先要进行广泛的市场调查，了解该系统的时常应用概况，以分析系统当前存在的问题，研究系统的时市场前景，确定市场开发设计的目的和目标。简单地说，就是通过调研克服旧缺点，开发新功能。根据论文的设计要求： （1）、熟悉Keil编程环境； （2）、熟悉有关探测器的理论知识； （3）、给出设计方案； 此次的设计先从硬件设计上着手。先要整理出声光报警系统的整体思路。确定出方案设计中需要的硬件设备。我们在确定了大的方向基础上，就应该对系统实现进行规划。包括应该采集的信号种种类、数量、范围，输出信号的匹配和转换，传感器的选择，技术指标的确定等。2.2设计方案2.2.1方案设计思想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，并且查阅相关的电工技术，传感器技术，单片机技术去设计基于单片机的声光报警系统类的书籍。80C51单片机好比一个桥梁，联系着传感器和报警电路设备。当周围的环境达到我们设定的数值时，声光传感器把被测的物理量作为输入参数，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）。当信号的数值符合A/D转换器的输入等级时，可以不用放大器放大；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。而我们选择前者，不需要用放大器，选择数值符合A/D转换器的输入等级，这第2章 绪论样就可以简化整个系统的设置。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P1.0为输入方式，接收到信号的单片机经过程序的设定会由P3.5作为单片机的输出直接启动报警电路。此时，扬声器将发出高、低交替的2种叫声，同时二极管发光，这就达到了声光报警的效果。2.2.2 总体框图根据方案的设计思想，我们从中就可以得到了声光报警系统的总体框图如图2-1所示：图2-1 声光报警的总体框图使用80C51单片机，选用声光传感器作为敏感元件，利用AD574A转换器和声光报警电路，开发了可用于家庭或单位火灾报警的声光报警器。整个设计由5大部分构成：声光传感器、A/D转换电路、80C51单片机、声光报警电路、LCD显示。其中，声光传感器是将现场温度、声光等非电信号转化为电信号；转换电路是将完成将声光传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。声光报警模块由单片机和报警电路组成，由单片机控制实现不同的声光报警功能。 综合考虑各因素，本文选择NIS-09声光传感器用作采集系统的敏感元件。它灵敏度高，稳定性好，适合于火灾中气体的探测。A/D转换器选用AD574A转换器。2.3 本章总结本章主要对次子设计做个任务分析。了解火灾探测器所涉及到的知识和硬件东西。对设计有个大体思路。绘制大体框图，了解它的工作流程。61 第3章 系统硬件设计实现第3章 系统硬件设计实现3.1 主控电路设计 硬件设计中最核心的器件是单片机80C51，它一方面控制A/D转换器实现模拟信号到数字信号的转换，另一方面，将采集到的数字电压值经计算机处理得到相应的二进制代码，与设定的值作比较。整个系统的软件编程就是通过汇编语言对单片机80C51实现其控制功能。3.1.1 单片机80C51系列80C51系列单片机产品繁多，主流地位已经形成。多年来的应用实践已经证明，80C51的系统结构合理，技术成熟，许多单片机芯片倾力于提高80C51系列产品的综合功能，从而形成了80C51的主流产品的地位，近年来推出的与80C51兼容的主要产品有： ATMEL公司融入Flash存储器技术推出的AT89系列单片机； Philips公司推出的80C51、80C552系列高性能单片机； 华邦公司提出的W78C51、W77C51系列高速低价单片机； ADI公司推出的AdUC8XX系列高精度ADC单片机；LG公司推出的GMS90/97系列低压高速单片机；Maxim公司推出的DS89420高速(50MIPS)单片机； Cygnal公司推出的C8051F系列高速单片机。 由此可见，80C51已经成为事实上的单片机主流系列。所以，本次设计选择80C51单片机。它采用COMS工艺，是一种低功耗、高性能的，与INTEL 8051系列单片机完全兼容的8位微控制器。内部具有4K字节的Flash(闪速)存储器，可反复擦写，在设计程序时可反复修改原程序、编译、并烧写到单片机，适合单片机最小系统的开发与研制。3.1.2 单片机80C51的基本结构80C51的基本结构如图3-1所示图3-1 80C51的基本结构由图可见，80C51单片机主要由以下部分组成： （1）CPU系统 8位CPU，含布尔处理器；时钟电路；总线控制逻辑。 （2）存储器系统 4KB的程序存储器（ROM/EPROM/Flash，可扩至64KB）；128KB数据存储器（RAM，可再扩64KB）；特殊功能寄存器SFR。 （3）I/O口和其他动能单元 4个并行I/O口；2个16位定时/计数器；1个全双工异步串行口；中断系统（5个中断源，2个优先级）。3.1.3 单片机80C51的封装及引脚80C51系列单片机采用双列直插式（DIP）、QFP44（Quad Flat Pack）和LCC（Leaded Chip Caiier）形式封装。这里仅介绍常用的总线型DIP40封装。如图3-2所示。图3-2 单片机80C51的封装及引脚40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类：电源、时钟、控制和I/O引脚。(1) 电源: VCC - 芯片电源，接+5V； VSS - 接地端； (2)时钟：XTAL1、XTAL2晶体振荡电路反相输入端和输出端。 (3) 控制线：控制线共有4根ALE/PROG：地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 8 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN：外ROM读选通信号。 RST/VPD：复位/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp：内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能：内外ROM选择端。 Vpp功能：片内EPROM的芯片，施加编程电源Vpp。 (4) I/O线：80C51共有4个8位并行I/O端口，P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。3.1.4 单片机80C51的时钟(1)振荡器和时钟电路 80C51内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器，但要形成时钟脉冲，外部还需附加电路。80C51的时钟产生方法有以下两种。 a 内部时钟方式 利用芯片内部的振荡器，然后在引脚XTALl和XTAL2两端跨接晶体振荡器（简称晶振），就构成了稳定的自激振荡器，发出的脉冲直接送入内部时钟电路。外接晶振时，Cl和C2的值通常选择为30pF左右；Cl、C2对频率有微调作用，晶振或陶瓷谐振器的频率范围可在1.2MHz12MHz之间选择。为减小寄生电容，更好地保证振荡器稳定、可靠地工作，振荡器和电容应尽可能安装得与单片机引脚XTALl和XTAL2靠近。图3-3 80C51时钟电路接线方法b 外部时钟方式此方式是利用外部振荡脉冲接入XTALl或XTAL2。HMOS和CHMOS单片机外时钟信号接入方式不同。 表为 80C51单片机外部时钟接入方法，芯片类型，接线方法。芯片类型接线方法XTAL1XTAL2HMOS接地接片外时钟脉输入端（引脚需接上拉电阻）CHMOS接片外时钟脉输入端悬空 表3-4 80C51外部时钟接入方法3.1.5 单片机80C51的复位在整个声光报警系统中，要进行实验，必须对整个系统先复位。复位是单片机的初始化操作。单片机系统在上电启动运行时，都需要先复位。其作用是使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。因而，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部复位电路才能实现。复位电路设计单片机的外部复位电路有上电复位和上电-按键均有效的复位两种。我们在设计单片机复位时，选用上电-按键复位。上电复位上电复位利用电容器的充电实现。图3-5是80C51单片机的上电复位电路。图中给出了复位电路参数。图3-6是80C51单片机的上电+按键复位电路。上电要求接通电源后，单片机实现自动复位操作。上电瞬间RST引脚获得高电平，随着电容的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。RST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。该电路典型的电阻值和我电容参数为：晶振为12MHZ，电容值为10uF，电阻值为8.2K。 图3-5 上电复位电路 图3-6 电+按键复位电路复位状态：初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0R7）的状态，复位后80C51片内各特殊功能寄存器的状态如表所示，表中“x”为不定数。寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HBSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL000HP0P3FFHSCON00HIPxx000000BSBUFxxxxxxxxBIE0x000000BPCON0xxx0000B图3-7 复位后的内部特殊功能寄存器状态复位时，ALE和成输入状态，即ALE= 1，片内RAM不受复位影响。复位后，P0P3口输出高电平且使这些双向口皆处于输入状态，并将07H写入堆栈指针SP，同时将PC和其余专用寄存器清0。此时，单片机从起始地址0000H开始重新执行程序。所以，单片机运行出错或进入死循环时，可使其复位后重新运行。3.2 外围接口电路的设计3.2.1 NIS-09声光传感器简介在设计中我们之所以选用NIS-09声光传感器，是因为它的输出模拟量与我们所用的A/D转换器输入等级相符合。（NIS-09声光传感输出电压是5.6+0.4V，A/D转换器的输入量程是0+10V） 声光传感器主要有以下两种：(1)散射式 在发光管和光敏电阻之间设置遮光屏，无声光时光敏元件接收不到号，有声光时使光敏元件发出信号。(2) 离子式 用放射性同位素镅Am241放射出微量的a射线，使附近空气电离，当平行板电极间有直流电压时，产生离子电流Ik。有声光时，微粒将离子吸附，而且离子本身也吸收a射线，其结果是离子Ik减小。若有一个密封装有纯净空气的离子室作为参比元件，将两者的离子电流比较，就可以排除外界干扰，得到可靠的检测结果。在本次设计中，我们选用NIS-09声光传感器。它是离子式烟雾传感器，是日本NEMOTO公司专为检测延误而精心设计的新型传感器。 检测方式：离子型，一源两室。 放射参数：电源电压是DC 9V，输出电压是5.6+0.4V 。 电流损耗是27+3pA ，灵敏度是0.6+0.1V。特性参数如下表所示： a灵敏度特性（根据UL217标准风速0.1M/秒） b电源电压特性（25 60RH） c温湿度特性（温度60） d温度特性（温度25）源：放射元素是媚241，放射量是平均33.3KBq=0.9uCi（29K37KBq）。 工作环境： 电源电压是DC6.0-18.0V，最大24V；温度是0-50，最大-10-60，温度95。保存温度-25-80，温度95。典型特性:电源电压输出电压(V)63.30.395.60.4128.00.71510.00.851813.01.0(a)电源电压特性声光强度（%英尺）输出电压（V）误差（V）05.60.4015.30.50.30.125.00.50.60.134.70.50.90.244.40.51.20.254.20.51.40.2(b)灵敏度特性温度()输出（V）05.150.4255.60.4505.850.4（c）温度特性湿度（%C）输出（V）305.750.5605.60.4905.450.4 (d)湿度特性表3-8 特性参数长期稳定性测验如下表所示：表3-9 长期稳定性测验名称方法标准高温存储特性高温805不通电的情况存储72小时保持特性参数不变，不变形、不变色、不产生裂纹低温存储特性低温-3005不通电的情况存储72小时保持特性参数不变，不变形、不变色、不产生裂纹高温存储特性在405，805RH不通电的情况存储72小时保持特性参数不变，不变形、不变色、不产生裂纹震动实验共振频率10-35HZ，振幅5HZ0.25，如果不产生共振，则用频率35HZ震荡4小时保持特性参数不变，不变形、不变色、不产生裂纹震动实验三个不同方向把器件从1M高度自由落体跌落到木板上保持特性参数不变，不变形、不变色、不产生裂纹3.2.2 AD574A简介AD574A型快速12位逐次比较式AD转换器为美国模拟器件公司产品。一次转换时间为25s，转换速率为40MSPS，分辨率12位，非线性误差小于1/2LSB。采用28脚双立直插式封装，各引脚功能如图3-10所示，图3-11是其管脚图。图3-10 引脚功能图图3-11 管脚图AD574A引脚功能：DB11DB0：12位数据输出线。DB11为最高，DB0为最低，它们可由控制逻辑决定是输出数据还是对外成高阻状态。12/8：数据模式选择。当此引脚输入为高电平时，12为数据并行输出；当此引脚为低电平时，与引脚A0配合，把12位数据分两次输入。应该注意，此引脚不与TTL兼容，若要此引脚为高电平，应直接按脚1；若要此引脚为低电平，应接引脚15。A0：字节选择控制。此引脚有两个功能，一个功能是决定方式是12位是8位。若A0=0，进行全12位转换，转换时间为25us；若A0=1,仅进行8位转换，转换时间为16us，另一个功能是决定输出数据是高8位还是低4位。若A0=0，高8位数据有效；若A0=1，低4位有效，中间4位为“0”，高4位为高阻状态。因此，低4位数据读出时，应遵循左对齐原则（即：高8位+低4位+中间4位的0000）。CS：芯片选择。当CS=0时，AD574A被选中；否则AD574A不进行任何操作。R/C：读/转换选择。当R/C=1时，允许读取结果；当R/C=0，允许A/D转换。 CE：芯片启动信号。CE=1时，允许读取结果，到底是转换还是读取结果与R/C有关。STS：状态信号。STS=1表示正在进行A/D转换，STS=0表示转换已完成。 REFOUT：+10V基准电压输出。REFIN：准电压输入。只有此脚把从“REFOUT”脚输出的基准电压引入到AD574A内部的12位DAC(AD565)，才能进行正常的A/D转换。BIPOFF：双极性补偿。此引脚适当连接，可实现单极性或双极性输入。10VIN：10V量程模拟信号输入端。对单极性信号为10V量程的模拟信号输入端，对双极性信号为5V模拟信号输入脚。1420VIN：20V量程输入端。单极性信号为20V量程模拟信号输入端，对双极性信号为10V量程模拟信号输入脚。DG：数字地。各字电路（译码器、门电路、触发器等）及“+5V”的电源地。AG：模拟地。各模拟器件（放大器、比较器、多路开关、取样保持器等）地及“+15V”和“-15V”电源地。VLOG：逻辑电路供电输入端，+5V。VCC：正电源端，VCC=+12+15V。VEE：负电源端，VEE=-15-12V。 AD574A的单极性和双极性输入如图3-12所示图3-12 单极性输入与双极性输入单极性输入电路：如图3-12所示是AD574A系列的模拟量单极性输入电路。当输入电压为VIN=0+10V时，应从引脚10VIN输入，当VIN=020V，应从20VIN输入。数字量D为无符号二进制码，计算公式为D=4096VIN/VFS。图中电位器RP1用于调零，即保证在VIN=0时，输出数字量D为零。双极性输入电路：电路图如图3-12所示。图中RP2用于调整增益，其作用与图中RP2的作用相同。图中RP1用于调整双极性电路输入零点。如果输入信号VIN在-5+5V之间，应从10VIN引脚输入；当VIN在-10+10V之间，应从20VIN引脚输入。根据声光传感器所输出的电压量，故选用单极性输入。3.2.3 AD574A与80C51单片机接口电路AD574A系列的所有型号和功能因脚和排列都相同，因而它们与单片机借口也相同。 AD574A所有型号都有内部始终电路，不需要任何外接器件和连线。图6为AD574A与80C51单片机的接口电路。该电路采用双极性输入方式。根据声光传感器输出电压是5.6+0.4V，在设计时我们选用单极性输入方式。图3-13 AD574A与80C51单片机的接口电路当AD574A与80C51单片机配置时，由于AD574A输出12位数据，所以当单片机读取转换结果时，应分两次进行：当A0=0时，读取高8位；当A0=1时，读取低4位。图中AD574A的STS与80C51的P1.0线相连，故采用查询方式读取转换结果。3.2.4 74LS373简介八D锁存器(3S锁存允许输入有回环特性)简要说明：373为三态输出的八D透明锁存器，共有54/74S373和54/74LS373两种线路结构型式。373的输出端O0O7可直接与总线相连。当三态允许控制端OE为低电平时，O0O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，O0O7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，O随数据D而变。当LE为低电平时，O被锁存在已建立的数据电平。D0D7 数据输入端 OE 三态允许控制端（低电平有效） LE 锁存允许端 O0O7 输出端DnLEOEOnHHLHLHLLXLLQ0XXHZH-表示高电平L-表是低电平X-表示不定电平Z-表是高阻态Q0-表示建立稳态前Q的电平极限值：电源电压：7V输入电压74LS373：7V输出高阻态时高电平电压：5.5V工作环境温度54XXX：-5512574XXX：070存储温度：-65150当74LS373用作地址锁存器时，应使OE为低电平，此时锁存使能端C为高电平时，输出Q0Q7 状态与输入端D1D7状态相同；当C发生负的跳变时，输入端D0D7 数据锁入Q0Q7。51单片机的ALE信号可以直接与74LS373的C连接。在51单片机系统中，常采用74LS373作为地址锁存器使用。其中输入端1D8D接至单片机的P0口，输出端提供的是低8位地址，G端接至单片机的地址锁存允许信号ALE。输出允许端OE接地，表示输出三态门一直打开。3.2.5 声光报警电路声光报警电路由单片机P3.5口控制，输出报警信号(高低电平间隔1 s的脉冲信号)，驱动声光报警电路，直至按复位键RESET和开关键。其中555定时器接成了一个低频多谐振荡器，其控制电压出入端5脚与单片机80C51的P3.5端相连，受P3.5脚输出的脉冲信号控制。由电容C4的充冲放电作用，当P3.51时，555输出脉冲的振荡频率较低，当P3.50时，555输出脉冲的振荡频率较高。该脉冲信号经隔置电容C2加到扬声器上，扬声器将发出高、低交替的2种叫声，同时P3.5脚输出的高低电平间隔1 s的脉冲信号经电阻R1加到发光二极管LED上，LED将闪烁发光，达到声光同时报警的效果。 声光报警电路由555定时器、扬声器和普通发光二极管组成，电路图如图3-14所示。图3-14 声光报警电路3.2.6 LCD12864显示LCD12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864，内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字。也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。LCD12886模块的20个引脚定义如下：GND 逻辑电源地VCC 逻辑电源+5VVL LCD驱动电压RS 数据/指令选择；高电平为数据，低电平为指令R/W 读/写选择；高电平为数据，低电平为数据EN 读写使能，高电平有效，下降沿锁定数据DB0 数据输入输出引脚DB1 数据输入输出引脚DB2 数据输入输出引脚DB3 数据输入输出引脚DB4 数据输入输出引脚DB5 数据输入输出引脚DB6 数据输入输出引脚DB7 数据输入输出引脚CS1 片选择号，低电平时选择前64列CS2 片选择号，低电平时选择后64列RET 复位信号，低电平有效VEE 输出-15V电源给V0提供驱动电源BL 背光电源LCD正级BL 背光电源LCD负极基本特性：（1）低电源电压（VDD：+3.05.5V）（2）显示分辨率：12864点（3）内置汉字字库（4）内置128个1616点阵汉字（5）2MHZ时钟频率（6）显示方式：SIN、半透、正显（7）视角方向：6点（8）通讯方式：串行、并口可选（9）内置DC-DC转换电路（10）工作温度：055具体电路图如3-15：图如3-15 LCD128643.3 总电路的设计根据要求，设计中我选用80C51单片机。80C51单片机的主控电路包括时钟电路、复位电路。两电路的接法在前面分别做了详细的介绍，这里不再赘述。而传感器是将非电量需要转换成与非电量有一定关系的电量。当今信息时代，随着电子计算机技术的非速发展，自动检测，自动控制技术显露非凡的能力，而大多数设备只能处理电信号，也就需要把被测，被控非电量的信息通过传感器转换成电信号。可见，传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。没有传感器对原始信息进行精确可靠的捕捉和转换，就没有现代自动检测和自动控制系统。没有传感器就没有现代科学技术的迅速发展。设计中，传感器我们选择的是NIS-09声光传感器。必须利用微粒的特点检测。而NIS-09声光传感器它的性能参数是我们选择它理由。声光传感器连接在A/D转换器的输入接口。 我们将主控电路和外围接口电路（80C51与A/D转换器的接口电路、80C51与声光报警电路、LCD12864显示）连接起来，就得到了基于80C51的声光报警总电路图。当外部环境达到一定值时，声光传感器就会产生模拟电压，将它作为输出的模拟信号经AD574A转换器转换为80C51单片机所能识别的数字电压量。通过P1.0检测信号。当有信号输入时，经程序设定就会驱动80C51单片机的P3.5。LCD12864会显示当时所测量的信号温度。而P3.5是与声光报警电路相连接的。综上所述，得出总电路图如图3-16所示：（附在26页）3.4 本章总结本章是次自设计中的重点。对火灾探测器报警系统中各个硬件都进行了具体的设计，根据火灾报警的流程图，对探测器、单片机、AD转换器、LCD显示、声光报警器进行了详细的介绍与设计。具体过程是当NIS-09探测器检验到信号传输模拟信号，通过AD转换器转换成数字信号给单片机，然后声光报警器进行报警。此时LCD12864会显示出当时报警的温度。对本次设计所用的芯片具体结构各个引脚及连接方法也进行了具体的介绍。以便更好的完成本次设计。图3-16 总电路图第4章 软件的实现第4章 软件的实现4.1 编程KEIL环境的介绍编程KEIL环境介绍 Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 KEILC51标准C编译器为80C51微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51编译器的功能不断增强，更加贴近CPU本身，及其它的衍生产品。C51已被完全集成到uVision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编 器，实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision2 IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具会令你事半功倍。C51 V7版本是目前最高效、灵活的8051开发平台。它可以支持所有8051的衍生产品，也可以支持所有兼容的仿真器，同时支持其它第三 方开发工具。因此，C51 V7版本无疑是8051开发用户的最佳选择。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 C51工具包的整体结构， uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(ID