一氧化碳报警设计

1、天津大学网络教育学院专科毕业论文题目:氧化碳报警设计完成期限：2016年1月8日至2016年4月20日学习中心：嘉兴专业名称：电气自动化技术学生姓名：陈应初学生学号：132092433047指导教师：刘斌天津大学网络教育学院专科毕业论文一氧化碳报警设计第一章一氧化碳报警器简介设计出性能更加可靠，经济实惠的一氧化碳报警器。我们应该对国家标准规 定的燃气报警器的种类有所了解。燃气报警器可分为可燃气体泄漏仪（简称“检 漏仪”），可燃气体报警控制器（简称“控制器”）、可燃气体探测器（简称“探测 器”）、可燃气体报警器（简称“报警器”）四大系列产品。可燃气报警器的核心 是气体传感器，俗称“电子鼻”。当气

2、体传感器遇到燃气时，传感器电阻随燃气 浓度而变化，随之产生电信号，供燃气报警器后继线路处理。经过电子路线处理 变成浓度成比例变化的电压信号，由线性电路加以补偿，使信号线性化，经微机 处理、逻辑分析，输出各种控制信号，即当燃气浓度达到报警设定值时，燃气报 警器发出声光报警信号。如果环境中co含量超出安全范围，常人很难发现，为 了保证人们生命健康和正常生产不受影响，实时检测co含量十分重要。所以基 于单片机设计制作一氧化碳报警器，来保障人们的生命财产安全。意义在于：（1）成本低廉并能对一氧化碳准确报警。（2）该产品不需专业人员操作，只要放在合适位置，通电即可，连续使用 方便，操作简单。（3）能起到

3、预防一氧化碳中毒的效果，使人们安全放心的工作。（4）出现一氧化碳漏或者着火时，报警器能够立即鸣笛报警，告之工作人 员及时采取措施。第二章设计方案第一节单片机的介绍和选用单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处 理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O 和中断 系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟 多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算 机系统，目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单 片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯

4、与数 据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡， 民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程 控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机,更不用说自动控制领域的机器人、 智能仪表以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计 算机应用与智能化控制的科学家、工程师。设计选用ATME1公司的AT89C51和美国国家半导体公司生产的ADC080o第二节设计要求及思路设计要求：报警器需在一氧化碳浓度达到lOOppm时启动报警。具体实现如下功能：（1）系统要求设置正常工作状态除正常工作状态外,LED红灯处于熄灭状态, 蜂鸣器处于关闭状

5、态。（2）在正常工作状态下，绿灯应长亮。当室内一氧化碳浓度达到lOOppm 时系统应启动蜂鸣器报警，红灯闪烁。设计思路：采用单个传感器检测气体浓度，将检测结果通过高精度运算放大 器放大后送入模/数转换芯片中进行转换，传给单片机进行数据处理。处理后的 信息将通过单片机控制，驱动报警。第三节初始方案与确定（1）初始设计以设计思路展开研究：根据该设计要实现的基本功能，设计大概应该分为信号接收，信号处理，信 号控制和信号响应四个部分。A.信号采集接收部分即通过检测一氧化碳气体浓度，并将这种变化量转换成 电压或者电流等模拟量的变化B.信号处理部分是将接收部分得到的电压或电流等变化进行必要放大，为后 一部

6、分信号控制提供准备。C.信号控制部分是通过预定控制方式等实现对设计要求的准确操作。D.信号响应是通过事故处理部分和显示部分实现控制部分的要求。（2）对上述四个部分进行分析，得到如下一些基本的结论：A.信号接收部分为了能准且采集到气体浓度的变化应选用传感器敏感器件，为使其有效部分的检测房间中气体浓度，必须选用高温一氧化碳传感器。B.信号处理部分应该根据实际情况选用电荷放大，或比较器等装置，这部分 电路将包含在传感器接口电路中。C.控制部分为了实现精确控制，采用单片机较为合适。D.信号响应及报警部分，用蜂鸣器和LED灯即可。根据对上面设计系统的分析，我们得到该设计思想框图如下图2.1所示：图2.1

7、设计思想框图(2)方案确定经过分析采用初始方案设计，即用单个传感器检测一氧化碳气体浓度，将 检测到的浓度结果通过运算放大器放大后送入模/数芯片ADC0809中进行模一数 转换，传入单片机中，由AT89c51单片机处理数据，并利用单片机控制报警器进 行声音报警。分析：此设计十分简单，也十分实用。虽然对气体浓度的采集不是很精确， 但报警方面已经十分符合设计目的。第四节系统组成本设计属于单片机应用系统。单片机在系统检测以及工程控制方面的应用， 是典型的嵌入式系统。通常将满足海量高速数据计算的计算机称为通用计算机系 统；而把面向工控领域对象，嵌入到工控系统中，实现嵌入式应用的计算机称之 为嵌入式计算机

8、系统，简称嵌入式系统。嵌入式系统分为四种：工控机，通用 CPU模块，嵌入式微处理，单片机。嵌入式系统具有以下特点：(1)面对控制对象。如传感器信号输入、人机交互操作、伺服驱动等。(2)嵌入到工控应用系统中的结构形态。(3)能在工业现场环境中可靠运行的品质。(4)突出控制功能。如对外部信息的捕捉、对控制对象实时控制和有突出控 制功能的指令系统(I/O控制、位操作和转移指令等)。单片机有唯一的专门为嵌入式应用系统设计的体系结构与指令系统，最能满 足嵌入式应用要求。单片机是完全按嵌入式系统要求设计的单芯片形态应用系统，能满足面对控制对象、应用系统的嵌入、现场的可靠 运行及非凡的控制品质等要求，是发展

9、最快、品种最多、数量最大的嵌入式系统。第五节一氧化碳报警器系统的三大部分单片机应用系统的结构分三个层次。（1）单片机：通常指应用系统主处理机，即所选择的单片机器件。（2）单片机系统：指按照单片机的技术要求和嵌入对象的资源要求而构成 的基本系统，如时钟电路、复位电路和扩展存储器等与单片机构成了单片机系统。（3）单片机应用系统：能满足嵌入对象要求的全部电路系统。在单片机系 统的基础上加上面向对象的接口电路，如前向通道、后向通道、人机交互通道（键 盘、显示器、打印机等）和串行通行口（RS232）以及应用程序等。（单片机应用系统三个层次的关系如图2. 2：图2. 2单片机应用系统三个层次的关系以此理解

10、，一氧化碳报警器同样具有单片机应用系统的三个层次。其中以AT89c51 单片机为核心构成单片机系统。在此系统中，检测信号进入单片机进行运算处理。 为了更好的理清设计思路，将整个系统细分为三部分加以设计说明。整个报警器 由三个部分组成，分为三大模块：浓度检测模块、主控模块和报警模块。在本次 设计中，使用的核心器件是单片机和一氧化碳传感器。为了保重整个系统可靠的运行，设计中必须明确三大 部分的实际联系：以单片机为中心，其他各大模块一一展开。其中，浓度检测及 显示模块所实现的功能是将房间中的一氧化碳浓度值转换成为单片机能够处理 的数字信号，并且浓度值显示出来：主控模块以单片机为主，对其他模块的运行进

11、行控制；报警模块是此系统 的外部电路，它的功能是实现报警。系统框图如图2. 3所示。图2. 3 一氧化碳报警器系统组成框图下面就对各个模块的功能和实现形式做简单介绍(1)气体浓度检测模块一氧化碳报警器主要采用高稳定一氧化碳气体传感器MQ-7检测房间气体浓 度，检测结果通过高精度运算放大器放大后送入模/数转换芯片ADC0809中进行 转换(2)主控模块系统采用单片机控制，用的是AT89c51单片机,AT89c51单片机是美国Intel 公司推出的一种4K字节可编程FLASH存储器，低电压、高性能CMOS 8位微 处理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次，数据可保留10 年。它的主要

12、功能既是和ADC0809芯片一起共同接受检测信号，乂可以通过对数 字型号的处理来控制外围电路以及显示电路。模数转换芯片采用ADC0809,接收 经过运算放大器处理后的一氧化碳传感器的检测值，检测结果通过ADC0809处理 后才传给单片机进行数据处理。处理后的信息将通过 单片机控制，以驱动报警。（3）报警模块此模块主要有蜂鸣器、LED灯组成，在气体浓度过大，超过安全值时，蜂鸣 器工作，提供报警服务。至此，本系统的三大模块功能和设计思路已经确立，下文将介绍整个系统的 详细设计过程。并且给出设计电路。第二章硬件电路设计第一节单片机基础知识简介介绍及主控电路设计在实际的应用中，基本知识的掌握程度至关重

13、要，他影响到应用的好坏。硬 件知识用来设计硬件电路，软件知识用来设计芯片处理数据的先后顺序，数据的 获得途径以及对数据做怎样的处理，还有其他的一些驱动和显示功能等等。本设 计用到的硬件知识主要有：电子技术、单片机技术。在电子技术方面分为模拟电 子技术和数字电子技术，模拟电子技术主要用来放大传感器检测信号和驱动反光 二极管以及显示穿管器检测气体浓度；数字电子技术用来把模拟量转换成数字量, 把从刚起检测到的模拟量转换成数字值。利用单片机实现综合控制。主控电路中，以单片机为主体，通过分析A/D转换的得到的数字值， 控制事故处理模块运行。设计采用的是AT89C51型单片机,AT89c51是一种 带4K

14、字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处 理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。由 于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是 一种高效微控制器，AT89c2051是它的一种精简版本。AT89c单片机为很多 嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图 3. 1所示P1.0国VCCPl. 1国 P0. 0/ (ADO)P1.2PO. i/(ADl)P1.3gP0.2/(AD2)P1.4A国 P0. 3/ (AD3)P1.5阿 P0.4/(AD4)P1.6国 P0.5/(AD5)PI.7国

15、 PO. 6/ (AD6)RST国 PO. 7/ (AD7)(RXD)P3.0回EX/vpp(TXD)P3. 1AT89C51 顾 ALE/PROC(ITOP3.2四 PSEN(INT1)P3. 3厘 P2.7/Q15)(TO) Pl 4回 P2.6/M14)(TDP3.5国 P2.5/(A13)丽P3.6国 P2.4(A12)(O)P3. 7IM国P2.3/(A11)XTAL2晅国 P2.2/(AiO)XTAL1画囱 P2.1/(A9)GM)圆国 P2.0/(A8)AT89C51的引脚排列三种单片机的外形图图3.1单片机外形及引脚排列图（1）主要特性：与MCS-51兼容4K字节可编程闪烁存储

16、器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24MHz三级程序存储器锁定128X8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路（2）管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0 口： P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电 流。当P0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。P1 n： P1 口是一

17、个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 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。P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 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

18、。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。P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 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 口也可作为AT89c51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能P3. 0 RXD （串行输入口）P3. 1 TXD （串行输出口）P3. 2 /INTO （外部中断0）

19、P3. 3 /INT1 （外部中断1）P3.4 T0 （记时器0外部输入）P3. 5 T1 （记时器1外部输入）P3.6 /WR （外部数据存储器写选通）P3.7 /RD （外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。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。ALE/PROG：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

20、用 作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执 行MOVX, MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处 理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外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/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN信号将不出现。EA/VPP ：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器 （0000H-FFFFH）,不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA 将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序

21、存储器。在FLASH 编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。（3）振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为 片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无 任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。（4）芯片擦除:整个PER0M阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合， 并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操

22、作中，代码阵列全被 写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑， 支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM,定 时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内 容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。9天津大学网络教育学院专科毕业论文(5)串口通讯：单片机的结构和特殊寄存器，这是你编写软件的关键。至于串口通信需要用 到那些特殊功能寄存器呢，它们是SCON, TCON, TMOD, SCON等，各代表什么含 义呢？ SBUF数据缓冲寄存器这是

23、一个可以直接寻址的串行口专用寄存器。 有朋友这样问起过“为何在串行口收发中，都只是使用到同一个寄存器SBUF? 而不是收发各用一个寄存器。”实际上SBUF包含了两个独立的寄存器，一个是 发送寄存，另一个是接收寄存器，但它们都共同使用同一个寻址地址一99H。CPU 在读SBUF时会指到接收寄存器，在写时会指到发送寄存器，而且接收寄存器是 双缓冲寄存器，这样可以避免接收中断没有及时的被响应，数据没有被取走，下一帧数据已到来，而造成的数据重叠问题。发送器则不需要用到双 缓冲，一般情况下我们在写发送程序时也不必用到发送中断去外理发送数据。操 作SBUF寄存器的方法则很简单，只要把这个99H地址用关键字

24、sfr定义为一个 变量就可以对其进行读写操作了，如sfr SBUF=0x99;当然你也可以用其它的 名称。通常在标准的reg51.h或at89x51.h等头文件中已对其做了定义，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设备中为了监视或控制接口状态，都 会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。它的寻址 地址是98H,是一个可以位寻址的寄存器，作用就是监视和控制51芯片串行口 的工作状态。51芯片的串口可以工作在几个不同的工作模式下，其工作模式的 设置就是使用SCON寄存器。它的各个位的具体定义如下：SMO SMI SM2 REN TB8

25、RB8 TI RISMO、SM1为串行口工作模式设置位，这样两位可以对应进行四种模式的设 置。串行工作模式设置。SMO SM1模式功能波特率0 0 0同步移位寄存器fosc/120 1 1 8位UART可变1 0 2 9 位 UART fosc/32 或 fosc/641 1 3 9位UART可变在这里只说明最常用的模式1,其它的模式也就一一略过，有兴趣的朋友可 以找相关的硬件资料查看。表中的fosc代表振荡器的频率，也就是晶振的频率。 UART 为(Universal Asynchronous Receiver)的英文缩写。SM2在模式2、模式3中为多处理机通信使能位。在模式0中要求该位为0

26、。 REM为允许接收位，REM置1时串口允许接收，置0时禁止接收。REM是由软天津大学网络教育学院专科毕业论文件置位或清零。如果在一个电路中接收和发送引脚P3.0,P3. 1都和上位机相连, 在软件上有串口中断处理程序，当要求在处理某个子程序时不允许串口被上位机 来的控制字符产生中断，那么可以在这个子程序的开始处加入REM二0来禁止接 收，在子程序结束处加入REM=1再次打开串口接收。大家也可以用上面的实际 源码加入REM二0来进行实验。TB8发送数据位8,在模式2和3是要发送的第9位。该位可以用软件根据需要置位或清除，通常这位在通信协议中做奇 偶位，在多处理机通信中这一位则用于表示是地址帧还

27、是数据帧。RB8接收数据位8,在模式2和3是已接收数据的第9位。该位可能是奇 偶位，地址/数据标识位。在模式0中，RB8为保留位没有被使用。在模式1中， 当SM2=0, RB8是已接收数据的停止位。TI发送中断标识位。在模式0,发送完第8位数据时，由硬件置位。其它 模式中则是在发送停止位之初，由硬件置位。TI置位后，申请中断，CPU响应 中断后，发送下一帧数据。在任何模式下，TI都必须由软件来清除，也就是说在数据写入到SBUF 后，硬件发送数据，中断响应（如中断打开），这时TI=1,表明发送已完成，TI 不会由硬件清除，所以这时必须用软件对其清零。RI接收中断标识位。在模式0,接收第8位结束时

28、，由硬件置位。其它模 式中则是在接收停止位的半中间，由硬件置位。RI=1,申请中断，要求CPU取 走数据。但在模式1中，SM2二1时，当未收到有效的停止位，则不会对RI置位。 同样RI也必须要靠软件清除。常用的串口模式1是传输10个位的，1位起始 位为0,8位数据位，低位在先，1位停止位为1。它的波特率是可变的，其速率 是取决于定时器1或定时器2的定时值（溢出速率）。AT89c51和AT89c2051等 51系列芯片只有两个定时器，定时器0和定时器1,而定时器2是89c52系列 芯片才有的。波特率在使用串口做通讯时，一个很重要的参数就是波特率，只有上下位机 的波特率一样时才可以进行正常通讯。波

29、特率是指串行端口每秒内可以传输的波 特位数。有一些初学的朋友认为波特率是指每秒传输的字节数，如标准9600会 被误认为每秒种可以传送9600个字节，而实际上它是指每秒可以传送9600个 二进位，而一个字节要8个二进位，如用串口模式1来传输那么加上起始位和 停止位，每个数据字节就要占用10个二进位，9600波特率用模式1传输时，每秒传输的字节数是9600+10 = 960字节。51芯 片的串口工作模式0的波特率是固定的，为fosc/12,以一个12M的晶振来计算，那么 它的波特率可以达到1M。模式2的波特率是固定在fosc/64或fosc/32,具体 用那一种就取决于PCON寄存器中的SMOD位

30、，如SMOD为0,波特率为focs/64, SM0D为1,波特率 为focs/32。模式1和模式3的波特率是可变的，取决于定时器1或2 (52芯 片)的溢出速率。那么我们怎么去计算这两个模式的波特率设置时相关的寄存器的值呢？可以用以下的公式去计算。波特率=(2SM0D4-32) X定时器1溢出速率上式中如设置了 PC0N寄存器中的SM0D位为1时就可以把波特率提升2倍。 通常会使用定时器1工作在定时器工作模式2下，这时定时值中的TL1做为计 数，TH1做为自动重装值，这个定时模式下，定时器溢出后，TH1的值会自动 装载到TL1,再次开始计数，这样可以不用软件去干预，使得定时更准确。在这 个定时

31、模式2下定时器1溢出速率的计算公式如下：溢出速率=(计数速率)/(256 TH1)上式中的“计数速率”与所使用的晶体振荡器频率有关，在51芯片中定时 器启动后会在每一个机器周期使定时寄存器TH的值增加一，一个机器周期等于 十二个振荡周期，所以可以得知51芯片的计数速率为晶体振荡器频率的1/12, 一个12M的晶振用在51芯片上，那么51的计数速率就为1M。通常用11. 0592M 晶体是为了得到标准的无误差的波特率，那么为何呢？计算一下就知道了。如我 们要得到9600的波特率，晶振为11.0592M 和12M,定时器1为模式2, SMOD设为1,分别看看那所要求的TH1为何值。 代入公式：11

32、. 0592M9600= (24-32) X (11. 0592M/12)/(256-THl)TH1 = 25O12M9600=(24-32) X (12M/12)/(256-THl)TH1249. 49上面的计算可以看出使用12M晶体的时候计算出来的TH1不为整数，而TH1 的值只能取整数，这样它就会有一定的误差存在不能产生精确的9600波特率。 当然一定的误差是可以在使用中被接受的，就算使用11.0592M的晶体振荡器也 会因晶体本身所存在的误差使波特率产生误差，但晶体本身的误差对波特率的影 响是十分之小的，可以忽略不计。第二节模数转换部分电路设计模数转换部分采用ADC0809芯片。ADC

33、0809是M美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次 逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁 存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目 12天津大学网络教育学院专科毕业论文前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。（1）主要特性：（1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。（2）具有转换起停控制端。（3）转换时间为100 U s（时钟为640kHz时），130 u s （时钟为500kHz 时）（4）单个+ 5V电源供电（5）模拟输入电压范围0+ 5V,不需零点和满刻度校准。（6）工作温度范围为-40+ 85摄氏度（7）低

34、功耗，约（2）内部结构：ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A / D转换器，内部结构如图13. 22 所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D 转换器、逐次逼近。（3）外部特性（引脚功能）：ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图13. 23所示。 下面说明各引脚功能。IN0-IN7： 8路模拟量输入端。2-12-8： 8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC： 3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽） 使其启动（脉

35、冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个 高电平（转换期间一直为低电平）。0E：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此 端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。REF （ + ）、REF （-）：基准电压。VCC：电源，单一+ 5V。GND：地。其内部结构及引脚图如图3. 2所示天津大学网络教育学院专科毕业论文F( 乂START，CIXXK (比转换A DMA DI)B ADIX- ALEI出: DK l)B l)H& l出j

36、 i)Br DBiI讯START -K(K- Ds-<»E-C1XXK-13-I'kC" i -GND- Di-DI)A DI)B !MX-16图3. 2ADC0809内部图及引脚图（4） ADC0809的工作过程:首先输入3位地址，并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中。此地址经 译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。 下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到 A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁 存器，这个信号可用作中断申请。当0E输入高电平时，输出三态门打开，

37、 转换结果的数字量输出到数据总线上。转换数据的传送A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。 数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进 行传送。为此可采用下述三种方式。（1）定时传送方式对于一种A/D转换其来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固 定的。例如ADC0809转换时间为128 u s,相当于6MHz的MCS-51单片机共 64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子 程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。（2）查询方式A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因 此

38、可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进 行数据传送。（3）中断方式把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进 行数据传送。不管使用上述那种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行 数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，0E信号即有效，把转换数据 送上数据总线，供单片机接受。图3. 3 ADC0809与单片机连接方式第三节传感器部分电路设计（1）传感器的定义人们通常将能把非电量转换成电量的器件称为传感器，传感器实质是一种功 能模块，起作用是将来之外界的各种信号转换成电信号：它是实现测试与自动控 制系统的首要环节。（2）传感器的作用传感器是乂称

39、之为电五官，是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。 在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过 程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。 没有众多的优良的传感器,现代化生产也就失去了基础。传感器技术在发展经济、 推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的 发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称 的新水平。（3）传感器的组成传感器一般由敏感元件、传感元件和测量电路三部分组成有时还加上辅助 电源。通常可用方框图表示，如下图3. 4所示：图3. 5方框图敏感元件一一直接感受被

40、测量，并输出与被测量成确定关系的其他量的元件。传感元件一一乂称变换器，传感元件可以直接感受被测量而输出与被测量成 确定关系的电量。也可以不直接感受被测量，而只感受与被测量成确定关系的其 他非电量。测量电路一一能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、控制和处 理的有用电信号的电路。使用较多的是电桥电路，也是用其他特殊电路，如高阻 抗输入电路、脉冲调宽电路、维持震荡的激振电路等。由于传感元件的输出信号 一般比较小，为了便于与显示和记录，大多数测量电路还包括了放大器。（4）传感器的分类1 .根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类：a.物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁

41、致拉伸现象，离 化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成 电信号。b.化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关 系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。有些传感器既不能 划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。2 .按照其用途，传感器可分类为：a.压力敏和力敏传感器，b.位置传感器，c.液面传感器，d.能耗传感 器，e.速度传感器，f.加速度传感器，g.射线辐射传感器，h.热敏传感器， i. 24GHz雷达传感器。天津大学网络教育学院专科毕业论文3 .按照其原理，传感器可分类为：a.振动传感器，b.湿敏传感器，c.

42、磁敏传感器，d.气敏传感器，e.真 空度传感器f.生物传感器等。4 .以其输出信号为标准可将传感器分为：a.模拟传感器，b.数字传感器，c.膺数字传感器，d.开关传感器。5 .所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类：按照其所用材料的类别分：金属、聚合物、陶瓷、混合物按材料的物理性质分：导体、绝缘体、半导体、磁性材料按材料的晶体结构分：单晶、多晶、非晶材料6 .按照其制造工艺，可以将传感器区分为：a.集成传感器b.薄膜传感器c.厚膜传感器d.陶瓷传感器每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投 入较低，以及传感器参数的高稳定性等原因，采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。(4

43、)传感器的设计要点根据以上对传感器的相关知识的介绍，我们可以明确传感器是测量、 控制系统的，必须具备良好的性能。在设计中应该注意以下要点：输入和输出之间成比例，直线性好、灵敏度高、分辨力强、测量范 围宽。滞后、漂移误差小动态特性好功耗小时间老化特性优良与被测体匹配良好，既不因接入传感器而使得被测对象受到影响， 受被测量之外的影响小。体积小、重量轻、价格低廉。故障率低，易于校准和维护。由于传感元件的输出信号一边比较小，为了便于能够驱动控制电路， 在传感器电路中还应该包括放大器。鉴于以上选择要点，本文中用到的传感器必须具备良好的测量效果、 功耗小、动态特性良好和体积小、重量轻、价格低廉等几个主要特

44、性。为 此我们选择了 MQ-7系列传感器。(5)传感器与ADC0809的连接天津大学网络教育学院专科毕业论文检测数据从INO 口输入，转换完毕送给单片机P1 口供单片机进行数据处理。 连接电路图如图3.6：24图3. 6传感器与ADC0809连接电路图第四节报警电路的设计报警电路采用了蜂鸣器以及放光二极管。在设计中，单片机的 P2. 0, P2. 1,P2. 2 分别控制灯以及蜂鸣器，通过编程让传感器的数据和给定值进行比较。如果大于则报图3. 7报警器电路图第三章软件设计第一节单片机编程本次设计用汇编语言编写程序。由于程序十分简单，所以用汇编语言能够更 直观更便于理解。下面介绍一下汇编语言：汇

45、编语言是面向机器的程序设计语言。在汇编语言中，用助记符代替操作码, 用地址符号或标号代替地址码。这样用符号代替机器语言的二进制码，就把机器 语言变成了汇编语言。于是汇编语言亦称为符号语言。使用汇编语言编写的程序, 机器不能宜接识别，要由一种程序将汇编语言翻译成机器语言，这种起翻译作用 的程序叫汇编程序，汇编程序是系统软件中语言处理系统软件。汇编程序把汇编 语言翻译成机器语言的过程称为汇编。第二节汇编语言概况汇编语言是一种功能很强的程序设计语言，也是利用计算机所有硬件特 性并能直接控制硬件的语言。汇编语言，作为一门语言，对应于高级语言的编 译器，需要一个“汇编器”来把汇编语言原文件汇编成机器可执

46、行的代码。高级 的汇编器如MASM, TASM等等为我们写汇编程序提供了很多类似于高级语言的特 征，比如结构化、抽象等。在这样的环境中编写的汇编程序，有很大一部分是面 向汇编器的伪指令，已经类同于高级语言。现在的汇编环境已经如此高级，即使 全部用汇编语言来编写windows的应用程序也是可行的，但这不是汇编语言的长 处。汇编语言的长处在于编写高效且需要对机器硬件精确控制的程序。(1)汇编语言直接同计算机的底层软件甚至硬件进行交互，它具有如下一些优点:1 .能够直接访问与硬件相关的存储器或I/O端口；2 .能够不受编译器的限制，对生成的二进制代码进行完全的控制；3 .能够对关键代码进行更准确的控

47、制，避免因线程共同访问或者硬件 设备共享引起的死锁；4 .能够根据特定的应用对代码做最佳的优化，提高运行速度；5 .能够最大限度地发挥硬件的功能。（2）汇编语言是一种层次非常低的语言，它仅仅高于直接手工编写二 进制的机器指令码，因此不可避免地存在一些缺点：1 .编写的代码非常难懂，不好维护；2 .很容易产生bug,难于调试；3 .只能针对特定的体系结构和处理器进行优化；4 .开发效率很低，时间长且单调。（3）汇编语言的特点：1 .面向机器的低级语言，通常是为特定的计算机或系列计算机专门设 计的。2 .保持了机器语言的优点，具有直接和简捷的特点。3 .可有效地访问、控制计算机的各种硬件设备，如磁

48、盘、存储器、CPU、 I/O端口等。4 .目标代码简短，占用内存少，执行速度快，是高效的程序设计语言。5 .经常与高级语言配合使用，应用十分广泛。对于不同型号的计算机，有着不同的结构的汇编语言。汇编语言由于采用了助记符号来编写程序，比用机器语言的二进制代 码编程要方便些，在一定程度上简化了编程过程。汇编语言的特点是用符 号代替了机器指令代码，而且助记符与指令代码一一对应，基本保留了机 器语言的灵活性。使用汇编语言能面向机器并较好地发挥机器的特性，得到质量较高的程序。汇编语言是面向具体机型的，它离不开具体计算机的指令系统，因此， 对于不同型号的计算机，有着不同的结构的汇编语言，而且，对于同一问 题所编制的汇编语言程序在不同种类的计算机间是互不相通的。汇编语言中由于使用了助记符号，用汇编语言编制的程序输入计算机, 计算机不能象用机器语言编写的程序一样直接识别和执行，必须通过预先 放入计算机的汇编程序中进行加工和翻译，才能变成能够被计算机直接识别和处理的二进制代码程序。用汇编语言等非机器语言书写好的符号