基于單片機一氧化碳報警器設(shè)計

1、成都電子機械高等?？茖W(xué)校成教院畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）論文題目： 基于單片機一氧化碳報警設(shè)計教 學(xué) 點： 指導(dǎo)老師： 職 稱： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號: 專 業(yè)： 機電一體化成都電子機械高等?？茖W(xué)校成教院制 年 月 日成都電子機械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書題目： 基于PLC控制霓虹燈的設(shè)計任務(wù)與要求：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(chǎn)生電信號，供燃氣報警器后繼線路處理。經(jīng)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(jīng)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(shè)定值時，燃氣報警器發(fā)出聲光報警信號 時間： 2013

2、 年 2 月10 日 至 2013 年 1 月 15 日 共 9 周教 學(xué) 點： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)： 電氣自動化技術(shù)指導(dǎo)單位或教研室： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 成都電子機械高等?？茖W(xué)校成教院制畢業(yè)設(shè)計(論文)進度計劃表日 期工 作 內(nèi) 容執(zhí) 行 情 況指導(dǎo)教師簽 字月 日 至月 日 月 日至月 日月 日至月 日教師對進度計劃實施情況總評 簽名： 年 月 日 第一章 摘要一氧化碳（CO）為無色、無味、無刺激性氣體，比重0.967，幾乎不溶于水，不易被活性炭吸附。當碳物質(zhì)燃燒不完全時，可產(chǎn)生CO，如人體短時間內(nèi)吸收較高濃度的C0，或濃度雖低，但吸時間較長，均可造成急性中毒。CO與血紅蛋白結(jié)

3、合能力超過氧和血紅蛋白的結(jié)合能力的200-300倍，當CO與血紅蛋白結(jié)合形成的碳氧血紅蛋白含量達到5%時，就會對人體產(chǎn)生慢性損害，達到60%時就會昏迷，達到90%就會死亡。所以基于單片機設(shè)計制作一氧化碳報警器，來保障人們的生命財產(chǎn)安全。 AbstractCarbon monoxide (CO) is a colorless, odorless, non irritant gases, specific gravity 0.967, almost insoluble in water, not easily by activated carbon adsorption. When the inc

4、omplete combustion of carbon material, can produce CO, such as the human body in a short period of time to absorb high levels of C0, or concentration is low, but suck for a long time, all can cause acute poisoning. CO combined with hemoglobin ability more than the combination of oxygen and hemoglobi

5、n ability of 200-300 times, when CO is formed by the combination of carbon and oxygen hemoglobin and hemoglobin content reaches 5%, will produce chronic damage to human body, 60% will be in a coma, and 90% will die. So based on single chip design and production of carbon monoxide alarm, to ensure pe

6、oples life and property security. 目錄第一章 一氧化碳報警器簡介6第二章 設(shè)計方案6第一節(jié) 單片機的介紹和選用6第二節(jié) 設(shè)計要求及思路7第三節(jié) 初始方案與確定7第四節(jié) 系統(tǒng)組成8第五節(jié) 一氧化碳報警器系統(tǒng)的三大部分8第二章 硬件電路設(shè)計11第一節(jié) 單片機基礎(chǔ)知識簡介介紹及主控電路設(shè)計11第二節(jié) 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分電路設(shè)計16第三節(jié) 傳感器部分電路設(shè)計19第四節(jié) 報警電路的設(shè)計22第三章 軟件設(shè)計23第一節(jié) 單片機編程23第二節(jié) 匯編語言概況23第三節(jié) 源程序24結(jié) 論26致 謝27 第一章 一氧化碳報警器簡介設(shè)計出性能更加可靠，經(jīng)濟實惠的一氧化碳報警器。我們應(yīng)該對國

7、家標準規(guī)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(chǎn)品?？扇細鈭缶鞯暮诵氖菤怏w傳感器，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(chǎn)生電信號，供燃氣報警器后繼線路處理。經(jīng)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(jīng)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(shè)定值時，燃氣報警器發(fā)出聲光報警信號。如果環(huán)境中CO含量超出安全范圍，常人很難發(fā)現(xiàn)，為了保證人們生命健康和正常生

8、產(chǎn)不受影響，實時檢測CO含量十分重要。所以基于單片機設(shè)計制作一氧化碳報警器，來保障人們的生命財產(chǎn)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(chǎn)品不需專業(yè)人員操作，只要放在合適位置，通電即可，連續(xù)使用方便，操作簡單。（3）能起到預(yù)防一氧化碳中毒的效果，使人們安全放心的工作。（4）出現(xiàn)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(shè)計方案第一節(jié) 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(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)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口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯

9、示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)，目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)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(tǒng)，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(lǐng)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(xué)習、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。設(shè)計選用ATMEl公司的AT89C51

10、和美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的ADC080。第二節(jié) 設(shè)計要求及思路設(shè)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(xiàn)如下功能：（1）系統(tǒng)要求設(shè)置正常工作狀態(tài)除正常工作狀態(tài)外,LED紅燈處于熄滅狀態(tài)，蜂鳴器處于關(guān)閉狀態(tài)。（2）在正常工作狀態(tài)下，綠燈應(yīng)長亮。當室內(nèi)一氧化碳濃度達到100ppm時系統(tǒng)應(yīng)啟動蜂鳴器報警，紅燈閃爍。設(shè)計思路：采用單個傳感器檢測氣體濃度，將檢測結(jié)果通過高精度運算放大器放大后送入模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片中進行轉(zhuǎn)換，傳給單片機進行數(shù)據(jù)處理。處理后的信息將通過單片機控制，驅(qū)動報警。第三節(jié) 初始方案與確定（1）初始設(shè)計以設(shè)計思路展開研究：根據(jù)該設(shè)計要實現(xiàn)的基本功能，設(shè)計大概應(yīng)該

11、分為信號接收，信號處理，信號控制和信號響應(yīng)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(zhuǎn)換成電壓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(yù)定控制方式等實現(xiàn)對設(shè)計要求的準確操作。 D.信號響應(yīng)是通過事故處理部分和顯示部分實現(xiàn)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(jié)論： A.信號接收部分為了能準且采集到氣體濃度的變化應(yīng)選用傳感器敏感器件，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(yīng)該根據(jù)實際情況選用電荷

12、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(xiàn)精確控制，采用單片機較為合適。 D.信號響應(yīng)及報警部分，用蜂鳴器和LED燈即可。根據(jù)對上面設(shè)計系統(tǒng)的分析，我們得到該設(shè)計思想框圖如下圖2.1所示：信 號響 應(yīng)裝 置信 號控 制裝 置信 號處 理裝 置信 號接 收裝 置 圖2.1 設(shè)計思想框圖（2）方案確定經(jīng)過分析采用初始方案設(shè)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(jié)果通過運算放大器放大后送入模/數(shù)芯片ADC0809中進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，傳入單片機中，由AT89C51單片機處理數(shù)據(jù)，并利用單片機控制報警器進行聲音報警。分析：此設(shè)計十分簡單，也十分實用。雖然

13、對氣體濃度的采集不是很精確，但報警方面已經(jīng)十分符合設(shè)計目的。第四節(jié) 系統(tǒng)組成本設(shè)計屬于單片機應(yīng)用系統(tǒng)。單片機在系統(tǒng)檢測以及工程控制方面的應(yīng)用，是典型的嵌入式系統(tǒng)。通常將滿足海量高速數(shù)據(jù)計算的計算機稱為通用計算機系統(tǒng)；而把面向工控領(lǐng)域?qū)ο螅度氲焦た叵到y(tǒng)中，實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計算機稱之為嵌入式計算機系統(tǒng)，簡稱嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)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(tǒng)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(qū)動等。(2)嵌入到工控應(yīng)用系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)形態(tài)。(3)能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中可靠運行的品質(zhì)。(4)突出控制功能。如對外部信息的捕捉、對控制對象

14、實時控制和有突出控制功能的指令系統(tǒng)（I/O控制、位操作和轉(zhuǎn)移指令等）。單片機有唯一的專門為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)，最能滿足嵌入式應(yīng)用要求。單片機是完全按嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計的單芯片形態(tài)應(yīng)用系統(tǒng)，能滿足面對控制對象、應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入、現(xiàn)場的可靠運行及非凡的控制品質(zhì)等要求，是發(fā)展最快、品種最多、數(shù)量最大的嵌入式系統(tǒng)。第五節(jié) 一氧化碳報警器系統(tǒng)的三大部分單片機應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分三個層次。（1）單片機：通常指應(yīng)用系統(tǒng)主處理機，即所選擇的單片機器件。（2）單片機系統(tǒng)：指按照單片機的技術(shù)要求和嵌入對象的資源要求而構(gòu)成的基本系統(tǒng)，如時鐘電路、復(fù)位電路和擴展存儲器等與單片機構(gòu)成了單片機系統(tǒng)。（3）單

15、片機應(yīng)用系統(tǒng)：能滿足嵌入對象要求的全部電路系統(tǒng)。在單片機系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上面向?qū)ο蟮慕涌陔娐?，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(yīng)用程序等。（單片機應(yīng)用系統(tǒng)三個層次的關(guān)系如圖2.2：單片機應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用程序單片機系統(tǒng)后向通道前向通道單片機人機交互通道串行通信口圖2.2 單片機應(yīng)用系統(tǒng)三個層次的關(guān)系以此理解，一氧化碳報警器同樣具有單片機應(yīng)用系統(tǒng)的三個層次。其中以AT89C51單片機為核心構(gòu)成單片機系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，檢測信號進入單片機進行運算處理。為了更好的理清設(shè)計思路，將整個系統(tǒng)細分為三部分加以設(shè)計說明。整個報警器由三個部分組成，分為三大模塊：

16、濃度檢測模塊、主控模塊和報警模塊。在本次設(shè)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(tǒng)可靠的運行，設(shè)計中必須明確三大部分的實際聯(lián)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(xiàn)的功能是將房間中的一氧化碳濃度值轉(zhuǎn)換成為單片機能夠處理的數(shù)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(tǒng)的外部電路，它的功能是實現(xiàn)報警。系統(tǒng)框圖如圖2.3所示。AT89C51氣體濃度檢測報警控制圖2.3 一氧化碳報警器系統(tǒng)組成框圖下面就對各個模塊的功能和實現(xiàn)形式做簡單介紹（1）氣體濃度檢測模塊一氧化碳報警器主要采用高穩(wěn)定一氧化碳氣體傳

17、感器MQ-7檢測房間氣體濃度，檢測結(jié)果通過高精度運算放大器放大后送入模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809中進行轉(zhuǎn)換（2）主控模塊系統(tǒng)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(jié)可編程FLASH存儲器，低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次，數(shù)據(jù)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(shù)字型號的處理來控制外圍電路以及顯示電路。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采用ADC0809，接收經(jīng)過運算放大器處理后的一氧化碳傳感器的檢測值，檢測結(jié)果通過ADC0809處理后才傳給單片機進行數(shù)據(jù)

18、處理。處理后的信息將通過單片機控制，以驅(qū)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(wù)。至此，本系統(tǒng)的三大模塊功能和設(shè)計思路已經(jīng)確立，下文將介紹整個系統(tǒng)的詳細設(shè)計過程。并且給出設(shè)計電路。 第二章 硬件電路設(shè)計 第一節(jié) 單片機基礎(chǔ)知識簡介介紹及主控電路設(shè)計在實際的應(yīng)用中，基本知識的掌握程度至關(guān)重要，他影響到應(yīng)用的好壞。硬件知識用來設(shè)計硬件電路，軟件知識用來設(shè)計芯片處理數(shù)據(jù)的先后順序，數(shù)據(jù)的獲得途徑以及對數(shù)據(jù)做怎樣的處理，還有其他的一些驅(qū)動和顯示功能等等。本設(shè)計用到的硬件知識主要有：電子技術(shù)、單片機技術(shù)。在電子技術(shù)方面分為模擬電子技術(shù)

19、和數(shù)字電子技術(shù)，模擬電子技術(shù)主要用來放大傳感器檢測信號和驅(qū)動反光二極管以及顯示穿管器檢測氣體濃度；數(shù)字電子技術(shù)用來把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，把從剛起檢測到的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。利用單片機實現(xiàn)綜合控制。主控電路中，以單片機為主體，通過分析A/D轉(zhuǎn)換的得到的數(shù)字值，控制事故處理模塊運行。設(shè)計采用的是AT89C51型單片機,AT89C51是一種帶4K字節(jié)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(fù)擦除1000次。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

20、簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)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(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 三級程序存儲器鎖定 1288位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 兩個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)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門電流。當P0口的管腳第一次寫1時，被定義為

21、高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并

22、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(nèi)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(shù)據(jù)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(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)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(nèi)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(nèi)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

23、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） P3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)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(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 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(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE

24、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(shù)據(jù)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0。此時， ALE只有在執(zhí)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(zhí)行狀態(tài)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(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH）

25、，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)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（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)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(nèi)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(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)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PE

26、ROM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”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)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(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。 （5）串口通訊：單片機的結(jié)構(gòu)和特殊寄存器，這是你編寫軟件的關(guān)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，TMO

27、D，SCON等，各代表什么含義呢？ SBUF 數(shù)據(jù)緩沖寄存器這是一個可以直接尋址的串行口專用寄存器。有朋友這樣問起過“為何在串行口收發(fā)中，都只是使用到同一個寄存器SBUF？而不是收發(fā)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(fā)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(fā)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(yīng)，數(shù)據(jù)沒有被取走，下一幀數(shù)據(jù)已到來，而造成的數(shù)據(jù)重疊問題。發(fā)送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們在寫發(fā)送程序時也不必用到發(fā)送中斷去外理發(fā)送數(shù)據(jù)。操作SB

28、UF寄存器的方法則很簡單，只要把這個99H 地址用關(guān)鍵字sfr定義為一個變量就可以對其進行讀寫操作了，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(shè)備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)，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(jiān)視和控制51 芯片串行口的工作狀態(tài)。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(shè)置就是使用SCON 寄存器。

29、它的各個位的具體定義如下： SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0、SM1 為串行口工作模式設(shè)置位，這樣兩位可以對應(yīng)進行四種模式的設(shè)置。串行口工作模式設(shè)置。 SM0 SM1 模式 功能 波特率 0 0 0 同步移位寄存器 fosc/12 0 1 1 8位UART 可變 1 0 2 9位UART fosc/32 或fosc/64 1 1 3 9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(guān)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 Rece

30、iver）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 是由軟件置位或清零。如果在一個電路中接收和發(fā)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(chǎn)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(jié)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(fā)送數(shù)據(jù)位8，在模式2 和3 是要發(fā)送的第9 位。該位可以用軟件根據(jù)需要置

31、位或清除，通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位，在多處理機通信中這一位則用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。 RB8 接收數(shù)據(jù)位8，在模式2 和3 是已接收數(shù)據(jù)的第9 位。該位可能是奇偶位，地址/數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的停止位。 TI 發(fā)送中斷標識位。在模式0，發(fā)送完第8 位數(shù)據(jù)時，由硬件置位。其它模式中則是在發(fā)送停止位之初，由硬件置位。TI 置位后，申請中斷，CPU 響應(yīng)中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在任何模式下，TI 都必須由軟件來清除，也就是說在數(shù)據(jù)寫入到SBUF 后，硬件發(fā)送數(shù)據(jù)，中斷響應(yīng)（如中斷打開），這時TI=1，表明發(fā)送已

32、完成，TI 不會由硬件清除，所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(jié)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(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)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

33、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(shù)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(nèi)可以傳輸?shù)牟ㄌ匚粩?shù)。有一些初學(xué)的朋友認為波特率是指每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，如標準9600 會被誤認為每秒種可以傳送9600個字節(jié)，而實際上它是指每秒可以傳送9600 個二進位，而一個字節(jié)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(shù)據(jù)字節(jié)就要占用10 個二進位，9600 波特率用模式1 傳輸時，每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)是960010960 字節(jié)。51 芯片的串口工作模式0的波特率是固定的，為fosc/12，以一個12M 的晶振來計算，那么它

34、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(shè)置時相關(guān)的寄存器的值呢？可以用以下的公式去計算。 波特率（2SMOD32）定時器1 溢出速率 上式中如設(shè)置了PCON 寄存器中的SMOD 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(shù)，TH1 做

35、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(shù)，這樣可以不用軟件去干預(yù)，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(shù)速率）/(256TH1) 上式中的“計數(shù)速率”與所使用的晶體振蕩器頻率有關(guān)，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(shù)速率為晶體振蕩器頻率的1/12，一個12M 的晶振用在51 芯片上，那么51 的計數(shù)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。

36、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(shè)為1，分別看看那所要求的TH1 為何值。代入公式： 11.0592M 9600(232)(11.0592M/12)/(256-TH1) TH1250 12M 9600(232)(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的TH1 不為整數(shù)，而TH1 的值只能取整數(shù)，這樣它就會有一定的誤差存在不能產(chǎn)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(chǎn)生誤

37、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(jié) 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分電路設(shè)計模數(shù)轉(zhuǎn)換部分采用ADC0809芯片。ADC0809是M美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)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(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應(yīng)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AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 （2）具有轉(zhuǎn)換起停控制端。 （3）轉(zhuǎn)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05

38、V，不需零點和滿刻度校準。 （6）工作溫度范圍為-4085攝氏度 （7）低功耗，約15mW。（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu):ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1322所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)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1323所示。下面說明各引腳功能。 IN0IN7：8路模擬量輸入端。 2-12-8：8位數(shù)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： AD轉(zhuǎn)換

39、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(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。 EOC： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)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(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖如圖3.2所示 圖3.2 ADC0809內(nèi)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

40、地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)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(fù)位。下降沿啟動 AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)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(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換其來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標是已知的和固定的。

41、例如ADC0809轉(zhuǎn)換時間為128s，相當于6MHz的MCS-51單片機共64個機器周期?？蓳?jù)此設(shè)計一個延時子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用此子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進行數(shù)據(jù)傳送。 （2）查詢方式 A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可確認轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進行數(shù)據(jù)傳送。 （3）中斷方式 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述那種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號有效時，OE信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)

42、總線，供單片機接受。（5）ADC0809與單片機連接方式如圖3.3：圖3.3 ADC0809與單片機連接方式 第三節(jié) 傳感器部分電路設(shè)計（1）傳感器的定義人們通常將能把非電量轉(zhuǎn)換成電量的器件稱為傳感器，傳感器實質(zhì)是一種功能模塊，起作用是將來之外界的各種信號轉(zhuǎn)換成電信號：它是實現(xiàn)測試與自動控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。（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(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量。沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。傳感器技術(shù)在發(fā)

43、展經(jīng)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(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來，傳感器技術(shù)將會出現(xiàn)一個飛躍，達到與其重要地位相稱的新水平。（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時還加上輔助電源。通?？捎梅娇驁D表示，如下圖3.4所示：敏感元件測量電路傳感元件被測量敏感元件圖3.5 方框圖敏感元件直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)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(guān)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(guān)系的其他非電量。測量電路能把傳感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、

44、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(diào)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(shù)測量電路還包括了放大器。（4）傳感器的分類1.根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類 ： a.物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致拉伸現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號。b.化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)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(xué)類。大多數(shù)傳感器是

45、以物理原理為基礎(chǔ)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?zhèn)鞲衅鳎琩.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，h.熱敏傳感器，i.24GHz雷達傳感器。 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(shù)字傳感器，c.膺數(shù)字傳感器，d.開關(guān)傳感器。5.所應(yīng)用的材料觀點出發(fā)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(zhì)分：導(dǎo)體、絕緣

46、體、半導(dǎo)體、磁性材料 按材料的晶體結(jié)構(gòu)分：單晶、多晶、非晶材料 6.按照其制造工藝，可以將傳感器區(qū)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(shù)都有自己的優(yōu)點和不足。由于研究、開發(fā)和生產(chǎn)所需的資本投入較低，以及傳感器參數(shù)的高穩(wěn)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(shè)計要點根據(jù)以上對傳感器的相關(guān)知識的介紹，我們可以明確傳感器是測量、控制系統(tǒng)的，必須具備良好的性能。在設(shè)計中應(yīng)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。滯后、漂移誤差小動態(tài)特性好功耗小時間老化特性優(yōu)良與被測體匹配良好，既不因接入傳感器而使得被測對

47、象受到影響，受被測量之外的影響小。體積小、重量輕、價格低廉。故障率低，易于校準和維護。由于傳感元件的輸出信號一邊比較小，為了便于能夠驅(qū)動控制電路，在傳感器電路中還應(yīng)該包括放大器。鑒于以上選擇要點，本文中用到的傳感器必須具備良好的測量效果、功耗小、動態(tài)特性良好和體積小、重量輕、價格低廉等幾個主要特性。為此我們選擇了MQ-7系列傳感器。(5)傳感器與ADC0809的連接檢測數(shù)據(jù)從IN0口輸入，轉(zhuǎn)換完畢送給單片機P1口供單片機進行數(shù)據(jù)處理。連接電路圖如圖3.6：圖3.6傳感器與ADC0809連接電路圖 第四節(jié) 報警電路的設(shè)計報警電路采用了蜂鳴器以及放光二極管。在設(shè)計中，單片機的P2.0,P2.1,P

48、2.2分別控制燈以及蜂鳴器，通過編程讓傳感器的數(shù)據(jù)和給定值進行比較。如果大于則報警，即蜂鳴器鳴叫，發(fā)光二極管閃爍。電路圖如圖3.7所示圖3.7 報警器電路圖 第三章 軟件設(shè)計 第一節(jié) 單片機編程本次設(shè)計用匯編語言編寫程序。由于程序十分簡單，所以用匯編語言能夠更直觀更便于理解。下面介紹一下匯編語言：匯編語言是面向機器的程序設(shè)計語言。在匯編語言中，用助記符代替操作碼，用地址符號或標號代替地址碼。這樣用符號代替機器語言的二進制碼，就把機器語言變成了匯編語言。于是匯編語言亦稱為符號語言。使用匯編語言編寫的程序，機器不能直接識別，要由一種程序?qū)R編語言翻譯成機器語言，這種起翻譯作用的程序叫匯編程序，匯編

49、程序是系統(tǒng)軟件中語言處理系統(tǒng)軟件。匯編程序把匯編語言翻譯成機器語言的過程稱為匯編。 第二節(jié) 匯編語言概況匯編語言是一種功能很強的程序設(shè)計語言，也是利用計算機所有硬件特性并能直接控制硬件的語言。匯編語言，作為一門語言 ，對應(yīng)于高級語言的編譯器，需要一個“匯編器”來把匯編語言原文件匯編成機器可執(zhí)行的代碼。高級的匯編器如MASM，TASM等等為我們寫匯編程序提供了很多類似于高級語言的特征，比如結(jié)構(gòu)化、抽象等。在這樣的環(huán)境中編寫的匯編程序，有很大一部分是面向匯編器的偽指令，已經(jīng)類同于高級語言。現(xiàn)在的匯編環(huán)境已經(jīng)如此高級，即使全部用匯編語言來編寫windows的應(yīng)用程序也是可行的，但這不是匯編語言的長處

50、。匯編語言的長處在于編寫高效且需要對機器硬件精確控制的程序。(1)匯編語言直接同計算機的底層軟件甚至硬件進行交互，它具有如下一些優(yōu)點： 1.能夠直接訪問與硬件相關(guān)的存儲器或I/O端口； 2.能夠不受編譯器的限制，對生成的二進制代碼進行完全的控制； 3.能夠?qū)﹃P(guān)鍵代碼進行更準確的控制，避免因線程共同訪問或者硬件設(shè)備共享引起的死鎖； 4.能夠根據(jù)特定的應(yīng)用對代碼做最佳的優(yōu)化，提高運行速度； 5.能夠最大限度地發(fā)揮硬件的功能。 （2）匯編語言是一種層次非常低的語言，它僅僅高于直接手工編寫二進制的機器指令碼，因此不可避免地存在一些缺點： 1.編寫的代碼非常難懂，不好維護； 2.很容易產(chǎn)生bug，難于調(diào)

51、試； 3.只能針對特定的體系結(jié)構(gòu)和處理器進行優(yōu)化； 4.開發(fā)效率很低，時間長且單調(diào)。 （3）匯編語言的特點: 1.面向機器的低級語言，通常是為特定的計算機或系列計算機專門設(shè)計的。 2.保持了機器語言的優(yōu)點，具有直接和簡捷的特點。 3.可有效地訪問、控制計算機的各種硬件設(shè)備，如磁盤、存儲器、CPU、I/O端口等。 4.目標代碼簡短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設(shè)計語言。5.經(jīng)常與高級語言配合使用，應(yīng)用十分廣泛。 對于不同型號的計算機，有著不同的結(jié)構(gòu)的匯編語言。匯編語言由于采用了助記符號來編寫程序，比用機器語言的二進制代碼編程要方便些，在一定程度上簡化了編程過程。匯編語言的特點是用符號代替

52、了機器指令代碼，而且助記符與指令代碼一一對應(yīng)，基本保留了機器語言的靈活性。使用匯編語言能面向機器并較好地發(fā)揮機器的特性，得到質(zhì)量較高的程序。 匯編語言是面向具體機型的，它離不開具體計算機的指令系統(tǒng)，因此，對于不同型號的計算機，有著不同的結(jié)構(gòu)的匯編語言，而且，對于同一問題所編制的匯編語言程序在不同種類的計算機間是互不相通的。 匯編語言中由于使用了助記符號，用匯編語言編制的程序輸入計算機，計算機不能象用機器語言編寫的程序一樣直接識別和執(zhí)行，必須通過預(yù)先放入計算機的匯編程序中進行加工和翻譯，才能變成能夠被計算機直接識別和處理的二進制代碼程序。用匯編語言等非機器語言書寫好的符號程序稱為源程序，運行時匯編程序要將源程序翻譯成目標程序。目標程序是機器語言程序，當它被安置在內(nèi)存的預(yù)定位置上，就能被計算機的CPU處理和執(zhí)行。 匯編語言像機器指令一樣，是硬件操作的