#大學畢業(yè)設計說明書 目錄 1 前言 . 1 1.1 課題的開發(fā)背景 . 1 1.2 課題設計的意義 . 1 1.3 課題完成的功能 . 1 2 總體方案設計 . 3 2.1 方案比較 . 3 2.2 方案論證與選擇 . 4 3 單元模塊設計 . 5 3.1 各單元模塊功能介紹與電路設計 . 5 3.1.1 電路顯示電路 . 5 3.1.2 無線傳輸模塊 . 7 3.1.3 聲光報警模塊 . 8 3.1.4 復位、時鐘電路 . 9 3.1.5 程序下載模塊 . 10 3.2 特殊器件的介紹 . 10 3.2.1 STC89C52 單片機 . 10 3.2.2 溫度傳感器 DS18B20. 13 3.2.3 煙霧傳感器 QM-N5. 16 表 3.6 QM-N5 參數(shù)表 . 17 3.2.4 NRF401. 18 4 軟件設計 . 22 4.1 下位機程序流程圖 . 22 4.1.1 火災檢測子程序流程圖 . 22 4.1.2 溫度獲取子程序流程圖 . 23 4.2 上位機程序流程圖 . 25 5 調試 . 26 5.1 調試的步驟 . 26 5.2 調試過程中遇到的問題及解決方法 . 27 6 使用軟件介紹 . 29 7 總結與體會 . 31 8 致謝 . 32 9 參考文獻 . 33 附錄 1：電路原理圖 . 34 附錄 2：設計程序 . 35 附錄 3：外文資料翻譯 . 46 第 1 頁 #大學畢業(yè)設計說明書 1 前言 1.1 課題的開發(fā)背景 進入上世紀 90 年代后，我國經(jīng)濟步入高速發(fā)展的時期，城市化建設不斷加快，城市 建筑也由分散式低密度向集中式高密度過渡，林立的高層建筑成了城市的主要 的 標志。居民住進了高層塔樓，企業(yè)搬進了摩天 大樓 ，高層建筑有效利用空間，節(jié)約了城市中本就十分緊張的土地資源。任何事物的發(fā)展都具有兩面性，高層建筑中各種通訊線路、動力和照明線路、以及各種系統(tǒng)中線路縱橫交錯，致使火災的發(fā)生概率也在大幅增加。加之現(xiàn)代建筑的密閉性較強，一旦發(fā)生火災，整幢大樓就像一個大的火爐，而樓梯道、各種通風管道、線路豎井都是效果極佳的火筒，從而給滅火施救造成了巨大的難度，對火災發(fā)生后及時發(fā)現(xiàn)、及時控制的要求促使了火災報警產(chǎn)品應運而 生。 與此同時，現(xiàn)代計算機技術、通訊網(wǎng)絡技術和自動控制技術的飛速發(fā)展又為人類實現(xiàn)更加理想化的生活提供了可能智能小區(qū)應運而生了。在智能小區(qū)內安裝智能型火災報警控制系統(tǒng)是必不可少的。智能型火災報警系統(tǒng)是一個集信號檢測、傳輸、處理和控制于一體的控制系統(tǒng)，代表了當前火災報警系統(tǒng)的發(fā)展方向。隨著科學技術的迅猛發(fā)展以及國內外經(jīng)濟的迅速增長，市場上迫切需要一種容量大、性能優(yōu)越、可靠性高、便于安裝、使用和維護的智能型火災報警控制系統(tǒng)。 1.2 課題設計的意義 我國的火災自動報警控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有、從簡單到復雜的發(fā)展過程， 其智能化程度也越來越高。目前 ，國產(chǎn)火災自動報警系統(tǒng)均采用漢字顯示，價格低廉，適合我國國情，但是火災自動報警系統(tǒng)由于多數(shù)沒有分布智能，可靠性低，且產(chǎn)品沒有形成系列化、品種不全，產(chǎn)品的外觀也較差，編程復雜，調試不方便，設備兼容性差。國外產(chǎn)品多數(shù)具有分布智能，可靠性高，產(chǎn)品具有系列化、品種齊全，產(chǎn)品外觀美觀，人機對話功能強。缺點是多數(shù)沒有漢化，操作維護不便，價格較高，設備兼容性差。 根據(jù)以上的分析，開發(fā)具有國際先進水平的火災自動報警設備，價格介于進口設備和國產(chǎn)設備之間，從而具有很高的性能價格比， 因此，研制一種結構 簡單、價格低廉的智能型火災報警器是非常必要的。 1.3 課題完成的功能 當報警器監(jiān)測到火情信息后， 將表征火災參數(shù)的物理量轉化為電信號，通過電子線路將其放大、變換、傳輸、處理， 直接通過 Modem 經(jīng)公用電話交換網(wǎng)迅速向消防指揮中心報告火情信息 (包括火災單位編碼、單位名稱、火情級別以及報警時間等 )，同時產(chǎn)生聲光報警信號，并按事先預留的電話號 碼自動撥號通知單位有關負責人。消防指揮 第 2 頁 #大學畢業(yè)設計說明書 中心根據(jù)接收到的火警信息，立即在消防信息數(shù)據(jù)庫中查詢單位位置、周圍道路、交通、水源情況等基本信息，根據(jù)所獲得的信息迅速確定最佳救火方案， 通過網(wǎng)絡將出警命令直接下達各消防中隊。 動探測報警裝置，因此，研制一種結構簡單、價格低廉的語音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)火災報警器是非常必要的。 第 3 頁 #大學畢業(yè)設計說明書 2 總體方案設計 2.1 方案比較 方案一 方案一的系統(tǒng)框圖如下圖 2.1 所示，分為兩個部分，發(fā)送電路和接收電路 兩 部分 組成的，發(fā)射電路從傳感器接收到的信號經(jīng)過信號處理電路轉化成單片機能接收的信號，單片機接收信號后經(jīng)過單片機程序的算法，判斷是否有火災發(fā)生，如有火災的時候則一級的聲光報警電路發(fā)出報警信號，同時單片機將信號通過無線信號，將火災信號向上位機，上位機總是在查詢接收模塊，是否有火 災信號的發(fā)送，接收電路將接收到的火災信號傳到上位機的單片機，通過單片機程序使上位機的報警電路報警，同時顯示火災的地點通過 LCD 顯示。 圖 2.1 方案一系統(tǒng)框圖 探測傳感器 信號處理電路 單片機控制電 路 無線發(fā)射電路 聲光報警電路 無線接收模塊 單片機控制電路 聲光報警電路 液晶顯示電路 發(fā)射部分電路 接收部分電路 第 4 頁 #大學畢業(yè)設計說明書 方案二 方案二是通過傳感器檢測信號到下位機單片機通過 RS-485 總線傳輸給上位機通過上位機顯示報警信息。 圖 2.2 方案二系統(tǒng)框圖 2.2 方案論證與選擇 綜上所述，方案一 無論是從 電路的結構復雜程度 的角度，還是 在生活中應用都是 的容易實現(xiàn)， 采樣無線傳輸在安裝簡單，布線相對復雜，在一些惡劣的環(huán)境中傳輸 也會受到影響， 所以我 還是選擇方案一 。 探測傳感器 信號處理電路 單片機控制電路 液晶顯示模塊 單片機控制電路 聲光報警電路 RS-485 接口 探測傳感器 信號處理電路 單片機控制電路 RS-485 接口 第 5 頁 #大學畢業(yè)設計說明書 3 單元模塊設計 3.1 各單元模塊功能介紹與電路設計 3.1.1 電路顯示電路 GND1+5V2VADJ3DATA/CMD4R/W5ENABLE6D07D18D29D310D411D512D613D714LEDA15LEDK16L C D 16 02GNDVCCVCCGND GNDPORT0_0PORT0_1PORT0_2PORT0_3PORT0_4PORT0_5PORT0_6PORT0_7PORT2_0PORT2_1PORT2_2圖 3.1LCD 接線圖 如圖 3.1 是本設計的 LCD 顯示電路， LCD 將顯示實時溫度。 LCD1602 采用 16 腳DIP 封裝， 他 與單片機連接有 11 個 I/O 口，其中 D0D7 并行數(shù)據(jù)端口，與單片機 P0.0P0.7連接， LCD 的 E， R/W， RS 分別與單片機 P2.0P2.2 連接。而 LCD 的 E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時液晶模塊執(zhí)行命令，液晶模塊執(zhí)行命令 R/W 腳為讀寫控制腳。 R/W 為高電平 時為讀操作 ；低電平時為寫操作。 RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器當 RS 和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 VL 為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整對比度 3。 1602 液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小 寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母 “A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H 中的點陣字符圖形顯 ,控制簡單。 由于 LCD 有兩橫數(shù)計顯示位置，因此系統(tǒng)通電后， LCD 有兩種顯示方式： LCD 第一橫顯示“ weidushi:”和當前溫度值；（正常顯示） LCD 除顯示第一種方式外還在第二橫顯示“ chuxianyichang”字樣。（異常顯示） 當溫度采集模塊，紅外、煙霧檢測模塊三項電路模塊中任意兩種檢測電路發(fā)生異常時， LCD 以顯示第方式顯示，只 有當兩項出現(xiàn)異常的檢測電路中任意一項電路異常排除時才恢復正常顯示。當把手動控制模塊中控制按鍵按下時， LCD 異常顯示，只有當按下復位鍵時才恢復正常顯示。 第 6 頁 #大學畢業(yè)設計說明書 1602 液晶模塊內部的控制器共有 11 條控制指令，如 下 表 3.1 所示： 表 3.1 1602 控制表 序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /關控 制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 8 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址 9 讀忙標志或地址 0 1 BF 計數(shù)器地址 10 寫數(shù)到 CGRAM 或DDRAM） 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內容 11 從 CGRAM 或 DDRAM 讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內容 表 3.1：控制命令表 1602 液晶模塊的讀寫操作 、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明： 1 為高電平、 0 為低電平 ） 3 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標復位到地址 00H 位置。 指令 2：光標復位，光標返回到地址 00H。 指令 3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。 指令 4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不 閃爍。指令 5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。 指令 6：功能設置命令 DL：高電平時為 4 位總線，低電平時為 8 位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示 5x7 的點陣字符，高電平時顯示5x10 的點陣字符。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設置。 指令 8： DDRAM 地址設置。 指令 9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接 第 7 頁 #大學畢業(yè)設計說明書 收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令 10：寫數(shù)據(jù)。 指令 11：讀數(shù)據(jù)。 3.1.2 無線傳輸模塊 V S SV D DINF I L T 1V C O 1V C O 2V S SV D DD I ND O U T P E RCSV D DA N T 2A N T 1V S SP W RT X E NV S SX C 2R F 4 01Y11 1. 0 59 2MR 265 .1 kC 192 2p FC 192 2p FL1 0m HC 192 2p FC 192 2p FC 192 2p FC 192 2p FR 265 .1 k+ 5VC 192 2p FC 192 2p FA N T 1A N T 2P O R T 2 _1R X D ( P 3. 0)T X D ( P 3. 1 )P O R T 2 _2P O R T 2 _0R 265 .1 k圖 3.2 無線收發(fā)器件電路連接 單片機與無線收發(fā)器件 NRF401 的連接電路圖如下 3.2 所示，單片機的 P2.1 口接 NRF401的 頻道選擇 端口，選擇收發(fā)器件 的 工作 頻率 ，當 P2.1 為高電平的時候 ， 選擇的頻率是434.33MHz 的 2 通道 ，當 P2.1 為低電平的時候，選擇的傳輸?shù)念l率是 433.92MHz 的 1通道。在本設計都是選擇通道 2 頻率為 434.33MHz 的。 PWR_UP 是 NRF401 的節(jié)電控制當 PWR_UP=1 為 NRF401 的工作模式，當 PWR_UP=0 時為 NRF401 的待機模式，在待機模式下收發(fā)器件比較節(jié)電，所有如 果沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候盡量選擇待機模式，使P2.0 為地電平 。 TX-EN 引腳發(fā)射 /接收選擇端口，當 TX-EN 給高電平是為發(fā)射信號，當TX-EN 給低電平是接收信號。所以下位機的 NRF401 為高電平的發(fā)射信號，上位機的 第 8 頁 #大學畢業(yè)設計說明書 NRF401 為低電平的接收信號。 DI 為輸入信號當接收的時候，同單片機的串口接收信號，經(jīng)過單片機的 RX 傳輸?shù)?NRF401 的 DI。當接收模式的時候，無線接收模塊，接收到的信號通過 DO 傳給單片機，使單片機接收到無線信號。 3.1.3 聲光報警模塊 T18 05 0R 301KS P K 1V C CV D D8S E L 21V S S2O U T3B476S E L 15K D 9 56 1R15 . 1kR19 01 3D1L E D 1V C CP 1. 3P 1. 4圖 3.3 聲光報警模塊 本設計 上下位機都有聲光報警電路， 上位機的報警電路如上圖 3.3 所示，上位機與下位機的報警電路都是相同的，只是與單片機的連接的引腳不同，下位機是通過 P2.3和 P2.4 口發(fā)出聲光報警信號的，上位機是通過 P1.3 和 P1.4 口發(fā)出報警信號的。上位機的 P1.4 口發(fā)出低電平是這時不報警，即三極管 VT3 不導通，發(fā)光二極管不點亮，當 P1.4發(fā)出高電平時，使三極管 VT3 導通，從而使發(fā)光二極管點亮，即發(fā)出報警信號。 在本設計中使用了語音芯片，發(fā)布火災報警信號，使用的是 KD9561 的語音芯片，在 KD9561 的 6 腳與 7 腳接一個 120K 歐姆的電阻，單片機的 P1.3 口 接 1K 歐姆的電阻接三極管的基極，三極管的射極接地，集電極接 KD9561 的 VSS 端，當單片機 P1.3 口輸出高電平是三極管導通，使輸入到 KD9561 的 VSS 為地電平，使語音芯片工作，發(fā)出報警聲。當單片機 P1.3 口輸出地電平時，三極管不導通，使語音芯片不工作，即不發(fā)出報警聲。 關于語音芯片 KD 9561 報警聲的選擇如下表 3.2 所示，這里要產(chǎn)生是火災報警聲，則在 SEL1 接電源 VDD， SEL2 不接。 表 3.2 KD 9561 語音芯片輸出聲 選擇接線表 SEL1 SEL2 輸出聲音 不接 不接 警車聲 VDD 不接 火警聲 VCC 不接 救護車聲 任意接 VDD 機關槍聲 第 9 頁 #大學畢業(yè)設計說明書 3.1.4 復位 、時鐘 電路 E A / V P31X119X218R E S E T9P 3.7 / R D17P 3.6 / W R16P 3.2 / I N T 012P 3.3 / I N T 113P 3.4 / T 014P 3.5 / T 115P 1.01P 1.12P 1.23P 1.34P 1.45P 1.5 / M O S I6P 1.6 / M I S O7P 1.7 / S C K8P 0.039P 0.138P 0.237P 0.336P 0.435P 0.534P 0.633P 0.732P 2.021P 2.122P 2.223P 2.324P 2.425P 2.526P 2.627P 2.728P S E N29A L E / P30P 3.1 / T X D11P 3.0 / R X D10I C 1S T C 89 C 5 2C 162 2p FC 192 2p FY11 1.0 59 2MR 265 .1kV C CR 242 .2kC 112 .2u FV C CK 17R E S E T圖 3.4 復位、時鐘電路 MCS-51 的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。復位是使單片機或系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定的初始狀態(tài)。單片機的工作就是從復位開始的。當 89C52 的 RST 引腳加高電平復位信號（保持 2個以上機器周期）時，單片機內部就執(zhí)行復位操作。復位信號變低時，單片機開始執(zhí)行程序。 復位電路通常采用兩種基本形式：一種是上電復位，另一種是上電與按鍵均有效的復位，本系統(tǒng)電路設計中采用的上電與按鍵復位電路。 上電自 動復位是通過外部復位電路的電容來實現(xiàn)的。當電源接通時只要 Vcc 的上升時間不超過 1ms，就可以實現(xiàn)自動上電位。當時鐘頻率選用 11.0592MHz 時， C取 22pF，R 取 2.2K。 除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。通常實際運用中大都采用的是按鍵與上電復位電路，電平復位是通過 RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc 接通而實現(xiàn)的。在單片機運行期間，還可以利用按鍵完成復位操作。 MCS-51 單片機各功能部件的運行都是以時鐘控制信號為基準，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單 片機的速度，時鐘電路的質量也直接影響單片機系 第 10 頁 #大學畢業(yè)設計說明書 統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路設計有兩種方式，一種是內部時鐘方式，另一種方式為外部時鐘方式 ,在本設計中使用的是內部時鐘方式。電路中的電容 C1 和 C2 典型值通常選擇為 22pF 左右。對外接電容的值雖然沒有嚴格要求，但電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振的振蕩頻率的范圍通常是在 1.2MHz12MHz 之間。晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高，單片機的運行速度也就越快。但反過來運行速度快對存儲器的速度要求也就相對高，對印制電路板（也稱印刷電路板）的工藝要求也高，即要求線間的寄生電容要小；晶振和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應采用溫度穩(wěn)定性能好的電容。 3.1.5 程序下載模塊 R 1 I N13R 2 I N8T 1 I N11T 2 I N10V+2V-6R 1 O U T12R 2 O U T9T 1 O U T14T 2 O U T7C 1 +1C 1 -3C 2 +4C 2 -5U1M A X 2 3 2C81 0 4C71 0 4C51 0 4C61 0 4162738495J1R S 2 3 2 BR X DT X DV C C圖 3.5 MAX232 串口通信 電路圖 3.2 特殊器件的介紹 3.2.1 STC89C52 單片機 單片機（ Microcontroller，又稱微處理器）是在一塊硅片上集成了各種部件的微型機，這些部件包括中央處理器 CPU、數(shù)據(jù)存儲器 RAM、程序存儲器 ROM、定時器 /計數(shù)器和多種 I/O 接口電路。 8051 單片機的基本結構見圖。 第 11 頁 #大學畢業(yè)設計說明書 時 鐘 電 路R O M R A M定 時 / 計 數(shù) 器C P U并 行 接 口 串 性 接 口中 斷 系 統(tǒng)T 1T 0P 0P 1P 2P 3T X DR X D0INT 1IN T8051 是 MCS-51 系列單片機的一個產(chǎn)品。 MCS-51 系列單片機是 Intel 公司推出的通用型單片機， 8051 單片機系列指的是 MCS-51 系列和其他公司的 8051 衍生產(chǎn)品。這些衍生品是在基本型基礎上增強了各種功能的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品給 8位單片機注入了新的活力，給它的開發(fā)應用開拓了更廣泛的前景。 8051 系列的內部結構可以劃分為 CPU、存儲器、并行口、串行口、定時器 /計數(shù)器、中斷邏輯幾部分。 （ 1）中央處理器 8051 的 中央處理器由運算器和控制邏輯構成，其中包括若干特殊功能寄存器（ SFR）。 算術邏輯單元 ALU 能對數(shù)據(jù)進行加、減、乘、除等算術運算；“與”、“或”、“異或”等邏輯運算以及位操作運算。 ALU 只能進行運算，運算的操作數(shù)可以事先存放到累加器 ACC或寄存器 TMP 中，運算結果可以送回 ACC 或通用寄存器或存儲單元中，累加器 ACC 也可以寫為 A。 B 寄存器在乘法指令中用來存放一個乘數(shù)，在除法指令中用來存放除數(shù)，運算后 B中為部分運算結果。 程序狀態(tài)字 PSW 是個 8 位寄存器，用來寄存本次運算的特征信息，用到其中七位。PSW 的格式如下 所示，其各位的含義是： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CY AC F0 RS1 RS0 OV P CY：進位標志。有進位 /錯位時 CY=1，否則 CY=0。 AC：半進位標志。當 D3 位向 D4 位產(chǎn)生進位 /錯位時， AC=1，否則 AC=0，常用于十進制調整運算中。 圖 3.6 單片機基本結構 PSW 第 12 頁 #大學畢業(yè)設計說明書 F0：用戶可設定的標志位，可置位 /復位，也可供測試。 RS1、 RS0：四個通用寄存器組選擇位，該兩位的四種組合狀態(tài)用來選擇 03 寄存器組。 OV：溢出標志。當帶符號數(shù)運算結果超出 -128+127 范圍時 OV=1，否則 OV=0。當 無符號數(shù)乘法結果超過 255 時，或當無符號數(shù)除法的除數(shù)為 0時 OV=1，否則 OV=0。 P：奇偶校驗標志。每條指令執(zhí)行完，若 A 中 1 的個數(shù)為奇數(shù)時 P=1，否則 P=0，即偶校驗方式。 控制邏輯主要包括定時和控制邏輯、指令寄存器 、譯碼器以及地址指針 DPTR 和程序寄存器 PC 等。 單片機是程序控制式計算機，即它的運行過程是在程序控制下逐條執(zhí)行程序指令的過程：從程序存儲器中取出指令送指令存儲器 IR，然后指令譯碼器 ID 進行譯碼，譯碼產(chǎn)生一系列符合定時要求的微操作信號，用以控制單片機的各部分動作。 8051 的控制器在單片機內部 協(xié)調各功能部件之間的數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)運算等操作，并對單片機發(fā)出若干控制信息。這些控制信息的使用專門的控制線，諸如 PSEN、 ALE、 EA 以及 RST，也有一些是和 P3 口的某些端子合用，如 WR 和 RD 就是 P3.6 和 P3.7，他們的具體功能在介紹8051 引腳是一起敘述 。 （ 2）存儲器組織 8051 單片機的存儲器結構特點之一是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，并有各自的尋址機構和尋址方式，這種結構稱為哈佛結構單片機。這種結構與通用微機的存儲器結構不同，一般微機只有一個存儲器邏輯空間，可隨意安排 ROM 或 RAM，訪存時用同一種指 令，這種結構稱為普林斯頓型。 8051 單片機在物理上有四個存儲空間：片內程序存儲器和片外程序存儲器、片內數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。 8051 片內有 256K 數(shù)據(jù)存儲器 RAM 和 4KB 的程序存儲器 ROM。除此之外，還可以在片外擴展 RAM 和 ROM，并且各有 64KB 的尋址范圍。也就是最多可以在外部擴展 2*64KB存儲器。 8051 的存儲器組織結構如圖 2.3 所示。 64K 字節(jié)的程序存儲器（ ROM）空間中，有 4K 字節(jié)地址區(qū)對于片內 ROM 和片外 ROM是公用的，這 4K 字節(jié)地址是 0000HFFFH。而 1000HFFFFH 地 址區(qū)為外部 ROM 專用。 CPU的控制器專門提供一個控制信號 EA 用來區(qū)分內部 ROM 和外部 ROM 的公用地址區(qū)：當 EA接高電平時，單片機從片內 ROM 的 4K 字節(jié)存儲器區(qū)取指令，而當指令地址超過 0FFFH后，就自動的轉向片外 ROM 取指令。當 EA 接低電平時， CPU 只從片外 ROM 取指令。 程序存儲器的某些單元是保留給系統(tǒng)使用的： 0000H0002H 單元是所有執(zhí)行程序的入口地址，復位以后， CPU 總是叢 0000H 單元開始執(zhí)行程序。 0003H002AH 單元均勻地分為五段，用做五個中斷服務程序的入口。用戶程序不應進入上述區(qū)域。 第 13 頁 #大學畢業(yè)設計說明書 8051 的 RAM 雖然字節(jié)數(shù)不很多，但卻起著十分重要的作用。 256 個字節(jié)被分為兩個區(qū)域： 00H-7FH 時真正的 RAM 區(qū)，可以讀寫各種數(shù)據(jù)。而 80HFFH 是專門用于特殊功能寄存器（ SFR）的區(qū)域。對于 8051 安排了 21 個特殊功能寄存器，每個寄存器為 8 位，所以實際上 128 個字節(jié)并沒有全部利用。 內部 RAM 的各個單元，都可以通過直接地址來尋找，對于工作寄存器，則一般都直接用 R0R7，對特殊功能寄存器，也是直接使用其名字較為方便。 8051 內部特殊功能寄存器都是可以位尋址的，并可用“寄存器名 .位”來表 示，如 ACC.0， B.7 等。 本設計采用 51系列中的 STC89C52 單片機 。 3.2.2 溫度傳感器 DS18B20 DS18B20 是美國 DALLAS 半導體公司生產(chǎn)的單總線可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器。它的測量范圍為 -50 至 +125 ，精度可達 0.1 不需 A/D 轉換電路，直接將溫度值轉換成數(shù)字量。 DS18B20 遵循嚴格的單線串行通信協(xié)議，每一個 DS18B20 在出廠時都用激光進行了調較，并具有唯一的 64 位序列號，所以多個 DS18B20 可以共存與同一條線上。DS18B20 的內部使用了在板（ ON-BOARD）專利技術。 封裝為 TO-92 的 DS18B20 將全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內如圖 2.3。其外圍電路簡單，可廣泛應用于溫度控制，溫度測量，工作系統(tǒng)及任何熱敏感系統(tǒng)中。 圖 3.7 存儲器組織結構圖 第 14 頁 #大學畢業(yè)設計說明書 圖 3.8 DS18B20 引腳 DS18B20 的內部主要包括寄生電源、溫度傳感器、 64 位激光 ROM、單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內含便箋式 RAM）用于存儲用戶設定的溫度上下限值的 TH和 TL 觸發(fā)器存儲與控制邏輯、 8 位循環(huán)冗余校驗碼（ CRC）發(fā)生器等七部分。 DS18B20的內部結構如圖 3.9 所示。 圖 3.9 DS18B20 內部結構 DS18B20 測量溫度時使用特有的溫度測量技術。 DS18B20 內部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號 f。，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉換成頻率信號 f。當計數(shù)門打開時， DS18B20 對 f。計數(shù)，計數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內部還有斜率累加器，可對頻率的非線性予以補償。測量結果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應為 9 位（符號占 1 位），但因符號位擴展成高 8 位，故以 16 位補碼形式讀出，表 3.3 給出了溫度和數(shù)字量的關系。 第 15 頁 #大學畢業(yè)設計說明書 表 3.3 DS18B20 輸出數(shù)據(jù)與溫度關系 DSl820 工作過程分三步，如下： （ 1）初始化 單總線上的所有處理均從初始化開始 （ 2） ROM 操作 命 令 總線主機檢測到 DSl820 的存在便可以發(fā)出 ROM 操作命令之一，如表 3.4。 表 3.4 DS18B20 ROM 操作命令 （ 3）存儲器操作命令 存儲器命令如表 3.5。 表 3.5 DS18B20 存儲器操作命令 DS1820 使用中注意事項 （ 1）較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于 DS1820 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS1820 進行讀寫編程時，必須嚴格的保證 讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。對 DS1820 操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。 第 16 頁 #大學畢業(yè)設計說明書 （ 2）在 DS1820 的有關資料中均未提及單總線上所掛 DS1820 數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個 DS1820，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛 DS1820 超過 8 個時，就需解決微處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。 （ 3）連接 DS1820 的總線電纜是有長度限制的。當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可 達 150m，這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用 DS1820 進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 （ 4）在 DS1820 測溫程序設計中，向 DS1820 發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待DS1820 的返回信號，一旦某個 DS1820 接觸不好或斷線，當程序讀該 DS1820 時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行 DS1820 硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。 3.2.3 煙霧傳感器 QM-N5 QM-N5 型氣敏元件是金屬氧化物 SnO2 為主 要 材料 的 N 型半導體氣敏元件，當元件接觸還原性氣體時，其電導率隨氣體的濃度增加而迅速升高。 特點： 用于可燃性氣體的檢測（ CH4、 C4H10、 H2、煙霧等） 靈敏度高 響應速度快 輸出信號大 壽命長，工作穩(wěn)定可靠 圖 3.10 MQN5 的外 形 原理： 在 200-300 度時，它吸附空氣中的氧，形成的氧的負離子吸附，使半導體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加，當遇到有能供給電子的可燃氣體（如 CO 等）時，原來吸附的氧托附，而由可燃氣體以正離子狀態(tài)吸附在金屬氧化物半導體表面；氧脫附放出電子，可燃性氣體以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使氧化物半導體帶電子密度 第 17 頁 #大學畢業(yè)設計說明書 增加，電阻值下降，可燃性氣體不存在了，金屬氧化物半導體優(yōu)惠自動回復放的負離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。這就是半導體氣敏元件檢測可燃性氣體的基本原理。 技術指標： 表 3.6 QM-N5參數(shù)表 加熱電壓（ Vh） AC 或 DC 50.2V 響應時間(trec) 10S 回路電壓（ Vc） 最大 DC 24V 恢復時間(trec) 30S 負載電陰（ Rl） 2K 元件功耗 0.7W 清潔空氣中電阻 （ Ra） 2000 K 檢測范圍 5010000ppm 靈敏度（ S=Ra/Rdg） 4( 在 1000ppmC4H10中 ) 使用壽命 2 年 技術指標： 加熱電壓 (VH) AC 或 DC 50.5V 回路電壓 (VC) 最大 DC 24V 負載電阻 (RL) 2K 清潔空氣中電阻 (Ra) 4000K 靈敏度 (S=Ra/Rdg) 4(在 1000ppmC4H10 中 ) 響應時間 (tres) 10S 恢復時間 (trec) 30S 檢測范圍 50-10000ppm 圖 3.11 基本測試電路 使用方法及注意事項 VC 輸出信號 RL VRL VH 第 18 頁 #大學畢業(yè)設計說明書 元件開始通電工作時 ,沒有接觸可燃性氣體 ,其電導率也急劇增加 1 分鐘后達到穩(wěn)定 ,這時方可正常使用 ,這段變化在設計電路時可采用延時處理解決 . 加熱電壓的改變會直接影響元件的性能 ,所以在規(guī)定的電壓范圍內使用為佳 . 元件在接觸標定氣體 1000ppm C4H10 后 10 秒以內負載電阻兩端的電壓可達到 (Vdg- Va)差值的 80%(即響應時間 )；脫離標定氣體 1000ppm C4 H1030 秒鐘以內負載電阻兩端的電壓下降到 (Vdg- Va)差值的 80%(即恢復時間 ). 符號說明 檢測氣體中電阻 - Rdg 檢測氣體中電壓 - Vdg Rdg 與 Vdg 的關系 : Rdg=RL(VC/Vdg-1) 負載電阻可根據(jù)需要適當改動 ,不影響元件靈敏度 . 使用條件 :溫度 -1535 ；相對濕度 4575%RH；大氣壓力 80106KPa 環(huán)境溫濕度的變化會給元件電阻帶來小的影響 ,當元件在精密儀器上使用時 ,應進行溫濕度補償 ,最簡便的方法是采用熱敏電阻補償之 . 避免腐蝕性氣體及油污染 ,長期使用需防止灰塵堵塞防爆不 銹鋼網(wǎng) . TGS2611 可燃氣體傳感器 TGS2611 可燃氣體傳感器是由敏感素子由集成的加熱器以及在氧化鋁基板上形成的金屬氧化物半導體構成。當可檢知的氣體存在時，空氣中該氣體的濃度越高，傳感器的電導率就越高。 使用簡單的電路就可以將這種電導率的變化變換為與氣體濃度對應的輸出信號。 TGS2611 對甲烷有很高的靈敏度。因為對揮發(fā)性酒精 （居住環(huán)境中的干擾氣體） 的靈敏度很低，所以是最適合用于家用燃氣泄漏報警器。 因為敏感素子很小，所以 TGS2611 的加熱電流只有 56mA 就夠了。另外，這種傳感 器的敏感部分被裝入標準的 TO-5 的金屬封裝中。 3.2.4 NRF401 nRF401 是一個為 433MHz ISM 頻段設計的真正單片 UHF 無線收發(fā)芯片 它采用 FSK 調制解調技術 NRF401 最高工作速率可以達到 20K 發(fā)射功率可以調整 最大發(fā)射功率是 +10dBm。 天線接口設計為差分天線 以便于使用低成本的 PCB 天線 nRF401 還具有待機模式 這樣可以更省電和高效 功能描述 ： 真正的單片 FSK 收發(fā)芯片 非常