1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課 程 設(shè) 計 說 明 書學(xué)生姓名： 蘆碩靖 學(xué) 號： 10050644X01 學(xué) 院： 信息商務(wù)學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 題 目： 專業(yè)綜合實踐之單片機(jī)部分： 超聲波測距器的設(shè)計張權(quán)指導(dǎo)教師： 職稱: 副教授 2014 年 1 月 10 日中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書 13/14 學(xué)年第 一 學(xué)期學(xué) 院： 信息商務(wù)學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué) 生 姓 名： 蘆碩靖 學(xué) 號： 10050644X01 學(xué) 生 姓 名： 孟慶慧 學(xué) 號： 10050644X05 學(xué) 生 姓 名： 趙 芳 學(xué) 號：10050644X15 課程設(shè)計題目： 專業(yè)綜合實踐之單片機(jī)部分：

2、智能家用可燃?xì)庑孤秷缶鞯脑O(shè)計起 迄 日 期： 2013年12 月30 日2014年1月 10 日 課程設(shè)計地點： 201，503 指 導(dǎo) 教 師： 張權(quán) 系 主 任： 王浩全 下達(dá)任務(wù)書日期: 2013 年12 月 30 日課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書1設(shè)計目的：智能家用可燃?xì)庑孤秷缶鞯脑O(shè)計對于提高學(xué)生的單片機(jī)應(yīng)用能力具有較強(qiáng)的意義。通過該設(shè)計，可以鞏固所學(xué)的單片機(jī)理論知識，培養(yǎng)學(xué)生硬件和軟件的設(shè)計能力，從而促進(jìn)學(xué)生所掌握的理論知識向?qū)嵺`應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。2設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）：使用單片機(jī)設(shè)計一個家用可燃?xì)庑孤秷缶鳎ㄓ布O(shè)計和軟件設(shè)計。同組成員可按硬件設(shè)

3、計和軟件設(shè)計來分工，協(xié)作完成。具體功能要求：（1）當(dāng)家用可燃?xì)庑孤哆_(dá)到一定濃度時，進(jìn)行聲、光報警；（2）報警后可以手動取消報警。（3）其他擴(kuò)展功能。3設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：（1）查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解可燃?xì)庑孤秷缶鞯南嚓P(guān)知識；（2）確定設(shè)計方案。繪制電路原理圖；（3）編寫軟件程序并上機(jī)調(diào)試；（4）撰寫課程設(shè)計說明書。 課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書4主要參考文獻(xiàn)：1 張玉蓮. 傳感器與自動檢測技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2007.9：4-82 劉偉. 傳感器原理及實用技術(shù) 北京：電子工業(yè)出版社， 2006.3：13-203 劉愛華. 傳感

4、器原理與應(yīng)用技術(shù) 北京：人民郵電出版社， 2010.2：208-2184 夏銀橋. 傳感器技術(shù)及應(yīng)用 武漢：華中科技大學(xué)出版社， 2011.2：215-2235 王桂榮. 傳感器原理及應(yīng)用 北京：中國電力出版社， 2010.5:218-2266 晁陽. 單片機(jī)MSC-51原理及應(yīng)用開發(fā)教程. 北京：清華大學(xué)出版社， 2007： 376-3777 高偉. AT89單片機(jī)原理及應(yīng)用. 北京：國防工業(yè)出版社， 2008.2：1-98 張亞凡. 單片機(jī)原理及應(yīng)用程. 北京：清華大學(xué)出版社， 2005.4：7-249 劉向宇. 單片機(jī)C語言程序設(shè)計實例精粹. 北京：電子工業(yè)出版社， 2010.2：12-

5、215設(shè)計成果形式及要求：提供課程設(shè)計說明書一份；設(shè)計原理圖及軟件源程序； 6工作計劃及進(jìn)度：2013年12月 30 日 2014年1 月 1 日：查閱資料；2014年:1 月 2 日 1 月 7 日：方案設(shè)計、實驗驗證；1 月 8 日 1 月 9 日：完成課程設(shè)計說明書； 1 月 10 日：答辯。系主任審查意見： 簽字： 年 月 日目 錄一、引 言6二、設(shè)計方案簡介72.1家用可燃?xì)庑孤秷缶母攀?2.2家用可燃?xì)庑孤秷缶芯康哪康? 2.3 可燃?xì)鈾z測傳感器的選擇7 2.3.1氣體傳感器的主要參數(shù)和特性7 2.3.2氣體傳感器的選定8三、家用可燃?xì)庑孤秷缶b置的硬件部分設(shè)計93.1系統(tǒng)硬件

6、電路總體設(shè)計93.2家用可燃?xì)鈭缶鞯墓δ?03.2.1聲光報警功能103.2.2外圍接口電路的設(shè)計123.2.3 A/D轉(zhuǎn)換主要技術(shù)指標(biāo)143.2.4單片機(jī)與ADC0808接口電路143.2.5串口轉(zhuǎn)并口芯片74HC164153.2.6數(shù)碼管顯示163.2.7聲音燈光報警電路163.3總電路設(shè)計17四、燃?xì)庑孤﹫缶到y(tǒng)的軟件部分設(shè)計184.1主程序設(shè)計184.2軟件設(shè)計的子程序基本思想234.2.1A/D轉(zhuǎn)換234.2.2濃度轉(zhuǎn)換244.2.3 數(shù)碼顯示25五、結(jié) 論26六、參考文獻(xiàn)26 1 引言隨著我國可燃?xì)獾淖兏锛拔鳉鈻|輸工程的進(jìn)行，目前家家戶戶做飯離不開煤氣、天燃?xì)?，一旦泄?/p>

7、后果不堪設(shè)想，每年，因煤氣泄漏引發(fā)的中毒事件，或因室內(nèi)可燃?xì)庑孤舛冗^高引起的爆炸，類似的事件也不少見。該設(shè)計裝置可避免悲劇的發(fā)生，同時它又非常實用，具有良好的市場前景?？扇?xì)?人工煤氣、可燃?xì)?的普及，為市民提供了方便，也提高市民的生活質(zhì)量，但是任何事物都有它的兩面性，在使用可燃?xì)獾倪^程中，因可燃?xì)庑孤┑仍蛟斐傻目扇細(xì)獗?、中毒等意外事故時有發(fā)生，給人們的生命和財產(chǎn)安全帶來了嚴(yán)重的威脅，因此安全使用可燃?xì)?，是不可忽視的一個重中之重的工作。家用可燃?xì)庑孤﹫缶b置能有效監(jiān)測環(huán)境中可可燃?xì)怏w(如CH4)的濃度，一旦其濃度超出報警限定值，就能發(fā)出聲光報警信號，并且能隨著濃度的增加報警音量逐漸加大，

8、能及時起到安全防范的作用。本設(shè)計所研究的可燃性氣體報警系統(tǒng)包括：氣體信號采集電路、調(diào)整電路、模數(shù)轉(zhuǎn)化電路、單片機(jī)系統(tǒng)電路、報警電路組成，首先利用傳感器對可可燃?xì)怏w濃度信號進(jìn)行監(jiān)測并且轉(zhuǎn)變成電壓信號，選擇合適的放大電路，將電壓放大到A/D所要求的電壓，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，將檢測的電壓值送入單片機(jī)，在單片機(jī)內(nèi)完成與設(shè)定的電壓信號進(jìn)行比較，當(dāng)氣體濃度超標(biāo)時，驅(qū)動聲音和燈光報警。2.設(shè)計方案簡介2.1家用可燃?xì)庑孤秷缶母攀隹扇細(xì)庑孤﹫缶魇欠浅Ｖ匾目扇細(xì)獍踩O(shè)備，它是安全使可燃?xì)獾牟豢苫蛉币坏辣Ｗo(hù)。本設(shè)計中傳感器的選擇和單片機(jī)是設(shè)計的核心，可燃?xì)怏w報警器的探測可燃?xì)怏w的傳感器主要有氧化物半導(dǎo)體型、催化燃

9、燒型、熱線型氣體傳感器，還有少量的其他類型，如化學(xué)電池類傳感器。這些傳感器都是通過對周圍環(huán)境中的可燃?xì)怏w的吸附，在傳感器表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，造成傳感器的電物理特性的改變、經(jīng)過單片機(jī)處理后實現(xiàn)報警功能?？扇?xì)庑孤﹫缶饔蓺怏w傳感器探測周圍環(huán)境中的低濃度可燃?xì)怏w，通過信號采樣電路，將探測信號用模數(shù)轉(zhuǎn)化電路轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識別的數(shù)字量，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度超過單片機(jī)控制設(shè)定的值時，控制器通過執(zhí)行器或執(zhí)行電路發(fā)出聲光報警信號。2.2家用燃?xì)庑孤秷缶芯康哪康目扇細(xì)獾男孤?，給市民的生活帶來了不便，嚴(yán)重影響了生命安全，如果采用燃?xì)鈭缶湍艿玫郊皶r的警鐘，有關(guān)部門專家經(jīng)過長期測試，燃?xì)鈭缶髂芊乐剐孤对斐?/p>

10、的事故發(fā)生的有效率達(dá)95%以上。面對這種隱形殺手的威脅，因此，無論是從中國企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，還是為了維護(hù)家家戶戶一個平安的生活切身利益，都急需探究一款高效穩(wěn)定的安防產(chǎn)品。2.3氣體傳感器的選擇 氣體傳感器是能將被測氣體的濃度、類別和成分按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成一定關(guān)系的電量輸出的裝置。通過電信號的大小可以獲得待測氣體的相關(guān)信息，從而可以進(jìn)行檢測、監(jiān)控和報警。它是氣電變換器，它將可燃性氣體在空氣中的含量（即濃度）轉(zhuǎn)化為電壓或者電流信號，通過A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、及報警控制等工作。氣體傳感器作為氣體濃度信號采集部分，是整個設(shè)計的核心之一，所以氣體傳感器選

11、型是首要工作。 2.3.1氣體傳感器的主要參數(shù)和特性靈敏度靈敏度是氣敏傳感器的一個重要參數(shù)，用K表示，它標(biāo)志著氣敏元件對氣體的靈敏程度。用K表示，用其阻值變化量R與氣體濃度變化量P之比表示。響應(yīng)時間氣敏傳感器的響應(yīng)時間是指在工作溫度下氣敏元件對被測氣體的響應(yīng)速度。從氣敏元件與被測氣體接觸，到氣敏元件的阻值達(dá)到新的恒定值所需要的響應(yīng)時間。選擇性氣敏傳感器在相同條件下，接觸同一濃度、不同種類氣體是，區(qū)分氣體種類的能力成為選擇性，傳感器催某種氣體的選擇性好，就表示傳感器對它有較高的的靈敏度。穩(wěn)定性當(dāng)檢測的氣體濃度不變時，氣敏元件的輸出也應(yīng)保持不變，單實際情況會受其他條件變化的影響而發(fā)生變化，這種在其

12、他條件發(fā)生變化時氣敏元件輸出特性保持不變的能力稱為穩(wěn)定性。溫度特性氣敏元件的特性歲溫度變化兒發(fā)生變化的特性稱為溫度特性。元件自身溫度對靈敏度的影響相當(dāng)大，解決這個問題的措施之一就是用溫度補(bǔ)償法。濕度特性氣敏元件的特性歲環(huán)境濕度不同而發(fā)生變化的特性稱為濕度特性。電壓特性氣敏元件的靈敏度隨電壓變化的特性稱為電源電壓特性。2.3.2氣體傳感器的選定根據(jù)傳感器的主要參數(shù)和特性指標(biāo)以及結(jié)合本設(shè)計所要求的檢測濃度范圍，選MC101作為本設(shè)計的傳感器MC101型催化元件根據(jù)催化燃燒效應(yīng)的原理工作，由檢測元件和補(bǔ)償元件配對組成電橋的兩個臂，遇可燃性氣體時檢測元件電阻升高，橋路輸出電壓變化，該電壓變化隨氣體濃度

13、增大而正比例增大，補(bǔ)償元件起到參比及溫度補(bǔ)償作用。MC101特點橋路輸出電壓呈線性響應(yīng)速度快具有良好的重復(fù)性、選擇性元件工作穩(wěn)定、可靠優(yōu)異的抗H2S，有機(jī)硅中毒能力傳感器基本測試電路圖圖1傳感器基本測試電路圖3. 家用可燃?xì)庑孤秷缶b置的硬件部分設(shè)計3.1系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計系統(tǒng)的工作原理是利用可燃?xì)鈧鞲衅鲗⒖扇細(xì)鉂舛茸儞Q為mV級模擬電流信號，放大器把信號放大后，通過A/D轉(zhuǎn)換器，變換成數(shù)字量送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。對其進(jìn)行分別處理。MC101催化燃燒式氣體傳感器主要是對CH4氣體濃度進(jìn)行精密的單項檢測?？諝庵械臍怏w濃度信號同時進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)對其進(jìn)行分析，并輸出信號到顯示器，當(dāng)檢測信號達(dá)到

14、限定的預(yù)設(shè)值時，單片機(jī)將輸出信號驅(qū)動報警，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲響，報警LED發(fā)光。 可燃?xì)庑孤﹫缶到y(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，該系統(tǒng)傳感器和單片機(jī)是兩大核心，他們共同配合完成氣體信號采集、顯示、聲音及閃爍報警功能，系統(tǒng)采用高性能的單片機(jī)，要求工作穩(wěn)定、測量精度高、通用性強(qiáng)、功耗低，保證報警器的精確性及可靠性，成本低，有利于減少報警器的體積。使用AT89C51單片機(jī)，選用催化式氣敏元件MC101作為敏感元件，通過A/D轉(zhuǎn)換器和聲光報警電路，設(shè)計可用于家用可燃?xì)庑孤﹫缶?，儀器的最基本組成部分包括：氣體傳感器，模數(shù)轉(zhuǎn)化電路，AT89C51單片機(jī)，聲光報警電路。傳感器將氣體濃度信號轉(zhuǎn)化為模擬的電信號。經(jīng)過放

15、大電路，將傳感器的輸出端微弱信號轉(zhuǎn)化為A/D轉(zhuǎn)化器能識別的電壓信號范圍，單片機(jī)對該數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過與預(yù)設(shè)值的比較，由單片機(jī)實現(xiàn)不同的聲光報警功能。3.2家用可燃?xì)鈭缶鞯墓δ?.2.1聲光報警功能當(dāng)傳感器檢測的氣體濃度達(dá)到預(yù)設(shè)值時，蜂鳴器開始報警，聲音70dB并隨著濃度的增加報警音量逐漸加大，同時伴隨紅燈閃爍，通過有明顯變化的信號引起人們的警覺意識。3.2.1.1單片機(jī)的選擇氣體傳感器放大器A/D轉(zhuǎn)換器AT89C51單片機(jī)電源聲音報警燈光報警圖2可燃?xì)鈭缶到y(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)作為可燃?xì)庑孤﹫缶暮诵钠骷环矫嫠邮諄碜詡鞲衅鞯臍怏w濃度的模擬信號和故障檢測信

16、號，另一方面要對兩種信號分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路的相應(yīng)工作；同時，查詢是否有鍵按下的命令。在單片機(jī)實現(xiàn)的功能中，將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號做數(shù)字濾波，在進(jìn)行線性化處理，這一過程的軟件實現(xiàn)，需要單片機(jī)有較快的運(yùn)算速度，使儀表檢測人員能夠觀測到并進(jìn)行相應(yīng)處理。同時，在能夠滿足報警器設(shè)計的計算速度及接口數(shù)的要求的同類型單片機(jī)中，要考慮選擇價格低廉且體積輕巧的機(jī)型，在保證了報警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積。3.2.1.2AT89C51單片機(jī)AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和128B的

17、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MSC-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位（CPU和Flash存儲單元）功能強(qiáng)大。 圖3AT89C51單片機(jī)引腳圖3.2.1.3時鐘和復(fù)位電路采用內(nèi)部時鐘方式利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接晶振，就構(gòu)成了自激振蕩器，發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路。外接晶振時，C1和C2的值通常選擇30pF左右；C1、C2對頻率有微調(diào)作用，晶振或陶瓷諧振器的頻率范圍可在1.212MHz之間選擇。本設(shè)計選擇了6MHz，電容為1uF，為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡

18、可能安裝的與單片機(jī)引腳XTAL1和XTAL2靠近。復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。在整個可燃?xì)鈭缶到y(tǒng)中，要要進(jìn)行不同的實驗，因而系統(tǒng)要先復(fù)位，單片機(jī)系統(tǒng)在上電運(yùn)行時，都需要初始化，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，單片機(jī)本身不能進(jìn)行復(fù)位，如果實現(xiàn)此功能必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路。單片機(jī)的外部復(fù)位電路有上電復(fù)位和按鍵均有效的復(fù)位兩種，我們在涉及單片機(jī)復(fù)位時選擇按鍵復(fù)位。圖4時鐘和復(fù)位電路圖AT

19、89C51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XLAT1和XLAT2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路如圖4所示。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1，C2接在放大器的反饋電路中并構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1，C2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦電容使用30 pF±10pF，而如果使用陶瓷諧振器建議選40 pF±10pF。用戶可以采用外部時鐘。采用時鐘的電路如圖4右圖所示。這種

20、情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。3.2.2外圍接口電路的設(shè)計3.2.2.1數(shù)據(jù)采集單元可燃?xì)怏w經(jīng)過MC101催化燃燒式傳感器檢測到2001000ppmCH4將其變成315mV電壓信號，有放大電路放大300倍，變成0.93V電壓信號，由于單片機(jī)需要可別的數(shù)字信號，所以將放大后的信號傳給A/D轉(zhuǎn)換芯片。放大電路中放大300倍公式： 由此可得： 圖5電源電路電路、信號采集及放大電路3.2

21、.2.2 ADC0808介紹ADC0808是一種8位主次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8-3所示，其中包括8路模擬量開關(guān)、地址鎖存與譯碼、8位A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存器。多路開關(guān)外接8路模擬量輸入端，可對8路05V的輸入模擬電壓信號分時進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到單片機(jī)數(shù)據(jù)總線上。A/D轉(zhuǎn)換器的電路綜合功能如下：（1） 分辨率為8位。（2） 最大不可調(diào)誤差小于±1LSB。（3） 單一+5V供電，模擬輸入范圍為05V。（4） 具有鎖存控制的8路模擬開關(guān)。（5） 可鎖存三態(tài)輸出，輸出與TTL兼容。（6） 功耗為15mW。（7） 不必進(jìn)行零點和滿度調(diào)整。（8）

22、轉(zhuǎn)換速率取決于芯片的時鐘頻率，時鐘頻率范圍為101280kHz，當(dāng)時鐘為300kHz時，轉(zhuǎn)換速率為128us。3.2.3 A/D轉(zhuǎn)換主要技術(shù)指標(biāo)（1）分辨率A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率表示輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入的模擬電壓變化量。習(xí)慣上以輸出的二進(jìn)制位數(shù)或BCD碼位數(shù)表示。例如，分辨率為12 的A/D轉(zhuǎn)換器，表示該轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)可以用212個二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行量化。如果用百分?jǐn)?shù)來表示，則分辨率為：（2）量化誤差量化誤差是由A/D轉(zhuǎn)換器的有限分辨率所引起的誤差。在布吉其他誤差的情況下，一個分辨率有閑的A/D轉(zhuǎn)換器的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與具有無限分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換特性曲線（直線）之間的最大偏差，

23、稱為量化誤差。（3）轉(zhuǎn)換精度A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，反應(yīng)了一個實際A/D轉(zhuǎn)換器在量化值上與理想A/D轉(zhuǎn)換器的差值，可以表示成絕對誤差和相對誤差。（4）轉(zhuǎn)換速率A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率就是能夠重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，即每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。而完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間，則是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。3.2.4單片機(jī)與ADC0808接口電路A/D轉(zhuǎn)換器把05V電壓信號轉(zhuǎn)換成8位的二進(jìn)制數(shù)輸入單片機(jī)，電壓信號為0V時轉(zhuǎn)換器為00000000（00H），電壓信號為5V時轉(zhuǎn)換器為11111111（FFH）在設(shè)計仿真中電壓大于0.9時啟動報警電路報警。ADC0808內(nèi)部帶有三態(tài)鎖存數(shù)據(jù)輸出緩沖器)，可直接與單片機(jī)相連。

24、一個ADC開始轉(zhuǎn)換時，必須加一個啟動轉(zhuǎn)換信號，這一啟動信號要由單片機(jī)提供。通常用WR和地址譯碼器的輸出經(jīng)一定的邏輯電路進(jìn)行控制。對于電平啟動型ADC，當(dāng)把符合要求的電平加到啟動控制端上時，立即開始轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換過程中，必須保持這一電平，否則會終止轉(zhuǎn)換的進(jìn)行。因此，在這種啟動方式下，單片機(jī)的控制信號必須經(jīng)過鎖存器保持一段時間，本設(shè)計通過D觸發(fā)器實現(xiàn)。A/D轉(zhuǎn)換器電路如下圖所示圖7單片機(jī)與0808接口電路3.2.5串口轉(zhuǎn)并口芯片74HC16474HC164是高速硅門CMOS器件，與低功耗肖特基性TTL（LSTTL）器件的引腳兼容。74HC164是8位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出，

25、數(shù)據(jù)通過兩個輸入端（DSA和DSB）之一串行輸入；任意輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接入高電平，一定不要懸空。圖8 74HC164引腳圖時鐘（CP）每次有低變高時，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到Q0，Q0是兩個數(shù)據(jù)輸入端（DSA或DSB）的邏輯與，它將上升時鐘沿之前保持一個建立時間的長度。主復(fù)位（MR）輸入端上的一個低電平將使其他所有端都無效，同時非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平。3.2.5.1功能H=HIGH（高）電平h=先于低-至-高時鐘越變一個建立時間（set-up time）的HIGH（高）電平L=LOW（低）電平L=

26、先于低-至-高時鐘越變一個建立時間（set-up time）的LOW（低）電平Q=小寫字母代表先于低-至-高時鐘越變一個建立時間的參考輸入（referenced input）的狀態(tài)=低-至-高時鐘越變3.2.6數(shù)碼管顯示本設(shè)計的顯示電路是由LED八段數(shù)碼管實現(xiàn)的，為了可以更加精確的實現(xiàn)所測可可燃?xì)鉂舛龋孙@示電路采用由四個數(shù)碼管組成的動態(tài)顯示電路。本次設(shè)計利用74HC164反相器作為數(shù)碼管的段驅(qū)動電路，7407反相器作為為驅(qū)動電路。圖9數(shù)碼管顯示圖3.2.7聲音燈光報警電路聲光報警電路如圖所示10。報警裝置采用蜂鳴器較一般的蜂鳴器體積大，聲音響亮，對于家用可燃?xì)鈭缶鞣浅嵱茫軌蛴行У囊鹑?/p>

27、們的警覺意識，單片機(jī)AT89C51通過8個引腳（P1.0P1.7）驅(qū)動DAC0808達(dá)到控制二極管導(dǎo)通，蜂鳴器報警。紅燈不亮表示正常狀態(tài)，表示環(huán)境中的可可燃?xì)鉂舛忍幱跇O低狀態(tài)，當(dāng)氣體傳感器檢測的濃度信號達(dá)到所限定值的要求時，紅燈開始閃亮，提醒用戶盡快采取安全方法措施。當(dāng)可可燃?xì)鉂舛瘸^報警所要求的預(yù)設(shè)值時，報警器發(fā)出聲音，紅燈閃亮，并且隨著可燃?xì)鉂舛鹊脑黾訜艄忾W亮頻率加快，用戶能及時撤離現(xiàn)場。 圖10聲音燈光報警電路3.3總電路設(shè)計應(yīng)設(shè)計要求，本設(shè)計通過AT89C51單片機(jī)實現(xiàn)，AT89C51單片機(jī)的主控電路包括：時鐘電路、復(fù)位電路。傳感器在本設(shè)計中實現(xiàn)了把非電量的氣體濃度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，

28、21世紀(jì)，電子技術(shù)更新?lián)Q代非常快，隨著電子計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，只能檢測，自動控制彰顯出了它的優(yōu)勢，通常接觸的設(shè)備只能解決電信號，所以，需要將被測非電量的信號由傳感器轉(zhuǎn)換成電信號。本設(shè)計氣體濃度信號采集是首要任務(wù)，傳感器也就在自動控制擔(dān)任首要的角色，如果傳感器不能精確的對原始信號進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換，所有的自動檢測和自動控制系統(tǒng)也就失去了它的意義，傳感器的發(fā)展關(guān)乎著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的命脈，所以要慎重的選用傳感器，本設(shè)計中，我們選擇的MC101型氣體傳感器接在放大器的輸入接口。將單片機(jī)與外圍接口電路，AT89C51與74HC164芯片相連的串口轉(zhuǎn)并口數(shù)碼管顯示電路、AT89C51與ADC0808實現(xiàn)A

29、/D轉(zhuǎn)換的電路、AT89C51與聲光報警電路。就得到了以AT89C51為核心的氣體報警電路總電路圖。當(dāng)氣體濃度達(dá)到200ppm時，催化式氣體傳感器產(chǎn)生模擬電壓，ADC0808將傳感器產(chǎn)生的模擬信號，轉(zhuǎn)化成AT89C51單片機(jī)所能識別的數(shù)字量電壓量，由AT89C51單片機(jī)控制驅(qū)動聲光報警電路。綜上所述，總電路圖如圖所示：圖11可燃?xì)鈭缶到y(tǒng)總電路圖4可燃?xì)庑孤﹫缶到y(tǒng)的軟件部分設(shè)計4.1主程序設(shè)計4.1.1主程序設(shè)計流程圖主程序流程圖如圖所示，系統(tǒng)先進(jìn)行初始化，數(shù)據(jù)采集的功能：傳感器采集氣體濃度信號，信號經(jīng)放大電路，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成AT89C51單片機(jī)可識別的數(shù)字量。在單片機(jī)內(nèi)部實現(xiàn)將濃度值與預(yù)

30、先設(shè)定好的報警值比較，判斷是否報警，分200ppm，1000ppm兩個濃度等級報警，完善報警功能，使用戶更加便利。否是是不報警一級報警結(jié)束開始初始化工作方式調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用濃度轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用顯示子程序是否<200是否<1000結(jié)束二級報警結(jié)束圖12 主程序流程圖4.1.2主程序的編程#include<reg51.h>#include<intrins.h>#define MIN 46/200ppm對應(yīng)的數(shù)字量#define MAX 225/1000ppm對應(yīng)的數(shù)字量sbit V0=P20;sbit V1=P21;sbit V2=P22;sbit V3=

31、P23;sbit START=P36;sbit EOC=P32;sbit ALE=P27;sbit OE=P37;int A1,A2,A3,A4; float x,y,v;void delays(int a);/延時程序while(a-);float get_ADC0808()/計算ADC輸入電壓int getdata;ALE=1;START=1;ALE=0;START=0;delays(10);ALE=1;START=1;While(EOC!=0);OE=0;delays(10);OE=1;getdata=P0;v=5/255*getdata;return(v);sbit V2=P22;sb

32、it V3=P23;sbit START=P36;sbit EOC=P32;sbit ALE=P27;sbit OE=P37;int A1,A2,A3,A4; float x,y,v;void delays(int a);/延時程序while(a-);float get_ADC0808()/計算ADC輸入電壓int getdata;ALE=1;START=1;ALE=0;START=0;delays(10);ALE=1;START=1;While(EOC!=0);OE=0;delays(10);OE=1;getdata=P0;v=5/255*getdata;return(v);DONGDU()

33、/濃度轉(zhuǎn)換DONGDU()/濃度轉(zhuǎn)換int flag；y= get_ADC0808();x=y*2000/9;/濃度計算公式單位ppmA4=x%10；flag=x/10;A3=falg%10;flag=flag/100;A2=flag%10;flag=flag/1000;A1=flag;display()/顯示程序SBUF=A1;while(TI!=1); V1=0; delay (10);V1=1;SBUF=A2;while(TI!=1); V2=0; delay (10);V2=1;SBUF=A3;while(TI!=1); V3=0; delay (10);V2=1;SBUF=A4;wh

34、ile(TI!=1); V3=0; delay (10);V3=1;main()int a;SCON=0x00;/串口方式0發(fā)送while(1)get_ADC0808()； /計算ADC輸入電壓DONGDU()； /濃度轉(zhuǎn)換display()；/顯示程序if(x<MIN)/判斷轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)范圍P1=0;else if(a<MAX)P1=x;/報警、燈亮(隨濃度的增加音量、亮度加大)else P1=x;/報警、燈亮（隨濃度的增加音量、亮度加大）4.2軟件設(shè)計的子程序基本思想4.2.1A/D轉(zhuǎn)換4.2.1.1A/D轉(zhuǎn)換流程圖流程圖如圖所示，由硬件部分可知信號端與AT89C51的連接圖，系統(tǒng)

35、先進(jìn)行初始化，使START=0，ALE=0完成準(zhǔn)備階段，當(dāng)START=1，ALE=1啟動ADC0808，EOC=1，送高電平至OE，輸出轉(zhuǎn)換所得數(shù)據(jù)。開始初始化給出地址并啟動A/D輸出A/D返回 圖13 A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖4.2.1.2A/D轉(zhuǎn)換子程序float get_ADC0808()/計算ADC輸入電壓int getdata;ALE=1;START=1;ALE=0;START=0;delays(10);ALE=1;START=1;While(EOC!=0);OE=0;delays(10);OE=1;getdata=P0;v=5/255*getdata;return(v); 4.2.2濃度轉(zhuǎn)換4.2.2.1濃度轉(zhuǎn)換流程圖流程圖如圖所示，濃度轉(zhuǎn)換是為數(shù)碼管顯示做鋪墊，上面已經(jīng)得到A/D轉(zhuǎn)換輸出的電壓值，根據(jù)公式： 再經(jīng)過將x對10、100、1000取余、取整，得到電壓值轉(zhuǎn)化為顯示所需的濃度值。開始否采集電壓進(jìn)行濃度轉(zhuǎn)換輸出濃度返回圖14濃度轉(zhuǎn)換程序流程圖4.2.2.2濃度轉(zhuǎn)換子程序DONGDU()/濃度轉(zhuǎn)換int