單片機的火災(zāi)報警系統(tǒng)硬件設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u29772單片機的火災(zāi)報警系統(tǒng)硬件設(shè)計案例 1258131.1主控單片機選型及電路設(shè)計 1155211.1.1單片機的選型 1241191.1.2外部接口電路 6202171.2DS18B20測溫電路 6191581.3報警電路 7165781.4四位數(shù)碼管顯示電路 7262761.5報警溫度設(shè)定按鍵電路 8208601.6煙霧傳感器轉(zhuǎn)換電路 8主控單片機選型及電路設(shè)計單片機的選型單片機處理是該系統(tǒng)的信號處理核心部分，報警信號是由該單片機發(fā)出的，所選用單片機的特點必須適合火災(zāi)報警的需要，確保工作效率高，可靠性好，穩(wěn)定性強。在選擇CPU上，除了考慮性價比和執(zhí)行速率之外，還應(yīng)考慮電路設(shè)計的復(fù)雜性。由于各傳感器的輸出都是電壓信號，所以為了減少電路的復(fù)雜性，在選擇單片機上應(yīng)當(dāng)選擇帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機，本次設(shè)計選用AT89S52系列單片機。AT89S52有40個引腳，4kbytesflash片內(nèi)程序存儲器，128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），32個外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5個中斷優(yōu)先級，2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，看門狗（wdt）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。AT89S52單片機是一種低功耗高性能的CMOS8位微控制器，內(nèi)置8KB可在線編程閃存。該器件采用Atmel公司的高密度非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，其指令與工業(yè)標準的80C51指令集兼容。片內(nèi)程序存儲器允許重復(fù)在線編程，允許程序存儲器在系統(tǒng)內(nèi)通過SPI串行口改寫或用非易失性存儲器改寫。通過把通用的8位CPU與可在線下載的Flash集成在一個芯片上，AT89S52便成為一個高效的微型計算機。它的應(yīng)用范圍廣，可用于解決復(fù)雜的控制問題，且成本較低。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。圖3-1AT89S52結(jié)構(gòu)框圖圖3-2DIP-40封裝AT89S52引腳此外，AT89S52設(shè)計和配置了震蕩頻率可為12MHZ并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，cpu暫停工作，而ram定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存ram的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。主要功能特性：兼容mcs-51指令系統(tǒng)4k可反復(fù)擦寫（>1000次）ispflashrom32個雙向i/o口4.5-5.5v工作電壓2個16位可編程定時/計數(shù)器時鐘頻率0-33mhz全雙工uart串行中斷口線128x8bit內(nèi)部ram2個外部中斷源低功耗空閑和省電模式中斷喚醒省電模式3級加密位看門狗（wdt）電路軟件設(shè)置空閑和省電功能靈活的isp字節(jié)和分頁編程雙數(shù)據(jù)寄存器指針按照功能，AT89S52的引腳可分為主電源、外接晶體振蕩或振蕩器、多功能I/O口、控制和復(fù)位等。（1）功能I/O口AT89S52共有四個8位的并行I/O口：P0、P1、P2、P3端口，對應(yīng)的引腳分別是P0.0～P0.7，P1.0～P1.7，P2.0～P2.7，P3.0～P3.7，共32根I/O線。每根線可以單獨用作輸入或輸出。①P0端口，該口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。在作為輸出口時，每根引腳可以帶動8個TTL輸入負載。當(dāng)把“1”寫入P0時，則它的引腳可用作高阻抗輸入。當(dāng)對外部程序或數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P0可用作多路復(fù)用的低字節(jié)地址/數(shù)據(jù)總線，在該模式，P0口擁有內(nèi)部上拉電阻。在對Flash存儲器進行編程時，P0用于接收代碼字節(jié)；在校驗時，則輸出代碼字節(jié)；此時需要外加上拉電阻。②P1端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，P1口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫“1”時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時可用作輸入口。P1口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在對Flash編程和程序校驗時，P1口接收低8位地址。另外，P1.0與P1.1可以配置成定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入端（P1.0/T2）與定時/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入端（P1.0/T2EX），如表3.1所示。表3-1P1口管腳復(fù)用功能端口引腳復(fù)用功能P1.0T2（定時器/計算器2的外部輸入端）P1.1T2EX（定時器/計算器2的外部觸發(fā)端和雙向控制）P1.5MOSI（用于在線編程）P1.6MISO（用于在線編程）P1.7SCK（用于在線編程）③P2端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，P2口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫“1”時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時可用作輸入口。P2口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址，在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不會改變。在對Flash編程和程序校驗期間，P2口也接收高位地址或一些控制信號。④P3端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，P3口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫“1”時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時可用作輸入口。P3口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在AT89S52中，同樣P3口還用于一些復(fù)用功能，如表3.2所列。在對Flash編程和程序校驗期間，P3口還接收一些控制信號。表3-2P3端口引腳與復(fù)用功能表端口引腳復(fù)用功能P3.0RXD<串行輸入口>P3.1TXD<串行輸出口>P3.2INT0<外部中斷0>P3.3INT1<外部中斷1>P3.4T0<定時器0的外部輸入>P3.5T1<定時器1的外部輸入>P3.6WR<外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通>P3.7RD<外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通>（3）E/PROG

地址鎖存允許信號。在存取外部存儲器時，這個輸出信號用于鎖存低字節(jié)地址。在對Flash存儲器編程時，這條引腳用于輸入編程脈沖PROG。一般情況下，ALE是振蕩器頻率的6分頻信號，可用于外部定時或時鐘。但是，在對外部數(shù)據(jù)存儲器每次存取中，會跳過一個ALE脈沖。在需要時，可以把地址8EH中的SFR寄存器的0位置為“1”，從而屏蔽ALE的工作；而只有在MOVX或MOVC指令執(zhí)行時ALE才被激活。在單片機處于外部執(zhí)行方式時，對ALE屏蔽位置“1”并不起作用。（4）PSEN

程序存儲器允許信號。它用于讀外部程序存儲器。當(dāng)AT89S52在執(zhí)行來自外部存儲器的指令時，每一個機器周期PSEN被激活2次。在對外部數(shù)據(jù)存儲器的每次存取中，PSEN的2次激活會被跳過。（5）EA/Vpp外部存取允許信號。為了確保單片機從地址為0000H～FFFFH的外部程序存儲器中讀取代碼，故要把EA接到GND端，即地端。但是，如果鎖定位1被編程，則EA在復(fù)位時被鎖存。當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部程序時，EA應(yīng)接到ACC。在對Flash存儲器編程時，這條引腳接收12V編程電壓Vpp。（6）XTAL1

振蕩器的反相放大器輸入，內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。（7）XTAL2

振蕩器的反相放大器輸出。DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路外部接口電路DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。DS18B20測溫電路圖3-3DS18B20電路DS18B20的1腳接地，2腳數(shù)據(jù)端接單片機的P3.4，3腳接VCC，為了確保DS18B20工作可靠，2腳要接10K的上拉電阻。報警電路圖3-4蜂鳴器電路本系統(tǒng)中采用蜂鳴器報警，由于單片機輸出電流較小，所以用三極管9013驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音。四位數(shù)碼管顯示電路圖3-5數(shù)碼管顯示電路4位數(shù)碼管為共陽管，由于單片機輸出電流比較小，故用4個PNP型的三極管9015來驅(qū)動數(shù)