基于c51單片機(jī)的有害氣體檢測(cè)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 系統(tǒng)總體方案選擇與說(shuō)明7</p><p><b>　　1.1方案選擇7</b></p><p><b>　　1.2系統(tǒng)說(shuō)明7</b></p><p>　　第二章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與工作原理8&l

2、t;/p><p>　　2.1設(shè)計(jì)框架圖8</p><p><b>　　2.2工作原理9</b></p><p>　　第三章 各單元硬件設(shè)計(jì)說(shuō)明及法計(jì)算方10</p><p>　　3.1 主控芯片80C5110</p><p>　　3.2 A/D轉(zhuǎn)換集成電路主芯片080912</p&

3、gt;<p>　　3.3 集成氣體傳感器TGS202元件13</p><p>　　3.4 地址鎖存器主芯片74LS37314</p><p>　　3.5 單片機(jī)時(shí)鐘電路16</p><p>　　3.6 復(fù)位電路17</p><p>　　3.7 光報(bào)警系統(tǒng)18</p><p>　　3.8 單片機(jī)

4、振蕩電路19</p><p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.1 軟件總體設(shè)計(jì)20</p><p>　　第六章 總結(jié)23</p><p>　　附件 A（原理圖）25</p><p>　　附錄C 參考文獻(xiàn)31</p><p>　　第一章 系統(tǒng)總體方案選

5、擇與說(shuō)明</p><p><b>　　1.1方案選擇</b></p><p>　　用單片機(jī)控制一個(gè)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，與以往用數(shù)字邏輯電路組成的控制系統(tǒng)相比，用單片機(jī)組成的檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，應(yīng)具有更大的靈活性，功能也更強(qiáng)，并具有智能性, 在實(shí)際工作中是一種行之有效的方法。因此，從理論上分析利用單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警器系統(tǒng)是可行的。</p><p&g

6、t;<b>　　1.2系統(tǒng)說(shuō)明</b></p><p>　　單片機(jī)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警系統(tǒng)是對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的有害氣體進(jìn)行檢測(cè)，一旦有害氣體的濃度超過(guò)容許的氣體濃度范圍，系統(tǒng)閃光響鈴報(bào)警。通過(guò)傳感器對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有害氣體濃度的檢測(cè)從而轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值，又通過(guò)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器將傳感器的電壓值的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后所轉(zhuǎn)換的數(shù)字量接到單片機(jī)80C51的P0口，最后單片機(jī)對(duì)接入的數(shù)字信號(hào)做出反應(yīng)，判斷所測(cè)有

7、害氣體的濃度是否超標(biāo)，超標(biāo)則做出閃光響鈴的報(bào)警指示，處于安全范圍保持正常狀態(tài)不變。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與工作原理</p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)框架圖</b></p><p><b>　　圖2—1</b></p><p><b>　　2.2工作原理</

8、b></p><p>　　單片機(jī)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警器主要由氣體傳感器、信號(hào)調(diào)理、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、80C51單片機(jī)和閃光響鈴報(bào)警等幾部分構(gòu)成。八種有害氣體分別對(duì)應(yīng)八個(gè)氣體傳感器，氣體傳感器對(duì)有害氣體的濃度進(jìn)行測(cè)量，從而轉(zhuǎn)換成電壓量。將氣體傳感器的輸出端接到A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的IN0至IN7端，作為A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入。再將A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端D0~D7接到80C51單片機(jī)的P0口，將閃光響鈴報(bào)警電路接到80C

9、51單片機(jī)的P3.7口，從而構(gòu)成氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)氣體傳感器檢測(cè)的濃度值大于或等于所設(shè)定的氣體濃度值，通過(guò)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換成高電平送到80C51單片機(jī)的P0口，從而使P3.7=0，閃光響鈴就啟動(dòng)了，從而完成了氣體的檢測(cè)。</p><p>　　第三章 各單元硬件設(shè)計(jì)說(shuō)明及法計(jì)算方法</p><p>　　3.1 主控芯片80C51</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)的主

10、要是圍繞80C51而設(shè)計(jì)的，所以有必要先對(duì)它做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹，80C51引腳圖如下圖所示：</p><p>　　圖3—1 80C51外部管腳圖</p><p>　　80C51是INTEL公司MCS-51系列單片機(jī)中最基本的產(chǎn)品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特

11、征，它繼承和擴(kuò)展了MCS-48單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。</p><p>　　80C51內(nèi)置中央處理單元、128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、32個(gè)雙向輸入/輸出(I/O)口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和5個(gè)兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。</p><p>　　此外，80C51還可工作于低功耗模式，可通過(guò)兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時(shí)器、串行

12、口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時(shí)鐘振蕩停止，同時(shí)停止芯片內(nèi)其它功能。80C51有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。</p><p>　　3.2 A/D轉(zhuǎn)換集成電路主芯片0809</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換由集成電路0809完成。0809具有8路模擬輸入端口，地址線（23-25腳）可決定對(duì)哪一路模擬輸入作A/D轉(zhuǎn)換。0809的管腳圖如下：

13、</p><p>　　圖3—2 ADC0809外部管腳圖</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換電路采用了常用的8位8通道數(shù)模轉(zhuǎn)換專(zhuān)用芯片ADC0809，電路如圖5所示。氣體傳感器的輸出分別接到ADC0809的IN0至IN7。ADC0809的通道選擇地址A，B，C分別由89C51的P0.0～P0.2經(jīng)地址鎖存器74LS373輸出提供。當(dāng)P2.7=0時(shí)，與寫(xiě)信號(hào)WR共同選通ADC0809。圖中A

14、LE信號(hào)與ST信號(hào)連在一起，在WR信 號(hào)的前沿寫(xiě)入地址信號(hào)，在其后沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。圖中ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)EOC接到89C51的INT1引腳，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖?，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，產(chǎn)生中斷。在中斷服務(wù)程序中，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送到指定的存儲(chǔ)單元。數(shù)據(jù)采集電路圖如下：</p><p>　　圖3—3數(shù)據(jù)采集模塊電路 </p><p>　　3.3 集成氣體傳感

15、器TGS202元件</p><p>　　要準(zhǔn)確地進(jìn)行工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，選擇合適的氣體傳感器是準(zhǔn)確報(bào)警的前提。綜合考慮各因素，本文選擇集成氣體傳感器TGS202用作采集系統(tǒng)的敏感元件。</p><p>　　TGS202氣體傳感器能探測(cè)CO2，CO，甲烷、煤氣等多種氣體，他靈敏度高，穩(wěn)定性好，適合于火災(zāi)中氣體的探測(cè)。如圖4所示，當(dāng)TGS202探測(cè)到CO2或CO時(shí)，傳感器的內(nèi)阻變小，VA迅速上升。選

16、擇適當(dāng)?shù)碾娮枳柚担沟卯?dāng)氣體濃度達(dá)到一定程度(如CO濃度達(dá)到0.06%)時(shí)，VA端獲得適當(dāng)?shù)碾妷?設(shè)為3 V)。</p><p>　　TGS202的應(yīng)用電路圖如下：</p><p>　　圖3—4 TGS202的應(yīng)用電路</p><p>　　3.4 地址鎖存器主芯片74LS373</p><p>　　74373為三態(tài)輸出的八 D

17、透明鎖存器, 373 的輸出端 O0~O7 可直接與總線相連。外部管腳圖如下：</p><p>　　圖3—5 74LS373外部管腳圖</p><p>　　當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時(shí)，O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng) OE 為高電平時(shí)，O0~O7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。</p><p>

18、;　　當(dāng)鎖存允許端 LE 為高電平時(shí)，O 隨數(shù)據(jù) D 而變。當(dāng) LE 為低電平時(shí)，O 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。</p><p>　　當(dāng) LE 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。</p><p><b>　　引出端符號(hào)：</b></p><p>　　D0～D7 數(shù)據(jù)輸入端</p><p&

19、gt;　　OE 三態(tài)允許控制端（低電平有效）</p><p><b>　　LE 鎖存允許端</b></p><p><b>　　O0~O7 輸出端</b></p><p>　　74LS373真值表如下：</p><p>　　圖3—6 74LS373真值表 </p><p>

20、;　　3.5 單片機(jī)時(shí)鐘電路</p><p>　　單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)是由時(shí)鐘電路提供的。在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2兩個(gè)管腳，接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路。</p><p>　　電路中電容C1和C2對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍為（20—40）pF。晶振這里選擇12MHz。時(shí)鐘內(nèi)部方式圖如下：</p><p>　　圖3—7 內(nèi)部時(shí)鐘方式

21、</p><p><b>　　3.6 復(fù)位電路</b></p><p>　　單片機(jī)的RST管腳為主機(jī)提供一個(gè)外部復(fù)位的信號(hào)輸入端口。復(fù)位電平是高電平有效，高電平持續(xù)的時(shí)間是應(yīng)為2個(gè)機(jī)器周期以上。</p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位方式有上電復(fù)位和手工復(fù)位兩種。下圖所示是51系列單片機(jī)常用的上電復(fù)位和手工復(fù)位組合電路，只要電源上升時(shí)間不超過(guò)1ms，

22、它們都能很好的工作。復(fù)位以后，單片機(jī)內(nèi)各部件恢復(fù)到初始狀態(tài)。</p><p>　　圖3—8 按鍵電平復(fù)位</p><p><b>　　3.7 光報(bào)警系統(tǒng)</b></p><p>　　聲光報(bào)警電路在單片機(jī)P1口的控制下，可以根據(jù)不同情況發(fā)出不同的聲光報(bào)警信號(hào)。聲音信號(hào)由專(zhuān)用語(yǔ)音芯片提供。通過(guò)給語(yǔ)音芯片的S1和S2端輸入不同的邏輯電平(00，01，

23、10，11)，便可以獲得4種不同的聲音信號(hào)。由單片機(jī)的P1.0和P1.1控制。另外該芯片還需要一個(gè)選通信號(hào)，由P1.3提供。只有當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，芯片才會(huì)根據(jù)S1和S2端的控制信號(hào)發(fā)出不同的報(bào)警聲，否則不會(huì)發(fā)聲報(bào)警?！　∮蒔1口的P1.4～P1.7分別控制4個(gè)發(fā)光二極管，予以光報(bào)警，如圖6所示。P1.4～P1.7控制的燈依次為綠色(正常信號(hào)燈)、黃色(故障信號(hào)燈)、紅色(超標(biāo)信號(hào)燈)和紅色(火災(zāi)信號(hào)燈)。當(dāng)這些輸出端輸出低電平時(shí)，對(duì)

24、應(yīng)的信號(hào)燈便會(huì)發(fā)光報(bào)警。</p><p>　　圖3—9 光報(bào)警電路圖</p><p>　　3.8 單片機(jī)振蕩電路</p><p>　　8051內(nèi)置頻率可達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用來(lái)產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容，晶振采用12M外接30p電容構(gòu)成單片機(jī)時(shí)鐘電路。單片機(jī)振蕩電路圖如下：</p><p>　　圖3-1

25、0 單片機(jī)振蕩電路</p><p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 軟件總體設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)復(fù)位后，首先要進(jìn)行初始化，包括對(duì)各個(gè)控制用寄存器的初始化、設(shè)置中斷服務(wù)程序的入口地址、設(shè)置堆棧等。流程圖如圖3—4所示：</p><p>　　附件 A（原理圖）</p><p><b&

26、gt;　　附錄B 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1·教材《單片微型計(jì)算機(jī)技術(shù)》 劉國(guó)榮 編 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　2·《單片微型計(jì)算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù)》 張迎新 編 國(guó)防工業(yè)出版社</p><p>　　3·《單片機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)》 房小翠 編 國(guó)防工業(yè)出版社</p><p