基于c51單片機的有害氣體檢測課程設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 系統總體方案選擇與說明7</p><p><b>　　1.1方案選擇7</b></p><p><b>　　1.2系統說明7</b></p><p>　　第二章 系統結構框圖與工作原理8&l

2、t;/p><p>　　2.1設計框架圖8</p><p><b>　　2.2工作原理9</b></p><p>　　第三章 各單元硬件設計說明及法計算方10</p><p>　　3.1 主控芯片80C5110</p><p>　　3.2 A/D轉換集成電路主芯片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 單片機時鐘電路16</p><p>　　3.6 復位電路17</p><p>　　3.7 光報警系統18</p><p>　　3.8 單片機

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

5、擇與說明</p><p><b>　　1.1方案選擇</b></p><p>　　用單片機控制一個檢測報警系統，與以往用數字邏輯電路組成的控制系統相比，用單片機組成的檢測報警系統，應具有更大的靈活性，功能也更強，并具有智能性, 在實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為核心設計一個工業(yè)現場報警器系統是可行的。</p><p&g

6、t;<b>　　1.2系統說明</b></p><p>　　單片機工業(yè)現場報警系統是對工業(yè)現場的有害氣體進行檢測，一旦有害氣體的濃度超過容許的氣體濃度范圍，系統閃光響鈴報警。通過傳感器對工業(yè)現場有害氣體濃度的檢測從而轉換成相應的電壓值，又通過A/D模數轉換器將傳感器的電壓值的模擬信號轉換為數字信號，然后所轉換的數字量接到單片機80C51的P0口，最后單片機對接入的數字信號做出反應，判斷所測有

7、害氣體的濃度是否超標，超標則做出閃光響鈴的報警指示，處于安全范圍保持正常狀態(tài)不變。</p><p>　　第二章 系統結構框圖與工作原理</p><p><b>　　2.1設計框架圖</b></p><p><b>　　圖2—1</b></p><p><b>　　2.2工作原理</

8、b></p><p>　　單片機工業(yè)現場報警器主要由氣體傳感器、信號調理、A/D模數轉換器、80C51單片機和閃光響鈴報警等幾部分構成。八種有害氣體分別對應八個氣體傳感器，氣體傳感器對有害氣體的濃度進行測量，從而轉換成電壓量。將氣體傳感器的輸出端接到A/D模數轉換器的IN0至IN7端，作為A/D模數轉換器的輸入。再將A/D模數轉換器的輸出端D0~D7接到80C51單片機的P0口，將閃光響鈴報警電路接到80C

9、51單片機的P3.7口，從而構成氣體檢測報警系統。當氣體傳感器檢測的濃度值大于或等于所設定的氣體濃度值，通過A/D模數轉換成高電平送到80C51單片機的P0口，從而使P3.7=0，閃光響鈴就啟動了，從而完成了氣體的檢測。</p><p>　　第三章 各單元硬件設計說明及法計算方法</p><p>　　3.1 主控芯片80C51</p><p>　　這次課程設計的主

10、要是圍繞80C51而設計的，所以有必要先對它做一個簡單介紹，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系列單片機中最基本的產品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術制造的高性能8位單片機，屬于標準的MCS-51的HCMOS產品。它結合了HMOS的高速和高密度技術及CHMOS的低功耗特

11、征，它繼承和擴展了MCS-48單片機的體系結構和指令系統。</p><p>　　80C51內置中央處理單元、128字節(jié)內部數據存儲器RAM、32個雙向輸入/輸出(I/O)口、2個16位定時/計數器和5個兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內時鐘振蕩電路。</p><p>　　此外，80C51還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結CPU而RAM定時器、串行

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

13、</p><p>　　圖3—2 ADC0809外部管腳圖</p><p>　　A/D轉換電路采用了常用的8位8通道數模轉換專用芯片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經地址鎖存器74LS373輸出提供。當P2.7=0時，與寫信號WR共同選通ADC0809。圖中A

14、LE信號與ST信號連在一起，在WR信 號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉換。圖中ADC0809的轉換結束狀態(tài)信號EOC接到89C51的INT1引腳，當A/D轉換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖?，表示轉換結束，產生中斷。在中斷服務程序中，將轉換好的數據送到指定的存儲單元。數據采集電路圖如下：</p><p>　　圖3—3數據采集模塊電路 </p><p>　　3.3 集成氣體傳感

15、器TGS202元件</p><p>　　要準確地進行工業(yè)現場報警，選擇合適的氣體傳感器是準確報警的前提。綜合考慮各因素，本文選擇集成氣體傳感器TGS202用作采集系統的敏感元件。</p><p>　　TGS202氣體傳感器能探測CO2，CO，甲烷、煤氣等多種氣體，他靈敏度高，穩(wěn)定性好，適合于火災中氣體的探測。如圖4所示，當TGS202探測到CO2或CO時，傳感器的內阻變小，VA迅速上升。選

16、擇適當的電阻阻值，使得當氣體濃度達到一定程度(如CO濃度達到0.06%)時，VA端獲得適當的電壓(設為3 V)。</p><p>　　TGS202的應用電路圖如下：</p><p>　　圖3—4 TGS202的應用電路</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>　　當三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時，O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅動負載或總線。當 OE 為高電平時，O0~O7 呈高阻態(tài)，即不驅動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內部的邏輯操作不受影響。</p><p>

18、;　　當鎖存允許端 LE 為高電平時，O 隨數據 D 而變。當 LE 為低電平時，O 被鎖存在已建立的數據電平。</p><p>　　當 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：</b></p><p>　　D0～D7 數據輸入端</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 單片機時鐘電路</p><p>　　單片機工作的時間基準是由時鐘電路提供的。在單片機的XTAL1和XTAL2兩個管腳，接一只晶振及兩只電容就構成了單片機的時鐘電路。</p><p>　　電路中電容C1和C2對振蕩頻率有微調作用，通常的取值范圍為（20—40）pF。晶振這里選擇12MHz。時鐘內部方式圖如下：</p><p>　　圖3—7 內部時鐘方式

21、</p><p><b>　　3.6 復位電路</b></p><p>　　單片機的RST管腳為主機提供一個外部復位的信號輸入端口。復位電平是高電平有效，高電平持續(xù)的時間是應為2個機器周期以上。</p><p>　　單片機的復位方式有上電復位和手工復位兩種。下圖所示是51系列單片機常用的上電復位和手工復位組合電路，只要電源上升時間不超過1ms，

22、它們都能很好的工作。復位以后，單片機內各部件恢復到初始狀態(tài)。</p><p>　　圖3—8 按鍵電平復位</p><p><b>　　3.7 光報警系統</b></p><p>　　聲光報警電路在單片機P1口的控制下，可以根據不同情況發(fā)出不同的聲光報警信號。聲音信號由專用語音芯片提供。通過給語音芯片的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。由單片機的P1.0和P1.1控制。另外該芯片還需要一個選通信號，由P1.3提供。只有當該信號為高電平時，芯片才會根據S1和S2端的控制信號發(fā)出不同的報警聲，否則不會發(fā)聲報警?！　∮蒔1口的P1.4～P1.7分別控制4個發(fā)光二極管，予以光報警，如圖6所示。P1.4～P1.7控制的燈依次為綠色(正常信號燈)、黃色(故障信號燈)、紅色(超標信號燈)和紅色(火災信號燈)。當這些輸出端輸出低電平時，對

24、應的信號燈便會發(fā)光報警。</p><p>　　圖3—9 光報警電路圖</p><p>　　3.8 單片機振蕩電路</p><p>　　8051內置頻率可達12MHz的時鐘電路，用來產生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容，晶振采用12M外接30p電容構成單片機時鐘電路。單片機振蕩電路圖如下：</p><p>　　圖3-1

25、0 單片機振蕩電路</p><p>　　第四章 軟件設計</p><p>　　4.1 軟件總體設計</p><p>　　系統復位后，首先要進行初始化，包括對各個控制用寄存器的初始化、設置中斷服務程序的入口地址、設置堆棧等。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</b></p><p>　　1·教材《單片微型計算機技術》 劉國榮 編 機械工業(yè)出版社</p><p>　　2·《單片微型計算機原理、應用及接口技術》 張迎新 編 國防工業(yè)出版社</p><p>　　3·《單片機實用系統設計技術》 房小翠 編 國防工業(yè)出版社</p><p