基于c51單片機的有害氣體檢測課程設計

1、目錄第一章 系統(tǒng)總體方案選擇與說明71.1方案選擇71.2系統(tǒng)說明7第二章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與工作原理82.1設計框架圖82.2工作原理9第三章 各單元硬件設計說明及法計算方103.1 主控芯片80c51103.2 a/d轉(zhuǎn)換集成電路主芯片0809123.3 集成氣體傳感器tgs202元件133.4 地址鎖存器主芯片74ls373143.5 單片機時鐘電路163.6 復位電路173.7 光報警系統(tǒng)183.8 單片機振蕩電路19第四章 軟件設計204.1 軟件總體設計20第六章 總結(jié)23附件 a（原理圖）25附錄c 參考文獻31第一章 系統(tǒng)總體方案選擇與說明1.1方案選擇用單片機控制一個檢測報警系統(tǒng)

2、，與以往用數(shù)字邏輯電路組成的控制系統(tǒng)相比，用單片機組成的檢測報警系統(tǒng)，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(xiàn)場報警器系統(tǒng)是可行的。1.2系統(tǒng)說明單片機工業(yè)現(xiàn)場報警系統(tǒng)是對工業(yè)現(xiàn)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(tǒng)閃光響鈴報警。通過傳感器對工業(yè)現(xiàn)場有害氣體濃度的檢測從而轉(zhuǎn)換成相應的電壓值，又通過a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換器將傳感器的電壓值的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后所轉(zhuǎn)換的數(shù)字量接到單片機80c51的p0口，最后單片機對接入的數(shù)字信號做出反應，判斷所測有害氣體的濃度是否超標，超標則做

3、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。第二章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與工作原理2.1設計框架圖氣體傳感器被測試氣體采樣信號處理模數(shù)轉(zhuǎn)換器89c51單片機外部報警裝置 圖212.2工作原理單片機工業(yè)現(xiàn)場報警器主要由氣體傳感器、信號調(diào)理、a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換器、80c51單片機和閃光響鈴報警等幾部分構(gòu)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(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d0d7接到80c51單片機的p0口，將閃光響鈴報警電路接到80c51單片機的p3.7口，從而

4、構(gòu)成氣體檢測報警系統(tǒng)。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(shù)轉(zhuǎn)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。第三章 各單元硬件設計說明及法計算方法3.1 主控芯片80c51這次課程設計的主要是圍繞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： 圖31 80c51外部管腳圖80c51是intel公司mcs-51系列單片機中最基本的產(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，屬于標準的mcs-51的hcmos產(chǎn)品。它結(jié)合了hmos的高速和高密度技術(shù)及c

5、hmos的低功耗特征，它繼承和擴展了mcs-48單片機的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。 80c51內(nèi)置中央處理單元、128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器ram、32個雙向輸入/輸出(i/o)口、2個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。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(jié)cpu而ram定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存ram數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其它功能。80c51有pdip(40pin)和plcc(44pin)兩種封裝形式。3.2 a/d轉(zhuǎn)換集成電路主芯片0809a/d轉(zhuǎn)換由集成電路0809完

6、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(zhuǎn)換。0809的管腳圖如下： 圖32 adc0809外部管腳圖 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p0.0p0.2經(jīng)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ale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(zhuǎn)換。圖中adc0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號eoc接到89c51的int1

7、引腳，當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。在中斷服務程序中，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送到指定的存儲單元。數(shù)據(jù)采集電路圖如下： 圖33數(shù)據(jù)采集模塊電路 3.3 集成氣體傳感器tgs202元件要準確地進行工業(yè)現(xiàn)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(tǒng)的敏感元件。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(nèi)阻變小，va迅速上升。選擇適當?shù)碾娮枳柚?，使得當氣體濃度達到一定程度(如co濃度達到0.0

8、6%)時，va端獲得適當?shù)碾妷?設為3v)。tgs202的應用電路圖如下：圖34 tgs202的應用電路3.4 地址鎖存器主芯片74ls37374373為三態(tài)輸出的八 d 透明鎖存器, 373 的輸出端 o0o7 可直接與總線相連。外部管腳圖如下： 圖35 74ls373外部管腳圖 當三態(tài)允許控制端 oe 為低電平時，o0o7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總線。當 oe 為高電平時，o0o7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當鎖存允許端 le 為高電平時，o 隨數(shù)據(jù) d 而變。當 le 為低電平時，o 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當 le 端施密特觸

9、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。引出端符號：d0d7 數(shù)據(jù)輸入端oe 三態(tài)允許控制端（低電平有效）le 鎖存允許端o0o7 輸出端74ls373真值表如下： 圖36 74ls373真值表 3.5 單片機時鐘電路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(gòu)成了單片機的時鐘電路。電路中電容c1和c2對振蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍為（2040）pf。晶振這里選擇12mhz。時鐘內(nèi)部方式圖如下： 圖37 內(nèi)部時鐘方式3.6 復位電路單片機的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

10、效，高電平持續(xù)的時間是應為2個機器周期以上。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，它們都能很好的工作。復位以后，單片機內(nèi)各部件恢復到初始狀態(tài)。 圖38 按鍵電平復位3.7 光報警系統(tǒng)聲光報警電路在單片機p1口的控制下，可以根據(jù)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(00，01，10，11)，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(jù)s

11、1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。由p1口的p1.4p1.7分別控制4個發(fā)光二極管，予以光報警，如圖6所示。p1.4p1.7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，對應的信號燈便會發(fā)光報警。 圖39 光報警電路圖3.8 單片機振蕩電路8051內(nèi)置頻率可達12mhz的時鐘電路，用來產(chǎn)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(gòu)成單片機時鐘電路。單片機振蕩電路圖如下：圖3-10 單片機振蕩電路第四章 軟件設計4.1 軟件總體設計系統(tǒng)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34所示： 開始系統(tǒng)初始化氣體濃度取樣數(shù)模轉(zhuǎn)換器信號處理氣體濃度超標？報警裝置報警返回yn附件 a