1礦井瓦斯?jié)舛葘?shí)時(shí)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)-副本講解

1、目 次測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書班級(jí)：11表學(xué)號(hào)：2011140402姓 名：指導(dǎo)教師：電氣工程學(xué)院2015年 01月 07日電氣工程學(xué)院綜合課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表設(shè)計(jì)題目礦井瓦斯?jié)舛葘?shí)時(shí)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)姓名班級(jí)答辯小組成員（龔瑞昆（教授）職稱）：張湧濤（教授）、趙延軍（副教授）說明書主要內(nèi)容：隨著米礦技術(shù)的不斷發(fā)展，井下作業(yè)的安全越來越有保障，但 是仍然有許多采礦企業(yè)的機(jī)械化程度低，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采礦的工作人員的生命安全造成潛在 的威脅，特別是針對(duì)瓦斯氣體的檢測(cè)和報(bào)警仍舊存在隱患，每年由于瓦斯泄露造成的 特大事故依然很多。為避免人為因素造成爆炸事故的發(fā)生，開發(fā)研制出自動(dòng)監(jiān)控瓦斯 氣體的報(bào)警器。

2、本課題設(shè)計(jì)的是用單片機(jī)控制瓦斯?jié)舛葓?bào)警監(jiān)控儀，綜合運(yùn)用瓦斯?jié)舛葘?shí)時(shí)檢測(cè) 方法、信號(hào)采集與傳輸原理、8031單片機(jī)及外圍設(shè)備設(shè)計(jì)礦井瓦斯?jié)舛葘?shí)時(shí)檢測(cè)報(bào)警 系統(tǒng)。其中8031單片機(jī)為核心，通過氣體傳感器檢測(cè)瓦斯?jié)舛?，?jīng)由AD轉(zhuǎn)換送人單片機(jī)，并且實(shí)時(shí)顯示瓦斯?jié)舛?。通過對(duì)瓦斯?jié)舛仍O(shè)定，當(dāng)?shù)V井中的瓦斯氣體濃度達(dá)到 一定數(shù)值的時(shí)候及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息。評(píng)定成績(jī)：答辯小組組長：年 月日-III -目 次引 言11 文獻(xiàn)綜述2.1.1 本課題的研究背景及意義 21.2國內(nèi)外發(fā)展概況及研究方向 32 總體設(shè)計(jì)方案4.2.1系統(tǒng)概述4.2.2系統(tǒng)框圖4.2.3工作原理5.3 具體實(shí)施方案 6.3.1瓦斯氣體檢測(cè)電路

3、6.3.2中心控制模塊Z.3.2.1 8031引腳功能8.3.2.2 8031程序存儲(chǔ)器9.3.2.3 8031數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 103.3 AD模數(shù)轉(zhuǎn)換 1.13.4系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果的顯示1.33.5數(shù)據(jù)通信163.5報(bào)警電路173.6看門狗17參考文獻(xiàn)1.9-iii -河北聯(lián)合大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)說明書引言能源工業(yè)是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈。近年來，隨著石油價(jià)格的飆升，煤炭行業(yè) 的重要地位和不可替代性也日益顯現(xiàn)。然而，中國煤炭行業(yè)的安全形勢(shì)卻不容樂觀， 尤其是重、特大煤礦事故屢見報(bào)端。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的需求量大大增加， 刺激了煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但是由于井下環(huán)境惡劣，近年來，我國煤礦瓦斯爆炸事件頻 繁

4、發(fā)生，瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出等災(zāi)害，嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)和數(shù)百萬名礦 工的生命安全，給人民生活和國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來巨大影響。在這些事故中，瓦斯爆炸 占絕大多數(shù)。這其中，固然有很多誘發(fā)因素，但是煤礦生產(chǎn)企業(yè)安全監(jiān)測(cè)設(shè)備不完 備、管理手段落后是造成事故的重要因素之一。目前，我國所有煤礦均為瓦斯礦井。瓦斯災(zāi)害已成為制約我國煤礦安全生產(chǎn)和 煤炭工業(yè)發(fā)展的重要因素。這從一個(gè)側(cè)面告訴人們，在我國，只要控制住瓦斯，就可 有效減少煤礦事故。多年來的實(shí)踐證明，煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)是控制瓦斯事故的重要管理工具，它不僅能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)甲烷含量，當(dāng)被測(cè)氣體中甲烷濃度超過預(yù)定數(shù)值時(shí)，自動(dòng)發(fā) 出報(bào)警，提醒井下人員立刻離開

5、。使煤礦采取有針對(duì)性的防范措施，還可立即切斷危 險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的電源，避免事故發(fā)生。近年來，國有重點(diǎn)煤礦瓦斯爆炸事故較少的原因之 一，就是絕大多數(shù)煤礦的高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井安裝了瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。所以，設(shè)計(jì)開發(fā)瓦斯?jié)舛葘?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是非常有必要的，它能在瓦斯超限時(shí)或在 礦井中缺少氧氣并低于報(bào)警限時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，并且可以遠(yuǎn)程顯示，告知井下瓦斯和 氧氣超限的實(shí)際情況，使安全局主要負(fù)責(zé)人對(duì)礦主、安檢員、某些礦的負(fù)責(zé)人進(jìn)行監(jiān) 管，督促他們認(rèn)真貫徹煤礦安全規(guī)程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)管功能，進(jìn)而更好的促進(jìn)工業(yè)的發(fā) 展。-1 -河北聯(lián)合大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)說明書1文獻(xiàn)綜述1文獻(xiàn)綜述1.1本課題的研究背景及意義本課題的研究背景

6、及意義從我國煤炭生產(chǎn)的現(xiàn)狀及我國能源結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略規(guī)劃均可看 出，在本世紀(jì)中葉以前，煤炭仍將是支持我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要能源。煤炭生產(chǎn) 作為我國能源工業(yè)的支柱，其地位將是長期的，穩(wěn)定的。但是，目前煤 炭工業(yè)的安全 生產(chǎn)狀況卻很差，其中之一便是有害氣體的危害性，包括CH4,瓦斯，S02等。瓦斯(CH4)是煤礦井下危害最大的氣體，它是在成煤過程中形成并大量貯存于煤層之中 的氣體，無色、無味，有易燃、易爆等特點(diǎn)。瓦斯的危害主要表現(xiàn)為三個(gè)方面：第 一、瓦斯?jié)舛冗^高，對(duì)工人身體健康造成傷害，表現(xiàn)為缺氧，呼吸困難，窒息等；第二、瓦斯煤塵爆炸，瓦斯爆炸所產(chǎn)生的巨大沖擊波和高溫火焰，往往導(dǎo)致群死群 傷，而且揚(yáng)起的煤

7、塵又會(huì)參與爆炸，摧毀巷道，毀壞設(shè)備，甚至毀滅整個(gè)礦井，給國 家和人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。第三、大量的瓦斯排入大氣，污染大氣環(huán)境。目前我國已經(jīng)使用的瓦斯報(bào)警礦燈具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，但存在的問題是傳感器漂移大，要定期維護(hù)，并且需要維護(hù)的周期很短；維護(hù)方法復(fù) 雜，成本較高，抗機(jī)械干擾能力較差。為了解決這些問題，本課題在分析模擬式瓦斯 報(bào)警器特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，充分利用 51單片機(jī)的強(qiáng)大功能，對(duì)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行實(shí)時(shí)采集、 數(shù)據(jù)處理，對(duì)瓦斯傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)自校零、非線性補(bǔ)償，對(duì)提高瓦斯檢測(cè)的可靠性和 系統(tǒng)的性價(jià)比具有十分重要的意義。-2 -河北聯(lián)合大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)說明書1文獻(xiàn)綜述1.2國內(nèi)外發(fā)展

8、概況及研究方向儀器不斷更新。其類型根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象可分為可燃性氣體監(jiān)測(cè)儀，毒性氣體監(jiān)測(cè)儀 和氧氣監(jiān)測(cè)儀等；從儀器結(jié)構(gòu)和方法上分為袖珍式，便攜式和固定式。袖珍式儀器的 采樣方法為擴(kuò)散式，用于在危險(xiǎn)環(huán)境中的工作人員隨身攜帶；便攜式儀器采樣方法為 泵吸式，用于監(jiān)測(cè)人員定期安檢；固定式儀器用于煤礦井下固定地點(diǎn)氣體監(jiān)測(cè)。世界各國均有煤礦瓦斯氣體監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，如波蘭的DAN6400法國的TF200、德國的MINO別英國的Senturion-200等，其中全礦井綜合監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)有代表性的產(chǎn) 品有美國公司生產(chǎn)的 MSNS統(tǒng)，德國BEBRO公司的PROMO系統(tǒng)。但是這兩種系統(tǒng)只 是基于井下監(jiān)測(cè)，并無數(shù)據(jù)上傳，不能實(shí)現(xiàn)

9、智能化監(jiān)控。國外的監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)雖然高于國內(nèi)發(fā)展水平，但應(yīng)用于國內(nèi)煤礦尚有一定的局限 性，如煤礦管理模式生產(chǎn)方式的不同，價(jià)格過高等。因此，除在傳感器技術(shù)方面可供 借鑒外，其它僅具一定的參考價(jià)值。我國監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用較晚，80年代初，從波蘭、法國、德國、英國和美國等 引進(jìn)了一批安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，裝備了部分煤礦在引進(jìn)的同時(shí)，通過消化、吸收并結(jié)合我 國煤礦的實(shí)際情況，先后由重慶煤科院、遼寧撫順煤科院等國內(nèi)知名煤礦科學(xué)研究所 研制出 KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92、 KJ95 KJ101等煤礦有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在我國煤礦己有大量使用，但

10、其中很大一部 分儀表的傳輸數(shù)據(jù)是模擬方式，將氣體濃度轉(zhuǎn)化為脈沖量，易受礦井下強(qiáng)電磁設(shè)備干 擾,造成監(jiān)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，易出現(xiàn)誤報(bào)警等現(xiàn)象。-3 -河北聯(lián)合大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)說明書2總體設(shè)計(jì)方案2總體設(shè)計(jì)方案2.1系統(tǒng)概述隨著超大規(guī)模數(shù)字集成電路、單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，利用單片機(jī)及其它外圍芯 片實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯的監(jiān)測(cè)成為一種可能，并且成為一種發(fā)展趨勢(shì)。它具有體積小、操作簡(jiǎn) 單、安裝方便、功能較齊全等優(yōu)點(diǎn)，而且性能價(jià)格比也很高，應(yīng)用前景非常廣泛。因 此此次設(shè)計(jì)整體上是基于單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)煤礦瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)報(bào)警。我設(shè)計(jì)的是基于單片 機(jī)的井下瓦斯?jié)舛葯z測(cè)MQ-5傳感器，該系統(tǒng)以單片機(jī)8031為核心，包含甲烷濃度采 樣器

11、、存儲(chǔ)器的擴(kuò)展、AD轉(zhuǎn)換、看門狗、數(shù)據(jù)輸出、拓展借口、LCD顯示器和報(bào)警裝置等組成。該傳感器可以有效的監(jiān)測(cè)井下低濃及高濃瓦斯，試用范圍非常廣泛。監(jiān)測(cè) 到的信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后發(fā)出指令，如果瓦斯超過規(guī)定值，該系統(tǒng)可 以立即發(fā)出聲光報(bào)警，提醒生產(chǎn)人員離開，避免生產(chǎn)事故。該系統(tǒng)可有效的降低瓦斯事故發(fā)生率，結(jié)構(gòu)靈活，擴(kuò)展性強(qiáng)，具有較高的性價(jià) 比，單片機(jī)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了電子硬件設(shè)計(jì)的“軟件化”，大大的提高了系統(tǒng)的可靠性和 抗干擾能力，非常實(shí)用于各種大小煤礦井下瓦斯的監(jiān)測(cè)監(jiān)控，性能優(yōu)良，經(jīng)久耐用， 可靠性高。2.2系統(tǒng)框圖此次設(shè)計(jì)的瓦斯?jié)舛葯z測(cè)系統(tǒng)是由氣體傳感器、AD模數(shù)轉(zhuǎn)換、8031單片機(jī)、外部

12、程序存儲(chǔ)器、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、LCD顯示電路、報(bào)警等電路構(gòu)成，其系統(tǒng)框圖如下:圖1系統(tǒng)框圖2.3工作原理該系統(tǒng)正常工作時(shí)，通過控制瓦斯氣體傳感器對(duì)瓦斯氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，輸出 與瓦斯?jié)舛认鄬?duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，送至 AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，AD轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換 為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)后送人 8031單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)采樣的值進(jìn)行計(jì)算、處理、與預(yù)先 在單片機(jī)中設(shè)置的報(bào)警數(shù)值相比較，若被測(cè)氣體中瓦斯?jié)舛瘸^報(bào)警電路預(yù)定的數(shù)值 時(shí)，報(bào)警電路即發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，工作人員即可采取相關(guān)措施，以防發(fā)生瓦斯爆 炸等相關(guān)危險(xiǎn)。-5 -河北聯(lián)合大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)說明書3具體實(shí)施方案-6 -河北聯(lián)合大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)說明書3具體實(shí)施

13、方案3具體實(shí)施萬案3.1瓦斯氣體檢測(cè)電路本設(shè)計(jì)中，主要檢測(cè)的氣體為瓦斯氣體的濃度，并且瓦斯爆炸濃度范圍為5%-16% MQ-5測(cè)量的濃度范圍是2%-50%所以選取MQ-5氣體傳感器可以很好的檢測(cè)出 氣體的濃度。MQ-5氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧 化錫(SnO 2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)?體濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì) 應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ-5氣體傳感器對(duì)丁烷、丙烷、甲烷的靈敏度高，對(duì)乙醇煙霧基本不響應(yīng)，對(duì) 甲烷和丙烷可較好的兼顧。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，特別是天然氣，并且

14、有快速的恢復(fù)響應(yīng)、長期的使用壽命、可靠的穩(wěn)定性、測(cè)試電路簡(jiǎn)單等特性，是一款 適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。圖2 MQ-5結(jié)構(gòu)圖MQ-5氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖 2所示,由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層,測(cè) 量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元 件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個(gè)用于信號(hào)取 出，2個(gè)用于提供加熱電流。由于MQ-5傳感器對(duì)不同種類、不同濃度的氣體有不同的電阻值。因此在使用此 類傳感器時(shí)，靈敏度的調(diào)整很重要，對(duì)于此款傳感器可以選用lOOOppm異丁烷或氫氣來校準(zhǔn)。設(shè)計(jì)的電路圖如下：-7 -河北聯(lián)合大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)

15、說明書3具體實(shí)施方案-# -河北聯(lián)合大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)說明書3具體實(shí)施方案圖3瓦斯?jié)舛葯z測(cè)電路3.2中心控制模塊款被淘汰的單片機(jī)，但本次設(shè)計(jì)所選用的控制芯片為8031單片機(jī)，盡管這是是對(duì)其外部拓展的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)也是有一定意義的。8031單片機(jī)引腳圖如下:F10PCH)P11P01P1JP02P13PP14PCWP15P05P16P17P30.KXDP20P31TXDP21P32INT0P22P5MNT1P23PWTQP24P35/T1P1SP2*XIP27EA V?P RDP37X2.UE-PRDGRESETPSEN圖4 8031單片機(jī)21SL3.2.1 8031引腳功能（1）主電源引腳Vss和Vc

16、c Vss接地 Vcc正常操作時(shí)為+5伏電源（2）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2 XTAL1內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個(gè)引腳。當(dāng)采用 外部振蕩器時(shí)，此引腳接地。 XTAL2內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當(dāng)采用外 部振蕩器時(shí)，此引腳接外部振蕩源。（3）控制或與其它電源復(fù)用引腳 RST/VPD ALE/,和/Vpp RST/VPD當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機(jī)復(fù)位在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由 VPD向內(nèi)部提供備用電源，以保持 內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。 ALE/PROG引腳30,地址鎖存有效信號(hào)，

17、其主要作用是提供一個(gè)適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)信號(hào)，在它的下降沿用于外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存貯器的低8位地址鎖存，使總線P0輸出/輸入口分時(shí)用作地址總線（低8位）和數(shù)據(jù)總線，此信號(hào)每個(gè)機(jī)器出現(xiàn)2次， 只是在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間才不輸出ALE所以，在任何不使用外部數(shù)據(jù)存貯器的系統(tǒng)中，ALE以1/6振蕩頻率的固定速率 輸出，因而它能用作外部時(shí)鐘或定時(shí)。 RST/VpD:引腳9,復(fù)位輸入信號(hào)，振蕩器工作時(shí)，該引腳上 2個(gè)機(jī)器周期的 高電平可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。 /Vpp、/Vpp為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器選擇端。當(dāng)/Vpp為高電平 時(shí)，訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，當(dāng)/Vpp為低電平時(shí)，則訪問外部程序存儲(chǔ)器。 P0.0

18、P0.7:通道0,它是8位漏極開路的雙向I/O通道，當(dāng)擴(kuò)展外部存貯器 時(shí)，這也是低八位地址和數(shù)據(jù)總線，在編程校驗(yàn)期間，它輸入和輸出字節(jié)代碼，通道0吸收/發(fā)出二個(gè)TTL負(fù)載。P1.0P1.7:通道1是8位擬雙向I/O通道，在編程和校 驗(yàn)時(shí)，它發(fā)出低8位地址。通道1吸收/發(fā)出一個(gè)TTL負(fù)載。P2.0P2.7:通道2是8 位擬雙向I/O通道，當(dāng)訪問外部存貯器時(shí)，用作高 8位地址總線。通道2能吸收/發(fā) 出一個(gè)TTL負(fù)載。P3.0P3.7:通道3準(zhǔn)雙向I/O通道。通道3能吸收/發(fā)出一個(gè)TTL 負(fù)載，P3通道的每一根線還有另一種功能:P3.0:RXD，串行輸入口。P3.1:TXD，串行輸出口。P32INT

19、0，外部中斷0輸入口。P33INT1，外部中斷1輸入口。P34T0，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部事件脈沖輸入端 P3.5:T1，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部事件脈沖輸入端 P3.6:WR,外部數(shù)據(jù)存貯器寫脈沖。P3.7:RD,外部數(shù)據(jù)存貯器讀脈沖。3.2.2 8031程序存儲(chǔ)器由于8031單片機(jī)片內(nèi)不含程序存儲(chǔ)器，必須添用片外程序存儲(chǔ)器，再用到地址鎖存器，才能構(gòu)成一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)。因此嚴(yán)格說，它稱不上是“單片”機(jī)。8031本身、片外程序存儲(chǔ)器與地址鎖存器組成一個(gè)真正可用的、未曾拓展的最小系統(tǒng)。本 次設(shè)計(jì)所用的片外程序存儲(chǔ)器為2764, 2764是8K*8字節(jié)的紫外線镲除、電可編程只 讀存儲(chǔ)器，單一 +5V供電

20、，工作電流為 75mA維持電流為 35mA讀出時(shí)間最大為250nS, 28腳雙列直插式封裝外部程序存儲(chǔ)器。它的各引腳的含義為：A0-A12為13根地址線，可尋址8K字節(jié)；00-07為數(shù)據(jù)輸出線；CE為片選線；OE為數(shù)據(jù)輸出選通 線；PGM為編程脈沖輸入端；Vpp是編程電源；Vcc是主電源。正常工作（只讀）時(shí)，Vpp=Vcc=+5V,PGM=+5V編程時(shí),50ms的負(fù)脈沖。其引腳圖如下：Vpp= +25V （高壓），PGM端加入寬度為1910121314UPPvccA12PGMA7NCA6A8A5A9A4AllA3OEA2A10A1墨賈CEA0D7DOD6D1D5D2D4GNDD36 _i 6

21、S- 4 _>- T - 1 o O.- 8 6 S- - 2 2_一 2 2 2 1 1 1 1 1-10 -河北聯(lián)合大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)說明書3具體實(shí)施方案-# -河北聯(lián)合大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)說明書3具體實(shí)施方案圖 5 2764-# -河北聯(lián)合大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)說明書3具體實(shí)施方案這是一塊8KX 8bit的EPROM芯片，它的引線與 SRAM芯片6264是兼容的。這給 使用者帶來很大方便。因?yàn)樵谲浖{(diào)試過程中，程序經(jīng)常需要修改，此時(shí)可將程序先 放在6264中，讀寫修改都很方便。調(diào)試成功后，將程序固化在2764中，由于它與6264的引腳兼容，所以可以把 2764直接插在原6264的插座上。這樣，

22、程序就 不會(huì)由于斷電而丟失。下面介紹2764各引腳的含義： A0 一 A12: 13根地址輸入線。用于尋址片內(nèi)的 8K個(gè)存儲(chǔ)單元。 D曠D7: 8根雙向數(shù)據(jù)線，正常工作時(shí)為數(shù)據(jù)輸出線。編程時(shí)為數(shù)據(jù)輸入 線。 0E輸出允許信號(hào)。低電平有效。當(dāng)該信號(hào)為0時(shí)，芯片中的數(shù)據(jù)可由D曠D7端輸出。 CE選片信號(hào)。低電平有效。當(dāng)該信號(hào)為 0時(shí)表示選中此芯片。. PGM編程脈沖輸入端。對(duì)EPRO編程時(shí)，在該端加上編程脈沖。讀操作時(shí)該 信號(hào)為1。 VPP編程電壓輸入端。編程時(shí)應(yīng)在該端加上編程高電壓，不同的芯片對(duì)VPP的值要求的不一樣，可以是 +12.5V, +15V, +21V, +25 V等。EPROM勺一個(gè)

23、重要優(yōu)點(diǎn)是可以擦除重寫，而且允許擦除的次數(shù)超過上萬次。一片 新的或擦除干凈EPRO芯片，其每一個(gè)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容都是FFH要對(duì)一個(gè)使用過的EPROMS行編程，則首先應(yīng)將其放到專門的擦除器上進(jìn)行擦除操作。擦除器利用紫外 線光照射EPROM勺窗口，一般經(jīng)過15 20min即可擦除干凈。擦除完畢后可讀一下 EPRO的每個(gè)單元，若其內(nèi)容均為FFH就認(rèn)為擦除干凈了。3.2.3 8031數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一片比較復(fù)雜的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)然有可能兼有片外ROM和片外RAM 8031片內(nèi)不含程序存儲(chǔ)器的機(jī)型要拓展片外 RAM也必然既有片外ROM又有片外RAM本次設(shè)計(jì) 采用的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為6264。6264的容量為8KB

24、是28引腳雙列直插式芯片， 采用CMO工藝制造。其各引腳功能為 A12A0 (address in puts ):地址線，可尋 址8KB的存儲(chǔ)空間。D7D0 (data bus ):數(shù)據(jù)線，雙向，三態(tài)。 OE(output enable ):讀出允許信號(hào)，輸入，低電平有效。WE( write enable ):寫允許信號(hào)，輸入，低電平有效。CE1 (chip enable ):片選信號(hào)1,輸入，在讀/寫方式時(shí)為低電平。CE2( chip en able ):片選信號(hào)2,輸入，在讀/寫方式時(shí)為高電平。VCC +5V 工作電壓。GND信號(hào)地。6264的操作方式由OE,WE, CE1 , CE2的共

25、同作用決定 寫入：當(dāng)WE和CE1為低電平，且OE和CE2為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸入緩沖器打 開，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)線D7DO寫入被選中的存儲(chǔ)單元。 讀出：當(dāng)OE和CE1為低電平，且 WE和CE2為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸出緩沖器選 通，被選中單元的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線 D7D0上。 保持：當(dāng)CE1為高電平，CE2為任意時(shí)，芯片未被選中，處于保持狀態(tài)，數(shù) 據(jù)線呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。8031單片機(jī)最小系統(tǒng)及片外拓展存儲(chǔ)器電路圖如下:P30F5T"D?T0 pJEP34-R7"10P10POOP11p&lP12PQ2P13P03P14P04PI5P05P16P&6P17P07P10RXDP20PJ1

26、/TXDP21P32 JSTjP22PJ3/INT1PMjTOPJS.TlP25P26XIP2?EAATPRDP37X2葉P軸ALEPRDGRESETPSEN8031僅 PtM5poT事PD4F 呼P06P20P2TP22PBP2+nzP26POT"P03SP0：P01POO3；GNDALE1 丐P07OE LED7D6D5D4D3D2D1DO74LS373斗1551.2-Q4.976i592 ',1 10POO11PQ1P02G5D】斗1P24P24UlZUPPAllA7A6A5A4AJAZ AlAOIMDID2GNDVCCPGMNCASA9AJ1OEAJOCED7D6D5

27、D4D3M J J閒3pm n piiF PSE 冥 P22 20CE- -HP06 ' 77reftCl4Cap22pFC2 A-= CapGNDXI¥1 XTALX22764U5NC VCCA12 WENCAS A?AllOEA1GCED?DOD52HGND D3vcc WR21W n nP20TTP21阿P22F07P06PO?莎POT圖6單片機(jī)最小系統(tǒng)及拓展由上圖所示，這類的擴(kuò)展電路地址總線和數(shù)據(jù)總線共用，控制線中除了ALE外,片外ROM用到PSEN片外RAM用到了 RD與 WR片選的接法則與存儲(chǔ)器芯片地址有關(guān)，圖中2764和6264地址都是自0000H至1FFFH程

28、序存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址 范圍都是64K個(gè)單元，地址都自0000H編至 仆FFH二者完全重疊。由于訪問片外 ROM和片外RAM所用的控制線不同，且 PSEN與 RD WR會(huì)同時(shí)有效，雖然地址總線 與數(shù)據(jù)總線共用，不會(huì)引起混亂。3.3 AD模數(shù)轉(zhuǎn)換由于傳感器檢測(cè)出的數(shù)據(jù)輸出的是模擬信號(hào)，所以需要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后才能輸入單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算處理。ADC0804是屬于連續(xù)漸進(jìn)式的A/D轉(zhuǎn)換器，這類型的A/D轉(zhuǎn)換器除了轉(zhuǎn)換速度快（幾十至幾百US）、分辨率高外，還有價(jià)錢便宜的優(yōu)點(diǎn)，普遍被應(yīng)用于微電腦的接口設(shè)計(jì)上。它的主要電氣特性如下：工作電壓：+ 5V,即VCC= + 5V。模擬輸入電壓范圍： 0+ 5V

29、,即卩OW Vin + 5V。分辨率：8位，即分辨率為 1/28=1/256，轉(zhuǎn)換值介于 0255之間。轉(zhuǎn)換時(shí)間：100us （fCK= 640KHz時(shí)）。轉(zhuǎn)換誤差：土 1LSB參考電 壓：2.5V，即 Vref = 2.5V。以輸出8位的ADC080動(dòng)作來說明“連續(xù)漸進(jìn)式 A/D轉(zhuǎn)換器”的轉(zhuǎn)換原理，動(dòng)作 步驟如下表示（原則上先從左側(cè)最高位尋找起）。第一次尋找結(jié)果：10000000 （若假設(shè)值W輸入值，則尋找位二假設(shè)位=1）第二次尋找結(jié)果：11000000 （若假設(shè)值W輸入值，則尋找位二假設(shè)位=1）第三次尋找結(jié)果：11000000 （若假設(shè)值 輸入值，則尋找位二該假設(shè)位二0）第四次尋找結(jié)果：1

30、1010000 （若假設(shè)值W輸入值，則尋找位二假設(shè)位=1）第五次尋找結(jié)果：11010000 （若假設(shè)值 輸入值，則尋找位二該假設(shè)位二0）第六次尋找結(jié)果：11010100 （若假設(shè)值W輸入值，則尋找位二假設(shè)位=1）第七次尋找結(jié)果：11010110 （若假設(shè)值W輸入值，則尋找位二假設(shè)位=1）第八次尋找結(jié)果：11010110 （若假設(shè)值 輸入值，則尋找位二該假設(shè)位二0）這樣使用二分法的尋找方式，8位的A/D轉(zhuǎn)換器只要8次尋找，12位的A/D轉(zhuǎn)換 器只要12次尋找，就能完成轉(zhuǎn)換的動(dòng)作，其中的輸入值代表圖 1的模擬輸入電壓 Vin。本次設(shè)計(jì)的AD轉(zhuǎn)換電路如下：GXDAdpIKP26INTOGKDui12

31、STocsvccRDCLKRWRDBOCLKINDB1INTRDB2Vin十DB3 in-DB4AGNDDB5''REFDB6DGXDDB7adcOSO4R3Resl10艮2079Ts161514H12TTU2ppppppppP3010_P311PINTO ljP301P31 'n i 1-14 -河北聯(lián)合大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)說明書3具體實(shí)施方案圖7 AD轉(zhuǎn)換電路-# -河北聯(lián)合大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)說明書3具體實(shí)施方案此次轉(zhuǎn)換電壓為MQ-5的輸出電壓，并經(jīng)以下4個(gè)步驟轉(zhuǎn)換完成：步驟SO: CS= 0、WRp 0、RD= 1 （由CPLD發(fā)出信號(hào)要求 ADC080硏始進(jìn)行模擬/

32、數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換）。步驟S1: CS= 1、WR 1、RD= 1 （ADC0804S行轉(zhuǎn)換動(dòng)作，轉(zhuǎn)換完畢后INTR將高 電位降至低電位，而轉(zhuǎn)換時(shí)間100us）。步驟 S2: CS= 0、W陰1、RD= 0 （由CPLD發(fā)出信號(hào)以讀取 ADC0804的轉(zhuǎn)換資 料）。步驟S3: CS= 1、WR= 1、RD= 1 （由CPLD讀取DB0- DB7上的數(shù)字轉(zhuǎn)換資料）。3.4系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果的顯示本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)顯示部分是由 74hc595和Icd1602構(gòu)成的。由于8031的I/O 口 的限制所以選用了 74hc595實(shí)現(xiàn)串行輸入并行輸出連接1602以節(jié)約8031的I/O 口的 使用。74HC595是硅結(jié)構(gòu)

33、的CMOS器件，兼容低電壓 TTL電路，遵守JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。 74HC595具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能。移位寄存器和存儲(chǔ)器是 分別的時(shí)鐘。數(shù)據(jù)在 SHcp（移位寄存器時(shí)鐘輸入）的上升沿輸入到移位寄存器中， 在STcp （存儲(chǔ)器時(shí)鐘輸入）的上升沿輸入到存儲(chǔ)寄存器中去。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一 起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖。移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（Ds），和一個(gè)串行輸出（Q7 ）,和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并 行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能 0E時(shí)（為低電平），存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸 出到總線。它具有 8位串行輸入/8位串行或并行輸出 存儲(chǔ)狀態(tài)寄存器

34、，三種狀 態(tài)。1602是字符型液晶，它是16*2的顯示的。1602字符型LCD通常有14條引腳線 或16條引腳線的LCD多出來的2條線是背光電源線602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生 存儲(chǔ)器（CGRO已經(jīng)存儲(chǔ)了 160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、 英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。1602的功能引腳圖如下:1編號(hào)引腳說明1編號(hào)|符號(hào)引腳說明VSSj電源地|9JD2數(shù)據(jù)i電源正棣10D3數(shù)3斤孩晶顯示偏壓11|D4數(shù)據(jù)4RSj數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù) 5讀：寫選擇13 J血數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA門背光源正極|8D1數(shù)據(jù)

35、16BLK J背光源負(fù)極河北聯(lián)合大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)說明書3具體實(shí)施方案圖8 1602的引腳功能第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比 度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存 器。第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能

36、端，當(dāng) E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命 令。 第714腳：D0- D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。1602的控制命令如下圖：序號(hào)指令RSR WD7D6D5D4D3D2.D1D01清顯示0 1r o 0 1r olr o 0 10 0 r o12光標(biāo)返回000 11 0 J00001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開7關(guān)控制00000廠DCB5光標(biāo)或字符移位0 1000r o1S CR L半6置功能0 1；00 r o 1r iDLXF*r-fi置字符發(fā)生存吃器地址0r o0 1r 11字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址00 1 1顯不

37、數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM)10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀岀的數(shù)據(jù)內(nèi)客圖9控制命令1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的（說明：1為高電平、0為低電平）指令1:清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2:光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00Ho指令3:光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D :光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4:顯示開關(guān)控制。D:控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示C:控制光標(biāo)的開與

38、關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B:控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5 :光標(biāo)或顯示移位S/C:高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。指令6:功能設(shè)置命令 DL高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N: 低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示F:低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。 指令7:字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8: DDRAM地址設(shè)置指令9:讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址BF:為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙 指令10:寫數(shù)據(jù)。指令11:讀數(shù)據(jù)。本次設(shè)計(jì)的顯示部分電路圖如下:LCD1Res AP34

39、 VCC12SER> SRCLKSRCLR> RCLKE00O102030405060715TTTTTTT000?0221040?060?74LS595VCC GND1VCC2OK P344GND5P356OO701302903io04li0512061307141$GND16R2Resl10KGXDGNDGXD Vg VORSR.WDBODB1DS2DB3DBBDB5DB6DB7BG VCC BG GNDLCD1W2-15 -河北聯(lián)合大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)說明書3具體實(shí)施方案-# -河北聯(lián)合大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)說明書3具體實(shí)施方案圖10 1602顯示-# -河北聯(lián)合大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)說明書3

40、具體實(shí)施方案要實(shí)現(xiàn)74hc595驅(qū)動(dòng)1602顯示一般用有3個(gè)步驟：第一步：目的：將要準(zhǔn)備輸入的位數(shù)據(jù)移入 74HC595數(shù)據(jù)輸入端上。方法：送位 數(shù)據(jù)到P3.3。第二步：目的：將位數(shù)據(jù)逐位移入 74HC595即數(shù)據(jù)串入。方法：P3.4產(chǎn)生一上 升沿，經(jīng)過8次后，將P3.3上的數(shù)據(jù)完全移入74HC59沖.從低到高。第三步：目的：并行輸出數(shù)據(jù)。即數(shù)據(jù)并出。方法：P3.5產(chǎn)生一上升沿，將由P上已移入數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)送入到輸出鎖存器，進(jìn)而送給1602進(jìn)行顯示。3.5數(shù)據(jù)通信本次設(shè)計(jì)的通信所用的芯片為MAX232 MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。其引腳結(jié)構(gòu)圖如下：C1+V+T2*rVccGNDC13JUT1OJT4MAX202EI-.RUN叵詡磁&#