煤炭安全参数检测(基于单片机)

1、兰州工业高等专科学校毕业设计（论文）题目 煤矿安全参数检测装置 系 别 电气工程系 专 业 电气自动化技术 班 级 电自08-1 姓 名 赵 宝 学 号 200802101149 指导教师（职称）秦 雯 日 期 2011-02-20 摘 要瓦斯爆炸已成为中国矿难的主要原因之一。本设计基于单片机8031控制，以传感器技术和通信技术作为系统设计的基础，实现瓦斯等气体浓度值的实时采集及传送，是一套完备的煤矿安全检测系统。该系统硬件电路可靠性强，灵敏度高，大大提高了煤矿内工作的安全系数。关键词 瓦斯检测；二氧化碳检测；温度检测；单片机；A/D转换器AbstractGas explosion has b

2、ecome China's coal mines, one of the main reasons. This design based on single chip microcomputer 8031 control to sensor technology and communication technology as the foundation, realize the system design of gas gas, such as the real-time data acquisition and transfer of chroma value, is a set

3、of complete coal mine safety detection system. The system hardware circuit reliability, high sensitivity, greatly improving the work within the safety factor of the coal mine.Keywords gas detection. Gas sensors, The temperature sensor, Microcontroller, A/D converter, Gas measurement目 录第一章 绪论11.1课题背景

4、11.2煤炭生产的现状11.3煤炭安全生产的发展趋势2第二章 方案论证32.1系统设计可行性分析32.2 控制部分的选择32.3温度传感器的选择32.4瓦斯传感器的选择42.5二氧化碳传感器的选择42.6 A/D转换器的选择52.7外扩存储器的选择52.8外扩I/O接口的选用62.9 键盘及显示器的选择62.9.1键盘的选择62.9.2显示器的选择62.10声光报警7第三章 硬件电路设计83.1设计思路83.2 8031单片机的介绍83.2.1 8031单片机的基本结构及管脚说明83.2.2 MCS51的中断源和中断标志93.3外部存储器ROM（2764）介绍113.3.1外部存储器ROM（2

5、764）的内部结构113.3.2 8031和2764的连接133.4 Intel 8155143.4.1Intel8155的介绍143.4.2 8031与8155的连接153.5 显示和键盘163.5.1 LED简介163.5.2键盘接口原理173.5.3键盘、显示接口电路183.6 ADC0809简介193.6.1 ADC0809的内部结构193.6.2 MCS51对ADC0809的接口203.7 AD590简介213.7.1AD590简介223.7.2 AD590的应用电路223.8 GMM221型CO2传感器233.9瓦斯传感器电路设计243.9.1瓦斯传感器的介绍243.9.2瓦斯传感

6、器测量电路设计243.10指示功能的电路243. 11报警电路253. 12 电源电路设计25第四章 软件设计2741主程序274.2显示子程序294.3键盘扫描子程序30第五章 系统设计中的问题及解决方法345.1 硬件方面问题345.2软件方面问题34设计总结35致 谢36参考文献37 煤炭安全参数检测装置第一章 绪论 1.1课题背景我国煤炭资源丰富，是优势矿产，是煤炭作为我国主体能源的重要物资基础。但是，煤炭资源现状不容乐观，勘探程度低、经济可采储量和人均占有量少，资源浪费严重，生态环境和水资源严重制约着煤炭资源的开发，必须科学地、客观地认识我国煤炭资源优势和资源现状。随着我国经济持续高

7、速增长，包括煤炭在内的能源需求增长明显加快，呈现出供不应求的局面。煤炭行业面临巨大发展机遇，其发展具有诸多有利因素：宏观经济的高速发展为煤炭需求持续增长提供了坚实的支撑；煤炭行业在能源供应中不可动摇的主导地位巩固了其作为支柱产业发展的地位。1.2煤炭生产的现状瓦斯是在成煤过程中形成并大量储存于煤层之中的气体。瓦斯是一种无色无味的气体，主要成分是甲烷，在超浓度时能引起人窒息死亡。在地下采矿的时候，井内常常会泄露一定量的甲烷、一氧化碳、二氧化碳等气体，后一种含量少，且易溶于水，经煤矿开采时的喷水处理后变成酸，但前两种气体含量多，且几乎不溶于水，属于易燃易爆气体。随着科学技术的不断发展，井下作业的安

8、全程度越来越高，但是仍然有许多采矿企业的机械化程度低，对现场采矿的工作人员的生命安全造成潜在的威胁，特别是针对瓦斯气体的检测和报警仍旧存在着隐患，每年煤矿瓦斯爆炸事故依然很多。针对煤矿安全生产中的共性、关键性和前瞻性的技术问题，以煤矿事故因素瓦斯、粉尘、水灾等为重点研究对象，加强科技攻关，提高对煤矿主要灾害的识别能力、监测预警能力、防治与控制能力是当前煤矿生产的首要任务。煤矿安全装备是防治煤矿事故的重要手段，在防治灾害事故中发挥了重要作用，但目前仍有许多装备存在适应性不强、可靠性差的问题。煤矿安全监测的参数有很多，其中瓦斯是个很重要的参数，如果浓度过大，容易造成爆炸危险，后果不堪设想。在煤矿井

9、下开采过程中，高瓦斯或突出矿井广泛采用由真空泵和管路组成的抽排系统抽出采掘工作面煤层中的瓦斯。近几年来大多数煤矿选用2BE1系列真空泵，该泵是用常温的清水作为工作介质、抽吸不含颗粒的气体。井下抽排系统只是单向对瓦斯抽排，当泵的转速一定时，排放流量固定，在刚开始排放启动时瓦斯浓度很高而导致出口瓦斯量在允许的范围内。根据煤矿抽放现场的调研及与现场技术人员的交流，发现现行的井下抽排系统存在一些问题：启动抽排时通常会造成排放管道中的瓦斯超限。由于在停泵期间，工作而积蓄了大量瓦斯，当抽排泵刚启动时，大量瓦斯经抽排泵排入管道中，此时会引起排放管道中瓦斯超限，造成安全隐患。在系统的启动和运行过程中，不能自动

10、的根据被排瓦斯浓度及时调节排放流量，以保证出口处的瓦斯浓度不超限。近几年来大多数煤矿选用2BE1系列真空泵，根据抽排泵的工作原理及工作环境，由于煤矿井下供水管路经常断水，抽排泵无水后，泵内的瓦斯排不出去，此时泵运行，会引起泵内瓦斯爆炸。因此水环式真空泵抽吸瓦斯时必须安装可靠的断水保护装置。而现行系统中缺乏必要的断水保护功能。4.调节输出流量的旁通阀设置存在安全隐患，在停泵及泵故障状态时，抽进管道气压较高，会使瓦斯从旁通阀溢出，对整个系统的工作环境造成了安全隐患。 1.3煤炭安全生产的发展趋势在可预见的将来，全世界煤炭仍将保持增长趋势，煤炭在能源结构中仍将占重要地位；结构调整是主要产煤国家煤炭工

11、业发展的普遍规律，以保持竞争优势；跨国矿业集团经营发展战略为我国煤炭工业发展提供重要借鉴，企业并购和扩张的目的是追求效益，而不是规模。 最近几年我国煤矿安全形势趋于稳定好转，但形势依然严峻，必须进一步强化以下煤矿安全生产措施：(1)必须从国家宏观调控入手，适当限制第二产业增长速度，大力发展第三产业，减缓能源需求压力，为煤矿安全创造更加有利的宏观环境；(2)调整煤炭产业布局和结构、大幅度限制百万吨死亡率高的省区和矿区煤炭产量、大幅度增加安全生产条件好的重点产煤省区煤炭产量、是大幅度减压事故和死亡人数的根本途径；(3)安全文化和安全责任是政府和企业安全生产战略的重要支柱，从企业高层领导到每个员工都

12、重视安全，强化安全生产责任意识，是保证安全生产的前提；(4)推行煤矿安全质量闭环管理体系，不断排除事故隐患，建设安全型矿井，提高煤矿安全生产保障能力；(5)加强煤矿管理人员和矿工安全培训，提高全体员工素质，从根本上构建安全生产长效机制，实现零死亡。第二章 方案论证2.1系统设计可行性分析本设计要求：用单片机，电子技术，传感器，微机控制技术等知识设计一个简单的煤矿安全参数检测装置。以单片机8031为控制核心，完成对瓦斯浓度、温度、二氧化碳浓度等参数的检测。 （1）瓦斯浓度检测；（2）二氧化碳浓度检测；（3）温度检测；（4）中央处理器（单片机）；（5）能够完成对检测参数的设置（6）能够显示检测参数

13、由此可以得到系统的硬件框图如图2-1所示。温度检测CO2检测 单片机A/D转换瓦斯检测外扩I/O功能指示外扩ROM 声光报警显示键盘图2-1 硬件框图2.2 控制部分的选择方案一：采用简单模拟电路及逻辑电路组合成控制系统。可以就系统的各个部分在系统工作时的状态画出时序图，转化为真值表进行逻辑运算，设计出逻辑电路来控制系统的运行。此方案由纯硬件实现，设计复杂，系统庞大，焊点过多，易出错，多级门电路的串联造成的时延对系统的稳定产生不利的影响，而且难以对数据进行复杂的处理。 方案二： 选取8031单片机; 包含128 字节和256 字节RAM， 32 条I/O ， 口线 3 条16 位， 定时/计数

14、器 6 输入4， 优先级嵌套中断结构 1 个，串行I/O 口， 可用于多机通信 I/O 扩展或全双工UART， 以及片内振荡器和时钟电路。 综合上述两种方案，控制部分应选用8031单片机。2.3温度传感器的选择传统的模拟温度传感器，如热电偶、热敏电阻和RTDS对温度的监控，在一些温度范围内线性不好，需要进行冷端补偿或引线补偿；热惯性大，响应时间慢。集成模拟温度传感器与之相比，具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点，而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，有实际尺寸小、使用方便等优点。常见的模拟温度传感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103电压输

15、出型、AD590电流输出型。这里主要介绍该类器件的几个典型。 方案一：AD590温度传感器 AD590是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为330V，输出电流223A（-50）423A（+150），灵敏度为1A/。当在电路中串接采样电阻R时，R两端的电压可作为输出电压。注意R的阻值不能取得太大，以保证AD590端电压不低于3V。AD590输出电流信号传输距离可达到1km以上。作为一种高阻电流源，最高可达20M，所以它不必考虑选择开关或CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差。适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。方案二：LM135/235/335温度传感器 LM135

16、/235/335系列是美国国家半导体公司（NS）生产的一种高精度易校正的集成温度传感器，工作特性类似于齐纳稳压管。该系列器件灵敏度为10mV/K，具有小于1的动态阻抗，工作电流范围从400A到5mA，精度为1，LM135的温度范围为-55+150，LM235的温度范围为-40+125，LM335为-40+100。封装形式有TO-46、TO-92、SO-8。该系列器件广泛应用于温度测量、温差测量以及温度补偿系统中。经过上述传感器的比较，AD590温度传感器灵敏度高，适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制，因此本设计温度采集部分采用AD590温度传感器。2.4瓦斯传感器的选择瓦斯传感器是一种将瓦

17、斯体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过瓦斯传感器对瓦斯样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分。方案一：GJC4型瓦斯传感器GJC4型瓦斯传感器是新一代智能型甲烷传感器,采用标准信号输出，可与断电仪及各种监控系统配套使用，连续监测易燃工作环境中的甲烷浓度。具有通讯距离远、接点输出功率大、就地显示、声光报警、红外遥控调校、安装使用方便等特点。GJC4型瓦斯传感器的测量范围为（04）%，输出信号为(200-1000)HZ，响应时间20s。可与断电仪及各种监控系统配套使用。方案二：MJC4/3.0L瓦斯传感器MJC4/3.0L型催化元件根据催化燃烧效应的原理工作，

18、由检测元件和补偿元件配对组成电桥的两个臂，遇可燃性气体时检测元件电阻升高，桥路输出电压变化，该电压变量随气体浓度增大而成正比例增大，补偿元件起湿度补偿作用。特点：输出电压呈线性、响应速度快、具有良好的重复性、选择性、元件工作稳定、可靠 。用于工业现场的天然气、液化气、煤气、烷类等可燃性气体及汽油、醇、酮、苯等有机溶剂蒸汽的浓度检测。综合上述两种传感器的精确度，稳定性，可靠性和响应速度进行比较，得出本设计适合采用MJC4/3.0L瓦斯传感器。2.5二氧化碳传感器的选择方案一：GRG5H矿用红外二氧化碳传感器GRG5H 矿用红外二氧化碳传感器（以下简称传感器）用于检测煤矿井下空气中的二氧化碳含量。

19、它是一种智能型检测仪表，具有自动调零、自动调灵敏度等功能,且所有功能均可通过遥控器来实现,具有精度高、稳定可靠、使用方便等特点, 并能与KJ70N等煤矿监测监控系统配套使用。 使用环境温度：040 ，平均相对湿度不大于95%（+25） ，测量范围：05%CO2，输出频率模拟量信号。特有的非分散红外探测技术，稳定性大大提高。 可用遥控器完成所有功能,实现不开盖调节。 高性能的红外传感器和智能化的补偿方法，延长传感器的使用寿命。 方案二：二氧化碳传感器(红外式CO2传感器）GMM221 GMM221测量范围： 0-10%，0-20%， 响应时间15s，输出信号: 0-20mA、4-20mA，供电电

20、源: 11-20VDC 或18-30VDC。适用范围广。GRG5H 矿用红外二氧化碳传感器具有自动调零、自动调灵敏度等功能,且所有功能均可通过遥控器来实现,具有精度高、稳定可靠、使用方便等特点,但其响应速度较慢，工作环境温度范围较小，因此需采用二氧化碳传感器(红外式CO2传感器）GMM221。2.6 A/D转换器的选择在仪器仪表系统中，常常需要将检测到的连续变化的模拟量如：温度、压力等转变成离散的数字量，才能输入到计算机中进行处理。这些模拟量通过传感器转变成电信号（一般为电压信号），经过放大器放大后，就需要经过一定的处理变成数字量。实现模拟量到数字量转变的设备通常成为模数转换器（ADC）,简称

21、A/D。方案一：A/D574A转换器AD574A是一种高性能的12位逐次逼进式A/D转换器，它同ADC0809一样是常用的A/D转换器。转换时间为25s，线性误差为±1/2LSB，内部有时钟脉冲源和基准电压源，单通道单极性或双极性电压输入，采用28脚双立直插式封装。AD574A由12位A/D转换器，控制逻辑，三态输出锁存缓冲器，10V基准电压源四部分构成。方案二：A/D0809转换器ADC0809 是8 位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8 路模拟量分时输入，共用A/D 转换

22、器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D 转换完的数字量，当OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。经过上述比较虽然说A/D574A转换器的性能比A/D0809转换器的性能好，可是对于我们的设计来说不需要那么高的控制精度，选用A/D0809转换器已经足够可，它的性能也是达到本设计要求的，由他可以在经济上和资源上可以达到节省。2.7外扩存储器的选择8031是MCS-51系列单片机中一款片内不含程序存储器的产品，因此，在使用8031单片机时，必须扩展程序存储器。方案一：随机存取存储器随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）可以多次写入和读出，每次写入后，

23、原来的内容自动消失，被新写入的内容代替；对RAM进行读操作，不会改变RAM存储单元的内容；当电源掉电时，RAM里的内容随即消失。方案二：只读存储器只读存储器（Read Only Memory，ROM），ROM一般用来存储程序和常数。ROM是采用特殊方式写入的，一旦写入，在使用过程中不能随机地修改，只能从其中读出信息。与RAM不同，当电源掉电时，ROM 仍能保持内容不变。在读取该存储单元内容方面，ROM和RAM相似。只读存储器有掩膜ROM、PROM、EPROM、E2PROM（也称EEPROM）、Flash ROM等。它们的区别在于写入信息和擦除存储信息的方式不同。单片机的程序存储器通常采用只读存

24、储器，使用较多的是EPROM和E2PROM。(1)Intel 2764 EPROM（Erasable PROM，可擦洗PROM）可以多次复用，每次编程前只要先进行一次擦洗即可。因此，EPRONM在微型机中的应用非常广泛，尤其可以满足试验和研究工作的需要。(2) E2PROM芯片 Intel 2815 E2PROM为电擦除可编程的ROM，可以和EPROM芯片一样用于扩展程序存储器。由于这种芯片在应用系统中可以在线改写，并且在断电状态下保持数据不变，也可以用于扩展外部数据存储器，用来存储参数，在智能仪器仪表、控制装置、开发装置中被广泛应用。通过比较，在我们的设计中采用Intel 2764 EPRO

25、M可以满足试验和研究工作的需要。2.8外扩I/O接口的选用在单片机控制系统中，经常需要利用I/O接口芯片来扩张CPU的并行I/O端口。方案一：采用81558155是Intel公司研制的通用I/O接口芯片。MCS51和8155相连不仅可为外设提供两个8位I/O端口（A口和B口）和一个6位I/O端口(C口)，而且也可为CPU提供一个256字节的RAM存储器和一个14位定时器/计数器。因此，8155广泛用于MCS51系统中。方案二：采用82558255是Intel公司生产的通用为可编程并行I/O接口芯片，主要为Intel 8080/8085而设计,也可用于MCS-51, 其各口功能可由软件选择，使用

26、灵活，通用性强。8255是一种8位并行I/O接口芯片，8255有3个8位的并行口：PA、PB、PC，3种工作方式。其中，PC口具有按位进行操作功能。综上比较我们采用8155作为扩展I/O接口电路。2.9 键盘及显示器的选择2.9.1键盘的选择键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，它是一种廉价的输入设备。一个键盘，通常包括有数字键(09)，字母键(AZ)以及一些功能键。操作人员可以通过键盘向计算机输入数据，地址、指令或其它控制命令，实现人机对话。键盘按其结构形式可分为两类：1.编码键盘，即键盘上闭合键的识别由专用的硬件来实现；2.非编码键盘，即键盘上闭合键的识别由软件来识别。单片机系统中普遍使用非编

27、码键盘，键盘接口应具备以下功能：(1) 键扫描功能，即检测是否有健按下；(2) 产生相应的键代码(键值)；(3) 消除按键抖动及多键按下。2.9.2显示器的选择显示器件简介模拟指针表：结构简单，缺点：精度差，不直观的数码显示器。辉光数码管：每个字型对应一个管，造价高，控制与应用复杂，被淘汰。八段LED，LCD显示器：可显示数字和部分字母，耗电省、效率高、发光控制简单、造价低。对上述三种显示器进行比较可以看到八段LED适合我们的设计。2.10声光报警在我们的设计中为了实现安全生产，对于重要的参数和系统部位，都要设计紧急状态报警系统，以便提醒操作人员注意或采取安全措施，使生产继续进行或保证人身及设

28、备安全的前提下，终止生产。光报警通常采用发光二极管和蜂鸣器实现。第三章 硬件电路设计3.1设计思路 温度检测CO2检测 80310809瓦斯检测外扩I/O 8155功能指示ROM2764 声光报警显示键盘 图3-1 硬件框图本论文用单片机，电子技术，传感器，微机控制技术等知识设计一个简单的煤矿安全参数检测装置。以单片机8031为控制核心，完成对瓦斯浓度、温度、二氧化碳浓度等参数的检测。如图3-1所示，在本设计中我采用了以8031单片机为核心，ADC0809A/D转换器把温度传感器AD590，瓦斯浓度传感器MJC4/3.0L，二氧化碳传感器GMM221的相关传入单片机8031。由于8031单片机

29、的外扩不够我采用了ROM2764进行扩展，再通过8155对键盘和显示进行连接。3.2 8031单片机的介绍3.2.1 8031单片机的基本结构及管脚说明8031单片机通常有两种封装：一种是双列直插式封装，一种是方形封装。本系统8031单片机采用双列直插式40引脚封装结构，其引脚功能共可分为端口线、电源线和控制线三类。芯片结构如下图3-2所示。一.端口线（32条）8031共有四个并行I/O端口，每个端口都有8条端口线，用于传送数据/地址。（1）P0口：P08位输入输出线，其最高为P0.7最低位为P0.0。其功能八位输入输出线可作为八位的地址线使用，也可作为八位数据总线使用。此时要分时操作先选送低

30、八位地址，利用ALE信号的下降沿将地址锁存，然后作为八位双向数据总线使用，用来传送8位数据。另外，8031在不带外存储器的情况下，可作I/O口使用，此时为准双向输入/输出口。（2）P1口：P1口8条引脚和P0口的8 条引脚类似，最高位为P1.7,最低位为P1.0.当P1口作为通用I/O口使用时，P1.7P1.0的功能和P0口的第一功能相同，也用于传送用户的输入输出数。（3）P2口：P2口这组引脚的第一功能和上述两组引脚的第一功能相同，即它可以作为通用I/O口使用。它的第二功能和P0口引脚第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但不能像P0口那样还可以传送存储器的

31、读写数据。（4）P3口：这组引脚的第一功能和其余三个端口的第一功能相同，它的第二功能如下： 图3-2 MCS51封装和引脚分配P3.0 (RXD) 作为串行数据输出口P3.1 (TXD) 作为数据发送口P3.2 (INT0) 作为外中断0输入P3.3 (INT0) 作为外中断1输入P3.4 (T0) 作为计数器0计数输入P3.5 (T1) 作为计数器1计数输入P3.6 (WR) 作为外部RAM写选通信号P3.7 (RD) 作为外部RAM读选通信号二电源线（2条）VCC为主电源，接+5V电源线；VSS为接地线三控制线（6条）（1）RST/VPD：复位/备用电源线。当作为RST使用时为系统复位输入

32、端，此时输入两个机器周期的高电平，即可实现系统复位。当作为VPD使用时，当VCC电压降到允许限度以下时，后备电源从此引脚自动加电，保证片内RAM中的信息不被丢失。（2）PSEN：片外ROM选通线。在执行访问片外ROM的指令MOVC时，8031自动在PSEN上产生一个负脉冲，用于为片外ROM的选通，其它情况下PSEN均为高电平封锁状态。（3）ALE/PROG：地址锁存允许/编程线。 当作为ALE使用时，为访问外部程序存储器的低8位地址封锁信号，输出正脉冲，利用其下降沿实现地址锁存，以便空出P0.7P0.0引线去传送随后而来的片外存储器读写数据。当不访问外部存储器时，ALE仍以振荡器1/6频率周期

33、性的出现，此时可作为输出时钟信号使用，对于在片外EPROM编程时，从此引脚输出编程脉冲信号。（4）EA/VPP:允许访问片外存储器/编程电源线，可以控制8031使用片内ROM还是使用片外ROM。由于8031无片内ROM，所以当EA=0时允许使用片外ROM。（5）XTAL1和XTAL2:片内震荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容。3.2.2 MCS51的中断源和中断标志一、中断源8031的五级中断分为两个外部中断、两个定时器溢出中断和一个串行口中断。1.外部中断源 8031有INT0和INT1两条外部中断请求输入线，用于输入两个外部中断源的中断请求信号，并允许外部中断源以低电平或负

34、边沿两种触发方式输入中断请求信号。8031究竟工作于哪种中断触发方式可由用户通过对定时器控制寄存器TCON中IT0和IT1位状态的设定来选取如图3-3所示。8031在每个机器周期的S5P2时对INT0/INT1线上的中断请求信号进行一次检测，检测方式和中断触发方式的选取有关。若8031设定为电平触发方式（IT0=0或IT1=1），则CPU需要两次检测INT0/INT1线上的点评方能确定其中断请求有效；若设定为边沿触发方式（IT0=1或IT1=0），则CPU需要两次检测INT0/INT1上的中断请求才有效。因此，8031检测INT0/INT1上负边沿中断请求的时刻不一定恰好是其上中断请求信号发生

35、负跳变的时刻， 但两者之间最多不会相差一个机器周期时间。 图3-3 定时器控制寄存器TCON各位定义2.定时器溢出中断源 定时器溢出中断源由8031内部定时器中断源产生，故它们属于内部中断。8031内部有两个16位定时器/计数器，由内部定时脉冲（主脉冲经12分频后）或T0/T1引脚上输入端外部定时脉冲计数。定时器T0/T1在定时脉冲作用下从全“1”变为全“0”时可以自动向CPU提出溢出中断请求，以表明定时器T0或T1的定时时间已到。定时器T0/T1的定时时间可由用户通过程序设定，以便CPU在定时器溢出中断服务程序内进行计时。例如，若定时器T0定时时间设定为10ms，则CPU每响应一次T0输出中

36、断请求就可在中断服务程序中使1/100s单元加1，100次中断后1/10s的能源清零的同时使秒单元加1，以后则重复上述过程。定时器溢出中断常用于需要进行定时控制的场合。3.串行口中断源 串行口中断源由8031内部串行口中断源产生，故也是一种内部中断源。串行口中断分为串行口发送中断和串行口接受中断两种。在串行口进行发送/接收数据时，每当串行口发送/接收完一组穿行数据时，串行口电路自动使串行口控制寄存器SCON中的RI或T1中断标志位职位如图34所示，并自动向CPU发出串行口中断请求，CPU响应串行口中断后便立即转入串行口中断服务程序的执行。因此，只要在串行口中断服务程序中安排一段对SCON中的R

37、I和TI中断标志位状态的判断程序，便可区分串行口发生了接收中断请求还是发送中断请求。二、中断标志8031在每个机器周期的S5P2时检测（或接收）外部（或内部）中断源发来的中断请求信号后先使相应中断标志置位，然后便在下个机器周期检测这些中断标志位状态，以决定是否响应该中断。8031中断标志位集中安排在定时器控制寄存器TCON和串行口控制寄存器SCON中。图3-4 串行口控制寄存器SCON定义1.定时器控制寄存器TCON 定时器控制寄存器各位定义如图310所示。各位含义如下：（1）IT0和IT1：IT0为INT0中断触发标志位，位地址是88H。IT0状态可由可由用户通过程序设定：若使IT0=0，则

38、INT0上中断请求信号的中断触发方式为电平触发（即低电平引起中断）；若IT0=1，则INT0设定为负边沿中断触发方式（即由负边沿引起中断）。IT1的功能和IT0相同，区别仅在于被设定的中断触发方式不是INT0而是INT0，位地址为8AH。（2）IE0和IE1：IE0为外部中断INT0中断请求标志位，位地址是89H。当CPU在每个机器周期的S5P2是检测到INT0上的中断请求有效时，IE0由硬件自动置位；当CPU响应INT0上的中断请求后进入相应中断服务程序时，IE0被自动复位。IE1为外部中断INT1的中断请求标志位，位地址为8BH，其作用和IE0相同。（3）TR0和TR1:TR0为定时器T0

39、的启停控制位、位地址为8CH。TR0状态可由用户通过程序设定：若使TR0=1，则定时器T0立即开始计数；若TR0=0，则定时器T0停止计数。TR1为定时器T1的启停控制位，位地址为8EH，其作用和TR0相同。（4）TF0和TF1：TF0为定时器T0的溢出中断标志位，位地址为8DH。当定时器T0产生溢出中断（全“1”变为全“0”）时，TF0由硬件自动置位；当定时器T0的溢出中断为CPU响应后，TF0被硬件复位。3.3外部存储器ROM（2764）介绍3.3.1外部存储器ROM（2764）的内部结构一、内部结构 2764的内部结构如图3-5所示。由图3-5可见，2764采用双译码编程方式，A12A0

40、上的地址信号经X和Y译码后，在X选择线和Y选择线上产生选择信号，选中存储阵列中相应地址的存储单元工作，并在控制电路的控制下对所选中的存储单元进行读操作（或编程写操作），从存储单元读出的8位二进制信息经输出缓冲器输出到数据缓冲线O7O0上。在变成方式下，O7O0上的变成信息在控制电路的控制下写入存储阵列的相应存储单元。 图3-5 2764内部结构 图3-6 2764管脚图二、引脚功能（28条） 2764和27128都是28引脚的UVEPROM，27128的存储容量为16KB正好是2764的二倍，故27128的地址线应比2764多一条，图3-6为它们的引脚分配图。图中，2764的26引脚标为NC表

41、示轮空不用；27128的26引脚标为A13，用于传送27128的最高位地址码。其它引脚功能分述如下：1.地址输入线A12A0. 2764的存储容量为8KB，故按照地址线条数和存储容量的关系（213=8192），共需13条地址线，编号为A12A0。2764的地址线应和MCS51单片机的P2口和P0口相接，用于传送单片机送来的地址编码信号，其中A12为最高位。2.数据线O7O0。O7O0是双向数据总线，O7为最高位。在正常工作时，O7O0用于传送从2764中读出的数据或程序代码；在编程方式时用于传送需要写入的程序代码（及程序的机器码）。3.控制线（3条）。 片选输入线CE：该输入线用于控制本芯片是

42、否工作。若给CE上加一个高电平，则本片不工作；若给CE上加一个低电平，则选中本片共作。编程输入线PGM：该输入线用于控制2764处于正常工作状态还是编程 工作状态。若给它输入一个TTL高电平（即VIH）,则2764处于正常工作状态；若给PGM输入一个50ms宽的负脉冲，则2764配合VPP引脚上的21V高压可以处于编程状态。允许输入线OE。OE也是一条由用户控制的输入线，若给OE线上输入一个TTL高电平，则数据线O7O0处于高阻状态；若给OE线上输入一个TTL低电平，则O7O0处于读出状态。4.其它引脚线（4条）。 VCC为+5V±10%电源输入线，GND为直流地线。VPP为编程电源

43、输入线，当它接+5V时，2764处于正常工作状态；当VPP接21V电压时，2764处于编程/校验工作状态。NC为2764的空线。三、擦除特性 2764存储阵列中的存储信息可以采用紫外光擦除，擦除后存储的代码为全“1”。2764擦除时应先取下芯片中央小窗口上的贴纸，然后用光源波长为2537埃和强度为1200的紫外光照射，照射时间为1520min.这实际上就是使FAMOS管浮栅中的电子获得高能量，从而形成光电流从浮置栅流入基片，2764中断信息擦除也不是很容易的，把2764放在阳光下暴晒大约需要一星期才会擦干净，在普通荧光灯下需要三年才会擦除。四、工作方式和编程 2764可以分为正常和编程两种工作

44、方式。正常工作方式是指2764在它所应用系统中的工作方式，常分为读出和维持两种工作状态；编程方式是指给2764写入程序时的工作方式，又可分为编程、禁止编程和校验三种工作状态。总之，2764共有两种工作方式和五种工作状态，究竟处在哪一种方式和状态下工作是由2764上的控制和电源线上的信号决定的。3.3.2 8031和2764的连接一、8031对片外ROM的读操作如果片外ROM的2050H单元有一个常数X且累加器A中为0，现欲把X读出并送入CPU的累加器A，则指令为：MOVC A, A+DPTR ;A(A+DPTR)=X8031执行上述指令的具体步骤为:1.8031CPU先把累加器A中的0和DPT

45、R中的2050H相加后送回DPTR，然后把DPH中的20H送到P2.7P2.0上，把DPL中的50H送到P0.7P0.0上；2.一旦P0口上片外存储器低8位地址50H稳定，8031在ALE线上发出正脉冲的下降沿就把50H锁存到地址锁存器74LS373中；3.由于CPU执行的是MOVC指令，故8031自动使PSEN变为低电平以及RD和WR保持高电平，以至于1#芯片可以进行读操作且2#芯片被封锁；4.1#芯片按照CPU送来的2050H地址，从中读出X并被送到8031的P0口，8031CPU先打开P0口的输入门后再把它送到了累加器A.至此，这条指令的执行宣告结束。二、8031和2764的连接8031

46、和2764的连接如图3-7所示。图3-7 8031和2764的连接由于2764存储容量为8KB，故8031片内地址线为P2.4P2.0和P0.7P0.0（P2.4P2.0直接与2764的A12A8相接，P0.7P0.0经74LS373输出后接到2764的A7A0）,共13条。片选地址线共、三条，其中P2.5直接与2764的CE相接，P2.7和P2.6悬空（或作其它芯片的片选线）。PSEN与2764的OE相接，以便8031执行MOVC指令时产生低电平而选中2764工作。根据基本地址范围的定义，即为参加译码的片选先P2.7和P2.6上以低电平“0”计算时的地址范围，2764基本地址范围应为0000

47、H1FFFH。重叠地址范围定义为未参加译码的片选地址和片内地址从全“0”变到全“1”时的地址范围，故2764重叠地址范围为：0000H1FFFH 8KB 8000H9FFFH 8KB4000H5FFFH 8KB C000HDFFFH 8KB显然，2764共有32KB重叠地址范围，它们在整个64KB区域中是不连续的，使用该硬件电路时，应注意把程序和常数放在基本地址范围内。3.4 Intel 81558155是Intel公司研制的通用I/O接口芯片。MCS51和8155相连不仅可为外设提供两个8位I/O端口（A口和B口）和一个6位I/O端口（C口），也可为CPU提供一个256字节的RAM和一个14

48、位定时器/计数器。因此，8155广泛应用于MCS51系统中。3.4.1Intel8155的介绍一、内部结构和引脚功能1.内部结构 8155内部结构如图3-8所示。8155共由7部分电路组成，它们是：双向数据总线缓冲器、地址锁存器、地址译码器和读写控制器、RAM、I/O寄存器、命令寄存器和状态寄存器/计数器。现对各部份电路分述如下。图3-8 8155内部结构双向数据总线缓冲器：该缓冲器是8位的，用于传送CPU对RAM存储器的读写数据。地址锁存器：共有8位，用于锁存CPU送来的RAM单元地址和端口地址。地址译码器和读写控制器：地址译码器的3位地址由地址锁存器输出端送来，译码后可以选中命令/状态寄存

49、器、定时器/计数器和A、B、C三个I/O寄存器中的某一个工作。读写控制器接受RD和WR线上信息，实现对CPU和8155间所传信息的控制。RAM：容量为256字节，主要用于存放实时数据。存储器单元地址由地址锁存器输出端送来。I/O寄存器：分为A、B和C三个端口。A口和B口的I/O寄存器为8位，既可以存放外设的输出数据，也可以存放外设的输入数据；C口的I/O寄存器只有6位，用于存放I/O数据或命令/状态信息。8155在某一瞬时只能选中某个I/O寄存器工作，这由CPU送给8155的命令字决定。命令寄存器和状态寄存器：皆为八位寄存器。命令寄存器存放CPU送来的命令字，状态寄存器存放8155的状态字。定

50、时器/计数器：这是一个二进制14位的减1计数器，计数器初值由CPU通过程序送来。定时器/计数器由T/IN输入线上的脉冲减1，每当记满溢出（回零）时可在T/OUT线上输出一个终止脉冲。2.引脚功能 8155共有40条引脚线，采用双列直插式封装。AD7AD0（8条）：AD7AD0为地址/数据总线，常可与MCS51的P0口相接，用于分时传送地址/数据信息。I/O总线（22条）PA7PA0为通用I/O线，用于传送A口上的外设数据，数据传送方向由8155命令字中D0的状态决定（见图721）。PB7PB0为通用I/O线，用于传送B口上的外设数据，数据传送方向也由命令字中D1的状态决定。PC5PC0为I/O

51、数据/控制线，共有6条，在通用I/O方式下，用作传送命令/状态信息。控制总线（8条）：RESET，是8155总清输入线，在RESET上输入一个大于600ns宽的正脉冲时，8155立即处于总清状态，A、B、C三口也定义为输入方式。CE和IO/M：CE为8155片选输入线，若CE=0，则CPU选中本8155工作；否则，本8155不工作。IO/M为I/O端口或RAM的选通输入线：若IO/M=0，则CPU选中8155的RAM工作；若IO/M=1，则CPU选中8155片内某一I/O寄存器工作。RD和WR：RD是8155的读/写命令输入线，WR为写命令线，当RD=0且WR=1时，8155处于读出数据状态；

52、当RD=0时，8155处于写入数据状态。ALE：为允许地址输入线，高电平有效。若ALE=1，则8155允许AD7AD0上地址锁存到“地址锁存器”；否则，8155的地址锁存器处于封锁状态。8155的ALE常与MCS51的同名端相连。T/IN和T/OUT：T/IN是计数器输入线，其上脉冲用于对8155片内14位计数器减1.T/OUT为计数器输出线，当14位计数器记满回零时就可以在该引线上输出脉冲波形，输出脉冲的波形和技术其工作方式有关。电源线（2条）：VCC为+5V电源输入线，VSS为接地线。3.4.2 8031与8155的连接 图3-9 8031与8155的连接图一、 8031与8155的连接方

53、法8031与8155的连接方法如图3-9所示。二、8155提供的RAM和I/O端口地址8155提供的RAM和I/O端口地址如表3-1所示。表3-1 8155端口地址RAM字节地址 P2.7=0P2.0=07E00H7EFFH命令/状态口7F00HPA口7F01HPB口7F02HPC口7F03H定时器低8位7F04H定时期高8位7F05H三、 8155的基本操作程序段对8155中的RAM进行操作,程序段如下：a 写数据： MOV DPTR，#7E5FH MOV A，#32H MOVX DPTR，Ab 读数据： MOV DPTR，#7E98H MOVX A ，DPTR3.5 显示和键盘3.5.1 LED简介LED（Light-Emitting Diode,发光二极管）有七段和八段之分，也有共阴和共阳两种。一、LED数码显示管显示原理八段LED显示管由八只发光二极管组成，编号是a、b、c、d、e、f、g和SP，分别与同名管脚相连。七段LED显示管比八段LED少一只发光二极管SP，其它与八段LED相同。八段LED数码显示管是通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是