(完整版)一氧化碳报警设计

1、天津大学网络教育学院专科毕业论文题目：一氧化碳报警设计完成期限： 2016年 1月 8日至 2016 年 4月 20日学习中心：嘉兴专业名称：电气自动化技术学生姓名：陈应初学生学号： 132092433047指导教师：刘斌天津大学网络教育学院专科毕业论文一氧化碳报警设计第一章一氧化碳报警器简介设计出性能更加可靠， 经济实惠的一氧化碳报警器。 我们应该对国家标准规定的燃气报警器的种类有所了解。 燃气报警器可分为可燃气体泄漏仪 （简称 “检漏仪”），可燃气体报警控制器（简称“控制器” ）、可燃气体探测器（简称“探测器”）、可燃气体报警器（简称“报警器” ）四大系列产品。可燃气报警器的核心是气体传感

2、器，俗称“电子鼻” 。当气体传感器遇到燃气时，传感器电阻随燃气浓度而变化， 随之产生电信号， 供燃气报警器后继线路处理。 经过电子路线处理变成浓度成比例变化的电压信号， 由线性电路加以补偿， 使信号线性化， 经微机处理、逻辑分析，输出各种控制信号，即当燃气浓度达到报警设定值时，燃气报警器发出声光报警信号。如果环境中 CO含量超出安全范围，常人很难发现，为了保证人们生命健康和正常生产不受影响，实时检测 CO含量十分重要。所以基于单片机设计制作一氧化碳报警器，来保障人们的生命财产安全。意义在于：（1）成本低廉并能对一氧化碳准确报警。（2）该产品不需专业人员操作，只要放在合适位置，通电即可，连续使用

3、方便，操作简单。（3）能起到预防一氧化碳中毒的效果，使人们安全放心的工作。（4）出现一氧化碳漏或者着火时，报警器能够立即鸣笛报警，告之工作人员及时采取措施。第二章设计方案第一节单片机的介绍和选用单片机是一种集成在电路芯片， 是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断1天津大学网络教育学院专科毕业论文系统、定时器 / 计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、 A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统，目前单片机渗透到我们生活的各个领域， 几乎很难找到哪个领域

4、没有单片机的踪迹。 导弹的导航装置， 飞机上各种仪表的控制， 计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机，更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表以及各种智能机械了。 因此，单片机的学习、 开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。设计选用 ATMEl公司的 AT89C51和美国国家半导体公司生产的ADC080。第二节 设计要求及思路设计要求 : 报警器需在一氧化碳浓度达到100ppm时启动报警。具体实现如下功能：（1

5、）系统要求设置正常工作状态除正常工作状态外 ,LED 红灯处于熄灭状态，蜂鸣器处于关闭状态。（2）在正常工作状态下，绿灯应长亮。当室内一氧化碳浓度达到 100ppm 时系统应启动蜂鸣器报警，红灯闪烁。设计思路：采用单个传感器检测气体浓度， 将检测结果通过高精度运算放大器放大后送入模 / 数转换芯片中进行转换，传给单片机进行数据处理。处理后的信息将通过单片机控制，驱动报警。第三节 初始方案与确定（1）初始设计以设计思路展开研究：根据该设计要实现的基本功能， 设计大概应该分为信号接收， 信号处理，信号控制和信号响应四个部分。A. 信号采集接收部分即通过检测一氧化碳气体浓度，并将这种变化量转换成电压

6、或者电流等模拟量的变化B. 信号处理部分是将接收部分得到的电压或电流等变化进行必要放大，为后一部分信号控制提供准备。C. 信号控制部分是通过预定控制方式等实现对设计要求的准确操作。D. 信号响应是通过事故处理部分和显示部分实现控制部分的要求。（ 2）对上述四个部分进行分析，得到如下一些基本的结论：A. 信号接收部分为了能准且采集到气体浓度的变化应选用传感器敏感器件，2天津大学网络教育学院专科毕业论文为使其有效部分的检测房间中气体浓度，必须选用高温一氧化碳传感器。B. 信号处理部分应该根据实际情况选用电荷放大，或比较器等装置，这部分电路将包含在传感器接口电路中。C. 控制部分为了实现精确控制，采

7、用单片机较为合适。D. 信号响应及报警部分，用蜂鸣器和 LED灯即可。根据对上面设计系统的分析，我们得到该设计思想框图如下图2.1 所示：信 号信 号信 号信 号接 收处 理控 制响 应装 置装 置装 置装 置图 2.1设计思想框图（ 2）方案确定经过分析采用初始方案设计，即用单个传感器检测一氧化碳气体浓度，将检测到的浓度结果通过运算放大器放大后送入模 / 数芯片 ADC0809中进行模数转换，传入单片机中， 由 AT89C51单片机处理数据， 并利用单片机控制报警器进行声音报警。分析：此设计十分简单， 也十分实用。 虽然对气体浓度的采集不是很精确，但报警方面已经十分符合设计目的。第四节 系统

8、组成本设计属于单片机应用系统。单片机在系统检测以及工程控制方面的应用，是典型的嵌入式系统。 通常将满足海量高速数据计算的计算机称为通用计算机系统；而把面向工控领域对象， 嵌入到工控系统中， 实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统。嵌入式系统分为四种：工控机，通用CPU模块，嵌入式微处理，单片机。嵌入式系统具有以下特点：(1) 面对控制对象。如传感器信号输入、人机交互操作、伺服驱动等。(2) 嵌入到工控应用系统中的结构形态。(3) 能在工业现场环境中可靠运行的品质。(4) 突出控制功能。如对外部信息的捕捉、对控制对象实时控制和有突出控制功能的指令系统（ I/O 控制、位操作

9、和转移指令等） 。单片机有唯一的专门为嵌入式应用系统设计的体系结构与指令系统， 最能满足嵌入式3天津大学网络教育学院专科毕业论文应用要求。单片机是完全按嵌入式系统要求设计的单芯片形态应用系统， 能满足面对控制对象、 应用系统的嵌入、 现场的可靠运行及非凡的控制品质等要求， 是发展最快、品种最多、数量最大的嵌入式系统。第五节一氧化碳报警器系统的三大部分单片机应用系统的结构分三个层次。（1）单片机：通常指应用系统主处理机，即所选择的单片机器件。（2）单片机系统：指按照单片机的技术要求和嵌入对象的资源要求而构成的基本系统，如时钟电路、复位电路和扩展存储器等与单片机构成了单片机系统。（3）单片机应用系

10、统：能满足嵌入对象要求的全部电路系统。在单片机系统的基础上加上面向对象的接口电路， 如前向通道、后向通道、人机交互通道（键盘、显示器、打印机等）和串行通行口（ RS232）以及应用程序等。（单片机应用系统三个层次的关系如图2.2 ：单片机应用系统应用程序单片机系统前向通道后向通道单片机人机交互通道串行通信口图 2.2 单片机应用系统三个层次的关系以此理解，一氧化碳报警器同样具有单片机应用系统的三个层次。其中以AT89C51单片机为核心构成单片机系统。在此系统中，检测信号进入单片机进行运算处理。为了更好的理清设计思路， 将整个系统细分为三部分加以设计说明。整个报警器由三个部分组成，分为三大模块：

11、浓度检测模块、主控模块和报警模块。在本次设计中，使用的核心器件是单片机和一氧化碳传感器。 为了保重整个系统可靠的运行，设计中必须明确三大4天津大学网络教育学院专科毕业论文部分的实际联系：以单片机为中心，其他各大模块一一展开。其中，浓度检测及显示模块所实现的功能是将房间中的一氧化碳浓度值转换成为单片机能够处理的数字信号，并且浓度值显示出来：主控模块以单片机为主， 对其他模块的运行进行控制； 报警模块是此系统的外部电路，它的功能是实现报警。系统框图如图2.3 所示。气体浓度检测报警控制AT89C51图 2.3一氧化碳报警器系统组成框图下面就对各个模块的功能和实现形式做简单介绍（1）气体浓度检测模块

12、一氧化碳报警器主要采用高稳定一氧化碳气体传感器MQ-7检测房间气体浓度，检测结果通过高精度运算放大器放大后送入模/ 数转换芯片 ADC0809中进行转换（2）主控模块系统采用单片机控制，用的是 AT89C51单片机，AT89C51单片机是美国 Intel公司推出的一种4K 字节可编程FLASH存储器，低电压、高性能CMOS8 位微处理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000 次，数据可保留10年。它的主要功能既是和ADC0809芯片一起共同接受检测信号， 又可以通过对数5天津大学网络教育学院专科毕业论文字型号的处理来控制外围电路以及显示电路。模数转换芯片采用 ADC0809，接收经过运

13、算放大器处理后的一氧化碳传感器的检测值， 检测结果通过 ADC0809处理后才传给单片机进行数据处理。处理后的信息将通过单片机控制，以驱动报警。（3）报警模块此模块主要有蜂鸣器、 LED灯组成，在气体浓度过大，超过安全值时，蜂鸣器工作，提供报警服务。至此，本系统的三大模块功能和设计思路已经确立， 下文将介绍整个系统的详细设计过程。并且给出设计电路。第二章硬件电路设计第一节 单片机基础知识简介介绍及主控电路设计在实际的应用中， 基本知识的掌握程度至关重要， 他影响到应用的好坏。 硬件知识用来设计硬件电路， 软件知识用来设计芯片处理数据的先后顺序， 数据的获得途径以及对数据做怎样的处理， 还有其他

14、的一些驱动和显示功能等等。 本设计用到的硬件知识主要有： 电子技术、单片机技术。 在电子技术方面分为模拟电子技术和数字电子技术， 模拟电子技术主要用来放大传感器检测信号和驱动反光二极管以及显示穿管器检测气体浓度； 数字电子技术用来把模拟量转换成数字量，把从刚起检测到的模拟量转换成数字值。利用单片机实现综合控制。主控电路中，以单片机为主体，通过分析A/D 转换的得到的数字值，控制事故处理模块运行。设计采用的是AT89C51 型单片机 ,AT89C51 是一种带 4K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000 次

15、。由于将多功能 8 位 CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL的 AT89C51是一种高效微控制器， AT89C2051是它的一种精简版本。 AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3.1 所示6天津大学网络教育学院专科毕业论文图 3.1 单片机外形及引脚排列图（ 1）主要特性：与 MCS-51 兼容4K 字节可编程闪烁存储器寿命： 1000 写/ 擦循环数据保留时间： 10 年全静态工作： 0Hz-24MHz三级程序存储器锁定128×8位内部 RAM32 可编程 I/O 线两个 16 位定时器 / 计数器5 个中断源可编程串行

16、通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路（ 2）管脚说明 ：VCC：供电电压。GND：接地。P0 口： P0 口为一个8 位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL 门电7天津大学网络教育学院专科毕业论文流。当 P0口的管脚第一次写1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/ 地址的第八位。在FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口， 当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。 P1 口管脚写入1 后，被内

17、部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流， 这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出4 个 TTL 门电流，当P2 口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能

18、寄存器的内容。P2 口在 FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口： P3 口管脚是8 个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个 TTL门电流。当P3 口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流（ ILL ）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0 外部输入）P3.5T1（记时器1 外部输入）P3.6/

19、WR （外部数据存储器写选通）P3.7/RD （外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的8天津大学网络教育学院专科毕业论文高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH编程期间， 此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6 。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE 的输出可在SFR8EH地址上置

20、0。此时，ALE 只有在执行 MOVX， MOVC指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时， /EA 将内部锁定为 RESET；当 /EA 端保持高电平时， 此间内部程序存储器。 在 FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源（

21、 VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。（ 3）振荡器特性 :XTAL1和 XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。 该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器， 因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。（ 4）芯片擦除：整个 PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ALE管脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“ 1”且在任何非空存储

22、字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外， AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。9天津大学网络教育学院专科毕业论文（ 5）串口通讯：单片机的结构和特殊寄存器， 这是你编写软件的关键。 至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器呢，它们是 SCON，TCON，TMOD，SCON等，各代表什么含义呢？SBUF数据缓冲寄存器这是一个可以直接寻址的串行口专用寄存器。有朋友这样问起

23、过“为何在串行口收发中，都只是使用到同一个寄存器SBUF？而不是收发各用一个寄存器。”实际上SBUF包含了两个独立的寄存器，一个是发送寄存，另一个是接收寄存器， 但它们都共同使用同一个寻址地址99H。CPU在读 SBUF 时会指到接收寄存器，在写时会指到发送寄存器，而且接收寄存器是双缓冲寄存器，这样可以避免接收中断没有及时的被响应，数据没有被取走，下一帧数据已到来， 而造成的数据重叠问题。 发送器则不需要用到双缓冲，一般情况下我们在写发送程序时也不必用到发送中断去外理发送数据。操作 SBUF寄存器的方法则很简单， 只要把这个 99H 地址用关键字 sfr 定义为一个变量就可以对其进行读写操作了

24、，如 sfr SBUF = 0x99; 当然你也可以用其它的名称。通常在标准的 reg51.h 或 at89x51.h 等头文件中已对其做了定义，只要用 #include 引用就可以了。SCON串行口控制寄存器通常在芯片或设备中为了监视或控制接口状态，都会引用到接口控制寄存器。 SCON就是 51 芯片的串行口控制寄存器。它的寻址地址是 98H，是一个可以位寻址的寄存器，作用就是监视和控制 51 芯片串行口的工作状态。 51 芯片的串口可以工作在几个不同的工作模式下，其工作模式的设置就是使用 SCON寄存器。它的各个位的具体定义如下：SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RIS

25、M0、SM1 为串行口工作模式设置位，这样两位可以对应进行四种模式的设置。串行口工作模式设置。SM0 SM1模式 功能 波特率0 0 0同步移位寄存器fosc/120118位UART可变1 0 2 9位 UART fosc/32 或 fosc/641139位UART可变在这里只说明最常用的模式1，其它的模式也就一一略过，有兴趣的朋友可以找相关的硬件资料查看。 表中的 fosc代表振荡器的频率， 也就是晶振的频率。UART为(Universal Asynchronous Receiver）的英文缩写。SM2 在模式 2、模式 3 中为多处理机通信使能位。 在模式 0 中要求该位为 0。REM为允

26、许接收位， REM置 1 时串口允许接收，置 0 时禁止接收。 REM是由软10天津大学网络教育学院专科毕业论文件置位或清零。 如果在一个电路中接收和发送引脚 P3.0,P3.1 都和上位机相连，在软件上有串口中断处理程序， 当要求在处理某个子程序时不允许串口被上位机来的控制字符产生中断，那么可以在这个子程序的开始处加入 REM=0来禁止接收，在子程序结束处加入 REM=1再次打开串口接收。大家也可以用上面的实际源码加入 REM=0来进行实验。 TB8 发送数据位 8，在模式 2 和 3 是要发送的第 9 位。该位可以用软件根据需要置位或清除，通常这位在通信协议中做奇偶位，在多处理机通信中这一

27、位则用于表示是地址帧还是数据帧。RB8 接收数据位 8，在模式 2 和 3 是已接收数据的第 9 位。该位可能是奇偶位，地址 / 数据标识位。在模式 0 中，RB8 为保留位没有被使用。 在模式 1 中，当 SM2=0， RB8 是已接收数据的停止位。TI 发送中断标识位。在模式 0，发送完第 8 位数据时，由硬件置位。其它模式中则是在发送停止位之初，由硬件置位。 TI 置位后，申请中断， CPU 响应中断后，发送下一帧数据。在任何模式下， TI 都必须由软件来清除，也就是说在数据写入到SBUF后，硬件发送数据，中断响应（如中断打开），这时 TI=1 ，表明发送已完成， TI不会由硬件清除，所

28、以这时必须用软件对其清零。RI 接收中断标识位。在模式0，接收第 8 位结束时，由硬件置位。其它模式中则是在接收停止位的半中间，由硬件置位。RI=1，申请中断，要求CPU取走数据。但在模式 1 中，SM2=1时，当未收到有效的停止位， 则不会对 RI 置位。同样 RI 也必须要靠软件清除。常用的串口模式1 是传输 10 个位的， 1 位起始位为 0,8位数据位，低位在先， 1 位停止位为 1。它的波特率是可变的，其速率是取决于定时器 1 或定时器 2 的定时值（溢出速率）。AT89C51 和 AT89C2051等 51 系列芯片只有两个定时器，定时器 0 和定时器 1，而定时器 2 是 89C

29、52 系列芯片才有的。波特率在使用串口做通讯时， 一个很重要的参数就是波特率， 只有上下位机的波特率一样时才可以进行正常通讯。 波特率是指串行端口每秒内可以传输的波特位数。有一些初学的朋友认为波特率是指每秒传输的字节数，如标准9600 会被误认为每秒种可以传送 9600 个字节，而实际上它是指每秒可以传送 9600 个二进位，而一个字节要 8 个二进位，如用串口模式 1 来传输那么加上起始位和停止位，每个数据字节就要占用 10 个二进位，9600 波特率用模式 1 传输时，每秒传输的字节数是 9600÷10 960 字节。51 芯片的串口工作模式 0 的波特率是固定的， 为 fosc

30、/12 ，以一个 12M 的晶振来计算， 那么11天津大学网络教育学院专科毕业论文它的波特率可以达到 1M。模式 2 的波特率是固定在 fosc/64 或 fosc/32 ，具体用那一种就取决于PCON寄存器中的 SMOD位，如 SMOD为 0，波特率为 focs/64,SMOD 为 1，波特率为 focs/32 。模式 1 和模式 3 的波特率是可变的，取决于定时器1 或 2（52 芯片）的溢出速率。那么我们怎么去计算这两个模式的波特率设置时相关的寄存器的值呢？可以用以下的公式去计算。波特率（ 2SMOD÷32）×定时器 1 溢出速率上式中如设置了 PCON寄存器中的 S

31、MOD位为 1 时就可以把波特率提升2 倍。通常会使用定时器1 工作在定时器工作模式2 下，这时定时值中的TL1 做为计数， TH1 做为自动重装值，这个定时模式下，定时器溢出后，TH1 的值会自动装载到 TL1，再次开始计数，这样可以不用软件去干预，使得定时更准确。在这个定时模式 2 下定时器 1 溢出速率的计算公式如下：溢出速率（计数速率）/(256 TH1)上式中的“计数速率”与所使用的晶体振荡器频率有关，在 51 芯片中定时器启动后会在每一个机器周期使定时寄存器 TH 的值增加一， 一个机器周期等于十二个振荡周期，所以可以得知 51 芯片的计数速率为晶体振荡器频率的 1/12 ，一个

32、12M 的晶振用在 51 芯片上，那么 51 的计数速率就为 1M。通常用 11.0592M 晶体是为了得到标准的无误差的波特率， 那么为何呢？计算一下就知道了。 如我们要得到 9600 的波特率，晶振为 11.0592M和 12M，定时器 1 为模式 2，SMOD设为 1，分别看看那所要求的 TH1 为何值。代入公式：11.0592M9600(2 ÷32) ×(11.0592M/12)/(256 -TH1)TH125012M9600(2 ÷32) ×(12M/12)/(256 -TH1)TH1249.49上面的计算可以看出使用12M 晶体的时候计算出来

33、的TH1 不为整数，而 TH1的值只能取整数，这样它就会有一定的误差存在不能产生精确的 9600 波特率。当然一定的误差是可以在使用中被接受的， 就算使用 11.0592M 的晶体振荡器也会因晶体本身所存在的误差使波特率产生误差， 但晶体本身的误差对波特率的影响是十分之小的，可以忽略不计。第二节 模数转换部分电路设计模数转换部分采用ADC0809芯片。ADC0809是 M美国国家半导体公司生产的CMOS工艺 8 通道， 8 位逐次逼近式A/D 转换器。其内部有一个8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8 路模拟输入信号中的一个进行A/D 转换。是目12天津大学网络教育学院专

34、科毕业论文前国内应用最广泛的8 位通用 A/D 芯片。（ 1）主要特性 ：（ 1） 8 路输入通道，8 位 A D 转换器，即分辨率为8 位。（ 2）具有转换起停控制端。（ 3）转换时间为 100s( 时钟为 640kHz 时 ) ，130s（时钟为 500kHz时）（ 4）单个 5V 电源供电（ 5）模拟输入电压范围 0 5V，不需零点和满刻度校准。（ 6）工作温度范围为 -40 85 摄氏度（ 7）低功耗，约 15mW。（ 2）内部结构 :ADC0809是 CMOS单片型逐次逼近式A D 转换器，内部结构如图1322所示，它由8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8 位开关树型A/D转

35、换器、逐次逼近。（ 3）外部特性（引脚功能）:ADC0809芯片有28 条引脚，采用双列直插式封装，如图13 23 所示。下面说明各引脚功能。IN0 IN7 ： 8 路模拟量输入端。2-1 2-8 ： 8 位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址输入线，用于选通8 路模拟输入中的一路ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。START： A D 转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲 （至少100ns 宽）使其启动（脉冲上升沿使0809 复位，下降沿启动A/D 转换）。EOC： A D 转换结束信号，输出，当A D 转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。OE：数

36、据输出允许信号，输入，高电平有效。当A D 转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。REF（ +）、 REF（ - ）：基准电压。VCC：电源，单一5V。GND：地。其内部结构及引脚图如图3.2 所示13天津大学网络教育学院专科毕业论文图 3.2 ADC0809 内部图及引脚图（ 4） ADC0809的工作过程：首先输入3 位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通 8 路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A D 转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进

37、行。直到A D 转换完成， EOC变为高电平，指示A D 转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当 OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。转换数据的传送A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D 转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。（ 1）定时传送方式对于一种A/D 转换其来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的 MCS-51 单片机共64 个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D 转换启动后即调用此子程序

38、，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。（ 2）查询方式A/D 转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的 EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC 的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。（ 3）中断方式把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进14天津大学网络教育学院专科毕业论文行数据传送。不管使用上述那种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时， OE 信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。（ 5） ADC0809U1与单片机连接方式如图3.3 ：U62 62 11P10P

39、03 9IN-0msb2 -1202 0P1 1P03 82 72 -2311 9P12P03 7IN-12 -3421 8P1 3P03 62 82 -4538P14P03 5IN-22 -5641 5P1 5P03 412 -6751 4P16P03 3IN-32 -7861 7P17P03 22lsb 2-87IN-47132 1P2.0INT 1P23EOC120P2.1INT 0P22 2IN-52 51P2.2P22 34AD D-A1522 4T1P22 4IN-6AD D-B1432 3T0P22 55AD D-CVCC4P22 6IN-72 2STAR T315EA/ VPP

40、22 7ALE6P22 81 69OEXTA19L17X1ref(- )ENA B LESTAR TXTA18L26X21 2STA RTC LK1 0ref(+)CLOCK91 0STA RTR ESETVCCAD C0 809R X DOETXD1 1173 0C LKR D16ALE /PW R2 9PSE NR 1 6AT89C 5 11 0 KC 42 2 uFVCC图 3.3 ADC0809与单片机连接方式第三节 传感器部分电路设计（1）传感器的定义人们通常将能把非电量转换成电量的器件称为传感器， 传感器实质是一种功能模块，起作用是将来之外界的各种信号转换成电信号： 它是实现测试与

41、自动控制系统的首要环节。（2）传感器的作用传感器是又称之为电五官， 是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中， 要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态， 并使产品达到最好的质量。没有众多的优良的传感器， 现代化生产也就失去了基础。 传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用， 是十分明显的。 世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来， 传感器技术将会出现一个飞跃， 达到与其重要地位相称的新水平。15天津大学网络教育学院专科毕业论文（3）传感器的组成传感器一般由敏感元件、 传感元件和测量电路三部分组成有

42、时还加上辅助电源。通常可用方框图表示，如下图 3.4 所示：被测量敏感元件传感元件敏感元件图 3.5方框图测量电路敏感元件直接感受被测量， 并输出与被测量成确定关系的其他量的元件。传感元件又称变换器， 传感元件可以直接感受被测量而输出与被测量成确定关系的电量。 也可以不直接感受被测量， 而只感受与被测量成确定关系的其他非电量。测量电路能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、 记录、控制和处理的有用电信号的电路。 使用较多的是电桥电路， 也是用其他特殊电路， 如高阻抗输入电路、 脉冲调宽电路、 维持震荡的激振电路等。 由于传感元件的输出信号一般比较小，为了便于与显示和记录，大多数测量电路还包括了

43、放大器。（4）传感器的分类1. 根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类：a. 物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致拉伸现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。 b. 化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。2. 按照其用途，传感器可分类为：a. 压力敏和力敏传感器，b. 位置传感器，c. 液面传感器，d. 能耗传感器， e. 速度传感器， f. 加速度传感器，g. 射线辐射传感器

44、，h. 热敏传感器，i.24GHz 雷达传感器。16天津大学网络教育学院专科毕业论文3. 按照其原理，传感器可分类为：a. 振动传感器， b. 湿敏传感器， c. 磁敏传感器， d. 气敏传感器， e. 真空度传感器 f. 生物传感器等。4. 以其输出信号为标准可将传感器分为：a. 模拟传感器，b. 数字传感器，c. 膺数字传感器，d. 开关传感器。5. 所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类：按照其所用材料的类别分：金属、聚合物、陶瓷、混合物按材料的物理性质分：导体、绝缘体、半导体、磁性材料按材料的晶体结构分：单晶、多晶、非晶材料6. 按照其制造工艺，可以将传感器区分为：a. 集成传感器b. 薄膜传感器c. 厚膜传感器d. 陶瓷传感器每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低，以及传感器参数的高稳定性等原因，采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。(4) 传感器的设计要点根据以上对传感器的相关知识的介绍，我们可以明确传感器是测量、控制系统的，必须具备良好的性能。在设计中应该注意以下要点：输入和输出之间成比例，直线性好、灵敏度高、分辨力强、测量范围宽。