全自动火灾报警系统设计_第1页
全自动火灾报警系统设计_第2页
全自动火灾报警系统设计_第3页
全自动火灾报警系统设计_第4页
全自动火灾报警系统设计_第5页
已阅读5页,还剩35页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

第2页共24页河南工业职业技术学院毕业设计设计题目:全自动火灾报警系统设计设计者:管容逸班级:05351班专业:电子信息工程技术学号:036指导教师:王兴举老师完成时间:2008年6月摘要本论文研究了火灾报警器中的温度控系统。介绍了火灾报警器的现状,进行以52单片机为核心的火灾报警器温度控制系统的设计。论文首先介绍了基于AT89C52单片机的温度控制系统硬件设计。硬件部分由系统电源电路、信号输出电路、前端控制电路、数模转换电路、单片机及其周边电路、报警显示电路等组成。文中给出了电路图,并介绍了系统的工作原理。单片机及其周边电路模块采用了AT89C52作为微处理器;数模转换模块采用了ICL7135芯片;前端控制模块采用了CD4052芯片;报警显示部分采用发光二极管。软件部分由主程序、AD中断子程序、初始化子程序、显示子程序、AD计算子程序等组成。论文给出了各程序模块的部分原程序代码。关键词:温度控制;单片机AT89C52;ICL7135设计任务:1.画出系统结构框图2.画出电路原理图3.写出详细说明书,要求书写工整,原理叙述正确,计算主要元器件的一些参数,并进行元器件选择4.画图要求:画图规范化,画图清晰,符号要求采用国标统一,线条均匀,提倡用计算机画图5.写出元器件明细表,并附在说明书后面目录1.绪论...................................................................=1\*ROMANI1.1.引言...............................................................11.2.火灾报警器的现状...................................................11.3.本设计的实现过程...................................................22.报警器温控系统的概述...................................................32.1.火灾探测器的分类和原理.............................................32.1.1感温式火灾探测器...............................................32.1.2感烟式火灾探测器...............................................32.1.3感光式火灾探测器管理方案论证...................................42.1.4可燃气体探测器.................................................42.1.5复合式火灾探测器...............................................42.2.火灾报警器的选择...................................................43.系统硬件设计..........53.1.系统的前端控制电路设计.............................................53.1.1模拟采样电路的设计钟的设定.....................................53.1.2温度传感器选用原则........53.1.3模拟开关4052概述、特点.........................................73.2.系统A/D转换电路设计................................................83.2.1系统A/D转换电路及其工作原理....................................83.2.2ICL7135概述、特点...............................................91、ICL7135主要特点.................................................92、ICL7135的管脚图及管脚说明........................................103、ICL7135数字部分.................................................114、ICL7135的外围电路................................................125、ICL7135与单片机的接口............................................133.3.系统显示电路设计..................................................143.3.1显示电路电路图及其原理.....143.4.系统单片机电路设计................................................153.4.1单片机电路图及其工作原理......................................153.4.2AT89C52结构简况..............................................161、性能参数.........................................................162、AT89C52单片机的主要特征..........................................163、AT89C52可编程时钟输出............................................174、AT89C52单片机的引脚图及引脚功能说明..............................175、中断.............................................................196、单片机的外围电路................................................213.5.系统电源电路设计..................................................224.系统软件设计..........................................................244.1.主程序设计........................................................244.2.定时与中断系统.....244.3.中断处理程序结构.245.程序设计..............................................................255.1.流程图如图所示....................................................255.2.程序源代码........................................................26结束语..................................................................31致谢....................................................................32参考文献...............................................................33第35页1绪论1.1、引言随着经济和技术的不断发展,城市高层、超高层建筑、地下建筑以及大型综合性建筑日益增多,火灾隐患也大大增加。现阶段火灾的特点是,由于人为因素导致火灾信息漏报、迟报,报警设备出现故障没有及时恢复开通,造成火势蔓延,酿成无法估量的损失。火灾报警器温控系统作为火灾自动报警系统的核心电路,可以实现火灾的早期发现,能及时发出火灾报警信号,并及时输出控制信号,以便启动减灾设备和灭火设备,尽可能的减小火灾损失。1.2、火灾报警器的现状进入上世纪90年代后,我国经济步入高速发展的时期,城市化建设不断加快,城市建筑也由分散式低密度向集中式高密度过渡,林立的高层建筑成了城市的主要标志。居民住进了高层塔楼,企业搬进了摩天CBD,高层建筑有效利用空间,节约了城市中本就十分紧张的土地资源。任何事物的发展都具有两面性,高层建筑中各种通讯线路、动力和照明线路、以及各种BA系统中线路纵横交错,致使火灾的发生概率也在大幅增加。加之现代建筑的密闭性较强,一旦发生火灾,整幢大楼就像一个大的火炉,而楼梯道、各种通风管道、线路竖井都是效果极佳的火筒,从而给灭火施救造成了巨大的难度,对火灾发生后及时发现、及时控制的要求促使了火灾报警产品应运而生。我国火灾报警产品起步较发达国家晚几十年,从上世纪70年代我国才开始研制生产这类产品。进入80年代后,国内主要厂家也多是模仿国外的产品,或是引进国外技术进行生产,没有真正意义上的核心技术,并且市场也刚刚开始发育。火灾报警产品真正发展是在90年代以后,随着政府逐渐开放国门,国外企业开始大量进入中国消防市场,带来先进技术的同时也不断催化着市场的成熟。这时期我国的火灾报警企业大量出现,部分企业进行了合资生产、技术合作,取得了不菲的成绩,也造就了现今市场上许多有实力的商家,部分技术已接近或赶上了国际水平。89C52单片机由于其较好的性能,低廉的价格而成为主流产品。1.3、本设计的实现过程火灾报警器温控系统主要采用AT89C52作为微处理器,采用铂电阻(PT100)作为温度传感器,采用了ICL7135芯片作为测温电路与单片机的转换通道。报警显示部分采用发光二极管。系统接线少,价格低廉,工程布线灵活性,安装调试简便,效率高,抗干扰能力强,而且对远程开关的功耗、线阻、压降等等一些指标要求低。本文设计的“火灾报警器温控系统”系统工作电源为正负5V,主要功能是通过对现场探测器的实时检测,来控制消防减灾设备和灭火设备。通过系统硬件部分的电源电路、信号输出电路、前端控制电路、数模转换电路、单片机及其周边电路和显示电路,软件部分程序对采样到的数据进行处理,当温度达到一定数值时实现火灾自动检测、报警等控制功能。2报警器温控系统的概述2.1、火灾探测器的分类和原理火灾探测器是整个报警系统的检测单元,可分为感温式、感烟式、感光式、可燃气体式和复合式五种基本类型。它们各有特点,但仍有一定的局限和适用范围,要根据安装高度、预期火灾特性及环境条件等选用。2.1.1、感温式火灾探测器火灾时物质的燃烧产生大量的热量,使周围温度发生变化。感温式火灾探测器是对警戒范围中某一点或某一线路周围温度变化时响应的火灾探测器。它是将温度的变化转换为电信号以达到报警目的。工作原理是把搜集的燃烧生成物的传感信号转换成电信号。感温探测器对火灾发生时温度参数的敏感,其关键是由组成探测器核心部件——热敏元件决定。热敏元件是利用某些物体的物理性质随温度变化而发生变化的敏感材料制成。例如:易熔合金或热敏绝缘材料、双金属片、热电偶、热敏电阻、半导体材料等。2.1.2、感烟式火灾探测器火灾的起火过程一般都伴有烟、热、光三种燃烧产物。在火灾初期,由于温度较低,物质多处于阴燃阶段,所以产生大量烟雾。烟雾是早期火灾的重要特征之一,感烟式火灾探测器是能对可见的或不可见的烟雾粒子响应的火灾探测器。它是将探测部位烟雾浓度的变化转换为电信号实现报警目的一种器件。感烟式火灾探测器有离子感烟式、光电感烟式、激光感烟式等几种型式。离子感烟式探测器是点型探测器,它是在电离室内含有少量放射性物质(镅-241),可使电离室内空气成为导体,允许一定电流在两个电极之间的空气中通过,射线使局部空气成电离状态,经电压作用形成离子流,这就给电离室一个有效的导电性。当烟粒子进入电离化区域时,它们由于与离子相接合而降低了空气的导电性,形成离子移动的减弱。当导电性低于预定值时,探测器发出警报。2.1.3、感光式火灾探测器物质燃烧时,在产生烟雾和放出热量的同时,也产生可见或不可见的光辐射。感光式火灾探测器又称火焰探测器,它是用于响应火灾的光特性。即扩散火焰燃烧的光照强度和火焰的闪烁频率的一种火灾探测器。根据火焰的光特性,目前使用的火焰探测器有两种:一种是对波长较短的光辐射敏感的紫外探测器,另一种是对波长较长的光辐射敏感的红外探测器。紫外火焰探测器是敏感高强度火焰发射紫外光谱的一种探测器,它使用一种固态物质作为敏感元件,如碳化硅或硝酸铝,也可使用一种充气管作为敏感元件;红外光探测器基本上包括一个过滤装置和透镜系统,用来筛除不需要的波长,而将收进来的光能聚集在对红外光敏感的光电管或光敏电阻上。2.1.4、可燃气体探测器可燃气体探测器是对单一或多种可燃气体浓度响应的探测器。可燃气体探测器有催化型和半导体型两种类型。催化型可燃气体探测器是利用难熔金属铂丝加热后的电阻变化来测定可燃气体浓度。当可燃气体进入探测器时,在铂丝表面引起氧化反应(无焰燃烧),其产生的热量使铂丝的温度升高,而铂丝的电阻率便发生变化;半导体可燃气体探测器要用灵敏度较高的气敏半导体元件,它在工作状态时,遇到可燃气体,半导体电阻下降,下降值与可燃气体浓度有对应关系。2.1.5、复合式火灾探测器复合式火灾探测器是对两种或两种以上火灾参数响应的探测器,它有感烟感温式、感烟感光式,感温感光式等几种型式。2.2、火灾报警器的选择感温式火灾探测器适宜安装于起火后产生烟雾较小的场所,尤其在潮湿、粉尘等其它火灾探测器不能适应的恶劣环境下,更具有其可靠独特的优越性。感烟式火灾探测器适宜安装在发生火灾后产生烟雾较大或容易产生阴燃的场所,它不宜安装在平时烟雾较大或通风较快的场所。感光式火灾探测器宜安装在有瞬间产生爆炸的场所。如石油、炸药等化工制造的生产存放场所等。可燃性气体探测器需用难熔金属铂丝加热或灵敏度较高的气敏半导体元件对周围环境要求较高。复合式火灾探测器造价高,电器连接线路较多。针对设计的应用环境及各种探测器的特点,本设计用的是选感温火灾探测器。电气连接简单,工程调试方便,价格低廉,但性能可靠,信价比较高。本设计选用PT100作为温度传感器。3系统硬件设计3.1、系统的前端控制电路设计本测试系统采用了AT89C52作为微处理器,采用铂电阻(PT100)作为温度传感器,采用了ICL7135芯片作为测温电路与单片机的转换通道。在采样的时候通过模拟开关CD4052切换,使ICL7135能分别采样到Ux和UF的值。二极管实现报警功能。3.1.1、模拟采样电路的设计该部分主要是模拟2路温度信号,通过调整电位器,调整输入的电压,模拟温度变化情况,验证后续电路的工作情况,同时用4052切换两路温度值。图3.1模拟PT100输出电路3.1.2、温度传感器选用原则1、根据测量对象与测量环境确定传感器的类型要进行—个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为,即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器可供选用,哪一种原理的传感器更为合适,则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题:量程的大小;被测位置对传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法,有线或是非接触测量;传感器的来源,国产还是进口,价格能否承受,还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器,然后再考虑传感器的具体性能指标。温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器,按IEC751国际标准,温度系数TCR=0.003851,Pt100(R0=100Ω)、Pt1000(R0=1000Ω)为统一设计型铂电阻。铂电阻温度传感器精度高,稳定性好,应用温度范围广,是中低温区(-200℃~650℃)最常用的一种温度检测器。2、根据灵敏度的选择传感器通常,在传感器的线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理。但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会被放大系统放大,影响测量精度。因此,要求传感器本身应具有较高的信噪比,尽员减少从外界引入的干扰信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高,则应选择其它方向灵敏度小的传感器;如果被测量是多维向量,则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。由于温度测量的普遍性,温度传感器的数量在各种传感器中居首位,约占50%。温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化,所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有:膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。3、根据频率响应特性选择传感器传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件,实际上传感器的响应总有—定延迟,希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高,可测的信号频率范围就宽,而由于受到结构特性的影响,机械系统惯性较大,因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中,应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性,以免产生过火的误差。常用的铂电阻有PT100,电阻温度系数为3.9×10-3/℃,0℃时电阻值为100Ω,电阻变化率为0.3851Ω/℃。在温度阶跃变化时,铂电阻温度传感器的输出变化至量程变化的50%所需的时间称为热响应时间,影响热响应时间的因素与保护管材料、直径、壁厚、长度有关,而且还与其结构型式、安装方法、置入深度以及被测介质的流速、种类有关。

4、根据线性关系范围选择传感器传感器的线形关系是指输出与输入的比例关系。以理论上讲,在线性关系范围内,灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽,则其量程越大,并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时,当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。

5、根据稳定性选择传感器传感器使用一段时间后,其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外,主要是传感器的使用环境。因此,要使传感器具有良好的稳定性,传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前,应对其使用环境进行调查,并根据具体的使用环境选择合适的传感器,或采取适当的措施,减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标,在超过使用期后,在使用前应重新进行标定,以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合,所选用的传感器稳定性要求更严格,要能够经受住长时间的考验。6、根据精度选择传感器精度是传感器的一个重要的性能指标,它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高,其价格越昂贵,因此,传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以,不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。如果测量目的是定性分析的,选用重复精度高的传感器即可,不宜选用绝对量值精度高的;如果是为了定量分析,必须获得精确的测量值,就需选用精度等级能满足要求的传感器。对某些特殊使用场合,无法选到合适的传感器,则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。3.1.3、模拟开关4052概述、特点1、模拟开关介绍与应用模拟开关是一种三稳态电路,它可以根据选通端的电平,决定输入端与输出端的状态。当选通端处在选通状态时,输出端的状态取决于输入端的状态;当选通端处于截止状态时,则不管输入端电平如何,输出端都呈高阻状态。模拟开关在电子设备中主要起接通信号或断开信号的作用。由于模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点。因而,在自动控制系统和计算机中得到了广泛应用。(1)模拟开关的电路组成及工作原理模拟开关电路由两个或非门、两个场效应管及一个非门组成。模拟开关真值表见表3.1。表3.1模拟开关真植表2、模拟开关的工作原理如下当选通端E和输入端A同为1时,则S2端为0,S1端为1,这时VT1导通,VT2截止,输出端B输出为1,A=B,相当于输入端和输出端接通。当选通E为0时,而输入端A为0时,则S2端为1,S1端为0,这时VT1截止,VT2导通,输出端B为0,A=B,也相当于输人端和输出端接通。当选通端E为0时,这时VT1和VT2均为截止状态,电路输出呈高阻状态。从上面的分析可以看出,只有当选通端E为高电平时,模拟开关才会被接通,此时可从A向B传送信息;当输人端A为低电平时,模拟开关关闭,停止传送信息。4052是4对1多路开关,其内部有两个完全独立的4选1模拟开关。由表3.1可知,当INH=B=A=0时,输出X与输入X0接通,输出Y与输入Y0接通。当INH=B=0,A=1时,X和Y分别与X1和Y1接通,等等。信号只可从Xi(I=0,1,2)向X传送,从Yi(I=0,1,2)向Y传送。3.2、系统A/D转换电路设计3.2.1、系统A/D转换电路及其工作原理转换电路电路图如图3.3所示:该电路主要是由ICL7135芯片及其外围电路组成,其功能主要是把数字量转换成模拟量,即把Ux和Uf的模拟值转换成数字量送给单片机。A/D转换模块,负责把前端的模拟电压转换成数字量并传输到单片机。由A/D转换芯片ICL7135及其周边电路和分频器4060组成。A/D转换芯片ICL7135可以完成模拟量到数字量的转换,4060负责给ICL7135提供合适的转换时钟信号。图3.3系统A/D转换电路3.2.2、ICL7135概述、特点ICL7135是采用CMOS工艺制作的单片4

1/2位A/D转换器,只要附加译码器,数码显示器,驱动器及电阻电容等元件,就可组成一个满量程为2V的数字电压表。ICL7135是采用CMOS工艺制作高精度A/D转换芯片。是一种四位半的双积分A/D转换器,只要附加译码器,数码显示器,驱动器及电阻电容等元件,就可组成一个满量程为2V的数字电压表。具有精度高(精度相当于14位二进制数),价格低廉,抗干扰能力强等优点。4位半的最高位只有0,1,4又4分之3位最高位只有0,1,2,3有时称19999码和39999码,与A/D转换器的分辨率有关。31/2位的万用表是指最大显示数为1999的数字万用表,“3”是指后面3位能显示完全10进制(0-9)的数目,“2”是指1999进位后能达到的整数位值即“2”,“1”即指首位数1.31/2位的万用表,多用集成电路ICL7106,7107,5106…等专用IC设计。33/4位的万用表是指最大显示数为3999得数字万用表,“3”是指后面3位能显示完全10进制(0-9)的数目,“4”是指3999进位后能达到的整数位值即“4ICL7135具有正负20000个数的分辨率,而且有BCD码和STB选通信号输出,与微机接口十分方便,因此有很多文章介绍ICL7135作为微机的高精度A/D接口电路。本设计与其他的设计不同之处是利用ICL7135的“busy”输出信号与单片机MCS-52衔接。1、ICL7135主要特点如下:在每次A/D转换前,内部电路都自动进行调零操作。在±2000字(2V满量程)范围内,保证转换精度±1字。具有自动极性转换功能。输出电流典型值1PA。所有输出端和TTL电路相容。有过量程(OR)和欠量程(UR)标志信号输出,可用作自动量程转换的控制信号。

输出为动态扫描BCD码。对外提供六个输入,输出控制信号(R/H,BUSH,ST,POL,OR,UR),因此除用于数字电压表外,还能与异步接收/发送器,微处理器或其它控制电路连接使用。采用28外引线双列直插式封装,外引线功能端排列。2、ICL7135的管脚图及管脚说明(1)ICL7135的管脚如图3.4所示:3.4ICL7135的引脚配置图(2)ICL7135个外引线功能端文字符号说明V-——负电源端

V——外接基准电压输入端

AGND——模拟地

INT——积分器输出,外接积分电容(Cint)端

AZ——外接调零电容(Caz)端

BUF——缓冲器输出,外接积分电阻(Rint)端

Rr+、Rr-——外接基准电压电容(Cr)端

INTO、INHI——被测电压(低、高)输入端

V+——正电源端

D5、D4、D3、D2、D1——位扫描选通信号输出端,其中D5(MSD)对应万数选通,其余依次为D4、D3、D2、D1(LSD,个位)

B8、B4、B2、B1——BCD码输出端,采用动态扫描方式输出

BUST——指示积分器处于积分状态的标志信号输出端

CLK——时钟信号输入端

DGNG——数字电路接地端

R/H——转换/保持控制信号输入端

ST——选通信号输出端,主要用作外部寄存器存放转换结果的选通控制信号

OR——过量程信号输出端

UR——欠量程信号输出端在电路内部,CLK和R/H两个输入端上分别设置了非门和场效应管的输入电路,以保证该两端在悬空时为高电平。V+=+5V,V-=-5V,TA=25℃,时钟频率为120KHz时,每秒可转换3次。功耗:1000mW(MAX);电源电压:V+:+6V(MAX);V-:-6V(MAX)。3、ICL7135数字部分数字部分主要由计数器、锁存器、多路开关及控制逻辑电路等组成。7135一次A/D转换周期分为四个阶段:1、自动调零(AZ);2、被测电压积分(INT);3、基准电压反积分(DE);4、积分回零(ZI)。具体内部转换过程这里不做祥解,主要介绍引脚的使用。(1)R/H(25脚)当R/H=“1”(该端悬空时为“1”)时,7135处于连续转换状态,每40002个时钟周期完成一次A/D转换。若R/H由“1”变“0”,则7135在完成本次A/D转换后进入保持状态,此时输出为最后一次转换结果,不受输入电压变化的影响。因此利用R/H端的功能可以使数据有保持功能。若把R/H端用作启动功能时,只要在该端输入一个正脉冲(宽度>300NS),转换器就从AZ阶段开始进行A/D转换。注意:第一次转换周期中的AZ阶段时间为9001-10001个时钟脉冲,这是由于启动脉冲和内部计数器状态不同步造成的。(2)ST(26脚)每次A/D转换周期结束后,ST端都输出5个负脉冲,其输出时间对应在每个周期开始时的5个位选信号正脉冲的中间,ST负脉冲宽度等于1/2时钟周期,第一个ST负脉冲在上次转换周期结束后101个时钟周期产生。因为每个选信号(D5--D1)的正脉冲宽度为200个时钟周期(*只有AZ和DE阶段开始时的第一个D5的脉冲宽度为201个CLK周期),所以ST负脉冲之间相隔也是200个时钟周期。需要注意的是,若上一周期为保持状态(R/H=“0”)则ST无脉冲信号输出。ST信号主要用来控制将转换结果向外部锁存器、UARTs或微处理器进行传送。(3)BUSY(21脚)在双积分阶段(INT+DE),BUSY为高电平,其余时为低电平。因此利用BUSY功能,可以实现A/D转换结果的远距离双线传送,其还原方法是将BUSY和CLK“与”后来计数器,再减去10001就可得到原来的转换结果。(4)OR(27脚)当输入电压超出量程范围(20000),OR将会变高。该信号在BUSY信号结束时变高。在DE阶段开始时变低。(5)UR(28脚)当输入电压等于或低于满量程的9%(读数为1800),则一当BUST信号结束,UR将会变高。该信号在INT阶段开始时变低。(6)POL(23脚)该信号用来指示输入电压的极性。当输入电压为正,则POL等于“1”,反之则等于“0”。该信号DE阶段开始时变化,并维持一个A/D转换调期。(7)位驱动信号D5、D4、D3、D2、D1(12、17、18、19、20脚)每一位驱动信号分别输出一个正脉冲信号,脉冲宽度为200个时钟周期,其中D5对应万位选通,以下依次为千、百、十、个位。在正常输入情况下,D5--D1输出连续脉冲。当输入电压过量程时,D5--D1在AZ阶段开始时只分别输出一个脉冲,然后都处于低电平,直至DE阶段开始时才输出连续脉冲。利用这个特性,可使得显示器件在过程时产生一亮一暗的直观现象。

(8)B8、B4、B2、B1(16、15、14、13脚)该四端为转换结果BCD码输出,采用动态扫描输出方式,即当位选信号D5=“1”时,该四端的信号为万位数的内容,D4=“1”时为千位数内容,其余依次类推。在个、十、百、千四位数的内容输出时,BCD码范围为0000--1001,对于万位数只有0和1两种状态,所以其输出的BCD码为“0000”和“0001”。当输入电压过量程时,各位数输出全部为零,这一点在使用时应注意。4、ICL7135的外围电路(1)积分电阻积分电阻(RINT)的数值由满度输入电压和积分放大器的输出电流决定。积分放大器能以可忽略的非线性度提供20μA的电流。决定该电阻值“(见式3.1)”RINT=满度电压/IINT(3.1)5至40μA的积分放大器电流IINT能得到良好的结果。标称和推荐的电流为20μA。又因为满度电压=2V所以(RINT)=满度电压/IINT=2V/20μA=100KΩ(3.2)(2)积分电容积分电阻和电容的乘积应当选择成能给出最大的电压摆幅而不致使积分放大器输出饱和和太接近于电源电压。当放大器的输出处于任一电源电平的0.3V以内时,发生饱和。在采用±5V电源及ANLGCOMMON接至地时,设计师应设计±3.5V至±4V的积分放大器摆幅。标称电容值为0.47μF。确定积分电容(CINT)“(见式3.3)”(CINT)=(10000×时钟周期×IINT)/积分器输出电压摆幅(3.3)其中:IINT标称值为20μA。具有大容限和高介质吸收的电容器可能使转换不精确。太小的电容可以使积分放大器饱和。最后还要说明一点,由于数字部分以DGNG端作为接地端,所以所有输出端输出电平以DGNG作为相对参考点。基准电压,基准电压的输入必须对于模拟公共端COM是正电压。在小型化仪表中,应该以最少的元件完成尽可能多的任务,MCS-52需外接EPROM,剩下的16个I/O口是十分宝贵的。如果利用ICL7135的BCD码和STB选通信号就要占5个I/O口,而利用ICL7135的“busy”端,只要一个I/O口和MCS-52内部的一个定时器就可以把ICL7135的数据送入单片机。BUSY引脚的输出是个波形,如图3.5:图3.5Vid=常数时ICL7135时序图5、ICL7135与单片机的接口ICL7135是高精度四位半CMOS双积分型A/D转换器,具有如下特点:转换速度为3~10次/秒,分辨率相当于14位二进制数,转换误差为±1LSB,转换精度高。量程范围0~1.9999V。对输入的模拟信号过(欠)量程能够识别;具有自动转换和自动调零功能,可保证零点在常温下的长期稳定性。与单片机可直接连接,不需地址选择信号。当ICL7135工作于双极性情况时,时钟最高频率为125kHz,可采用555定时器作为ICL7135的CLK时钟输入。当ICL7135的积分器在积分过程中(对信号积分和反向积分),其BUSY端输出高电平,积分器反向积分过零后输出低电平。ICL7135的POL端为极性输出端。当输入信号为正时POL输出高电平;当输入信号为负时POL输出为低电平。ICL7135的OR和UR端分别为过量程和欠量程标志输出端。B1、B2、B4、B8是BCD码输出端。D5~D1是BCD码数据的位驱动信号输出端,分别选通万、千、百、十、个位。ICL7135的输出时序如图3.6.1所示,为简化硬件电路,结合ICL7135的工作特点及输出时序图,我们采用中断计数法。这种方法是依STRORBE选通信号脉冲序列与ICL7135转换输出的万、千、百、十、个位BCD码有严格的对应关系设计的,其硬件接口如图3.6.2所示。ADC采用自动连续转换工作方式。A/D转换器的基准电压的精度和稳定性是影响转换精度的主要因素。为保证ICL7135的转换精度,电路采用的是用电阻分压的方式。3.3、系统显示电路设计显示电路电路图及其原理显示电路部分由两个发光二极管和单片机电路相连。当温度达到一定数值时,发光二极管亮,实现报警功能,说明引起注意,容易引起火灾;当温度未达到一定数值时,发光二极管不亮,说明不会引起火灾。电路如图3.7所示:图3.7显示电路电路图3.4、系统单片机电路设计3.4.1、单片机电路图及其工作原理本系统就选用了AT89C52型号单片机作为系统的核心。T89C51的Flash存储容量最小,只有1KB;而AT89C52,AT89LV52,AT89S8252的Flash存储器容量最大,有8KB。原因之一就是其拥有8KB存储器容量,因为在本次调试过程中液晶显示器字符编码占用了极大的存储空间,因此起初选用的AT89C51程序存储空间不能满足本次设计的要求。单片机电路,负责系统的全部数字量处理,由89C52单片机和周边电路组成。由单片机完成堆显示的控制,堆模数转换量的采集及对前端控制电路的控制。电路图如图3.8所示:图3.8单片机电路图3.4.2、AT89C52结构简况AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含8Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和256bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存储技术生产,与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大AT89c52单片机适用于许多较为复杂控制应用场合。1、性能参数与MCS-51产品指令和引脚完全兼容8K字节可重擦写Flash闪速存储器10000次檫写周期全静态操作:0HZ-24MHZ三级加密程序存储器256*8字节RAM32个可编程I/O口3个16为定时/计数器8个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式2、AT89C52单片机的主要特征AT89C52是1个由运算器和控制器组成的8位微处理器,其主要特征如下:128B的内部数据存储器(RAM),用来存放运算的中间结果和最终结果。其内部程序存储器为8KB(ROM),可用来存放程序,一些原始数据和表格。扩展片外数据存储器的寻址范围可达64KB。扩展片外程序存储器的寻址范围可达64KB。21B专用寄存器,主要用来实现对内部功能部件的控制和数据运算。4个8位并行I/O接口P0、P1、P2、P3,即32条双向输入输出线,且每条均可以单独做I/O的控制。1个全双工串行通信端口。2个16位的定时器/计数器,可用于根据确定的时间间隔或对外部事件计数的多少发出控制信号。5个中断向量源,可编程为两个优先级。111条指令,含有乘法指令和除法指令。3、AT89C52可编程时钟输出定时器2可通过编程从P1.0输出一个占空比为50%的时钟信号,P1.0引脚除了是一个标准的I/O口外,还可以通过编程使其作为定时/计数器2的外部时钟输入和输出占空比50%的时钟脉冲。当时钟振荡频率为16MHz时,输出时钟频率范围为61Hz—4MHz。当设置定时/计数器2为时钟发生器时,C/T2(T2CON.1)=0,T2OE(T2MOD.1)=1,必须由TR2(T2CON.2)启动或停止定时器。时钟输出频率取决于振荡频率和定时器2捕获寄存器(RCAP2H,RCAP2L)的重新装载值,“(见式3.4)”:输出时钟频率=振荡器频率/4x[65536—(RCAP2H,RCAP2L)](3.4)在时钟输出方式下,定时器2的翻转不会产生中断,这个特性与作为波特率发生器使用时相仿。定时器2作为波特率发生器使用时,还可作为时钟发生器使用,但需要注意的是波特率和时钟输出频率不能分开确定,这是因为它们同使用(RCAP2L,RCAP2L)。4、AT89C52单片机的引脚图及引脚功能说明AT89C52各引脚功能说明如下:VCC,源正端输入,接+5V。VSS,源地端。XTAL1,芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAL2,统时钟的反相放大器输出端,一般在设计上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了,此外可以在两引脚与地之间加入一个20PF的小电容,可以使系统更稳定,避免噪声干扰而死机。RESET,AT89C52电平动作,当要对晶片重置时,只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间,AT89C52便能完成系统重置的各项动作,使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态,并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。EA/VPP,外部程序存储器选择信号,低电平动作。也就是说当此引脚接低电平后,系统会取用外部的程序代码(存于外部EPROM中)来执行程序。当EA/VPP引脚接高电屏时,将从内部程序存储器读取指令码,只有当程序计数器PC大于内部程序存储器地址空间时,才从外部程序存储器中读取指令码。PSEN,程序存储允许输出是外部程序存储器的读选通信号。当系统中没有外部程序存储器时,该引脚悬空。AT89C52可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM,使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64KPORT0(P0.0~P0.7),端口0是一个8位宽的漏极开路(OPENDRAIN)双向输出入端口,共有8个位,P0.0表示位0,P0.1表示位1,依此类推。其他三个I/O端口(P1、P2、P3)则不具有此电路组态,而是内部有一提升电路,P0在作为I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。如果当EA引脚为低电平时(即取用外部程序代码或数据存储器),P0就以多路方式提供地址总线(A0~A7)及数据总线(D0~D7)。设计者必须外加一个锁存器将端口0送出的地址栓锁住成为A0~A7,再配合端口2所送出的A8~A15合成一完整的16位地址总线,而定址到64K的外部存储器空间。ALE/PROG,外部存储器地址锁存器信号,输出。AT89C52可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器(如74LS373),将端口0的地址总线(A0~A7)锁进锁存器中,因为AT89C51是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6,PORT1(P1.0~P1.7),端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口,其输出缓冲器可以推动4个LS的TTL负载,同样地若将端口1的输出设为高电平,便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032的话,P1.0又当作定时器2的外部脉冲输入脚,而P1.1可以有T2EX功能,可以做外部中断输入的触发脚位。PORT2(P2.0~P2.7),端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口,每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载,若将端口2的输出设为高电平时,此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当做一般I/O端口使用外,若是在8051扩充外接程序存储器或数据存储器时,也提供地址总线的高字节A8~A15,这个时候P2便不能当作I/O来使用了。PORT3(P3.0~P3.7),端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口,其输出缓冲器可以推动4个TTL负载,同时还多工具有其他的额外特殊功能,包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。其引脚分配如下:P3.0:RXD,串行通信输入。P3.1:TXD,串行通信输出。P3.2:INT0,外部中断0输入。P3.3:INT1,外部中断1输入。P3.4:T0,计时计数器0输入。P3.5:T1,计时计数器1输入。P3.6:WR:外部数据存储器的写入信号。P3.7:RD,外部数据存储器的读取信号。AT89C52单片机的引脚图,如图3.9示图3.9AT89C52的引脚结构5、中断ATC8952共有6个中断向量:两个外中断(INTO和INT1),3个定时器中断(定时器0.1.2)和串行口中断。这些中断源可通过分别设置专用寄存器IE的置位或清0来控制每一个中断的允许或禁止。IE也有一个总禁止位EA,他能控制所有中断的允许或禁止。注意表5中的IE.6为保留位,在ATC8951中IE.5也是保留位。程序员不应将“1”写入这些位,他们是将来AT89系列产品作为扩展用的。定时器2的中断是由T2CON中的TF2和EXF2逻辑或产生的,当转向中断服务程序时,这些标志位不能被硬件清除,事实上,服务程序需确定是TF2或EXF2产生中断,而由软件清除中断标志位。定时器2输出方式见图3.10:图3.10定时器2时钟输出方式定时器0和定时器1的标志位TF0和TF1在定时器溢出那个机器周期的S5P2状态位置,而会在下一个机器周期才查询到该中断标志,然而,定时器2的标志位TF2在定时器溢出的那个机器周期的S2P2状态置位,并在同一个机器周期内查询到该标志。中断允许寄存器见表3.2:表3.2中断允许寄存器(IE) 6、单片机的外围电路单片机的外围电路主要包括复位电路、震荡电路、P0口上拉电路、EA/Vpp引脚上拉电路。AT89C52的上电复位电路如图3.11所示,只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端,下接一个电阻到地即可。图3.11复位电路上电复位的过程是在加电时,复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号,此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落,即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间,此电路的Vcc的上升时间约为10ms。为了保证系统能够可靠的复位,RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。然而电平时间长短主要取决于电容的容量,因此复位电容的选取应适中,过小不能将单片机复位,过大复位等待时间过长。89系列单片机的内部振荡器由一个单极反相器组成。XTAL1为反相器的输入,XTAL2为反相器的输出。可以利用它内部的振荡器产生时钟,只要在XTAL1和XTAL2引脚上外接一个晶体及电容组成的并联谐振电路,便构成了一个完整的振荡信号发生器,此方式称为内部方式。其中接晶体振荡器时,接30pF电容,接陶瓷振荡器时,接47pF电容。本系统选用晶体振荡器,其振荡频率为12MHz,接线如图3.12所示:图3.12晶体振荡电路按图将线接好后,可应用示波器测量晶阵两端引脚,观察是否有方波脉冲产生,如有,说明此部分正常。P0口上拉电路、EA/Vpp引脚上拉电路均通过2KΩ接电源+5V。注意此电路接线容易在实际调试中忽略。P0口为三态双向I/O口。它的结构与P2口相似,可作输入输出口使用,也可作系统扩展的地址/数据总线口。P0口内无内部上拉电阻,其输出驱动器上的上拉场效应管仅限于访问外部存储器时输出“1”地址(或数据)时使用,其余情况下,上拉场效应管截止。P0口的输出驱动器中也有一个多路电子开关,当“控制”线控制接通锁存器时,P0口作双向I/O口使用,如P0口的锁存器的值为“1”,则使输出驱动器中的2个场效应管截止,引脚浮空,此时端口可作高阻输入。锁存器的值为“0”时,下面的场效应管导通,输出为“0”。P0口作地址/数据总线口使用时,由“控制”线控制将电子开关接通至“地址/数据EA/Vpp引脚为外部程序存储器选择信号,低电平有效。在复位期间CPU检测并锁存EA/Vpp引脚电平状态,当发现该引脚为高电平时,从片内程序存储器取指令,只有当程序计数器PC超出片内程序存储器地址编码范围时,才转到外部ROM中取指令;当该引脚为低电平时,一律从外部程序存储器中取指令。本系统的程序完全存储于内部ROM中,因此将其通过电阻上拉为高电平。3.5、系统电源电路设计电路如图3.13所示:图3.13系统电源电路系统电源部分是交流220V电压经过变压器,经过整流桥,再通过电容滤波,再分别经过7805、7905,使输出变为±5V。电源是各种电子设备必不可缺少的组成部分,其性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。目前常用的直流稳压电源分线性电源和开关电源两大类,由于开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态,本身消耗的能量很低,开关电源效率可达80%~90%,比普通线性稳压电源提高近一倍,目前已成为稳压电源的主流产品。本章介绍一种应用单相桥式整流开关电源的设计方案,并对该方案的可行性通过实验加以验证。此处电路是经典电路,是根据电容滤波的单相桥式不可控电路得来的,如图3.14。图3.14电源滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形经过滤波的电压再经过7805和7809就能得到±5V电压。LM78xx有三只接脚:in,out,gnd.分別接到输入,输出及地线。输出的电压固定,7805输出+5V。输入端并联0.1mf电容的目的是要降低高频阻抗。使用时,输出端也常常加上一个0.33mf以上的电容。如果需要负电压供应,可以换用79xx系列,LM7905输出–5V。系统软件设计本系统的软件设计采用模块化设计的方法,整个程序包括主程序、AD中断子程序、初始化程序、显示子程序、AD计算子程序、控制子程序、显示中断程序。所有的程序均采用汇编语言编写,由于本人本次设计主要方向是硬件设计,限于篇幅,本章只给出主程序的流程图、中断处理程序结构、ICL7135的A/D转换程序。4.1、主程序设计系统的主程序主要完成AT89C52单片机系统的初始化、设置系统时钟和中断字,调用各个处理子程序,然后转入相应的服务程序,完成不同的功能,如数据的采集与处理。4.2、定时与中断系统单片机应用于检测、控制及智能仪器等领域时,常需要实时时钟来实现定时或延时控制,也常需要计数器对外界事件进行计数。AT89C52内部的两个定时器/计数器可以实现这些功能。中断系统是单片机的重要组成部分。实时控制、故障自动处理往往采用中断系统,单片机与外围设备间传送数据常采用中断方式。中断系统的应用使单片机的功能更强,效率更高,使用更加方便灵活。4.3、中断处理程序结构中断处理就是执行中断服务程序。中断服务程序从中断入口地址开始执行,到返回指令“RETI”为止,一般包括两部分内容,一是保护现场,二是完成中断源请求的服务。通常,主程序和中断服务程序都会用到累加器A、状态寄存器PSW及其它一些寄存器,当CPU进入中断服务程序用到上述寄存器时,会破坏原来存储在寄存器中的内容,一旦中断返回,将会导致主程序的混乱,因此,在进入中断服务程序后,一般要先保护现场,然后,执行中断处理程序,在中断返回之前再恢复现场。5.程序设计5.1、主程序流程图图5.1主程序流程图5.2、程序源代码本模块设计的程序如下:DISPLAY:JNBKEYB,DISPTEMPMOVP0,#00HMOVA,DISPDINCAMOVDISPD,ACLRCADDA,#44HCJNEA,#49H,DISP21MOVDISPD,#00HMOVA,DISP6CJNEA,#02H,DISP22MOVP0,#00H;XX.XXMOVA,P2ANLA,#00001111BORLA,#01000000BMOVP2,A;OPENDOTSETBLED8 NOPNOPLJMPDISPENDDISP22:MOVP0,#00H;XXX.XMOVA,P2ANLA,#00001111BORLA,#00100000BMOVP2,A;OPENDOTSETBLED8 NOPNOPLJMPDISPENDDISP21:MOVR0,AMOVP0,#00HMOVA,DISPDMOVDPTR,#TAB1 MOVCA,@A+DPTR ;OPENLEDDATEMOVTMP,AMOVA,P2ANLA,#00001111BORLA,TMPMOVP2,AMOVA,@R0MOVDPTR,#TAB0 MOVCA,@A+DPTR ;OPENLEDMOVP0,ADISPEND:NOPMOVR2,FSDT1MOVR3,FSDT2MOVR4,#27HMOVR5,#10HLCALLSUBDMOVA,R3MOVR4,AMOVA,R2MOVR5,AMOVR6,#64HMOVR7,#00HMOVR0,#40HLCALLMULDMOVR2,FSDT1MOVR3,FSDT2MOVR4,FSDT3MOVR5,FSDT4MOVR7,#00HMOVR6,#83LCALLDIVDMOVFSDT1,R3;SHANGMOVFSDT2,R2LCALLBINBCDMOVDISP1,R6MOVDISP2,R5MOVDISP3,R4LCALLDISP10CLRBZ1NOPNOPRETDISP10:MOVA,DISP1SWAPAANLA,#0FHMOVR2,AMOVA,DISP1ANLA,#0FHMOVR3,AMOVA,DISP2SWAPAANLA,#0FHMOVR4,AMOVA,DISP2ANLA,#0FHMOVR5,AMOVA,DISP3SWAPAANLA,#0FHMOVR6,AMOVA,DISP3ANLA,#0FHMOVR7,ACJNER2,#00H,DIS11CJNER3,#00H,DIS12MOVDISP6,#02HMOVDISP1,R4MOVDISP2,R5MOVDISP3,R6MOVDISP4,R7LJMPADENDDIS12:MOVDISP6,#01HMOVDISP1,R3MOVDISP2,R4MOVDISP3,R5MOVDISP4,R6LJMPADENDDIS11:MOVDISP6,#00HMOVDISP1,R2MOVDISP2,R3MOVDISP3,R4MOVDISP4,R5

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论