沈 陽(yáng) 工 學(xué) 院

      

摘 要

基于單片機(jī)技術(shù)和多傳感器技術(shù)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一套火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)的軟件部分包括主程序、按鍵、溫度氣體濃度采集、和數(shù)碼管顯示子程序；硬件包括四個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、溫度氣體濃度檢測(cè)電路、顯示電路和報(bào)警電路。選用最常用的AT89S52單片機(jī)作為控制處理器，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器將溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳遞給單片機(jī)；選用MQ-2型半導(dǎo)體可燃?xì)怏w敏感元件煙霧傳感器實(shí)現(xiàn)煙霧濃度的檢測(cè)；MQ-2型半導(dǎo)體煙霧傳感器電路簡(jiǎn)單，成本低，同時(shí)可設(shè)置溫度報(bào)警值，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。CPS3641BR數(shù)碼管具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格低廉，使用壽命長(zhǎng)。該火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；溫度傳感器；煙霧傳感器；火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

We development and design a set of automatic fire alarm system based on microcontroller technology and sensor technology. This design contain software system and hardware system. The software include main program, key, collecting of temperature gas concentration, subroutine of LED display. Hardware system include microcontroller unit system, detection circuitry of temperature gas concentration, displaying circuits and alarming circuits. This system chose AT89S52 as the control processor and handle with collecting dates. This system chose digital temeperature sensor DS18B20 to transform temperature signal to digital signal and convey it to microcontroller unit. This system chose semiconductor flammable gas sensitive components sensor MQ-2 realize the testing of the density of fog. The circuits of semiconductor smoke sensor MQ-2 are simple and low cost. At the same time it can set panic value and realize audible and visual alarm. Nixie tube CPS3641BR has the merit of high sensitivity, fast response, anti-interference capability. And the price is chip, the lifetime is long. This automatic fire alarm system has a lot of merits such as, simple structure, stable performance, convenient to use, low cost, having practical value and so on.

Keywords: Microcontroller Unit; Temperature sensor; Smoke sensor; Automatic fire alarming system; Simple structure

目    錄

                     

                                   

火災(zāi)，是指在時(shí)間或空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害。在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一。人類能夠?qū)�火進(jìn)行利用和控制，是文明進(jìn)步的一個(gè)重要標(biāo)志。火，給人類帶來(lái)文明進(jìn)步、光明和溫暖。但是，失去控制的火，就會(huì)給人類造成巨大的災(zāi)難。對(duì)于火災(zāi)，在我國(guó)古代，人們就總結(jié)出“防為上，救次之，戒為下”的經(jīng)驗(yàn)。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，在社會(huì)財(cái)富日益增多的同時(shí)，導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)性也在增多，火災(zāi)的危害性也越來(lái)越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)70年代火災(zāi)年平均損失不到2.5 億元，80 年代火災(zāi)年平均損失不到3.2億元。進(jìn)入90年代，特別是1993年以來(lái)，火災(zāi)造成的直接財(cái)產(chǎn)損失上升到年均十幾億元，年均死亡2000多人。

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，一般由火災(zāi)探測(cè)器、區(qū)域報(bào)警器和集中報(bào)警器組成；也可以根據(jù)工程的要求同各種滅火設(shè)施和通訊裝置聯(lián)動(dòng)，以形成中心控制系統(tǒng)。即由自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)滅火、安全疏散誘導(dǎo)、系統(tǒng)過(guò)程顯示、消防檔案管理等組成一個(gè)完整的消防控制系統(tǒng)。由于在火災(zāi)發(fā)生的階段，將伴隨產(chǎn)生煙霧、高溫格火光。這些煙、熱和光可以通過(guò)探測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)報(bào)警或使自動(dòng)滅火系統(tǒng)啟動(dòng)，及時(shí)撲滅火災(zāi)。區(qū)域報(bào)警器能將所在樓層之探測(cè)器發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲光報(bào)警，并在屏幕上顯示出火災(zāi)的房間號(hào)；同時(shí)還能監(jiān)視若干樓層的集中報(bào)警器（如果監(jiān)視整個(gè)大樓的則設(shè)于消防控制中心）輸出信號(hào)或控制自動(dòng)滅火系統(tǒng)。集中報(bào)警是將接收到的信號(hào)以聲光方式顯示出來(lái)，其屏幕上也具體顯示出著火的樓層和房間號(hào)，機(jī)上停走的時(shí)鐘記錄下首次報(bào)警時(shí)間性，利用本機(jī)專用電話，還可迅速發(fā)出指示和向消防隊(duì)報(bào)警。此外，也可以控制有關(guān)的滅火系統(tǒng)或?qū)⒒馂?zāi)信號(hào)傳輸給消防控制室。

許多年前，中國(guó)的消防報(bào)警產(chǎn)品剛剛起步，無(wú)論產(chǎn)品技術(shù)含量、產(chǎn)品系列完整性、使用性，還是社會(huì)影響程度都是相當(dāng)?shù)偷摹��?guó)外的產(chǎn)品和品牌一統(tǒng)天下，占領(lǐng)中國(guó)的大部分市場(chǎng)。由于中國(guó)的建設(shè)正在飛速發(fā)展，市場(chǎng)大的驚人，可幸的是中國(guó)企業(yè)抓住了機(jī)遇，頂住了挑戰(zhàn)，先是一批國(guó)家的科研院所，后是一批國(guó)營(yíng)企業(yè)、民營(yíng)企業(yè)，業(yè)內(nèi)也吸引和凝聚一大批國(guó)內(nèi)的技術(shù)和管理精英，花了好多年時(shí)間，通過(guò)幾次產(chǎn)品更新?lián)Q代，就使自己的產(chǎn)品緊緊跟上了國(guó)際水平，并且?jiàn)Z回了大部分國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，使得現(xiàn)在大多國(guó)外產(chǎn)品只有招架之功，這是典型的自力更生，走自己的路。當(dāng)然目前而言，我們基本占據(jù)的是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，對(duì)外還剛啟動(dòng)。中國(guó)企業(yè)正虎視眈眈，準(zhǔn)備進(jìn)軍海外市場(chǎng)。消防報(bào)警產(chǎn)品是一個(gè)系列產(chǎn)品，包括火災(zāi)探測(cè)設(shè)備、信息傳輸設(shè)備、報(bào)警分析控制器、消防控制聯(lián)動(dòng)。是物理傳感技術(shù)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸和管理、智能樓宇等技術(shù)的綜合集成，屬于高新技術(shù)。依托中國(guó)多年的基本建設(shè)的發(fā)展，這個(gè)行業(yè)也得到發(fā)展，具備了和國(guó)外知名企業(yè)抗衡的能力。在目前中國(guó)許多冠名以高新技術(shù)的行業(yè)中，中國(guó)企業(yè)大多做的是下游的制造和服務(wù)，分取極少一部分的利潤(rùn)，象消防報(bào)警產(chǎn)品那樣又擁有自我知識(shí)產(chǎn)權(quán)，又擁有大量市場(chǎng)的行業(yè)其實(shí)是很少的。

目的是研究一個(gè)由單片機(jī)控制的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，采用多種傳感器，如溫度傳感器和煙霧傳感器，對(duì)環(huán)境中的溫度和煙霧濃度狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能對(duì)周圍環(huán)境的溫度突然升高和煙霧濃度突然的提高進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)提高自己對(duì)單片機(jī)和傳感器的使用能力，了解和掌握單片機(jī)、溫度傳感器和煙霧傳感器的使用，鞏固自己在大學(xué)學(xué)習(xí)的所有知識(shí)，增強(qiáng)自己的實(shí)際操作的能力。要求所設(shè)計(jì)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能夠?qū)�溫度和煙霧進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)異常狀況能夠進(jìn)行及時(shí)的報(bào)警，起到早期出現(xiàn)火災(zāi)并及時(shí)通報(bào)相關(guān)人員和及時(shí)撲滅火災(zāi)，來(lái)減少人員及財(cái)產(chǎn)的損失。

本火災(zāi)智能報(bào)警系統(tǒng)包括很多部分：觸發(fā)電路、報(bào)警電路、顯示電路、轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)處理和控制電路等。觸發(fā)電路由溫度傳感器和煙霧傳感器等組成。報(bào)警電路由報(bào)警裝置蜂鳴器和光報(bào)裝置LED燈。顯示電路由數(shù)碼管顯示模塊實(shí)現(xiàn)由溫度傳感器和煙霧傳感器所傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。采用單片機(jī)作為主控芯片來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和控制。

    第一章引言部分主要介紹了智能火災(zāi)報(bào)警器的設(shè)計(jì)目的與意義以及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況。

第二章主要進(jìn)行了對(duì)主控芯片的對(duì)比和選擇以及傳感器芯片的對(duì)比和選擇，并且給出了整體的設(shè)計(jì)方案。

第三章根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，對(duì)外圍電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要有溫度采集電路和氣體濃度采集電路及其顯示電路等等。

第四章主要介紹了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。主要介紹了系統(tǒng)的主程序流程，及其各模塊的流程圖等。

                                 

                                 

方案一：AT89S51是一個(gè)低功耗芯片，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，該器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，主要特點(diǎn)如下：

1、4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；

2、128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）；

3、32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口；

4、5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)、2層中斷嵌套中斷；

5、6個(gè)中斷源；

6、2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；

7、2個(gè)全雙工串行通信口；

8、看門狗（WDT）電路；

9、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；

10、與MCS-51兼容；

11、全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz；

12、三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定；

13、可編程串行通道；

14、低功耗的閑置和掉電模式。

方案二：AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用ATMEL公司高密非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。芯片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效地解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，8個(gè)中斷向量源，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止，主要特點(diǎn)如下：

1、8位字長(zhǎng)CPU；

2、振蕩器和時(shí)鐘電路，全靜態(tài)操作：0-33MHz；

3、8KB系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash存儲(chǔ)器；

4、4個(gè)I/O端口共32線；

5、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；

6、全雙工串行口通道；

7、ISP端口；

8、定時(shí)監(jiān)視器；

9、雙數(shù)據(jù)指針；

10、20多個(gè)特殊功能寄存器；

11、電源下降標(biāo)志。

    通過(guò)比較AT89S51和AT89S52本質(zhì)上沒(méi)有太大的區(qū)別，只不過(guò)AT89S52是AT89S51增強(qiáng)型，成本差不多，電源下降有明顯的標(biāo)志，所以選擇AT89S52作為本設(shè)計(jì)的主控芯片。

方案一：溫度傳感器DS18B20，它直接能把收集到的溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)化成單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，不需要增加外圍電路，直接可以和單片機(jī)進(jìn)行相連接。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用起來(lái)方便。

方案二：溫度傳感器Pt100是鉑熱電阻，它的阻值跟溫度的變化成正比。它的輸入響應(yīng)時(shí)間為1秒同步測(cè)量，是一個(gè)模擬信號(hào)量。

綜上所述，DS18B20溫度傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能把采集到的信號(hào)直接傳送給單片機(jī)做處理，然而鉑熱電阻，需要添加響應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路。相比來(lái)說(shuō)比較麻煩。

方案一：煙霧傳感器MQ-2，它具有信號(hào)輸出指示，雙路信號(hào)的輸出，對(duì)液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度。具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定度，快速的響應(yīng)恢復(fù)特性，試用與家庭或工廠的氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置。

方案二：GQQ0.1煙霧傳感器主要用于煤礦井下橡膠、煤塵等因摩擦起熱或其它原因產(chǎn)生產(chǎn)生的煙霧進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本傳感器只能在無(wú)顯著搖動(dòng)和沖擊振動(dòng)的地方，在無(wú)足夠以腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體和蒸汽的環(huán)境中，在無(wú)滴水及液體浸入的地方。

綜上所述，MQ-2煙霧傳感器的壽命長(zhǎng)，可靠的穩(wěn)定度，快速的響應(yīng)恢復(fù)特性，具有信號(hào)輸出指示，雙路信號(hào)的輸出。所以本設(shè)計(jì)采用MQ-2作為煙霧傳感器。

A/D轉(zhuǎn)換器的作用是把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，A/D轉(zhuǎn)換的新設(shè)計(jì)思想和制造技術(shù)層出不窮。并為滿足各種不同的檢測(cè)及控制任務(wù)的需要，大量結(jié)構(gòu)的不同、性能各異的A/D轉(zhuǎn)換芯片應(yīng)運(yùn)而生。盡管A/D轉(zhuǎn)換器的種類繁多，但目前廣泛應(yīng)用在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的有以下幾種類型：逐次比較型轉(zhuǎn)換器、雙積分型轉(zhuǎn)換器、∑-△式轉(zhuǎn)換器。

方案一：ADC0809轉(zhuǎn)換器

ADC0809采用逐次比較的方法完成A/D轉(zhuǎn)換，由單一的+5V電源供電。片內(nèi)帶有鎖存功能的8路選1的模擬開(kāi)關(guān)，由C、B、A的編碼來(lái)決定所選的通道。ADC0809完成一次轉(zhuǎn)換需100微秒左右，它可對(duì)0-5V的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但是它在精度、速度和價(jià)格上都適中。

方案二：ADC0832轉(zhuǎn)換器

ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨率可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0-5V之間。芯片的轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32微秒，具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性強(qiáng)。

通過(guò)比較ADC0832具有較快的轉(zhuǎn)換時(shí)間且穩(wěn)定性能強(qiáng)，選擇ADC0832作轉(zhuǎn)換芯片選擇。

方案一：LED燈顯示

LED按顯示方式可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再控制LED，直到下一次顯示時(shí)再傳送一次新的數(shù)據(jù)。只要當(dāng)前顯示的數(shù)據(jù)沒(méi)有變化，就無(wú)需理睬數(shù)碼管顯示。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用CPU時(shí)間少。靜態(tài)顯示中，每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)具有鎖存功能的I/O口，該接口用于筆畫(huà)段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把顯示的字型數(shù)據(jù)代碼發(fā)送到接口電路，該字段就可以顯示要發(fā)送的字型。要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)再發(fā)送新的字型碼。

另一種方法是動(dòng)態(tài)掃描顯示，是用接口電路把所有顯示器的8個(gè)筆畫(huà)字段（a-g和dp）同名端連接在一起，而每一個(gè)顯示器的公共極各自獨(dú)立接受I/O線控制。CPU向字段輸出端口輸出字型碼時(shí)，所有顯示器接收相同的字型碼，但究竟使哪一位則由I/O線決定。動(dòng)態(tài)掃描用分時(shí)的方法輪流控制每個(gè)顯示器的公共極，使每個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮的過(guò)程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間極為短暫，但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二級(jí)管的余輝效應(yīng)，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。

方案二：LCD顯示器

LCD是液晶顯示器的縮寫(xiě)，它是一種被動(dòng)式的顯示器，即液晶本身并不發(fā)光，而是利用液晶經(jīng)過(guò)處理后能改變光線通過(guò)方向的特性，從而達(dá)到白底黑字或者黑底白字顯示的目的。液晶顯示器具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在儀器儀表和控制系統(tǒng)中。

通過(guò)比較LCD是具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是本設(shè)計(jì)中用LED燈就能實(shí)現(xiàn)其很好的功能，且節(jié)約成本。所以選擇LED。

根據(jù)基于多傳感器的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的基本工作原理：當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，環(huán)境中的溫度和氣體的濃度會(huì)升高，溫度傳感器把模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，再傳送給單片機(jī)來(lái)處理，煙霧傳感器把感受的煙霧信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，發(fā)送給單片機(jī)來(lái)處理和控制。通過(guò)單片機(jī)處理過(guò)的信號(hào)，再與預(yù)訂的門限值進(jìn)行對(duì)比，達(dá)到門限值單片機(jī)通知報(bào)警電路報(bào)警。系統(tǒng)總體方案如圖2.1所示。

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   圖2.1 系統(tǒng)總體方案框圖

通過(guò)控制芯片、傳感器、顯示部分的對(duì)比和分析，對(duì)本設(shè)計(jì)的主要器件進(jìn)行論述，最終確定了各部分所用的元器件。主控芯片選擇AT89S52作為控制核心，DS18B20溫度傳感器和MQ-2煙霧傳感器作為數(shù)據(jù)搜集電路，并用LED作為顯示電路。

                                    

                                    

    AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。

AT89S52單片機(jī)各個(gè)功能部件的運(yùn)行都以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。所以在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，振蕩電路的設(shè)計(jì)是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

如圖3.1中的時(shí)鐘電路的電容C1和C2的典型值通常采用選擇為30pF左右。該電容的大小會(huì)影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體振蕩頻率的范圍通常是在1.2-12MHz。一般的情況下，單片機(jī)的晶體振蕩為并聯(lián)諧振狀態(tài)，兩個(gè)電容的取值應(yīng)該是相同的，或者相差不大，如果相差太大，容易造成諧振的不平衡，容易造成停振或者干脆不起振。輸出的信號(hào)與單片機(jī)的18、19腳相連。

復(fù)位是單片機(jī)初始化的操作，單片機(jī)重新啟動(dòng)時(shí)都需要進(jìn)行復(fù)位，使得CPU處于準(zhǔn)備開(kāi)始的狀態(tài)，并且從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。AT89S52單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平和脈沖兩種方式。如圖3.1中所示，本設(shè)計(jì)采用按鍵手動(dòng)復(fù)位的電平復(fù)位電路。

當(dāng)AT89S52單片機(jī)的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)執(zhí)行復(fù)位操作。

VCC：電源供電電壓。

GND：電源地電平。

XTAL1：當(dāng)外接晶振時(shí)，接外部晶振的一個(gè)引腳。片內(nèi)振蕩器由一個(gè)單級(jí)反相器組成，XTAL1為反相器的輸入。當(dāng)外部振蕩器提供時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，則由XTAL1端輸入。

XTAL2：接外部晶振的另一個(gè)引腳，片內(nèi)為單級(jí)反相器的輸出。當(dāng)由外部時(shí)鐘源提供時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，則本引腳懸空。

P0口：8位并行I/O口，作為輸出口時(shí)，每個(gè)管腳可帶8個(gè)TTL負(fù)載。在外擴(kuò)存儲(chǔ)器時(shí)，它定義為低8位地址/數(shù)據(jù)總線。當(dāng)定義為I/O口時(shí)，為準(zhǔn)雙向I/O口，需外接上拉電阻，在寫(xiě)入“1”后就成為高阻抗輸入口。在對(duì)片內(nèi)Flash編程時(shí)P0口接收字節(jié)代碼，在程序校驗(yàn)時(shí)輸出字節(jié)代碼。程序校驗(yàn)期間應(yīng)外接上拉電阻。

P1口：內(nèi)接上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，能負(fù)擔(dān)4個(gè)TTL負(fù)載。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)定義為8位地址線。

P2口：內(nèi)接上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。能接4個(gè)TTL負(fù)載。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)定義為高八位地址總線，只需八位地址線時(shí)，它將輸出特殊功能寄存器中內(nèi)容。

P3：內(nèi)接上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，能負(fù)擔(dān)4個(gè)TTL負(fù)載。

P3.0 RXD（串行輸入口）。

P3.1 TXD（串行輸出口）。

P3.2 /INT0（外部中斷0）。

P3.3 /INT1（外部中斷1）。

P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）。

P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）。

P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）。

P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）。

RST：復(fù)位信號(hào)輸入端。當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，此引腳加上持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高電平時(shí)，就可以對(duì)單片機(jī)完成復(fù)位操作。RST引腳上的高電平有效。

ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。

/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)。

/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，此時(shí)外部程序存儲(chǔ)器地址為0000H-FFFFH，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此時(shí)為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程時(shí)，此引腳用來(lái)通12V編程電源，即VPP。

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                                圖3.1 單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路

本設(shè)計(jì)采用的溫度傳感器是美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20        傳感器，它與其他傳統(tǒng)的溫度傳感器不同，DS18B20可以把采集到的溫度直接轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)，直接提供給單片機(jī)進(jìn)行處理，它具有耐磨耐碰，體積小，低功耗，高性能，抗干擾能力強(qiáng)，使用方便，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字的測(cè)溫和控制領(lǐng)域。

通過(guò)編程，溫度傳感器DS18B20可以實(shí)現(xiàn)9～12位的溫度讀數(shù)。信息經(jīng)過(guò)單個(gè)引腳送入溫度傳感器DS18B20或從溫度傳感器DS18B20的一個(gè)引腳送出，因此從單片機(jī)到DS18B20僅僅需要連接一個(gè)引腳。本身有電源可以支持讀、寫(xiě)和執(zhí)行溫度變化所需要的電源，而不需要外接的電源。

每片DS18B20在出廠時(shí)都設(shè)有唯一的產(chǎn)品序列號(hào)，此序列號(hào)存放在它的內(nèi)部ROM中，微處理器通過(guò)簡(jiǎn)單的協(xié)議就能識(shí)別這些序列號(hào)，因此多個(gè)DS18B20可以掛接于同一條單線總線上，這允許在許多不同的地方放置溫度傳感器，特別適合于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)。

1：采用單線技術(shù)，與單片機(jī)通信只需要一個(gè)引腳；

   2：通過(guò)識(shí)別芯片各自唯一的產(chǎn)品序列號(hào)從而實(shí)現(xiàn)單線多掛接，簡(jiǎn)化了分布式溫度檢測(cè)的應(yīng)用；

   3：實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫；

   4：可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3～5.5V；

   5：不需要備份電源；

   6：測(cè)量范圍為-55～+125℃，在-10～85℃范圍內(nèi)誤差為±0.5℃；

   7：數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇，可配置實(shí)現(xiàn)9～12位的溫度讀數(shù)；

   8：將12位的溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量所需要的時(shí)間不超過(guò)750MS；

   9：用戶定義的，非易失性的溫度告警設(shè)置，用戶可自行設(shè)定告警的上下限溫度；

10：告警尋找命令可以識(shí)別和尋址那些溫度超出預(yù)設(shè)告警界限的器件。

DS18B20溫度傳感器封裝如圖3.2(a)所示、引腳圖如圖3.2(b)所示。

file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps8BB6.tmp.png          file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps8BB7.tmp.png            圖3.2(a) DS18B20封裝                  圖3.2(b) DS18B20引腳圖

NC：空引腳，懸空，不使用。

VDD：可選電源腳，電壓范圍為3到5.5V。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。

DQ：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳。漏極開(kāi)路，常態(tài)下高電平。

GND:接地。

DS18B20有兩種供電方式：寄生電源和外部電源。

寄生電源簡(jiǎn)單說(shuō)起來(lái)是器件從單線數(shù)據(jù)線中“竊取”電源，在信號(hào)線為高電平的時(shí)間周期內(nèi)，把能量存儲(chǔ)在內(nèi)部的電容器中，在單信號(hào)線為低電平的時(shí)間內(nèi)斷開(kāi)此電源，直到信號(hào)線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳�（電容）電源為止。寄生電源有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度檢測(cè)而無(wú)需本地電源；

2、有正常電源的條件下也可以讀ROM。

為了使DS18B20能完成準(zhǔn)確的溫度變換，當(dāng)溫度變換發(fā)生時(shí)，DQ線上必須提供足夠的功率。因?yàn)?/font>DS18B20的工作電流高達(dá)1.5mA，4.7K的上拉電阻將使得DQ線沒(méi)有足夠的驅(qū)動(dòng)能力。解決的方法是在發(fā)生溫度變換時(shí)在DQ線上提供強(qiáng)的上拉，比如用MOSFET管把DQ線直接拉到電源電壓。當(dāng)使用寄生電源方式時(shí)VDD引腳必須連接到地。