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1、摘要随着电子科学技术的发展，电子技术成为安全方面的有力手段，许许多多安全方面的电子产品，是人们的生活的得力助手。本设计利用单片机技术结合A/D转换芯片构建了一个可燃气体检测报警器。当环境中可燃或有毒气体泄露时，当气体报警器检测到可燃气体浓度达到报警器设置的临界点时，可燃气体报警器就会发出报警信号，以提醒工作人员采取安全措施。本文首先简要介绍了设计可燃气体检测报警器的主要方式以及单片机系统的优势；然后详细介绍了可燃气体检测报警器的设计流程，以及硬件系统和软件系统的设计，并给出了硬件电路的设计细节，包括各部分电路的走向、芯片的选择以及方案的可行性分析等。本次设计采用MQ-2气体传感器作为可燃气体的
2、信号采集工具，采集到的模拟电压量经过ADC0804转换为数字信号。单片机采集到ADC0804的数字信号后经过计算，如果可燃气体浓度达到报警器设置的临界点时单片机将驱动LED和蜂鸣器发出报警信号。在无可燃气体的情况下，发生未知的危险，报警器可以人为的控制按键发出报警信号提醒人们。按下S1时蜂鸣器报警，LED闪烁；S2用来取消报警。关键词MQ-2传感器；STC89C52单片机；ADC0804芯片；数码管显示；按键第一章 功能要求及方案论证1.1 选择器件 按系统功能实现要求，决定控制系统采用市场上很普遍的51单片机，A/D转换采用ADC0804，其转换速度完全可以达到本次设计的要求，显示部分由LE
3、D数码管进行显示，价格便宜，显示醒目。1.2 系统原理及基本框图根据毕业设计的要求本次设计采用STC89C52单片机机芯片配合ADC0804模/数转换芯片构成一个简易的可燃气体检测报警系统，显示部分由数码管进行显示可燃气体的浓度级别。该电路通过MQ-2传感器检测可燃气体并发出0-5V的电压信号并输入到ADC0804芯片采样模拟量电压，经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道DB0DB7传送给STC89C52单片机的P1口。STC89C52单片机负责把接收到的数字量经过数据处理，产生正确的7段数码管的显示，显示可燃气体浓度级别。本系统有单片机最小系统及电源、数码显示、按键、可燃气体检测、
4、报警电路组成。基本原理如图1-1所示：上电复位STC89C52 P1 P3P2 P0ADC0809报警电路LED显示器电源电路图1-1 系统基本方框图第二章 主要元件介绍2.1 STC89C52单片机2.1.1 概述STC89C52单片机是STC公司生产的八位单片机。在这一块芯片上集成了一台微型计算机的各个主要部分。其中主要有CPU，存储器，可编程I/O口，定时/计数器，串行口等，各部分通过内部总线连接。STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能CO
5、MOS8的微处理器。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。2.1.2 引脚介绍和最小系统STC89C52芯片为40引脚双列直插式封装，其引脚排列如图2-1-1所示。在40条引脚中，有2条用于电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制引脚，其它为I/O引脚。图2-1-1 AT89S51的引脚图1、 电源引脚Vss和VccVss（20）：接地；Vcc（40）：正常操作时接+5V电源。2、 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2当外接晶体振荡器时，XTAL1和XTAL2分别接在外接晶体两端。当采用外部时钟方式时，XTAL1接地，XTAL2接外来
6、振荡信号。3、 控制引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN、EA/VppRST/VPD:当晶体振荡器正常运行时，在此引脚上出现二个机器周期以上的高电平使单片机复位。Vcc掉电期间，此引脚可接备用电源，以保持内部RAM的数据。当Vcc下降到低于规定的电压，而VPD在规定的电压范围内，VPD接向内部RAM提供备用电源。ALE/PROG(30):当访问外部存储器时，由P2口送出地址的高8位，P0口送出地址的低8位，数据也是通过P0口传送。作为P0口某时送出的信息到底是低8位地址还是传送的数据，需要有一信号同步的进行分别。当ALE信号（允许地址锁存）为高电平（有效），P0口送出低8位地址，通过
7、ALE信号锁存低8位地址。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6，因此可以做对外输出的时钟。对于有程序存储器的单片机在对内部程序存储器编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。PESN(29)：程序存储器读选通信号，低电平有效。51单片机可以外接程序存储器及数据存储器，它们的地址可以是重合的。51 单片机时通过相应的控制信号来区别到底是P2口和P0口送出的是程序存储器还是数据存储器地址。从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次PSEN有效，此时地址总线上送出地址程序存储器地址；如果访问外部数据存储器，这两次有效的PSEN信号将不出现
8、。外部数据存储器是靠RD及WR信号控制的，PSEN同样可以驱动8个LSTTL输入。EA/Vpp（31）：当EA保持高电平时，访问内部程序存储器（4KB），但当PC（程序计数器）值超过0FFFH时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当EA保持低电平时，则只访问外部程序存储器（从0000H开始），不管单片机内部是否有程序存储器。对于内部有程序存储器的单片机在对内部程序新学期编程期间，此引脚用于施加21V的编程电源（Vpp）。4、 输入输出引脚P0.0-P0.7：P0口时一个漏极开路型标准双向I/O口。在访问外部存储器时，它是分时切换的地址（低8位）和数据总线，在访问外部设备期间使用内部的上拉电
9、阻。在对内部程序存储器编程时，它接收指令字节，而在验证内部程序时，则输出指令字节。验证内部程序时，要求外接上拉电阻。P1.0-P1.7：P1口是带内部上拉电阻的8位双向I/O接口。在内部程序存储器编程和验证时，它接收8位地址。P2.0-P2.7：P2口时一个带内部上拉电阻的8位双向I/O接口。在访问外部存储器时，它送出高8位地址。在对内部程序存储器编程和验证期间，它接收高8位地址。P3.0-P3.7：P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O接口。在51单片机中，这8个引脚还兼有第二功能，这些功能见图2-1-2.端口线第二功能P3.0RXD 串行输入P3.1TXD 串行输出P3.2INT0 外
10、部中断0输入P3.3INT1 外部中断1输入P3.4T0 定时器0外部输入P3.5T1 定时器1外部输入P3.6WR 外部数据存储器写信号P3.7ED 外部数据存储器读信号图2-1-2 P3口的第二功能第二功能在单片机与外部设备接口方面具有非常重要的作用。单片机的最小系统由AT89S51、6M晶振、两个20p电容、10K电阻、复位开关组成。如图2-1-3所示：图2-1-3 AT89S51的最小系统图中电容器C1和C2其稳定振荡频率、快速起振的作用，起电容值一般在15-30pF本次设计采用22pF电容。晶振频率的典型值位12MHz,采用6MHz的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，
11、实际电路中使用比较多，本次设计采用12M晶体振荡器。上电复位时利用RC充电来实现的。按键复位又分为：按键电平复位，相当于RST端通过电阻接高电平；按键脉冲复位，利用RC微分电路产生正脉冲。2.1.3 定时器描述AT89S51单片机内有两个16位定时器/计数器：定时器1（T0）、定时器2（T1）、和定时器3（T2）它们都有定时或对外部事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件检测和计数等场合。定时器T0和T1两个16位定时器实际上都是16位加1计数器。T0实际是由两个8位专用寄存器TH0（8CH）和TL0（8AH）组成，T1是由TH1（8DH）和TL1（8BH）组成。每个定时器都可由软件设
12、置为定时工作方式或计数工作方式及其他灵活多样的可控功能方式。这些都是由专用寄存器TMOD设置和TCON控制。在89S52单片机中，增加了一个16位定时/计数器T2。T2和T0和T1有类似的功能即可以做定时器或计数器使用，同时还增加了捕捉等新的功能。它的功能比其它两个定时器更强，使用也较复杂。在特殊功能寄存器组中有6个与T2有关的积存器，它们分别是：控制寄存器T2COM、方式控制寄存器T2MOD、捕捉寄存器RCAP2L和RCAP2H、定时/计数器TL2、TH2。它们在片内存储器中的地址依次从C8H至CDH。设置为定时方式时，定时器记数片内震荡器输出经12分频后的脉冲（机器周期信号）。即每个机器周
13、期使定时器（T0或T1）的数值增加1直至计满溢出。当采用12MHZ晶体时，一个机器周期为1US，计数频率为1MHZ。设置为计数方式时，通过引脚T0（P3。4）和T1（P3。5）对外部脉冲信号计数。当输入脉冲信号产生由1至0的下降沿时，定时器的值增加1。在每个机器周期的S5P2期间采样T0和T1脚的输入电平，若前一个机器周期采样值为1，下一个机器周期采样值为0，则计数器加1。此后的机器周期53P1期间，新的数值装入计数器。所以，检测一个1至0的跳变需要二个机器周期，故最高计数频率为震荡频率的1/24。虽然对输入信号的占空比无特殊要求，但为了确保某个电平在变化之前至少被采样一次。要求电平保持时间至
14、少是一个完整的机器周期。2.2 模数转换芯片ADC08042.2.1 概述ADC0804是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，它采用CMOS工艺20引脚集成芯片，分辨率为8位，转换时间约为100us，输入电压范围为0-5V。芯片内具有三态输出锁存器，可直接连接在数据总线上。实物如图2-2-1所示：图2-2-1 ADC0804实物图2.2.2 引脚介绍ADC0804的内部逻辑结构和引脚封装如图2-4所示：图2-2-2 ADC0809引脚图1.CS 芯片选择信号，低电平有效，一旦CS=0表明AD转换器被选中，可以启动工作。2.RD 外部读取转换结果的控制输出信号。RD 为高时，DB0DB7 处
15、理高阻抗；RD 为低时，数字数据才会输出。3.WR：用来启动转换的控制输入，相当于ADC 的转换开始（/CS=0 时），当/WR 由高变为低时，转换器被清除：当WR 回到高时，转换正式开始。4.CLK IN，CLK R： 时钟输入或接振荡无件（R，C）频率约限制在100KHZ1460KHZ，如果使用RC 电路则其振荡频率为1/（1.1RC）5.INTR:中断请求信号输出,低地平动作.6.VIN(+) VIN(-) :差动模拟电压输入.输入单端正电压时, VIN(-)接地:而差动输入时,直接加入VIN(+) VIN(-).7.AGND,DGND:模拟信号以及数字信号的接地.8VREF:辅助参考电压.9.DB0DB7:8 位的数字输出.10.VCC: 电源供应以及作为电路的参考电压.2.2.3 ADC0809典型接法如图2-2-3所示：图2-2-3 ADC0804典型接法2.2.4 A/D转换的性能参数1、转换精度 通常用A/D转换的最低有效位表示（LSB） 2、转换率 完成一次A/D转换所需时间的倒数。如完成一次A/D需要100uS,则转换率为10KHZ. 3、分辨率 对一个n位的A/
