基于单片机的气体检测系统设计.pdf

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1、精选 doc 最新版ANYANGANYANGINSTITUTEINSTITUTEOFOFTECHNOLOGYTECHNOLOGY本本科科毕毕业业论论文文基于单片机的气体检测系统设计The Design of Gas Detection System Based on SCMThe Design of Gas Detection System Based on SCM系（院）名称：电子信息与电气工程学院专业班级：学生姓名：学生学号：指导教师姓名：指导教师职称：讲师2011年 5月.精选 doc 最新版毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明原创性

2、声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者签 名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明使用授权说明本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校

3、可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日期：.精选 doc 最新版目录摘要.IAbstract.II引言.1第一章绪论.21.1设计背景.21.2设计意义.3第二章硬件的选择.42.1可燃气体的传感器.42.2 MQ-6 的结构和测量电路.42.3 MQ-6 气体传感器的技术参数.52.3.1 MQ-6 的规格.52.3.2 MQ-6 的特点.62.3.3 MQ-6 的应用.62.4芯片的选择.62.5 AT89S52 的功能特点.72.6中央处理器（CPU）.72.7单片机引脚介绍.7第三章系统硬件设计.123.

4、1电源电路.123.2转换电路.123.2.1 ADC0809 原理.133.2.2 ADC0809 使用及时序图.153.3液晶显示驱动模块.163.3.1 LCD1602 液晶主要功能.163.3.2 LCD1602 液晶引脚和指令功能.16.精选 doc 最新版3.3.3 LCD1602 的 RAM 地址映射.17.精选 doc 最新版3.3.4 LCD1602 液晶模块内部的控制器指令.183.3.5 LCD1602 液晶时序.193.3.6 LCD1602 液晶初始化过程.203.4时钟电路和复位电路.203.5报警电路.223.6硬件电路总图.23第四章软件设计.254.1 ADC

5、0809 采样时钟软件实现.254.2可燃气体浓度显示程序.254.3可燃气体浓度报警程序.264.4程序流程图.27结论.29致谢.30参考文献.31附录.32.精选 doc 最新版基于单片机的气体检测系统设计摘要：随着可燃性气体的种类和应用范围的增加，其使用场所和贮存仓库内的泄漏，火灾爆炸事故日益增多，从安全、环保及经济上考虑，设计一种检测可燃气体自动报警装置的控制器是非常必要的。本设计对可燃气体检测及报警进行了深入的研究，采用了“探测器和单片机控制电路”的设计思路，具有检测误差小，反应速度快等优点。选用气敏传感器对可燃气体浓度进行测量，用 A/D 转换器以完成信号到电压的转换。采用功能和

6、性价比比较高的 AT89S52单片机作为中央处理单元，对浓度进行采集、数据显示、报警等工作。本设计的可燃性气体报警设计可以检测到空气中烷类气体为主的多种可燃气体的浓度，实时现实浓度值，当达到预先设定的上下限报警等级值时，发出声音报警，以提示人们采取安全对策。关键词：可燃气体气敏传感器 A/D 转换器 AT89S52报警.精选 doc 最新版The Design of Gas Detection System Based on SCMAbstractAbstract：With the combustible gas type and the scope of application of inc

7、reasing,its use place and storage warehouse in leakage,fire and explosion accidentsincrease,from safety,environmental protection and economic considerations,design a kind of testing combustible gas automatic alarm device controller is verynecessary.This design of flammable gas detection and alarm st

8、udied,using a detectorand single-chip microcomputer control circuit design train of thought,has thetestingerrorissmaller,anywayspeed,etc.Choosegas-sensitivesensormeasurements of combustible gas concentration,with A/D converter to complete thesignal to the voltage conversion.Using function and high r

9、atio of AT89S52 SCMas the central processing unit of concentration,the collection and data display,alarm,etc.This design of combustible gas alarm design can detect the air of silanevariety of flammable gas mainly gas concentration,real-time reality chroma value,when the upper reaches pre-set alarm l

10、evel value,sound alarm,to remind peopletake safety countermeasures.Key wordsKey words：Flammable Gas;Gas Sensors;A/D Converter;AT89S52;Alarm.精选 doc 最新版引言随着信息时代的到来，作为获取信息手段之一的传感器技术得到了显著的发展，其应用领域越来越广，对其要求越来越高，需求也越来越迫切。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理

11、和自动控制。但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能直接影响系统性能的好坏。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析和了解，才能将传感器和信息通信以及信息处理结合起来，来适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了提高生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。可燃气体传感器便是其中重要的一类传

12、感器。现在，人们对可燃气体的使用越来越多，它给我们带来很多便利，但是如果不注意可燃气体的使用安全，可燃气体同样会给我们带来祸害。当空气中的可燃性气体达到一定浓度时就会发生自燃自爆的危险，波及面大，后果将十分严重。易燃易爆的可燃性气体泄露如不及时发现并处理，将会造成燃烧，爆炸，危及到人民生命财产的安全。因此，可燃性气体的检测在化工、石油、电力、环保等部门以及人们的日常生活中显得尤其重要。石化厂、煤气站、油库等场所对泄漏可燃气体的监控、报警是确保安全隐患的关键措施。近年来煤气爆炸事件时有发生，对人们的生命构成了严重的威胁，因此如果能放置一个可燃气体浓度检测装置，当有可燃气体泄露时进行报警，提醒人们

13、采取补救措施就显得十分必要。.精选 doc 最新版第一章绪论1.1设计背景在冶金、石油、化工、石化、煤炭工业等行业的生产中，工业现场存在着因为可燃性气体泄漏而发生爆炸的隐患，因此对工业现场的可燃性气体进行检测是关系到生命安全和生产安全的重要安全问题。可燃气体检测报警系统种类也相当繁多，有用于一般家庭、集体住宅、饮食餐店、医院、学校、工厂的各种气体检测报警系统,有单体分离型报警系统、外部报警系统、集中监视系统、遮断连动系统、防止中毒报警防护系统等。结构型式有袖珍型便携式、手推式、固定式报警等；工业用固定式报警又有壁挂式、台放式、单台监控式、多路巡检式等。由于气体本身存在的扩散性，可燃性气体一旦发

14、生泄漏，在外部风力和内部浓度梯度的作用下，气体会沿逐渐扩散，从而扩大危害区域。因此，只有及时可靠地探测空气中某些气体的含量，才能及时采取有效措施进行补救。可燃性气体检测报警系统在工业生产的实际应用中往往需要对工业现场的的某个区域的可燃气体浓度进行多点监测，而且有时还要求报警器不仅能够在工业现场发出声光报警做出安全保护动作，还要求报警器能够接入工业网络，方便进行远程监控。随着我国经济的迅猛发展和工业生产的日益繁荣，人们对生产、生活中的安全问题也越来越重视。可燃气体是人类生活中使用比较多的一种能源，它给我们的生活带来方便的同时也会给我们带来潜在的安全隐患。随着人类的进步，各种先进技术被应用于安防当

15、中。如今，人们一直在研究可燃气体的监测技术，经过多年的发展，现在有了众多灵敏度非常高的可燃性气体传感器，使人们更加容易、方便的检测到空气中的可燃气体的浓度。气敏传感器是一种将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电气信号的装置。根据这些电气信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警。单片微型计算机是现在智能电路中使用较多的器件，这种单片微型计算机简称单片机，它被应用于各种场合，给人们的生活带来了极大的方便。A/D转换器用于将现实中的模拟信号转化为数字信号。ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的逻辑控制CMOS组件。它是逐次逼

16、近式A/D转换器，可以和单片机直接连接。ADC0809非常适用于过程控制、微控制器输入通道的接口电路、智能仪器和机床控制等领域。.精选 doc 最新版1.2设计意义在石油、化工、电力等系统装置内，存在着各种易燃易爆的可燃气体。这些气体一旦泄漏并积聚在周围环境中，很容易产生燃烧和爆炸。为了防患于未然，严密监测工艺装置或储运设施环境中可燃气体的浓度，确保安全生产，在装置设计的同时，对可燃气体检测报警系统的设计是十分必要的。在石油、化工生产装置中采用固定式可燃气体检测系统，实时检测生产装置中可燃气体的浓度情况，及时发出报警信号通知有关人员采取有效措施，对于防止爆炸及火灾的发生具有重大的意义。本课题利

17、用所学相关课程的知识，设计、制作一套基于单片机控制的气体测试装置来解决可燃气体的安全使用问题。设计的主要内容由气敏传感器组合成的测量电路采集可燃气体的浓度信息，用A/D转换器以完成信号到电压的转换。采用单片机AT89S52作为主控电路，控制外围电路的显示，以及接口电路、数据输出，最终能现实检测报警等功能。.精选 doc 最新版第二章硬件的选择2.1可燃气体的传感器气体传感器是一种能够感知环境中气体成分的敏感器件，它将气体种类及其浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱便可获得与待测气体在环境中存在的有关信息，从而可以进行检测、监控、报警，有的还可通过接口电路与计算机组成自动检测控制和报

18、警系统。合适的气体传感器阵列对提高系统的性能至关重要。根据不同的分类标准，气体传感器的分类有很多种方法，有根据工作原理分类的气体传感器。如固态电解质气体传感器、半导体气体传感器、电化学气体传感器、表面波气体传感器、金属栅MOS气敏元件、光纤气体传感器、红外气体传感器等。其中半导体气体传感器在实际应用中应用范围最为广泛，它是用具有半导体特性的金属氧化物材料制成的气敏元件，当其与某种气体接触时，表面吸附的气体导致半导体载流子浓度发生变化，引起电导率变化，电阻值也随之变化，根据这种变化可以检测出气体的成分和浓度，因此半导体式气敏元件可视为是一种气敏电阻器。其中，旁热式SnO气敏器件最为常用。旁热式气

19、敏器件是一个表面烧结有SnO厚膜气体敏感层的薄壁陶瓷管，敏感层两端设有一对金电极，分别用铂铱合金丝引出后焊接在管座插腿上，在薄壁陶瓷管内装有一根绕成螺旋形的镍铬合金电阻丝作为加热器，电阻值为3040欧。传感器工作时，电阻丝通电发热，将薄壁陶瓷管上SnO敏感层加热至200-400，这时氧化锡气敏器件电阻值较小，并能够提高传感器的响应速度。由于薄壁陶瓷管热容量大，减少了环境温度变化、气流流动对传感器工作的影响。这种结构器件，克服了直热式器件的缺点，其测量极与加热丝分开，避免了测量回路与加热回路之间的相互影响；而且器件热容量大，降低了环境气氛对器件加热温度的影响，并容易保持Sn02材料结构稳定。所以

20、这种类型器件的稳定性和可靠性较直接式器件有较好的改进。目前，国产MQ-6型气敏器件就是采用这种结构。与其他型号的传感器相比，MQ-6半导体气体传感器的主要优点是响应速度快、稳定性好、能耗少、寿命长，能够满足我们快速检测的需要。2.2 MQ-6 的结构和测量电路MQ-6 气敏元件的结构和外形如图 2.1 所示（a 或 b），由微型陶瓷管、SnO 敏感层,测.精选 doc 最新版量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有 6 只针状管脚，其中 4 只用于信号取出，2 只用于提供加热电流。测量电路如图2.2所示。（a）（b）图

21、 2.1 MQ-6 的结构和外形图 2.2 测量电路2.3 MQ-6 气体传感器的技术参数2.3.1 MQ-6 的规格MQ-6 的标准工作条件，环境条件，灵敏度特性分别如表 2.1，表 2.2，表 2.3 所示。表 2.1 标准工作条件符号VcVHRLRHPH符号TaoTasRhO2参数名称回路电压加热电压负载电阻加热电阻加热功耗参数名称使用温度储存温度相对湿度氧气浓度技术条件15V5.0V0.2V可调313900mW表 2.2 环境条件技术条件-10-50-20-70小于95%Rh21%(标准条件)氧气浓度会影响灵敏度特性.备注AC or DCAC or DC室温备注最小值大于2精选 doc

22、 最新版表 2.3 灵敏度特性符号Rs(1000ppm/4000ppm LPG)标准工作条件预热时间参数名称敏感体电阻浓度斜率技术参数10K-60K(1000ppm LPG)0.6备注探测范围：100-10000ppmLPG,丁烷，丙烷，LNG温度：202 Vc:5.0V0.1V对湿度：65%5%Vh:5.0V0.1V不少于24秒2.3.2 MQ-6 的特点（1）对液化气，丁烷，丙烷有较高的灵敏度；（2）对乙醇蒸汽，烟雾几乎不响应；（3）快速的响应恢复特性；（4）具有长期的使用寿命和可靠的稳定性；（5）简单的驱动电路。2.3.3 MQ-6 的应用MQ-6适用于家庭或工业上对LPG，丁烷，丙烷，

23、LNG的检测装置。具有优良的抵抗乙醇蒸汽、烟雾干扰的能力。对丙烷、丁烷、液化石油气的灵敏度高，对天然气也有较好的灵敏度。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。MQ-6 型气敏器件对不同种类，不同浓度的气体有不同的电阻值。因此，在使用此类型气敏器件时，灵敏度的调整是很重要的。我们建议用 1000ppm 液化气或 1000ppm 丁烷校正传感器。当精确测量时，报警点的设定应考虑温湿度的影响。2.4芯片的选择随着集成电路技术的发展，单片微型计算机（简称单片机）的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。在自动化装置、智能化仪器仪表和家用电器等领域得到了广泛的应用。

24、AT89S系列单片机是美国ATMEL半导体公司继AT89C系列之后推出的功能更强的新产品。AT89S系列与AT89C系列相比，运算速度有了较大的提高，它的静态工作频率为033MHz，片内集成有双数据指针DPTR、定时监视器（watch dog timer，又称看门狗）、低功耗休闲状态及关电方式、关电方式下的中断恢复等诸多功能，极大地满足了各种不同的应用场合要求。AT89S52是AT89S系列中的增强型高档机产品，它片内存储器容量是AT89S51的一倍，即片内8KB的Flash程序存储器和256KB的RAM。另外，它还增加了一个功能极强的，具有独.精选 doc 最新版特应用的16位定时/计数器2

25、等多种功能。而且，AT89S52单片机与MCS-51系列完全兼容，因此，AT89S52受广大用户的青睐并被选择作为学习和应用系统的主机，使得AT89S52单片机为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。本次设计就是采用AT89S52作为主要控制电路来实现气体检测报警的功能。下面大致介绍一下AT89S52。2.5 AT89S52 的功能特点AT89S52具有8K字节的Flash存储器，256字节的RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口通道，片内晶振及时钟电路，三级加密程序存储器，电源下降标志等。另外，AT8

26、9S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。2.6中央处理器（CPU）AT89S52的核心部件是一个字长为8位的高性能中央处理器（CPU）。它是AT89S52的指挥中心、执行机构。它的作用是读取和分析指令，并根据指令的功能要求，指挥指定操作，完成指令所要求的处理功能。CPU一般由运算器ALU、定时控制部件、若干寄存器等通过内部总线连成一个整体而构成。2.7单片机引脚介绍下面，根据单片机的原理来介绍单片机各

27、引脚相应的功能。1.电源引脚VCC（40 脚）：电源供电电压接 4.05.0V。GND（20 脚）：接地。2.时钟引脚XTAL1（19 脚）：接外部晶振的一个引脚。CHMOS 单片机采用外部时钟信号时，时钟信号由此引脚输入。XTAL2（18 脚）：接外部晶振的另一个引脚，HMOS 单片机采用外部时钟信号时，外部时钟信号由此接入。3.复位、锁存和选通引脚RST（9脚）：复位信号输入端。振荡器起振后，该引脚置高电平，并持续2个机器周期以上系统进行复位。特殊功能寄存器 AUXR（地址8EH）中的DISRT0位可以使复位无效。默.精选 doc 最新版认的DISRT0位状态，RST引脚上的高电平有效。V

28、CC掉电后，此引脚可接备用电源，低功耗条件下保持内部RAM中的数据。ALE/PROG（30脚）：ALE为地址锁存使能端、当访问外部器件时ALE的负跳变将低8位地址输入锁存器。在Flash编程时输入编程脉冲（PROG）。在非访问外部器件期间，ALE仍以1/6振荡频率的常量输出，可用于外部计数或时钟信号。当访问外部数据器件时将跳过一个ALE脉冲。如果需要，可对特殊功能寄存器区的地址为 8EH单元的D0位置“1”可禁止ALE输出。而只有在执行MOVX或MOVC等指令时ALE才被激活，仍输出锁存有效，否则被微弱拉高。在执行外部程序时，该设定禁止ALE位无效。PSEN（29脚）：访问外部程序存储器读选通

29、信号。取指令操作期间，PSEN的频率为振荡频率的1/6。在访问外部程序存储器读取指令码时，每个机器周期产生两次有效信号，即输出两个PSEN有效脉冲。在执行片内程序存储器取指令码时不产生此脉冲，在读写外部数据时，亦不产生PSEN信号。EA/Vpp（31脚）：EA为访问内部或外部程序存储器选择信号，当 CPU一开始就（从0000HFFFFH单元）访问外部程序存储器，则EA必须保持低电平（接GND端），如果保密位被编程，则复位时内部会锁存EA端的状态。当EA端保持高电平（接VCC）时则CPU首先从片内0000H单元开始执行内部程序存储器程序；如果外部还有扩展程序存储器，则CPU在执行完内部程序存储器

30、程序后自动转向执行外部程序存储器程序。Vpp为Flash编程电压。在对片内Flash编程时，此引脚施加12V编程允许电压（如果选用的Flash编程电压是12V允许值的话）。4.多功能 I/O 口引脚P0 口（3932 脚）：8 位并行 I/O 口，作为输出口时，每个管脚可以带8 个 TTL 负载。在外扩存储器时，它定义为低 8 位地址/数据总线。当定义为 I/O 口时，为准双向 I/O 口，需要外接上拉电阻，在写入“1”后就成为高阻抗输入口。在对片内 Flash 编程时 P0 口接收字节代码，在程序校验时输出字节代码。程序校验期间应外接上拉电阻。P1 口（18 脚）：内接上拉电阻的 8 位准双

31、向 I/O 口，可以负担 4 个 TTL 负载。在 Flash编程和校验时定义为低 8 位地址线。它的第二功能如下：P1.0（1 脚）：定时/计数器 T2的外部计数输入；.精选 doc 最新版P1.1（2 脚）：定时/计数器 T2捕获/再装入触发及方向控制；P1.5（6 脚）：MOSI（用于系统内部编程）；P1.6（7 脚）：MISO（用于系统内部编程）；P1.7（8 脚）：SCK（用于系统内部编程）。P2 口（2128 脚）：内接上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口。可以负担 4 个 TTL 负载。当访问外部存储器时，定义为高 8 位地址总线，只需 8 位地址线时，它将输出特殊功能寄存器（锁

32、存器）中的内容。注意：当 P2 口的极为作为地址使用时，剩下的 P2 口不能作为 I/O口线使用。P3 口（1017 脚）：内接上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口。可以负担 4 个 TTL 负载。它的第二功能如下：P3.0（10 脚）：RXD（串行输入端口）；P3.1（11 脚）：TXD（串行输出端口）；P3.2（12脚）：INT0（外部中断0请求端）；P3.3（13脚）：INT1（外部中断1请求端）；P3.4（14脚）：T0（定时/计数器0外部计数输入端）；P3.5（15脚）：T1（定时/计数器1外部计数输入端）；P3.6（16脚）：WR（外部数据写选通）；P3.7（17脚）：RD（外部数

33、据读选通）。5.特殊功能寄存器AT89S52 单片机共有 21 个字节的特殊功能寄存器 SFR（special fuction regiters）,起着专用寄存器的作用，可用来设置片内电路的运行方式，记录电路的运行状态，并表明有关标志等。此外，并行和串行 I/O 端口也映射到特殊功能寄存器，对这些寄存器的读/写，可实现从相应 I/O 端口的输入和输出操作。（1）累加器 A累加器A是运算过程中的暂存寄存器，用于提供操作数和存放操作结果。其他大部分操作也都要用到累加器A，所以它是应用最为频繁的寄存器。在结构上通过内部总线直接与ALU相连，一般信息的传递和交换都要通过累加器A。为了提高运算速度，压缩

34、程序长度，在内部结构上采取了一些措施，对一部分指令的.精选 doc 最新版执行将累加器A旁路，以直接或间接地址寻址的方式使数据可以从片内的任意地址单元直接送到另一个单元，从而不经过累加器 A。这就提高了部分指令的操作速度，增强了实时性。（2）寄存器B寄存器B一般用于乘、除法操作指令，与累加器A配合使用。它里面存放的第二操作数、乘积的高位字节或除法的余数部分。其他情况下可以作为一般寄存器或者中间结果的暂存器使用。（3）程序状态寄存器PSW这是一个8位寄存器，用于寄存当前指令执行后的有关状态，为以后指令的执行提供状态条件。AT89S52的PSW是可编程的。PSW包括以下八种状态：CY：进、借位标志

35、。反映运算中最高位有无进、借位情况。加法为进位，减法为借位。有进、借位时，CY=1；无进、借位时，CY=0。AC:辅助进、借位标志。反映运算中高半字节与低半字节的进、借位情况。AC=1有进、借位；AC=0，无进、借位。F0：用户标志位。可由用户设定起含义。RS1,RS0:工作寄存器组选择位。RS1，RS0取值为0011，分别选工作寄存器组03组。OV：溢出标志位。补码运算的运算结果有溢出，OV=1,无溢出，OV=0.OV的状态由补码运算中的最高位进位（D7位的进位CY）和次高位进位（D6位的进位CY-1）的异或结果决定。P:奇/偶标志位。反映对累加器A操作后，A中“1”个数的奇偶。A中奇数个“

36、1”，P=1;A中偶数个“1”，P=0。（4）堆栈指针SPAT89S52是在片内RAM中开辟的一个存储区域。栈顶的地址码由栈指针SP指示。SP是一个8位的增量寄存器，它指示的堆栈深度为0255个存储单元。AT89S52允许用户通过软件定义片内RAM的某一个连续区域单元作为堆栈。数据进栈时SP先自动增“1”，然后将欲进栈的数据压入由SP所指示的堆栈单元；弹出时将SP所指示的堆栈单元内的数据推出栈，然后SP自动减“1”。因而，SP总是指向装有数据的栈顶。在系统复位后，栈指针SP的初始值为07H，即栈底为08H单元。这显然与工作寄存器区域重叠，因此必须通过软件重新定义SP，在片内RAM中开辟一个合适

37、的堆栈区域。.精选 doc 最新版（5）数据指针DPTR数据指针DPTR是个独特的16位寄存器，它由两个独立的8位寄存器DPH和DPL组合而成，既可以作为16位数据指针DPTR用，又可以分开以8位的寄存器（DPH、DPL）各自单独使用。它常用于访问64KB范围内的任意地址单元。AT89S52设有两个DPTR，分别为DP0（DP0H、DP0L）和DP1（DP1H、DP1L），通过软件对特殊功能寄存器AUXR1（片内RAMSFR区，地址为A2H）的DPS位进行设置选择，当DPS=0，选择DP0，DPS=1则选择DP1。两个DPTR便于访问内部或者外部的有关数据单元。.精选 doc 最新版第三章系统

38、硬件设计经过对核心部件MQ-6可燃气体传感器、单片机芯片AT89S52的深入了解，以及对报警、显示等辅助电路的资料查阅后，形成了最终的系统电路，电路原理框图如图3.1所示。初始化ADC0809显示/报警AT89S52主控制器扫描驱动图 3.1 电路原理框图可燃气体传感器下面对硬件电路的各模块电路做详细的介绍。3.1电源电路稳压块的作用是将电压进行降压处理并稳定为某一固定的值后输出，如三端稳压块7805 可将小于 35V 的电压降成稳定的 5V 输出电压，它比只使用一只稳压二极管进行稳压的电路要好得多。它的内部含有限流保护、过热保护和过压保护电路，采用了噪声低、温度漂移小的基准电压源，工作稳定可

39、靠，所以应用还是很广泛的。在电源设计中采用了W78M00 系列集成稳压块7805，最高输入电压为 40V，稳定输出正 5V 电压。电源电路如图 3.2 所示。图 3.2 电源电路3.2转换电路转换电路包括 MQ-6 型传感器和 ADC0809 芯片。其中，MQ-6 型传感器通过采集空气中测试气体的浓度并把它转换为电信号，电信号经过 ADC0809 则由模拟信号变为数字信号，.精选 doc 最新版最后电压以数字信号的形式进入单片机。电路图如图 3.3 和 3.4 所示。在图 3.3 中，要注意引脚连接顺序，不能接错，否则无法采集测试气体的浓度值。图 3.3 MQ-6 结构图图 3.4 ADC08

40、09 结构图3.2.1 ADC0809 原理ADC0809 是带有 8 位 A/D 转换器、8 路多路开关以及微处理机兼容的逻辑控制 CMOS 组件。它是逐次逼近式A/D 转换器，可以和单片机直接连接。ADC0809 非常适用于过程控制、微控制器输入通道的接口电路、智能仪器和机床控制等领域。其内部结构图如图 3.5 所示。.精选 doc 最新版ST CLKEOCIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN78路模拟量开关8路A/D转换器三态输出锁存器D0D1D2D3D4D5D6D7ABCALE地址锁存与译码器VREF(+)VREF(-)OE图 3.5 ADC0809 的内部逻辑结构由图可知，

41、ADC0809 由一个 8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、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 转换器进行转换。三态输出锁存器用于锁存 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据。下面分别介绍一下 ADC0809 的各个引脚极其功能：（1）IN0IN7 是 8 条模拟量输入通道。ADC0809 对模拟输入量要求：信号单极性，电压范围是 05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如果模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。（2）ALE

42、 为地址锁存允许输入线，高电平有效。A，B，C 为地址输入线，用于选通 IN0IN7 上的一路模拟输入量。当 ALE 线为高电平时，地址锁存与译码器将 A，B，C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进入 A/D 转换器进行转换。（3）ST 为启动转换信号。当 ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行 A/D 转换；在转换期间，ST 应保持低电平。（4）EOC 为转换结束信号。当 EOC 为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D 转换。（5）OE 为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1 时，输出转换得到的数据；OE

43、0 时，输出数据线呈高阻态。.精选 doc 最新版（6）D7D0 为数字量输出线。（7）CLK 为时钟输入信号线。因ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为 1MHZ。（8）VREF（），VREF（）为参考电压输入。3.2.2 ADC0809 使用及时序图ADC0809 的使用说明如下：（1）ADC0809 内部带有输出锁存器，可以与 AT89S51 单片机直接相连；（2）初始化时，使 ST 和 OE 信号全为低电平；（3）把要转换的通道地址送入到 A，B，C 端口上；（4）在 ST 端输出一个至少有 100ns 宽的正脉冲信号；（5）是否转换完毕，根据

44、EOC 的信号来判断；（6）当 EOC 变为高电平时，这时给 OE 为高电平，转换后的数据输出给单片机。ADC0809 的操作时序图如图 3.6 所示。STARTALEA.B.CINOEEOCD0-D7Data图 3.6 ADC0809 的时序图ADC0809 主要特性：（1）8 路 8 位 AD 转换器，即分辨率 8 位；（2）具有转换起停控制端；（3）转换时间约为 128s；（4）单个5V 电源供电；.精选 doc 最新版（5）模拟输入电压范围 05V，不需零点和满刻度校准；（6）工作温度范围为-4085 摄氏度；（7）低功耗，约为 15mW；（8）转换精度为0.4%；（9）可锁存三态输出

45、，输出与 TTL 兼容。3.3液晶显示驱动模块3.3.1 LCD1602 液晶主要功能（1）40通道点阵LCD驱动；（2）可选择当作行驱动或列驱动；（3）输入/输出信号:输出,能产生202个LCD驱动波形;输入,接受控制器送出的串行数据和控制信号,偏压(V1V6)；（4）通过单片机控制将所测的频率信号读数显示出来。3.3.2 LCD1602 液晶引脚和指令功能（1）LCD1602液晶与单片机的连接如图3.7所示。图3.7 LCD1602液晶与单片机的连接（2）LCD1602液晶引脚功能1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3.1 所示。.精

46、选 doc 最新版表 3.1 LCD1602 液晶引脚接口说明编号12345678符号VSSVDDVLRSR/WED0D1引脚说明电源地电源正极液晶显示偏压数据/命令选择读/写选择使能信号数据数据编号910111213141516符号D2D3D4D5D6D7BLABLK引脚说明数据数据数据数据数据数据背光源正极背光源负极第 1 脚：VSS 为地电源。第 2 脚：VDD 接 5V 正电源。第 3 脚：VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄

47、存器、低电平时选择指令寄存器。第 5 脚：R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS 和R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线。第 15 脚：背光源正极。第 16 脚：背光源负极。3.3.3 LCD1602 的 RAM 地址映射液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令

48、失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在，哪里显示字符，LCD1602 的内部显示地址如图 3.8 所示。.精选 doc 最新版LCD16 字*2 行00400141024203430444054506460747084809 0A494A0B 0C4B 4C0D0E 0F4F1050 274D 4E 67图 3.8 LCD1602 的内部显示地址3.3.4 LCD1602 液晶模块内部的控制器指令LCD1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制如表 3.2 所示。表 3.2 LCD1602 液晶模块内部的控制器指令序号1234567891011指令清显示光标返回置输入模

49、式显示开/关控制光标或字符移位置功能置字符发生存贮器地址置数据存贮器地址读忙标志或地址写数到 CGRAM 或 DDRAM）从 CGRAM 或 DDRAM 读数RSR/WD7000000000110000000010100000001BFD60000001D5D4D3D2D1000001000000010001D01*SB*1I/DDC1S/CR/L*DLNF*字符发生存贮器地址显示数据存贮器地址计数器地址要写的数据内容读出的数据内容1602 液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明 1为高电平，0 为低电平）指令 1：清显示，指令码 01H，光标复位到地址 00H

50、位置指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H指令 3：光标和显示位置设置 I/D，光标移动方向，高电平右移，低电平左移，S：屏幕上所有文字是否左移或右移，高电平表示有效，低电平表示无效。指令 4：显示开关控制。D：控制整体的显示开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。C:控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否.精选 doc 最新版闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令 5：光标或显示移位 S/C：高电平时显示移动的文字，低电平时移动光标指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为4 位总线，低电平时为8 位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时为双行显示，F：低