基于單片機的煙霧傳感器報警系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 片機廣泛應用于移動通信領域，使移動電話的功能更強大，操作更方便。 2. 3 MCS51 單片機的結構 MCS51 單片機內部結構如圖 21所示 ： MCS?51 系列單片機的最典型的產品有內部無 ROM 的 803內部具有 4KB 片內圖 21 MCS51單片機內部結構圖方框圖 ROM 的 8051 及內部具有 4KB字節 EPROM 的 8751，這三種型號的單片機除內部程序存貯器 ROM 不同外其它內部資源相同。 8051 主要包含以下功能部件： （ l） 一個 8位 CPU； （ 2） 4KB 片內 ROM 程序存貯器； （ 3） 128 字節內部 RAM 數據存貯器； （ 4） 2個 16位的定時器 /計數器； （ 5） 4個 8位 的并行口 P0、 P P2和 P3； （ 6） 1個全雙工的串行口； （ 7） 5個中斷源、 2級中斷優先級的中斷控制器； （ 8） 21個專用寄存器（ SFR）。 一、 MCS51引腳及功能如下： （ 1） 電源及時鐘引腳，如圖 22 所示 ： 包括電源引腳 Vcc、 Vss 及時鐘引腳 XTAL XTAL2。 電源引腳接入單片機的工作電源。 Vcc(40 腳 )：接 +5V 電源； Vss(20 腳 )：接地。 時鐘引腳 (1 19腳 )外接晶體時與片內的反相放大器構成一個振蕩器 。 XTAL1(19 腳 )：接外部晶體的一個引腳。在單片機內部，它是一個反相放大器的輸入端。當采用外接晶體振蕩器時，此引腳應接地。 XTAL2(18 腳 )：接外部晶體的另一端，在單片機內部接至 反相放大器的輸出端。若采用外部振蕩器時，該引腳接收振蕩器的信號。 圖 22 電源、時鐘引腳、控制引腳以及輸入 /輸出引腳 （ 2） 控制引腳，如圖 22所示 : （ 3） 輸入／輸出引腳，如圖 22 所示 : 輸入／輸出 (I／ O)口引腳包括 P0 口、 P1口、 P2 口和 P3口。 P0 口為雙向 8 位三態 I／ O 口，當作為 I/O 口使用時，可直接連接外部 I/O設備。它是地址總線低 8 位及數據總線分時復用口，可驅動 8 個 TTL 負載。一般作為擴展時地址 /數據總線口使用。 P0 端口的每一位都有一個為鎖存器，一個輸出驅動器和一個輸入數據緩沖器。 有兩種功能：一是作為外部地址 /數據總線使用；二是作為通用 I/O 端口使用。當系統需要擴展時， P0端口具有外部地址 /數據總線的分時復用功能，既是外部地址總線的低 8 位地址，又是片外數據總線。當作為通用 I/O 端口使用時，是一個三態的 I/O 端口。如果是 用作輸出口，則需要外接上拉電阻才能驅動負載；而用作 輸 入口時，必須保證 P0 端口鎖存器的初始狀態是 1，否則在讀操作之前，應先向 P0 端口鎖存器寫入 1（單片機復位后， P0～ P3 端口的鎖存器狀態都是 1）。 P1口為 8位準雙向 I／ O口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線 (作為輸入時，端口鎖存器必須置 1)，可驅動 4 個 TTL 負載。與 P0 端口不同的是它具有上拉電阻，失準雙向通用 I/O 端口。作為輸出口時，直接驅動負載。作為輸入口時，應該先向 P1 端口寫入 1，以關閉輸出驅動場效應管，這時端子可被內部上拉電阻拉為高電平，同樣也 可以由外部信號拉為低電平。只有這樣才能保證端子信號的正確讀入。 P2 口為 8位準雙向 I／ O 口，當作為 I/O 口使用時，可直接連接外部 I/O 設備。它是與地址總線高 8 位復用，可驅動 4 個 TTL 負載。一般作為擴展時地址總線的高 8位使用。 有兩種功能：一是作為外部地址總線的高 8 位地址使用；二是作為通用 I/O端口使用。當系統需要擴展時， P2 是外部地址總線的高 8位地址線。當作為通用I/O 端口時，是一個準雙向 I/O 端口，與 P1 功能類似。 P3 口為 8位準雙向 I／ O 端口，同時還具有第二功能。可驅動 4個 TTL 負載。用作 I/O 端口時 ，與 P1 端口一樣是準雙向 I/O 端口。 二、 負載能力 P0 端口的輸出級與 P1～ P3端口的輸出級在結構上是不同的，因此他們的負載能力也不同。 通常把 100181。A的電流定義為一個 TTL 負載的電流。 P1～ P3 端口輸出電流都不小于 400181。A，所以它們的每一位輸出都可驅動 4 個 LSTTL（低功耗肖特基）負載。P1～ P3 端口內部都有上拉電阻，因此作為輸入時，無需加上拉電阻。 P0 端口的輸出電流不 小于 800181。A，所以它的一位輸出可驅動 8 個 LSTTL 負載。但它內部沒有上拉電阻，所以如果輸入由電極開路或漏極開路電路驅動時，應外加上拉電阻。當輸出 MOS 驅動電路時，也應加上拉電阻。 2. 4 電源部分的設計 在電子設備上一般都需要直流電源供電。這些直流電除了少數直接利用電池和直流發電機 外 ，大多數是采用把交流電（市電）轉變為直流電的直流穩壓電源。根據交流電源的 相 數不同，整流電路可分為單 相 整流電路和三 相 整流電路兩種。本畢業設計的電源部分采用的是單 相 橋式整流電路，通過電容濾波、集成三端穩壓器來完成電源部分的設計。 220V50HZ 圖 23 直流穩壓電源 圖 直流穩壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩壓電路四部分組成，其原理框圖如圖 23所示。電網供給的交流電壓（ 220V， 50HZ）經電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓 U2,然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時間變交流 輸入 電源 變壓器 整流 電路 濾波 電路 穩 壓 電路 直流 輸出 化的脈動電壓 U3,再用濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平直的直流電壓Uo. 一、單相橋式整流電路的設計 單 相 橋式整流電路如圖 24 所示。 圖 24 單 相 橋式整流電路 它利用 4 只二極管組成兩個回路，輪流工作。設變壓器的二次繞組電壓為 tUu ?sin2 22 ? 當變壓器的 2u 電壓為正半周時，變壓器的極性為上正下負。二極管 VD VD3受正向電壓而導通，電流自變壓器的 a 端流出，經 VD LR 、 VD3 而流進變壓器 b端，此時 VD VD4 受反向電壓而截止。當變壓器的 2u 為負半周時，變壓器的極性為上負下正，二極管 VD VD4 受正向電壓而導通， VD VD3 受反向電壓而截止。電流自變壓器的 b端流出，經 VD LR 、 VD4 流進 a端，負載上又得到半周期波形。整流電路在一個周期內， 4個二極管分為兩組，輪流導通，輪流截止，這樣不斷重復，負載上就能得到單一方向的全波脈動電壓和電流。 負載平均電壓 20 UU ? ，負載電流為 LRUIo ? ， 整流二極管由于是輪流工作，故二極管中電流只為負載電流的一半，即oD II 21?， 整流二極管所能承受的最高反向電壓 2u 電壓的最大值，即 22UUm ? 。 橋式整流電路克服了半波整流電路輸出電壓脈動性大和變壓器利用率低的缺點，所以得到廣泛應用。 二、電容濾波的設計 利用整流電路得到的直流電壓和電流，由于脈動性較大，只適用于電解、電鍍、充電等對電壓平滑性要求不高的場合，不適 用于電子儀器、自動控制裝置及音像設備等對電壓平滑性要求較高的負載電路。為此在為傳感器檢測系統的電源部分增加了濾波環節，通過濾波作用，將脈動的直流電變為平滑的直流電。 將電容器并聯在負載兩端，就構成了電容濾波電路，如圖 25 所示。此為單 相橋式整流電路。當電容兩端電壓 cu 上升時，電容器充電，電場儲能；當 cu 下降時，電容器放電，電場釋放能量。在電壓波形中， 21~tt 這段時間內，變壓器的電壓 2u 正向升高，二極管 VD 導通，變壓器一方面給負載供電，一方面給電容器充電，電容器兩端的電壓 cu （即負載兩端的電壓）隨電壓 2u 上升到 2u 的最大值。當電壓 2u達到最大值以后即開始下降，此時電容器兩端的電壓 cu 大于 2u ，二極管受反向電壓而截止，電容器從 2t 時刻開始通過負載電阻放電。當放電到 3t 時，電壓 2u 大于cu ，二極管導通變壓器又一方面給負載 電阻供電，一方面給電容器充電，重復上述過程。 圖 25 電容濾波電路 電容器放電過程中，其兩端電壓下降的快慢取決于電容器的電容量與負載阻值的乘積， RC乘積稱為電路的時間常數，用 τ 表示， τ =RC， τ 的單位為 s（秒）。如果濾波電容器的容量比較大，負載電阻的阻值也比較大，電容器兩端電壓下降的就慢，反之下降的就快，電容器兩端電壓下降的越慢，反之兩端的電壓越平滑，濾波效果越好。在帶有電容濾波的整流電路中，由于濾波電容對負載放電，使負載上的電壓變得平滑，從而使負載上的電壓平均值增加。從濾波后的波形可知，當 τ 值足夠大時，負載上電壓的平均值 oU 可接近 2u 的最大值 2 2U 。為了獲得較好的濾波效果，一般選擇較大的濾波電容。在工程上橋式整流濾波電容一般按照下式計算 LR C ≥ (3～ 5)T/2 式中， T為電壓 U2的周期。若電源頻率為 50HZ，則 T=，于是 LR C ≥（ ～ ） s 在已知 Rl 的情況下，便可以估算電容值。一般濾波電容在幾百微法到幾千微法。由于濾波電容的容量較大，通常選用電解電容器，電解電容器是有極性的電容器，使用時注意正負 極不