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1、东南大学成贤学院毕业设计报告东南大学成贤学院毕业设计报告（论文）诚 信 承 诺本人承诺所呈交的毕业设计报告（论文）及取得的成果是在导师指导下完成，引用他人成果的部分均已列出参考文献。如论文涉及任何知识产权纠纷，本人将承担一切责任。 学生签名： 日期：1摘要随着社会的进步和人们生活水平的提高，煤气或天然气已经成为多数家庭的燃料，由于煤气泄露和使用天然气不当而引起的火灾给人们的生命财产安全带来了极大的隐患。防止煤气中毒与爆炸已成为人们的迫切需要，为此，我们设计了一种一氧化碳报警器。鉴于单片机AT89S52具有高集成度等优点，我们设计了一种基于AT89S52的一氧化碳报警器。该报警器对一氧化碳（CO
2、）进行实时控制，当一氧化碳的浓度超过允许值时进行报警。为了提高系统的灵敏度和准确性，系统采用了一种十分稳定的传感器MQ-7。该传感器将置于测试环境中待测气体的浓度转换为模拟电压，再由模/数转换器ADC0809将模拟电压转换为数字信号，然后送入单片机AT89S52中进行处理。本设计正是实现ADC0809与AT89S52单片机的有机结合。此外还结合存储器AT24C02、液晶显示器LCD1602分别对检测数据进行存储和显示。 关键词：一氧化碳；单片机；报警器；传感器；模数转换器；存储器；液晶显示器AbstractWith the social progress and the improvement
3、 of peoples living standards, gas or natural gas has become the fuel of most families, the fire caused due to the gas leaking and the improper use of natural gas has brought great risks to peoples lives and property. To prevent gas poisoning and explosions have become the urgent needs of the people,
4、 for which we developed a carbon monoxide alarm.In view of the MCU AT89S52 has the advantages of high integration, we develop and design a carbon monoxide alarm based on it. The alarm does a real-time control on carbon monoxide (CO), and alarms when the carbon monoxide concentration exceeds the allo
5、wable value. In order to improve the sensitivity and accuracy of the system, the system uses a very stable sensor MQ-7. The sensor will convert the concentrations of the gas, which is in the test environment, to analog voltage. And afterwards the analog voltage will be converted to a digital signal
6、through the Analog to Digital Converter ADC0809, and then processed in the microcontroller AT89S52. This design is just to achieve the organic combination of the ADC0809 and AT89S52 microcontroller. In addition, the design also combines the memory AT24C02, LCD monitor LCD1602 to respectively storage
7、 and display the detection data. Key words：Carbon monoxide; MCU; Alarm; Sensor; Analog to Digital Converter；Memory; LCD monitor目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 课题背景和意义11.2 应用前景11.3 一氧化碳报警器的概述21.4 本次课题设计的目的21.5 本次设计的主要任务2第二章 器件介绍32.1 AT89S52单片机介绍32.1.1 主要性能32.1.2 与其它单片机相比的优缺点42.1.3 端口功能42.2 一氧化碳传感器介绍52.2.1
8、传感器的定义和作用52.2.2 传感器的分类62.2.3 传感器的发展趋势62.2.4 一氧化碳气体传感器MQ7介绍72.3 模数转换器ADC0809介绍82.3.1 内部结构82.3.2 引脚功能92.3.3 工作过程102.3.4 特性参数102.3.5 ADC0809转换结束信号的处理102.4 存储器AT24C02 介绍112.4.1 引脚功能112.4.2 AT24C02的读写时序122.4.3 I2C 接口介绍132.5 字符液晶显示器LCD1602的介绍142.5.1 LCD1602的功能及引脚说明142.5.2 LCD1602的指令说明及时序152.6 带汉字库的液晶显示器LC
9、D12864的介绍172.7 LED数码管介绍192.8 8155扩展并口介绍202.8.1 功能说明202.8.2 8155的结构及引脚202.8.3 8155的使用23第三章 硬件连接原理图253.1 8155接口电路253.2 ADC0809接口电路253.3 主控模块与复位电路及晶振接口电路263.4存储器AT24C02接口电路273.5 一氧化碳传感器与模/数转换器接口电路283.6 报警模块接口电路283.7 键盘接口电路283.8 LCD1602接口电路30第四章 方案设计314.1 设计要求314.2 系统组成31第五章 软件设计325.1 主程序流程图325.2 ADC080
10、9程序流程图335.3 存储器AT24C02程序流程图335.4 LCD1602液晶显示器程序流程图345.5 键盘程序流程图35第六章 调试386.1 系统调试过程386.1.1 硬件调试386.1.2 软件调试386.2 Keil 的使用386.2.1 概述386.2.2 使用方法386.3 Proteus 的使用406.3.1 概述406.3.2 PROTEUS使用方法简介40总结42致谢43附录44参考文献52第一章 绪论1.1 课题背景和意义随着国家经济水平的不断的提高，现代化、智能化的多功能建筑越来越多，对建筑的防火安全设计要求也越来越高。近年来，全国燃气行业发展迅猛，液化气、天然
11、气、煤制气等城市燃气作为清洁能源已在工商业和城镇居民用户中得到广泛应用，特别是随着“西气东输”工程的快速进展，燃气行业发展潜力巨大。以“西气东输工程”为开端的大规模天然气利用工程的实施，意味我国城市燃气将大踏步的进入“天然气时代”。我国天然气市场将迎来一个千载难逢的机会，城市燃气需求的主要增长点将体现在天然气上。2000年党中央国务院提出“西部大开发”的重大战略部署，特别是2002年“西气东输”第一期工程正式开工，这无疑为发展西部地区的燃气产业带来了历史性的机遇。西气东输工程，在西部优势资源和东部广阔市场之间建立起了一座“金桥”，西气东输工程投入使用后，每年供应长江三角洲地区100亿立方米天然
12、气。城市燃气的普及与应用无疑对改善城市的环境质量和提高居民的生活质量发挥了巨大的作用。但是随着燃气的广泛使用，由于燃气泄漏所引发的爆炸、中毒和火灾等事故也时有发生，这在某种程度上增加了城市的不安全和不稳定因素。一氧化碳（CO）为无色、无味、无刺激性气体，比重0.967，几乎不溶于水，不易被活性炭吸附。当碳物质燃烧不完全时，可产生CO，如人体短时间内吸收较高浓度的C0，或浓度虽低，但吸时间较长，均可造成急性中毒。CO与血红蛋白结合能力超过氧和血红蛋白的结合能力的200-300倍，当CO与血红蛋白结合形成的碳氧血红蛋白含量达到5%时，就会对人体产生慢性损害，达到60%时就会昏迷，达到90%就会死亡
13、。在不同浓度下，人体吸入一氧化碳时间和中毒症状如下表1-1所示：表1-1 不同浓度下一氧化碳中毒CO空气中的含量吸入时间和中毒显示症状50ppm成年人置身其中所允许的最大含量200 ppm（23h）后有轻微头痛、头晕、恶性400 ppm2h后前额痛、3h后有生命危险800 ppm45min头痛、恶性，23h内死亡1600 ppm20min头痛、恶性，1h内死亡为了使燃气更好地造福于民，造福于社会 ，减少并杜绝各种因燃气泄漏而引发的爆炸及火灾事故，各燃气使用单位及居民用户选择一种适合的燃气报警器实为必要之举。1.2 应用前景日本早在1980年1月开始实施安装城市煤气、液化石油气报警器的法规。19
14、86年5月日本通产省又实施了安全器具普及基本方针。美国目前已有7个州11个城市通过立法，规定家庭、公寓等都要安装一氧化碳报警器。随着城市燃气化的扩大，我国已有北京市、辽宁省、黑龙江省、山西省、哈尔滨市、青岛市、等相继发布燃气安全管理文件，做到政府立法和百姓自身提高安全保护意识有机结合。为了保障更广大人民群众的生命财产安全，一氧化碳报警器在更大范围内被使用是大势所趋。1.3 一氧化碳报警器的概述首先我们应该对国家标准规定的燃气报警器的种类有所了解。燃气报警器分为可燃气体泄漏仪（简称“检漏仪”），可燃气体报警控制器（简称“控制器”）、可燃气体探测器（简称“探测器”）、家用可燃气体报警器（简称“报警
15、器”）四大系列产品。报警器为居民家庭用的燃气报警器，一般安装在厨房，遇燃气泄漏时，报警器报警，以提醒居民。燃气报警器的核心是气敏传感器，俗称“电子鼻”。当气敏传感器遇到燃气时，传感器电阻随燃气浓度的变化而变化，随之产生电信号，供燃气报警器处理。处理后变成浓度成比例变化的电压信号，由线性电路加以补偿，使信号线性化，再经微机处理、逻辑分析，输出各种控制信号，当燃气浓度达到报警设定值时，燃气报警器发出报警信号。 1.4 本次课题设计的目的本次设计的目的是设计出性能可靠，经济实惠的一氧化碳报警器。目前，现有一氧化碳检测仪器主要是面对工矿企业或者公共场所的检测，价格高昂，对家庭不适用。因此，本次设计所面
16、对的是广大居民，其优点在于：（1）成本低廉并能对一氧化碳准确报警。（2）无需专业人员操作，只要放在合适位置，通电即可，连续使用、方便简捷。（3）能起到预防一氧化碳中毒事件的发生。该产品能够有效预防广大农村居民冬季燃煤取暖时一氧化碳中毒事件的发生，同时也能够给城镇居民安全使用天然气提供有力的保障。1.5 本次设计的主要任务本次设计利用单片机电路制作一氧化碳报警器，且侧重于软件设计。因此设计过程中最关键的部分就是“软件的设计”。这也是在设计过程中需要解决的最关键的问题。软件设计主要由“键盘控制程序”、“ADC0809信号转换程序”、“AT24C02存储器存储程序”、“LCD液晶显示器显示程序”四个
17、部分组成。首先，键盘是人机交互最基本的途径。键盘模块设计的好坏，直接关系到系统的可靠性和稳定性。其次，传感器检测到的数据是模拟信号，而单片机只能处理数字信号，因此需要模数转换器ADC0809进行信号转换，然后将转换得到的数据输出给单片机，由单片机进行数据处理，当浓度超过给定值时，控制报警器报警。此外传感器模块检测得到的数据还需要用存储器储存起来，以供需要时参考使用，也就是还需要用显示器把这些数据显示出来。第二章 器件介绍2.1 AT89S52单片机介绍12345678910111214151617181920134039383736353433323130292726252423222128(
18、T2)P1.0(T2EX)P1.1P1.2P1.3P1.4(MOSI)P1.5(MISO)P1.6(SCK)P1.7RST(RXD)P3.0(TXD)P3.1()P3.3(T0)P3.4XTAL2GND()P3.7XTAL1(T1)P3.5VCCP0.0(AD0)P0.1(AD1)P0.2(AD2)P0.3(AD3)P0.4(AD4)P0.5(AD5)P0.6(AD6)P0.7(AD7)/VPPALE/P2.7(A15)P2.6(A14)P2.5(A13)P2.4(A12)P2.3(A11)P2.2(A10)P2.1(A9)P2.0(A8)PDIPAT89S52单片机是MCS-51系列产品的升
19、级版，由世界著名半导体公司ATMEL在购买MCS-51设计机构后，利用自身优势技术（掉电不丢数据）闪存生产技术对旧技术进行改进和扩展，同时使用新的半导体生产工艺，最终得到的成型产品。根据不同场合的要求，这款单片机提供了多种封装，本次设计根据最小系统有需要更换单片机的具体情况，使用双列直插DIP40封装，如下图2-1所示：图2-1 AT89S52引脚图 DIP封装2.1.1 主要性能它是一款低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，片内集成256字节程序运行空间、具有8K在系统可编程Flash 存储器、1000次擦写周期、支持最大64K外部存储扩展，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。根据不同
20、的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在033MHZ之间。片内资源有4组I/O控制端口、3个16位定时器/计数器、8个中断源、双全工UART串行通道、软件设置低功耗空间、断电保护（掉电模式具有掉电标识符、掉电后可唤醒）、看门狗定时器和双数据指针。可以在4V5.5V宽电压范围内正常工作。不断发展的半导体工艺也让该单片机支持计算机并口下载，简单的数字芯片就可以制成下载线。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。 2.1.2 与其它单片机相比的优缺点（1）优点
21、： 功能比标准51强那么一点点，多128字节RAM、多一个定时器、多512字节EEPROM、内置8KROM 足够容纳一般程序； 容易买到； 资料众多，编程与51兼容，最适合学生或者初学者使用； 支持ISP下载，使用很方便； FLASHROM可下载10000次以上； 可靠性不错（2）缺点： 性能低，现在新型51单片机比AT89S52强的不是一两个，N多。 性价比不高，这样的功能，6-8块的价格不算便宜，STC单片机功能一样，价格只有它的一半； 封装是DIP40，太大了，不利于工业生产。 2.1.3 端口功能P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。
22、对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口也用来接收指令字节。在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2
23、的触发输入（P1.1/T2EX）。在FLASH编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 P1端口引脚第二功能： P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7 SCK（在系统编程用） P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访
24、问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR） 时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使
25、用，如下表所示。在FLASH编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 P3端口引脚第二功能： P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 INT0(外中断0) P3.3 INT1(外中断1) P3.4 TO(定时/计数器0) P3.5 T1(定时/计数器1) P3.6 WR(外部数据存储器写选通) P3.7 RD(外部数据存储器读选通) 此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。 ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许
26、）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。 PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时
27、，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。 EA/VPP：外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。 XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。2.2 一氧化碳传感器介绍当今时代
28、是高新技术迅速发展的信息时代。在这个时代里，获取准确可靠的信息成为做好一切工作的前提。要获取信息则离不开传感器。传感器在最近20多年获得了长足的发展。它在与国民经济相关的各个领域中的应用日益广泛，是信息采集和信息转换的重要部件，是测量和控制系统的首要环节，测试计量和工业自动化、智能化的关键技术。在世界范围内，一个国家的一项工程设计中所用传感器的数量和水平直接标志着这个国家科学技术的先进程度，因此世界各国自20世纪80年代开始都将其列为重点发展的关键技术，其也逐渐成为信息时代的焦点。2.2.1 传感器的定义和作用人用五官感受外界信息，将所得到的信息送入大脑并进行思维和判断，然后大脑命令四肢完成某
29、种动作。表观上传感器能够代替人的五官完成感受外界信息的功能，成为传送感觉的一种器件。然而“五官”感受的外界信息范围很窄，只是对人体无害的信息。但还有很多无法或难以感知的被测量，如紫外光、红外光、电磁场、无味无嗅的气体及特高温、剧毒物和各种微弱信号等，而这些信息传感器都可以感知。因为电信号具有高精度、高灵敏度，可测量控制的范围宽，便于传递、放大及反馈并连续可测、可遥测、可存储等很多优点，所以人们希望传感器还能将感知的信号放大、传输、存储及显示输出。于是，更广义地可以把传感受器归纳为一种能感受外界信息（力、热、声、光、磁、气体、湿度等等），并按一定的规律将其转换成易处理的电信号的装置。若被测量是电
30、量，可直接与各种智能仪器（计算机和机器人）连接，并进行信号处理。若被测量是非电量，如物理量（力学量、湿度、流量、物位、光学量和温度），化学量（成份、酸碱度和反应速度），生物量（血压、人体反应）等，则必须通过相应的传感器将它们转换成电量，再送入计算机进行处理。也就是说，能把被测物理量或化学量转换为与之有确定对应关系的电量输出的装置，就称之为传感受器，它通常由敏感元件和转换元件组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。随着电子集成技术的发展，测量处理电路也成为传感器的一部分，如下图 2-2所示。
31、当传感器的输出为标准化信号（例如0V5V，或4mA20mA）时，则称为变送器。辅助电源敏感元件转换元件测量电路被测量传感器输出 图2-2 传感器的组成传感器的作用就是测量。没有传感器就不能实现测量；没有测量，也就没有科学技术。它主要表现在以下几个方面：（1）信息的收集。（2）信息数据的转换。（3）控制信息的采集。2.2.2 传感器的分类由于被测信号的各类很多，而且一种被测量可以用不同种类的传感器来测量，一种传感器也可以测量几种被测信号，所以传感器的种类繁多，目前尚没有统一的分类方法，但常用的分类方法归纳如下：按工件机理分类，传感器分为物质型传感器和结构型传感器；按能源分类，传感器分为有源传感器
32、和无源传感器；按被测量范畴分类，传感器分为物理量传感器、化学量传感器和生物量传感器；按工作原理分类，传感器又分为电阻式传感器、电压式传感器、电容式传感器等。总之，为了使用的方便，不同的行业依据的分类方式不同，而且会随着传感器的发展而出现更新的种类。2.2.3 传感器的发展趋势随着时代的不断发展，科技的不断进步，传感器正努力向着以下几个趋势发展：（1）努力实现传感器的新特性；（2）确保传感器的可靠性，延长其使用寿命；（3）提高传感器集成化及功能化的程度；（4）努力实现传感器的微型化；（5）努力实现新型功能的材料的研发；（6）努力发展仿生物传感器；（7）努力实现多传感器信息的融合。2.2.4 一氧
33、化碳气体传感器MQ7介绍MQ7是本次设计所使用的传感器，它是一种半导体传感器。半导体传感器是典型的物质型传感器。这类传感器主要以半导体为敏感材料，在各种物理量的作用下引起半导体材料内载流子浓度或分布的变化，通过检测这些物理特性的变化即可反映被测量参数值。半导体传感器由于具有灵敏度高、响应快、使用寿命长、成本低等优点，特别是它可以由电阻值的变化直接实现气电转换，可实现气体的自动检测和远距离临检与报警，而且它便于集成化和智能化，因此，在传感器技术中，半导体传感器具有非常重要的地位，近年来受到普遍的重视，并得到了迅速的发展和广泛的使用。更准确的说，MQ7是一种半导体气敏传感器。半导体气敏传感器主要使
34、用半导体气敏材料，利用其与气体接触时使半导体的导电率等物理性质发生变化来检测待测气体的成分和浓度。自从1962年半导体金属氧化物气敏传感器问世以来，由于其具有灵敏度高、响应时间和恢复时间快、使用寿命长、价格低等优点，得到了广泛的应用，目前已成为世界上产量最大、使用最广的传感器之一。按照使用的基本材料，半导体气敏传感器可分为SnO2系列、ZnO系列、Fe2O3系列等。MQ7所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。采用高低温循环检测方式。低温（1.5V加热）检测一氧化碳时，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增大，高温（5.0V加热）清洗低温时吸附的杂散气体。使用简
35、单的电路即可将电导率的变化，转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-7气体传感器对一氧化碳的灵敏度高，这种传感器可检测多种含一氧化碳的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。1、MQ7的应用及特点MQ7主要用于家庭、商业、工业环境的一氧化碳、煤气探测装置。它的特点主要有以下几个方面：（1）对一氧化碳的高灵敏度；（2）优异的稳定性；（3）长寿命；（4）大的电信号输出；（5）优异的选择性。2、MQ7的基本规格MQ7的规格如下表2-1所示：表2-1 MQ7的规格适用气体一氧化碳CO探测范围101000ppm特征气体100ppm一氧化碳灵敏度R in air/R in typical gas5敏感体
36、电阻1K20K in 100ppm CO响应时间150s（70% Response）恢复时间150s（70% Response）加热电阻313加热电流加热电压5.0V0.2V/1.5V0.1V加热功率约350mW测量电压24V工作条件环境温度：-20+55湿度：95%RH环境含氧量：21%贮存条件温度: -20+70湿度:70%RH3、MQ7的基本测试回路MQ7的基本测试回路如下图2-3所示：VCCAAVCCBB1416325RES1R22图2-3 基本测试回路4、MQ7的工作原理因为一氧化碳传感器MQ-7内部有电阻丝，所以在工作前要预热2分钟。MQ-7的工作过程是：当MQ-7 检测腔内，空气
37、有敏感气体或烟雾时，A、B电极的电阻就会下降，然后负载电阻分压得到输出电压，然后把输出电压送给比较器反相输入端。比较器的同相输入端为比较参考电压，调制PR1电位器就可以调制比较基准，即传感器灵敏度。2.3 模数转换器ADC0809介绍2.3.1 内部结构ADC0809是一种8路模拟输入8位数字输出的逐次逼近式A/D转换器。目前在8位单片机系统中有着广泛的使用。其内部结构如下图2-4所示。由图可知，ADC0809主要包括：一个8路模拟开关、一个3位地址锁存和译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存缓冲器。（1）8路模拟开关：可对8路05V的输入模拟电压信号分时进行转换。（2）3位地址锁存和译码
38、器：当地址锁存允许信号ALE有效时，将3位地址ADDCADDA锁入地址锁存器中，经译码器选择8路模拟量IN0IN7中的一路通过8位A/D转换器转换输出。（3）A/D转换器：实现A/D转换功能。（4）三态输出锁存缓冲器：对变换数据进行锁存，因内部有缓冲器，故可以直接与CPU系统总线相连接。OESTARTCLKIN0IN1IN7EOCADDA三态输出 锁在缓冲器8路模拟开关地址锁存译码+-接口控制逻辑逐次变换寄存器A/D变换器D0D7ADDBADDCALEVin图2-4 ADC0809内部结构图2.3.2 引脚功能如下图2-5所示，ADC0809芯片是CMOS型单片双列直插式模/数转换器件，具有2
39、8个引脚。ADC0809可用单5V电源工作，模拟信号输入范围为05V，输出与TTL兼容。各引脚功能如下。IN0-IN7：模拟量输入通道。ADC0809对输入模拟量的要求主要有：信号单极性，电压范围05V，若信号过小还需进行放大。另外，在A/D转换过程中，模拟量输入的值不应变化太快，因此，对变化速度快的模拟量，在输入前应增加采样保持电路。ADDA、ADDB、ADDC：地址线。ADDA为低位地址，ADDC为高位地址，用于对模拟通道进行选择。如下表2-2所示。表2-2 地址信号与选中通道的关系地 址选中通道ADDCADDBADDA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN
40、3 IN4IN5IN6IN7ALE：地址锁存允许信号。在对应ALE上跳沿，ADDA、ADDB、ADDC地址状态送入地址锁存器中。START：转换启动信号。START上跳沿时，所有内部寄存器清0；START下跳沿时，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。D0D7：数据输出线。其为三态缓冲输出形式，可以和计算机的数据线直接相连。OE：输出允许信号。其用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高电阻；OE=1，输出转换得到的数据。初始化时START和OE要全为低电平。EOC：是否转换完毕我们根据EOC信号来判断。EOC=0，正在进行转换；EOC=
41、1，转换结束。当EOC为1时，这时给OE为1，转换的数据就输出给单片机了。VREF(REF)：参考电源。参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准，其典型值为+5V（VREF(+)=+5V，VREF (-)=0V）。1234567910121617814151819202122232425262728IN4IN5IN6IN7VREF(+)D0D1IN0IN1IN2IN3D2D3D4D5OECLOCKD6D7EOCADDAVREF(-)ADDBADDCALESTART 图2-5 ADC0809引脚图2.3.3 工作过程CPU送地址ADDCADDA、ALE，外设送模拟IN0IN7选通
42、INi接到Vin，接着START、CLK启动转换，转换结束后，送出EOC信号，CPU中断/查询获取EOC后，送出OE打开三态门，CPU从三态门输出口上读取D0D7，重复下一通道。对输入Vin，理想转换码： （2-1）2.3.4 特性参数（1）分辨率为8位。（2）最大不可调误差上1LSB。（3）单电源+5V。（4）可锁存三态输出，输出与TTL电平兼容。（5）当用+5V电源供电时，模拟输入电压范围为05V。（6）温度范围CC。（7）功耗为15mW。（8）转换速度取决于芯片的时钟频率，其时钟频率范围为10kHz1280kHz，若CLK=500kHz，转换速度为128us。2.3.5 ADC0809转
43、换结束信号的处理不同的处理方式对应的程序设计方法不同，有以下四种处理方法。（1）查询方式：把结束信号作为状态信号。（2）中断方式：把结束信号作为中断请求信号。（3）延时方式：不使用转换结束信号。（4）DMA方式：把结束信号作为DMA请求信号。2.4 存储器AT24C02 介绍以单片机为核心的应用系统经常要处理大量的数据，而单片机本身的数据存储空间是有限的，所以存储器模块在单片机系统中是一个经常被用到的模块。AT24Cxx系列芯片是Atmel公司生产的EEPROM存储器件，采用IIC总线技术，主要应用在存储一些掉电后还要保存数据的场合。在上次运行时保存的数据，掉电后在下一次上电时还能够调出。目前
44、广泛使用的接触式IC卡、密码锁等都使用到了该系列芯片。12345876AT24C02A1A2GNDVCCWPSCLSDAA0AT24C02是2K位的串行EEPROM器件，采且低功耗CMOS技术，内部含有256个8位字节，每页8字节的页写存储单元。该器件通过IIC总线接口进行操作，具有专门的写保护功能，可以擦除100万次，写入数据可以保存100年。其引脚如下图5-1所示。A2、A1、A0为地址输入端，SDA为串行数据输入/输出端，SCL为串行时钟输入端，WP为写保护控制端（WP=1时写保护有效，此时器件被设置为只读），VCC接+1.8V6.0V工作电压，VSS接地。图2-6 AT24C02的引脚图2.4.1 引脚功能AT24C02支持IIC总线数据传送协议，总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器，任何从总线接收数据的器件为接收器。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。主器件和从器件都可以作为发送器或