本科毕业设计火灾自动报警器(29页).doc

《本科毕业设计火灾自动报警器(29页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《本科毕业设计火灾自动报警器(29页).doc（28页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、-本科毕业设计火灾自动报警器-第 28 页1 引言1.1 火灾报警器的起源和发展火灾作为危害人类生存的大敌，越来越受到人们的重视。随着高层建筑的不断增多，火灾隐患增加。一旦发生火灾，将对人的生命财产造成极大的危害，于是人们开始寻求一种早期发现火灾的方法，以便控制和扑灭火灾，减少损失，保障生命安全。火灾报警器就是为了满足这一需要而研制出来的，已成为保护人身和财产安全必不可少的重要手段。现代化建筑中设置火灾自动报警系统，尤为重要。近年来，各部门对火灾自动报警系统的要求，不仅表现在数量上日益增多，而且对其功能和可靠性等方面提出更高的要求，这给我国消防工作带来新课题，并将进步促进我国火灾自动报警系统的

2、研制、生产、和应用的发展1。近年来，随着科学技术的飞跃发展，基于单片机有体积小、功耗小、成本低、价格廉以及控制功能强等，它的应用领域日益广泛。目前国内各种家用电器已普遍采用单片机控制取代传统的控制电路，做成单片机控制系统，如洗衣机、电冰箱、空调机等的控制器。在办公自动化领域，现代办公室中使用的大量通信、信息产品多数都采用了单片机，如通用计算机系统中的键盘译码、磁盘驱动、打印机等。在商业营销领域，已广泛使用的电子称、收款机、条形码阅读机、仓储安全监测系统等中已纷纷采用单片机构成专用系统。在工业自动化领域，如工业过程控制、过程监测、工业控制器及机电一体化控制系统等，这些系统除一些小型工控机外，许多

3、都是以单片机为核心的单机或多机网络系统，在智能仪表与集成智能传感器传统的控制电路及汽车电子与航空航天电子系统方面同样都用到了单片机2。单片机的应用正在不断的走向深入，这必将导致传统的单片机技术的日益革新。在实时监测和自动控制的单片机系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，现代火灾报警器就是采用单片机作为核心部件完成的。1.2 开发智能火灾报警系统的意义 由于开关量火灾报警系统受到开关量探测器工作原理的限制。尽管开发人员常常通过多种确认的方法来消除误报警，但也无法从根本上动态的反映出火灾变化的全过程，更不能实现对监视现场的环境进行自动学习，积累“经验”，从而准确的分析、判断现场的各种非火灾因

4、素和真实的火灾信号，以及对各种非火灾因素造成的探测器灵敏度的漂移进行补偿。于是，国内开始了对智能火灾报警控制系统的研究和开发。开发智能火灾报警系统的重大意义就是要在实现准确可靠的早期报警的同时，方便用户对系统的安装、调试，并且提供强有力的系统维护手段，降低系统的维护费用。1.3 本文设计的内容(1) 本系统是具有高可靠性的16路火灾报警器。(2) 以单片机为核心，设计硬件主控制器电路总体框图。(3) 对每个分框图分别设计具体电路。对火灾以声，光形式报警, 显示，控制电路功耗不大于10瓦.使用220伏交流电源、或12伏直流电源工作、两套电源互为备用。(4) 设计相应的软件流程图。(5) 依据流程

5、图设计控制程序。(6) 画出整体电路图。1.4 本论文的设计安排第一章是引言部分。第二章是整体设计方案，根据设计要求做了整体设计的规划，对设计的主要部件做了初步选用并画出设计总框图以便以后设计按此进行。第三章是各部分硬件的设计，这部分要进行具体的设计并且要对所设计的器件有一定的讲解。第四章是软件的设计部分，这部分要有程序流程图和主要的程序部分。第五章是结论部分，这部分要对火灾报警器的设计过程中得到的知识做一总结。2 总体设计方案火灾报警器的设计可采用多种方法，如简单的模拟电路设计也可以完成报警功能，也可采用火灾报警专用集成电路c14467来完成报警功能，这些火灾报警器不能对多处火灾集中监控，在

6、发生报警时不能准确的判断这是线路故障还是火灾发生且不能在短时间内判断是哪处发生故障或发生火灾3。我们要设计的是对16处进行的火灾监控，只需在值班室就可以监控。要在值班室对16路进行监控，就需要把报警器安装在值班室，为了在短时间内就能发现报警我们采用声光报警。虽报警系统发生报警，但我们还得判断这是线路故障造成的报警还是火灾发生造成的报警，而且要在短时间内知道这发生在哪一处房间，使损失降到最低。完成这一系统的功能采用简单电路是难以完成的，这是总体方案设计中比较难的部分，从各方面考虑，计划采用单片机来完成这些功能。2.1 整体设计思想基于上面的介绍，我们对整体设计思路做一叙述，假设我们的控制核心就采

7、用单片机。第一步必须有传感器及火灾探测器去感受信号，当火灾发生，火灾探测器需要把感受到的信号以高低电平的形式输出，传到接口电路，转换成单片机所能接受的电平。第二步当信号输入到单片机后，通过程序进行自检和故障检查。若探测器与火灾报警器之间的连线中断或探测器失效时，面板上显示相应的房间号，并发出单调的音响信号并通过火灾巡回检测程序判断输入信号有无火灾信号还是干扰信号，若是火灾信号，则显示器显示发生火灾的房间号码，报警灯闪烁和发出变调的音响信号。2.2 部分设计的初定2.2.1 火灾探测器的选用火灾探测器有感烟的和感温的。在许多情况下，火灾往往是先有烟而后起火的，因此使用感烟型传感器更能早发现火情，

8、减少火灾损失。离子感烟型传感器的灵敏度高而且价格低，因此我们在此采用离子感烟传感器。2.2.2 单片机的选用单片机的应用，首先是它的控制功能，即在于实现计算机控制。而在线控制应用方面，由于计算机身处系统之中，因此对计算机有体积小、功耗小、成本低、价格廉以及控制功能强等要求，对这些要求真可谓是非单片机莫属了。80C51是INTEL公司MCS-51系列单片机中最基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统。80C

9、51内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出(I/O)口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，80C51还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。80C51有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式2。在单片机的应用中，80C51是比较通用的，P0口，P1口，P2口共24个口用来做输入、输出口，足够本系统用。因此初步决定使用80C51作为此系统的核心部

10、件。2.2.3 输入接口电路由于要求设计16路火灾报警器，所以我们要用16路的探测器来探测。在探测器探测到的信号要传入控制器单片机时，要把信号转化为单片机能接收的电平，且需对16路信号巡回检测，采用单片机控制16选1的电开关来巡回检测，因此输入接口电路是非常重要的一部分设计。2.2.4 显示器与键盘的选用显示器可采用LED，由于只有16路，所以只用两个LED显示器即可。键盘有独立式键盘和行列式键盘。独立式键盘的缺点是需要占用较多的I/O口线。当单片机应用系统键盘中需要的按键比较少或I/O口线比较富余时，采用此类键盘。行列式键盘的键盘结构，能够有效地提高单片机系统中I/O的利用率4。因此初步设计

11、采用行列式的44或43的键盘。2.3 构造整体电路设计框图本系统是基于单片机控制的具有可靠性的16路火灾报警器。它以单片机为电路的主控制芯片。电路主要包括，火灾探测器、单片机及其扩充电路、输入、输出接口电路还有电源。电路框图如2.3所示。图2.3 整体框图3 硬件电路各部分的设计3.1 核心部分的设计3.1.1 80C51的引脚图及功能如左图3.1.1所示是40引脚双列直插的80C51管脚图。其中电源和晶振，大家都是比较了解的就不用在详细介绍。下面主要介绍80C51中比较重要的引脚的功能：(1)I/O口 有4个，32根。P08位、漏极开路的双向口I/O。当使用片外存储器时，作地址和数据分时复用

12、。在程序校验期间，输出指令字节（这时需要外加上拉电路）。P0作为总线时能驱动8个LSTTL负载。在本设计中此I/O口用做输 图3.1.1 80C51引脚图 出来给数码管提供输入信号。 P18位、准双向I/O口。在编程/校验期间，用做输入低位字节地址。P1口能驱动4个LSTTL负载。在此我们用它作为键盘的输入口。P28位、准双向I/O口。当使用片外存储器时，输出高8位地址。在编程/校验期间，接收高位字节地址。P2口可以驱动4个LSTTL负载。在此我们设计的采集信号输入口和报警输出口都是用的P2口。P38位、准双向I/O口，具有内部上拉电路。P3提供各种替代功能。在提供这些功能时，其输出锁存器应由

13、程序置1。P3口可以输入/输出4个LSTTL负载。P3.0RXD 串行输入口的输入。P3.1TXD（串行输出口），输出。P3.2INT0 ，在外部中断0的输入。P3.3INT1，外部中断1的输入。P3.4T0，定时器/计数器0的外部输入。P3.5T1，定时器/计数器1的外部。P3.6WR，低电平有效，输出，片外数据存储器写选通。P3.7RD，低电平有效，输出，片外数据存储器读选通。（2）控制线：共4根。RST复位输入信号，高电平有效，在振荡器工作时，在RST上作用两个机器周期以上的高电平，期间复位。EA/VPP片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。再编程时，其上施加21V的编程电压。ALE/

14、PROG地址锁存允许信号，输出。用作片外存储器访问时，低字节地址锁存。ALE一1/6的振荡频率稳定速率输出，可用作对外输出的时钟或用于定时。在EPROM编程期间，作输入。输入编程脉冲（PROG）。ALE可以驱动8个LSTTL负载。 PSEN片外程序存储器选通信号，低电平有效4。在从片外程序存储器取指令期间，在每个机器周期中，在PSEN有效时，程序存储器的内容被送上P0口PSEN可以驱动8个LSTTL负载。3.1.2 80C51单片机的复位方式复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操

15、作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键以重新启动。主要的复位方式有三种：上电自动复位、按键电平复位和外部脉冲复位5。此次设计是用按键电平复位。按键电平复位是通过复位端经电阻与VCC电源接通而实现的，电路如图3.1.2所示。按键电平复位电路中的电阻、电容参数设置都适合与设计的振荡电路，能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。 图3.1.2 按键电平复位3.1.3 80C51的时钟电路时序电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执行而时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的

16、时钟信号控制下严格地按时序进行工作。在80C51单片机内带有时钟电路，因此只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件（晶体振荡器和电容），即可构成一个稳定的自激振荡器。在80C51芯片内部有一个高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容。80C51单片机的时钟电路如图3.1.3所示。 图3.1.3 80C51单片机的时钟电路由图可见，时钟电路由下列几部分组成：振荡器及定时控制元件、时钟发生器、地址锁存允许信号ALE。(1)振荡器及定时控制元件在80C51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL

17、2。只需要在片外通过XATL1和XATL2引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，振荡器即可工作。振荡器的工作可以由（PD）位（特殊功能寄存器PCON中的一位）控制。当（PD）置1时，振荡器停止工作，系统进入低功耗工作状态。振荡器的工作频率一般在1.2 12MHz之间，现在由于制造工艺的改进，频率正向两端延伸，高端可达40MHz，低端可达0Hz。一般用晶体作定时控制器件；在不需要高精度参考时钟时，也可以用电感代替晶振；有时也可以由外部引入时钟脉冲信号。用晶振和电容构成谐振电路。C1和C2虽没有严格要求，但电容的大小影响振荡器的稳定性和起振的快速性，通常选用1030pF左右。在设计电路板时，

18、晶振、电容等均应尽可能靠近芯片，以减小分布电容，保证振荡器振荡的稳定性。当用电感或陶瓷谐振器作定时控制元件时，也是用电感或陶瓷谐振器构成谐振电路。此时的电容C1、C2在40pF10pF。在由多片单片机组成的系统中，为了单片机之间时钟信号的同步，应当引入惟一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。当外部输入时钟信号时，外部信号接入XTAL1和XTAL2端悬空不用。对外部信号的占空比没有要求，高低电平持续时间不小于20ms。(2)内部时钟发生器内部时钟发生器实质是一个2分频的触发器。其输入由振荡器引入的，输出为两个节拍的时钟信号。输出的前半周期，节拍1（P1）信号有效；后半周期，节拍2（P2）信

19、号有效。每个输出周期为一个计算机CPU状态周期，即时钟发生器的输出为状态时钟。每个状态周期内包括一个P1节拍和一个P2节拍，形成CPU内的基本定时时钟。(3)ALE信号一般地说，状态时钟经过3分频之后，产生ALE引脚上的信号输出。3.2 输入电路的设计3.2.1 火灾探测器的设计对于火灾的探测有多种传感器，常用的有感温传感器和感烟传感器。其中感温传感器是在火灾发生后，室内温度将升高，当感温探测器周围的环境温度到达设定温度以上时，传感器才动作。而在许多情况下，火灾往往是先有烟而后起火，因此使用感烟型传感器更能提早发现火情，减少火灾损失1。离子感烟型传感器的灵敏度高而价格低，很适宜制作火烟型火灾报

20、警器。离子感烟传感器的工作原理:离子感烟传感器由内、外两个电离室组成。电离室内有 P1、P2一对电极。外电离有孔与外界相通，烟雾可以进入；而内电离室是密封的，烟雾不能进入。离子感烟传感器的原理如图3.2.1（a）所示。再电极P1、P2之间放有放射性的同位素241的放射源。这个放射源能连续发出a射线，使极间的空气电离而产生正电离子和负电离子，这样两极间便具有导电性。在这对电极上电压E时，正负离子便向极性相反的方向移动。离子的移动称为离子电流Ip.离子电流的大小与外加电压E的大小有关，电压E越高，离子电流越大；电压E高到一定值时，离子电流呈饱和状态。这一饱和离子电流为Is如图3.2.1（b）所示。

21、图3.2.1(a) 图3.2.1(b)当外电离室有烟雾进入时，部分正离子和负离子被吸附在烟雾中燃烧生成物的微粒上（燃烧生成物微粒比离子大1000倍左右），因此它们在电场中运动的速度大大降低，并在运动中不断有正负离子中和，使离子数减少。烟雾浓度愈高，离子数量愈少，离子电流便愈小，相当于等效电阻的增大。而内电离室是密封着的，无烟雾进入，两极板间的离子电流是恒定不变的，其等效电阻也是恒定不变的。由于内、外电离室的电极是串联的。如图3.2.1（c）在无烟雾时，A点的电位等于E/2;有烟雾时，外电离室极间等效电阻增大，使A点电位降低，A点电位的降低与烟雾浓度成比例，有烟雾与无烟雾时，其电位差可达1V以上

22、。 图3.2.1(c) 等效电路UD02型离子感烟传感器:UD02型离子感烟传感器灵敏度高、可靠性好，其性能符合UL217标准。它具有两个离子室及一个放射源（镅241，0.9Ci）,它有三个电极等效电路如图3.2.1(d)，A电极（接+9V电源）、B电极（接地）、C电极（收集电极）。在205时，在清洁空气条件下收集电极的平衡电位为55.6V； 有烟雾时，收集电极的电位变为1.11.2V（阴暗度为4%/英尺,按UL271标准23.1规定；极间电容为4pF；镅241放射源为0.810.99C；重量为12克；主要材料为不锈钢及塑料）。图3.2.1(d)探测器数值的确定: 当指定的火灾探测区域比较大时

23、，首先要了解每个火灾探测器的范围，然后按照下式进行计算： NS/（KA）式中 N 表示一个探测区域内需要设置的探测器的数量，N取整数； S 表示一个探测区域的面积（m）; A 表示一个探测区域的面积（m）; K 安全系数；取0.70.8。感烟探测器的保护面积和保护半径如下表（3.2.1）表。表3.2.1 感烟探测器的保护面积和半径火灾探测器的类型地面面积S(m)房间高度n(m)探测器的保护面积(A)和保护半径(R)房顶坡度(H)H15 15H30H30A(m)R(m)A(m)R(m)A(m)R(m)感烟探测器S80h12806.7807.3808.0S806h12806.71008.01209

24、.93.2.2 输入电路的综合设计在设计输入电路时，首先考虑外界信号是怎样得来的，在这里要用到传感器，根据前面的介绍，我们采用UD-02型离子感烟传感器。这种传感器在清洁的空气条件下收集电极的平衡电位为55.6V；有烟雾时，收集电极的电位变为1.11.2。它在一般状态下电压是不变的或变化是小的，只有在有烟雾时才变，因此它的信号是不符合数字电路要求的，需整形。在整形时我们用到了三极管，根据三极管饱和导通和截止原理设计，即：当 IIsV/(R)时饱和导通；当UeU。=0.5V时截止。我们采用Rb=Rc=10k，在基极再加两二极管作为分压器件。当信号为1.11.2V时由于两极管分压UeIs 三极管饱

25、和导通，输出低电平。由于是十六路的采集信号，因此在此用到多路选择器，循环选择一路作为输入。十六选一是由两个八选一74151连接组成的，它的控制选择端A3,A2,A1,A0是由单片机自动完成选择功能的。输入接口电路如3.2.2图所示。图3.2.2 输入接口电路3.3 报警电路设计微机化测控系统中，一般的工作状态，可以通过指示灯或数码显示来指示，供操作人员了解。但是对于某些紧急状态，为了使操作人员不致忽视，以便及时采取措施，往往还需要有某种更能引人注意和提醒警觉的报警信号。这种报警信号，通常有两种类型：一是闪光报警，因为闪光的指示灯更能提醒人们注意；二是鸣音报警，发出特定的鸣音，作用于人的听觉器官

26、，易于引起和加强警觉。以上这两种报警系统称声光报警。3.3.1 报警用声光器件 声光报警的发光器件常用发光二极管，因为发光二极管不仅耗电小，而且有多种颜色可供选择，便于用闪光颜色区分不同报警信息。此外，也可以用白炽灯外罩彩色玻璃外壳作为闪光报警。声光报警的发生器件有电铃、电动警笛、电动式扬声器和压电陶器扬声器等。电动扬声器发生原理是：音频电流通过扬声器线圈、永久磁铁产生的磁场使载流扬声器线圈振动带动纸盒发声。压电发声器发生原理是：利用逆压电效应，当在压电陶瓷片上施加音频电压时，压电陶瓷片发生机械伸缩或弯曲，从而带动振膜发声，压电式扬声器由于体积小、质量轻、耗电小，故应用日益增多。近几年出现的小

27、型电磁音响器是一种新型电声器件，具有体积小、质量轻、电流小、耗能少、声压电平高、发生清脆柔和等特点，在国外被广泛使用在音响装置中，目前国内也已生产出同类产品。3.3.2 声光报警集成组件闪光报警和鸣音报警都可以由振荡信号驱动发光器件和发声器件来实现。因此原则上有分立元件或555电路构成的各种低频、音频振荡电路配上发光器件和发声器件都可以构成声光报警电路，而且发出警报和禁止报警可通过控制振动电路起振和停振来实现。除此之外，目前国内外还生产了一些声光报警专用集成组件。3.3.3 SG207 多用报警器件SG207是一种用途广、功耗小、连接元件少，使用灵活的声光报警集成电路。SG207内部原理框图如

28、3.3.3所示。该集成电路包括控制输入线、调制振荡器（f1）、混频放大器（G）、音频振荡器（f2）、闪光输出和扬声器输出推动级，以及内部稳压器(W)。调制振荡频率（f1）由3、4脚外接电容C1调节，音频振荡频率（f2）由5、6脚外接电容C2调节。f1对f2进行调节后，经混频放大再分两路同步输出：一路振动扬声器发声，一路驱动发光器件闪光发光6。经C1、C2不同容量的组合，可产生不同特征发光信号。图3.3.3 SG207内部原理图SG207的音响输出电流在50100mA范围，闪光输出电流为510mA,故一般情况下，可推动0.25W的喇叭和LED发光二极管，若需更大的功率，可外接PNP或NPN功率晶

29、体管。功率放大后，可推动大功率喇叭或灯泡3.3.4 报警电路综合设计我们设计的报警电路是声光报警电路，采用SGZ207多用报警组件来完成。对于这一多用报警组件，我们在上面有介绍。它的音响输出电流在50100mA范围，闪光输出电流为510mA，故一般情况下，可推动0.25W的喇叭和LED发光二极管。若需输出更大的功率，要外接PNP或NPN功率晶体管。功率放大后，可推动大功率喇叭或灯泡。我们设计的报警电路如图3.3.4所示。对它报警的控制是通过电源来控制。由于SGZ207所需电源电压612V，而单片机接口电压为5V，因此不能通过单片机输出电压作用SGZ207电源电压直接来控制，但是可以用单片机的输

30、出电压控制电子开关来控制SGZ207与12V电源的通断来控制报警与否。当单片机输出高电平时，电子开关三极管关闭，输出低电平，报警电路不工作；当单片机输出低电平，电子开关截止，输出高电平12V,报警电路开始工作。 图3.3.4 报警电路3.4 键盘接口电路的设计3.4.1 键盘的总体设计键盘是单片机不可缺少的输入设备，是实现人机对话的纽带。键盘按结构形式可分为非编码键盘和编码键盘。在单片机中使用的都是非编码键盘，因为非编码键盘结构简单、成本低廉。非编码键盘的类型很多，常用的有独立式键盘、行列式键盘等。独立式键盘是指将每个键盘按一对一的方式直接连接到I/O输入线上所够成的键盘。键盘接中使用多少根I

31、/O线，键盘中就有几个按键。这种类型的键盘，按键比较少，且键盘中各个按键的工作互不干扰。因此用户根据实际需要对键盘中的按键灵活地编码，缺点是需要占用较多的I/O口线。行列式键盘是用n条I/O线作为行线，m条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样，键盘中按键的个数是mn个7。这种形式的键盘结构，能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。在这个设计中，我们就采用44键盘，如图4.3 所示。 图3.4.1 44键盘3.4.2 键盘外接电阻的选用 由于在此键盘我们接的是P1口，所以我们要对P1口的结构原理有所了解，P1口原理图如图4.3.2所示。 图3.4.2

32、P1口的位结构原理图P1口的工作过程分析:(1) P1.i位作输出口用时：CPU输出0时，D=0，Q=0， Q=1，晶体管Q0导通，点被下为低电平，即输出0；CUP输出1时，D=1，Q=1，Q=0，晶体管Q0截止，A点被上拉为高电平，即输出1。(2) P1.i位作输入口时：先向P1.i位输出高电平，使A点提升为高电平，此操称为设置 P1.i为输入线。若外设输入为1时，A点为高电平，由BUF1读入总线后，B点也为高电平；若外设输入为0时，A点为低电平，由BUF1读入总线后，B点也为低电平。 P1口的特点:(1) 输出锁存，输出时没有条件；(2) 输入缓冲，输入时有条件，即需要先将该口设为输入状态

33、，先输出1；(3) 工作过程中无高阻悬浮状态，也就是该口不是输入态就是输出态。具有这种特性的口不属于“真正”的双向口，而被称为“准”双向口。这里需要注意的是，若在输入操作之前不将A点设为高电平（即先向该口线输出1），如果A点电平为低电平时，则外设输入的任何信号均被A点拉为低电平，即此时外设的任何信号都输不进来。更为严重的是，A点为低电平，则外设为高电平时，外设的高电平通过Q0强迫下拉为低电平，将可能有很大的电流流过Q0而将它烧坏。在此，由于我们的44的键盘在开始要设计四条行线为高，而同时有四条列线为低电平，因此我们需加一定的外设电阻来保护Q0，我选用5kW,由于：5V5kW=1mA这个值小于击

34、穿电流，能够起到保护作用。3.5 显示器接口电路的设计3.5.1 LED种类与单片机系统中LED的显示法在单片机系统中，经常用LED（发光二极管）数码显示器来显示单片机系统的工作状态、运算结果等各种信息，LED数码显示器是单片机与人对话的一种重要输出设备。LED数码显示器中的发光二极管共有两种连接方法。共阳极接法和共阴极接法。驱动电路中的限流电阻R,通常根据LED的工作电流计算而得到；R=（VccVled）/Iled,式中，Vcc为电源电压（5V）,Vled为LED压降（一般取2V左右），Iled为工作电流（可取120mA）。R通常取数百欧姆。在单片机应用系统中，LED数码显示器的显示方法有两

35、种：静态显示法和动态显示法。所谓动态显示是单片机应用系统中最常用的显示方法之一。它是把所有显示器的8个笔画段ah的各同名端互相并接在一起，并把它们接到字段输出口上。为了防止各个显示器同时显示相同的数字，各个显示器的公共端COM还要受到另一组信号控制，即把它们接到为输出口上。动态扫描显示由于各个数码管的字段线是并联使用的，因此大大简化了硬件电路。动态扫描显示接口电路虽然硬件简单，但在使用时必须反复调用显示子程序，若CPU要进行其它操作，那么显示子程序只能插入循环子程序中，这往往束缚了CPU的工作，降低了CPU的工作效率。所谓静态显示，就是每一个显示器各笔画段都要独占具有锁存功能的输出口线，CPU

36、把欲显示的字形代码送到输出口上，就可以使显示器显示出所需的数字或字符，常扫描显示器，所以节约了CPU的工作时间。但静态显示也有其缺点，主要是占用的I/O口线教教多，硬件成本也较高。所以静态显示法常用在显示器数目教少的应用系统中8。在此，我们只涉及16路显示，所以我采用了静态显示法，如图3.5.1所示。 图3.5.1 显示电路3.5.2 8255A芯片介绍和在此的应用图3.5.1采用了8255A扩展LED显示器，8255的A口、B口、C口工作在输出方式。80C51与8255A连接如3.5.1所示。如果用p2.7作为8255A的片选信号，A0、A1分别与P0.0、P0.1相连，8255A控制地址为

37、7FFFH，A口地址为7FFCH,B口地址为7FFDH,C口地址为7FFEH。在这里我们只用两个LED,在需要扩展时，在C口还可以加入一个LED,对程序稍做修改就可以了。8255A是为Intel公司微处理器设计的通用可编程并行I/O接口芯片。8255A通用性强，使用灵活，可与单片机系统总线直接接口。8255A的工作方式:8255A有3种工作方式：方式0（基本输入输出 ）、方式1（选通输入输出）、方式2（双向传送，紧适用于A口）。(1)方式0基本输入输出：A，B，C三个口都可以设置不为输入或输出方式，但不能既作输入又作输出。C口还可以分为上半部和下半部来分别设置传送方式，每部分4位。方式0适用于

38、无条件传输方式。(2)方式1选通输入输出：在这种工作方式下，A口和B口仍可作为数据输入输出口，而C口则规定某些位为A口或B口的联络信号。(3)方式2双向传送方式：紧适用于A口。A工作于方式2时，其输入输出都有独立的状态信息，C口的状态联络线被A口占用了5根，所以B口不能工作在方式2。8255A的控制字: 8255A作为可编程器件，可有软件来选择其工作方式，并且对C口的每一位都可以通过软件实现置位和复位，以便更好地发挥控制功能，8255A有两种控制字：工作方式控制字和端口C置位、复位控制字5。两种控制字写入控制寄存器（A1，A01，1时）中，并由其D7位来区分为何种控制字。工作方式控制字：825

39、5A工作方式控制字如图3.5.2所示。 图3.5.2 方式控制字8255A的结构:它是一个40引脚的双列直插式集成电路芯片，由以下几部分组成：有三个8位并行口：端口A、端口B和端口；数据总线缓冲器，这是一个三态双向8位缓冲器，它是8255A与系统数据总线的接口；读写控制逻辑，这部分电路与CPU地址总线中的A0，A1与控制信号RESET，（RD）， （WR）相连，它把CPU的控制命令或输出数据送到相应的端口，也把外部设备的状态信息和输入数据通过相应的端口送入CPU中；片选信号，低电平有效。A1，A0，（RD），（WR），RESET，及（CS）组合实现的控制功能如表3.5.2所列。 表3.5.2

40、A1,A0,（RD）,（WR）,RESET,及（CS）组合控制功能 操作CSA1A0RDWR选中端口功能输入（读）00001A口A口 数据总线00101B口B口 数据总线01001C口C口 数据总线输出（写）00010A口数据总线 A口00110B口数据总线 B口01010C口数据总线 B口01110控制寄存器数据总线 控制寄存器禁止功能1数据总线为高阻态01101非法条件0111数据总线为高阻态3.6 电源系统的设计在这火灾报警器的设计中所用到的电源，由交流电源和蓄电池两套电源互为备用供电。当市电220V交流供电时蓄电池存电不供电；当市电停电时由蓄电池供电。在电路中，我们用到的电源有直流12

41、V、9V、5V，因此在我们实际应用中，需将交流电整流成直流，并采用7812、7809、7805三块稳压块来得到所需电压。本装置电源原理如图3.6所示。由市电220V供电时，电压经变压器，其二次侧一路输出16V，经过整流桥U1整流和电容C1、C2、电位器Rp组成的n型滤波器滤波后，对铅酸蓄电池G经行充电，充电大小可由Rp经行调节；另一路输出16V电压，经整流桥U2整流，电容C3、C4经行滤波后，经三端集成块7812、7809、7805给负载RL提供直流电源。在这里用到了电子继电器，在市电供电时，蓄电池到负载的线路接的是继电器的常开开关，这时蓄电池只能充电而不能向负载供电；当市电停电时，常开开关闭

42、合，这时蓄电池开始向负载供电。 图3.6 电源原理图3.6.1 单相桥式整流电路在此采用的是单相桥式整流电路，它的一般电路如图4.5.1(a)所示，电路中采用了四个二极管，接成电桥形式，故成为桥式整流电路。由上图3.6.1(a)可见，在U2的正半周期内，二极管VD1、VD2导电，VD3、VD4截止；U2负半周期时，VD3、VD4导电，VD1、VD2截止。正负半周都均有电流流过负载电阻RL，而且无论在正半周期还是在负半周，流过RL的电流方向是一致的，因而使输出电压的直流成分得到提高，脉冲成分被降低。 现将三种单相整流电路 电路的主要参数列于表3.6.1中，以便于读者进行比较。 图3.6.1(a)

43、 单相桥式整流电路表3.6.1 单相整流电路的主要参数(忽略变压器内阻和整流管压降)主要参数电路形式U0(AV)/U2S ID(AV)/IO(AV)URM/U2半波整流0.45157%100%1.41全波整流0.9067%50%2.83桥式整流0.9067%50%1.41有上表可知，在同样的U2之下，半波整流电路的输出直流电压最低，而脉动系数最高9。桥式整流电路和全波整流电路当U2相同时，输出直流电压相等，脉动系数也相同，但桥式整流电路中，每个整流管所承受的反向峰值电压比全波整流电路为低，因此它的应用比较广泛。3.6.2 滤波电路无论是哪种整流电路，它们的输出电压都含有较大的脉动成分。除了在一

44、些特殊的场合可以直接用作放大器的电源外，通常都采用一定的措施，一方面尽量降低输出电压中的脉动成分，另一方面又要尽量保留其中的直流成分，使输出电压接近于理想的直流电压9。这样的措施就是滤波。在此我们用到了电容滤波电路如图3.6.2(a)所示和RC-型滤波电路如图3.6.2(b)所示。 图3.6.2(a) 电容滤波电路 图3.6.2(b) RC-型滤波电路加了电容滤波以后，能使输出电压的直流成分提高，输出电压的脉动成分降低。电容放电的时间常数t=RLC愈大，放电过程愈慢，则输出电压愈高，同时脉动成分也愈少，即滤波效果愈好。3.6.3 三端集成稳压器的应用在此我们采用了三块三端集成稳压器，三端集成稳压器的使用十分方便。从变压器输出的交流电压经过整流滤波后，输入到78稳压块的输入端和接地端，即可以从稳压块的输出端获得稳定的直流电压输出。为了改善纹波电压，常在输入端接入电容C1，一般C1的容量为0.33mF。同时在输出端接上电容C0，以改善负载的瞬时响应，C0的容量一般为0.1mF。应用电路如图3.6.3所示。 图3.6.3 78典型应用电路三端固定输出稳压块的使用注意事项：(1)分清三个引脚，三端集成稳压器的输入、输出和接地端装错是很容易损坏。(2)输出电压大于6V的三端稳压块，应在其输入、输出端接一保护二极管，防止输入电压突然降压时，输出电容对输出端放电引起稳压