(2)嵌入到工控应用系统中的结构形态。 (3)能在工业现场环境中可靠运行的品质。
(4)突出控制功能。如对外部信息的捕捉、对控制对象实时控制和有突出控制功能的指令系统(I/O控制、位操作和转移指令等)。
单片机有惟一的专门为嵌入式应用系统设计的体系结构与指令系统，最能满足嵌入式应用要求。单片机是完全按嵌入式系统要求设计的单芯片形态应用系统，能满足面对控制对象、应用系统的嵌入、现场的可靠运行及非凡的控制品质等要求，是发展最快、品种最多、数量最大的嵌入式系统。 2.3.1一氧化碳报警器系统的三大部分
单片机应用系统的结构分三个层次。
(1)单片机：通常指应用系统主处理机，即所选择的单片机器件。
(2)单片机系统：指按照单片机的技术要求和嵌入对象的资源要求而构成的基本系统,如时钟电路、复位电路和扩展存储器等与单片机构成了单片机系统。
(3)单片机应用系统：指能满足嵌入对象要求的全部电路系统。在单片机系统的基础上加上面向对象的接口电路，如前向通道、后向通道、人机交互通道(键盘、显小器、打印机等)和串行通信口(RS232)以及应用程序等。
单片机应用系统三个层次的关系如图2.3:
图2.3 单片机应用系统三个层次的关系（注：该图应自己绘制，不要现成图片！） 以此理解，程控一氧化碳报警器同样具有单片机应用系统的三个层次。其中以MCS-8051单片机为核心构成单片机系统。在此系统中，检测信号进入单片机进行运算处理，控制外围电路。为了更好的理清设计思路，将整个系统细分为三部分加以设计说明。整个报警器由三个部分组成，分为三大模块：浓度检测及显示模块、主控模块和报警及事故处理模块。在本次设计中，使用的核心器件是单片机和一氧化碳传感器。为了保证整个系统可靠的运行，设计中必须明确三大部分的实际联系：以单片机为中心，其他各大模块一一展开。其中，浓度检测及显示模块所实现的功能是将房间中的一氧化碳浓度
值转换成为单片机能够处理的数字信号，并且将浓度值显示出来；主控模块以单片机为主，对其他模块的运行进行控制；报警及事故处理模块是此系统的外围电路，它的功能实现形式最人性化，体现了智能控制，在检测到一氧化碳浓度超过指定值时会启动蜂鸣器报警，报警无效后即会进行处理，启动排气扇和关闭电磁阀来防止事故的发生。系统框图如图2.3所示。
图2.3 一氧化碳报警器系统组成框图
下面就对各个模块的功能和实现形式作简单介绍。 2.3.2系统各个模块功能说明 （1）气体浓度检测模块
程控一氧化碳报警器采用三路巡回检测的方法，可以检测三个不同的房间也可以用来检测同一个房间三个不同的方位。检测器件采用高温一氧化碳气体传感器TP-2检测房间气体浓度，检测结果将经过高精度运放器放大后送入模/数芯片ADC0809中进行模—数转换，单个传感器的检测电路如图2.4所示。
图2.4 单个传感器电路图
（2）主控模块
系统选用单片机控制，采用MCS－51单片机。MCS－51系列单片机是美国Intel公司1980年推出的一种高性能8位单片微型计算机。内带4K字节的内存和程序保护系统，便
于程序的调试修改和保密，各管脚的功能将在随后的知识中加以介绍。它的主要功能既是和ADC0809芯片一起共同接收检测信号，又可以通过对数字信号的处理来控制外围电路以及显示电路。模数转换芯片采用ADC0809，接收经过运算放大器处理后的一氧化碳传感器的检测值，三路检测结果经过ADC0809处理后送单片机进行数据处理。处理后的信息将通过单片机控制，在LED显示管上显示出来，并且控制事故处理模块。 （3）报警及事故处理模块
此模块主要由蜂鸣器、电磁阀和排气扇组成。在气体浓度过大，超过安全值时蜂鸣器工作，提供报警服务。这个时候，用户可以自行关闭煤气，并通过对房间通风来解决。如若5分钟内气体浓度依然超过安全值，系统自动启动排气扇来降低房间一氧化碳浓度，并且关闭电磁阀来防止煤气泄漏造成事故。
至此，本系统三大模块功能和设计思路已经确立，下文将介绍整个系统的详细设计过程，并且给出设计电路。 2.3.3系统功能扩展
由于设计的一氧化碳报警器为单机产品，而现实中的应用多为小区型应用。所以，在设计中，我考虑到将此一氧化碳报警器添加网络技术，使其能够和主机相连，从主机中能够获得分机所检测的信息。单片机在网络中的应用主要是应用了串口通信技术，这种技术是在智能型领域的综合应用，是值得发展的新技术。在下文中将详细介绍串口通信技术。
3 硬件电路设计
每一个设计都要以一定的知识为基础，知识的多少在一定程度上决定了设计出来的东西的好坏程度，这些知识包括硬件知识和软件知识。硬件知识用来设计硬件电路，以实现电路的放大、驱动、采集、隔离、匹配等功能。软件知识用来设计芯片处理数据的先后顺序，数据的获得途径以及对数据做怎样的处理，还有其他的一些驱动和显示功能等等。当然，在硬件电路里一些芯片是必不可少的，软件设计也需要对芯片进行编程序。本章将介绍本次设计用到的一些基本知识和主要芯片。 3.1 设计使用的基本知识介绍
我们在学校里学到的几乎都属于基本知识，它是指最最基础的东西，我们只有掌握了它才能作更深一步的学习。在实际的应用中，基本知识的掌握程度至关重要，它影响到应用的好坏。本设计应用到的基本的硬件和软件知识将在本节里作简单的介绍。 本设计用到的硬件知识主要有：模拟电子技术、数字电子技术、电子线路的设计与调试、单片机的输入输出、串口通信技术、ADC0809模数转换器的使用方法。 在模拟电子技术方面，主要用来放大传感器检测信号和驱动发光二极管以显示传感器检测到气体浓度。数字电子技术用来把模拟量转换成数字量，把从传感器检测到的模
拟量转换成数字值。利用单片机实现综合控制。 3.2 芯片介绍[4]及相关电路模块设计
集成块出现使硬件电路设计更加简单易懂，从而得到了广泛的应用。在这次毕业设计中用到的主要芯片有单片机MCS8051、模数转换器ADC0809、LED数码显示器等。下面详细介绍它们具体的应用方法。 3.2.1主控电路原理
主控电路中，以单片机为主体，通过分析A/D转换得到的数字值，控制事故处理模块的运行。它是系统的大脑。
单片机（MICROCONTROLLER，又称微控制器）是在一块硅片上集成了各种部件的微型机算计，这些部件包括中央处理器CPU、数据存贮器RAM、程序存贮器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。
主机电路由8051作为程序存储器。8051的封装管脚如图3.1所示[2]。
图3.1 8051封装引脚图（注：该图应自己绘制，不要现成图
片！）
8051的主要的特点：
1.采用高性能的HMOs生产工艺生产。
2.内部含定时／计数器。 3.有二级中断优先处理结构。 4.有32条I／O线，输出输入能力强。 5.程序寻址空间达64K字节。
6.内EPROM有保险功能，可保护EPROM防止软件误写入 7.有布尔处理功能，可扩展用途。 8.对内部RAM有位寻址功能。
9.有可编程的全双工串行接口。
8051的内部结构主要包括有ALU部件、定时和控制部件、并行I／O接口、串行I／O接口、定时器部件、程序存储器、数据存储器等七个部分。 ALU部件含有ALU单元以及累加器Acc、寄存器B、栈指针SP、数据指针DPTR、程序状态字PSW、暂时寄存器TMP1、TMP2等。ALU除了可以进行四则算术运算之外，还可以进行布尔运算。
定时和控制部件用于产生指令执行的同步信号及微操作信号。它和ALU部件形成了8051的CPU[14]。
并行I／O接口有P0、P1、P2和P3共四个，它们都是8位并行端口。它们都是双向通道，每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。作输出时数据可以锁住；作输入时数据可以缓冲。但这四个通道的功能不完全相同。其中，P0 口是地址／数据复合总线，它用于传送低8位地址A0～A7；也用于传送数据D0～D7。P2口是高8位地址A8～A15的地址总线，但也可作一般的I／O口。P1是一个纯I／O口，它只用于数据的输入输出。P3是控制信号及I／O信号复用口，它除了用作1／O口之外，还用于传送控制信号。P3口对应引脚用于控制信号时的情况如表3.1所示。
表3.1 P3口的引脚功能
控制信号 引脚信号 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
这个系列的技术性能如下：工作环境温度0～＋70℃，存储环境温度－65°C～十1500℃。EA／Vpp端对Vss的电压为-0．5～十21．5v，任何脚到Vss的电压为-0．5～十7v，电源电压十5V土10％，电源电流为125～250mA，电源功耗为1.5w。
MCS-51单片机通常采用上电复位和按钮复位两种复位方式。上电复位是利用电容的充放电来实现。按钮复位又分为按钮电平复位和按钮脉冲复位。前者，将复位端通过电阻与VCC相接；后者，利用RC微分产生正脉冲来达到复位的目的。复位电路参数的选择，应能保证复位高电平持续时间大于两个机器周期[3]。在设计中，用到了单片机对输入口进行查询并输出相应的高低电平实现后续工作的控制功能，这将着重在软件设计部分讲
说明 串行数据输入 串行数据输出 外部中断0 外部中断1 定时器0输入 定时器1输入 写存储器信号 读存储器信号 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD