信息工程学院 家用多功能报警器的设计
1、概述
LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。引脚图如下所示。
输出 1输入 1（-）输入 1（+）123-+-+8765VCC输出 2输入 2（-）输入 2（+）
VEE4 图3.10 LM358引脚图
2、LM358的特性 (1)内部频率补偿
(2)直流电压增益高(约100dB) (3)单位增益频带宽(约1MHz)
(4)源电压范围宽：单电源(3—30V)；双电源(±1.5一±15V) (5)低功耗电流，适合于电池供电 (6)低输入偏流
(7)低输入失调电压和失调电流 (8)共模输入电压范围宽，包括接地 (9)差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 (10)输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V)
4 单片机接口电路设计
4.1 单片机的选型
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4.1.1 AT89S51的主要功能特性
AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP (In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，32个外部双向输入/输出(I/O)口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗(WDT)电路，片内时钟振荡器。 此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统等可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有适应不同产品需求的PDIP、TQFP和PLCC三种封装形式。
1．主要特性
1) 8031 CPU与MCS-51 兼容 2) 128*8位内部RAM
3) 4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环) 4) 全静态工作：0Hz-24KHz 5) 三级程序存储器保密锁定 6) 32条可编程I/O线 7) 两个16位定时器/计数器 8) 6个中断源 9) 可编程串行通道
10) 低功耗的闲置和掉电模式 11) 片内振荡器和时钟电路 4.1.2 AT89S51的内部结构及管脚
AT89S51的内部结构如图4.1所示：
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图4.1 AT89S51内部结构图
管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：P1口是一个由内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收和输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部拉高，将用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，被内部上拉电阻拉高，作为输入。当作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。当P2口用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址1时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
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P3口：P3口管脚也是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入1后，它们同样被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)。
P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 /INT0(外部中断0) P3.3 /INT1(外部中断1) P3.4 T0(记时器0外部输入) P3.5 T1(记时器1外部输入) 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)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
I/O口作为输入口时有两种工作方式即所谓的读端口与读引脚，读端口时实际上并不从外部读入数据而是把端口锁存器的内容读入到内部总线经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线上面。输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作这是由硬件自动完成的，无需手动操作，然后再实行读引脚操作否则就可能读入出错。如果不对端口置1，端口锁存器原来的状态有可能为0Q端，当0Q^为1加到场效应管栅极的信号为1则该场效应管就导通并且对地呈现低阻抗,此时即使引脚上输入的信号为1也会因端口的低阻抗而使信号变低，使得外加的1信号读入后不一定是1。若先执行置1操作则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入，由于在输入操作时还必须附加一个准备动作所以这类I/O口被称为准双向口。89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向接口。
RST：复位输入端口。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用做定时器。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。ALE只
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有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态的ALE禁止，置位无效。
PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号不会出现。
/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH)，不管是否有内部程序存储器。但是在加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部为程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1：反向振荡放大器及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。
4.2 温度检测电路
4.2.1 温度传感数据采集电路
传感器是检测系统中的必要工具，处于检测系统的输入端，是检测系统的第一环节，通常是检测系统与被测量对象间的接口，我们将自动检测装置中最初感受被测量并将其转换为可用信号输出的器件称为传感器，它由敏感元件，转换原件和其他辅助部分组成，传感器的工作特点具有高精度，低成本，高灵敏度，稳定性好，工作可靠，抗干扰能力强，动态特性良好，结构简单，便于维护，功耗低等。基本功能如下：
(1)它是一种测量装置，具有一定精度，能完成检测任务。 (2)其输入量是某一被测量，或是物理，化学，生物。
(3)其输出量是一种物理量，这种量便于传输，转换处理，显示等。 (4)传感器的输入量与输出量是已知的。
本电路温度传感器数据采集部分由温度传感器DS18B20和电阻R14等器件组成。DS18B20支持一线总线接口，测量温度范围为–55℃~+125℃。可直接将被测温度转化成串行数字信号，以供单片机处理，通过编程DS18B20可以实现9~12位的温度读数，信息经过单线接口送入DS18B20读、写和执行温度变换所需的电源可以由数据线本身提供，而不需要外部电源。
由于DS18B20温度传感器要求，R14为上拉电阻，选R14=4.7K。如图4.3所示：