基于单片机的煤气泄漏报警专业系统设计.doc

摘 要煤气已成为人们生活中必不可少能源了，煤气泄漏时有发生，煤气泄漏使人中毒，也许会发生爆炸，给人们人身安全和财产安全带来了诸多隐患，因此防止煤气泄漏检测装置已成为人们迫切需要，为此开发煤气泄漏报警检测装置是非常必要。计算机以及单片机普及和信息技术迅猛发展，人们已经对家庭住宅环境提出了更高规定，智能化、信息化被引入家庭，便利，舒服并且更加安全。家庭智能化定义，在国际上至今尚无一致理念，在当代化城乡住宅社区中和采用微型计算机、自控装置、通信等技术，建立一种物业管理中心与安全防护监控系统，最后目是使每一种祝贺得到满足其规定最佳方案。这些足以表白人们最注重还是安全。并且国家建设部规定，当前住宅社区应实现六项智能化规定，其中就涉及实行安全防范系统自动化监控管理；防盗报警系统应安红外或微波与煤气泄漏报警器等各种类型报警装置，基于此项规定，煤气泄漏检测报警装置实现智能化势在必行。本系统重要针对老式煤气，液化气泄漏进行检测，报警。本系统有如下特点：用单片机实现控制，电路简朴、价格便宜、可靠性好。采用增强型51单片机，MQ-2气体传感器，煤气泄漏是会发出灯光和声音报警，因而本系统可作为智能家居一种安全系统！核心词：煤气泄漏；单片机；气体传感器AbstractGas has become an essential energy in peoples lives，Gas leak incident occasionally，gas leak can make people explode，brought a lot of hidden dangers to personal safety and property security of people，so to prevent the gas leak detectionthe device has become an urgent need，for the development of the gas leak alarm detection devices is necessary.The popularity of computer and microcontroller，and the rapid development of IT，people have been raised on the family residential environment a higher demand intelligence，information was introduced to the family，convenient，comfortable and more secure.The definition of the family of intelligent，in the international community so far there is no consistent philosophy in the modern urban and rural residential area and the use of micro-computer，automatic control devices，communication technologies such as the establishment of a property management center and the security monitoring system，the ultimate aim is each congratulate get the best solution to meet their requirements. These are sufficient to show that the security focus. The provisions of the Ministry of Construction，the residential area should achieve six intelligent，including the implementation of the automated monitoring and management of security system；burglar alarm system should be infrared or microwave，gas leak alarms，and other types of alarm devices，based on this paragraph，gas leak detection alarm device intelligence is imperative.This system is mainly for conventional gas，liquefied petroleum gas leak detection，alarm. This system has the following characteristics：with MCU control circuit is simple，cheap，and good reliability. Enhanced 51 microcontroller，the MQ-2 gas sensors，gas leak emits light and sound the alarm，this system can be used as a smart home security system!Keywords：gas leak；microcontroller；gas sensor目录1 引言11.1 煤气泄漏检测报警装置背景及意义11.2 煤气泄漏报警器现状21.3 设计任务32 煤气泄漏检测报警装置方案设计42.1 设计思想42.2 气体传感器选型42.2.1气体传感器简介42.2.2气体传感器选定72.3 煤气泄露报警系统整体设计方案82.3.1煤气泄露报警器工作原理82.3.2煤气泄露报警器构造82.4 装置功能阐明92.5装置主体图93煤气泄漏检测报警装置硬件某些设计103.1 STC12C5A60S2系列单片机简介103.2 STC12C5A60S2系列单片机内部构造123.2.1 管脚阐明.123.2.2引脚电路连接.143.2.3 振荡器特性.153.3 单片机领域前景及发展状况153.4 STC12C5A60S2系列单片机最小应用系统163.4.1 电源电路.163.4.2 时钟电路.173.4.3 复位电路.183.5 传感器电路193.5.1 MQ-2传感器简介.193.5.2 传感器电路连接.213.6 显示电路213.7 串口下载模块223.7.1 关于 RS-232.224 煤气泄漏检测报警装置软件某些设计244.1 主程序设计流程与编程244.1.1 主程序设计流程图.244.2 A/D转换模块编程264.2.1 A/D转换模块构造.264.2.2 A/D转换模块程序.264.3 5110液晶模块编程274.3.1 液晶模块编程模式.274.3.2 液晶模块程序.274.4 报警主程序315 煤气泄漏检测报警装置调试335.1 Keil简介335.2 程序调试环节345.2.1 程序调试过程中问题及解决.35总结与展望37道谢38参照文献39附录A40附录B491 引言1.1 煤气泄漏检测报警装置背景及意义近年来随着人们生活水平提高，管道煤气和罐装煤气已经进一步到百姓家庭。但是由于使用不当或者设备老化等因素导致煤气泄漏极大威胁着人们生命以及财产安全CO是一种无色、无嗅、无味、无刺激性气体，几乎不溶于水，当与空气混合达到12580时具备爆炸性。此外，CO通过人体呼吸作用进入血液循环，导致缺氧血症，导致组织缺氧，抑制组织呼吸。它又是煤气中对人体危害最大有毒气体。当前，管道煤气和罐装煤气早已进入寻常百姓家，但由于使用不当或设备老化等导致煤气泄漏问题也日趋突出，极大地威胁人们生命财产安全。在实验室进行研究工作及工业现场施工时，也经常浮现因有毒气体泄漏而引起事故，有时甚至危及生命和财产安全。因而，研制有效，可以用于工业现场和用于家庭环境有害气体检测装置具备很大意义，市场应用前景辽阔。 下面是一氧化碳与健康成年人中毒也许发生症状50ppm 健康成年人在八小时内能承受最大浓度200ppm 2-3小时后轻微头痛，乏力400ppm 1-2小时内前额疼痛，3小时后威胁生命800ppm 45分钟内眼花、恶心、痉挛；2小时内失去知觉；2-3小时内死亡1600ppm 20分钟内头痛、眼花、恶心；一小时内死亡3200ppm 5-10分钟内头痛、眼花、恶心；25-30分钟死亡12800ppm 1-3分钟死亡依照以上数据，可见煤气泄漏时刻危害着人们生命，当煤气泄漏不但可以使人中毒，并且还随时也许发生爆炸危险，面对煤气泄漏而导致种种事故威胁，咱们需要一种解决办法。使用煤气报警器是对付煤气无形杀手重要手段之一。煤气专家指出，煤气泄漏或废气排放而大量产生一氧化碳是煤气中毒事件根源，如采用煤气泄漏报警器就能得到及时警示。关于部门经长期测试得出结论，煤气报警器防止煤气泄漏事故发生有效率达95%以上。因此如何防止煤气中毒与爆炸已成为人们迫切需要。1.2 煤气泄漏报警器现状当前，普通煤气报警器功能单一，性能未定性差，并且大型监控系统价格不菲，需要专门人员管理，不适合居家使用。家用煤气泄漏检测与报警是非常重要煤气安全设备，它是安全使用煤气最有一道防线。煤气泄漏报警器通过气体传感器探测周边环境中低浓度可煤气体，将探测新号用模仿量传递给控制电路，当可煤气体浓度超过设定值时，装置报警灯会发出信号，报警器会发出声音报警。煤气体报警器探测煤气体传感器重要是有氧化物半导体、催化燃烧型、热线型气体传感器，尚有少量其她类型。这些传感器都是通过对周边环境中煤气吸附，在传感器表面产生化学反映或者电化学反映，导致传感器电物理特性变化。煤气泄漏报警器广泛应用在都市安防、社区、公司、工厂、学校、仓库、化工等众多领域。按检测气体可分为：可煤气体报警器，有毒气体报警器和复合式气体传感器。气体传感器检测气体有，一氧化碳，二氧化碳，甲烷，氢气等可燃或者有毒气体！煤气泄漏报警器从功能上可分为仅有泄漏报警功能报警器和可以批示所探测到气体浓度并且具备报警功能检测报警器。从使用场合上可分为民用报警器和商用报警器。民用普通是独立在住宅中使用煤气报警器，功能简朴。商用重要使用在煤气运送、储存场合、使用煤气和也许有煤气泄漏工厂和公共场合。都市煤气规范中规定地下室，半地下室，地上密闭空间用气房间，建筑管道井，封闭计量表房等都要安装煤气报警器。建筑和煤气有关规范和法规也推荐使用民用煤气泄漏报警装置。工业用固定式气体报警器是由报警控制器和探测器构成，控制器可防止于值班室。重要对各监测点进行监控，探测器安装于气体最容易泄漏地点，其核心部件为内置气体传感器，传感器检测空气中气体浓度。探测器将检测到气体浓度转换成电信号，通过线缆传播到控制器，浓度越高信号越强，当气体浓度达到或者超过报警点时，报警器发出报警新号，如果是阀门泄漏可启动电磁阀及排气扇等设备自动排除隐患。便携式检测仪为手持式，工作人员可随身携带，以便检测不同地点气体浓度。家庭用气体检测器价格便宜，使用以便，省空间。当前，随着传感器生产工艺水平提高，传感器日益小型化，集成度不断提高，使得气体检测仪器越来越小。能用一种仪器检测各种不同气体是气体检测仪发展趋势。国外在气体传感器，其中包括CO传感器研究和应用方面达到了很高水平，形成了多系列多品种产品。相比之下国内研究和应用比较滞后，特别在产品开发上亟待加强。随着中华人民共和国在世界加工制造业领域地位不断提高，国内外技术交流频繁开展，在传感器制造方面条件正在成熟，加上政府对CO安全立法注重和人们对安全需要，对CO传感器需求持续增长，CO传感器市场正在不断成熟，相信在几年内国内会浮现自己知识产权CO传感器产品。1.3 设计任务本文设计了一种敏捷度高、响应快、抗干扰性好、使用以便、价格便宜煤气检测系统，采用气敏传感器，气敏传感器是可以感知环境中某种气体及其浓度一种敏感器件，它将气体成分、浓度等关于信息转换成电信号，从而可以进行检测。当前，人们对气敏传感器测试办法重要停留在用人工手动方式来操作，开发出一种实用高效智能化传感器测试装置是极为必要。而声光信号是信息又一重要载体，如果在这些测量场合能用声光信号直接报出成果，将给操作人员带来极大以便，本文就简介一种新型气敏传感器测试系统，从构成、硬件设计以及程序流程及代码等几方面对其进行了详细简介。2 煤气泄漏检测报警装置方案设计2.1 设计思想煤气泄漏检测报警装置是可以检测环境中可燃性气体浓度，并具备报警功能仪器，仪器最基本构成某些应涉及：气体信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路。气体信号采集电路普通由气敏传感器和模仿放大电路构成，将气体信号转化为模仿电信号。模数转换电路将从煤气检测电路送出模仿信号转换成单片机可辨认数字信号后送入单片机。单片机对该数字信号进行解决，并对解决后数据进行分析，与否不不大于或等于某个预设值(也就是报警限)，如果不不大于则会自动启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态。为使报警装置更加完善，可以在声音报警基本上，加入灯光报警，变化光信号可以引起顾客注意，弥补嘈杂环境中声音报警局限。以上是依照报警器应具备功能，提出整体设计思路。气敏传感器及单片机是煤气泄漏报警器两大核心，依照报警器功能需要，选取适当、精准、经济气敏传感器及单片机芯片是至关重要。2.2 气体传感器选型气体传感器属于气敏传感器，是气-电变换器，它将可燃性气体在空气中含量(即浓度)转化成电压或者电流信号，通过A/D转换电路，将模仿量转换成数字量后送到单片机，进而由单片机完毕数据解决、浓度解决及报警控制等工作。气体传感器作为煤气泄漏报警器信号采集某些，是仪表核心构成某些之一。由此可见，气体传感器选型是非常重要。2.2.1气体传感器简介1.气体传感器分类气体传感器种类繁多，从检测原理上可以分为三大类：(1)运用物理化学性质气体传感器：如半导体气体传感器、接触燃烧气体传感器等。(2)运用物理性质气体传感器：如热导气体传感器、光干涉气体传感器、红外传感器等。(3)运用电化学性质气体传感器：如电流型气体传感器、电势型气体传感器等。2.气体传感器应满足基本条件 :一种气体传感器可以是单功能，也可以是多功能；可以是单一实体，也可以是由各种不同功能传感器构成阵列。但是，任何一种完整气体传感器都必要具备如下条件： (1)能选取性地检测某种单一气体，而对共存其他气体不响应或低响应； (2)对被测气体具备较高敏捷度，能有效地检测容许范畴内气体浓度； (3)对检测信号响应速度快，重复性好； (4)长期工作稳定性好； (5)使用寿命长； (6)制导致本低，使用与维护以便。3.常用气体传感器简介（1）半导体气体传感器半导体气体传感器涉及用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作气体传感器，以及用单晶半导体器件制作气体传感器。自1962年半导体金属氧化物气体传感器问世以来，由于具备敏捷度高、响应快、输出信号强、耐久性强、构造简朴、价格便宜等诸多长处，得到了广泛应用。该传感器己成为世界上产量最大、使用最广气体传感器之一。按照敏感机理分类，可分为电阻型和非电阻型。（2）固体电解质气体传感器固体电解质气体传感器使用固体电解质气敏材料作为气敏元件，其原理是运用气敏材料在通过气体时产生电阻，测量其形成电动势从而测量气体浓度。由于这种传感器电导率高，敏捷度和选取性好，因而得到了广泛应用，几乎打入了石化、环保、矿业等各个领域，其产量仅次于半导体气体传感器一类传感器。但这种传感器制导致本高，检测气体范畴有限，在检测环境污染领域中有优势。（3）接触燃烧式气体传感器当易燃气体接触这种被催化物覆盖传感器表面时会发生氧化反映而燃烧，故得名接触燃烧式传感器。接触燃烧式气体传感器检测元件普通为铂金属丝(也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层)，使用时将铂丝通电，保持300C400C高温，此时若与气体接触，气体就会在稀有金属催化层上燃烧，因而铂丝温度会上升，铂丝电阻值也上升,通过测量铂丝电阻值变化大小，就懂得气体浓度。（4）高分子气体传感器运用高分子气敏材料制作气体传感器近年来得到很大发展。高分子气敏材料在遇到特定气体时，其电阻、介电常数、材料表面声波传播速度和频率、材料重量等物理性能发生变化。高分子气敏材料由于具备易操作性、工艺简朴、常温选取性好、价格低廉、易与微构造传感器和声表面波器件相结合，在毒性气体和食品鲜度等方面检测中具备重要作用。高分子气体传感器具备对特定气体分子敏捷度高，选取性好，且构造简朴，能在常温下使用，可以弥补其他气体传感器局限性。（5）电化学传感器电化学传感器由膜电极和电解液封装而成。气体浓度信号将电解液分解成阴阳带电离子，通过电极将信号传出。它长处是：反映速度快、精确、稳定性好、可以定量检测，但寿命较短(大概两年)。它重要合用于毒性气体检测。当前国际上绝大某些毒气检测采用该类型传感器。（6）热传导传感器热传导传感器与接触燃烧式传感器具备类似构造形式，但是测量原理不同。它测量原理是：将加热后铂电阻线圈置于目的烟雾中，由于向目的气体传送热量导致温度减少，引起电阻值变化，传感器即测量电阻值变化状况。温度变化状况是目的气体热传导率函数，而对于一种给定气体，热传导率是它固有物理特性。（7）红外传感器红外传感器通惯用两束红外光进行气体测量，主光束通过测量元件内目的气体，参照光束通过比较元件内参照气体。在测量和比较元件中，红外射线被气体有选取地吸取了。未吸取红外光由光电探测器测量，产生一种正比于目的气体浓度差分信号。非扩散式红外探测器NDIR (non-dispersive IR )是其中一种，所有未吸取光所有以最小扩散和损耗被记录下来。不同气体吸取不同波长IR，因此传感器依照目的气体而调节，典型应用涉及测量CO和CO2、冷冻剂烟雾和某些易然气。由于非碳氢化合物易燃气体(如氢)不吸取电磁谱中IR某些能量，因此这种传感器可以精准地测量碳氢化合物，并具备最小交叉敏捷度，并且不受其他气体腐蚀以及高浓度目的烟雾影响。4.常用气体传感器可检测气体种类由于气体种类繁多，一种类型气体传感器不也许检测所有气体，普通只能检测某一种或两种特定性质气体。例如氧化物半导体气体传感器重要检测各种还原性烟雾，如CO、H2、C2H5OH、CH3OH等。固体电解质气体传感器重要用于检测无机气体，如O2、CO2、H2、Cl2、SO2等。2.2.2气体传感器选定天煤气泄漏报警器重要应用在石油、化工、冶金、油库、液化气站、喷漆作业等易发生可燃气体泄漏场合，依照报警器检测气体种类规定，普通选用接触燃烧式气敏传感器和半导体气敏传感器。使用接触燃烧式气敏传感器，其探头阻缓及中毒,是不可避免问题。阻缓是当在气体与空气混合物中具有硫化氢等含硫物质状况下，则有也许在无焰燃烧同步，有些固态物质附着在催化元件表面，阻塞载体微孔，从而引起响应缓慢反映滞缓，敏捷度减少。虽然将阻缓传感器再放回新鲜空气环境中有得到某种限度恢复也许，但是如果长期暴露在这样环境中，其敏捷度会不断下降，导致该传感器最后丧失检测烟雾能力。中毒是如果环境空气中具有硅烷之类物质时，则传感器将使催化元件产生不可逆转中毒，以致敏捷度不久就丧失。当怀疑检测环境中存在这些物质时，经常对探头进行标定，是必要且有效办法。因而，经常对传感器进行标定，是保证其精确性必要途径。普通持续使用两个月后应对传感器进行量程校准，这种经常性对传感器维护，无形中加大了工作人员工作量，同步增长了报警器维护成本。半导体气敏传感器涉及用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作气体传感器以及用单晶半导体器件制作气体传感器，它具备敏捷度高，响应快、体积小、构造简朴，使用以便、价格便宜等长处，因而得到广泛应用。半导体气敏传感器性能重要看其敏捷度、选取性(抗干扰性)和稳定性(使用寿命)。通过对比上述两种气敏传感器应用特性，发现半导体气敏传感器长处更加突出：敏捷度高、响应快、抗干扰性好、使用以便、价格便宜，且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成本较低等。因而，本设计采用半导体气敏传感器作为报警器气体信息采集某些核心。而在众多半导体气敏传感器中，本设计选用MQ-2型气敏传感器，这种型号传感器具备普通半导体气敏传感器敏捷度高、响应快、抗干扰能力强、寿命长等长处。2.3 煤气泄露报警系统整体设计方案2.3.1煤气泄露报警器工作原理本论文中煤气泄漏报警器以STC12C5A60S2单片机为控制核心，采用MQ-2型电阻式半导体传感器采集气体信息。一方面，气体传感器送来气体浓度相应电压信号送入STC12C5A60S2单片机；然后，在STC12C5A60S2单片机内A/D转换、气体浓度比较，对数据进行线性化解决，将数字化电压信号转化成为相应十进制浓度值；最后，判断气体浓度值与否超过报警限，当气体浓度处在正常状态红灯不会闪亮，当气体浓度超过设定限定值时，发出声音报警并随着红灯亮。此外由于气体传感器需要在加热状态下工作，温度越高，反映越快，响应时间和恢复时间就越快。为提高响应时间，保证气体传感器精确地、稳定地工作，报警器需要向气体传感器持续输出一种5V电压。2.3.2煤气泄露报警器构造为适应家庭对可燃性易爆气体安全性规定，设计可燃性气体报警仪应不但能在较宽温度范畴工作，并且应具备显示可煤气体浓度、可接计算机进行现场远测和实时控制等功能。其目的是在老式烟雾报警仪基本上，尽量提高精确性，减少成本，缩小体积。系统使用STC12C5A60S2单片机，选用气敏传感器作为敏感元件，显示电路，及报警装置开发了可用于家庭或小型单位天煤气泄漏报警器。整个设计由3大某些构成：气敏传感器、STC12C5A60S2单片机、显示电路。气敏传感器是将现场气体浓度非电信号转化为电信号；转换电路是将完毕将气体传感器输出模仿信号到数字信号转换。2.4 装置功能阐明煤气泄漏检测装置，顾名思义是用来检测煤气泄漏，使煤气使用更加安全。在使用此装置前，一方面设立好报警气体浓度值，设立浓度可调，将装置放置在煤气容易泄漏区域，当煤气或者其她煤气泄漏时候，空气中气体浓度超过设定值时，装置会发出灯光及声音报警。2.5装置效果图图2. 1成品效果图3 煤气泄漏检测报警装置硬件某些设计硬件电路形象说就是整个装置框架，硬件电路设计，直接影响装置功能能否实现。硬件电路设计一方面必要理解各原件性能指标，工作原理，以及整体电路连接。本章重要简介某些单片机最小系统，显示电路，传感器电路3.1 STC12C5A60S2系列单片机简介STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是宏晶科技生产单时钟/机器周期(1T)单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰新一代8051单片机，指令代码完全兼容老式8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S.，即25万次每秒)，针对电机控制，强干扰场合。1. 增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容老式80512. 工作电压：STC12C5A60S2 系列工作电压：5.5V - 3.5V（5V单片机）STC12LE5A60S2 系列工作电压：3.6V - 2.2V（3V单片机）3. 工作频率范畴：035MHz，相称于普通8051 0420MHz4. 顾客应用程序空间8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字节.5. 片上集成1280字节RAM6. 通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051老式I/O口）可设立成四种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达20mA，但整个芯片最大不超过120mA。7. ISP（在系统可编程）/ IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载顾客程序，数秒即可完毕一片8. 有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM)9. 看门狗10.内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M如下时，复位脚可直接1K电阻到地）11. 外部掉电检测电路：在P4.6口有一种低压门槛比较器，5V单片机为1.33V，误差为5%,3.3V 单片机为1.31V，误差为3%12. 时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为5% 到10% 以内)顾客在下载顾客程序时，可选取是使用内部R/C 振荡器还是外部晶体/ 时钟常温下内部R/C 振荡器频率为：5.0V 单片机为：11MHz 17MHz3.3V 单片机为：8MHz 12MHz，精度规定不高时，可选取使用内部时钟，但由于有制造误差和温漂，以实际测试为准13. 共4个16位定期器两个与老式8051兼容定期器/计数器,16位定期器T0和T1，没有定期器2，但有独立波特率发生器做串行通讯波特率发生器,再加上2路PCA模块可再实现2个16位定期器14. 3个时钟输出口，可由T0溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1溢出在P3.5/T1输出时钟,独立波特率发生器可以在P1.0口输出时钟15. 外部中断I/O口7路,老式下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4，T1/P3.5，RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通过寄存器设立到P4.2)，CCP1/P1.4(也可通过寄存器设立到P4.3)16. PWM(2路）/ PCA（可编程计数器阵列,2路）- 也可用来当2路D/A使用- 也可用来再实现2个定期器- 也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同步支持)17. A/D转换，10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)18. 通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速8051，可再用定期器或PCA软件实现多串口19. STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志才有双串口，RxD2/P1.2(可通过寄存器设立到P4.2)，TxD2/P1.3(可通过寄存器设立到P4.3)20. 工作温度范畴：-40 +85(工业级) / 0 75(商业级)21.封装：LQFP-48，LQFP-44，PDIP-40，PLCC-44，QFN-40I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接74HC164/165/595（均可级联）来扩展I/O口,还可用A/D做按键扫描来节约I/O口，或用双CPU,三线通信，还多了串口。3.2 STC12C5A60S2系列单片机内部构造STC12C5A60S2系列单片机内部构造框图如下图所示。STC12C5A60S2单片机中包括中央解决器(CPU)、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM)、定期/计数器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路等模块。STC12C5A60S2系列单片机几乎包括了数据采集和控制中所需所有单元模块，可称得上一种片上系统。3.2.1 管脚阐明VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一种8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸取8TTL门电流。当P1口管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0可以用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址第八位。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外部必要被拉高。P1口：P1口是一种内部提供上拉电阻8位双向I/O口，P1口缓冲器能接受输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接受。P2口：P2口为一种内部上拉电阻8位双向I/O口，P2口缓冲器可接受，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因而作为输入时，P2口管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉缘故。P2口当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口输出地址高八位。在给出地址“1”时，它运用内部上拉优势，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内容。P2口在FLASH编程和校验时接受高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻双向I/O口，可接受输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们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）这是由于上拉缘故。P3口也可作为AT89C51某些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能P3.0 RXD（串行输入）P3.1 TXD（串行输出）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口同步为闪烁编程和编程校验接受某些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存容许输出电平用于锁存地址地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率1/6。因而它可用作对外部输出脉冲或用于定期目。然而要注意是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一种ALE脉冲。如想禁止ALE输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。此外，该引脚被略微拉高。如果微解决器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器选通信号。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/PSEN信号将不浮现。/EA当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不论与否有内部程序存储器。注意加密方式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）。X1：反向振荡放大器输入及内部时钟工作电路输入。X2：来自反向振荡器输出。引脚电路如下图所示图3 1单片机引脚图3.2.2引脚电路连接P2.0P2.7为I/O口P2口：内部带有弱上拉双向I/O口，作为输入引脚使用前，先向P2口锁存器写入1，使P2口引脚被上拉为高电平RESET为复位信号输入端，高电平有效。/EA为外部程序存储器选取信号，低电平有效。在复位期间CPU检测并锁存该引脚电平状态，当发现该引脚为高电平时，从片内程序存储器取指令，只有当程序计数器PC超过片内程序存储器地址编码范畴时，才转到外部ROM中取指令；当该引脚为低电平时，一律从外部程序存储器中取指令。/EA在本次设计中此引脚接高电平，因此按照它功能特性它将从内部程序存储器读取指令码。X1、X2功能特性，其中X1接CPU内部时钟电路。本电路时钟电路采用芯片内部振荡电路。当使用片内振荡电路时，X1、X2与晶体振荡器及电容C1、C2按电路图上所示方式连接。晶振、电容C1 /C2及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电感三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容C1、C2容量关于，但重要由晶振频率决定。该设计中我所设计晶振频率为11.0592MHz，C1、C2都为22PF。对于89C51芯片来说，它内置了ROM、EPROM、OTP ROM、Flash ROM，当不使用外部存储器（涉及程序存储器和数据存储器）时，P0口可以作为通用输入/输出端口（I/O）使用。P0口作为I/O端口使用时，多路开关“控制”信号为“0”（即低电平）。输出时，写锁存器脉冲CLK有效，输出信号经内部总线至锁寸器输入端D至反相输入端Q反至多路开关至V2栅极至V2漏极到输出端，P0口是漏极开路输出，当驱动拉电流负载时，需要外接上拉电阻，P0口带有锁存器，因而具备输出锁存器，因而具备输出锁存功能。P0口作为输入口时，与P1口类似，也必要先执行写端口指令。没有外部程序存储器或虽然有外部数据存储器，但容量不不不大于256字节，不需要高8位地址时（在这种状况下，不能通过数据地址寄存器DPTR读写外部数据存储器），P2口可以作为I/O端口使用，这时，“控制”信号为“0”；作为输入口前，同样需要向锁存器写入“1”，使反向器输出低电平。3.2.3 振荡器特性X1和X2分别为反向放大器输入和输出。该反向放大器可以配备为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一种二分频触发器，因而对外部时钟信号脉宽无任何规定，但必要保证脉冲高低电平规定宽度。3.3 单片机领域前景及发展状况随着电子产品广泛应用，单片机应用领域相称广泛，如仪器仪表、家电、机电一体化、产品研发与开发等行业，都可以是单片机设计人员就业、提高、创业之所。当前单片机已渗入到咱们生活各个领域，几乎很难找到没有单片机足迹领域。导弹导航装置，飞机上各种仪表控制，计算机网络通讯与数据传播，工业自动化过程实时控制和数据解决，广泛使用各种智能IC卡，民用豪华轿车安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说全自动控制领域机器人、智能仪表、