一种高性能的A/D转换器及其在煤矿监控系统中的应用
(完整版)可燃气体检测报警器的设计_毕业设计

摘要随着电子科学技术的发展,电子技术成为安全方面的有力手段,许许多多安全方面的电子产品,是人们的生活的得力助手。
本设计利用单片机技术结合单片机内部自带的A/D转换器构建了一个可燃气体检测报警器。
当环境中可燃气体泄露时,气体报警器检测到可燃气体浓度达到报警器设置的临界点时,可燃气体报警器就会发出声光报警信号,以提醒工作人员采取安全措施。
本文首先简要介绍了课题的研究背景和目前的国内外的发展状况,然后介绍设计可燃气体检测报警器的设计内容及功能需求,最后详细介绍了可燃气体检测报警器的设计流程,以及硬件系统和软件系统的设计,并给出了硬件电路的设计细节,包括各部分电路的走向、芯片的选择等。
本次设计采用MQ-4气体传感器作为可燃气体的信号采集工具,采集到的模拟电压量经过STC90C54AD单片机内部自带的A/D转换器为数字信号。
单片机采集到的数字信号后经过单片机内部进行简单的数据处理,如果可燃气体浓度达到报警器设置的临界点时单片机将蜂鸣器发出报警信号。
在无可燃气体的情况下,发生未知的危险,报警器可以人为的控制按键发出报警信号提醒人们。
关键词:MQ-4传感器;STC90C54AD单片机;数码管显示;报警AbstractWith the development of science and technology, electronic technology has become a powerful means of security, many aspects of electronic security products, is people's lives assistant. This design uses the internal microcontroller chip technology combined with In- ternal A/D converter built a combustible gas detection alarm. When the environment com- bustible gas leak, the gas alarm detects combustible gas concentration reaches the alarm threshold set point, combustible gas alarm will be audible and visual alarm signals to alert staff to take safety measures. This article briefly introduces the research background and the current state of development at home and abroad, and then describes the design of combust-ible gas detection alarm design content and functional requirements, the final details of the combustible gas detection alarm design process, as well as hardware systems and software system design, and gives the hardware design details, including the trend of each part of the circuit, the chip selection and so on.The design uses MQ-4 gas sensor signal acquisition as a tool for combustible gases, the amount collected from the analog voltage comes through STC90C54AD internal microcont-roller A/D converter into a digital signal. Chip digital signal collectedthrough internal micr- ocontroller simple data processing, if the flammablegas concentration reaches a critical point alarm settings when themicrocontroller will buzzer alarm. In the case of non-combustible ga-ses, the occurrence of unknown dangers, the alarm can artificially controlbuttons alarm signal to remind people.Keywords:MQ - 4 sensors; STC90C54AD single chip microcomputer;Digital tube display; Alarm目录1绪论............................................................................................................................1.1本课题研究背景及意义 ...................................................................................1.2国内外发展概况及研究方向 ...........................................................................1.3本课题设计内容 ...............................................................................................2 系统设计原理及功能要求 .........................................................................................2.1选择器件 ...........................................................................................................2.2系统原理及基本框图 .......................................................................................2.3系统实现的功能 ...............................................................................................3 主要元器件选择 .........................................................................................................3.1STC90C54AD单片机......................................................................................3.1.1 STC90C54AD单片机概述 ..................................................................3.1.2 STC90C54AD单片机内部A/D模块 .................................................3.2瓦斯检测设备工作原理分析 (1)3.2.1 MQ-4传感器简介 (1)3.2.2 敏感元件工作原理 (1)4 硬件系统电路设计 (1)4.1可燃气体信号采集及A/D转换模块 (1)4.2数码管显示模块 (1)4.3声光报警模块 (1)4.4按键设置模块 (1)5 软件系统设计 (1)5.1系统主程序 (1)5.2浓度测量子程序 (1)5.3按键设置子程序 (1)5.4模拟报警子程序 (1)5.5浓度显示子程序 (2)6 系统仿真 (2)6.1P ROTUES仿真软件介绍 (2)6.2仿真效果图 (2)7 软件调试 (2)7.1K EIL编程软件介绍 (2)7.2程序下载及调试 (2)8 硬件调试 (2)8.1电源的检测与调试 (2)8.2MQ-4传感器及CPU的调试 (2)8.3显示电路及报警电路调试 (2)8.4运行效果 (3)结论 (3)致谢 (3)参考文献 (3)附录A 英文原文 (3)附录B 汉语翻译 (4)附录C 源程序 (5)附录D 原理图 (7)1绪论1.1 本课题研究背景及意义我国是煤炭生产大国,随着煤矿机械化程度的提高,矿井生产能力和生产效率普遍加大,煤炭年产量居世界首位,产煤量占世界总产煤量的20%。
TLC5510技术文档

8位高速A/D转换器TLC5510中文资料TLC5510是美国德州仪器(TI)公司生产的8位半闪速结构模数转换器,它采用CMOS工艺制造,可提供最小20Msps的采样率。
可广泛用于数字TV。
医学图像。
视频会议。
高速数据转换以及QAM解调器等方面。
文中介绍了TLC5510的性能指标。
引脚功能。
内部结构和操作时序,给出了TLC5510的应用线路设计和参考电压的配置方法。
1概述TLC5510是美国TI公司生产的新型模数转换器件(ADC),它是一种采用CMOS工艺制造的8位高阻抗并行A/D芯片,能提供的最小采样率为20MSPS。
由于TLC5510采用了半闪速结构及CMOS工艺,因而大大减少了器件中比较器的数量,而且在高速转换的同时能够保持较低的功耗。
在推荐工作条件下,TLC5510的功耗仅为130mW。
由于TLC5510不仅具有高速的A/D转换功能,而且还带有内部采样保持电路,从而大大简化了外围电路的设计;同时,由于其内部带有了标准分压电阻,因而可以从+5V的电源获得2V满刻度的基准电压。
TLC5510可应用于数字TV。
医学图像。
视频会议。
高速数据转换以及QAM解调器等方面。
2内部结构。
引脚说明及工作原理2.1TLC5510的引脚说明TLC5510为24引脚。
PSOP表贴封装形式(NS)。
其引脚排列如图1所示。
各引脚功能如下:AGND:模拟信号地;ANALOGIN:模拟信号输入端;CLK:时钟输入端;DGND:数字信号地;D1~D8:数据输出端口。
D1为数据最低位,D8为最高位;OE:输出使能端。
当OE为低时,D1~D8数据有效,当OE为高时,D1~D8为高阻抗;VDDA:模拟电路工作电源;VDDD:数字电路工作电源;REFTS:内部参考电压引出端之一,当使用内部电压分压器产生额定的2V基准电压时,此端短路至REFT端;REFT:参考电压引出端之二;REFB:参考电压引出端之三;REFBS:内部参考电压引出端之四,当使用内部电压基准器产生额定的2V基准电压时,此端短路至REFB端。
TLC5510I

8位高速A/D转换器TLC5510中文资料TLC5510是美国德州仪器(TI)公司生产的8位半闪速结构模数转换器,它采用CMOS工艺制造,可提供最小20Msps的采样率。
可广泛用于数字TV。
医学图像。
视频会议。
高速数据转换以及QAM解调器等方面。
文中介绍了TLC5510的性能指标。
引脚功能。
内部结构和操作时序,给出了TLC5510的应用线路设计和参考电压的配置方法。
关键词:高速AD转换;数据采集;TLC55101概述TLC5510是美国TI公司生产的新型模数转换器件(ADC),它是一种采用CMOS工艺制造的8位高阻抗并行A/D芯片,能提供的最小采样率为20MSPS。
由于TLC5510采用了半闪速结构及CMOS工艺,因而大大减少了器件中比较器的数量,而且在高速转换的同时能够保持较低的功耗。
在推荐工作条件下,TLC5510的功耗仅为130mW。
由于TLC5510不仅具有高速的A/D转换功能,而且还带有内部采样保持电路,从而大大简化了外围电路的设计;同时,由于其内部带有了标准分压电阻,因而可以从+5V的电源获得2V满刻度的基准电压。
TLC5510可应用于数字TV。
医学图像。
视频会议。
高速数据转换以及QAM解调器等方面。
2内部结构。
引脚说明及工作原理2.1TLC5510的引脚说明TLC5510为24引脚。
PSOP表贴封装形式(NS)。
其引脚排列如图1所示。
各引脚功能如下:AGND:模拟信号地;ANALOGIN:模拟信号输入端;CLK:时钟输入端;DGND:数字信号地;D1~D8:数据输出端口。
D1为数据最低位,D8为最高位;OE:输出使能端。
当OE为低时,D1~D8数据有效,当OE为高时,D1~D8为高阻抗;VDDA:模拟电路工作电源;VDDD:数字电路工作电源;REFTS:内部参考电压引出端之一,当使用内部电压分压器产生额定的2V基准电压时,此端短路至REFT端;REFT:参考电压引出端之二;REFB:参考电压引出端之三;REFBS:内部参考电压引出端之四,当使用内部电压基准器产生额定的2V基准电压时,此端短路至REFB端。
(北航)933-控制工程综合考试大纲

933控制工程综合考试大纲(2014版)一、考试组成自动控制原理占90分; 数字电子技术占60分,总分150分。
二、自动控制原理部分考试大纲1.自动控制的一般概念主要内容:自动控制的任务;基本控制方式:开环、闭环(反馈)控制;自动控制的性能要求:稳、快、准。
基本要求:反馈控制原理与动态过程的概念;由给定物理系统建原理方块图。
2.数学模型主要内容:传递函数及动态结构图;典型环节的传递函数;结构图的等效变换、梅逊公式。
基本要求:典型环节的传递函数;闭环系统动态结构图的绘制;结构图的等效变换。
3.时域分析法主要内容:典型响应及性能指标、一、二阶系统的分析与计算。
系统稳定性的分析与计算:劳斯、古尔维茨判据。
稳态误差的计算及一般规律。
基本要求:典型响应(以一、二系统的阶跃响应为主)及性能指标计算;系统参数对响应的影响;劳斯、古尔维茨判据的应用;系统稳态误差、终值定理的使用条件。
4.根轨迹法主要内容:根轨迹的概念与根轨迹方程;根轨迹的绘制法则;广义根轨迹;零、极点分布与阶跃响应性能的关系;主导极点与偶极子。
1基本要求:根轨迹法则(法则证明只需一般了解)及根轨迹的绘制;主导极点、偶极子等的概念;利用根轨迹估算阶跃响应的性能指标。
5.频率响应法主要内容:线性系统的频率响应;典型环节的频率响应及开环频率响应;Nyquist 稳定判据和对数频率稳定判据;稳定裕度及计算;闭环幅频与阶跃响应的关系,峰值及频宽的概念;开环频率响应与阶跃响应的关系,三频段(低频段,中频段和高频段)的分析方法。
基本要求:典型环节和开环系统频率响应曲线(Nyquist曲线和对数幅频、相频曲线)的绘制;系统稳定性判据(Nyquist判据和对数判据);等M、等N圆图,尼柯尔斯图仅作一般了解;相稳定裕度和模稳定裕度的计算;明确最小相位和非最小相位系统的差别,明确截止频率和带宽的概念。
6.线性系统的校正方法主要内容:系统设计问题概述;串联校正特性及作用:超前、滞后及PID;校正设计的频率法及根轨迹法;反馈校正的作用及计算要点;复合校正原理及其实现。
第10章AD及D

2.ADC 0809接口与应用
图10-2 是ADC0809与8031单片机的一种常用接口电路图。8路模拟量的变化范围在0~5V间,ADC0809的 EOC转换结束信号接803l的外部中断1上,803l通过地址线P2.0和读、写信号来控制转换器的模拟量输入通 道地址锁存、启动和输出允许。模拟输入通道地址A、B、C由P0.0~P0.2经锁存器提供。ADC0809时钟输 入由单片机ALE经2分频电路获得,若单片机时钟频率符合要求,也可不加2分频电路。
MOVX @DPTR,A ;启动A/D LP: JB P3.3,LP ;等待A/D转换结束
MOV DPTR,#0FF0lH ;A/D高8位数据口地址A0=0,R/ =l MOVX A,@DPTR ;读高8位数据 MOV @Rl,A ;存入片内RAM
INC R1 MOV DPTR,#0FF03H ;低4位数据口地址A0=1,R/ =1 MOVX A,@DPTR ;读低4位数据 MOV @R1,A ;存入片内RAM
ADC0809是28引脚DIP封装的芯片,各引脚功能如下: IN0~IN7(8条):8路模拟量输入,用于输入被转换的模拟电压。 D7~D0为数字量输出。 A、B、C:模拟输入通道地址选择线,其8位编码分别对应IN0~IN7,用于选择IN7~IN0上哪一路模拟电压 送给比较器进行A/D转换。
ALE:地址锁存允许,高电平有效。由低至高电平的正跳变将通道地址锁存至地址锁存器,经译码后控制八路 模拟开关工作。
②查询方式 A/D转换芯片有表明转换完成的状态信号,例如ADC0809的EOC端。因此,可以用查询方式,软件测试EOC的
K8 AD的分类,指标,特性,选择及原理

A/D的分类,指标,特性,选择及原理刘卓龙2012079110013摘要:A/D转换,即模数转换,就是把模拟信号转换为数字信号以方便单片机、计算机等控制端处理。
在自然中,人们需要测量的数据如温湿度、亮度、电磁场等大多为模拟信号,而数字信号有利于数字电路的使用,使用各类传感器将外界变量转换为电压值,再通过A/D转换为仅由0和1组成的数字信号供控制端读取,故A/D转换在电子领域有着至关重要的作用。
本文中主要介绍了当今使用较多的几种A/D转换器的分类、特性及原理,并介绍了A/D中的主要指标及选择原则。
为电子工程师设计A/D电路提供了一个可以参考的标准。
关键字:A/D转换,模拟信号,数字信号,控制端,主要指标一、A/D 的分类: A/D 转换器作为模拟和数字电路的接口,在电子产业中的地位至关重要。
随着数字技术的飞速发展,人们对与A/D 转换器的要求也越来越高,新型的模拟数字转换技术不断涌现,出现了多种不同的实现A/D 转换的方式,主要有积分型、逐次比较型、并行/串并行比较型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型、压频变换型等。
1.1 积分型积分型AD 的工作原理是将输入电压转换成时间 (脉冲宽度信号) 或频率 (脉冲频率),然后由定时器或计数器获得数字值。
积分型AD 的优点是用简单电路就能获得高分辨率, 但是由于转换精度依赖于积分时间,因此转换速率极低。
积分型AD 已经逐渐被淘汰。
1.2 逐次比较型逐次比较型AD 由一个比较器和DA 转换器通过逐次比较逻辑构成,从MSB 开始,顺序地对每一位将输入电压与内置DA 转换器输出进行比较,经n 次比较而输出 数字值。
其电路规模属于中等。
其优点是速度较高、功耗低,在低分辩率(<12位)时价格便宜,但高精度(>12位)时价格很高。
1.3 并行比较型/串并行比较型并行比较型AD 采用多个比较器,仅作一次比较就可以实行转换,又称FLash (快速) 型。
由于转换速率极高,n位的转换需要2n-1个比较器,因此电路规模也极大,价格也高,只适用于视频AD 转换器等速度特别高的领域。
高速ADC及其在宽带数字接收机中的应用

对本文后面给出的具体应用实例, 在设计过程中, 首先选择 2 至 4 倍 f u 的采样频率开始, 根据系统的
·30·
遥 测 遥 控
2005 年 3 月
要求选择抗混叠滤波器和高速ADC。本系统也基于这一原则设计, 针对系统带宽 250M H z, 即有用信号 f u 可能在DC 至 250M H z 范围内, 选择采样率约 3 倍于有用信号频率, 即 f s 为 800M H z。 2. 2 孔径抖动
0. 5f s
fs
(a)
0. 5f s
fs
(b)
图2 基带抗混叠滤波器过渡带对 系统动态特性的影响
抗混叠滤波器过渡带的陡度要求和采样率之间进行权衡。 选择较高的采样率, 可降低过渡带的陡度要求
(从而降低了滤波器的复杂程度) , 但这要以高速ADC 和高数数据处理为代价。图 2 (b) 示出了在相同的截 止频率的动态范围的条件下, 增加采样率后的效果。
2. 3 ADC 的失真和噪声 实际的采样ADC 包括内部
集成的采样保持器, 不论其结构 如何不同, 均具有如图 4 中所示 信道部分 的噪声和失真源。 信道部分抗混
叠滤波器的不理想, 驱动放大器 的噪声和失真以及直流耦合时的
温漂、交流耦合造成的阻抗变化
等都会使送入 ADC 的采样信号 ADc 质量变差; 宽频带模拟前端放大 器产生的宽频带噪声、非线性失
0. 5f s
fs
1. 5f s
2f s
频率
的信号或镜像。 当 f u 超过 zone1 区时, 其镜像 f s- f u 仍落在 zone1 区, 从图 1
图1 对模拟信号f u以f s采样率采样出现的镜像
看出, 如果无用的信号出现在 zone1 区, 势必产生混叠频率。这与模拟信号的混叠过程类似, 为了去除奈奎
基于单片机的双积分A_D转换器设计

。Leabharlann 所需测量的各路模拟量输入信号和零点参考电 压接到多路模拟信号选择电路的输入端, 通过微处 理器 CPU 中的程序控制, 轮流选择接入零点参考电 压、 基准电压和各路输入信号, 通过积分电路分别和 固定电压进行双向积分。积分电路的输出信号作为 比较器的输入信号与零电压比较, 当比较器输入信
张
宏
基于单片机的双积分 A /D 转换器设 计
Uo 2 = Uom -
( 3) 式与 ( 2 )式联立 , 得 T2 T1 UR = Uom = Ui RC RC T 2 U R = T 1U i UR Ui = T2 T1 ( 4)
得 即
图 5 A /D 转换过程工作原理示意图
转换步骤如下 : 1) A ∃ B ∃ C 过程 : 先对零点参考电压 Uo 进行 固定时间 TF 的积分, 然后对 固定电压进行 反向积 分, 计数器开始计数, 当积分输出电压过零点时, 计 数器停止计数 , 获得计数值 N o 。 2) E ∃ F∃ G 过程: 同上方法, 对基准电压 UR 和 固定电压 UF 进行双向积分 , 获得计数值 N R 1。 3) I∃ J∃ K 过程 : 同上方法, 对待转换输入电压
第 8卷 第 1期 2008 年 3 月
兰州石化职业技术学院学报 Journal o f L anzhou P etrochem ica lC ollege o f T echno logy
Vo. l 8 No . 1 M ar . , 2008
文章编号 : 1671- 4067( 2008) 01- 0037- 03
因为 UR 、 T 1 均为固定值, 则被测电压 U i 正比于 时间间隔 T 2。若 T 2 期间计数的脉冲个数为 N 2, 则 T 2 = N 2T 0 UR UR UR Ui = T2 = ! N 2T 0 = T1 N 1T 0 N 1N 2 U i = N 2 ( mV )
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技术, 有前 端可 编程 的放 大 器 和数 字滤 波 器。该 芯 片与徽处理 器的接 E 简单 直接 对传 感 器输 出的 l 可 小 信号进行 测量 , 无需 外 加放 大 、 波和 补偿 电路 。 滤
( )1 1 6位精 度 , 0 5 0 0 1 %的非线 性度 ;
( )前 端 增 益 可 编 程 . 益 可 为 l 2 3 、 2 : 2 增 、 、2 1 8
S blyJ .IE rn n P w rS e ,v I , t it[ ] E E T aso o e  ̄t a i ms 0.8 图 4 仿真 实 例
No i Fe 9 3 , b 1 9
[] 粱 3
旭 , 文 华 建 业 、 采 用 G O 的 ±3 0 V r 刘 胨 等 T 0 K a
( ) A C M 输 出 电压 中 的谐 波 畸变 率 小 , 3 S TA O
稳 态 时 不 超 过 4 , 态 时不 超 过 l % 。 % 动 O
( ) SF TC 1在 A OM 的作 用 下 , 当系 统发 生 故 障 时, 能使 系统 电压 尽快 恢复 , 高 了系统运 行 的稳 定 提
( 3 2)
收稿 日期 0 I 2—2 2 0 一】 3
()TA C aS T OM 辅 出 电压
( ) 出 电压 谐 渡畸 变 率 b辅
作者 简 舟 : 强
敏 (93一)副 教 授 . 士 研 究 生 。 主 要 从 事 电力 系 16 , 博
图 5 仿 真 结 果
统控 制 理 论 与 技术 、 力 电子 技 术 的教 学 与研 究 工 作 。 电
性:
参考 文 献 【 l C W F wad d r ,K. Mat n J N n e ,e a. M t r , .R e anr y t1
Ad a c d S a i VA Ge ea o Emp o ig G v n e tt c R n rtr lyn I D
3 3 参 考 输 入 .
( )温度 漂移 和 增益 误 差 可 由芯 片 内部校 正 , 6
( )S I串行 外设 接 口) 3 P( 总线接 口 ;
该芯片适合对低频小信号的襁量 , j 在煤矿监控 系统
中有广泛 的应用前 景。
()数字 低 通滤 波输 出 , 4 数字 信 号输 出速 度可
编程 ;
制 器 结 构 及 其 控 制 策 略 。 由仿 真 结 果 可 得 出 以 下结 论:
( ) 制器响应速 度快 ; 2控
T yiosJ I E mn lP w r evr,V l3 h rtr E E T so o e D ley o 、 s [ l i
No 4. Oc 1 9 t 98
.
2 S ou eMoi K t k oMasn . a oHa gw . ] h ̄k r} as i t o T i s a a e uk u z e
一
孙继 平 , 苏足平 , 赵
睿
( 国矿 业 大 学 信 息研 究 所 , 京 中 北
10 8 ) 0 0 3
中图分类号 :1 7 I0 2 "6
文献标识 码 : B
摘要 : 7 1 AD 75是 用 于低 频 测 量 的 1 6位 串行 接 口 的 A D, 直 接 对 传 感 器 输 出 的 一 信 号 进 行 测 量 。 它 / 可 1
维普资讯
一
种 高 性 能 的 A D 转 换 嚣 厦 其 在 煤 矿 监 控 系 统 中 的应 用 ・ 继 平 苏 足 平 / 孙
赵
睿 ・ l 7
文章编 号 :6 1 5 X(0 2 0 —0 1 一O 1 7 —2 1 2 0 )3 0 7 3
种 高 性畿 的 A D 转换 器 / 及其 在 煤矿监 控 系统 中 的应 用
维普资讯
1 8
工 矿 自动 化
20 0 2年 第 3期
( ) 功耗 , 作 时最 大 消耗 电流 为 1 5 低 工 1mA, 掉 电 状 态 时 的 消 耗 电 流 仅 为 1g 0 A;
益 为 2 参 考 电 压 V E 为 +2 5 则 AI +) 的 , RF . V, N( 上 输 入 范 围 是 + 12 v~ +3 7 V( 就 是 2 5 ± .5 5 也 V 12 V) 如 果 AI 一) A D, 该 芯 片 不 能 配 .5 。 N( 是 GN 则 置 为 量程 超 过 ±3 mY 的双 极 性 输 入 方式 。 0
新 型 静 止 无 功 发 生 器 [] 清 华 大 学 学 报 ( J 自然 科 学
版 ) 19 ,77 ,9 73 ( )
[ 姜 等 T
=2 MV r T T OM[] 电 力系统 自动化 ,0 0 2 0 a A C S J. 20 ,4
采 用了 Sg  ̄maD l 技 术 , 出 1 住 串行 无漏码 。谊 芯 片与有 3总线 串秆接 1的 微处理 器接 口方便 , 常适 et a 输 6 3 " 非
宜在 煤 矿 监 控 系统 中应 用 主 题词 : 井 ; 控 ; 片机 ; / 矿 监 单 AD 1 引 言 A 71 D 7 5为 1 6位 串行 接 E , 用 了 Sg —et l采 i maD l a 2 A 71 D 7 5的 性 能 特 点 A 71 D 7 5的 主 要 特 点 :
a n ̄ l m e to r eSt t l veop n fa La g ai VAR ne ao sng c Ge rt rU i S l c mm u ae [ v re s or mpr i P。 eL o t td n e tr f I ovn g w S s e y tm