出移位寄存器中，同时自动将器件再次置于低功耗状态。图自动低功耗模式时序图启动信号正脉冲的宽度应小于，否则器件被唤醒后将不会自动启动转换，而是将转换的启动时间顺延至的下降沿处。自动低功耗模式是的大特色，般当数据吞吐率小于时，应使器件工作在此模式下。在电源电压下，当数据吞吐率为时，器件的功耗而当数据吞吐率为时，功耗为若数据吞吐率为，则其功耗仅。的应用电路应用时几乎不需要外围元件。其参考电压连接至参考电源，模拟输入接地，而待由气体传感器输出的信号从输入。图应用电路几乎可与各种进行接口，图中得可以是系列或单片机。在本设计中，与接口时，电路采用的是种模拟串口方式，的和分别接至的，只要严格按照的时序要求操作，般接口都不会有问题。这种方式实际上可扩展到所有的种类。显示电路本课题中气体监测系统的工作环境是井下黑暗的矿井巷道中，所以采用数码管显示，显示颜色为红色。发光数码管的优点在于防潮防湿，温度特性极佳，有远距离视觉效果，适合井下恶劣环境需要。设计中选用的没有显示接口部分，需外接显示的译码驱动电路。数码管显示分为动态显示和静态显示两种方式。通常不管采用哪种显示方式，单片机往往都工作于并行或存储器方式。本设计的单片机数据采集控制系统中，利用公司的串行接口位显示驱动器构成显示接口电路，仅需使用单片机个引脚，即可实现对位数码管的显示控制和驱动，线路非常简单，控制简单方便。的功能设置芯片为公司推出的串行输入输出共阴极显示驱动器，是用个芯片实现以往用软件完成的动态显示电路扫描工作的器件。每片可控制显示个七段数码管条形图或个发光二极管，控制字简单。为引脚芯片，除与显示器连接外，与微机串行口为线连接，芯片外部电路仅为限制峰值段电流的电阻，线路简单，极大的方便了对显示器件的控制。该芯片控制的显示位数多，控制字少，可对全部或个别显示位的数据进行更新。并可方便地进行多个芯片的级联，扩展显示容量。有多种封装形式，如窄式封装和封装等。的串行数据格式如表所示。其中位不用为显示位和各种工作方式的控制寄存器地址位，可选择要显示的位解码方式显示亮度扫描位数停止方式显示测试等，其地址分布如表所示为数据位，其形式与显示出得数字间的关系与解码方式有关。表中可为进制任意值，般取为。每组位数据中，首先接收的为最高有效位，最后接收的为最低有效位。地址表串行数据格式解码方式寄存器可设置各位数码管为家吗显示方式，或非解码的数据位与显示段直接对应的显示方式。亮度寄存器用于与外部电阻配合控制数码管的显示亮度。扫描限制寄存器控制显示的位数，消隐所有显示位。显示测试寄存器设置器件为正常工作或测试状态。解码方式寄存器的值为非解码方式，亮度寄存器的值设置为最小，扫描寄存器设置为仅显示位，停机寄存器处于停机状态，显示消隐。因此必须经过初始化后才可正常工作。的工作时序如图所示。数据由引脚输入，最先输入的为最高位，在的上升沿将数据位移入期间内的移位寄存器，引脚信号的上升沿将最后移入的位数据锁存入相应的寄存器中，信号的上升沿必须与的上升沿同时，或在其后。从输入的数据经过个脉冲后移到引脚上。地址寄存器十六进制码位位位位位位位位译码方式亮度扫描范围关闭显示测试表地址格式单片机的串行工作方式单片机串行口有四种发送工作方式，其中方式每帧共发送位数，其他工作方式下每帧发送均不为位数或其倍数。因此只能考虑使用方式串行口工作于方式时，通过引脚发送接收串行数据，通过引脚发送移位时钟脉冲。发送顺序为低位在前，高位在后，与的接收顺序相反。从单片机时序上看，只需在发送钱将显示数据和地址码的高低位顺序颠倒，利用串行方式进行发送，每发送两次，就可向输出个要显示的数据或控制寄存器参数。而在单片机与的时序配合中，时钟脉冲的配合是非常关键的。图时序图单片机与的链接控制系统单片机与及显示器件的连接如图所示。单片机的引脚分别接的，以控制引脚。由于是在脉冲信号控制下工作的，抗干扰非常关键，在线路上，应尽量与显示器件相靠近，以减少外部的干扰。图电路连接图控制程序设计本设计中，单片机采用终端方式对进行控制，传送位数据的地址位和数据位。在主程序中，包括串行方式的设置显示缓冲单元和各控制七寸器的地址码及数据单元的分配对的初始化等。由于易受干扰影响，因此在程序执行过程中应经常对显示进行更新。总线接口电路总线是种用于器件之间连接的二线制总线。它通过串行数据线及串行时钟线两根线在连到总线上得器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件不管是单片机存储器驱动器还是键盘接口。总线的基本结构采用总线标准的单片机或器件，其内部不仅有接口电路，而且将内部各单元电路按功能划分为若干相对独立的模块，通过软件寻址实现片选，减少了器件片选线的连接。不仅能通过指令将个功能单元电路挂靠或摘离总线，还可以对该单元的工后从闪速存储器里读取设定参数，接着延时进行气体传感器预热，最后程序进入主循环，开启中断，进入低功耗模式，等待中断唤醒。流程图如系统上电系统初始化第次运行报警阈值设置为默认参数并存储正确延时，预热气体传感器开中断启动数据采集参数设定系统复位启动看门狗复位定时器进入低功耗模式等待唤醒打开定时器存储参数图主程序流程图按键中断程序进入按键中断按键有效清除中断标志并关闭中断保存参数保存参数显示关闭警报中断返回警报关闭显示数据采集启动定时器停止数据修改参数位数位左右移动进行参数设置启动看门狗复位定时器图按键中断程序流程图仪表有个外部按键，他们的名称分别为。运用它们各自的独立功能及组合功能，配合显示，实现人机界面操作。其程序流程图如图所示，具体完成以下功能参数设定触发键，显示报警阈值。键控制设置位，键改变被设置位的值从到循环改变。再次触发键，就可以更新报警阈值。更新的参数存入后，并在液晶屏幕上显示，提示参数设置成功。屏蔽触发键，程序暂时屏蔽报警和显示功能。系统复位触发键，启动看门狗复位功能，后，程序复位。数据采集触发键，启动定时器，进行传感器数据采集处理显示存储等操作。再次触发键，关闭定时器，停止数据采集。定时器中断程序中断程序关闭定时器传感器信号采集数据处理数据存储并显示报警停止数据采集开启定时器中断返回声光报警并显示气体成分及浓度图定时器中断程序流程图本设计利用定时器定时中断来实现对环境气体的循环测量，其程序流程如图所示。软件的低功耗设计个低功耗系统，仅仅依靠硬件设计还不够，必须有相应软件措施配合才能达到最佳效果。常规单片机软件结构和实时多任务程序结构般采用顺序程序设计方法，由主程序加中断处理程序组成，般为个循环程序。中断处理程序完成各种随机事件和各种实时操作的处理。在个循环中各功能模块依次得到执行，主程序可被中断中止，待中断程序执行完毕后再返回到断点顺序执行。而在实际应用中，各功能模块的执行频率往往不同，如些系统在多次测量后方进行数据处理，必要时才有输出控制，按固定顺序及次数执行各功能模块，将增加的动态工作时间，降低资源的利用率。实时多任务程序结构是种分层次的软件结构，由控制程序和应用程序两部分组成。控制程序位于上层，完成任务管理任务调度及任务间通讯等功能应用程序位于下层，般按所完成的操作或功能分成独立的且可并行的多个任务，由控制程序调度运行。任务般有三种状态运行态就绪态等待态，分别表示任务正被运行，任务可运行但由于其他任务正在运行，只能排队等待，任务不具备运行条件，需等待些条件驱动如时间驱动消息驱动中断驱动。采用层次结构的单片机系统，各功能模块由系统调度程序启动，彼此处于同等地位，其执行次数依需要而定，减少了系统的动态工作时间各功能模块间功能独立，相互影响小，可方便地进行调试增减改制和移植此结构可通过其他模块的执行实现自身的延时，减少了对的占用，有利于单片机效率的提高。因此只要任务长度设计合理便可解决低功耗单片机的低工作频率与系统快速处理间的矛盾，最大限度满足低功耗和实时性的要求。由于低功耗单片机有多级中断源及内部定时计数器，因而具备引入多任务操作机制的硬件条件。在低功耗单片机中，实时多任务操作系统的实现方式主要取决于系统的硬件资源和编程时的编译工具。般情况下，个较简单的单片机的较小，而个完善的多任务操作系统通常要占用较大的系统资源，因此如何在满足实际要求的条件下，以最少的资源来完成任务的描述和调度是必须首先考虑的问题。各任务按优先级顺序排列，定义字节整数描述任务的几种状态。般由中断驱动时间驱动消息驱动或几种方式的结合来完成不同任务的状态转换。任务调度程序采用循环执行方式，每次最多只执行个任务。程序执行时从最高优先级的任务开始扫描各任务的状态，发现状态值为的任务时立即执行该任务，任务执行后返回该任务的执行时间并将其自身关闭，开始另轮的循环。任务划分是系统实现的关键。首先，尽量缩短任务长度，使每个任务的运行时间都小于系统对输入做出响应的最大允许时间，以保证系统的实时性其次，把可能发生互斥的操作放在个任务重，或把控制使用该资源的功能作为个任务，其他任务需使用该资源时，通过任务间通讯启动。如几个任务都需显示，可把显示驱动程序化为个任务，其它任务执行结束后将显示任务置就绪状态。在实际应用中，为满足系统实时性需要，些任务可在中断中实现，但任务必须简洁。由于系统对传感器信号的采样是定时进行的，并且需要在多次采样的基础上完成，每次执行之间间隔时间长，又因为这些操作任务可由高速运行的微控制器瞬间完成，从而形成了单片机在有效运行后，长期处于无谓等待状态。针对煤矿气体监测采集系统的这些特点，可在采样完成后转入低功耗模式，由定时器中断唤醒，从而极大降低系统无谓等待时的功耗，做