基于51單片機(jī)的多起氣體濃度測(cè)試儀

基于單片機(jī)的多氣體濃度測(cè)試儀摘要近些年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民生活水平日益提高,全國(guó)機(jī)動(dòng)車輛數(shù)量和駕駛員人數(shù)猛增，醉酒駕車造成嚴(yán)重后果的違法犯罪也日益增多，給社會(huì)和廣大人民群眾生命、健康造成嚴(yán)重危害。2000年以來(lái)，酒后駕車行為所造成事故越來(lái)越多，對(duì)社會(huì)的影響也越來(lái)越大，酒精逐漸成為兇殘的“馬路殺手”。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，全世界每年因車禍喪生的人數(shù)就超過(guò) 60萬(wàn)人，留下永久性傷殘者在400萬(wàn)以上，一般受傷者則不計(jì)其數(shù)。在許多國(guó)家，車禍已成為第一位意外死亡原因。另外，交通事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失也相當(dāng)驚人。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大約50%—60%的車禍與飲酒有關(guān)。中國(guó)公安部門在 2009年8月，在全國(guó)各地加強(qiáng)查處酒后駕駛的力度，以減少由酒后駕駛造成的惡性交通事故。要查處就涉及到檢測(cè)人體內(nèi)的酒精含量和使用設(shè)備來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的問(wèn)題。近年來(lái)我國(guó)煤炭工業(yè)的安全生產(chǎn)狀況不容樂(lè)觀，中小型煤礦的情況尤為嚴(yán)重，已經(jīng)直接威脅到整個(gè)煤炭工業(yè)的穩(wěn)定生產(chǎn)，給國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命造成了很大的損失，作為“萬(wàn)惡之首”的甲烷爆炸事故更是重大事故發(fā)生率之首。出于安全考慮，甲烷濃度的測(cè)量，顯得尤為重要。基于以上可以看出，有關(guān)氣體的濃度檢測(cè)問(wèn)題，至關(guān)重要。本文研究設(shè)計(jì)了一種可以測(cè)量多種氣體濃度，并可以進(jìn)行超限報(bào)警的智能測(cè)試儀。其設(shè)計(jì)方案基于STC89C52單片機(jī)，MQ3酒精濃度傳感器，MQ4甲烷濃度傳感器。系統(tǒng)將傳感器回路輸出的信號(hào)通過(guò)以AD0832為核心的A/D轉(zhuǎn)換電路調(diào)理后，經(jīng)由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由LCD顯示酒精濃度值。并設(shè)計(jì)一定的限值，超限聲光報(bào)警。限值可由按鍵調(diào)整。考慮到單片機(jī)計(jì)算能力有限，難以進(jìn)行復(fù)雜數(shù)據(jù)處理，故單片機(jī)系統(tǒng)與 PC機(jī)系統(tǒng)通過(guò) RS-232串行通信端口進(jìn)行互連，從而單片機(jī)用作下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制，而PC機(jī)用做上位機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和對(duì)單片機(jī)的控制。文中詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理過(guò)程以及數(shù)據(jù)顯示子系統(tǒng)和報(bào)警電路、單片機(jī)與PC機(jī)通信的軟硬件實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)方法和過(guò)程。系統(tǒng)對(duì)于采樣地點(diǎn)超出規(guī)定的指定氣體濃度時(shí)，通過(guò)聲光報(bào)警電路提醒監(jiān)測(cè)人員。同時(shí)，操作人員對(duì)于具體報(bào)警點(diǎn)的上限值可以通過(guò)單片機(jī)編程進(jìn)行設(shè)置。關(guān)鍵詞：酒精濃度傳感器 （MQ3）、甲烷濃度傳感器 （MC113）、STC89C52、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)選擇器（74HC4051）、串口通信、RS232、VB；AbstractInrecentyears,China'srapideconomicdevelopment,increasingpeople'sstandardofliving,thenumberofmotorvehiclesanddrivershassoared,drunkdrivinghascausedseriousconsequencesofillegalcrimeisalsoincreasing,tothesocietyandthelifeofthemasses,causingseriousharmtohealth.Since2000,drinkinganddrivingbehaviorcausedbyincreasingnumberofaccidents,onthesocialimpactisalsogrowing,alcoholhasbecomefierce"killerontheroad".Accordingtothestatistics,thewholeworldbecauseoftrafficaccidenteveryyearthenumberofpeoplekilledmorethan600000people,leftpermanentlydisabledin4000000above,generalinjuriesaretoomanytocount.Inmanycountries,trafficaccidenthasbecomethefirstcauseofaccidentaldeath.Inaddition,thetrafficaccidentscausedbytheeconomiclossisquiteamazing.Accordingtostatistics,approximately50%-60%oftheaccidentsarerelatedtoalcohol.Chinapublicsecuritydepartmentsin2009August,throughoutthecountrytostrengthenanddrivingforce,soastoreducethedrivingcausedbymalignanttrafficaccident.Toinvestigatetherelatedtodetectionofhumanwithanalcoholcontentandtheuseofequipmenttodetectproblem.Inrecentyears,industryofourcountrycoalproductionsafetysituationisnotoptimistic,middleandsmallcoalminesituationisparticularlyserious,hasadirectthreattothestableproductionofthewholecoalindustry,tothenationalpropertyandpeople'slivesandcausedgreatdamage,as"theworstofallevils"methaneexplosionisamajoraccidentrateinthefirst.Forsecurityreasons,themethaneconcentrationmeasurement,appearparticularlyimportant.Basedontheabove,thegasconcentrationdetectionproblem,critical.Thispaperstudiedanddesignedavarietyofgasconcentrationcanbemeasured,andcanalarmintelligenttester.ThedesignschemebasedonSTC89C52MCU,MQ3alcoholconcentrationsensor,MQ4methaneconcentrationsensor.SystemcircuitofthesensoroutputsignalsfromtheAD0832asthecoreoftheA/Dconversioncircuitafterconditioning,throughthesingle-chipmicrocomputerfordataprocessing,LCDdisplaybythealcoholconcentrationvalue.Andthedesignofcertainlimits,overrunalarm.Limitvaluebythekeystoadjust.ConsideringtheSCMcalculationabilityislimited,tocomplexdataprocessing,sosingle-chipsystemandPCsystemthroughtheRS-232serialcommunicationportinterconnect,therebySCMasthenextbitmachinedataacquisitionandcontrolequipment,andthemachineusedPCdoPCforcomplexdataprocessingandtheSCMcontrol.Thispaperintroducesthedataacquisitionsubsystem,dataprocessinganddatadisplaysystemandalarmcircuit,SCMandPCcommunicationhardwareandsoftwaretoachievethedesignmethodandprocess.Systemforsamplinglocationsbeyondtheprescribedspecifiedgasconcentrations,throughsoundandlightalarmcircuittoremindstaffmonitoring.Atthesametime,theoperatorforaspecificalarmlimitvaluescanbesetthroughthesingle-chipprogramming.Keywords:alcoholoncentrationsensor(MQ3),methaneconcentrationsensor(MC113), STC89C52,A/Dconverter,Dataelector(74HC4051),serialcommunication,RS232,VB;5.45.4按鍵設(shè)計(jì) 413.23.2RS-232串行接口標(biāo)準(zhǔn) 1 7目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"引言 0\o"CurrentDocument"第1章前言 1\o"CurrentDocument"氣敏傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀 1國(guó)內(nèi)外氣體濃度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 2\o"CurrentDocument"非光學(xué)分析法 2光學(xué)分析法 4\o"CurrentDocument"單片機(jī)與PC機(jī)串行通信研究背景和意義 5\o"CurrentDocument"本氣體濃度測(cè)試儀的設(shè)計(jì)內(nèi)容 5\o"CurrentDocument"第2章方案器件簡(jiǎn)介 6\o"CurrentDocument"MCU 簡(jiǎn)介 6\o"CurrentDocument"模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介 10\o"CurrentDocument"液晶顯示器的簡(jiǎn)介 13\o"CurrentDocument"電源電平轉(zhuǎn)換芯片（TTL電平轉(zhuǎn)RS-232電平） 1 5\o"CurrentDocument"數(shù)據(jù)選擇器 1 5\o"CurrentDocument"第3章串口通信基礎(chǔ)理論 16\o"CurrentDocument"兩種常用接口方式 1 6并行接口 1 6串行接口 1 7\o"CurrentDocument"3.3VB編程過(guò)程中使用到的MSComm控件 18.MSComm控件處理通信的方式 18．MSComm控件的主要屬性 19\o"CurrentDocument"第4章總體方案設(shè)計(jì) 21\o"CurrentDocument"STC89C52MCU 22\o"CurrentDocument"ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換 23\o"CurrentDocument"LCD1602液晶顯示 23\o"CurrentDocument"單電源轉(zhuǎn)換芯片MAX232 25\o"CurrentDocument"數(shù)據(jù)選擇器 74HC4051 26\o"CurrentDocument"用于串口轉(zhuǎn) USB的芯片CP2102（實(shí)際使用） 27\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)中使用到的軟件介紹 28\o"CurrentDocument"第5章硬件設(shè)計(jì) 30\o"CurrentDocument"最小系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 30\o"CurrentDocument"信號(hào)采集電路 33\o"CurrentDocument"MC113及其測(cè)量電路的特點(diǎn) 33\o"CurrentDocument"MQ3特點(diǎn)及其測(cè)量電路原理 35\o"CurrentDocument"關(guān)于氣體濃度單位的說(shuō)明 38\o"CurrentDocument"A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì) 397.27.2硬件調(diào)試 54LCD1602液晶顯示設(shè)計(jì) 42報(bào)警線路設(shè)計(jì) 43電源電路設(shè)計(jì) 44差動(dòng)放大器與濾波電路設(shè)計(jì) 45串口與USB互轉(zhuǎn)電路設(shè)計(jì)（實(shí)際使用） 46第6章軟件設(shè)計(jì) 47編譯語(yǔ)言的選擇 47程序設(shè)計(jì) 47AD轉(zhuǎn)換模塊 48按鍵模塊 48液晶顯示模塊 49PC機(jī)程序設(shè)計(jì) 50VB 應(yīng)用界面設(shè)計(jì)流程 50創(chuàng)建項(xiàng)目文件 50加入串口通信控件 51設(shè)計(jì)窗體界面 52第7章系統(tǒng)調(diào)試 537.1軟件仿真 53第8章結(jié)束語(yǔ) 60第9章致謝 61參考文獻(xiàn) 62附錄一：proteus仿真原理圖 63附錄二PCB圖 64附錄三：硬件設(shè)計(jì)原理圖 65附錄四：?jiǎn)纹瑱C(jī)程序 66附錄五：PC機(jī)程序 85引言隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平日益提高 ,全國(guó)機(jī)動(dòng)車輛數(shù)量和駕駛員人數(shù)猛增，醉酒駕車造成嚴(yán)重后果的違法犯罪也日益增多，給社會(huì)和廣大人民群眾生命、健康造成嚴(yán)重危害。2000年以來(lái)，酒后駕車行為所造成事故越來(lái)越多，對(duì)社會(huì)的影響也越來(lái)越大，酒精逐漸成為兇殘的“馬路殺手”。在許多國(guó)家，車禍已成為第一位意外死亡原因。另外，交通事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失也相當(dāng)驚人。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大約50%—60%的車禍與飲酒有關(guān)。中國(guó)公安部門在 2009年8月，在全國(guó)各地加強(qiáng)查處酒后駕駛的力度，以減少由酒后駕駛造成的惡性交通事故。要查處就涉及到檢測(cè)人體內(nèi)的酒精含量和使用設(shè)備來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的問(wèn)題。近年來(lái)我國(guó)煤炭工業(yè)的安全生產(chǎn)狀況不容樂(lè)觀，中小型煤礦的情況尤為嚴(yán)重，已經(jīng)直接威脅到整個(gè)煤炭工業(yè)的穩(wěn)定生產(chǎn)，給國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命造成了很大的損失，作為“萬(wàn)惡之首”的甲烷爆炸事故更是重大事故發(fā)生率之首。出于安全考慮，甲烷濃度的測(cè)量，顯得尤為重要。基于以上可以看出，有關(guān)氣體的濃度檢測(cè)問(wèn)題顯得尤為重要。本文研究設(shè)計(jì)了一種可以測(cè)量多種氣體濃度，并可以進(jìn)行超限報(bào)警的智能測(cè)試儀。其設(shè)計(jì)方案基于STC89C52單片機(jī)，MQ3酒精濃度傳感器，MQ4甲烷濃度傳感器。系統(tǒng)將傳感器回路輸出的信號(hào)通過(guò)以AD0832為核心的A/D轉(zhuǎn)換電路調(diào)理后，經(jīng)由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由LCD顯示酒精濃度值。并設(shè)計(jì)一定的限值，超限聲光報(bào)警。限值可由按鍵調(diào)整。考慮到單片機(jī)計(jì)算能力有限，難以進(jìn)行復(fù)雜數(shù)據(jù)處理，故單片機(jī)系統(tǒng)與 PC機(jī)系統(tǒng)通過(guò) RS-232串行通信端口進(jìn)行互連，從而單片機(jī)用作下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制，而PC機(jī)用做上位機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和對(duì)單片機(jī)的控制。從現(xiàn)實(shí)角度考慮，此儀器可以讓開(kāi)車的人知道自己在什么情況下可以開(kāi)車；煤礦井是否處在安全的狀態(tài)下等等。這是一個(gè)在現(xiàn)代生活很實(shí)用，很負(fù)責(zé)的一個(gè)設(shè)計(jì)，對(duì)社會(huì)的健康發(fā)展具有積極的意義。第1章前言1.1氣敏傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀目前半導(dǎo)體氣體傳感器的研究動(dòng)態(tài)及其發(fā)展方向——?dú)怏w傳感器向低功耗、多功能、集成化方向發(fā)展國(guó)外氣體傳感器發(fā)展很快，一方面是由于人們安全意識(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是由于傳感器市場(chǎng)增長(zhǎng)受到政府安全法規(guī)的推動(dòng)。因此，國(guó)外氣體傳感器技術(shù)得到了較快發(fā)展，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)，美國(guó)1996年一2002年氣體傳感器年均增長(zhǎng)率為（27?30）%。目前，氣體傳感器的發(fā)展趨勢(shì)集中表現(xiàn)為：一是提高靈敏度和工作性能，降低功耗和成本，縮小尺寸，簡(jiǎn)化電路，與應(yīng)用整機(jī)相結(jié)合，這也是氣體傳感器一直追求的目標(biāo)。如日本費(fèi)加羅公司推出了檢測(cè)（0.1?10）X10—6硫化氫低功耗氣體傳感器，美國(guó)IST提供了壽命達(dá) 10年以上的氣體傳感器，美國(guó)FirstAlert公司推出了生物模擬型（光化反應(yīng)型）低功耗CO氣體傳感器等。二是增強(qiáng)可靠性，實(shí)現(xiàn)元件和應(yīng)用電路集成化，多功能化，發(fā)展 MEMS技術(shù)，發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)適用的變送器和智能型傳感器。如美國(guó)GeneralMonitors公司在傳感器中嵌入微處理器，使氣體傳感器具有控制校準(zhǔn)和監(jiān)視故障狀況功能，實(shí)現(xiàn)了智能化；還有前已涉及的美國(guó)IST公司的具有微處理器的“MegaGas”傳感器實(shí)現(xiàn)了智能化、多功能化。氣敏元件傳感器作為新型敏感元件傳感器在國(guó)家列為重點(diǎn)支持發(fā)展的情況下，國(guó)內(nèi)已有一定的基礎(chǔ)。其現(xiàn)狀是：1）燒結(jié)型氣敏元件仍是生產(chǎn)的主流，占總量 90％以上；接觸燃繞式氣敏元件已具備了生產(chǎn)基礎(chǔ)和能力；電化學(xué)氣體傳感器有了試制產(chǎn)品;2）在工藝方面引入了表面摻雜、表面覆膜以及制作表面催化反應(yīng)層和修隔離層等工藝，使燒結(jié)型元件由廣譜性氣敏發(fā)展成選擇性氣敏；在結(jié)構(gòu)方面研制了補(bǔ)償復(fù)合結(jié)構(gòu)、組合差動(dòng)結(jié)構(gòu)以及集成化陣列結(jié)構(gòu)；在氣敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生產(chǎn)氣敏元件，新研究開(kāi)發(fā)的Al2O3氣敏材料、石英晶體和有機(jī)半導(dǎo)體等也開(kāi)始用于氣敏材料 ;3）低功耗氣敏元件（如一氧化碳，甲烷等氣敏元件）已從產(chǎn)品研究進(jìn)入中試;4）國(guó)內(nèi)氣敏元件傳感器產(chǎn)量已超過(guò)“九五”初期的400萬(wàn)支。產(chǎn)量超過(guò)20萬(wàn)支的主要廠家有 5家，黑龍江敏感集團(tuán)、太原電子廠、云南春光器材廠、天津費(fèi)加羅公司（合資）、北京電子管廠（特種電器廠），其中前四家都超過(guò)100萬(wàn)支，據(jù)行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，1998年全國(guó)氣敏元件總產(chǎn)量已超過(guò) 600萬(wàn)支?？偟目磥?lái)，我國(guó)氣敏元件傳感器及其應(yīng)用技術(shù)有了較快進(jìn)展，但與國(guó)外先進(jìn)水平仍有較大的差距，主要是產(chǎn)品制造技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用等方面的差距，與日本比較仍要落后10年。國(guó)內(nèi)外氣體濃度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀非光學(xué)分析法1）超聲波技術(shù)超聲原理測(cè)量氣體濃度是近 10年來(lái)隨著電子技術(shù)和測(cè)量技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新技術(shù)，同時(shí)具有測(cè)量范圍寬、精度高、無(wú)節(jié)流、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。超聲波技術(shù)是利用超聲波在某種氣體中的傳播速度與當(dāng)前氣體溫度和氣體性質(zhì)的關(guān)系，通過(guò)測(cè)量超聲波在氣體中的傳播速度以及氣體溫度，進(jìn)而推算出氣體的大概濃度。超聲波技術(shù)測(cè)量氣體濃度克服了傳統(tǒng)氣體檢測(cè)方法的缺點(diǎn)。在大流量、大管徑的氣體濃度檢測(cè)方面，完全可以適應(yīng)未來(lái)工業(yè)生產(chǎn)中的高精度測(cè)量。目前，影響該技術(shù)測(cè)量精度的因素主要是工作環(huán)境的差異，極易受到周圍壓力、溫度、濕度等因素的影響。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，必須采用補(bǔ)償措施，盡量減小誤差，以此來(lái)保證測(cè)量精度。（2）氣敏法在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通過(guò)將被測(cè)氣體濃度轉(zhuǎn)換為與其成一定關(guān)系的電量輸出。根據(jù)被測(cè)氣體的種類，其分析方法也不同。氣敏技術(shù)主要應(yīng)用于氣敏傳感器檢測(cè)氣體的濃度。氣敏元件性能與敏感功能材料的種類、結(jié)構(gòu)以及制作工藝密切相關(guān)。其中采用金屬氧化敏感材料制作的半導(dǎo)體氣敏元件具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)。但是采用氣敏法檢測(cè)氣體濃度也存在不足。由于在氣體檢測(cè)儀中一般將氣敏元件與標(biāo)準(zhǔn)元件組成測(cè)量電橋電路，所以電橋電路的非線性以及電橋供電電壓的大小會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生很大的影響。除此之外，在檢測(cè)時(shí)還需要考慮現(xiàn)場(chǎng)溫度、空氣擾動(dòng)等因素，為此必須采取補(bǔ)償電路等措施。該方法適合對(duì)測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)所。（3）光干涉法光干涉法是利用光的折射率與被測(cè)氣體的含量有關(guān)來(lái)檢測(cè)氣體濃度的。當(dāng)被測(cè)氣體的氣室與空氣室同時(shí)充入空氣時(shí)，如果兩束光所經(jīng)過(guò)的光程相同，則干涉條紋不產(chǎn)生移動(dòng)。如果改變氣室中被測(cè)氣體的成分、溫度或壓力，折射率會(huì)發(fā)生改變，光程也隨之改變，干涉條紋從而發(fā)生移動(dòng)。而當(dāng)兩氣室溫度和壓力相等時(shí)，干涉條紋的移動(dòng)量與氣體濃度成正比，只要測(cè)得移動(dòng)量，便可測(cè)得氣體溫度。在采用光干涉法對(duì)氣體溫度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，必須考慮到周圍測(cè)量環(huán)境的影響，如溫度、濕度、壓力等。（4）被動(dòng)檢氣管法在檢氣管內(nèi)的惰性載體上涂漬對(duì)被測(cè)氣體有效的顯色劑，氣體通過(guò)檢氣管端口擴(kuò)散進(jìn)入管內(nèi)，在經(jīng)過(guò)惰性載體時(shí)，與惰性載體上的顯色劑發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生顏色的變化。 檢氣管顯色長(zhǎng)度的平方與被測(cè)氣體濃度及采樣時(shí)間的乘積存在一定的線性關(guān)系， 從而求出環(huán)境中氣體的時(shí)間加權(quán)濃度。 被動(dòng)檢氣管法與傳統(tǒng)的方法相比較，檢氣管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分析快速、操作方便，并且不受被測(cè)環(huán)境的空間大小、有無(wú)電源的影響；攜帶非常方便，利于外出測(cè)定和大面積布點(diǎn)測(cè)定；使用后的載體以及主要顯色劑可以進(jìn)行回收循環(huán)利用，不產(chǎn)生環(huán)境污染。一般情況下，被測(cè)氣體的溫度、風(fēng)速、濕度等外部因素對(duì)測(cè)定無(wú)明顯影響。除上述介紹的4種非光學(xué)氣體濃度檢測(cè)法外，還有熱催化法、色譜分析法等非光學(xué)分析法。光學(xué)分析法在光學(xué)分析中，主要基于光譜學(xué)，利用光和大氣污染分子相互作用的特性進(jìn)行檢測(cè)，具有大范圍、高組分、連續(xù)實(shí)時(shí)檢測(cè)的特點(diǎn)，已成為氣體濃度檢測(cè)的理想工具。主要有差分吸收光譜技術(shù)、傅里葉變換紅外光譜技術(shù)、可調(diào)諧激光二極管激光吸收光譜技術(shù)、差分吸收激光雷達(dá)和拉曼散射激光雷達(dá)技術(shù)等等。單片機(jī)與PC機(jī)串行通信研究背景和意義隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PC機(jī)以其優(yōu)越的性價(jià)比和豐富的軟件資源成為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的主流機(jī)種。單片機(jī)自誕生以來(lái)以其性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉、功能強(qiáng)大，在智能儀器、工業(yè)裝備以及日用電子消費(fèi)品中得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代化集中管理需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、制表、打印、繪圖、報(bào)警等 ,同時(shí)，又要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，完成各種規(guī)定操作，達(dá)到集中管理的目的。由于單片機(jī)的計(jì)算能力有限，難以進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。因此在功能比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，通常以PC機(jī)為上位機(jī)，單片機(jī)為下位機(jī)，由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集及對(duì)裝置的控制，而由上位機(jī)完成各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理及對(duì)單片機(jī)的控制，二者結(jié)合，使得單片機(jī)的應(yīng)用已不僅僅局限于傳統(tǒng)意義上的自動(dòng)監(jiān)測(cè)或控制，而形成了向以網(wǎng)絡(luò)為核心的分布式多點(diǎn)系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。在一般的利用PC機(jī)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制的場(chǎng)合，采用Windows作為上位機(jī)的平臺(tái)，其優(yōu)點(diǎn)是界面友好，編程和操作都比較容易。因此研究 PC機(jī)與單片機(jī)串行通信具有重要的現(xiàn)實(shí)及工業(yè)意義。本氣體濃度測(cè)試儀的設(shè)計(jì)內(nèi)容本論文主要完成氣體濃度測(cè)試儀軟件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：A/D轉(zhuǎn)換程序、超標(biāo)報(bào)警、鍵盤檢測(cè)控制、數(shù)據(jù)顯示、串口通信程序等。本系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心，以實(shí)現(xiàn)氣體濃度測(cè)試儀的基本控制功能。系統(tǒng)主要功能內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)信號(hào)采集濾波、開(kāi)始測(cè)量、超標(biāo)報(bào)警、鍵盤檢測(cè)控制、串口通信、PC機(jī)處理數(shù)據(jù)等。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用功能模塊化的設(shè)計(jì)思想，本論文內(nèi)容分為以下幾個(gè)章節(jié)：設(shè)計(jì)器件簡(jiǎn)介和選擇；硬件的設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試。并利用Proteus7.7Professional單片機(jī)仿真軟件對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的顯示模塊進(jìn)行仿真調(diào)試。第2章方案器件簡(jiǎn)介硬件設(shè)計(jì)部分主要包括：MCU、A/D、LCD、電源電平轉(zhuǎn)換芯片、數(shù)據(jù)選擇器等芯片的選擇，以下做一些器件的比較。2.1MCU簡(jiǎn)介本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集以及控制部分以單片機(jī)為核心。我們選擇單片機(jī)STC89C52為控制核心，主要基于考慮 STC89C52低功耗、超低價(jià)高速度、高可靠、超強(qiáng)抗靜電，超強(qiáng)抗干擾、無(wú)法解密等優(yōu)點(diǎn)。此外，其 8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，512字節(jié)RAM對(duì)于本系統(tǒng)的程序大小而言，已基本夠用。STC89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫(xiě)口線，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路，STC89C5X可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。同時(shí) STC89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)本。STC單片機(jī)有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以

適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。STC89C52單片機(jī)引腳功能圖如圖2-1所示：VCC:電源電壓VSS:即地XTAL1:振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。TLFl.0T2EXPl.1Pl.2Pl.3Pl.4Pl.5PL6Pl.7TLFl.0T2EXPl.1Pl.2Pl.3Pl.4Pl.5PL6Pl.7FSTRXD/P3,0TXD」F3,1ESTOF3.2

面F3.3TOP3.1T1/P3.5叼P3.6RD下3.7XTAL2XTAL1VSS1234557891011121311151617181920DIP—40nnnnnnnnnnnnnnnnnnnn

098765432109876^432143333333333￡￡￡222222vccPO.0/ADOPO.1/AD1PO.2/AD2PO.3/AC3PO.4/AD4PO.5/AD5PO,6/AD6PO.7/AD7EA ALEFLOGPEEKP2.7/A15P丸6/A11P2.5/Al3P2.4Al2P2.3/A11P2.2/A10P2J/A9P2.0/A8圖2-1單片機(jī)引腳圖P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口P0寫(xiě)“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)器件激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。P1.0和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX）。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。表2-1為P1.0和P1.1的第二功能。 表2-1弓1腳號(hào)功能特性P1.0T2: 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)脈沖輸入，時(shí)鐘輸出P1.1T2EX:定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2捕獲重裝載觸發(fā)和方向控制P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口P2寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，同時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。P3口：P3口時(shí)一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫(xiě)入1時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）oP3口作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-2所示。止匕外，P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/:當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。 要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程器件，改引腳還用于輸入編程脈沖（）0如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位復(fù)位，可禁止ALE操作。該位置復(fù)位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。止匕外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。:程序儲(chǔ)存允許（）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)89C5X單片機(jī)由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在次期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。/VPP:外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFH）,EA端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存端狀態(tài)。如端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp,當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。表2-2P3口的第二功能端口引腳具體第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外中斷0）P3.3（外中斷1）P3.4T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）P3.5T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的基本方法很多，有計(jì)數(shù)法、逐次逼近法、雙斜積分法和并行轉(zhuǎn)換法。由于逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換具有速度快，分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，而且采用這種方法的ADC芯片成本低，所以我們采用逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。逐次逼近型ADC包括1個(gè)比較器、一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器、1個(gè)逐次逼近寄存器（SAR）和1個(gè)邏輯控制單元。逐次逼近型是將采樣信號(hào)和已知電壓不斷進(jìn)行比較， 一個(gè)時(shí)鐘周期完成1位轉(zhuǎn)換，依次類推，轉(zhuǎn)換完成后，輸出二進(jìn)制數(shù)。這類型ADC的分辨率和采樣速率是相互牽制的。優(yōu)點(diǎn)是分辨率低于12位時(shí)，價(jià)格較低，采樣速率也很好。ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0-5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32仙S,據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過(guò)DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。鑒于其 8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換、輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容、5V電源供電時(shí)輸入電壓在0?5V之間、工作頻率為250KHz、轉(zhuǎn)換時(shí)間為32微秒、一般功耗僅為15MW等優(yōu)點(diǎn)，適合本系統(tǒng)的應(yīng)用，所以在本設(shè)計(jì)中采用ADC0832作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。其具體特點(diǎn)如下：8位分辨率；雙通道A/D轉(zhuǎn)換；輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；5V電源供電時(shí)輸入電壓在0~5V之間；工作頻率為250KHZ,轉(zhuǎn)換時(shí)間為32仙S;一般功耗僅為15mW;8P、14P—DIP（雙列直插）、PICC多種封裝；商用級(jí)芯片溫寬為0°Cto+700C,工業(yè)級(jí)芯片溫寬為 -400Cto+850C;芯片接口說(shuō)明：CS_片選使能，低電平芯片使能。CH0模擬輸入通道0,或作為IN+/-使用。CH1模擬輸入通道1,或作為IN+/-使用。GND芯片參考0電位（地）。DI數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。DO數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。CLK芯片時(shí)鐘輸入。VCC/VREF電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）

ADC0832引腳圖如圖2-2所示圖2-2ADC0809是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模一數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。主要特點(diǎn)：ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。 ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封AUIl\.\LH'dii?UHI此4陷LB,AUIl\.\LH'dii?UHI此4陷LB,?陶■nk,F(X'START(UJC-K區(qū)麻應(yīng)揖弁￡-M)F?\一\ni>h一用心一UE一5一li一*HF?I一口IV,-】N-IN-IK「START-W-[*.—ULCLCk'h-_J'4-i.GND-[J-圖2-3下面說(shuō)明各引腳功能：IN0?IN7:8路模擬量輸入端.8位數(shù)字量輸出端。.ADDA、ADDB、ADDC:3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路.ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入高電平有效。.START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使 0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換）。.EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。.OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。.CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。.REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。.VCC：電源，單一＋5V。.GND：地。液晶顯示器的簡(jiǎn)介L(zhǎng)CD1602字符型液晶顯示器的特點(diǎn)及其用法：.單5V電源電壓，低功耗、長(zhǎng)壽命、高可靠性.內(nèi)置192種字符（160個(gè)5X7點(diǎn)陣字符和32個(gè)5X10點(diǎn)陣字符）.具有64個(gè)字節(jié)的自定義字符RAM,可自定義8個(gè)5X8點(diǎn)陣字符或4個(gè)5X11點(diǎn)陣字符.顯示方式： STN、半透、正顯.驅(qū)動(dòng)方式： 1/16并口， 1/5串口.背光方式：底部 LED.通訊方式：4位或8位并口可選.標(biāo)準(zhǔn)的接口特征：適配MC51和M6800系統(tǒng)MPU的操作時(shí)序LCD1602液晶顯示屏的主要技術(shù)參數(shù)如下表所示：（表2-3）表2-3LCD1602 液晶主要參數(shù)顯示容量16X2個(gè)字符芯片工作電壓4.5-5.5V工作電流2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓5.0V字符尺寸2.95X4.35(mm)帶中文字庫(kù)的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊； 具顯示分辨率為128X64,內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。可以顯示8X4行16X16點(diǎn)陣的漢字.也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多， 且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊；基本特性 ：.低電源電壓（VDD:+3.0--+5.5V ）.顯示分辨率：128X64點(diǎn).內(nèi)置漢字字庫(kù)，提供8192個(gè)16X16點(diǎn)陣漢字（簡(jiǎn)繁體可選）.內(nèi)置128個(gè)16X8點(diǎn)陣字符，2MHZ時(shí)鐘頻率.顯示方式：STN、半透、正顯，驅(qū)動(dòng)方式：1/32DUTY,1/5BIAS.視角方向：6點(diǎn)，背光方式：側(cè)部高亮白色LED,功耗僅為普通LED的1/5—1/10.通訊方式：用行、并口可選，內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路，無(wú)需外加負(fù)壓.無(wú)需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)，工作溫度：0度-+55度，存儲(chǔ)溫度：-20度-+60度。電源電平轉(zhuǎn)換芯片（TTL電平轉(zhuǎn)RS-232電平）MAX232芯片是美信（MAXIM）公司專為RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5V單電源供電。MAX220-MAX249系列線驅(qū)動(dòng)器/接收器，專為EIA/TIA-232E以及V.28/V.24 通信接口設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)選擇器在多路數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，能夠根據(jù)需要將其中任意一路選出來(lái)的電路，叫做數(shù)據(jù)選擇器，也稱多路選擇器或多路開(kāi)關(guān)。數(shù)據(jù)選擇器 （MUX）的邏輯功能是在地址選擇信號(hào)的控制下，從多路數(shù)據(jù)中選擇一路數(shù)據(jù)作為輸出信號(hào)。有2選1,4選1、8選1和16選1等類型的數(shù)據(jù)選擇器。有數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)選擇器，如74LS151,74HC151,也有針對(duì)模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)選擇器，如74HC4051。在本設(shè)計(jì)中，主要是選通模擬輸入信號(hào)，故用74HC4051第3章串口通信基礎(chǔ)理論隨著微機(jī)特別是單片機(jī)的發(fā)展，其應(yīng)用已從單機(jī)逐漸向多機(jī)或聯(lián)網(wǎng)，而多機(jī)應(yīng)用的關(guān)鍵又在于微機(jī)之間的相互通訊，互傳數(shù)據(jù)信息。在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CPU與外部的基本通訊方式有兩種:并行通訊——數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送;串行通訊——數(shù)據(jù)一位一位順序傳送。在并行通訊中，數(shù)據(jù)有多少位就需要多少條傳送線，而串行通訊只需要一對(duì)傳送線，故串行通訊能節(jié)省傳送線，特別是當(dāng)數(shù)據(jù)位數(shù)很多和遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送時(shí)，這一優(yōu)點(diǎn)更加突出。但串行數(shù)據(jù)也有缺點(diǎn)，那就是速度比并行通訊要慢。串行通訊是指將構(gòu)成字符的每個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)位，依據(jù)一定的順序逐位進(jìn)行傳送的通訊方法。在串行通訊中，有二種基本的通訊方式 :異步通訊和同步通訊。串行通訊中，要把數(shù)據(jù)從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方，必須使用通訊線路。數(shù)據(jù)在通訊線路兩端的工作 （通訊線路或計(jì)算機(jī) ）之間傳送。按通訊方式，可將數(shù)據(jù)傳輸線路分成三種:單工方式半雙工方式全雙工方式兩種常用接口方式.并行接口并行接口是指 8位數(shù)據(jù)同時(shí)通過(guò)并行線進(jìn)行傳送，這樣數(shù)據(jù)的傳輸率能得到極大的提高。但在并行傳輸中，干擾會(huì)隨線路長(zhǎng)度的增加而增加，產(chǎn)生傳輸錯(cuò)誤。因此，并行傳輸主要應(yīng)用在近距離數(shù)據(jù)傳輸中，如連接打印機(jī)端口。并行接口主要使用36針接頭和25針D形接頭，目前以25針D形接頭為主。.串行接口用行口也是計(jì)算機(jī)的一種標(biāo)準(zhǔn)接口，PC機(jī)一般至少有兩個(gè)用行口Com1和Com2o用行口不同于并行口，它的數(shù)據(jù)和控制信息是一位接一位在一根傳輸線上傳送的，這樣用行口較并行口能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送信息。用行口通常使用 9針D形連接器，有些老式則使用25針D形連接器。由于CPU與接口間按并行方式傳輸，接口與外設(shè)之間按串行方式傳輸，因此，在申行接口中，要由接收移位寄存器把串行方式轉(zhuǎn)換成并行方式， 由發(fā)送移位寄存器把并行方式轉(zhuǎn)換成串行方式。完成這種轉(zhuǎn)換功能的電路叫做通用異步收發(fā)機(jī)UART。RS-232串行接口標(biāo)準(zhǔn)目前RS-232是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種用行接口。 RS-232被定義為一種在低速率申行通信中增加通信距離的單端標(biāo)準(zhǔn) [3-7]oRS-232采用不平衡傳輸方式，收發(fā)端的數(shù)據(jù)信號(hào)是相對(duì)信號(hào)地。 9針用口引腳和25針用口引腳定義如表3-1所示。表3-1 9針串口引腳與25針串口引腳定義9針串口（DB9）25針串口（DB25）tl勺功能說(shuō)明縮寫(xiě)tl勺功能說(shuō)明縮寫(xiě)1數(shù)據(jù)載波檢測(cè)DCD8數(shù)據(jù)載波檢測(cè)DCD2接收數(shù)據(jù)RXD3接收數(shù)據(jù)RXD3發(fā)送數(shù)據(jù)TXD2發(fā)送數(shù)據(jù)TXD4數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備DTR20數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備DTR5信號(hào)地GND7信號(hào)地GND6數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好DSR6數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好DSR7請(qǐng)求發(fā)送RTS4請(qǐng)求發(fā)送RTS8清除發(fā)送CTS5清除發(fā)送CTS9振鈴指示DELL22振鈴指示DELL典型的RS-232信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平在5V-15V,負(fù)電平在-5V~-15V;在接收數(shù)據(jù)時(shí)，接收器的典型工作電平是3V-12V和-3V~-12V。串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送數(shù)據(jù)針腳就能實(shí)現(xiàn)， 其連接方式如表3-2所示。表3-2串口通信連接方式9針一9針25針一25針9針一25針233222322333557757VB編程過(guò)程中使用到的MSComm控件MSComm控件全稱為MicrosoftCommunicationsControl,是Microsoft公司提供的簡(jiǎn)化Windows下串行通行編程的ActiveX控件，它為應(yīng)用程序提供了通過(guò)串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法。 通過(guò)對(duì)此控件的屬性和事件進(jìn)行相應(yīng)編程操作，就可以輕松實(shí)現(xiàn)串口通信。MSComm控件處理通信的方式MSComm控件通過(guò)串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通信功能。MSComm控件提供兩種處理通信的方式：事件驅(qū)動(dòng)方式和查詢方式。(1)事件驅(qū)動(dòng)方式事件驅(qū)動(dòng)通信是處理用行端口交互作用的一種非常有效地方法。這種式下,在事件發(fā)生時(shí)，如在串口接收緩沖區(qū)有字符等，可以利用MSComm控件的OnComm事件捕獲并處理這些通信事件，OnComm事件還可以檢查和處理通信錯(cuò)誤。在編程過(guò)程中，可以在 OnComm事件處理函數(shù)中加入自己的代碼。這種方法的優(yōu)點(diǎn)使程序響應(yīng)及時(shí)、可靠。（2）查詢方式查詢方式實(shí)質(zhì)上還是事件驅(qū)動(dòng)，在有些情況下，這種方式顯得更為便捷。在程序的關(guān)鍵功能后，可以通過(guò)檢查 CommEvent屬性的值來(lái)查詢事件和錯(cuò)誤，編寫(xiě)自己的程序代碼。3.2.2．MSComm控件的主要屬性MSComm控件很多重要的屬性，常用屬性的功能如下：CommPort屬性：設(shè)置并返回通信端口號(hào)；Input屬性：返回并刪除接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)流；Output屬性：往傳輸緩沖區(qū)中寫(xiě)數(shù)據(jù)流；PortOpen屬性：設(shè)置并返回通信端口的狀態(tài)（開(kāi)或關(guān)）；Settings屬性：設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位和停止位參數(shù)；InputLen屬性：確定被Input屬性讀取的字符數(shù)，設(shè)置 InputLen為0時(shí)，則Input屬性讀取緩沖區(qū)中的全部數(shù)據(jù)；InputMode屬性：確定用Input屬性讀取的數(shù)據(jù)類型，設(shè)置 InputMode為comInputModeText時(shí)，Input屬性通過(guò)一個(gè) Variant返回文本數(shù)據(jù)，設(shè)置為comInputModeBinary時(shí)，Input屬性通過(guò)一個(gè) Variant返回一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)數(shù)組。第4章總體方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的總體框圖如下圖4-1:圖4-1總體框圖單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工的收發(fā)緩沖器（SBUF），這兩個(gè)在物理上獨(dú)立的接收發(fā)射器，即可以接收也可以發(fā)射數(shù)據(jù)，它們共用同一個(gè)地址 99H。在串行口的輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器，就可以方便的設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口。在設(shè)計(jì)中以PC機(jī)為主機(jī)，單片機(jī)為從機(jī)，通過(guò)串行接口構(gòu)成主從系統(tǒng)，設(shè)計(jì)其串行通信的基本功能。VisualBasic（簡(jiǎn)稱VB）是Windows操作系統(tǒng)下簡(jiǎn)單、易學(xué)、高效的應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)工具。因其具有面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，友好的用戶界面、編程高效、數(shù)據(jù)處理及驅(qū)動(dòng)底層硬件功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的使用。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，PC機(jī)的通信程序使用VisualBasic編寫(xiě)，單片機(jī)的程序用C語(yǔ)言編寫(xiě)。以下介紹本次設(shè)計(jì)的各個(gè)模塊中使用到的具體器件。4.1STC89C52MCUSTC89C52是的低電壓，高性能 CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8Kbytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器 （PEROM）和256Kbytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，器件采用高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MCS-51指令系統(tǒng)及 8051產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器和FLASH存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大，STC89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。它的主要性能參數(shù)如下：.8K字節(jié)可重擦寫(xiě)FLASH閃存存儲(chǔ)器.1000次寫(xiě)/擦循環(huán).時(shí)鐘頻率：0Hz—24MHz.三級(jí)加密存儲(chǔ)器.256字節(jié)內(nèi)部RAM.32個(gè)可編程I/O口線.3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器.6個(gè)中斷源.可編程串行 UART通道.低功耗的空閑和掉電模式.片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá) 256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0-5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32點(diǎn)，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過(guò)DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。LCD1602液晶顯示LCD1602字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD,目前常用16X1,16X2,20X2和40X2行等的液晶顯示模塊。模塊組件內(nèi)部主要由LCD顯示屏、控制器、列驅(qū)動(dòng)器和偏壓產(chǎn)生電路構(gòu)成。LCD1602液晶顯示屏分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無(wú)差別。1602液晶顯示屏采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中各接口的功能如下表（4-1）所示：

表4-1LCD1602的16管腳功能弓1腳號(hào)引腳名電平輸入/輸出引腳說(shuō)明1VSS電源地2VDD電源正極（+5V）3VL液晶顯示偏壓信號(hào)4RS0/1輸入數(shù)據(jù)/命令選才1端，0:輸入指令，1:輸入數(shù)據(jù)5R/W0/1輸入讀/寫(xiě)選擇端，0:向LCD寫(xiě)入指令或數(shù)據(jù)，1:從LCD讀取信息6E1一0輸入使能信號(hào)，1時(shí)讀取信息，1-0（下降1田執(zhí)行指令7D00/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線（最低位）8D10/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線9D20/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線10D30/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線11D40/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線12D50/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線13D60/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線14D70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線（最高位）15BLA+VCCLCD背光電源正極16BLK接地LCD背光電源負(fù)極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)使屏幕顯示不清晰，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為數(shù)據(jù)/命令選擇端，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器

第5腳：R/W為讀寫(xiě)選擇端，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址， 當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7?14腳：D0?D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極單電源轉(zhuǎn)換芯片MAX232MAX232是MAXIM公司生產(chǎn)的、包含兩路接收/驅(qū)動(dòng)器的芯片。芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以將輸入的+5V電源電壓變換成為RS-232輸出電平。硬件接口簡(jiǎn)單，被廣泛使用。芯片的引腳配置及典型工作電路如圖 4-2所示。劇INPUT1一工1Gelef)r叵rE

SV4C1-⑵C2-V-20UTR2N/VMX1A4MAX202Eelef)r叵rE

SV4C1-⑵C2-V-20UTR2N/VMX1A4MAX202EIMX/321￡gou帆OIIIMIMLGrJllRIklllTJEjk]皿同回11]訶C2- +11^10-10/C2付U*GEIN近日正可CLtSH；訓(xùn)"C1用LWEIYURim=15口網(wǎng)有；TUCMOSOUTPUT；、2”俄圖4-2MAX232芯片引腳配置和典型工作電路4.5數(shù)據(jù)選擇器74HC405174HC4051是一款高速CMOS器件，是8通道模擬多路選擇器/多路分配器，帶有3個(gè)數(shù)字選擇端（S0至S2）,1個(gè)低有效使能端（E）,8個(gè)獨(dú)立輸入/輸出端（Y0至Y7）和1個(gè)公共輸入/輸出端（Z）。E為低時(shí)，8個(gè)開(kāi)關(guān)的其中之一將被 S0至S2選中（低阻態(tài)）。E為高時(shí)，所有開(kāi)關(guān)都進(jìn)入高阻態(tài)，直接無(wú)視 S0至S2。VCC和GND是數(shù)字控制端（S0至S2,E）的供電引腳，74HC4051的VCC至GND范圍為2.0V?10.0V。74HC4051的模擬輸入/輸出端（丫0至丫7,Z）在上限VCC和下限VEE之間擺動(dòng)，VCC-VEE應(yīng)當(dāng)不超過(guò)10.0V。作為一個(gè)數(shù)字多路選擇器/多路分配器，VEE將被連接到GND上（一般是接地）。引腳圖如下圖4-3所示。74HC4051PinconfigurationYdY6zYdY6zY7Y5EVeeGMDVGGY2Y1YDY3SOS1S2DIP16.SO16.and(TJSSOP16圖4-374HC4051引腳圖4.6用于串口轉(zhuǎn)USB的芯片CP2102（實(shí)際使用）目前儀器設(shè)備大都采用RS232接口與計(jì)算機(jī)通信，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，支持熱插拔的USB標(biāo)準(zhǔn)接口將取代RS232接口，因此計(jì)算機(jī)將越來(lái)越少配置甚至不配置RS232接口。RS232接口與USB接口雖然都屬于串行接口，但它們的數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議、信號(hào)電平以及機(jī)械連接方式則不同。 這樣計(jì)算機(jī)不能控制現(xiàn)有儀器設(shè)備，解決這一問(wèn)題就得把現(xiàn)有的儀器設(shè)備的RS232接口轉(zhuǎn)換成USB接口。一種方案是采用USB/RS232橋接器件如CP2102,CP2103進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)通過(guò)USB接口虛擬一個(gè)RS232接口，與傳統(tǒng)設(shè)備器件連接，設(shè)備對(duì)計(jì)算機(jī)接口的形式為USB接口。siliconLaboratories公司推出的USB接口與RS232接口轉(zhuǎn)換器CP2102/CP2103是一款高度集成的USB-UART橋接器，提供一個(gè)使用最小化元件和PCB空間來(lái)實(shí)現(xiàn)RS232轉(zhuǎn)換USB的簡(jiǎn)便解決方案。如圖1所示，CP2102/

CP2103包含了一個(gè)USB功能控制器、USB收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調(diào)制解調(diào)器控制信號(hào)的異步串行數(shù)據(jù)總線（UART）oCP2102/CP2103作為USB/RS232雙向轉(zhuǎn)換器，一方面可以從主機(jī)接收USB數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為RS232信息流格式發(fā)送給外設(shè)；另一方面可從RS232外設(shè)接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)格式傳送至主機(jī)，其中包括控制和握手信號(hào)。具典型應(yīng)用電路見(jiàn)下圖4-4。iPD呷上倒I4NSUSBiSHttLms加由CM圖4-4呷上倒I4NSUSBiSHttLms加由CM圖4-44UHI

事忱愛(ài)茹■卻疆評(píng)。到5FW4.7設(shè)計(jì)中使用到的軟件介紹Keil軟件簡(jiǎn)介：?jiǎn)纹瑱C(jī)開(kāi)發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開(kāi)軟件，我們寫(xiě)的匯編語(yǔ)言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機(jī)器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機(jī)器匯編是通過(guò)匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼。Keil軟件是目前最流行開(kāi)發(fā)MCS-51系列單片機(jī)的軟件。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。KeilC51是美國(guó)KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。KeilC51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。Protues仿真軟件簡(jiǎn)介：Protues軟件是英國(guó)Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件，是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)，是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持 8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33 、AVR、ARM、8086和MSP430等。在編譯方面，它也支持 IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。VB簡(jiǎn)介：VisualBasic是一種由微軟公司開(kāi)發(fā)的包含協(xié)助開(kāi)發(fā)環(huán)境的事件驅(qū)動(dòng)編程語(yǔ)言。從任何標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，VB都是世界上使用人數(shù)最多的語(yǔ)言。它源自于BASIC編程語(yǔ)言。VB擁有圖形用戶界面（GUI）和快速應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)（RAD）系統(tǒng)，可以輕易的使用DAO、RDO、ADO連接數(shù)據(jù)庫(kù)，或者輕松的創(chuàng)建 ActiveX控件。程序員可以輕松的使用VB提供的組件快速建立一個(gè)應(yīng)用程序。VisualBasic（簡(jiǎn)稱VB）是Windows操作系統(tǒng)下簡(jiǎn)單、易學(xué)、高效的應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)工具。因其具有面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，友好的用戶界面、編程高效、數(shù)據(jù)處理及驅(qū)動(dòng)底層硬件功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的使用。第5章硬件設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)在本次設(shè)計(jì)中我們采用STC89C52來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能運(yùn)行起來(lái)的需求最小的系統(tǒng)，電路圖見(jiàn)圖5-1。由晶振電路和復(fù)位電路，STC89C52芯片組成，構(gòu)成最小的單片機(jī)系統(tǒng)。下面介紹其中的兩個(gè)電路。晶振電路:單片機(jī)工作的過(guò)程中各指令的微操作在時(shí)間上有嚴(yán)格的次序，這種微操作的時(shí)間次序稱作時(shí)序，單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)為單片機(jī)芯片內(nèi)部各種微操作提供時(shí)間基準(zhǔn)。89C52的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，一種是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式即在單片機(jī)的外部接一個(gè)晶振電路與單片機(jī)里面的振蕩器組合作用產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)，此方式常用于多片89C52單片機(jī)同時(shí)工作，以便于各單片機(jī)的同步，一般要求外部信號(hào)高電平的持續(xù)時(shí)間大于20ns.且為頻率低于 12MHz的方波。對(duì)于CHMOS工藝的單片機(jī)，外部時(shí)鐘要由XTAL1端引入，而XTAL2端應(yīng)懸空。本系統(tǒng)中為了盡量降低功耗的原則，采用了內(nèi)部時(shí)鐘方式。電路圖見(jiàn)圖5-2:Jl器既T:T1_Sc1234j￡--PC0AD：："工ADLPC：ID；43皿AD4MiJl器既T:T1_Sc1234j￡--PC0AD：："工ADLPC：ID；43皿AD4MiXDiP4TAD~?1.0.T1?UT2EXP12P1JD1.4atPl5P15HJ0/A1PSVAJPl-2Al：-DUAllpkanK5A13PL*AUPl"A15■IC3*1圖5-1單片機(jī)的最小系統(tǒng)XTAL1XTAU22pF圖5-2晶振電路在89C52單片機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)震蕩電路，只要在單片機(jī)的 XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱晶振）就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，圖中電容器C1和C2穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5-30pF,典型值是22pF,晶振CYS選擇白^是12MHz。復(fù)位電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)開(kāi)始工作的時(shí)候，必須處于一種確定的狀態(tài)，否則，不知哪是第一條程序和如何開(kāi)始運(yùn)行程序。端口線電平和輸入輸出狀態(tài)不確定可能使外圍設(shè)備誤動(dòng)作，導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生；內(nèi)部一些控制寄存器（專用寄存器）內(nèi)容不確定可能導(dǎo)致定時(shí)器溢出、程序尚未開(kāi)始就要中斷及串口亂傳向外設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)。因此,任何單片機(jī)在開(kāi)始工作前，都必須進(jìn)行一次復(fù)位過(guò)程，使單片機(jī)處于一種確定的狀態(tài)。當(dāng)在89C52單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位，上電復(fù)位，要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位，上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容C1的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。本設(shè)計(jì)中復(fù)位電路采用的是開(kāi)關(guān)復(fù)位電路，開(kāi)關(guān)S9未按下是上電復(fù)位電路，上電復(fù)位電路在上電的瞬間，由于電容上的電壓不能突變，電容處于充電（導(dǎo)通）狀態(tài)，故RST腳的電壓與VCC相同。隨著電容的充電，RST腳上的電壓才慢慢下降。選擇合理的充電常數(shù)，就能保證在開(kāi)關(guān)按下時(shí)是 RST端有兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平從而使STC89C52內(nèi)部復(fù)位。開(kāi)關(guān)按下時(shí)是按鍵手動(dòng)復(fù)位電路，RST端通過(guò)電阻與VCC電源接通，通過(guò)電阻的分壓就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。電路圖見(jiàn)圖5-3:圖5-3復(fù)位電路RST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。信號(hào)采集電路從傳感器過(guò)來(lái)的電壓信號(hào)，應(yīng)經(jīng)過(guò)濾波，采集，轉(zhuǎn)換才能被MCU識(shí)別和處理。由于假若每一路都設(shè)置放大、濾波等器件，那么成本會(huì)很大，所以信號(hào)的采集一般用多路模擬通路進(jìn)行選擇。在本設(shè)計(jì)中，為了體現(xiàn)多路的性質(zhì)，選取了一個(gè)酒精濃度傳感器和一個(gè)甲烷濃度傳感器。酒精濃度傳感器由MQ3傳感器組成。MQ3傳感器/MQ3模塊詳細(xì)介紹如下表 5-2。甲烷濃度傳感器由MC113組成；MC113傳感器的技術(shù)指標(biāo)如下表5-1所示。測(cè)量電路由氣敏傳感器 MQ3/MC113、濾波電路和ADC0832組成。所采集的信號(hào)經(jīng)濾波電路和ADC0832后，被傳送至STC89C52單片機(jī)，在顯示器上顯示出對(duì)應(yīng)的濃度值，當(dāng)超過(guò)一定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，便給以報(bào)警。MC113/113C是催化燃燒式氣敏元件，根據(jù)催化燃燒效應(yīng)的原理工作。在使用中經(jīng)常采用電橋電路的方式進(jìn)行采樣檢測(cè)。基本電路如圖5.4所示。由檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件配對(duì)組成電橋的兩個(gè)臂，遇可燃性氣體時(shí)檢測(cè)元件電阻升高，橋路輸出電壓變化，該電壓變量隨氣體濃度增大而成正比例增大，補(bǔ)償元件起參比及溫濕度補(bǔ)償作用。MC113及其測(cè)量電路的特點(diǎn).橋路輸出電壓呈線性 .響應(yīng)速度快 .具有良好的重復(fù)性、選擇性 .元件工作穩(wěn)定、可靠.抗H2S中毒。表表5-2MQ3模塊詳細(xì)參數(shù)指標(biāo)圖圖5-5MC113的靈敏度特性及響應(yīng)恢復(fù)特性應(yīng)用：工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的天然氣、液化氣、煤氣、烷類等可燃性氣體及汽油、醇、酮、苯等有機(jī)溶劑蒸汽的濃度檢測(cè)；可燃性氣體泄漏報(bào)警器；可燃性氣體探測(cè)器；氣體濃度計(jì)等。圖5-4測(cè)量電路表5-1MC113傳感器的技術(shù)指標(biāo)工作電壓（V）2.8±0.1工作電流（mA）90±10靈敏度（mv）1%甲烷15-401%丁烷30-501%氫氣20-40線