基于單片機(jī)的便攜式甲醛檢測儀的控制系統(tǒng)設(shè)計

基于單片機(jī)的便攜式甲醛檢測儀的控制系統(tǒng)設(shè)計摘要本文研究設(shè)計了一種用于公共場所及室內(nèi)具有檢測及超限報警功能的甲醛智能測試儀。其設(shè)計方案基于89C51單片機(jī)，選擇瑞士蒙巴波公司的CH20/S-10甲醛傳感器。系統(tǒng)將傳感器輸出的4~20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號通過以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，最后由LCD顯示甲醛濃度值。文中詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理過程以及數(shù)據(jù)顯示子系統(tǒng)和報警電路的設(shè)計方法和過程。系統(tǒng)對于采樣地點(diǎn)超出規(guī)定的甲醛容許濃度時采用三極管驅(qū)動的單音頻報警電路提醒監(jiān)測人員。同時，操作人員對于具體報警點(diǎn)的上限值可以通過單片機(jī)編程進(jìn)行設(shè)置。另外，該系統(tǒng)對濃度信號進(jìn)行了信號補(bǔ)償?shù)忍幚恚瑴p少了測量誤差，因此，具有較高的測量精度，而且結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)良。本系統(tǒng)的量程為0-10ppm，精度為0.039ppm。關(guān)鍵詞:甲醛檢測，數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，硬件電路，軟件設(shè)計，A/D轉(zhuǎn)換器，AT89C52單片機(jī)目錄1緒論11.1引言1甲醛的特性及危害1甲醛的來源11.2甲醛檢測儀的種類11.3系統(tǒng)總概述21.4總體方案設(shè)計22硬件設(shè)計32.1硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)32.2硬件設(shè)計主電路圖32.3硬件選擇3的選擇與簡介3單片機(jī)最小系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)9數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)12模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇與簡介132.3.5按鍵選擇與簡介15外圍擴(kuò)充存儲器16時鐘芯片選擇與簡介17上拉電阻19液晶顯示器簡介20報警電路22硬件仿真環(huán)境介紹243軟件設(shè)計263.1軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)263.2編寫語言的選擇263.3主程序模塊273.4模數(shù)轉(zhuǎn)換273.4按鍵模塊283.6時鐘模塊283.7液晶顯示模塊294系統(tǒng)仿真305結(jié)束語32致謝33參考文獻(xiàn)34附錄351緒論1.1引言甲醛的特性及危害甲醛是一種無色，有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體。易溶于水、醇和醚。甲醛在常溫下是氣態(tài)，通常以水溶液形式出現(xiàn)。其37%的水溶液稱為福爾馬林，醫(yī)學(xué)和科研部門常用于標(biāo)本的防腐保存。此溶液沸點(diǎn)為19.5℃故在室溫時極易揮發(fā)，隨著溫度的上升甲醛的揮發(fā)速度加快。與蛋白質(zhì)結(jié)合，吸入高濃度甲醛后會出現(xiàn)呼吸道的嚴(yán)重刺激和水腫、眼刺痛、頭痛，也可發(fā)生支氣管哮喘皮膚直接接觸甲醛，可引起皮炎、色斑、壞死。經(jīng)常吸入少量甲醛，能引起慢性中毒，出現(xiàn)粘膜充血、皮膚刺激癥、過敏性皮炎、指甲角化和脆弱等。全身病癥有頭痛、乏力、心悸、失眠、體重減輕以及植物神經(jīng)紊亂等。1.1.2甲醛的來源〔1〕室內(nèi)裝修所用的合成板材，如膠合板、細(xì)木工板、高密度板、刨花板。這些板材中甲醛起膠合劑、防腐劑的作用，主要用于加強(qiáng)板材的硬度、防蟲、防腐。板材中殘留的和未參與反響的甲醛逐漸向周圍環(huán)境釋放，是室內(nèi)空氣中甲醛的主要來源?！?〕用合成板材制造的家具，廠家為了追求利潤使用不合格的板材，再粘貼面材料時使用不合格的膠水，造成家具中甲醛含量超標(biāo)?！?〕含有甲醛成分并有可能向外界散發(fā)的各類裝飾材料，如壁紙、地毯、油漆。1.2甲醛檢測儀的種類目前，市場上甲醛檢測儀的種類是多種多樣，其中較常見的是采用試驗紙光電光度法，即：當(dāng)甲醛氣體吹到浸有發(fā)色劑的試紙上時，與浸有發(fā)色劑的TAB組合就會因發(fā)生化學(xué)反響而變色。甲醛同試紙接觸后含在紙里的試藥就會同甲醛反響生成化合物，顏色就會從白色變成黃色。變色的程度可反映出所受光的反射光量，反射光量的強(qiáng)度變化率可以作為被測氣體的甲醛含量的應(yīng)答值。預(yù)先設(shè)定檢測線，便可通過測量其反響率來測出甲醛氣體的濃度值。在氣體的采集方面有的是采用自動吸引式〔內(nèi)藏微型氣泵〕，有的采用擴(kuò)散式。對于試驗紙光電光度法來分析甲醛的濃度，它的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，操作簡便，測定速度快。而該方法在分析甲醛濃度時往往采用的是目視比色法，它的缺點(diǎn)是：1.由于許多有色溶液不夠穩(wěn)定，不能久存，經(jīng)常需要在測定的同時配制溶液，比擬費(fèi)時費(fèi)事。2.目視比色的準(zhǔn)確度低，一般相對誤差為±5～20%。本論文設(shè)計的便攜式甲醛檢測儀所涉及的甲醛傳感器是電化學(xué)傳感器。它可以將甲醛氣體的濃度轉(zhuǎn)換為微弱的電流信號。這樣就可以通過電流電壓變換電路將微弱的電流信號轉(zhuǎn)換為可以測量的穩(wěn)定的電壓信號，增強(qiáng)了電信號的穩(wěn)定性。1.3系統(tǒng)總概述本論文主要完成甲醛檢測儀軟件設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容包括：A/D轉(zhuǎn)換器程序、控制程序、超標(biāo)報警、鍵盤檢測、數(shù)據(jù)顯示等。本系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心，以實(shí)現(xiàn)便攜式甲醛檢測儀的根本控制功能。系統(tǒng)主要功能內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)處理、時間設(shè)置、開始測量、超標(biāo)報警、鍵盤檢測、自動休眠：儀器假設(shè)不進(jìn)行稱量操作，5分鐘后自動進(jìn)入休眠模式，以降低電源消耗。本系統(tǒng)設(shè)計采用功能模塊化的設(shè)計思想，系統(tǒng)主要分為總體方案設(shè)計、硬件和軟件的設(shè)計三大局部。1.4總體方案設(shè)計室內(nèi)甲醛污染對人身體健康影響較大，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法絕大多數(shù)是化學(xué)分析法，使用的手段是實(shí)驗室分析儀器，主要有比色計、分光光度計、化學(xué)滴定、氣相和液相色譜。但這些方法費(fèi)力費(fèi)時、本錢高、自動化程度低過程復(fù)雜、大多數(shù)過程是人工操作很難做到現(xiàn)場實(shí)時控制。本設(shè)計可選用基于電化學(xué)原理的甲醛傳感器，其原理是空氣中的甲醛在電極下發(fā)生氧化反響，產(chǎn)生的擴(kuò)散電極電流與空氣中的甲醛濃度成正比，通過檢測放大電路和放大倍數(shù)的調(diào)整經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)、由單片機(jī)現(xiàn)場自動控制檢測并顯示甲醛濃度。由于甲醛含量超量的話，將對人體健康造成很大的影響。具有民用價值的便攜式甲醛檢測儀的研制受到了人們的高度重視。設(shè)計能夠滿足生活需要，攜帶方便的便攜式甲醛檢測儀迫在眉睫。針對目前的現(xiàn)狀，本系統(tǒng)設(shè)計遵守體積小，質(zhì)量輕，性價比高的原那么。2硬件設(shè)計2.1硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)硬件設(shè)計局部主要包括：〔MCU、A/D、時鐘芯片、LCD、外圍擴(kuò)展數(shù)據(jù)RAM〕等芯片的選擇；硬件主電路設(shè)計、數(shù)據(jù)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計、液晶顯示電路設(shè)計、外圍擴(kuò)充存儲器接口電路、時鐘電路、復(fù)位電路、鍵盤接口電路等功能模塊電路設(shè)計。硬件結(jié)構(gòu)框圖2-1：圖2-1硬件結(jié)構(gòu)框圖2.2硬件設(shè)計主電路圖硬件設(shè)計住電路圖見附錄一2.3硬件選擇2.3.1MCU的選擇與簡介〔1〕單片機(jī)的概念和特點(diǎn)現(xiàn)代社會中，盡管PC機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍，但是，在工控領(lǐng)域，在日益追求小而精、輕而薄的自動化控制器、自動化儀器儀表、家電產(chǎn)品等方面,PC機(jī)仍有所不相適宜的地方。而工業(yè)控制、儀器儀表、家電產(chǎn)品等市場廣闊，要求PC機(jī)技術(shù)與之相適應(yīng)。在這種情況下，單片機(jī)應(yīng)運(yùn)而生了〔也稱作微型計算機(jī)〕。微型計算機(jī)的根本機(jī)構(gòu)是由中央處理器、儲存器、和I/O設(shè)備構(gòu)成的。所謂的單片機(jī)是指將微型計算機(jī)3個單元的多個分體中的主要功能用1個集成電路芯片來實(shí)現(xiàn)，該芯片具有一個微型計算機(jī)的根本功能。這種超大規(guī)模集成電路芯片即稱為單片微型計算機(jī)，通常簡稱單片機(jī)。單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：①受集成度限制，片內(nèi)存儲容量較小，一般8位單片機(jī)的ROM小于8/16K字節(jié)，RAM小于256字節(jié)，但可在外部擴(kuò)展，通常ROM、RAM可分別擴(kuò)展至64K字節(jié)。②可靠性好。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，其抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般通用CPU；程序指令及常數(shù)、表格固化在ROM中不易破壞；許多信號通道均在一個芯片內(nèi)，故可靠性高。③易擴(kuò)展。片內(nèi)具有計算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。④控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中具有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。一般說來，單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微處理器。⑤一般單片機(jī)內(nèi)無監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理軟件，只放置有用戶調(diào)試好的應(yīng)用程序。但近年來也開始出現(xiàn)了在片內(nèi)固化有BASIC解釋程序的單片機(jī)?！?〕單片機(jī)的開展與趨勢由于單片機(jī)具有以上特點(diǎn)，因此在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀器儀表、智能化設(shè)備和各種家用電器等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著微電子工藝水平的提高，近十年來單片微型計算機(jī)有了飛速的開展。歸納起來，它是沿著兩條路開展的：①改良集成電路制造工藝，提高芯片的工作速度，降低工作電壓和降低功耗：②在保存共同的CPU體系結(jié)構(gòu)，最根本的外設(shè)裝置〔如異步串行口，定時器等〕和一套公用的指令系統(tǒng)的根底上，根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，把不同的外設(shè)裝置集成到芯片內(nèi)，在同一個家族內(nèi)繁衍滋生出各種型號的單片機(jī)。另外在單片機(jī)的應(yīng)用中，可靠性是首要因素，為了擴(kuò)大單片機(jī)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域，提高單片機(jī)自身的可靠性是一種有效方法。近年來，單片機(jī)的生產(chǎn)廠家在單片機(jī)設(shè)計上采用了各種提高可靠性的新技術(shù)，主要表現(xiàn)在一下幾點(diǎn)：a)EFT(ElectricalFastTransient)技術(shù)；b)低噪音布線技術(shù)及驅(qū)動技術(shù)；c)采用低頻時鐘?？傊?，單片機(jī)在目前的開展形勢下，表現(xiàn)出幾大趨勢：a)可靠性及應(yīng)用水平越來越高，和internet連接已是一種明顯的走向；b)所集成的部件越來越多；c)功耗越來越低；d)和模擬電路結(jié)合越來越多?！?〕單片機(jī)選擇①本系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心。單片機(jī)/MCU主要有51根本型和52增強(qiáng)型，而相比之下52型比51型功能更為強(qiáng)大，ROM和RAM存儲空間更大，52還兼容51指令系統(tǒng)?；诒鞠到y(tǒng)設(shè)計內(nèi)容的需要，綜合考慮后，我們選擇單片機(jī)ATME公司的AT89C52為控制核心；主要基于考慮AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器〔RAM〕、6個中斷源；時鐘頻率0-24MHz；器件采用高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，并兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，功能強(qiáng)大。②AT89C52介紹AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8Kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和256Kbytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器和FLASH存儲單元，功能強(qiáng)大，AT89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。主要性能參數(shù)：與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容8K字節(jié)可重擦寫FLASH閃存存儲器1000次寫/擦循環(huán)時鐘頻率：0Hz—24MHz三級加密存儲器256字節(jié)內(nèi)部RAM32個可編程I/O口線3個16位定時/計數(shù)器6個中斷源可編程串行UART通道圖2-2引腳圖低功耗的空閑和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出〔I/O〕端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路，引腳圖見2-2。AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。同時，AT89C52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。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)本。AT89C52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。AT89C52引腳功能：a)Vcc：電源電壓。b)GND：地。c)P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址〔低8位〕和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問器件激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。d)P1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動〔吸收或輸出電流〕4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流〔IIL〕。與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入〔P1.0/T2〕和輸入(P1.1/T2EX)，參見表2-1。Flash編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。表2-1為P1.0和P1.1的第二功能表2-1P1.0和P1.1的第二功能引腳號功能特性P1.0T2〔定時\計數(shù)器2外部計數(shù)脈沖輸入〕，時鐘輸出P1.1T2EX〔定時\計數(shù)2捕獲\重裝載觸發(fā)和方向控制〕e)P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動〔吸收或輸出電流〕4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，同時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流〔IIL〕。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器〔例如執(zhí)行MOV@DPTR指令〕時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器〔如執(zhí)行MOV@RI指令〕時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。f)P3口：P3口時一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動〔吸收或輸出電流〕4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流〔IIL〕。P3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：此外，P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。g)RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，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仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。表2-2P3口第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD〔串行輸入口〕P3.1TXD〔串行輸出口〕P3.2INT0〔外中斷0〕P3.3INT1〔外中斷1〕P3.4T0〔定時/計數(shù)器0〕P3.5T1〔定時/計數(shù)器1〕P3.6WR〔外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通〕P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)對Flash存儲器編程器件，改引腳還用于輸入編程脈沖〔PROG〕。如有必要，可通過對特殊功能存放器〔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。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。h)PSEN：程序儲存允許〔PSEN〕輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲器取指令〔或數(shù)據(jù)〕時，每個機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在次期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。i)EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器〔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)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平〔接Vcc端〕，CPU那么執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，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。j)XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。k)XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。2.3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)介紹完以上的單片機(jī)系統(tǒng)的核心芯片之后，我們采用AT89C52來實(shí)現(xiàn)一個單片機(jī)系統(tǒng)能運(yùn)行起來的需求最小的系統(tǒng)，電路圖見圖2-3：圖2-3單片機(jī)最小系統(tǒng)圖上圖由晶振電路和復(fù)位電路，AT89C52芯片組成，構(gòu)成最小的單片機(jī)系統(tǒng)，下面詳細(xì)介紹其中的兩個電路?！?〕晶振電路單片機(jī)工作的過程中各指令的微操作在時間上有嚴(yán)格的次序，這種微操作的時間次序稱作時序，單片機(jī)的時鐘信號用來為單片機(jī)芯片內(nèi)部各種微操作提供時間基準(zhǔn)，89c52的時鐘產(chǎn)生方式有兩種，一種是內(nèi)部時鐘方式，一種是外部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式即在單片機(jī)的外部接一個晶振電路與單片機(jī)里面的振蕩器組合作用產(chǎn)生時鐘脈沖信號，外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機(jī)內(nèi)，此方式常用于多片89C52單片機(jī)同時工作，以便于各單片機(jī)的同步，一般要求外部信號高電平的持續(xù)時間大于20ns.且為頻率低于12MHz的方波。對于CHMOS工藝的單片機(jī)，外部時鐘要由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那么，采用了內(nèi)部時鐘方式。電路圖見圖2-4：圖2-4晶振電路圖在89C52單片機(jī)的內(nèi)部有一個震蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體〔簡稱晶振〕就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號，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選擇的是12MHz?！?〕復(fù)位電路①復(fù)位的意義單片機(jī)開始工作的時候，必須處于一種確定的狀態(tài)，否那么，不知哪是第一條程序和如何開始運(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)備誤動作，導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生；內(nèi)部一些控制存放器〔專用存放器〕內(nèi)容不確定可能導(dǎo)致定時器溢出、程序尚未開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)在開始工作前，都必須進(jìn)行一次復(fù)位過程，使單片機(jī)處于一種確定的狀態(tài)。②復(fù)位電路原理當(dāng)在89C52單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個機(jī)器周期時，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作〔假設(shè)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)位操作有兩種根本形式：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)位見圖3-5，要求接通電源后，單片機(jī)自動實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位電路如下列圖所示。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。圖2-5上電復(fù)位電路圖RST引腳的高電平只要能保持足夠的時間〔2個機(jī)器周期〕，單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。該電路典型的電阻和電容參數(shù)為：晶振為12MHz時，C1為22uF：R1為8.2；振為6MHz時，C1為22uF，R1為1。本設(shè)計中復(fù)位電路采用的是開關(guān)復(fù)位電路，開關(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)，就能保證在開關(guān)按下時是RST端有兩個機(jī)器周期以上的高電平從而使AT89C52內(nèi)部復(fù)位。開關(guān)按下時是按鍵手動復(fù)位電路，RST端通過電阻與VCC電源接通，通過電阻的分壓就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。電路圖見圖2-6：圖2-6復(fù)位電路圖2.3.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(1)從傳感器過來的電壓信號，必須放大，濾波，采集，轉(zhuǎn)換才能被MCU識別和處理。由于假假設(shè)每一路都設(shè)置放大、濾波等器件，那么本錢會很大，所以信號的采集一般用多路模擬通路進(jìn)行選擇。然而選擇多路模擬開關(guān)時必須考慮以下的幾個因素：通道數(shù)量、切換速度、開關(guān)電阻和器件的封裝形式?？傊?dāng)?shù)據(jù)采集與硬件的選擇有很大的關(guān)系?！?〕甲醛傳感器的選擇甲醛傳感器由甲醛探頭CH20傳感器組成。甲醛傳感器/甲醛模塊〔CH2O傳感器〕詳細(xì)介紹如下表2-3：(3)測量電路測量電路由CH20/S-10甲醛傳感器，ADC0832組成。甲醛傳感器由甲醛探頭和CH20傳感器組成。當(dāng)空氣被內(nèi)部的采樣系統(tǒng)吸收后，產(chǎn)生一個與甲醛濃度成正比的電壓信號，該電壓信號經(jīng)AD0832與AT89C52單片機(jī)相連，在顯示器上顯示出甲醛的濃度值，當(dāng)超過國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時報警。表2-3傳感器參數(shù)表名稱甲醛傳感器CH2O/S-10:測量范圍0-10ppm最大負(fù)荷50ppm工作壽命空氣中3年輸出1200±300nA/ppm4-20mA(甲醛模塊)分辨率0.05ppm溫度范圍-20℃to壓力范圍大氣壓±10%響應(yīng)時間(T90)〈50seconds濕度范圍-20℃to零點(diǎn)輸出(純潔空體，20℃〈0.1ppm最大零點(diǎn)漂移(20℃to400.1ppm長期漂移〈2%/每月推薦負(fù)載值10Ω線性度輸出線性重量約32克2.3.4模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇與簡介〔1〕實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的根本方法很多，有計數(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，分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，而且采用這種方法的ADC芯片本錢低，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個比擬器、一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器、1個逐次逼近存放器〔SAR〕和1個邏輯控制單元。逐次逼近型是將采樣信號和電壓不斷進(jìn)行比擬，一個時鐘周期完成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，價格較低，采樣速率也很好?！?〕由于ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有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電源供電時輸入電壓在0～5V之間、工作頻率為250KHZ、轉(zhuǎn)換時間為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，所以我們采用ADC0832為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。電路圖見圖2-7如下：圖2-7模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖〔3〕ADC0832具有以下特點(diǎn)：①8位分辨率；②雙通道A/D轉(zhuǎn)換；③輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；④5V電源供電時輸入電壓在0~5V之間；⑤工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為32μS；⑥一般功耗僅為15mW；⑦8P、14P—DIP〔雙列直插〕、PICC多種封裝；⑧商用級芯片溫寬為0°Cto+70°C，工業(yè)級芯片溫寬為?40°Cto+85°C；芯片接口說明：①CS_片選使能，低電平芯片使能。②CH0模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。③CH1模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。④GND、芯片參考0電位〔地〕。⑤DI數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。⑥D(zhuǎn)O數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。⑦CLK芯片時鐘輸入。⑧Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入〔復(fù)用〕。ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級，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)換時間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，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DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。單片機(jī)對ADC0832的控制原理：正常情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DO/DI端那么使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能?！?〕測量量程本系統(tǒng)的量程為0-10ppm。由于我所使用的是8位ADC0832,所以本系統(tǒng)的精度為：10ppm/256=0.039ppm。2.3.5按鍵選擇與簡介〔1〕本系統(tǒng)應(yīng)用有人機(jī)對話功能，該功能即能隨時發(fā)出各種控制命令和數(shù)據(jù)輸入以及和LCD連接顯示運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果。鍵盤分為：獨(dú)立式和矩陣式兩類，每一類按其編碼方法又可以分為編碼和非編碼兩種。由于本系統(tǒng)只有UP、DOWN、OK、CANCEL4個控制命令，所需按鍵較少，所以本系統(tǒng)選擇獨(dú)立式按鍵。電路圖見圖2-8：圖2-8按鍵電路圖〔2〕獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路。每個獨(dú)立式按鍵占有一根I/O口線。各根I/O口線之間不會相互影響。在此電路中，按鍵輸入部采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O口線有確定的高電平，〔AT89C52.P1口內(nèi)部接有上拉電阻〕所以就不需要再外接上拉電阻。〔3〕鍵盤抖動的消除：抖動的消除大致可以分為硬件削抖和軟件削抖。①硬件削抖是采用硬件電路的方法對鍵盤的按下抖動及釋放抖動進(jìn)行削抖，經(jīng)過削抖電路后使按鍵的電平信號只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。②軟件削抖的根本原理是當(dāng)檢測出鍵盤閉合時，先執(zhí)行一個延時子程序產(chǎn)生數(shù)毫秒的延時，待接通時的前沿抖動消失后再判別是否有健按下。當(dāng)按鍵釋放時，也要經(jīng)過數(shù)毫秒延時，待后沿抖動消失后再判別鍵是否釋放。③由于應(yīng)用硬件削抖還需要外加器件，本錢相對較高，所以本系統(tǒng)選擇軟件延時削抖的方法。2.3.6外圍擴(kuò)充存儲器基于AT89C52單片機(jī)具有8KB的程序存儲器〔ROM〕，256B的數(shù)據(jù)存儲器〔RAM〕，由于考慮到本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與存儲所需的容量，現(xiàn)在需要擴(kuò)充存儲器的容量。在應(yīng)用中要保存一些參數(shù)和狀態(tài)，據(jù)了解基于EEPROM的存儲芯片是一種很好的選擇。我們選定了AT24C128存儲器。電路圖見圖2-9：圖2-9外圍擴(kuò)充存儲電路圖2.3.7時鐘芯片選擇與簡介因為此系統(tǒng)需要記錄測量發(fā)生的時間，所以需要時鐘芯片來記錄不同人在不同時間的監(jiān)測數(shù)據(jù)，因此我們在系統(tǒng)中參加了時鐘芯片。對時鐘芯片的要求首先是低功耗，其次是編程簡單，縮短程序開發(fā)時間，實(shí)際上也就縮短了系統(tǒng)用于實(shí)際生產(chǎn)所用的開發(fā)周期以及本錢，在本系統(tǒng)，我們選擇了DS1302時鐘芯片?！?〕我們時鐘電路選擇的芯片是DS1302，其內(nèi)含一個實(shí)時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，可以通過串行接口與單片機(jī)通信。而通信時，僅需要3個口線：①RES〔復(fù)位〕，②I/O數(shù)據(jù)線，③SCLK〔串行時鐘〕。時鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一字節(jié)或多達(dá)31字節(jié)的字符組方式通信。其工作時功耗很低，廣泛應(yīng)用于，，便攜式儀器等產(chǎn)品領(lǐng)域?！?〕DS1302主要性能有：時實(shí)時鐘能計算2100年之前的秒、分、時、日、日期、星期、月、年的能力，還有閏年的調(diào)整能力；讀/寫時鐘或RAM數(shù)據(jù)時，有單字節(jié)和多字節(jié)傳送兩種方式；與DS1202/TTL兼容?！?〕DS1302引腳概述：X1，X2；振蕩源，外接32.768KHZ晶振；SCLK：串行時鐘輸入端?！?〕日歷、時鐘存放器與控制字對照表、日歷、時鐘存放器命令字、取值范圍以及各位內(nèi)容對照表。見表2-4：存放器名命令字取值范圍各位內(nèi)容寫操作讀操作76543～0秒存放器80H81H00～59CH10SECSEC分存放器82H83H00～59010MINMIN時存放器84H85H01～1200～2312/24010/〔A/P〕HRHR日存放器86H87H01～28，29、30、310010DATEDATE月存放器88H89H01～1200010MMONTH周存放器8AH8BH01～070000DAY年存放器8CH8DH01～9910YEARYEAR寫保護(hù)存放器8EH8FHWP0000慢充電存放器90H91HTCSTCSTCSTCSDSDSRSRS時鐘突發(fā)存放器BEHBFH表2-4時鐘控制字對照表〔5〕DS1302數(shù)據(jù)輸入/輸出時序數(shù)據(jù)輸入是在輸入寫命令字的8個SCLK周期之后，在接下來的8個SCLK周期中的每個脈沖的上升沿輸入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從0位開始。如果有額外的SCLK周期，它們將被忽略。數(shù)據(jù)輸出是在輸出命令字的8個SCLK周期之后，在接下來的8個SCLK周期中的每個脈沖的下降沿輸出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從0位開始。需要注意的是，第一個數(shù)據(jù)位在命令字節(jié)的最后一位之后的第一個下降沿被輸出。只要RST保持高電平，如果有額外的SCLK周期，將重新發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)，即多字節(jié)傳送。其電路圖見圖2-10：圖2-10時鐘電路圖2.3.8上拉電阻在主電路圖中接在P0口處有一個排阻RP1，由于P0口沒有內(nèi)接上拉電阻，為了為P0口外接線路有確定的高電平，所以要接上排阻RP1，以確保有P0口有穩(wěn)定的電平。電路連接圖見圖3-11：圖2-11上拉電阻電路圖2.3.9液晶顯示器簡介對于本系統(tǒng)要有顯示裝置完成顯示功能。顯示器最好能夠顯示數(shù)據(jù)、圖形?？紤]到同種LCD顯示器的屏幕越大體積越大，功耗越大的特點(diǎn)，在同類產(chǎn)品中選用了AMPIRE128X64液晶顯示模塊。該型號顯示器消耗電量比擬低，可以滿足系統(tǒng)要求。該類液晶顯示模塊采用動態(tài)的液晶驅(qū)動，可用5V供電?！?〕AMPIRE128X64液晶模塊引腳說明AMPIRE128X64液晶共有22個引腳，引腳說明如表2-5所示：管腳名稱管腳定義/CSA片選1/CSB片選2VSS數(shù)字地VDD邏輯電源+5VV0比照度調(diào)節(jié)R/S指令數(shù)據(jù)通道R/W讀寫選擇E使能選擇DB0-DB7數(shù)據(jù)線CS1片選1CS2片選2/RES復(fù)位信號VEE液晶驅(qū)動電源LED+LED背光正電源LED-LED接地端表2-5液晶引腳說明圖AMPIRE128X64液晶顯示模塊與計算機(jī)的接口電路有兩種方式。它與單片機(jī)的接口方法分為直接訪問方式和間接控制方式。直接訪問方式是把液晶模塊作為存儲器或I/O設(shè)備直接接在單片機(jī)的總線上，單片機(jī)以訪問存儲器或I/O設(shè)備的方式操作液晶顯示模塊的工作。間接控制方式那么不使用單片機(jī)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，而是利用它的I／0口來實(shí)現(xiàn)與顯示模塊的聯(lián)系。即將液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的Pl口連接作為數(shù)據(jù)總線，另外三根時序控制信號線通常利用單片機(jī)的P3口中未被使用的I／O口來控制。這種訪問方式不占用存儲器空間，它的接口電路與時序無關(guān)，其時序完全靠軟件編程實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用間接控制方式。液晶顯示工作原理介紹以下為液晶顯示電路接線原理圖見圖2-1圖2-12液晶電路圖〔2〕在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用液晶顯示器作為輸出器件有以下幾個有點(diǎn)：①顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個點(diǎn)在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器〔CRT〕那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。②數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。③體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來到達(dá)顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕的多。④功耗低：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其他顯示器要少的多?！?〕LCD按其顯示方式通?？梢苑譃閿嗍健Ⅻc(diǎn)字符式、點(diǎn)陣式等。還有黑白、多灰度、彩色顯示等。液晶顯示原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就顯示黑色，這樣就可以顯示出圖形。針對于本系統(tǒng)要顯示漢字，字母，數(shù)字等，以及其在一個界面同時要顯示的字?jǐn)?shù)，本系統(tǒng)要以圖形的形式顯示各運(yùn)行結(jié)果，我們最終選擇AMPIRE128x64型號的LCD。①字符顯示：字符顯示比擬復(fù)雜，一個字符由16x8點(diǎn)陣組成，即要找到和顯示屏是某幾個位置對應(yīng)的RAM區(qū)的字節(jié)，再使不同的位置為‘1’其他的為‘0’；為‘1’的點(diǎn)亮，為‘0’的不亮，這樣就顯示出一個字符。②系統(tǒng)的液晶顯示字體和字母的顯示就是按照上述的原理顯示的，點(diǎn)陣碼是用字模軟件在相同的設(shè)置區(qū)域找出的。然后把提取的點(diǎn)陣碼放入編寫的LCD軟件程序里?！?〕陣碼獲取過程簡介：首先，翻開軟件，然后新建文件，因為漢字占32B所以設(shè)置其為高度和寬度16x16。取模方式選擇C51格式在文字輸入?yún)^(qū)輸入漢字，在點(diǎn)陣區(qū)生成點(diǎn)陣碼，例如在文字輸入?yún)^(qū)輸入“歡〞字，其點(diǎn)陣碼生成如下：圖2-13點(diǎn)陣生成截圖2.3.10報警電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，一般的工作狀態(tài)可以通過指示燈或數(shù)碼顯示來指示，供操作人員參考，了解系統(tǒng)的工作狀況。但對于某些緊急狀態(tài)，比方系統(tǒng)檢測到的錯誤狀態(tài)等，為了使操作人員不至于無視，及時采取措施，往往還需要有某種更能引人注意，提起警覺的報警信號。這種報警信號通常有三種類型：一是閃光報警，因為閃動的指示燈更能提醒人們注意；二是鳴音報警，發(fā)出特定的音響，作用于人的聽覺器官，易于引起和加強(qiáng)警覺；三是語音報警，不僅能起到報警作用，還能直接給出警報種類的信息。其中，前兩種報警裝置因硬件結(jié)構(gòu)簡單，軟件編程方便，常常在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用；而語音報警雖然警報信息較直接，但硬件本錢高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，軟件量也增加。單頻音報警實(shí)現(xiàn)單頻音報警的接口電路比擬簡單，其發(fā)音元件通?？刹捎脡弘姺澍Q器，當(dāng)在蜂鳴器兩引腳上加3～15V直流工作電壓，就能產(chǎn)生3kHZ左右的蜂鳴振蕩音響。壓電式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡單、耗電少，更適于在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用。壓電式蜂鳴器，約需10mA的驅(qū)動電流，可在某端口接上一只三極管和電阻組成的驅(qū)動電路來驅(qū)動，如圖2-14所示。在圖2-14中，P1.0接三極管基極輸入端，當(dāng)P1.0輸出高電平“1”時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的通電而發(fā)音，當(dāng)P1.0輸出低電平“0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)音。圖2-14單頻音報警電路圖基于本系統(tǒng)的需求和功耗要求，只需要根本的報警功能即可，我選擇采用的是三極管驅(qū)動的單音頻報警電路。以下為報警電路接線圖見圖2-15：圖2-15報警電路圖2.3.11硬件仿真環(huán)境介紹ProteusISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：〔1〕實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等?！?〕支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片?！?〕提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、存放器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如KeilC51uVision2等軟件。〔4〕具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。本章介紹ProteusISIS軟件的工作環(huán)境和一些根本操作。圖2-16ISIS6Professional圖標(biāo)進(jìn)入ProteusISIS：雙擊桌面上的ISIS6Professional圖標(biāo)〔見圖2-16〕或者單擊屏幕左下方的“開始〞→“程序〞→“Proteus6Professional〞→“ISIS6Professional〞，出現(xiàn)如圖2-15所示屏幕，說明進(jìn)入ProteusISIS集成環(huán)境。工作界面：ProteusISIS的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，如圖2-17所示。包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預(yù)覽對象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。圖2-17工作界面3軟件設(shè)計3.1軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計局部主要包括：編寫語言的選擇、主程序/子程序流程的設(shè)計、功能模塊程序的編寫、軟/硬件結(jié)合調(diào)試與演示。主要包括一下功能模塊：51驅(qū)動、檢測、液晶顯示、時鐘、鍵盤、模數(shù)軟換。軟件結(jié)構(gòu)框圖3-1：圖3-1軟件結(jié)構(gòu)框圖3.2編寫語言的選擇對于單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用中，逐漸引入了高級語言，C語言就是其中的一種。匯編語言的可控性較高級語言來說更具優(yōu)越性。程序編寫語言比擬常見的有C語言、匯編語言。匯編語言的機(jī)器代碼生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。C語言編寫的程序比用匯編編寫的程序更符合人們的思考習(xí)慣。還有很多處理器都支持C編譯器，這樣意味著處理器也能很快上手。且具有良好的模塊化、容易閱讀、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，且編寫的模塊程序易于移植?；贑語言和匯編語言的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用C語言編寫方法。軟件編寫的主體思路是將系統(tǒng)按功能模塊化劃分，然后根據(jù)模塊要實(shí)現(xiàn)的功能寫各個子程序。整個軟件程序的編寫采用查詢式方式編寫的。3.3主程序模塊主程序?qū)崿F(xiàn)的功能：與硬件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)便攜式甲醛檢測儀的各個功能。主要是檢測與顯示，時間調(diào)整與顯示，數(shù)據(jù)存儲。功能子函數(shù)的調(diào)用。見圖3-2：圖3-2主程序流程圖檢測主程序程序見附錄二。3.4模數(shù)轉(zhuǎn)換〔1〕模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的主要功能就是將經(jīng)放大器放大的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為MCU能夠處理的數(shù)字信號，并傳送給MCU。〔2〕ADC0832轉(zhuǎn)換的流程圖見下列圖3-3：圖3-3數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖〔3〕ADC0832程序見附錄三。3.4按鍵模塊〔1〕按鍵時顯現(xiàn)人機(jī)對話的一個控制按鈕，通過按鍵的操作，對系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)送操作指令，后經(jīng)與MCU串行通信，然后在液晶上顯示?！?〕按鍵查詢式的流程圖見下列圖：圖3-4按鍵查詢式的流程圖〔3〕按鍵程序見附錄四。3.5時鐘模塊〔1〕DS1302模塊主要是用于設(shè)置時間和與MCU通信經(jīng)LCD顯示時間?！?〕時鐘模塊操作流程圖見下列圖：圖3-5時鐘模塊操作流程圖〔3〕時鐘程序見附錄五。3.6液晶顯示模塊〔1〕LCD模塊在本系統(tǒng)中主要起著開界面漢字顯示，以及各控制效果的顯示。采用直接訪問方式?！?〕液晶顯示的操作流程圖見下列圖3-6：圖3-6液晶顯示的操作流程圖〔3〕液晶程序見附錄六。4系統(tǒng)仿真前面已經(jīng)把單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計完成了，下一步就可以著手進(jìn)行仿真，因為在設(shè)計的過程之中肯定有許多的錯誤，需要進(jìn)行仿真來發(fā)現(xiàn)錯誤和調(diào)試錯誤。這樣才能使單片機(jī)低功耗計數(shù)系統(tǒng)的設(shè)計更加完善，本次系統(tǒng)仿真采用的是軟件仿真，使用的是proteus軟件。Proteus軟件由ISIS和ARES兩個軟件構(gòu)成，其中ISIS是原理圖編輯與仿真軟件，ARES是布線編輯軟件。本次系統(tǒng)的硬件設(shè)計其中的原理圖編輯和PCB布線就是在這個軟件環(huán)境中完成的，至于軟件設(shè)計，那么是采用proteus軟件中的ISIS和KeiluVision進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。當(dāng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計都完成的時候就可以看到虛擬的基于單片機(jī)的低功耗計數(shù)系統(tǒng)的運(yùn)行，以下為仿真效果：〔1〕編譯結(jié)束，添加HEX文件單擊PROTEUS運(yùn)行按鈕，本系統(tǒng)主界面顯示圖如圖4-1所示：圖4-1主界面顯示圖〔2〕系統(tǒng)接下來顯示，4個根本操作功能，小對號為該操作顯示項，如圖4-2：圖4-2功能界面〔3〕選擇“開始測量〞，單擊“OK〞鍵，便有下面測量選擇界面，如圖4-3：圖4-3測量選擇界面〔4〕再按“OK〞，那么顯示檢測數(shù)據(jù)，范圍0-10ppm.如圖4-4圖4-4測量界面顯示圖〔5〕4個功能的操作和演示是相同的，以下為“時間設(shè)置〞顯示圖，如圖4-5：圖4-5當(dāng)前時間顯示圖〔6〕小結(jié)：本系統(tǒng)原先打算設(shè)計“開始測量〞、“數(shù)據(jù)存儲〞、“時間設(shè)置〞“通訊設(shè)置〞等4個根本功能，后由于條件所限，我們并未做出全部的功能，但這次的畢業(yè)設(shè)計，收獲還是很多的！今后我會進(jìn)一步進(jìn)完善該系統(tǒng)。5結(jié)束語目前，公共場所民用建筑室內(nèi)需要檢測甲醛氣體，同樣建筑材料中甲醛含量也需要檢測。由于甲醛含量超量的話，將對人體健康造成很大的影響。具有民用價值的便攜式甲醛檢測儀的研制受到了人們的高度重視。設(shè)計能夠滿足生活需要，攜帶方便的便攜式甲醛檢測儀迫在眉睫。針對目前的現(xiàn)狀，該系統(tǒng)設(shè)計遵守體積小，質(zhì)量輕，性價比高的原那么。便攜式甲醛檢測儀的設(shè)計主要分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。根據(jù)設(shè)計前對該系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)功能的要求，綜合考慮我采用AT89C52單片機(jī)為控制核心。軟件是基于匯編與C語言相結(jié)合編寫的，結(jié)合了兩種編寫語言的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的可控性、模塊化和移植性。編寫的思路就是模塊化的思想，將系統(tǒng)的各個功能進(jìn)行劃分，然后對各個模塊進(jìn)行設(shè)計。本系統(tǒng)的主要模塊為甲醛檢測、A/D轉(zhuǎn)換、液晶顯示和時鐘設(shè)置。軟件與硬件相結(jié)合的演示的大體流程是：主頁面顯示4個子菜單功能按鍵的4個控制進(jìn)入子菜單有確認(rèn)和取消按確認(rèn)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能〔按取消那么返回〕。由于所學(xué)知識的限制，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能不是很健全，但在設(shè)計該系統(tǒng)的過程中，讓我學(xué)會了系統(tǒng)設(shè)計的方法，和養(yǎng)成了系統(tǒng)思考的思維方式。首先要了解系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能；其次根據(jù)功能去選擇相應(yīng)的硬件資源；再次將一個大的系統(tǒng)進(jìn)行模塊化劃分，然后逐一去攻破。最后把所有模塊進(jìn)行優(yōu)化整合，便得到了一個完整的系統(tǒng)。基于這樣的思路，才完成了便攜式甲醛檢測儀的根本設(shè)計。致謝本論文是在老師的悉心指導(dǎo)下完成的。覃老師淵博的專業(yè)知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠(yuǎn)。不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了根本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成，每一步都是在覃老師的指導(dǎo)下完成的，傾注了覃老師大量的心血。在此，謹(jǐn)向覃老師我的畢業(yè)課題是便攜式甲醛顯示器的設(shè)計，是一個實(shí)際的小工程。作為一個自學(xué)本科的學(xué)生，我對實(shí)際的工程設(shè)計認(rèn)識不夠，經(jīng)驗缺乏，難免在設(shè)計的整體框架中，有很多的細(xì)節(jié)沒有考慮。我們的指導(dǎo)老師：覃智廣老師并沒有指責(zé)，而是給予我們鼓勵和很多珍貴的建議，并且悉心引導(dǎo)，給予我們一個比擬清晰的設(shè)計思路。我們沿著這條經(jīng)驗之路，不斷地嘗試摸索，慢慢地也掌握了設(shè)計的根本流程和思考的方法。我們遇到了很多的難題，比方硬件器件的選擇，功能的實(shí)現(xiàn)等。然而這樣的問題并不是我一個能所能解決的，幸運(yùn)的是有我們的指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)的全心幫助，所以一個個看似復(fù)雜的問題便迎刃而解。最后我還要再次深深地感謝各位給予我?guī)椭睦蠋煛⑼瑢W(xué)，正是基于老師的悉心指點(diǎn)和大家的全心的幫助，我才能比擬順利地完成畢業(yè)設(shè)計。謝謝你們。參考文獻(xiàn)[1]李維提，郭強(qiáng).液晶顯示應(yīng)用技術(shù)．北京：電子工業(yè)出版社，2000年[2]趙茂泰．智能儀器原理及應(yīng)用．北京：電子工業(yè)出版社，2001[3]趙新民．智能儀器原理及設(shè)計．哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995[4]徐愛鈞，彭愛華.單片機(jī)高級語言C51應(yīng)用程序設(shè)計．北京工業(yè)出版社，1999[5]嚴(yán)蔚敏，吳偉民.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)．清華大學(xué)出版社，1996[6]馬忠梅．單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計．北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1997[7]華成英，童詩白.模擬電子技術(shù)根底第三版．北京:高等教育出版社，2004[8]丁元杰．單片微機(jī)原理及應(yīng)用．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1993[9]康華光．電子技術(shù)根底：模擬局部武漢：高等教育出版社，1999年附錄附錄一硬件設(shè)計主電路圖附錄二檢測主程序程序#include<AT89X52.H>//調(diào)用外函數(shù)//#include<ctype.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>#include<stdio.h>#include<math.h>#include<LCD.h>/**********初始化CPU************/voidinit_cpu()//初始化cPu{EA=1; TR0=1; TR1=1; TMOD=0x11; TH1=0x3c; TL1=0xb0;}/*voidtime1(void)interrupt3using1 {TH1=(65536-50000)/256; TL1=(65536-50000)%256;keyval=P1;}*//初始化CPU結(jié)束//voidmain_menu_initial() //LCD主菜單初始化.//{ main1_menu[0].menu_count=4; //有4個菜單項.// main1_menu[0].display=measurearray;//定義一個〞開始測量“數(shù)組// main1_menu[0].subs=NULL; main1_menu[0].children_menus=measure_menu; //當(dāng)前菜單子菜單的指針 main1_menu[0].parent_menus=NULL;……//還有“數(shù)據(jù)存儲〞、“時間設(shè)置〞……//}voidmeasure_menu_initial()//“開始測量〞菜單設(shè)置//{measure_menu[0].menu_count=2;measure_menu[0].display=qr; //開始測量函數(shù),確認(rèn). measure_menu[0].subs=start_measure_function;//開始測量函數(shù)measure_menu[0].children_menus=NULL;measure_menu[0].parent_menus=main1_menu;measure_menu[1].menu_count=2; measure_menu[1].display=qx; //開始測量函數(shù),取消.measure_menu[1].subs=NULL;measure_menu[1].children_menus=NULL;measure_menu[1].parent_menus=main1_menu; }……//還有voidstore_menu_initial()、voidtime_menu_initial()//voidled_menu_pro(){ max_item=menu_led->menu_count; switch(keyval) { case0:break; case1: //向上鍵. if(user_choosen==0) { user_choosen=max_item; } shuaxin=1; user_choosen--; break; }……//“向上〞“向下〞“確認(rèn)〞“取消〞鍵//if(shuaxin) //是否需要刷新LCD標(biāo)志位. {Clr_Scr(); shuaxin=0; } led_menu_show(); }voidled_menu_show() { ucharn; max_item=menu_led->menu_count; if(max_item>=4) //菜單項為3那么表示為主菜單. { for(n=0;n<4;n++) {draw_bmp(n*2,20,96,0,menu_led[n].display); } select_item(user_choosen); //標(biāo)記出當(dāng)前菜單項.} else { switch(temp_choosen) {case0: draw_bmp(0,20,96,0,measurearray);//“開始測量〞數(shù)組// break;……default: break; } for(n=0;n<max_item;n++) { draw_bmp((n+1)*2,20,32,0,menu_led[n].display); } select_item(user_choosen+1); } } voidselect_item(ucharn){ draw_bmp(n*2,2,16,0,curflag);}voidstart_measure_function(void)//開始測量函數(shù)//{main_Menu();}……/*主函數(shù)*/main(){init_cpu();Init_Clock();init_lcd();Disp_Img(FirstPage);delay(2000);//延時//ClockMsg();Refresh();delay(2500);Clr_Scr();main_Menu();Clr_Scr();main_menu_initial();measure_menu_initial();store_menu_initial();time_menu_initial();communication_menu_initial(); while(1){keyval=get_key(); //讀鍵. led_menu_pro();}}//適當(dāng)延時防止因為不斷查忙而消耗大量CUP資源//附錄三ADC0832程序#defineuintunsignedint//常量/變量定義//uchark,i,j;floatxdatalv;sbitADCS=P3^1;//ADC0832chipseclect//接口定義//……//其它引腳略……ucharxdatadsw[20];//存放sprintf轉(zhuǎn)換字符ucharxdatavalue[149];//點(diǎn)陣字符儲存ucharcodetable[]={//字符查表0x00,0x00,0x00,0x30,0x00,0x30,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*".",0*/……};//采集并返回unsignedintAdc0832(unsignedcharchannel)//AD轉(zhuǎn)換，返回結(jié)果{uchari=0;ucharj;uintdat=0;ucharndat=0;if(channel==0)channel=2;if(channel==1)channel=3;ADDI=1;_nop_();_nop_();ADCS=0;//拉低CS端_nop_();_nop_();ADCLK=1;//拉高CLK端_nop_();_nop_();ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿1_nop_();_nop_();ADCLK=1;//拉高CLK端ADDI=channel&0x1;_nop_();_nop_();ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿2_nop_();_nop_();ADCLK=1;//拉高CLK端ADDI=(channel>>1)&0x1;_nop_();_nop_();ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿3ADDI=1;//控制命令結(jié)束_nop_();_nop_();dat=0;for(i=0;i<8;i++){dat|=ADDO;//收數(shù)據(jù)ADCLK=1;_nop_();_nop_();ADCLK=0;//形成一次時鐘脈沖_nop_();_nop_();dat<<=1;if(i==7)dat|=ADDO;}for(i=0;i<8;i++){j=0;j=j|ADDO;//收數(shù)據(jù)ADCLK=1;_nop_();_nop_();ADCLK=0;//形成一次時鐘脈沖_nop_();_nop_();j=j<<7;ndat=ndat|j;if(i<7)ndat>>=1;}ADCS=1;//拉低CS端ADCLK=0;//拉低CLK端ADDO=1;//拉高數(shù)據(jù)端,回到初始狀態(tài)dat<<=8;dat|=ndat;return(dat);//returnadk}/*點(diǎn)陣字符采集函數(shù)*/voidtra(uchar*p)//數(shù)組dsp[]里面的字符查詢后，再儲儲存到另一個顯示數(shù)組value[]voidmain_Menu(){Clr_Scr();//先清屏//CS2=1;CS1=0;hz_disp16(0,32,1,jiaquan);……//甲//醛//測//量//數(shù)//據(jù)//存//儲//……delay(2000);do{/*k=Adc0832(0);//AD轉(zhuǎn)換結(jié)果l=k/255.0*100.0; ltemp=floor(l);dsw[0]=ltemp/10; dsw[1]=ltemp%10;//sprintf(dsw,"%2.3f",l);//dsw[0]=1;switch(dsw[0]){case0:sz_disp16(2,32,1,sz0);break;case1:……sz_disp16(2,32,1,sz9);}switch(dsw[1]){case0:sz_disp16(2,40,1,sz0);break;case1:……sz_disp16(2,40,1,sz9);}*///sz_disp16(2,40,1,sz0);/*tra(dsw);CS2=1;CS1=0;sz_disp16(2,56,1,value); */}while(P1_3);}附錄四按鍵程序#definenullkey0//定義//……ucharget_key()//讀鍵//{ ucharpass,kcodebuf; staticucharlastkcode,keytime=0; //定義為靜態(tài)變量,外部不可見,但需要常駐內(nèi)存. staticucharhavekey=0; staticucharkeylock=0; kcodebuf=P1&0xff; keytime++; if(kcodebuf!=lastkcode)keytime=0; if(kcodebuf==0xff){havekey=0; keylock=0; keytime=0; pass=0;}…… elsepass=nusekey; lastkcode=kcodebuf;return(pass);} /*ucharget_key() elsepass=nusekey;return(pass);}*/附錄五時鐘程序/*引腳連接*/sbitRST2=P3^5;//復(fù)位線引腳//sbitCLK=P3^6;//時鐘線引腳//……//其它引腳略……/*定義時間日期顯示緩存*/unsignedcharCurtime[7];idataunsignedcharday,sec,min,hour,date,month,year,hms,n,fla_cou;unsignedcharcodeyejing[10]={0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39};/*子函數(shù)聲明〔時鐘局部〕*/voidInputByte(unsignedcharDate);voidWriteTo1302(unsignedcharAddr,unsignedcharDate);ReadFrom1302(unsignedcharAddr);voidSetTime(unsignedchar*pSecDa);voidGetTime(unsignedcharCurtime[]);voidInit_T0(void);voidFlashKey(void);voidAdd(void);voidInit_Clock(void);voidRefresh(void);voidStartMenu(void)/*時鐘固定漢字顯示*/voidClockMsg(void){Clr_Scr();//先清屏CS2=1;CS1=0;//左屏hz_disp16(1,32,1,xing);……//星//期//2//0//年//時CS2=0;CS1=1;//右屏hz_disp16(3,0,1,yue);……//月//日//分//秒}/*時鐘局部*//*函數(shù)：寫入字節(jié)子函數(shù)*/voidInputByte(unsignedchardat){unsignedchari;ACC=dat;for(i=8;i>0;i--){IO=ACC0;CLK=1;//下降沿寫入數(shù)據(jù)//CLK=0;ACC=ACC>>1;}}/*函數(shù)：讀出字節(jié)子函數(shù)*/OutputByte(void)//上升沿讀出數(shù)據(jù)//……/*函數(shù)：設(shè)置初始時間*/voidSetTime(unsignedchar*pSecDa){……WriteTo1302(0x8e,0x00);//控制命令,WP=0,寫操作//for(i=7;i>0;i--){WriteTo1302(Addr,*pSecDa);//秒分時日月星期年//pSecDa++;Addr+=2;}WriteTo1302(0x8e,0x80);//控制命令,WP=1,寫保護(hù)//}/*函數(shù)：讀取DS1302當(dāng)前時間*/voidGetTime(void){……for(i=0;i<7;i++){Curtime[i]=ReadFrom1302(Addr);Addr+=2;}sec=Curtime[0];……//Min//hour//day//date//month//year}/*函數(shù)：初始化定時器T0子函數(shù)*/voidInit_T0(void){TMOD=0x01;//定時器T0，工作模式1//TH0=0x3c;//50ms//……}/*函數(shù)：產(chǎn)生閃爍信號子函數(shù)*/voidT0_flash(void)interrupt1//中斷程序，產(chǎn)生時鐘秒信號///*函數(shù)：時間閃爍子函數(shù)*//*功能：選擇確定閃爍位等待調(diào)整*/voidFlashKey(void)//閃爍子函數(shù)//voidAdd(void)//調(diào)時子函數(shù)//voidInit_Clock(void)//時鐘初始化子函數(shù)//voidRefresh(void)//刷新顯示子函數(shù)//voidAdd(void)//調(diào)時子函數(shù)//{if(P1_2==0)//按P0_2鍵進(jìn)行時間調(diào)整//{while(P1_2==0)Refresh();if(KT==1)//檢驗可調(diào)標(biāo)志位KT//{hms++;switch(n){case1:year=hms;break;//根據(jù)n不同，返回給不同的位：n=1->返回給小時位//……}if((sec&0x0f)==0x0a){sec&=0xf0;sec+=0x10;}//如果秒位滿十，向十秒位進(jìn)一……if(day==8){day=1;}//如果星期滿七，重新從星期一開始計//if((sec&0xf0)==0x60){sec&=0x0f;}//如果十秒位滿六，清零//if(((date&0xf0)==0x30)&((date&0x0f)==0x02)){date&=0x00;} if(((month&0xf0)==0x10)&((month&0x0f)==0x03)){month&=0x00;} if((year&0xf0)==0xa0){year&=0x0f;}Curtime[0]=sec;Curtime[1]=min;……SetTime(&Curtime[0]);//將調(diào)整過后的時間值寫入DS1302//}/*時鐘初始化子函數(shù)*/voidInit_Clock(void){K1=1;K2=1;K3=1;K4=1;K5=1;K6=1;K7=1;KT=0;n=0;Init_T0();}/*刷新顯示子函數(shù)*/voidRefresh(void){GetTime();CS1=1;CS2=0;if(K6){sz_disp16(5,40,1,shuzi[sec&0x0f]);//秒位//sz_disp16(5,32,1,shuzi[sec>>4]);}//十秒位//else{hz_disp16(5,32,1,kongbai2);}//秒位十秒位//if(K5){sz_disp16(5,8,1,shuzi[min&0x0f]);//分鐘位//sz_disp16(5,0,1,shuzi[min>>4]);}//十分位//else{hz_d