【正文】 微型計算機的基本機構(gòu)是由中央處理器、儲存器、和 I!O 設(shè)備構(gòu)成的。更件設(shè)計 硬件設(shè)計主電路圖 硬件設(shè)計住電路圖見附 錄 一 。 硬件設(shè)計 硬件設(shè)計部分主要包 括 : CMCU、 A/D、時鐘芯片 、 LCD、外圍擴展數(shù)據(jù) 陽 M) 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 [1) 。但這些方法費力費時、成本 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)場實時控制隨著傳感器和計 算 機 技術(shù) 的不斷發(fā) 展 ， 現(xiàn)己有了 基 于 單片機的空氣質(zhì) 量檢測 儀 ， 并且測試測試范圍、分辨 率、精度、穩(wěn)定性己接近標(biāo)準(zhǔn)要求。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 器若不進行稱量操作 ， 5 分鐘后自動進入休眠模 式 ， 以降低 電源消耗。天然氣易燃易爆和空氣混合 后 ， 溫度達到 燒 : 其混合物濃度達到 5%15%， 遇到火種就會爆炸。在標(biāo)準(zhǔn)狀況 下 ， 甲燒至丁 。 天然 氣 、 液化天然氣〈俗稱煤氣罐 )是一種多組分的混合氣 體 ， 主要成分是 。甲自主己被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸形物質(zhì)。甲醒在常 溫下是氣 態(tài) ， 通常以水溶液形式出現(xiàn)。 39。 39。 39?！?39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39?！?… 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。… 39。 39。 39。. ... 39。..39。 39。 39。...39。 39。 39。 ...39。 39。..四 時鐘模塊 39。 39。. 39。 39。 39。 39。.39。 39。...四 編 譯 軟件介紹 .............................................................................18 主程序模塊 .................................................................................18 模數(shù)轉(zhuǎn)換 ......................................................................................四 按鍵模塊 … ......… ....39。. 39。 39。..39。 39。 39。....39。39。 1 編寫語言的選擇 ....39。同 時 ， 操作人員 對 于 具體報警點的上限值可以通過單片機編程進行設(shè)置。其設(shè)計方案 基 于 89C51 單片機，選擇瑞士蒙巳波公司的 CH20/S10 甲醒傳感器和 MQ5 氣體傳感器。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)由單片機進行數(shù)據(jù)處 理 ， 最后由 LCD 顯示甲醒濃度值。 另 外 ， 該系統(tǒng)對濃度信號進行了信號補 償 等 處理，減少了測量 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。 39。. 39。........39。 39。39。..39。 39。.39。.39。 39。39。......39。 ...39。...39。 39。 ...39。...39。 39。.............39。 39。 39。..39。 39。 39。...... 39。 39。… 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39?！?39。 39。 39。 39。 39。 39。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。甲醒是原漿毒 物 ， 能與 蛋白質(zhì)結(jié) 合 ， 吸入高濃度甲醒后會出現(xiàn)呼吸道的嚴(yán)重剌激和水腫、眼刺痛、頭 痛 ， 也可發(fā)生支氣管哮喘皮膚直接接觸甲 酶 ， 可引起皮炎、色斑、壞死。院 。院以氣體狀態(tài)存 在 ， 戊 。天然氣 熱值 高 ， 約 850010000 千卡 /米 3，天然氣燃燒后發(fā)出的熱量是相同體積的城市煤氣的 倍左右。 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)計三大部分。因此本設(shè)計可選用 基 于 電化學(xué)原理的甲醒傳 感器與 MQ5 氣體傳感器。 3 軟件設(shè)計 軟件設(shè)計部分主要包 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 。 硬件選擇 MCU 的選擇與簡介 1) .單片機的概念和特點 現(xiàn)代社會 中 ， 盡管 PC 機的應(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 仍有所不相 適 宜 的地方。所謂 的單片機是指將微型計算機 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 現(xiàn) ， 該芯片具有一個微型計算機的基本功能。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。片內(nèi)具有計算機正常運行所必需的部件。一般說來，單片 機的邏輯控制功能及運行速度 均 高 于 同一檔次的微處理器。 隨 著 微電 子 工 藝水平的 提 高 ， 近 十 年來單片微型計算機有了飛速的發(fā)展。 所集成的部件越來越多 : 單片 機 /MCU 主要有 51 基本型和 52 增強 型 ， 而相比之下 52 型比 51 型功能更為強 大 ， ROM 和 隊 M 存儲空間更 大 ， 52 還兼 容 51 指令系統(tǒng)。195。內(nèi)部時鐘方式即在單片機的外部接一個晶振電路與單片機里面的振蕩器組 合作用產(chǎn)生時鐘脈沖信 號 ， 外部時鐘方式是把外部己有的時鐘 信 號 引 入到單片機 內(nèi) ， 此方式常 用 于 多片 89C52 單片機同 時 工 作，以 便 于 各單片機的同步，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 12M!恒的方波。 (2) 復(fù)位電路 復(fù)位的意義 :片機開 始 工 作的時候，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始運行程序。常用的上電復(fù)位電路如下圖所示。 振為 6陽 z 時 ， C1 為 22uF， R1 為 1 KQ. mI 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。復(fù) 位電路圖 如圖 35: L斗 乍 173?？傊?dāng)?shù)據(jù)采集與硬 件的選擇有很大的關(guān)系 [心。 (3) 測量電路 測量電路由 CH20/S10 甲醒傳感 器 ， MQ5 氣體傳感 器 ， ADC0832 組成。 表 33 甲醒傳感器參數(shù)表 名稱 甲 M傳感器 測量范圍 0 10 ppm 最大負荷 50ppm 工 作壽命 空氣中 3年 輸出 1200土 300nA/ppm420m 分 辨 率 ppm 溫度范圍 2039。C 10 零點輸出 (純凈空 體 ， 2039。C5039。C 土 239。逐次逼近型 ADC 包括 1個比較器、一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器 、 1個逐次逼 近 寄 存器 (SAR) 和 1個邏輔 控制單元。 (2) 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/CMO S 相兼容 、 5V 電源供電時輸入電壓在 039。XD P12 P32/陽i 市 P13 P33點 汗 T P34斤 。 ? 5V 電源供電時輸入電壓在 0 5V 之 間 : ? DO 數(shù)據(jù)信號輸 出 ， 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸 出 : ? CLK 芯片時鐘輸入 : ? Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入 (復(fù)用 )。獨立的芯片便能輸 入 ， 使多器件掛 接和處理器控制變的更加方便。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。在第 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 ， (4) 測量量程 13 二 o 本系統(tǒng)的量程為 010ppm。 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)選擇獨立式按鍵。00 堅 守 ...L::::::l一 .I 0 39。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 ， CAT89C52 .Pl 口內(nèi)部接有上拉電阻〉所以就不需要再外接上拉電阻。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。電路圖見圖 38: JJ L二 ] C1 」 ?一斗 圖 38 外圍擴充存儲電路圖 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)中加入了時鐘芯片。時 鐘 /RAM 的 讀 /寫數(shù)據(jù)以一 字 節(jié)或多達 31字 節(jié) 的 字 符組方式 通信。 DS1302 引腳概 述 : X1， X2: 振蕩 源 ， 外接 320 768陽也 晶 振 。Te i。、39。電路連接圖如圖 310 : ， ..， .....， 39。39。39。顯示器最好能夠顯示數(shù)據(jù)、圖形。 以 下為液晶顯示電路接線原理 圖 如圖 311 民 P t A、 圖 311 液晶電路圖 在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用液晶顯示器作為輸出器件有以下幾個有 點 : 顯示質(zhì)量 高 :由于液晶顯示器每一個點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 CCRT) 那樣需 要 不 斷刷新新亮點。 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 [5] 。壓電式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡單、耗電 少 ， 更 適 于 在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用。具有模擬電路仿真、數(shù)字電 路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真 、 RS232動態(tài)仿 真 、 12C 調(diào)試 器 、 SP1調(diào)試 器 、 鍵盤和 LCD 系統(tǒng)仿真的功 能 。 ③提供軟件調(diào)試功能。本章介紹 Proteus ISIS 軟件 的 工 作環(huán)境和 一些基本操作。 18 4 軟件設(shè)計 編寫語言的選擇 對 于單 片 機的開發(fā)應(yīng)用 中 ， 逐漸引入了高級 語 言 ， C 語 言 就 是其中的一種。 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。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)模塊要實現(xiàn)的功能寫各 個 子 程序。 Keil 提 供 了 包括 C 編譯器、宏匯 編 、 連接 器 、 庫管理和一個功能強大的仿 真 調(diào) 試 器 等 在內(nèi)的完整開發(fā)方 案 ， 通過 一 個 集成開發(fā)環(huán)境 CuVision) 將這些部份組合在一 起 。 功能子函 數(shù) 的 調(diào)用。A.. I二 3 『 、 元尾司 F辛歪歪 王 E 日 才 ::J 三月嚴(yán) 『 、 z 毛主主 4王 f號 主 主主 時鐘模塊 圖 43 按鍵查詢式的流程圖 (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。 液 晶 顯 示 的操作流程圖 如 下圖 45: /39。這樣才能使單片機低功耗計數(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。 隨著使用 天然氣的居民越來越 多 ， 天然氣存在的潛性危害、天然氣地露也在一步步威脅著 居民的 身 體健康，設(shè)計能夠滿足生活 需 要 ， 攜帶方便的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測儀迫在 眉睫。 由 于所學(xué)知識的限 制 ， 本系統(tǒng)實現(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。 同時 由 于 本設(shè)計是采用在 proteus 上進行仿 真 ， 在 keil 軟件上進行編 程 ， 最后二者聯(lián) 調(diào) ， 實現(xiàn)設(shè)計任 務(wù) ， 但在仿真是無法實現(xiàn)甲醒傳感器和 MQ5 氣體傳 感