【正文】 硬件調(diào)試 焊接前對(duì)電阻、電容的量值要進(jìn)行測(cè)量、篩選，選擇與電路中參數(shù)值一致的元器件，在選擇芯片時(shí)，要注意芯片與設(shè)計(jì)要求的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否一致。我們采用Protues 進(jìn)行仿真。顯示個(gè)位 顯示十分位 顯示百分位 顯示小數(shù)點(diǎn) 開(kāi)始 結(jié)束 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 28 其 程序設(shè)計(jì)包括 3部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)程序開(kāi)發(fā)、 USB 設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)、主機(jī)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，三者相互配置才能完成可靠、快速的數(shù)據(jù)傳輸。 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 26 模塊轉(zhuǎn)換流程圖 見(jiàn) ： 圖 AD 轉(zhuǎn)換模塊 流程圖 按鍵模塊 按鍵時(shí)顯現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的一個(gè)控制按鈕，通過(guò)按鍵的操作，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)送指令，后經(jīng)與 MCU 串行通信，然后在液晶上顯示。 工作時(shí)序如下所示： ADC0832 有 8 只引腳， CH0 和 CH1 為模擬輸入端， CS 為片選引腳，只有 CS 置低才能對(duì) ADC0832 進(jìn)行配置和啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。 C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序比用匯編編寫(xiě)的程序更符合人們的思考習(xí)慣。該模塊使用 USB 公座，可直接接到電腦的 USB 端口。 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 24 串行口也是計(jì)算機(jī)的一種標(biāo)準(zhǔn)接口， PC 機(jī)一般至少有兩個(gè)串行口 Com1 和Com2。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。線路圖如下圖 所示。 直接訪問(wèn)方式是把液晶模塊作為存儲(chǔ)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(wèn)存儲(chǔ)器或 I/O 設(shè)備的方 式操作液晶顯示模塊的工作。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(kāi)時(shí)， I/O 口線有確定的高電平，（ STC89C52 .P1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) 2 位數(shù)據(jù)為 “0” 、 “0”時(shí)，將 CH0作為正輸入端 IN+， CH1作為負(fù)輸入端 IN進(jìn)行輸入。 A/D 轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì) 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。在使用中經(jīng)常采用電橋電路的方式進(jìn)行采樣檢測(cè)。 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。 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)）。 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。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。 Keil軟件是目前最流行開(kāi)發(fā) MCS51系列單片機(jī)的軟件。 有 2選 1， 4 選 8 選 1 和 16選 1 等類(lèi)型的數(shù)據(jù)選擇器 。 Ro: 20℃， 33%RH條件下， 。測(cè)量電路如圖 。 其模塊詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表 。 LCD1602 液晶顯示屏的主要技術(shù)參數(shù)如下表所示：（表 ） 表 LCD1602 液晶主要參數(shù) 顯示容量 16 2 個(gè)字符 芯片工作電壓 工作電流 () 模塊最佳 工作電壓 字符尺寸 (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；其顯示分辨中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 率為 128 64, 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。 LCD1602 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 。 .VCC：電源，單一＋ 5V。 .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。 .VCC/VREF 電源輸入及參 考電壓輸入（復(fù)用）。C to +85176。 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。 如 EA 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。該位置復(fù)位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外， 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)。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 MOVXDPTR 指令）時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。 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(mén)電路。 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。 MCU 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。系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)靜止及移動(dòng)中密閉艙室環(huán)境中的多項(xiàng)指標(biāo)，測(cè)試數(shù)據(jù)可全部存儲(chǔ)，同時(shí)能通過(guò)無(wú)線方式實(shí)時(shí)傳送到數(shù)公里外監(jiān)控車(chē)上的監(jiān)測(cè)中心。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 日本在車(chē)內(nèi)氣體檢測(cè)方面研究起步較早。在行駛條件下，車(chē)內(nèi) CO、 SO NO H2S和總烴冬季高于夏季，而 TSP 和苯夏季高于冬季， CO2，甲苯的濃度無(wú)顯著性季節(jié)差異 [2]。為便于設(shè)計(jì)和測(cè)量，本文選取了 CH4和酒精傳感器（本設(shè)計(jì)為四通道，可按需要自由添加其它傳感器），研究設(shè)計(jì)了一種可以測(cè)量多種氣體濃度的 便攜 式艙室有害氣體采集裝置 ，其設(shè)計(jì)方案基于 STC89C52 單片機(jī)，有關(guān)氣體濃度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)?？諝庵械挠卸疚镔|(zhì)一般是根據(jù)它們對(duì)于處在其空間中的人的生理學(xué)影響分為兩類(lèi)： （ 1） 刺激性氣體 ， 是指對(duì)眼和呼吸道粘膜有刺激作用的氣體 ， 它是化學(xué)工業(yè)常遇到的有毒氣體。刺激性氣體的種類(lèi)甚多，最常見(jiàn)的有氯、氨、氮氧化物、光氣、氟化氫、二氧化硫、三氧化硫和硫酸二甲酯等。系統(tǒng)將傳感器回路輸出的信號(hào)通過(guò) 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 顯示濃度值。而長(zhǎng)期接觸低濃度 CO者可出現(xiàn)頭痛、頭暈、耳鳴、無(wú)力、記憶力減退及睡眠障礙燈神經(jīng)系統(tǒng)癥狀； NO2 雖不溶于水，但可經(jīng) O3 氧化后與水結(jié)合形成酸，它對(duì)肺組織可產(chǎn)生劇烈的腐蝕和刺激作用，使肺泡毛細(xì)血管通透性增加，進(jìn)而形成肺水腫，并可啟 動(dòng)細(xì)胞膜質(zhì)過(guò)氧化作用，進(jìn)一步導(dǎo)致細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)損傷和功能障礙；其他氣體如 NH3 被大量吸入后可出現(xiàn)流淚、咽痛、聲音嘶啞、咳嗽等，并伴有頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、乏力等 ,甲醛也有潛在的致癌危險(xiǎn)性 [35]。自 1962年，日本學(xué)者 Seiyama等人首先報(bào)道了半導(dǎo)體金屬氧化物的氣敏特性，并進(jìn)一步做了理論研究，他們首先導(dǎo)入了氣體檢測(cè)器 (Gas Detector)概念。 測(cè)試方法是讓 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)事先把有害氣體監(jiān)測(cè)儀安裝在艙室內(nèi)的固定位置上，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中監(jiān)測(cè)儀將采集到的信號(hào)一方面進(jìn)行本地存貯，另一方面通過(guò) RS 485接口協(xié)議送入遙測(cè)發(fā)射裝置，遙測(cè)發(fā)射裝置將接收到的數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼，形成標(biāo)準(zhǔn)的 PCM數(shù)據(jù)流送人發(fā)射機(jī)。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)。 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。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。在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 MOVXRI 指令）時(shí)， P2 口輸出P2 鎖存器的內(nèi)容。 RST：復(fù)位輸入。此外，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。 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。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 05V 之間。C ； 芯片接口說(shuō)明： .CS 片選使能，低電平芯片使能。 ADC0832 引腳圖如圖 圖 ADC0832 引腳圖 ADC0809 是采樣分辨率為 8 位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模 — 數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。 .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）。 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 .GND：地。 .內(nèi)置 192 種字符 (160 個(gè) 5 7 點(diǎn)陣字符和 32 個(gè) 5 10 點(diǎn)陣字符 )?？梢燥@示 8 4 行 16 16 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)。 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 圖 MQ2的 靈敏度特性及響應(yīng)恢復(fù)特性 表 MQ2 模塊詳細(xì)參數(shù)指標(biāo) A：標(biāo)準(zhǔn)工作條件 B：環(huán)境條件 符號(hào) 參數(shù)名稱(chēng) 技術(shù)條件 備注 Vc 回路電壓 177。 符號(hào) 參數(shù)名稱(chēng) 技術(shù)條件 備注 Tao 使用溫度 20℃ 50℃ Tas 儲(chǔ)存溫度 20℃ 70℃ RH 相對(duì)濕度 小于 95% RH O2 氧氣濃度 21%(標(biāo)準(zhǔn)條件 ) 氧氣濃度會(huì)影響靈敏度特性 最小值大于２％ 符號(hào) 參數(shù)名稱(chēng) 技術(shù)參數(shù) 備注 Rs 敏感體電阻 1MΩ 8 MΩ (200ppm alcohol ) 適用范圍： — 10mg/LAlcohol α （ 200/100） alcohol 濃度斜率 ≤ 標(biāo)準(zhǔn)工作條件 溫度： 20℃177。 Rs: 不同溫度，濕度下， 。 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。 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。 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/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等。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 12MHz 的方波。 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。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。基本電路如圖 。但由于 DO端與 DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為 “0” 、“1” 時(shí)，將 CH0 作為負(fù)輸入端 IN， CH1 作為正輸入端 IN+進(jìn)行 。 (3)鍵盤(pán)抖動(dòng)的消除：抖動(dòng)的消除大致可以分為硬件削抖和軟件削抖。間接控制方式則不使用單片機(jī)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，而是利用它的 I/0 口來(lái)實(shí)現(xiàn)與顯示模塊的聯(lián)系。其中對(duì)于低通濾波器，截止頻率中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 f=1/RC=1/（ 10K*） =10K Hz。 ，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。串行口不同于并行口，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，這樣串行口較并行口能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送信息。電路圖見(jiàn)圖 ： 圖 CP2102 轉(zhuǎn)接芯片接線圖 硬件設(shè)計(jì)總結(jié) ： 這一章比較具體的說(shuō)明了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的內(nèi)容，通過(guò)模塊化的設(shè)計(jì)思想，把一個(gè)復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)按照功能劃分成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的電路模型，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后在集成到一起。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。 CLK 為 ADC0832 的時(shí)鐘輸入端。以查詢(xún)的方式進(jìn)行工作。其中 USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可以從 Silicon 公司的官方網(wǎng)站上下載，驅(qū)動(dòng)程序安裝完后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)增加一個(gè)COM 口，用戶可以按照傳統(tǒng)的串行口控制方式來(lái)使用這個(gè)帶有 5V和 3V 供電的 COM口。在仿真過(guò)程中，傳感器用特定的激勵(lì)電壓源代替。在焊接時(shí)，應(yīng)將印制的電路板認(rèn)真對(duì)照原理圖，查看元器件的引腳 焊接是否正確。從而驗(yàn)證了系統(tǒng)原理圖和程序的正確性。在這里軟件仿真顯得尤為重要。 UART 支持 RTS／ CTS、 DSR／ DTR 和 XOn／ XOff 握手。如想要進(jìn)行下一次轉(zhuǎn)換， CS 必須做一個(gè)從高到低的跳