【正文】 第7章 系統(tǒng)調(diào)試 44 軟件仿真 44 硬件調(diào)試 45第8章 結(jié)束語(yǔ) 50第9章 致謝 51參考文獻(xiàn) 52附錄一 ：proteus仿真原理圖 53附錄二 PCB圖 54附錄三 ：硬件設(shè)計(jì)原理圖 55附錄四：?jiǎn)纹瑱C(jī)程序 56附錄五：PC機(jī)程序 66III成都理工大學(xué)2012屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）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。出于安全考慮，甲烷濃度的測(cè)量，顯得尤為重要。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。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)。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。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)。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)。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。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。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)。STC89C52單片機(jī)引腳功能圖如圖21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。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）。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)。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。 ：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。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。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。 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32μS； CS_ 片選使能，低電平芯片使能。 DI 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。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。 .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）。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.內(nèi)置192種字符(160個(gè)57點(diǎn)陣字符和32個(gè)510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)58點(diǎn)陣字符或4個(gè)511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23）表23 LCD1602液晶主要參數(shù)顯示容量162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；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。 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。表31 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）針號(hào)功能說(shuō)明縮寫針號(hào)功能說(shuō)明縮寫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RS232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5V15V，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3V12V和3V~12V。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。Visual Basic（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。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。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。硬件接口簡(jiǎn)單，被廣泛使用。引腳圖如下圖43所示。其典型應(yīng)用電路見(jiàn)下圖44。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Keil C51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。它源自于BASIC編程語(yǔ)言。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)。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)。電路圖見(jiàn)圖53： 圖53 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。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。10靈敏度（mv）1%甲烷15401%丁烷30501%氫氣2040線形度（%）≤5測(cè)量范圍（％LEL）0～100響應(yīng)時(shí)間(90%)小于10 秒恢復(fù)時(shí)間(90%)小于30 秒使用環(huán)境 40－+70℃ 低于95%RH 儲(chǔ)存環(huán)境20—+70℃ 低于95%RH外形尺寸（mm）MC113:1419 MC113C: 81014圖55 MC113的靈敏度特性及響應(yīng)恢復(fù)特性表52 MQ3模塊詳細(xì)參數(shù)指標(biāo)符號(hào) 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Vc 回路電壓 177。 相對(duì)濕度： 65%177。Ro: 20℃，33%RH條件下。 它與ppm的換算關(guān)系是： X=……(51) 即： C= 式中： X—污染物以每立方米的毫克數(shù)表示的濃度值；C—污染物以ppm表示的濃度值； M—污染物的分之子量。在第1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。每個(gè)獨(dú)立式按鍵占有一根I/O口線。 LCD1602液晶顯示設(shè)計(jì)LCD1602液晶顯示模塊與計(jì)算機(jī)的接口電路有兩種方式。 報(bào)警線路設(shè)計(jì)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，一般的工作狀態(tài)可以通過(guò)指示燈或數(shù)碼顯示來(lái)指示，供操作人員參考，了解系統(tǒng)的工作狀況。采用芯片7805與7905以產(chǎn)生穩(wěn)定的+5V、5V電壓。本設(shè)計(jì)引出接口包括5V、TXD、RXD、GND、RST，其中TXD，RXD可直接接MCU串口，RXD接MCU的TXD，TXD接MCU的RXD即可，也可以接各種帶串口的設(shè)備。匯編語(yǔ)言的可控性較高級(jí)語(yǔ)言來(lái)說(shuō)更具優(yōu)越性。具體框圖見(jiàn)下圖61。接著從處理器接收時(shí)鐘信號(hào)，每經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)就會(huì)從高位到低位依次從DO移出，經(jīng)過(guò)8個(gè)時(shí)鐘后，數(shù)據(jù)又以從低位到高位的形式從DO移出（也是每個(gè)時(shí)鐘移一位）。LCD1602的寫工作時(shí)序圖如圖62所示：圖 62 LCD1602寫操作時(shí)序當(dāng)處于寫指令時(shí)，RS為低脈沖，R/W為低脈沖，D0D7=指令碼，E=高脈沖。開(kāi)始初始化液晶、定時(shí)器，開(kāi)中斷，設(shè)置串口波特率若控制串口通信的鍵按下，則開(kāi)中斷進(jìn)行串口數(shù)據(jù)傳輸鍵盤檢測(cè)，控制液晶顯示內(nèi)容啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換，并返回AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)判斷是否超門限值，以示報(bào)警處理AD轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并送液晶顯示結(jié)束 圖 61 程序流程圖 ，單獨(dú)使用一個(gè)口，為了避免數(shù)據(jù)的干擾，由于P0口沒(méi)有上拉電阻，所以需要一個(gè)排阻進(jìn)行電壓的擴(kuò)大。CS在整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中都必須為低，當(dāng)CS為低時(shí)，在數(shù)據(jù)輸入端DI（數(shù)據(jù)輸入端）加一個(gè)高電平，接著在CLK上加一個(gè)時(shí)鐘，DI上的邏輯1就會(huì)使ADC0832的DI脫離高阻態(tài)，然后通道配置數(shù)據(jù)伴隨著時(shí)鐘通過(guò)DI端移入多路器，當(dāng)最后一位數(shù)據(jù)移入多路器時(shí)，DI變?yōu)楦咦钁B(tài)，在這以前DO（數(shù)據(jù)輸出端）都為高阻態(tài)。基于C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用C語(yǔ)言編寫方法。由于我主要負(fù)責(zé)的是硬件設(shè)計(jì)，所以只是簡(jiǎn)單的介紹硬件方面的內(nèi)容。其中對(duì)于低通濾波器，截止頻率f=1/RC=1/（10K*）=10K Hz。此外揚(yáng)聲器一端接高電平，當(dāng)值高于警報(bào)值的時(shí)候線路選通亦能驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。本系統(tǒng)采用間接控制方式：以下為液晶顯示電路接線原理圖見(jiàn)圖512: 圖 512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(gè)有點(diǎn)：顯示質(zhì)量高；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(jiǎn)單可靠，操作更加方便；體積小、重量輕 ；功耗低：相對(duì)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(dòng)IC上，因而耗電量比其他顯示器要少的多。當(dāng)按鍵釋放時(shí)，也要經(jīng)過(guò)數(shù)毫秒延時(shí)，待后沿抖動(dòng)消失后再判別鍵是否釋放。由于本系統(tǒng)所需按鍵較少，所以選擇獨(dú)立式按鍵。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，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。對(duì)于氣體濃度常見(jiàn)有兩種表示方法（1）體積濃度 體積濃度是用每立方米的大氣中含有污染物的體積數(shù)（立方厘米）或（ml/m3）來(lái)表示， 常用的表示方法是ppm，即1ppm=1立方厘米/立方米=106。其中：溫度：20℃、相對(duì)濕度：65%、氧氣濃度：21%、RL=50kΩ(在本設(shè)計(jì)中，其值固定)、Rs：元件在不同氣體，不同濃度下的電阻值、R0:元件在潔凈空氣中的電阻值。 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％ C．靈敏特性符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)參數(shù)備注Rs敏感體電阻1MΩ 8 MΩ(200ppm alcohol )適用范圍： —10mg/LAlcoholα（200/100）alcohol濃度斜率≤標(biāo)準(zhǔn)工作條件溫度：20℃177。圖54 測(cè)量電路表51 MC113傳感器的技術(shù)指標(biāo)工作電壓(V) 177。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51所示。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。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。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)。VB簡(jiǎn)介：Visual Basic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。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。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)。74HC4051的模擬輸入/輸出端（Y0至Y7，Z）在上限VCC和下限VEE之間擺動(dòng)， V。第16腳：背光源負(fù)極 MAX232MAX232是MAXIM公司生產(chǎn)的、包含兩路接收/驅(qū)動(dòng)器的芯片。第2腳：VDD接5V正電源。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。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RS232接口。（1） 事件驅(qū)動(dòng)方式事件驅(qū)動(dòng)通信是處理串行端口交互作用的一種非常有效地方法。RS232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。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。但串行數(shù)據(jù)也有缺點(diǎn)，那就是速度比并行通訊要慢。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)。 .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