【正文】 第7章 系統(tǒng)調試 44 軟件仿真 44 硬件調試 45第8章 結束語 50第9章 致謝 51參考文獻 52附錄一 ：proteus仿真原理圖 53附錄二 PCB圖 54附錄三 ：硬件設計原理圖 55附錄四：單片機程序 56附錄五：PC機程序 66III成都理工大學2012屆本科畢業(yè)設計（論文）引言隨著我國經濟的快速發(fā)展，人民生活水平日益提高,全國機動車輛數(shù)量和駕駛員人數(shù)猛增，醉酒駕車造成嚴重后果的違法犯罪也日益增多，給社會和廣大人民群眾生命、健康造成嚴重危害。出于安全考慮，甲烷濃度的測量，顯得尤為重要。從現(xiàn)實角度考慮，此儀器可以讓開車的人知道自己在什么情況下可以開車；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家列為重點支持發(fā)展的情況下，國內已有一定的基礎。超聲波技術是利用超聲波在某種氣體中的傳播速度與當前氣體溫度和氣體性質的關系，通過測量超聲波在氣體中的傳播速度以及氣體溫度，進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、結構以及制作工藝密切相關。如果改變氣室中被測氣體的成分、溫度或壓力，折射率會發(fā)生改變，光程也隨之改變，干涉條紋從而發(fā)生移動。在光學分析中，主要基于光譜學，利用光和大氣污染分子相互作用的特性進行檢測，具有大范圍、高組分、連續(xù)實時檢測的特點，已成為氣體濃度檢測的理想工具。因此研究PC機與單片機串行通信具有重要的現(xiàn)實及工業(yè)意義。我們選擇單片機STC89C52為控制核心，主要基于考慮STC89C52低功耗、超低價高速度、高可靠、超強抗靜電，超強抗干擾、無法解密等優(yōu)點。STC89C52單片機引腳功能圖如圖21所示:VCC:電源電壓VSS:即地XTAL1：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 ：程序儲存允許（）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當89C5X單片機由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 有效，即輸出兩個脈沖。由于逐次逼近式A/D轉換具有速度快，分辨率高等優(yōu)點，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轉換器。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。 工作頻率為250KHZ，轉換時間為32μS； CS_ 片選使能，低電平芯片使能。 DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。其內部有一個8通道多路開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉換。 .EOC： A/D轉換結束信號輸出，當A/D轉換結束時，此端輸出一個高電平（轉換期間一直為低電平）。LCD1602字符型液晶顯示器的特點及其用法：.單5V電源電壓，低功耗、長壽命、高可靠性.內置192種字符(160個57點陣字符和32個510點陣字符).具有64個字節(jié)的自定義字符RAM，可自定義8個58點陣字符或4個511點陣字符.顯示方式：STN、半透、正顯.驅動方式：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.標準的接口特征：適配MC51和M6800系統(tǒng)MPU的操作時序LCD1602液晶顯示屏的主要技術參數(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，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內置8192個16*16點漢字，和128個16*、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。 有數(shù)字信號的數(shù)據(jù)選擇器，如74LS151，74HC151，也有針對模擬信號的數(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行遠距離傳送信息。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）針號功能說明縮寫針號功能說明縮寫1數(shù)據(jù)載波檢測DCD8數(shù)據(jù)載波檢測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)終端準備DTR20數(shù)據(jù)終端準備DTR5信號地GND7信號地GND6數(shù)據(jù)設備準備好DSR6數(shù)據(jù)設備準備好DSR7請求發(fā)送RTS4請求發(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信號在正負電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅動器輸出正電平在5V15V，負電平在5V~15V；在接收數(shù)據(jù)時，接收器的典型工作電平是3V12V和3V~12V。在編程過程中，可以在OnComm事件處理函數(shù)中加入自己的代碼。Visual Basic（簡稱VB）是Windows操作系統(tǒng)下簡單、易學、高效的應用軟件開發(fā)工具。獨立的芯片使能輸入，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，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。硬件接口簡單，被廣泛使用。引腳圖如下圖43所示。其典型應用電路見下圖44。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。它源自于BASIC編程語言。晶振電路:單片機工作的過程中各指令的微操作在時間上有嚴格的次序，這種微操作的時間次序稱作時序，單片機的時鐘信號用來為單片機芯片內部各種微操作提供時間基準。因此，任何單片機在開始工作前，都必須進行一次復位過程，使單片機處于一種確定的狀態(tài)。電路圖見圖53： 圖53 復位電路RST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進行復位操作。所采集的信號經濾波電路和ADC0832后，被傳送至STC89C52單片機，在顯示器上顯示出對應的濃度值，當超過一定的標準時，便給以報警。10靈敏度（mv）1%甲烷15401%丁烷30501%氫氣2040線形度（%）≤5測量范圍（％LEL）0～100響應時間(90%)小于10 秒恢復時間(90%)小于30 秒使用環(huán)境 40－+70℃ 低于95%RH 儲存環(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恢復特性表52 MQ3模塊詳細參數(shù)指標符號 參數(shù)名稱 技術條件 備注 Vc 回路電壓 177。 相對濕度： 65%177。Ro: 20℃，33%RH條件下。 它與ppm的換算關系是： 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 個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。每個獨立式按鍵占有一根I/O口線。 LCD1602液晶顯示設計LCD1602液晶顯示模塊與計算機的接口電路有兩種方式。 報警線路設計在單片機應用系統(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。采用芯片7805與7905以產生穩(wěn)定的+5V、5V電壓。本設計引出接口包括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備。匯編語言的可控性較高級語言來說更具優(yōu)越性。具體框圖見下圖61。接著從處理器接收時鐘信號，每經過一個時鐘，轉換后的數(shù)據(jù)就會從高位到低位依次從DO移出，經過8個時鐘后，數(shù)據(jù)又以從低位到高位的形式從DO移出（也是每個時鐘移一位）。LCD1602的寫工作時序圖如圖62所示：圖 62 LCD1602寫操作時序當處于寫指令時，RS為低脈沖，R/W為低脈沖，D0D7=指令碼，E=高脈沖。開始初始化液晶、定時器，開中斷，設置串口波特率若控制串口通信的鍵按下，則開中斷進行串口數(shù)據(jù)傳輸鍵盤檢測，控制液晶顯示內容啟動AD轉換，并返回AD轉換的數(shù)據(jù)判斷是否超門限值，以示報警處理AD轉換過來的數(shù)據(jù)，并送液晶顯示結束 圖 61 程序流程圖 ，單獨使用一個口，為了避免數(shù)據(jù)的干擾，由于P0口沒有上拉電阻，所以需要一個排阻進行電壓的擴大。CS在整個轉換過程中都必須為低，當CS為低時，在數(shù)據(jù)輸入端DI（數(shù)據(jù)輸入端）加一個高電平，接著在CLK上加一個時鐘，DI上的邏輯1就會使ADC0832的DI脫離高阻態(tài)，然后通道配置數(shù)據(jù)伴隨著時鐘通過DI端移入多路器，當最后一位數(shù)據(jù)移入多路器時，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語言和匯編語言的優(yōu)缺點，本系統(tǒng)采用C語言編寫方法。由于我主要負責的是硬件設計，所以只是簡單的介紹硬件方面的內容。其中對于低通濾波器，截止頻率f=1/RC=1/（10K*）=10K Hz。此外揚聲器一端接高電平，當值高于警報值的時候線路選通亦能驅動揚聲器發(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圖512: 圖 512在單片機系統(tǒng)中應用液晶顯示器作為輸出器件有以下幾個有點：顯示質量高；數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便；體積小、重量輕 ；功耗低：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內部的電極和驅動IC上，因而耗電量比其他顯示器要少的多。當按鍵釋放時，也要經過數(shù)毫秒延時，待后沿抖動消失后再判別鍵是否釋放。由于本系統(tǒng)所需按鍵較少，所以選擇獨立式按鍵。當要進行A/D轉換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。對于氣體濃度常見有兩種表示方法（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℃、相對濕度：65%、氧氣濃度：21%、RL=50kΩ(在本設計中，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 儲存溫度 　　20℃70℃ RH 相對濕度 　　小于　95% RH O2 氧氣濃度 　　21%(標準條件) 氧氣濃度會影響靈敏度特性 最小值大于２％ C．靈敏特性符號參數(shù)名稱技術參數(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≤標準工作條件溫度：20℃177。圖54 測量電路表51 MC113傳感器的技術指標工作電壓(V) 177。甲烷濃度傳感器由MC113組成；MC113傳感器的技術指標如下表51所示。選擇合理的充電常數(shù)，就能保證在開關按下時是RST端有兩個機器周期以上的高電平從而使STC89C52內部復位。復位電路：單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。由晶振電路和復位電路，STC89C52芯片組成，構成最小的單片機系統(tǒng)。VB簡介：Visual Basic是一種由微軟公司開發(fā)的包含協(xié)助開發(fā)環(huán)境的事件驅動編程語言。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。如圖1所示，CP2102／CP2103包含了一個USB功能控制器、USB收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調制解調器控制信號的異步串行數(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， V。第16腳：背光源負極 MAX232MAX232是MAXIM公司生產的、包含兩路接收/驅動器的芯片。第2腳：VDD接5V正電源。其內部電源輸入與參考電壓的復用，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換器，就可以方便的設計成標準的RS232接口。（1） 事件驅動方式事件驅動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)信號是相對信號地。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，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。 .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