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正文內(nèi)容

畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于89c51單片機(jī)的甲醛智能測(cè)試儀設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2024-07-12 14:16 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。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 17 輸入在 0~5V 之間。芯片轉(zhuǎn) 換時(shí)間僅為 32μS ,據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn),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(guò) 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(duì) 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(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) ADC0832 未工作時(shí)其 CS 輸入端應(yīng)為高電平,此時(shí)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(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。此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作,同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端 CLK 輸入時(shí)鐘脈沖,DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。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)。在第 3個(gè)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(cè)量量程 本系統(tǒng)的量程為 010ppm。由于我所使用的是 8 位 ADC0832,所以本系統(tǒng)的精度為: 10ppm/256=。 按鍵選擇與簡(jiǎn)介 ⑴ 本系統(tǒng)應(yīng)用有人機(jī)對(duì)話功能,該功能即能隨時(shí)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(pán)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 、 CANCEL 4 個(gè)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(jiàn)圖 : 18 圖 按鍵電路圖 ⑵ 獨(dú)立式按鍵是直接 用 I/O 口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每個(gè)獨(dú)立式按鍵占有一根 I/O 口線。各根 I/O 口線之間不會(huì)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(kāi)時(shí), 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。 ⑶ 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。 ①硬件削抖是采用硬件電路的方法對(duì)鍵盤(pán)的按下抖動(dòng)及釋放抖動(dòng)進(jìn)行削抖,經(jīng)過(guò)削抖電路后使按鍵的電平信號(hào)只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。 ②軟件削抖的基本原理是當(dāng)檢測(cè)出鍵盤(pán)閉合時(shí), 先執(zhí)行一個(gè)延時(shí)子程序產(chǎn)生數(shù)毫秒的延時(shí),待接通時(shí)的前沿抖動(dòng)消失后再判別是否有健按下。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。 ③由于應(yīng)用硬件削抖還需要外加器件,成本相對(duì)較高,所以本系統(tǒng)選擇軟件延時(shí)削抖的方法。 外圍擴(kuò)充存儲(chǔ)器 基于 AT89C52 單片機(jī)具有 8KB 的程序存儲(chǔ)器( ROM), 256B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器( RAM),由于考慮到本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)所需的容量,現(xiàn)在需要擴(kuò)充存儲(chǔ)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(chǔ)芯片是一種很好的選擇。我們 選定了 AT24C128 存儲(chǔ)器。電路圖見(jiàn)圖 : 19 圖 外圍擴(kuò)充存儲(chǔ)電路圖 時(shí)鐘芯片選擇與簡(jiǎn)介 因?yàn)榇讼到y(tǒng)需要記錄測(cè)量發(fā)生的時(shí)間,所以需要時(shí)鐘芯片來(lái)記錄不同人在不同時(shí)間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),因此我們?cè)谙到y(tǒng)中加入了時(shí)鐘芯片。對(duì)時(shí)鐘芯片的要求首先是低功耗,其次是編程簡(jiǎn)單,縮短程序開(kāi)發(fā)時(shí)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(kāi)發(fā)周期以及成本,在本系統(tǒng),我們選擇了 DS1302時(shí)鐘芯片。 ⑴ 我們時(shí)鐘電路選擇的芯片是 DS1302,其內(nèi)含一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷和 31 字節(jié) 靜態(tài) RAM,可以通過(guò)串行接口與單片機(jī)通信。而通信時(shí),僅需要 3個(gè)口線:( 1)RES(復(fù)位),( 2) I/O數(shù)據(jù)線,( 3) SCLK(串行時(shí)鐘)。時(shí)鐘 /RAM 的讀 /寫(xiě)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(shí)功耗很低,廣泛應(yīng)用于電話,傳真,便攜式儀器等產(chǎn)品領(lǐng)域。 ⑵ DS1302 主要性能有:時(shí)實(shí)時(shí)鐘能計(jì)算 2100 年之前的秒、分、時(shí)、日、日期、星期、月、年的能力,還有閏年的調(diào)整能力;讀 /寫(xiě)時(shí)鐘或 RAM 數(shù)據(jù)時(shí),有單字節(jié)和多字節(jié)傳送兩種方式;與 DS1202/TTL 兼容。 ⑶ DS1302 引腳概述: X1,X2:振蕩源,外接 32。 768KHZ 晶振; SCLK:串行時(shí)鐘輸入端。 20 ⑷ 日歷、時(shí)鐘寄存器與控制字對(duì)照表、日歷、時(shí)鐘寄存器命令字、取值范圍以及各位內(nèi)容對(duì)照表。見(jiàn)表 34。 表 34 時(shí)鐘控制字對(duì)照表 ⑸ DS1302 數(shù)據(jù)輸入 /輸出時(shí)序 數(shù)據(jù)輸入是在輸入寫(xiě)命令字的 8 個(gè) SCLK 周期之后,在接下來(lái)的 8 個(gè) SCLK 周期中的每個(gè)脈沖的上升沿輸入數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)從 0 位開(kāi)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(gè) SCLK 周期之后,在接下來(lái)的 8個(gè) SCLK 周期中的每個(gè)脈沖的下降沿輸出數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)從 0位開(kāi)始。需要注意的是,第一個(gè)數(shù)據(jù)位在命令字節(jié)的最后一位之后的第一個(gè)下降沿被 輸出。只要 RST保持高電平,如寄存器名 命令字 取值 范圍 各位內(nèi)容 寫(xiě)操作 讀操作 7 6 5 4 3~ 0 秒寄存器 80H 81H 00~ 59 CH 10SEC SEC 分寄存器 82H 83H 00~ 59 0 10MIN MIN 時(shí)寄存器 84H 85H 01~ 12 00~ 23 12/24 0 10/( A/P) HR HR 日寄存器 86H 87H 01~ 28,2 31 0 0 10DATE DATE 月寄存器 88H 89H 01~ 12 0 0 0 10M MONTH 周寄存器 8AH 8BH 01~ 07 0 0 0 0 DAY 年寄存器 8CH 8DH 01~ 99 10YEAR YEAR 寫(xiě)保護(hù)寄存器 8EH 8FH WP 0 0 0 0 慢充電寄存器 90H 91H TCS TCS TCS TCS DS DS RS RS 時(shí)鐘突發(fā)寄存器 BEH BFH 21 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(jiàn)圖 : 圖 時(shí)鐘電路圖 上拉電阻 在主電路圖中接在 P0口處有一個(gè)排阻 RP1 ,由于 P0口沒(méi)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(jiàn)圖 : 圖 上拉電阻電路圖 液晶顯示器簡(jiǎn)介 。 對(duì)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(hào)顯示器消耗電量比較低,可以滿足系統(tǒng)要求。該類液晶顯示模塊采用動(dòng)態(tài)的液晶驅(qū)動(dòng),可用 5V供電。 1. AMPIRE128X64液晶模塊引腳說(shuō)明 22 AMPIRE128X64 液晶共有 22個(gè)引腳,其引腳說(shuō)明如表 35 所 示: 表 35 液晶引腳說(shuō)明圖 管腳名稱 管 腳 定 義 /CSA 片選 1 /CSB 片選 2 VSS 數(shù)字地 VDD 邏輯電源 +5V V0 對(duì)比度調(diào)節(jié) R/S 指令數(shù)據(jù)通道 R/W 讀寫(xiě)選擇 E 使能選擇 DB0DB7 數(shù)據(jù)線 CS1 片選 1 CS2 片選 2 /RES 復(fù)位信號(hào) VEE 液晶驅(qū)動(dòng)電源 LED+ LED 背光正電源 LED LED 接地端 表 35 AMPIRE128X64 液 晶顯示模塊與計(jì)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(wèn)方式和間接控制方式。 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。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。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(shí)序控制信號(hào)線通常利用單片機(jī)的 P3 口中未被使用的 I/ O 口來(lái)控制。這種訪問(wèn)方式不占用存儲(chǔ)器空間,它的接口電路與時(shí)序無(wú)關(guān),其時(shí)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(jiàn)圖 23 圖 液晶電路圖 : 1) 顯示質(zhì)量高:由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)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 2) 器畫(huà)質(zhì)高且不會(huì)閃爍。 3) 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。 4) 體積小、重量輕:液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài) 來(lái)達(dá)到顯示的目的,在重量上比相同顯示面積 5) 的傳統(tǒng)顯示器要輕的多。 6) 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。 3. LCD 按其顯示方式通??梢苑譃閿嗍?、點(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(guò)電壓對(duì)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(duì)于本系統(tǒng)要顯示漢字,字母,數(shù)字等,以及其在一個(gè)界面同時(shí)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(hào)的 LCD。 ⑵ 字符顯示:字符顯示比較復(fù)雜,一個(gè)字符由 16x8 點(diǎn)陣組成,即要找到和顯示屏是某 24 幾個(gè)位置對(duì)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(gè)字符。 :漢字顯示和字符顯示的原理差不多,就是一個(gè)漢字一般采用圖形方式,事先從微機(jī)中用字模軟件提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼,每個(gè)漢字占 32B,為為兩部分,各 16B。根據(jù)在 LCD 上開(kāi)始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)就可以找出顯示 RAM 的對(duì)應(yīng)地址,送上漢字要顯示的第一字 節(jié),以此類推,最后送完 32B,這樣漢字就顯示出來(lái)了。 報(bào)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(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。但對(duì)于某些緊急狀態(tài),比如系統(tǒng)檢測(cè)到的錯(cuò)誤狀態(tài)等,為了使操作人員不至于忽視,及時(shí)采取措施,往往還需要有某種更能引人注意,提起警覺(jué)的報(bào)警信號(hào)。這種報(bào)警信號(hào)通常有三種類型:一是閃光 報(bào)警,因?yàn)殚W動(dòng)的指示燈更能提醒人們注意;二是鳴音報(bào)警,發(fā)出特定的音響,作用于人的聽(tīng)覺(jué)器官,易于引起和加強(qiáng)警覺(jué);三是語(yǔ)音報(bào)警,不僅能起到報(bào)警作用,還能 直接給出警報(bào)種類的信息。其中,前兩種報(bào)警裝置因硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yǔ)音報(bào)警雖然警報(bào)信息較直接,但硬件成本高,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,軟件量也增加 。 單頻音報(bào)警 實(shí)現(xiàn)單頻音報(bào)警的接口電路比較簡(jiǎn)單,其發(fā)音元件通常可采用壓電蜂鳴器,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(jiǎn)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(dòng)電流,可在某端口接上一只三極管和電阻組成的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng),如圖 所示。在圖 2 中 , 接三極管基極輸入端,當(dāng) 輸出高電平 “1” 時(shí),三極管導(dǎo)通,蜂鳴器的通電而發(fā)音,當(dāng) 輸出低電平 “0”時(shí),三極管截止,蜂鳴器停止發(fā)音。 25 圖 單頻音報(bào)警電路圖 基于本系統(tǒng)的需求和功耗要求,只需要基本的報(bào)警功能即可,我選擇采用的是三極管驅(qū)動(dòng)的單音頻報(bào)警電路。 以下為報(bào)警電路接線圖見(jiàn)圖 圖 報(bào)警電路圖 硬件仿真環(huán)境介紹 Proteus ISIS 是英國(guó) Labcenter 公司開(kāi)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(dòng)態(tài)仿真、 I2C 調(diào)試器、SPI 調(diào)試器、鍵盤(pán)和 LCD 系統(tǒng)仿真的
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