【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。與HD44780相兼容的芯片時(shí)序如表28：表28 基本操作時(shí)序表讀狀態(tài)輸入RS=L,R/W=H,E=H輸出D0—D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=L,R/W=L,D0—D7=指令碼,E=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS=H,R/W=H,E=H輸出D0—D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=H,R/W=L,D0—D7=數(shù)據(jù),E=高脈沖輸出無讀寫操作時(shí)序如圖219和220所示：圖219 讀操作時(shí)序圖220 寫操作時(shí)序167。液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖221是1602的內(nèi)部顯示地址。圖221 1602LCD內(nèi)部顯示地址第二行第一個(gè)字符的地址是40H，寫入顯示地址時(shí)要求最高位D7恒定為高電平1所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是：01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在對(duì)液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動(dòng)右移的，無需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。167。延時(shí)15mS寫指令38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）延時(shí)5mS寫指令38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）延時(shí)5mS寫指令38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測(cè)忙信號(hào)寫指令38H：顯示模式設(shè)置寫指令08H：顯示關(guān)閉寫指令01H：顯示清屏寫指令06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置寫指令0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置LCD1602的具體接線路圖如圖222所示。圖222 LCD1602接線電路圖167?？紤]到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中不同環(huán)境對(duì)氣體濃度及溫濕度范圍要求不同，故設(shè)置了按鍵功能，用于實(shí)現(xiàn)測(cè)量范圍的調(diào)整，參考單片機(jī)引腳使用情況，共設(shè)置五個(gè)獨(dú)立按鍵如圖223，實(shí)現(xiàn)功能為設(shè)定鍵可進(jìn)行設(shè)定的進(jìn)入與退出，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)三種范圍的切換，另設(shè)左右移位鍵、上下調(diào)值鍵各兩個(gè)，與此同時(shí)考慮到用戶可能需要在一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)測(cè)量一種量，故設(shè)計(jì)了上調(diào)鍵的第二功能：當(dāng)只有上調(diào)鍵按下時(shí)完成顯示的自動(dòng)與手動(dòng)的切換以實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)對(duì)話。圖223 按鍵電路167。本設(shè)計(jì)采用集成穩(wěn)壓器7805，C2C30分別為輸入端和輸出端濾波電容，D1為續(xù)流二極管。當(dāng)輸出電流較大時(shí)，7805應(yīng)配上散熱板。電源電路如圖224所示：圖224 電源電路167。本章首先介紹了便攜式室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀的硬件結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)功能，該儀器以8位單片機(jī)STC90C51作為控制核心，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，完成了有毒氣體濃度信號(hào)的采集轉(zhuǎn)換電路、液晶顯示電路、聲光報(bào)警電路等的設(shè)計(jì)。該儀器能夠?qū)崿F(xiàn)有毒氣體濃度信號(hào)和溫濕度信號(hào)采集與顯示及超標(biāo)聲光報(bào)警等功能。本章重點(diǎn)介紹了信號(hào)采集模擬電路和以主控制器為中心的數(shù)字電路的設(shè)計(jì)與工作原理。首先討論了有毒氣體采集模塊中傳感器選擇問題，最后討論了系統(tǒng)的外圍接口電路模塊，包括液晶顯示,聲光報(bào)警等，實(shí)現(xiàn)了各外圍接口電路模塊與STC90C51的硬件接口設(shè)計(jì)。這一章比較具體的說明了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的內(nèi)容，通過模塊化的設(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。這種方法對(duì)于設(shè)計(jì)復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)很有效。大大提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率與質(zhì)量。（說明：系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的電路原理圖附在論文的附錄里面。）第3章 空氣質(zhì)量檢測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)167。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思路167。 編程語言的選擇在系統(tǒng)硬件電路確定以后，其主要功能的實(shí)現(xiàn)將依賴于軟件來實(shí)現(xiàn)。對(duì)同一硬件電路，配以不同的軟件，它所實(shí)現(xiàn)的功能也就不同，其設(shè)計(jì)軟件基本要求：?？煽啃允擒浖O(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。、易維護(hù)性。編制的軟件要求易閱讀，容易發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤，容易修改和補(bǔ)充。系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)外部事件的發(fā)生并能及時(shí)做出處理結(jié)果。保證系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算數(shù)據(jù)的精度。目前存在有4種編程語言支持單片機(jī)，即匯編語言、PL/M51語言、C語言和BASI語言。其中匯編語言和C語言應(yīng)用的較多，匯編語言的機(jī)器代碼生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。結(jié)合本系統(tǒng)的特點(diǎn)，這里選用了功能強(qiáng)、效率高的C語言。C語言主要有以下特點(diǎn)：用C語言編制的程序效率高，占用存儲(chǔ)空間小，運(yùn)行速度快。C語言能寫出最優(yōu)化程序，且能反映出計(jì)算機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況。C語言能直接與存儲(chǔ)器、接口電路打交道，也能申請(qǐng)中斷。具有良好的模塊化、容易閱讀、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，且編寫的模塊程序易于移植?；贑語言和匯編語言的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用C語言編寫方法。167。 軟件功能需求室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀系統(tǒng)軟件主要由溫濕傳感器采集模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、人機(jī)接口模塊、聲光報(bào)警模塊、核心控制器模塊構(gòu)成，各模塊功能概述如表31所示。表31 各功能模塊功能描述功能模塊功能描述溫濕傳感器采集模塊對(duì)室內(nèi)溫濕度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)AD轉(zhuǎn)換模塊核心控制器模塊人機(jī)接口模塊根據(jù)軟件設(shè)計(jì)的基本要求,采取了如下的措施:。軟件設(shè)計(jì)中包含有：主程序模塊、顯示模塊、DHT11傳感器檢測(cè)函數(shù)、A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子模塊、聲光報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、按鍵函數(shù)。，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理事件能力。、硬件抗干擾。軟件抗干擾措施提高了系統(tǒng)的可靠性。以下就對(duì)一些主要模塊進(jìn)行詳細(xì)的闡述。167。167。主程序運(yùn)行流程圖如圖31所示。由主程序流程圖可以看出，軟件要實(shí)現(xiàn)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析、送液晶進(jìn)行顯示及報(bào)警功能。程序開始時(shí)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括單片機(jī)的各寄存器、RAM、定時(shí)器裝載初值、中斷設(shè)置及各模塊初始化等。完成初始化后，CPU等待傳感器傳入信號(hào)及AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，從而完成當(dāng)前監(jiān)測(cè)參數(shù)的正確顯示。YNYNNYNY進(jìn)入設(shè)定功能按鍵調(diào)整函數(shù)手自動(dòng)切換函數(shù)設(shè)置完成進(jìn)入切換功能自動(dòng)顯示開始初始化DHT11傳感器數(shù)據(jù)采集延時(shí)、報(bào)警函數(shù)VOC濃度顯示濕度顯示溫度顯示VOC傳感器數(shù)據(jù)采集延時(shí)、報(bào)警函數(shù)延時(shí)、報(bào)警函數(shù) 圖31 主程序流程圖167。AD完成轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，AD應(yīng)用中我們可以有兩種方法來：，AD完成模數(shù)轉(zhuǎn)換后會(huì)向中斷輸出端輸出一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，告訴CPU轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，CPU可以讀取數(shù)據(jù)。，設(shè)定一定的時(shí)間讓CPU處于等待狀態(tài)，此時(shí)間足夠AD完成轉(zhuǎn)換，過了等待時(shí)間CPU再去讀取數(shù)據(jù)。綜合考慮各方面的因素，本研究采用第一種方法：延時(shí)等待法。所用的芯片為AD0809，根據(jù)所需的要求。167。本設(shè)計(jì)所用的顯示器件為1602液晶面板，該液晶能顯示32個(gè)字符，滿足顯示要求。1602液晶與CPU是并口通信，、單片機(jī)P0口傳輸數(shù)據(jù)到1602進(jìn)行顯示。系統(tǒng)上電LCD初始化，液晶顯示首先需要要按照時(shí)序給定顯示地址，然后傳送數(shù)據(jù)。上電后液晶顯示開始循環(huán)顯示三個(gè)被測(cè)量的范圍和測(cè)量結(jié)果。167。聲音報(bào)警采用的是蜂鳴器，光報(bào)警是通過6個(gè)發(fā)光二極管來顯示，3個(gè)綠色和三個(gè)紅色的，當(dāng)毒氣含量沒超標(biāo)時(shí)顯示綠色，超標(biāo)時(shí)顯示紅色并啟動(dòng)蜂鳴器，報(bào)警子程序執(zhí)行之前，設(shè)定的報(bào)警閾值存放在兩個(gè)變量中，傳感器輸入AD轉(zhuǎn)換值后，調(diào)用比較程序，小于閾值則執(zhí)行顯示程序，若大于閾值進(jìn)行聲光報(bào)警。167。本設(shè)計(jì)設(shè)定按鍵功能為調(diào)整測(cè)量數(shù)據(jù)的安全范圍并可進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)的切換考慮到實(shí)現(xiàn)按鍵功能所用按鍵數(shù)目不多及單片機(jī)引腳數(shù)量決定選用五個(gè)獨(dú)立式按鍵，其中設(shè)定鍵用于進(jìn)入和退出上下限的調(diào)整，上下左右四個(gè)鍵在設(shè)定鍵被按下的情況下可以對(duì)數(shù)值進(jìn)行調(diào)整；同時(shí)，當(dāng)設(shè)定鍵未按下且上調(diào)鍵被按下時(shí)進(jìn)入上調(diào)鍵的第二功能，實(shí)現(xiàn)用戶手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的切換。已滿足用戶對(duì)環(huán)境條件檢測(cè)要求的不同，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交流。167。在這一章里對(duì)室內(nèi)便攜式只能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹。軟件采用了模塊化設(shè)計(jì)的思路，以單片機(jī)高級(jí)語言C51編程。在本章開始給出了主程序結(jié)構(gòu)流程圖，然后分別對(duì)各個(gè)子模塊的軟件流程進(jìn)行介紹。（說明：程序見附錄二）第4章 仿真調(diào)試167。167。 常見的硬件故障(1)邏輯錯(cuò)誤：硬件的邏輯錯(cuò)誤是由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和加工過程中的工藝性錯(cuò)誤所造成的，主要包括：錯(cuò)線、開路、短路等，其中短路最為常見，在印刷電路板布線密度高的情況下，極易因工藝原因造成短路。(2)器件失效：元器件失效主要是因?yàn)槠骷旧硪褤p壞或性能不符合要求，或者是由于組裝錯(cuò)誤造成的元器件失效，如電解電容、二極管的極性錯(cuò)誤，集成塊安裝方向錯(cuò)誤等。(3)可靠性差：系統(tǒng)不可靠可能受多種因素影響，如金屬化孔、接插件接觸不良會(huì)造成系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞；內(nèi)部和外部的干擾、器件負(fù)載過大等造成邏輯電平不穩(wěn)定；另外，走線和布局的不合理等也是系統(tǒng)可靠性差的重要因素之一。(4)電源故障：若系統(tǒng)中存在電源故障，則加電后將造成器件損壞。167。拿到印刷電路板后，用萬用表直接檢查線路板各處是否有明顯短路、斷路的地方，尤其是電源是否短路。接著，焊接各元器件及插座，在焊接過程中要對(duì)各元件做逐一檢查，比如二極管極性、電容容量及耐壓、電阻值大小等。在插座、元件焊接完畢后，仔細(xì)檢查元件面各元件之間裸露部分有無相互接觸現(xiàn)象，焊接面的各焊點(diǎn)間、焊點(diǎn)和近鄰線有無連接。最后，再給電路板空載上電(未插芯片)，檢查線路板各管腳及插件上的電位是否正確，特別是單片機(jī)管腳上的各點(diǎn)電壓。若上述的一切都正常，則硬件調(diào)試的準(zhǔn)備工作完成。硬件實(shí)物如圖41。圖41 硬件實(shí)物圖167。 系統(tǒng)軟件調(diào)試對(duì)系統(tǒng)軟件編寫完成之后，可以利用Keil C51仿真軟件進(jìn)行仿真運(yùn)行調(diào)試，其調(diào)試界面如圖42所示。圖42 KeilC51軟件調(diào)試截面圖在具體的調(diào)試過程中，采取以下方法進(jìn)行調(diào)試：在Keil C51編譯環(huán)境中編寫、編譯軟件模塊，進(jìn)行軟件仿真調(diào)試，對(duì)功能模塊的軟件仿真。通過Keil C51的調(diào)試窗口觀察各個(gè)寄存器、變量以及并行口輸出的結(jié)果，監(jiān)測(cè)軟件模塊運(yùn)行的狀態(tài)，在調(diào)試過程中不斷地調(diào)整修改系統(tǒng)的軟件程序，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。調(diào)試過程中單步運(yùn)行和斷點(diǎn)運(yùn)行調(diào)試只能驗(yàn)證程序正確與否，而不能確定定時(shí)精度、CPU的實(shí)時(shí)響應(yīng)等問題，故在單步和斷點(diǎn)調(diào)試之后，又進(jìn)行了連續(xù)調(diào)試。待全部完成后，應(yīng)反復(fù)運(yùn)行調(diào)試多次，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作是否符合原始設(shè)計(jì)要求、安排的操作是否合理等都要進(jìn)行詳細(xì)的觀察，必要時(shí)作適當(dāng)?shù)男拚?。調(diào)試完成后將程序?qū)雙rotues中進(jìn)行仿真，觀察系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果如圖43。通過調(diào)試，確定基本可行后，將程序燒寫單片機(jī)進(jìn)行實(shí)物調(diào)整，通過不斷燒寫、試驗(yàn)，最終完成整個(gè)軟件，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)要求的功能如圖44。圖43 protues仿真調(diào)試圖44 實(shí)物調(diào)試167。本章首先詳細(xì)描述用Keil C51對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試的過程以及其方法，通過輸入不同的數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，以確定本設(shè)計(jì)方案的正確性。本章工作內(nèi)容使得硬件部分與軟件部分結(jié)合實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。結(jié) 論167。1主要結(jié)論 1．本系統(tǒng)綜合利用傳感器技術(shù)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，和微控制器