【文章內容簡介】 D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關控制0000001DCB5光標或字符移位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讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM10要寫的數(shù)據(jù)內容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。指令2：光標復位，光標返回到地址00H。指令3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，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：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6：功能設置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設置。指令8：DDRAM地址設置。指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時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相兼容的芯片時序如表28：表28 基本操作時序表讀狀態(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序如圖219和220所示：圖219 讀操作時序圖220 寫操作時序167。液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時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的內部顯示地址。圖221 1602LCD內部顯示地址第二行第一個字符的地址是40H，寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1所以實際寫入的數(shù)據(jù)應該是：01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在對液晶模塊的初始化中要先設置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標是自動右移的，無需人工干預。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液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。167。延時15mS寫指令38H（不檢測忙信號）延時5mS寫指令38H（不檢測忙信號）延時5mS寫指令38H（不檢測忙信號）以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號寫指令38H：顯示模式設置寫指令08H：顯示關閉寫指令01H：顯示清屏寫指令06H：顯示光標移動設置寫指令0CH：顯示開及光標設置LCD1602的具體接線路圖如圖222所示。圖222 LCD1602接線電路圖167?？紤]到整個測量系統(tǒng)中不同環(huán)境對氣體濃度及溫濕度范圍要求不同，故設置了按鍵功能，用于實現(xiàn)測量范圍的調整，參考單片機引腳使用情況，共設置五個獨立按鍵如圖223，實現(xiàn)功能為設定鍵可進行設定的進入與退出，同時可實現(xiàn)三種范圍的切換，另設左右移位鍵、上下調值鍵各兩個，與此同時考慮到用戶可能需要在一定時間內連續(xù)測量一種量，故設計了上調鍵的第二功能：當只有上調鍵按下時完成顯示的自動與手動的切換以實現(xiàn)良好的人機對話。圖223 按鍵電路167。本設計采用集成穩(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。當輸出電流較大時，7805應配上散熱板。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空氣質量監(jiān)測儀的硬件結構以及系統(tǒng)功能，該儀器以8位單片機STC90C51作為控制核心，設計并構建了系統(tǒng)的硬件平臺，完成了有毒氣體濃度信號的采集轉換電路、液晶顯示電路、聲光報警電路等的設計。該儀器能夠實現(xiàn)有毒氣體濃度信號和溫濕度信號采集與顯示及超標聲光報警等功能。本章重點介紹了信號采集模擬電路和以主控制器為中心的數(shù)字電路的設計與工作原理。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,聲光報警等，實現(xiàn)了各外圍接口電路模塊與STC90C51的硬件接口設計。這一章比較具體的說明了系統(tǒng)硬件設計的內容，通過模塊化的設計思想，把一個復雜的單片機系統(tǒng)按照功能劃分成一個個單獨的電路模型，分別進行設計，最后在集成到一起。這種方法對于設計復雜的單片機系統(tǒng)很有效。大大提高系統(tǒng)設計的效率與質量。（說明：系統(tǒng)硬件設計的電路原理圖附在論文的附錄里面。）第3章 空氣質量檢測儀的軟件設計167。 系統(tǒng)軟件設計思路167。 編程語言的選擇在系統(tǒng)硬件電路確定以后，其主要功能的實現(xiàn)將依賴于軟件來實現(xiàn)。對同一硬件電路，配以不同的軟件，它所實現(xiàn)的功能也就不同，其設計軟件基本要求：。可靠性是軟件設計的重要指標，具有較強的抗干擾能力。、易維護性。編制的軟件要求易閱讀，容易發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤，容易修改和補充。系統(tǒng)能夠及時響應外部事件的發(fā)生并能及時做出處理結果。保證系統(tǒng)進行計算數(shù)據(jù)的精度。目前存在有4種編程語言支持單片機，即匯編語言、PL/M51語言、C語言和BASI語言。其中匯編語言和C語言應用的較多，匯編語言的機器代碼生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。結合本系統(tǒng)的特點，這里選用了功能強、效率高的C語言。C語言主要有以下特點：用C語言編制的程序效率高，占用存儲空間小，運行速度快。C語言能寫出最優(yōu)化程序，且能反映出計算機的實際運行情況。C語言能直接與存儲器、接口電路打交道，也能申請中斷。具有良好的模塊化、容易閱讀、維護等優(yōu)點，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，本系統(tǒng)采用C語言編寫方法。167。 軟件功能需求室內空氣質量檢測儀系統(tǒng)軟件主要由溫濕傳感器采集模塊、AD轉換模塊、人機接口模塊、聲光報警模塊、核心控制器模塊構成，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室內溫濕度測點進行實時監(jiān)測AD轉換模塊核心控制器模塊人機接口模塊根據(jù)軟件設計的基本要求,采取了如下的措施:。軟件設計中包含有：主程序模塊、顯示模塊、DHT11傳感器檢測函數(shù)、A/D數(shù)據(jù)轉換子模塊、聲光報警模塊、數(shù)據(jù)轉換模塊、按鍵函數(shù)。，提高了系統(tǒng)的實時處理事件能力。、硬件抗干擾。軟件抗干擾措施提高了系統(tǒng)的可靠性。以下就對一些主要模塊進行詳細的闡述。167。167。主程序運行流程圖如圖31所示。由主程序流程圖可以看出，軟件要實現(xiàn)的主要功能是實現(xiàn)對傳感器信號的數(shù)據(jù)采集，然后進行數(shù)據(jù)的計算、分析、送液晶進行顯示及報警功能。程序開始時，對系統(tǒng)進行初始化，包括單片機的各寄存器、RAM、定時器裝載初值、中斷設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及AD轉換結束，從而完成當前監(jiān)測參數(shù)的正確顯示。YNYNNYNY進入設定功能按鍵調整函數(shù)手自動切換函數(shù)設置完成進入切換功能自動顯示開始初始化DHT11傳感器數(shù)據(jù)采集延時、報警函數(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、報警函數(shù)延時、報警函數(shù) 圖31 主程序流程圖167。AD完成轉換需要一定的時間，AD應用中我們可以有兩種方法來：，AD完成模數(shù)轉換后會向中斷輸出端輸出一個中斷請求信號，告訴CPU轉換已經完成，CPU可以讀取數(shù)據(jù)。，設定一定的時間讓CPU處于等待狀態(tài)，此時間足夠AD完成轉換，過了等待時間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：延時等待法。所用的芯片為AD0809，根據(jù)所需的要求。167。本設計所用的顯示器件為1602液晶面板，該液晶能顯示32個字符，滿足顯示要求。1602液晶與CPU是并口通信，、單片機P0口傳輸數(shù)據(jù)到1602進行顯示。系統(tǒng)上電LCD初始化，液晶顯示首先需要要按照時序給定顯示地址，然后傳送數(shù)據(jù)。上電后液晶顯示開始循環(huán)顯示三個被測量的范圍和測量結果。167。聲音報警采用的是蜂鳴器，光報警是通過6個發(fā)光二極管來顯示，3個綠色和三個紅色的，當毒氣含量沒超標時顯示綠色，超標時顯示紅色并啟動蜂鳴器，報警子程序執(zhí)行之前，設定的報警閾值存放在兩個變量中，傳感器輸入AD轉換值后，調用比較程序，小于閾值則執(zhí)行顯示程序，若大于閾值進行聲光報警。167。本設計設定按鍵功能為調整測量數(shù)據(jù)的安全范圍并可進行手動和自動的切換考慮到實現(xiàn)按鍵功能所用按鍵數(shù)目不多及單片機引腳數(shù)量決定選用五個獨立式按鍵，其中設定鍵用于進入和退出上下限的調整，上下左右四個鍵在設定鍵被按下的情況下可以對數(shù)值進行調整；同時，當設定鍵未按下且上調鍵被按下時進入上調鍵的第二功能，實現(xiàn)用戶手動控制和自動控制的切換。已滿足用戶對環(huán)境條件檢測要求的不同，實現(xiàn)良好的人機交流。167。在這一章里對室內便攜式只能空氣品質監(jiān)測儀的軟件設計進行了較詳細的介紹。軟件采用了模塊化設計的思路，以單片機高級語言C51編程。在本章開始給出了主程序結構流程圖，然后分別對各個子模塊的軟件流程進行介紹。（說明：程序見附錄二）30第4章 仿真調試167。167。 常見的硬件故障(1)邏輯錯誤：硬件的邏輯錯誤是由于設計錯誤和加工過程中的工藝性錯誤所造成的，主要包括：錯線、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為器件本身已損壞或性能不符合要求，或者是由于組裝錯誤造成的元器件失效，如電解電容、二極管的極性錯誤，集成塊安裝方向錯誤等。(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、接插件接觸不良會造成系統(tǒng)時好時壞；內部和外部的干擾、器件負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，焊接面的各焊點間、焊點和近鄰線有無連接。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，特別是單片機管腳上的各點電壓。若上述的一切都正常，則硬件調試的準備工作完成。硬件實物如圖41。圖41 硬件實物圖167。 系統(tǒng)軟件調試對系統(tǒng)軟件編寫完成之后，可以利用Keil C51仿真軟件進行仿真運行調試，其調試界面如圖42所示。圖42 KeilC51軟件調試截面圖在具體的調試過程中，采取以下方法進行調試：在Keil C51編譯環(huán)境中編寫、編譯軟件模塊，進行軟件仿真調試，對功能模塊的軟件仿真。通過Keil C51的調試窗口觀察各個寄存器、變量以及并行口輸出的結果，監(jiān)測軟件模塊運行的狀態(tài)，在調試過程中不斷地調整修改系統(tǒng)的軟件程序，使系統(tǒng)實現(xiàn)預定功能。調試過程中單步運行和斷點運行調試只能驗證程序正確與否，而不能確定定時精度、CPU的實時響應等問題，故在單步和斷點調試之后，又進行了連續(xù)調試。待全部完成后，應反復運行調試多次，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作是否符合原始設計要求、安排的操作是否合理等都要進行詳細的觀察，必要時作適當?shù)男拚?。調試完成后將程序導入protues中進行仿真，觀察系統(tǒng)運行結果如圖43。通過調試，確定基本可行后，將程序燒寫單片機進行實物調整，通過不斷燒寫、試驗，最終完成整個軟件，準確實現(xiàn)要求的功能如圖44。圖43 protues仿真調試圖44 實物調試167。本章首先詳細描述用Keil C51對軟件進行調試的過程以及其方法，通過輸入不同的數(shù)據(jù)對系統(tǒng)進行調試，以確定本設計方案的正確性。本章工作內容使得硬件部分與軟件部分結合實現(xiàn)預定的功能。結 論167。1主要結論 1．本系統(tǒng)綜合利用傳感器技術，自動監(jiān)測技術，和微控制器