【文章內(nèi)容簡介】 嚴(yán)格的要求，但是電容容量的大小會輕微影響西安建筑科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁 共 39 頁 振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容使用 30Pf，如使用陶瓷振蕩器電容使用 40pF。 電路 也可以使用外部時鐘。采用外部時鐘電路如圖 。這種情況下，外部時鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，引腳 XTAL2 則懸空。 由于外部時鐘信號是通過一個 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但是最小高電平持續(xù)時間和最大電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 復(fù)位電路 復(fù)位的作用是使程序自動從 0000H 開始執(zhí)行，因此我們只要在 AT89C51 單片機(jī)的 RST 端加上一個高電平信號，并持續(xù) 10ms 以上即可， RST 端接有一個上電復(fù)位電路，它是由一 個小的電容和一個接地的電阻組成的。按鍵復(fù)位電路另外采用一個按鈕來給 RST 端加上高電平信號。 本設(shè)計(jì)采用放電型的進(jìn)行人工復(fù)位的電路，如圖 35按鍵復(fù)位電路，上電時C3通過 R2 充電，維持寬度大于 10ms 的正脈沖，就可以完成復(fù)位操作。當(dāng) C3結(jié)束充電后， RST 端出現(xiàn)低電平，這是 CPU 將正常的工作。 在本次設(shè)計(jì)中如果需要按鍵進(jìn)行復(fù)位，就按下按鈕 BUTTON3， C3通過 BUTTON3和 R2 放電， RST 端電位將會上升到高電平，從而實(shí)現(xiàn)人工復(fù)位， BUTTON3 松開后C3 重新充電，當(dāng)結(jié)束充電后， CPU 將會重新工作。下圖中， R2 是限流電阻，阻值不可以過大，否則不能起到復(fù)位作用。 圖 35復(fù)位電路 CO2 檢測電路設(shè)計(jì) TGS4160 在溫度為 20℃177。 2℃、濕度為 65177。 5％ RH、加熱電壓為 177。 、預(yù)熱時間為 7 天或大于 7天的條件下，測得傳感器在濃度為 350ppm 中的 EMF 值是220～ 490mV，而Δ EMF 在 350～ 3500ppm 的 CO2濃度中的值是 44～ 72mV西安建筑科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁 共 39 頁 實(shí)際測量應(yīng)用電路中，要根據(jù)傳感器的特點(diǎn)要求，除使用高輸入阻抗（≥ 100GΩ）、低偏置電流（≤ 1pA）的運(yùn)算放大器外，還要對測得的信號進(jìn)行處理。處 理該信號選擇使用費(fèi)加羅（ FIGARO）公司的 FIC98646 專用處理器模塊 ,AM4模塊。 +A120kR61kR710ufC8AM4 模塊1kR830kR9接 A/D 轉(zhuǎn)化器 IN1 圖 36二氧化碳濃度檢測電路 AM4 二氧化碳傳感器模塊，則可直接應(yīng)用于二氧化碳?xì)怏w監(jiān)測。該模塊內(nèi)部帶有 A/D 轉(zhuǎn)換器，并已對數(shù)據(jù)進(jìn)行了采樣并作了處理。它輸出的電壓信號與二氧化碳濃度值呈線性關(guān)系，輸出的電壓信號為 0～ ，相當(dāng)于 0～ 3000ppm 的二氧化碳濃度。 AM4 模塊的輸出電壓為 0～ 3V，需要經(jīng)過放大處理變?yōu)?0～ 5V傳送給 A/D 轉(zhuǎn)化器，才能為單片機(jī)傳送更為準(zhǔn)確的數(shù)字信號。如圖 36所示。 報(bào)警電 路 設(shè)計(jì) 若 CO2濃度參數(shù)超標(biāo)時，則啟動聲光報(bào)警電路，同時單片機(jī)通過控制固態(tài)繼電器來打開相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，工作人員也可以根據(jù)此情況來查看相應(yīng)的區(qū)域或者采取相應(yīng)的措施。 報(bào)警電路中光報(bào)警采用發(fā)光二極管，聲報(bào)警采用蜂鳴器來設(shè)計(jì)，采用兩個引腳控制。其中，蜂鳴器電路中， 9013三極管起開關(guān)作用，輸出高電平時，管腳輸出電壓 VOH==，輸出電流 I=1mA，經(jīng)過 2K限流電阻 R分壓后，到達(dá)9013基極的電壓為 ，使得三極管發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管導(dǎo)通，蜂鳴器 上電而產(chǎn)生報(bào)警聲。對與發(fā)光二極管，必須采用限流電阻，否則會是二極管電流過大而燒壞。當(dāng)單片機(jī) ，即可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。其硬件電路如圖 37所示。 西安建筑科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁 共 39 頁 2KR3470R4DC1LSQ109013VCC 圖 37 報(bào)警電路 顯示模塊 設(shè)計(jì) 在單片機(jī)系統(tǒng)中，一般的數(shù)據(jù)顯示終端有兩大類：一是采用 LED 數(shù)碼管顯示，二是采用 LCD 顯示。 LED 顯示亮度高，但每只數(shù)碼管只顯示一位字符，顯示的數(shù)據(jù)位數(shù)多時就需要較多的數(shù)碼管。 顯示電路采用了 7 段共陰數(shù)碼管掃描電路，節(jié)約了單片機(jī)的輸出端口，便于程序的編寫 。顯示電路如圖 38 所示。 圖 38 LED顯示電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) AD7705 是十六位分辨率的 A/D 轉(zhuǎn)換器，兩通道全差分模擬輸入，使用 +5V 西安建筑科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁 共 39 頁 單電源 ,主要應(yīng)用于低頻測量。它利用了Σ △轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)了 16 位無誤碼數(shù)據(jù)輸出 ,三線數(shù)字接口，可以通過串行輸入接口，由軟件配置芯片的增益值、輸入信號極性和數(shù)據(jù)更新速率，非常靈活方便。 AD7705 簡介 AD7705二全差分輸入通道的 ADC ,十六位無丟失代碼， %非線性；可編程增益： 1～ 128 ；三線串行接口；具有模擬輸入端緩沖器；工作電壓： ～ ～ 5. 25V；低功耗， 3V 電壓時 , 最大功耗為 1mW；等待電流的最大值為 8μ A； 16 腳 DIP、 SOIC和 TSSOP 封裝。 引腳功能如下： ：串行時鐘輸入。將一個外部的串行時鐘加于這一輸入端口，以訪問 TM7705 的串 V行數(shù)據(jù)； IN：為轉(zhuǎn)換器提供主時鐘信號。能以晶振或外部時鐘的形式提供。晶振可以接在 MCLK IN 和 MCLK OUT 二引腳之間。此外， MCLK IN 也可用 CMOS 兼容的時鐘驅(qū)動，而 MCLK OUT 不連接。時鐘頻率的范圍為 500kHz～ 5MHz； OUT：當(dāng)主時鐘為晶振時，晶振在 MCLK IN 和 MCLK OUT 之間。如果在 MCLK IN 引腳處接上一個外部時鐘， MCLK OUT 將提供一個反相時鐘信號。這個時鐘可以用來為外部電路提供時鐘源，且可以驅(qū)動一個 CMOS 負(fù)載。如果用戶不需要， MCLK OUT 可以通過時鐘寄存器中的 CLK DIS 位關(guān)掉。這樣，器件不會在 MCLK OUT 腳上驅(qū)動電容負(fù)載而消耗不必要的功率； ：片選，低電平有效的邏輯輸入，選擇 TM7705。將該引腳接為低電平，TM7705 能以三線 接口模式運(yùn)行 (以 SCLK、 DIN 和 DOUT 與器件接口 )； ：復(fù)位輸入。低電平有效的輸入，將器件的控制邏輯、接口邏輯、校準(zhǔn)系數(shù)、數(shù)字濾波器和模擬調(diào)制器復(fù)位至上電狀態(tài)； (+)：差分模擬輸入通道 2 的正輸入端； (+)：差分模擬輸入通道 1 的正輸入端； ()：差分模擬輸入通道 1 的負(fù)輸入端； IN(+)：差分基準(zhǔn)輸入的正輸入端。基準(zhǔn)輸入是差分的，并規(guī)定 REF IN(+)必須大于 REF IN()。 REFIN(+)可以取 VDD 和 GND 之間的任 何值； IN()：差分基準(zhǔn)輸入的負(fù)輸入端。 REF IN()可以取 VDD 和 GND 之西安建筑科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁 共 39 頁 間的任何值，且滿足 REF IN(+)大于 REF IN()； ()：差分模擬輸入通道 2 的負(fù)輸入端； ： DRDY 邏輯低電平表示可從 TM7705 的數(shù)據(jù)寄存器獲取新的輸出字，完成對一個完全的輸出字的讀操作后， DRDY 引腳立即回到高電平； ：串行數(shù)據(jù)輸出端。從片內(nèi)的輸出移位寄存器讀出的串行數(shù)據(jù)由 此端輸出； ：串行數(shù)據(jù)輸入端。向片內(nèi)的輸入移位寄存器寫入的串 行數(shù)據(jù)由此輸入； ：電源電壓， +～ +； ：內(nèi)部電路的地電位基準(zhǔn)點(diǎn)。 圖 39 AD7705 與單片機(jī)的接口電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 AD7705 的串行接口包括 5 個信號：即 CS 、 SCLK、 DIN 、 DOUT 和 DRDY 。 DIN線用來向片內(nèi)寄存器傳輸數(shù)據(jù)，而 DOUT 線用來訪問寄存器里的數(shù)據(jù)。 SCLK 是串行時鐘輸入，所有的數(shù)據(jù)傳輸都和 SCLK 信號有關(guān)。 DRDY 線作為狀態(tài)信號，以提示數(shù)據(jù)什么時候已準(zhǔn)備好從寄存器讀數(shù)據(jù)。 在一般的簡單系統(tǒng)中 ,常常只 有 1 片 AD7705 或其它共用口線的器件 ,故 CS 通常接低電平 ,節(jié)省了單片機(jī)的輸出輸入控制線 ,這樣就可以配置成三線連接方式。三線連接方式下決定數(shù)據(jù)寄存器是否被更新也即是確定數(shù)據(jù)寄存器是否可以被讀 ,只有通過查詢通信寄存器 DRDY 位來判斷 ,這種做法的代價是時間開銷較西安建筑科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁 共 39 頁 多 ,它并不適用于實(shí)時性要求比較強(qiáng)的系統(tǒng)。比較好的辦法是監(jiān)控硬件 DRDY 引腳的狀態(tài) ,以決定數(shù)據(jù)寄存器是否被更新 ,硬件 DRDY 引腳的輸出與通信寄存器DRDY 位同步 ,DRDY 引腳一旦變成低電平 ,表明數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)已經(jīng)更新 ,可以讀取。 所以 DRDY 輸出引腳接至 CPU 的 INT0 或 INT1 就可以實(shí)現(xiàn)中斷或者查詢方式的監(jiān)控。但不管是查詢方式還是中斷方式 ,都需要增加一根數(shù)據(jù)線。如圖 310所示。 S C L K1M C L K I N2M C L K O U T3CS4R E S E T5A I N 2( + )6A I N 1+ )7A I N 1( )8R E F I N ( + )9R E F I N ( )10A I N 2( )11D R D Y12DOUT13D I N14V C C15GND16U3A D 7705R310KR7V C CV C CY1 H zC647PC547PR810KC4C310uFC1C210uFDATS C L KD R D YR E S E TP P P P 8051I N +I N 圖 310 A/D轉(zhuǎn)換電路 西安建筑科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁 共 39 頁 常用的單片機(jī)程序設(shè)計(jì)語言有兩種：匯編語言和 C 語言，匯編語言是一種用匯編指令表示的程序設(shè)計(jì)語言，它的指令跟計(jì)算機(jī)的機(jī)器語言指令一一對應(yīng)，能控制計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)，程序效率高，占用內(nèi)存小。缺點(diǎn)是屬初級語言，需要相關(guān)的硬件結(jié)構(gòu)的情況下學(xué)習(xí)編程，編程難，移植性差。 C語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，兼有高級語言和初級語言的部分特點(diǎn)。具有豐富的可調(diào)用的函數(shù)庫，可免去很多重復(fù)設(shè)計(jì)。所以目前 C語言在單片機(jī)軟件開發(fā)中占有相對優(yōu)勢。 本系統(tǒng)采用 C 語言來進(jìn)行單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)和開發(fā)，整個程序由主程序和若干功能程序組成。 系統(tǒng)總流程圖 主程序是整個程序的主題結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)各模塊相互關(guān)系和次序。 系統(tǒng)總流程圖如圖 41 所示，首先給系統(tǒng)上電以后，初始化系統(tǒng)，初始化包括初始化二氧化碳傳感器、單片機(jī)、 LED，整個系統(tǒng)軟件由以上部分組成。 開 始系 統(tǒng) 初 始 化讀 二 氧 化 碳 濃 度A / D 轉(zhuǎn) 換顯 示 圖 41系統(tǒng)總流程圖 A/D 轉(zhuǎn)換流程圖 首先，設(shè)置 ADC0809 選擇和讀取信號，使模擬的二氧化碳濃度信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)化，在等待轉(zhuǎn)化完畢后，調(diào)用儲存程序。儲存子程序主要是把之前所存儲的濃度西安建筑科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁 共 39 頁 值存入后一位寄存器中，以便按鍵調(diào)用顯示。最后，把讀取的數(shù)字信號經(jīng)行處理，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的十進(jìn)制二氧化碳濃度值，存入對應(yīng)寄存器中。具體流程如圖 42 所示。 開 始設(shè) 置 A / D 轉(zhuǎn) 換開 始 轉(zhuǎn) 換等 待 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束調(diào) 用 存 儲 程 序數(shù) 據(jù) 處 理 程 序返 回 主 程 序 圖 42 A/D轉(zhuǎn)換流程圖 測 CO2子程序流程圖 本次設(shè)計(jì)以測量 CO2濃度，故測量到 CO2濃度的精確度是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，需要測量到精確地 CO2濃度數(shù)值就必須有一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧鞒虉D， CO2濃度測量流程圖如圖 43所示。 西安建筑科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁 共 39 頁 開 始子 程 序 入 口總 線 復(fù) 位延 時選 擇 TGS4160發(fā) 轉(zhuǎn) 換 指 令總 線 復(fù) 位讀 CO2濃 度返 回 讀 C O2濃 度 圖 43 CO2濃度測量流程圖 西安建筑科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁 共 39 頁 本次課程設(shè)計(jì)主要研究基于單片機(jī)的 CO2濃度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程，在本課程設(shè)計(jì)過程中，硬件方面的重點(diǎn)是二氧化碳濃度檢測電路與控制電路，以及顯示電路的設(shè)計(jì)；軟件方面的重點(diǎn) 是對二氧化碳濃度的采集、顯示和多種控制形式的程序設(shè)計(jì)等。 本次設(shè)計(jì)通過有線通信進(jìn)行 CO2濃度檢測、顯示和處理。整個系統(tǒng)主要