【導(dǎo)讀】系統(tǒng)將傳感器輸出的4~20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過I/V變換電路和以。顯示甲醛濃度值。文中詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理過程以及數(shù)據(jù)顯示。子系統(tǒng)和報(bào)警電路的設(shè)計(jì)方法和過程。系統(tǒng)對(duì)于采樣地點(diǎn)超出規(guī)定的甲醛容許濃。度時(shí)分別用發(fā)光二極管以及蜂鳴器報(bào)警提醒監(jiān)測(cè)人員。同時(shí)，操作人員對(duì)于具體。報(bào)警點(diǎn)的上限值可以通過簡(jiǎn)單的鍵盤操作進(jìn)行設(shè)置。有較高的測(cè)量精度，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良。的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以。已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不。包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。許論文被查閱和借閱。掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。

　　

【正文】 接通，使該列線為低，通過與門產(chǎn)生 INT0 中斷請(qǐng)求信號(hào)，向 CPU 發(fā)出中斷請(qǐng)求， CPU響應(yīng)中斷時(shí)進(jìn)入中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中執(zhí)行相應(yīng)的操作。 第四章 LED 顯示子系統(tǒng)及報(bào)警電路設(shè)計(jì) 27 圖 對(duì)于按鍵功能設(shè)置如下，如圖所示的 2*2 共 4 個(gè)按鍵，其中 1 號(hào)鍵操作定義為對(duì)于甲醛報(bào)警上限值的設(shè)置， 2 號(hào)鍵定義為對(duì)于甲醛傳感器信號(hào)的零漂補(bǔ)償設(shè)置， 3 號(hào)鍵定義為對(duì)于所選擇的操作的量值增 1操作， 4號(hào)鍵定義為對(duì)于所選擇的具體量值的減 1 操作。簡(jiǎn)單的四個(gè)鍵盤即可實(shí)現(xiàn)對(duì)于報(bào)警上限值和零漂補(bǔ)償 量的修改功能。 51 系列的單片機(jī)的中斷處理流程圖如下圖所示 甲醛測(cè)試儀的研究與設(shè)計(jì) 28 圖 中斷方式的鍵盤的軟件設(shè)計(jì)可以分為兩部分，主程序中設(shè)置初態(tài)，開放 、 行線，然后 CPU 可以轉(zhuǎn)去執(zhí)行其他的任務(wù)。當(dāng)鍵盤有鍵按下時(shí)均可向 CPU 申請(qǐng)中斷，有關(guān)程序如下： MAIN： ORG 0000H SJMP START ORG 0003H AJMP INTRO ； INTO 中斷入口 START： SETB EA SETB EX0 CLR T0 ?? ； CPU可以轉(zhuǎn)去執(zhí)行其他任務(wù) 中斷服務(wù)程序： INTR0： SETB RS0 中斷源發(fā)中斷申請(qǐng) 中斷響應(yīng)條件是否滿足？ 中斷是否受阻？ 把 PC 斷點(diǎn)壓入堆棧 相應(yīng)中斷源的中斷入口地址送入 PC，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序 N Y Y N 硬件自動(dòng)完成 中斷服務(wù)程序 判斷鍵號(hào) 執(zhí)行該鍵對(duì)應(yīng)操作 中斷返回 X鍵按下？ x+1 Y N 第四章 LED 顯示子系統(tǒng)及報(bào)警電路設(shè)計(jì) 29 PUSH PUSH PSW KP： JNB ， KEY0 ； 列有鍵轉(zhuǎn) 1 號(hào)鍵操作 JNB ， KEY1 ； 列有鍵轉(zhuǎn) 2 號(hào)鍵操作 JNB ， KEY1 ； 列有鍵轉(zhuǎn) 3 號(hào)鍵操作 JNB ， KEY1 ； 列有鍵轉(zhuǎn) 4 號(hào)鍵操作 KP1： POP PSW POP A CLR RS0 ANL P1， 0CH ；撤銷中斷請(qǐng)求 SETB EA RETI ；中段返回 KEY0： ；執(zhí)行 1 號(hào)鍵操作 ?? ； SJMP KP1 KEY1： ； 執(zhí)行 2號(hào)鍵操作 SJMP KP1 KEY2： ；執(zhí)行 3 號(hào)鍵操作 ?? ； SJMP KP1 KEY3： ；執(zhí)行 4 號(hào)鍵操作 ?? ； SJMP KP1 二、 LED 顯示器 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中大量使用 LED ( 發(fā)光二極管顯示器 ) ， LED 價(jià)格低廉，配置靈活，使用比較廣泛，最常用的是七段 LED，如圖所示。 a. b. c. d. e. f. g 7 段實(shí)際上對(duì)應(yīng) 7 個(gè)發(fā)光二極管 ( 如果算上小數(shù)點(diǎn) dp. 實(shí)際為 8 個(gè)發(fā)光二極管 ) ，當(dāng)它們經(jīng)過電阻和單片機(jī)的口線一一相連時(shí)，只要控制口線的電平就能使其發(fā)光或熄滅。 甲醛測(cè)試儀的研究與設(shè)計(jì) 30 LED 有共陰和共陽(yáng)之分，顧名思義，共陰就是將 7 個(gè)發(fā)光二極管的陰極接 在一起，共陽(yáng)就是將陽(yáng)極接在一起。 圖 LED顯示器示意圖 一般采用的是共陰極 LED，若要顯示一位數(shù)字或字母必須使相應(yīng)段發(fā)光，即在相應(yīng)的二極管的正極加高電平，同時(shí)還要在公共端加低電平。 LED 顯示器的驅(qū)動(dòng)方式分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式：動(dòng)態(tài)掃描方式靜態(tài)方式是把 LED 的公共極接地（共陰極） 7 段碼，經(jīng)鎖存器給到各 LED，數(shù)據(jù)更新時(shí)間無(wú)嚴(yán)格限制。該方式硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軟件編程簡(jiǎn)單。動(dòng)態(tài)掃描方式是每個(gè) LED 公共極分別由一根位選線控制，選通該位 LED，由并口給出 7 段碼，則該位亮，延時(shí)一段時(shí)間，再選通下一位，給出下一位 的 7 段碼。依此類推，反復(fù)進(jìn)行。此方式的數(shù)據(jù)更新頻率應(yīng)大于 25HZ；當(dāng)然越高越好。此方案硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但對(duì)編程要求高。在應(yīng)用中只要將一個(gè) 8位并行輸出口與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連即可。 8 位并行輸出口輸出不同的 7段碼，即可顯示不同的字符。通常將控制發(fā)光二極管的 8 位數(shù) 據(jù)稱為段碼，其公共端稱位碼。 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中 LED 顯示的數(shù)據(jù)（ 7 段碼）由 P0 口給出。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選用的是共陰極數(shù)碼管，下表為 7 段 LED 數(shù)碼管（共陰極）顯示字符與 7 段碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 表 常見顯示字符與 7段碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系 顯示字符 0 1 2 3 4 5 6 7 共陰碼 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7D 07H 顯示字符 8 9 A B C D E F 共陰碼 7FH 6FH 77H 7CH 39H 5EH 79H 71H 如要顯示數(shù)字“ 8”，發(fā)光二極管的正極電平為： 01111111。經(jīng)反相應(yīng)為 10000000 ，即 80H ，所以“ 6”的字型代碼為 80H 。 這里在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)中采用了 8 位 LED 顯示管 ， 其行位寄存器和段碼寄存器我采用了兩個(gè) 74LSS373，再加上簡(jiǎn)單的電阻和非門的組合，能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單經(jīng)第四章 LED 顯示子系統(tǒng)及報(bào)警電路設(shè)計(jì) 31 濟(jì)實(shí)用的 LED 驅(qū)動(dòng)電路功能。 顯示子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 顯示系統(tǒng)的功能就是要將所檢測(cè)到的甲醛濃度信號(hào)通過數(shù)碼管電路直觀地顯示出來(lái)。在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中，基于甲醛濃度值往往相當(dāng)微小，所以甲醛檢測(cè)儀必然需要高精度的顯示電路，因此我選用了 8 個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行顯示。其驅(qū)動(dòng)電路如圖 所示 圖 8個(gè) LED動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路 本顯示電路采用的是動(dòng)態(tài)顯示方式，其中段碼寄存器采用了一個(gè) 74LS373 鎖存器和一組 8*100 歐姆的電阻實(shí)現(xiàn)，行位寄存器也是利用一片 74LS373 和一組 8個(gè)反相器組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)要顯示信息時(shí)，由單片機(jī)輸出的字形段 碼經(jīng)由 U9 74LS373輸出并鎖存， U10 的 74LS373 的 8 路位選信號(hào)中每次僅選通一路輸出高電平（其余位為 0）反相后為低有效，選中相應(yīng)的 LED，需要顯示的字符在選中的 LED 上顯示出來(lái)。在該電路設(shè)計(jì)中，采用一位一位輪流點(diǎn)亮各個(gè) LED，每一位停留 1ms左右，利用人的視覺暫留特性，看起來(lái)則會(huì)覺得 8 個(gè) LED 是同時(shí)點(diǎn)亮的，并不會(huì)察覺有閃爍的現(xiàn)象。該動(dòng)態(tài)顯示電路由于各個(gè)數(shù)碼光共用同一個(gè)段碼輸出口，分時(shí)輪流通電，從而大大簡(jiǎn)化了硬件線路，降低了成本。不過這種方式的數(shù)碼管接 甲醛測(cè)試儀的研究與設(shè)計(jì) 32 口電路中數(shù)碼管不能太多，否則每個(gè)數(shù)碼管所分配到 的實(shí)際導(dǎo)通時(shí)間會(huì)太少，顯得亮度不足。若 LED 位數(shù)多時(shí)可以采用增加驅(qū)動(dòng)能錄，從而提高顯示亮度的措施。 顯示時(shí)，首先從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器取出要顯示的甲醛濃度值，但是此時(shí)的量值是二進(jìn)制，而顯示出來(lái)的要求是十進(jìn)制的甲醛濃度值，所以需要將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果的個(gè)位十位等各個(gè)位的數(shù)值分別存儲(chǔ)到顯示緩沖區(qū)里，再分別調(diào)用顯示子程序，進(jìn)行顯示。這樣，檢測(cè)到的甲醛濃度值就直觀得從數(shù)碼管顯示矩陣上顯示出來(lái)了。 圖 顯示子系統(tǒng)的方框圖 設(shè)定顯示位數(shù) 選擇最左邊的 LED 顯示緩沖區(qū)首址 取要顯示的數(shù) 查取段碼 由段碼寄存器輸出 取位碼 由位碼寄存器輸出 延時(shí) 顯示緩沖區(qū)地址加一 位選碼右移一位 顯示完？ 返 回 Y N 第四章 LED 顯示子系統(tǒng)及報(bào)警電路設(shè)計(jì) 33 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 在 本甲醛檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)方案中，采用了發(fā)光二級(jí)管和蜂鳴器的雙重報(bào)警設(shè)計(jì)，這樣使得從聲、光兩個(gè)方面進(jìn)行報(bào)警，更為可靠。電路設(shè)計(jì)如圖 所示 圖 報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)電路 圖中的發(fā)光二級(jí)管 LED1 一段通過一個(gè) 10K 的電阻 R5 與 +5V的電源相連，另一端與 89C51 的 連接，平時(shí) 原始狀態(tài)使之保持為高電平，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的甲醛濃度值超出預(yù)先設(shè)置 閾 值，只需給 輸出一個(gè)定時(shí)反相的電平（本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用 1s 定時(shí)時(shí)間），使得該引腳電平持續(xù)有從高到低和由低到高的不斷變化 ，令發(fā)光二極管不斷閃爍提醒操作人員甲醛濃 度值超限；蜂鳴器則是通過一個(gè) PNP三級(jí)管進(jìn)行控制， PNP 三級(jí)管基極接到了 上，（平時(shí) 引腳保持為高電平）發(fā)射極通過一個(gè) 10K 電阻接到 +5V 電源上，集電極則通過一個(gè)蜂鳴器與地相連，這樣當(dāng)需要報(bào)警時(shí)，則同樣只需要給 定時(shí)反相的電平，則馬上導(dǎo)通三級(jí)管，使得蜂鳴器得到驅(qū)動(dòng)電壓，從而發(fā)出間斷的蜂鳴實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示。 甲醛測(cè)試儀的研究與設(shè)計(jì) 34 值得一提的是，在鍵盤操作中可以選擇對(duì)系統(tǒng)的報(bào)警點(diǎn) 閾 值進(jìn)行設(shè)置，因此，應(yīng)用于不同場(chǎng)合情況下，需要對(duì)于不同的濃度值進(jìn)行報(bào)警，操作者都可以應(yīng)對(duì)實(shí)際情況來(lái)操作。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的報(bào)警電路的子程序?yàn)?： MOV A， 70H MOV P1， A ； P1 口初始化，使得平時(shí)狀態(tài)下的 、 為高電平 ?? LED： CPL ； 電平反相 CPL ； 電平反相，導(dǎo)通蜂鳴器 ACALL DELAY ；調(diào)用延時(shí) 1s 子程序，使得 LED 閃爍顯示，蜂鳴器也是發(fā)出間斷的鳴聲 SJMP LED 小結(jié) 在畢業(yè)設(shè)計(jì)中由單片機(jī)控制的數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)顯示部分展現(xiàn)了 51 系列單片機(jī)在現(xiàn)代智能儀器儀表中的廣泛應(yīng)用。前面介紹了 8051 單片機(jī)組成的智能設(shè)備，人機(jī)交互功能實(shí)現(xiàn)的控制程序。簡(jiǎn)單說明了 8051 單片機(jī)中鍵盤和 LED 顯示設(shè)計(jì)的基本原理，以及常用的簡(jiǎn)單的報(bào)警電路的實(shí)現(xiàn)方案。 第四章 LED 顯示子系統(tǒng)及報(bào)警電路設(shè)計(jì) 35 結(jié)束語(yǔ) 35 結(jié)束語(yǔ) 通過利用一個(gè) 89C51 單片機(jī)加上外圍的電路設(shè)計(jì)，我開發(fā)出了一個(gè)能夠具備甲醛氣體濃度測(cè)量與顯示以及報(bào)警的智能甲醛測(cè)試儀。設(shè)計(jì)過程中我 選用了瑞士MEMBRAPOR（ 蒙巴波 ）公司的電化學(xué)氣體傳感器 CH20/S10 實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醛濃度值信號(hào)的采集，然后通過 I/V 轉(zhuǎn)換電路和以 12 位 A/D 器件 AD574A 為核心的 A/D轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)對(duì)原始信號(hào)的調(diào)理， 并建立一個(gè)采集到的電壓信號(hào)和甲醛濃度值之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)關(guān)系，另外為了彌補(bǔ) 89C51 單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的不足而擴(kuò)展了一個(gè)片外 6264 存儲(chǔ)器，可以用來(lái)存儲(chǔ)檢測(cè)到的甲醛濃度值數(shù)據(jù)留待查用，顯示子系統(tǒng)采用了兩個(gè)鎖存器電路驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LED 數(shù)碼管顯示十進(jìn)制的甲醛濃度值。因此整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)可以完成對(duì)于甲醛濃度值的信號(hào)采集、信號(hào)調(diào)理、 A/D 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)、以及數(shù)據(jù)的顯示和報(bào)警等普通測(cè)試系統(tǒng)的完備功能。而且該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的都是性能良好而價(jià)格實(shí)惠的芯片和電路，因此該測(cè)試儀相對(duì)于市面上售價(jià)動(dòng)輒上萬(wàn)的測(cè)試儀而言，具有性價(jià)比高、操 作容易和簡(jiǎn)單實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，這個(gè)檢測(cè)系統(tǒng) 并非也存在一定的不足之處 ，比如因?yàn)闊o(wú)法購(gòu)買到實(shí)際的甲醛傳感器只能是利用所查詢到的傳感器技術(shù)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)于甲醛信號(hào)采集的模擬，因此無(wú)法實(shí)際驗(yàn)證數(shù)據(jù)采集的效果。 總而言之，該測(cè)試儀通過多個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和組合，具備了對(duì)于空氣中甲醛濃度值的監(jiān)測(cè)與顯示報(bào)警功能。 參考文獻(xiàn) 37 參考文獻(xiàn) [1] 胡燁 姚 [鵬翼 陳明等 .《 Protel 99SE原理圖與 PCB設(shè)計(jì)教程》 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， [2] 曹琳琳 曹巧媛 .《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》 . 長(zhǎng)沙 ：國(guó)防科技大學(xué)出版社， [3] 賴麒文 .《 8051單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》 . 北京 ：科學(xué)技術(shù)出版社， [4] 余永全 .《單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用》 . 北京：電子工業(yè)出版， [5] 楊寧主編 .《單片機(jī)與控制技術(shù)――高等院校通用教材》 . 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， [6] 王福瑞 .《單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全》 . 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， [7] 劉亞民 羅張怡 .《關(guān)于室內(nèi)空氣中 甲醛濃度的測(cè)量》 . ○ 《現(xiàn)代測(cè)量與試驗(yàn)室管理》 .2020年第 5期 .頁(yè)碼 25~29 [8] 戴梅萼 史嘉權(quán) .《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用從 16位到 32 位》（第二版） . 北京：清華大學(xué)出版社， 1996 [9] 閆樹剛 劉慧 朱力等《甲醛的快速檢測(cè)方法之研究》 . 《 Chinese Agricultural Science Bulletin》 . 122~125 [10] 阮德勝 .《自動(dòng)測(cè)試技術(shù)與計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)》