【正文】 DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出 178。 CH0 模擬輸入通道 0 或作為 IN使用 178。 C 工業(yè)級(jí)芯片溫寬為 40176。 一般功耗僅為 15mW 178。 雙通道 AD 轉(zhuǎn)換 178。 XTAL2 振蕩器反相放大器的輸出端介紹完以上的單片機(jī)系統(tǒng)的核心芯片之后我 們采用 AT89C52 來實(shí)現(xiàn)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能運(yùn)行起來的需求最小的系統(tǒng)電路圖 上圖由晶振電路和復(fù)位電路 AT89C52 芯片組成構(gòu)成最小的單片機(jī)系統(tǒng) 下面詳細(xì)介紹其中的兩個(gè)電路 圖 33 晶振電路圖 在 89C52 單片機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)震蕩電路只要在單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2引腳外接石英晶體簡(jiǎn)稱晶振就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)圖中電容器 C1 和 C2 穩(wěn)定頻率和快速起振電容值在 530pF 典型值是 22pF 晶振 CYS 選擇的是 12MHz 2 復(fù)位電路 復(fù)位的意義 單片機(jī)開始工作的時(shí)候必須處于一種確定的狀態(tài) 否則不知哪是第一條程序和如何開始運(yùn)行程序端口線電平和輸入輸出狀態(tài)不確定可能使外圍設(shè)備誤動(dòng)作導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生內(nèi)部一些控制寄存器專用寄存器內(nèi)容不確定可能導(dǎo)致定時(shí)器溢出程序尚未開始就要中斷及串口亂傳向外設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)因此任何單片機(jī)在開始工作前都必須進(jìn)行一次復(fù)位過程使單片機(jī)處于一種確定的狀態(tài) 復(fù)位電路原理 當(dāng)在 89C52單片機(jī)的 RST引腳引入高電平并保持 2個(gè)機(jī)器周期時(shí)單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作若該引腳持續(xù)保持高電平單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài) 實(shí)際應(yīng)用中復(fù)位操作有兩種基本形式一種是上電復(fù)位另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位上電 復(fù)位見圖 34 要求接通電源后單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作常用的上電復(fù)位電路如下圖所示上電瞬間 RST 引腳獲得高電平隨著電容 C1 的充電 RST引腳的高電平將逐漸下降 圖 34 上電復(fù)位電路圖 RST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間 2個(gè)機(jī)器周期單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作該電路典型的電阻和電容參數(shù)為晶振為 12MHz 時(shí) C1 為 22uFR1 為 82 振為6MHz 時(shí) C1 為 22uFR1 為 1 本設(shè)計(jì)中復(fù)位電路采用的是開關(guān)復(fù)位電路開關(guān) S9 未按下是上電復(fù)位電路上電復(fù)位電路在上電的瞬間由于電容上的電壓不能突變電容處于充電導(dǎo)通狀態(tài)故RST腳的電壓 與 VCC相同隨著電容的充電 RST腳上的電壓才慢慢下降選擇合理的充電常數(shù)就能保證在開關(guān)按下時(shí)是 RST 端有兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平從而使AT89C52內(nèi)部復(fù)位開關(guān)按下時(shí)是按鍵手動(dòng)復(fù)位電路 RST端通過電阻與 VCC電源接通通過電阻的分壓就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位電路圖見圖 35 圖 35 復(fù)位電路圖 323 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 1 從傳感器過來的電壓信號(hào)必須放大濾波采集轉(zhuǎn)換才能被 MCU 識(shí)別和處理由于假若每一路都設(shè)置放大濾波等器件那么成本會(huì)很大所以信號(hào)的采集一般用多路模擬通路 進(jìn)行選擇然而選擇多路模擬開關(guān)時(shí)必須考慮以下的幾個(gè)因素通道數(shù)量切換速度開關(guān)電阻和器件的封裝形式總之?dāng)?shù)據(jù)采集與硬件的選擇有很大的關(guān)系 2 甲醛傳感器甲醛模塊 CH2O 傳感器詳細(xì)介紹 甲醛傳感器由甲醛探頭和 CH20 傳感器組成當(dāng)空氣被內(nèi)部的采樣系統(tǒng)吸收后產(chǎn)生一個(gè)與甲醛濃度成正比的電壓信號(hào) 該電壓信號(hào)經(jīng) AD0832與 AT89C52單片機(jī)相連在顯示器上顯示出甲醛的濃度值當(dāng)超過國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)報(bào)警 表 33 傳感器參數(shù)表 名稱 甲醛傳感器 CH2OS10 測(cè)量范圍 0 10 ppm 最大負(fù)荷50ppm 工作壽命空氣中 3 年輸 出 1200177。 ALE 當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) ALE 地址鎖存允許 輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)一般情況下 ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 16 輸出固定的脈沖信號(hào)因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的要注意的是每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖表 2 P3 口第二功能端口引腳 第二功能 P30 RXD 串行輸入口 P31 TXD 串行輸出口 P32 外中斷 0 P33 外中斷 1 P34 T0 定時(shí)計(jì)數(shù)器 0 P35 T1 定時(shí)計(jì)數(shù)器 1 P36 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 P37 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程器件改引腳還用于輸入編程脈沖 如有必要可通過對(duì)特殊功能寄存器 SFR 區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位復(fù)位可禁止 ALE操作該位置復(fù)位后只有一條 MOVX和 MOVC指令才能將 ALE激活此外該引腳會(huì)被微弱拉高單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效 178。 P1 口 P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 IO 口 P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流 4個(gè) TTL邏輯門電路對(duì)端口寫 1通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平此時(shí)可作輸入口作輸入口使用時(shí)因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 IIL 與 AT89C51 不同之處是 P10 和 P11 還可分別作為定時(shí) 計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入 P10T2 和輸入 P11T2EX 參見表 21 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間 P1 接收低 8 位地址表 1 為 P10和 P11 的第二功能表 1 P10 和 P11 的第二功能 178。 5～ 20 本論文設(shè)計(jì)的便攜式甲醛檢測(cè)儀所涉及的甲醛傳感器是電化學(xué)傳感器它可以將甲醛氣體的濃度轉(zhuǎn)換為微弱的電流信號(hào)這樣就可以通過電流電壓變換電路將微弱 的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以測(cè)量的穩(wěn)定的電壓信號(hào)增強(qiáng)了電信號(hào)的穩(wěn)定性 第２章 概述 21 系統(tǒng)總概述 本論文主要完成甲醛檢測(cè)儀本系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心實(shí)現(xiàn)基本控制功能 5 分鐘后自動(dòng)進(jìn)入休眠模式以降低電源消耗 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用功能模塊化的設(shè)計(jì)思想系統(tǒng)主要分為總體方案設(shè)計(jì)硬件和軟件的設(shè)計(jì)三大部分 22 總體方案設(shè)計(jì) 室內(nèi)甲醛污染對(duì)人身體健康影響較大標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法絕大多數(shù)是化學(xué)分析法使用的手段是實(shí)驗(yàn)室分析儀器 主要有比色計(jì) 分光光度計(jì)化學(xué)滴定 氣相和液相色譜但這些方法費(fèi)力費(fèi)時(shí)成本高自動(dòng)化程度低過程復(fù)雜大多數(shù)過程是人工操作很難 做到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制隨著傳感器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展現(xiàn)已有了基于單片機(jī)的便攜式甲醛測(cè)試儀并且測(cè)試測(cè)試范圍分辨率精度穩(wěn)定性已接近標(biāo)準(zhǔn)要求因此本設(shè)計(jì)可選用基于電化學(xué)原理的甲醛傳感器其原理是空氣中的甲醛在電極下發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生的擴(kuò)散電極電流與空氣中的甲醛濃度成正比通過檢測(cè)放大電路和放大倍數(shù)的調(diào)整經(jīng) AD 轉(zhuǎn)換后送單片機(jī) 由單片機(jī)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制檢測(cè)并顯示甲醛濃度由于甲醛含量具有用價(jià)值的便攜式甲醛的研制受到了人們的高度重視便攜式甲醛檢測(cè)儀硬件部分包括軟件現(xiàn)代社會(huì)中盡管 PC 機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍但是在工控領(lǐng)域在日益追求小而精輕而薄 的自動(dòng)化控制器自動(dòng)化儀器儀表家電產(chǎn)品等方面 PC 機(jī)仍有所不相適宜的地方而工業(yè)控制儀器儀表家電產(chǎn)品等市場(chǎng)廣闊要求 PC 機(jī)技術(shù)與之相適應(yīng)在這種情況下單片機(jī)應(yīng)運(yùn)而生了也稱作微型計(jì)算機(jī) 微型計(jì)算機(jī)的基本機(jī)構(gòu)是由中央處理器儲(chǔ)存器和 IO 設(shè)備構(gòu)成的所謂的單片機(jī)是指將微型計(jì)算機(jī) 3個(gè)單元的多個(gè)分體中的主要功能用 1個(gè)集成電路芯片來實(shí)現(xiàn)該芯片具有一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的基本功能這種超大規(guī)模集成電路芯片即稱為單片微型計(jì)算機(jī)通常簡(jiǎn)稱單片機(jī) 單片機(jī)具有以下特點(diǎn) 受集成度限制片內(nèi)存儲(chǔ)容量較小一般 8 位單片機(jī)的 ROM 小于 816K 字節(jié) RAM小于 256 字節(jié) 但可在外部擴(kuò)展通常 ROMRAM 可分別擴(kuò)展至 64K 字節(jié) 可靠性好芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的其抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般通用 CPU程序指令及常數(shù)表格固化在 ROM中不易破壞許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)故可靠性高 易擴(kuò)展片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行串行輸入輸出管腳很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 控制功能強(qiáng)為了滿足工業(yè)控制要求一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中具有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令 IO 口的邏輯操作以及位處理功能一般說來單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微處理器 一 般單片機(jī)內(nèi)無監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理軟件只放置有用戶調(diào)試好的應(yīng)用程序但近年來也開始出現(xiàn)了在片內(nèi)固化有 BASIC 解釋程序的單片機(jī)單片機(jī)的發(fā)展與趨勢(shì) 由于單片機(jī)具有以上特點(diǎn)因此在工業(yè)控制數(shù)據(jù)采集智能儀器儀表智能化設(shè)備和各種家用電器等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用隨著微電子工藝水平的提高近十年來單片微型計(jì)算機(jī)有了飛速的發(fā)展歸納起來它是沿著兩條路發(fā)展的 1 改進(jìn)集成電路制造工藝提高芯片的工作速度降低工作電壓和降低功耗 2在保留共同的 CPU體系結(jié)構(gòu)最基本的外設(shè)裝置如異步串行口定時(shí)器等和一套公用的指令系統(tǒng)的基礎(chǔ)上根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域把不 同的外設(shè)裝置集成到芯片內(nèi)在同一個(gè)家族內(nèi)繁衍滋生出各種型號(hào)的單片機(jī)另外在單片機(jī)的應(yīng)用中可靠性是首要因素為了擴(kuò)大單片機(jī)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域提高單片機(jī)自身的可靠性是一種有效方法近年來單片機(jī)的生產(chǎn)廠家在單片機(jī)設(shè)計(jì)上采用了各種提高可靠性的新技術(shù)主要表現(xiàn)在一下幾點(diǎn) EFT Electrical Fast Transient 技術(shù) 低噪音布線技術(shù)及驅(qū)動(dòng)技術(shù) 采用低頻時(shí)鐘 總之單片機(jī)在目前的發(fā)展形勢(shì)下表現(xiàn)出幾大趨勢(shì) 可靠性及應(yīng)用水平越來越高和 inter 連接已是一種明顯的走向 所集成的部件越來越多 功耗越來越低 和模擬電路 結(jié)合越來越多 ⑴ 本系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心單片機(jī) MCU 主要有 51 基本型和 52 增強(qiáng)型而相比之下 52 型比 51 型功能更為強(qiáng)大 ROM 和 RAM 存儲(chǔ)空間更大 52 還兼容 51指令系統(tǒng)基于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容的需要綜合考慮后我們選擇單片機(jī) ATME 公司的AT89C52 為控制核心主要基于考慮 AT89C52 是一個(gè)低電壓高性能 CMOS 8 位單片機(jī)片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM時(shí)鐘頻率 024MHz器件采用高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)功能 強(qiáng)大 AT89C52 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓高性能 CMOS 8 位單片機(jī)片內(nèi)含 8K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器 PEROM 和256K bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器器件采用 ATMEL 公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)與標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及 8052產(chǎn)品引腳兼容片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 FLASH存儲(chǔ)單元功能強(qiáng)大 AT89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合 主要性能參數(shù) 與 MCS51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 8K 字節(jié)可重擦寫 FLASH 閃存存儲(chǔ)器 1000 次寫擦循環(huán) 時(shí)鐘頻率 0Hz24MHz 三級(jí)加密存儲(chǔ)器 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM 32 個(gè)可編程 IO 口線 3 個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器 6 個(gè)中斷源 可編程串行 UART 通道 低功耗的空閑和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 AT89C52 有 40 個(gè)引腳 32 個(gè)外部雙向輸入輸出 IO 端口同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 2 個(gè)全雙工串行通信口 2個(gè)讀寫口線片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路 AT89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程也可以在線編程同時(shí) AT89C52可降至 0Hz的靜態(tài)邏輯操作并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式空閑方式停止 CPU的工