【正文】 第5章 系統(tǒng)仿真 前面已經(jīng)把單片機系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計完成了，下一步就可以著手進行仿真，因為在設計的過程之中肯定有許多的錯誤，需要進行仿真來發(fā)現(xiàn)錯誤和調(diào)試錯誤。⑵時鐘模塊操作流程圖見下圖： 圖 時鐘模塊操作流程圖⑴LCD模塊在本系統(tǒng)中主要起著開界面漢字顯示，以及各控制效果的顯示。⑵ 圖 ⑴按鍵時顯現(xiàn)人機對話的一個控制按鈕，通過按鍵的操作，對系統(tǒng)進行發(fā)送操作指令，后經(jīng)與MCU串行通信，然后在液晶上顯示。功能子函數(shù)的調(diào)用。主程序?qū)崿F(xiàn)的功能：與硬件相結(jié)合實現(xiàn)便攜式甲醛檢測儀的各個功能。 　項目選項窗口。,彈出項目選項設置窗口，同樣先選中項目文件夾圖標，這時在Project菜單中也有一樣的菜單可選。彈出項目功能菜單，選Options for Target39。一般的編程器都支持這種格式。然后我們就可以進行關(guān)閉KEIL等相關(guān)操作了 圖 （6）生成HEX文件HEX文件格式是Intel公司提出的按地址排列的數(shù)據(jù)信息,數(shù)據(jù)寬度為字節(jié),所有數(shù)據(jù)使用16進制數(shù)字表示, 常用來保存單片機或其他處理器的目標程序代碼。首先按4打開串行調(diào)試窗口，再按運行按鈕。3是復位，模擬芯片的復位，程序回到最開頭處執(zhí)行。進入調(diào)試模式軟件窗口樣式大致如圖所示。這時在Source Group1文件夾圖標左邊出現(xiàn)了一個小+號說明，文件組中有了文件，點擊它可以展開查看。Source Group 139。我們?quot。保存在項目所在的目錄中，這時你會發(fā)現(xiàn)程序單詞有了不同的顏色，說明KEIL的C語法檢查生效了。如果你沒有現(xiàn)成的程序，那么就要新建一個程序文件。完成上面步驟后，我們就可以進行程序的編寫了?！　? C51工具包的整體結(jié)構(gòu)圖3. 圖 （1）點擊Project菜單，選擇彈出的下拉式菜單中的New Project， 圖 接著彈出一個標準Windows文件對話窗口，在文件名中輸入您的第一個C程序項目名稱，保存后的文件擴展名為uv2，這是KEIL uVision2項目文件擴展名，以后我們可以直接點擊此文件以打開先前做的項目。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。　　1. 系統(tǒng)概述　　Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。 編譯軟件介紹Keil軟件簡介：單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。軟件編寫的主體思路是將系統(tǒng)按功能模塊化劃分，然后根據(jù)模塊要實現(xiàn)的功能寫各個子程序。且具有良好的模塊化、容易閱讀、維護等優(yōu)點，且編寫的模塊程序易于移植。C語言編寫的程序比用匯編編寫的程序更符合人們的思考習慣。程序編寫語言比較常見的有C語言、匯編語言。 工作界面 第4章 軟件設計對于單片機的開發(fā)應用中，逐漸引入了高級語言，C語言就是其中的一種。工作界面：Proteus ISIS的工作界面是一種標準的Windows界面。本章介紹Proteus ISIS軟件的工作環(huán)境和一些基本操作。④具有強大的原理圖繪制功能。③提供軟件調(diào)試功能。②支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：①實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。 單頻音報警電路圖 基于本系統(tǒng)的需求和功耗要求，只需要基本的報警功能即可，我選擇采用的是三極管驅(qū)動的單音頻報警電路。壓電式蜂鳴器，約需10mA的驅(qū)動電流，可在某端口接上一只三極管和電阻組成的驅(qū)動電路來驅(qū)動。單頻音報警 　　實現(xiàn)單頻音報警的接口電路比較簡單，其發(fā)音元件通?？刹捎脡弘姺澍Q器，當在蜂鳴器兩引腳上加3～15V直流工作電壓，就能產(chǎn)生3kHZ左右的蜂鳴振蕩音響。這種報警信號通常有三種類型：一是閃光報警，因為閃動的指示燈更能提醒人們注意；二是鳴音報警，發(fā)出特定的音響，作用于人的聽覺器官，易于引起和加強警覺；三是語音報警，不僅能起到報警作用，還能直接給出警報種類的信息。 報警電路 在單片機應用系統(tǒng)中，一般的工作狀態(tài)可以通過指示燈或數(shù)碼顯示來指示，供操作人員參考，了解系統(tǒng)的工作狀況。：漢字顯示和字符顯示的原理差不多，就是一個漢字一般采用圖形方式，事先從微機中用字模軟件提取要顯示的漢字的點陣碼，每個漢字占32B，為為兩部分，各16B。針對于本系統(tǒng)要顯示漢字，字母，數(shù)字等，以及其在一個界面同時要顯示的字數(shù)，本系統(tǒng)要以圖形的形式顯示各運行結(jié)果，我們最終選擇AMPIRE128x64型號的LCD。還有黑白、多灰度、彩色顯示等。6） 功耗低：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其他顯示器要少的多。3） 數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。液晶顯示工作原理介紹 液晶電路圖 ：1） 顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。這種訪問方式不占用存儲器空間，它的接口電路與時序無關(guān)，其時序完全靠軟件編程實現(xiàn)。間接控制方式則不使用單片機的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，而是利用它的I／0口來實現(xiàn)與顯示模塊的聯(lián)系。它與單片機的接口方法分為直接訪問方式和間接控制方式。該類液晶顯示模塊采用動態(tài)的液晶驅(qū)動，可用5V供電?？紤]到同種LCD顯示器的屏幕越大體積越大，功耗越大的特點，在同類產(chǎn)品中選用了AMPIRE128X64液晶顯示模塊。對于本系統(tǒng)要有顯示裝置完成顯示功能。： 時鐘電路圖 上拉電阻在主電路圖中接在P0口處有一個排阻RP1 ，由于P0口沒有內(nèi)接上拉電阻，為了為P0口外接線路有確定的高電平，所以要接上排阻RP1，以確保有P0口有穩(wěn)定的電平。需要注意的是，第一個數(shù)據(jù)位在命令字節(jié)的最后一位之后的第一個下降沿被輸出。如果有額外的SCLK周期，它們將被忽略。見表34。768KHZ晶振；SCLK：串行時鐘輸入端。⑵ DS1302主要性能有：時實時鐘能計算2100年之前的秒、分、時、日、日期、星期、月、年的能力，還有閏年的調(diào)整能力；讀/寫時鐘或RAM數(shù)據(jù)時，有單字節(jié)和多字節(jié)傳送兩種方式；與DS1202/TTL兼容。時鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一字節(jié)或多達31字節(jié)的字符組方式通信。⑴我們時鐘電路選擇的芯片是 DS1302，其內(nèi)含一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，可以通過串行接口與單片機通信。： 外圍擴充存儲電路圖 時鐘芯片選擇與簡介因為此系統(tǒng)需要記錄測量發(fā)生的時間，所以需要時鐘芯片來記錄不同人在不同時間的監(jiān)測數(shù)據(jù)，因此我們在系統(tǒng)中加入了時鐘芯片。在應用中要保存一些參數(shù)和狀態(tài)，據(jù)了解基于EEPROM的存儲芯片是一種很好的選擇。③由于應用硬件削抖還需要外加器件，成本相對較高，所以本系統(tǒng)選擇軟件延時削抖的方法。②軟件削抖的基本原理是當檢測出鍵盤閉合時，先執(zhí)行一個延時子程序產(chǎn)生數(shù)毫秒的延時，待接通時的前沿抖動消失后再判別是否有健按下。⑶鍵盤抖動的消除：抖動的消除大致可以分為硬件削抖和軟件削抖。各根I/O口線之間不會相互影響。： 按鍵電路圖⑵獨立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路。鍵盤分為：獨立式和矩陣式兩類，每一類按其編碼方法又可以分為編碼和非編碼兩種。由于我所使用的是8位ADC0832,所以本系統(tǒng)的精度為：10ppm/256=。在第1 個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。當要進行A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。 ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。　　　　　　　　　　　　　　C；　　芯片接口說明：　　C，工業(yè)級芯片溫寬為?40176。 商用級芯片溫寬為0176。 一般功耗僅為15mW；　　 5V電源供電時輸入電壓在0~5V之間；　　 雙通道A/D轉(zhuǎn)換；　　：⑶ ADC0832 具有以下特點：　　優(yōu)點是分辨率低于12位時，價格較低，采樣速率也很好。逐次逼近型是將采樣信號和已知電壓不斷進行比較，一個時鐘周期完成1位轉(zhuǎn)換，依次類推,轉(zhuǎn)換完成后，輸出二進制數(shù)。由于逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換具有速度，分辨率高等優(yōu)點，而且采用這種方法的ADC芯片成本低，所以我們采用逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。300nA/ppm420mA(甲醛模塊分辨率 ppm溫度范圍20℃ to 45℃壓力范圍大氣壓177。當空氣被內(nèi)部的采樣系統(tǒng)吸收后，產(chǎn)生一個與甲醛濃度成正比的電壓信號， 該電壓信號經(jīng)AD0832與AT89C52單片機相連，在顯示器上顯示出甲醛的濃度值，當超過國家規(guī)定的標準時報警。甲醛傳感器/甲醛模塊（CH2O傳感器）詳細介紹如下表33：(3)測量電路測量電路由CH20/S10甲醛傳感器，ADC0832組成?？傊當?shù)據(jù)采集與硬件的選擇有很大的關(guān)系。由于假若每一路都設置放大、濾波等器件，那么成本會很大，所以信號的采集一般用多路模擬通路進行選擇。開關(guān)按下時是按鍵手動復位電路，RST端通過電阻與VCC電源接通，通過電阻的分壓就可以實現(xiàn)單片機的復位。隨著電容的充電，RST腳上的電壓才慢慢下降。 上電復位電路圖 RST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進行復位操作。常用的上電復位電路如下圖所示。復位電路原理當在89C52單片機的RST引腳引入高電平并保持2個機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)）。2 .復位電路復位的意義單片機開始工作的時候，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行程序。本系統(tǒng)中為了盡量降低功耗的原則，采用了內(nèi)部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式即在單片機的外部接一個晶振電路與單片機里面的振蕩器組合作用產(chǎn)生時鐘脈沖信號，外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內(nèi)，此方式常用于多片89C52單片機同時工作，以便于各單片機的同步。 單片機最小系統(tǒng)的實現(xiàn)介紹完以上的單片機系統(tǒng)的核心芯片之后，我們采用AT89C52來實現(xiàn)一個單片機系統(tǒng)能運行起來的需求最小的系統(tǒng)， 單片機最小系統(tǒng)圖上圖由晶振電路和復位電路，AT89C52芯片組成，構(gòu)成最小的單片機系統(tǒng)， 下面詳細介紹其中的兩個電路。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定 為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。表32 P3的特殊功能口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0 （記時器0外部輸入） T1（記時器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。另外，該引腳被略微拉高。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。表31 P1口的第二功能引腳號第二功能T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）MOSI（在系統(tǒng)編程用）MISO（在系統(tǒng)編程用）SCK（在系統(tǒng)編程用）