【正文】 采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，各模塊相互獨(dú)立，提高了系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性，整個(gè)系統(tǒng)具有較高的性能價(jià)格比。結(jié) 論167。 本章首先詳細(xì)描述用Keil C51對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試的過(guò)程以及其方法，通過(guò)輸入不同的數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，以確定本設(shè)計(jì)方案的正確性。調(diào)試完成后將程序?qū)雙rotues中進(jìn)行仿真，觀察系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果如圖43。調(diào)試過(guò)程中單步運(yùn)行和斷點(diǎn)運(yùn)行調(diào)試只能驗(yàn)證程序正確與否，而不能確定定時(shí)精度、CPU的實(shí)時(shí)響應(yīng)等問(wèn)題，故在單步和斷點(diǎn)調(diào)試之后，又進(jìn)行了連續(xù)調(diào)試。在具體的調(diào)試過(guò)程中，采取以下方法進(jìn)行調(diào)試：在Keil C51編譯環(huán)境中編寫(xiě)、編譯軟件模塊，進(jìn)行軟件仿真調(diào)試，對(duì)功能模塊的軟件仿真。167。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(jī)管腳上的各點(diǎn)電壓。接著，焊接各元器件及插座，在焊接過(guò)程中要對(duì)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。167。(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(huì)造成系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞；內(nèi)部和外部的干擾、器件負(fù)載過(guò)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。 常見(jiàn)的硬件故障(1)邏輯錯(cuò)誤：硬件的邏輯錯(cuò)誤是由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和加工過(guò)程中的工藝性錯(cuò)誤所造成的，主要包括：錯(cuò)線、開(kāi)路、短路等，其中短路最為常見(jiàn)，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。 第4章 仿真調(diào)試167。在這一章里對(duì)室內(nèi)便攜式只能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹。本設(shè)計(jì)設(shè)定按鍵功能為調(diào)整測(cè)量數(shù)據(jù)的安全范圍并可進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)的切換考慮到實(shí)現(xiàn)按鍵功能所用按鍵數(shù)目不多及單片機(jī)引腳數(shù)量決定選用五個(gè)獨(dú)立式按鍵，其中設(shè)定鍵用于進(jìn)入和退出上下限的調(diào)整，上下左右四個(gè)鍵在設(shè)定鍵被按下的情況下可以對(duì)數(shù)值進(jìn)行調(diào)整；同時(shí)，當(dāng)設(shè)定鍵未按下且上調(diào)鍵被按下時(shí)進(jìn)入上調(diào)鍵的第二功能，實(shí)現(xiàn)用戶手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的切換。聲音報(bào)警采用的是蜂鳴器，光報(bào)警是通過(guò)6個(gè)發(fā)光二極管來(lái)顯示，3個(gè)綠色和三個(gè)紅色的，當(dāng)毒氣含量沒(méi)超標(biāo)時(shí)顯示綠色，超標(biāo)時(shí)顯示紅色并啟動(dòng)蜂鳴器，報(bào)警子程序執(zhí)行之前，設(shè)定的報(bào)警閾值存放在兩個(gè)變量中，傳感器輸入AD轉(zhuǎn)換值后，調(diào)用比較程序，小于閾值則執(zhí)行顯示程序，若大于閾值進(jìn)行聲光報(bào)警。上電后液晶顯示開(kāi)始循環(huán)顯示三個(gè)被測(cè)量的范圍和測(cè)量結(jié)果。1602液晶與CPU是并口通信，、單片機(jī)P0口傳輸數(shù)據(jù)到1602進(jìn)行顯示。167。綜合考慮各方面的因素，本研究采用第一種方法：延時(shí)等待法。AD完成轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，AD應(yīng)用中我們可以有兩種方法來(lái)：，AD完成模數(shù)轉(zhuǎn)換后會(huì)向中斷輸出端輸出一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，告訴CPU轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，CPU可以讀取數(shù)據(jù)。完成初始化后，CPU等待傳感器傳入信號(hào)及AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，從而完成當(dāng)前監(jiān)測(cè)參數(shù)的正確顯示。軟件要實(shí)現(xiàn)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析、送液晶進(jìn)行顯示及報(bào)警功能。167。軟件抗干擾措施提高了系統(tǒng)的可靠性。，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理事件能力。軟件設(shè)計(jì)中包含有：主程序模塊、顯示模塊、DHT11傳感器檢測(cè)函數(shù)、A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子模塊、聲光報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、按鍵函數(shù)。 軟件功能需求室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀系統(tǒng)軟件主要由溫濕傳感器采集模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、人機(jī)接口模塊、聲光報(bào)警模塊、核心控制器模塊構(gòu)成，各模塊功能概述如表31所示?；贑語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用C語(yǔ)言編寫(xiě)方法。C語(yǔ)言能直接與存儲(chǔ)器、接口電路打交道，也能申請(qǐng)中斷。C語(yǔ)言主要有以下特點(diǎn)：用C語(yǔ)言編制的程序效率高，占用存儲(chǔ)空間小，運(yùn)行速度快。其中匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言應(yīng)用的較多，匯編語(yǔ)言的機(jī)器代碼生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。保證系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算數(shù)據(jù)的精度。系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)外部事件的發(fā)生并能及時(shí)做出處理結(jié)果。編制的軟件要求易閱讀，容易發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤，容易修改和補(bǔ)充?？煽啃允擒浖O(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。 編程語(yǔ)言的選擇在系統(tǒng)硬件電路確定以后，其主要功能的實(shí)現(xiàn)將依賴于軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。 第3章 空氣質(zhì)量檢測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)167。這種方法對(duì)于設(shè)計(jì)復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)很有效。首先討論了有毒氣體采集模塊中傳感器選擇問(wèn)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(bào)警等，實(shí)現(xiàn)了各外圍接口電路模塊與STC90C51的硬件接口設(shè)計(jì)。該儀器能夠?qū)崿F(xiàn)有毒氣體濃度信號(hào)和溫濕度信號(hào)采集與顯示及超標(biāo)聲光報(bào)警等功能。電源電路如圖224所示：圖224 電源電路167。本設(shè)計(jì)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。考慮到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中不同環(huán)境對(duì)氣體濃度及溫濕度范圍要求不同，故設(shè)置了按鍵功能，用于實(shí)現(xiàn)測(cè)量范圍的調(diào)整，參考單片機(jī)引腳使用情況，共設(shè)置五個(gè)獨(dú)立按鍵如圖223，實(shí)現(xiàn)功能為設(shè)定鍵可進(jìn)行設(shè)定的進(jìn)入與退出，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)三種范圍的切換，另設(shè)左右移位鍵、上下調(diào)值鍵各兩個(gè)，與此同時(shí)考慮到用戶可能需要在一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)測(cè)量一種量，故設(shè)計(jì)了上調(diào)鍵的第二功能：當(dāng)只有上調(diào)鍵按下時(shí)完成顯示的自動(dòng)與手動(dòng)的切換以實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)對(duì)話。延時(shí)15mS寫(xiě)指令38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）延時(shí)5mS寫(xiě)指令38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）延時(shí)5mS寫(xiě)指令38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）以后每次寫(xiě)指令、讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)操作均需要檢測(cè)忙信號(hào)寫(xiě)指令38H：顯示模式設(shè)置寫(xiě)指令08H：顯示關(guān)閉寫(xiě)指令01H：顯示清屏寫(xiě)指令06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置寫(xiě)指令0CH：顯示開(kāi)及光標(biāo)設(shè)置LCD1602的具體接線路圖如圖222所示。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。在對(duì)液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動(dòng)右移的，無(wú)需人工干預(yù)。要顯示字符時(shí)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(nèi)部顯示地址。與HD44780相兼容的芯片時(shí)序如表28：表28 基本操作時(shí)序表讀狀態(tài)輸入RS=L,R/W=H,E=H輸出D0—D7=狀態(tài)字寫(xiě)指令輸入RS=L,R/W=L,D0—D7=指令碼,E=高脈沖輸出無(wú)讀數(shù)據(jù)輸入RS=H,R/W=H,E=H輸出D0—D7=數(shù)據(jù)寫(xiě)數(shù)據(jù)輸入RS=H,R/W=L,D0—D7=數(shù)據(jù),E=高脈沖輸出無(wú)讀寫(xiě)操作時(shí)序如圖219和220所示：圖219 讀操作時(shí)序圖220 寫(xiě)操作時(shí)序167。指令10：寫(xiě)數(shù)據(jù)。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。 D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。高電平表示有效，低電平則無(wú)效。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表27所示：表27 控制命令表序號(hào)指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開(kāi)/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)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(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫(xiě)數(shù)到CGRAM或DDRAM10要寫(xiě)的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第16腳：背光源負(fù)極。第7~14腳：D0~D7為八位雙向數(shù)據(jù)線。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。第4腳：PS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第2腳：VDD接+5V正電源。一般1602字符型液晶顯示器實(shí)物如圖217：圖217 1602字符型液晶顯示器實(shí)物圖167。 字符型液晶顯示模塊是一種專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。本課題所要顯示的數(shù)據(jù)一共有6個(gè)，分別是有毒氣體的濃度和室內(nèi)的溫度、濕度的范圍和測(cè)量值，故選用2行16個(gè)字符的LCD1602作為顯示模塊，滿足顯示要求。其中VOC氣體含量超標(biāo)時(shí)雙燈閃爍蜂鳴器報(bào)警，溫度超標(biāo)時(shí)D1燈亮蜂鳴器報(bào)警，濕度超標(biāo)時(shí)D2燈亮蜂鳴器報(bào)警。ADC0809與單片機(jī)及VOC傳感器的接線方式如圖215：圖215 ADC0809接線原理圖167。ADC0809的時(shí)序接口為51系列單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)總線接口，操作方便，如同對(duì)存儲(chǔ)器或I/O操作一樣，A/D轉(zhuǎn)換精度為8比特，滿足本課題要求。CLK時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為500KHz）。其管腳定義如圖214所示。表24 引腳說(shuō)明Pin名稱注釋1VDD供電 3－2DATA串行數(shù)據(jù)，單總線3NC空腳，請(qǐng)懸空4GND接地，電源負(fù)極本設(shè)計(jì)采用的為DHT11模塊，原理圖為圖213：圖213 DHT11模塊接線圖167。DATA信號(hào)線材質(zhì)量會(huì)影響通訊距離和通訊質(zhì)量,推薦使用高質(zhì)量屏蔽線。為降低熱傳導(dǎo)，DHT11與印刷電路板其它部分的銅鍍層應(yīng)盡可能最小，并在兩者之間留出一道縫隙。因此在測(cè)量濕度時(shí)，應(yīng)盡可能保證濕度傳感器在同一溫度下工作。當(dāng)最后一bit數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50us，隨后總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。圖29 操作時(shí)序總線為低電平，說(shuō)明DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)后，再把總線拉高80us，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)，每一bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時(shí)隙開(kāi)始，高電平的長(zhǎng)短定了數(shù)據(jù)位是0還是1。DHT11接收到主機(jī)的開(kāi)始信號(hào)后，等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束，然后發(fā)送80us低電平響應(yīng)信號(hào)。從模式下，DHT11接收到開(kāi)始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒(méi)有接收到主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)，DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集，采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。數(shù)據(jù)格式：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個(gè)100nF 的電容，用以去耦濾波。圖27 典型接線電路電源引腳DHT11的供電電壓為 3－。1177。1%RH/yr溫度分辨率111℃161616Bit重復(fù)性177。5%RH互換性可完全互換量程范圍0℃3090%RH25℃2090%RH50℃2080%RH響應(yīng)時(shí)間1/e(63%)25℃，1m/s 空氣61015S遲滯177。1%RH精度25℃177。2℃14針單排直插傳感器性能說(shuō)明見(jiàn)表22。表21 DHT11傳感器信息型號(hào)測(cè)量范圍測(cè)濕精度測(cè)溫精度分辨力封裝DHT1120－90％RH 0－50℃177。應(yīng)用領(lǐng)域:暖通空調(diào)、測(cè)試及檢測(cè)設(shè)備、汽車(chē)、數(shù)據(jù)記錄器、消費(fèi)品、自動(dòng)控制、氣象站、家電、濕度調(diào)節(jié)器、醫(yī)療、除濕器。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。DHT11產(chǎn)品概述DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。實(shí)物如圖26。溫濕度傳感器一般是測(cè)量溫度量