【正文】 D、外圍擴(kuò)展數(shù)據(jù)RAM）等芯片的選擇； 硬件主電路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)、液晶顯示電路設(shè)計(jì)、外圍擴(kuò)充存儲(chǔ)器接口電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、鍵盤接口電路等功能模塊電路設(shè)計(jì)[1] 。主要包括一下功能模塊：51驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)、液晶顯示、時(shí)鐘、鍵盤、模數(shù)軟換。 硬件選擇 MCU的選擇與簡介1）.單片機(jī)的概念和特點(diǎn) 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。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)）。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。單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：(1) 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8/16K字節(jié)，RAM小于256字節(jié)，但可在外部擴(kuò)展，通常ROM、RAM可分別擴(kuò)展至64K字節(jié)。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。片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。(4) 控制功能強(qiáng)。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。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)[4]。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。 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：216。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)：(1) EFT(Electrical Fast Transient)技術(shù)(2) 低噪音布線技術(shù)及驅(qū)動(dòng)技術(shù)(3) 采用低頻時(shí)鐘單片機(jī)在目前的發(fā)展形勢(shì)下，表現(xiàn)出幾大趨勢(shì)：l 可靠性及應(yīng)用水平越來越高，和internet連接已是一種明顯的走向；l 所集成的部件越來越多；l 功耗越來越低；l 和模擬電路結(jié)合越來越多。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)。主要性能參數(shù)：l 與MCS51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容l 8K字節(jié)可重擦寫FLASH閃存存儲(chǔ)器l 1000次寫/擦循環(huán)l 時(shí)鐘頻率：0Hz—24MHzl 三級(jí)加密存儲(chǔ)器l 256字節(jié)內(nèi)部RAMl 32個(gè)可編程I/O口線 l 3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 l 6個(gè)中斷源l 可編程串行UART通道l 低功耗的空閑和掉電模式 l 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 圖31 引腳圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)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)，電路圖見圖32：圖32 單片機(jī)最小系統(tǒng)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。內(nèi)部時(shí)鐘方式即在單片機(jī)的外部接一個(gè)晶振電路與單片機(jī)里面的振蕩器組合作用產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)，此方式常用于多片89C52單片機(jī)同時(shí)工作，以便于各單片機(jī)的同步。本系統(tǒng)中為了盡量降低功耗的原則，采用了內(nèi)部時(shí)鐘方式。（2）復(fù)位電路復(fù)位的意義：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。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)）。常用的上電復(fù)位電路如下圖所示。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。隨著電容的充電，RST腳上的電壓才慢慢下降。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。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。總之?dāng)?shù)據(jù)采集與硬件的選擇有很大的關(guān)系[4]。甲醛傳感器/甲醛模塊（CH2O傳感器）詳細(xì)介紹如下表33：MQ5氣體傳感器的選擇：MQ5氣體傳感器由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層,測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件組成。(3)測(cè)量電路測(cè)量電路由CH20/S10甲醛傳感器，MQ5氣體傳感器，ADC0832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)超過國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)報(bào)警。表33甲醛傳感器參數(shù)表名稱甲醛傳感器 CH2O/S10: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。10%響應(yīng)時(shí)間 (T 90)〈 50 seconds濕度范圍20℃ to 45℃零點(diǎn)輸出 (純凈空體，20℃)〈 ppm最大零點(diǎn)漂移(20℃to 40℃) ppm長期漂移〈2% /每月推薦負(fù)載值10Ω線性度輸出線性重 量約32克表34 MQ5氣體傳感器參數(shù)表名稱MQ—5氣體傳感器加熱電壓177。3Ω室溫加熱功耗≤900mW回路電壓≤15V AC or DC使用溫度10℃50℃儲(chǔ)存溫度20℃70℃相對(duì)濕度小于95%Rh氧氣濃度21%(標(biāo)準(zhǔn)條件)敏感體電阻10KΩ60KΩ濃度斜率≤標(biāo)準(zhǔn)工作條件溫度：20℃177。相對(duì)濕度：65%177。預(yù)熱時(shí)間不少于24小時(shí)探測(cè)范圍3005000ppm液化氣，天然氣，煤氣。由于逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換具有速度，分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，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。逐次逼近型是將采樣信號(hào)和已知電壓不斷進(jìn)行比較，一個(gè)時(shí)鐘周期完成1位轉(zhuǎn)換，依次類推,轉(zhuǎn)換完成后，輸出二進(jìn)制數(shù)。優(yōu)點(diǎn)是分辨率低于12位時(shí)，價(jià)格較低，采樣速率也很好。電路圖見圖36如下：圖36 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖 ADC0832 具有以下特點(diǎn)：　　 雙通道A/D轉(zhuǎn)換；　　 5V電源供電時(shí)輸入電壓在0~5V之間；　　 一般功耗僅為15mW；　　 商用級(jí)芯片溫寬為0176。C，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為?40176。C；　　芯片接口說明：　　 CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/使用；　　 GND 芯片參考0 電位（地）；　　 DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出；　　 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）；ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，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。在第1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。由于我所使用的是8位ADC0832,所以本系統(tǒng)的精度為：10ppm/256=。鍵盤分為：獨(dú)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。電路圖見圖37：圖37 按鍵電路圖獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。各根I/O口線之間不會(huì)相互影響。鍵盤抖動(dòng)的消除：抖動(dòng)的消除大致可以分為硬件削抖和軟件削抖。軟件削抖的基本原理是當(dāng)檢測(cè)出鍵盤閉合時(shí)，先執(zhí)行一個(gè)延時(shí)子程序產(chǎn)生數(shù)毫秒的延時(shí)，待接通時(shí)的前沿抖動(dòng)消失后再判別是否有健按下。由于應(yīng)用硬件削抖還需要外加器件，成本相對(duì)較高，所以本系統(tǒng)選擇軟件延時(shí)削抖的方法。在應(yīng)用中要保存一些參數(shù)和狀態(tài)，據(jù)了解基于EEPROM的存儲(chǔ)芯片是一種很好的選擇，選定了AT24C128存儲(chǔ)器。對(duì)時(shí)鐘芯片的要求首先是低功耗，其次是編程簡單，縮短程序開發(fā)時(shí)間，實(shí)際上也就縮短了系統(tǒng)用于實(shí)際生產(chǎn)所用的開發(fā)周期以及成本，在本系統(tǒng)，我們選擇了DS1302時(shí)鐘芯片。而通信時(shí)，僅需要3個(gè)口線：（1）RES（復(fù)位），（2）I/O數(shù)據(jù)線，（3）SCLK（串行時(shí)鐘）。其工作時(shí)功耗很低，廣泛應(yīng)用于電話，傳真，便攜式儀器等產(chǎn)品領(lǐng)域[3]。DS1302引腳概述：X1,X2：振蕩源，外接32。其電路圖如圖39： 圖39 時(shí)鐘