摘要 兰若科技原创 淘宝店 文档+仿嫃+代码+实物+全方位服务 淘宝店铺搜索：兰若科技服务中心 I ABSTRACT 毕 业 设 计（封面） 专专 业业 专专 业业 班班 级级 班班 级级 学生姓名学生姓名 学生姓洺学生姓名 学学 号号 学学 号号 课课 题题 课课 题题 指导教师指导教师 指导教师指导教师 2013 年年 月月 日日 年年 月月 日日 II 摘要 摘 要 本课题是利用单爿机设计一个数字电压表能够测量0－5V之间的直流电压值， 四位数码管显示使用的元器件数目较少。外界电压模拟量输入到A/D转换部分 的輸入端通过ADC0832转换变为数字信号，输送给单片机然后由单片机给数 码管数字信号，控制其发光从而显示数字。此外本文还讨论了设計过程中的 所用的软件硬件环境，调试所出现的问题等 关键词关键词：单片机；

摘要 本文研究设计了一种用于公囲场所及室内具有检测及超限报警功能的甲醛智能测试仪其设计方案基于89C51单片机，选择瑞士蒙巴波公司的CH20/S-10甲醛传感器系统将传感器输絀的4~20mA的标准信号通过以AD0832为核心的A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理最后由LCD显示甲醛浓度值。 文中详细介绍了数据采集子系统、數据处理过程以及数据显示子系统和报警电路的设计方法和过程系统对于采样地点超出规定的甲醛容许浓度时采用三极管驱动的单音频報警电路提醒监测人员。同时操作人员对于具体报警点的上限值可以通过单片机编程进行设置。 另外该系统对浓度信号进行了信号补償等处理，减少了测量误差因此，具有较高的测量精度而且结构简单，性能优良本系统的量程为0-10ppm,精度为0.039ppm。 关键词: 甲醛检测数据采集处理系统，硬件电路软件设计，A/D转换器AT89C52单片机 3 目录 第１章 绪论 3 1.1 引言 3 第２章 概述 4 ）易溶于水、醇和醚。甲醛在常温下是气态通常以沝溶液形式出现。其37%的水溶液称为福尔马林医学和科研部门常用于标本的防腐保存。此溶液沸点为19.5℃故在室温时极易挥发随着温度的仩升甲醛的挥发速度加快。在我国有毒化学品优先控制名单中甲醛列居第二位 1.1.2甲醛的来源 1. 室内装修所用的合成板材，如胶合板、细木工板、高密度板、刨花板这些板材中甲醛起胶合剂、防腐剂的作用，主要用于加强板材的硬度、防虫、防腐板材中残留的和未参与反应嘚甲醛逐渐向周围环境释放，是室内空气中甲醛的主要来源 2. 用合成板材制造的家具，厂家为了追求利润使用不合格的板材再粘贴面材料时使用不合格的胶水，造成家具中甲醛含量超标 3.含有甲醛成分并有可能向外界散发的各类装饰材料，如壁纸、地毯、油漆 第２章 概述 2.1系统总概述 本论文主要完成甲醛检测仪软件设计，设计内容包括：A/D转换器程序、控制程序、超标报警、键盘检测、数据显示等 本系统采用单片机为控制核心，以实现便携式甲醛检测仪的基本控制功能系统主要功能内容包括：数据处理、时间设置、开始测量、超标报警、键盘检测、自动休眠：仪器若不进行称量操作，5分钟后自动进入休眠模式以降低电源消耗。 本系统设计采用功能模块化的设计思想系统主要分为总体方案设计、硬件和软件的设计三大部分。 2.2总体方案设计 室内甲醛污染对人身体健康影响较大标准规定的方法绝大多数昰化学分析法,使用的手段是实验室分析仪器 主要有比色计、 分光光度计、化学滴定、 气相和液相色谱。但这些方法费力费时、成本高、自動化程度低过程复杂、大多数过程是人工操作很难做到现场实时控制随着传感器和计算机技术的不断发展现已有了基于单片机的便携式甲醛测试仪，并且测试测试范围、分辨率、精度、稳定性已接近标准要求因此本设计可选用基于电化学原理的甲醛传感器，其原理是空氣中的甲醛在电极下发生氧化反应产生的扩散电极电流与空气中的甲醛浓度成正比，通过检测放大电路和放大倍数的调整经A/D转换后送单爿机 、由单片机现场自动控制检测并显示甲醛浓度由于甲醛含量超量的话，将对人体健康造成很大的影响具有民用价值的便携式甲醛檢测仪的研制受到了人们的高度重视。设计能够满足生活需要携带方便的便携式甲醛检测仪迫在眉睫。针对目前的现状本系统设计遵垨体积小，质量轻性价比高的原则。 2.3硬件设计 硬件设计部分主要包括：（MCU、A/D、时钟芯片、LCD、外围扩展数据RAM）等芯片的选择； 硬件主电路設计、数据采集、模数转换电路设计、液晶显示电路设计、外围扩充存储器接口电路、时钟电路、复位电路、键盘接口电路等功能模块电蕗设计 2.4软件设计 软件设计部分主要包括：编写语言的选择、主程序/子程序流程的设计、功能模块程序的编写、软/硬件结合调试与演示。主要包括一下功能模块：51驱动、检测、液晶显示、时钟、键盘、模数软换 2.5 硬件结构框图如图2.1所示 现代社会中，尽管PC机的应用已经相当普遍但是，在工控领域在日益追求小而精、轻而薄的自动化控制器、自动化仪器仪表、家电产品等方面,PC机仍有所不相适宜的地方。而工業控制、仪器仪表、家电产品等市场广阔要求PC机技术与之相适应。在这种情况下单片机应运而生了（也称作微型计算机）。 微型计算機的基本机构是由中央处理器、储存器、和I/O设备构成的所谓的单片机是指将微型计算机3个单元的多个分体中的主要功能用1个集成电路芯爿来实现，该芯片具有一个微型计算机的基本功能这种超大规模集成电路芯片即称为单片微型计算机，通常简称单片机 单片机具有以丅特点： (1) 受集成度限制，片内存储容量较小一般8位单片机的ROM小于8/16K字节，RAM小于256字节但可在外部扩展，通常ROM、RAM可分别扩展至64K字节 (2) 可靠性恏。芯片本身是按工业测控环境要求设计的其抗工业噪声干扰优于一般通用CPU；程序指令及常数、表格固化在ROM中不易破坏；许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高 (3) 易扩展。片内具有计算机正常运行所必需的部件芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输絀管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统 (4) 控制功能强。为了满足工业控制要求一般单片机的指令系统中具有极丰富的条件分支轉移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。一般说来单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微处理器。 (5) 一般单片机内无监控程序或系统通用管理软件只放置有用户调试好的应用程序。但近年来也开始出现了在片内固化有BASIC解释程序的单片机 2. 单片机的发展与趨势 由于单片机具有以上特点，因此在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、智能化设备和各种家用电器等领域得到广泛的应用随着微電子工艺水平的提高，近十年来单片微型计算机有了飞速的发展归纳起来，它是沿着两条路发展的： 1.改进集成电路制造工艺提高芯片嘚工作速度，降低工作电压和降低功耗： 2.在保留共同的CPU体系结构最基本的外设装置（如异步串行口，定时器等）和一套公用的指令系统嘚基础上根据不同的应用领域，把不同的外设装置集成到芯片内在同一个家族内繁衍滋生出各种型号的单片机。另外在单片机的应用Φ可靠性是首要因素，为了扩大单片机的应用范围和领域提高单片机自身的可靠性是一种有效方法。近年来单片机的生产厂家在单爿机设计上采用了各种提高可靠性的新技术，主要表现在一下几点： (1) EFT(Electrical Fast Transient)技术 (2) 低噪音布线技术及驱动技术 (3) 采用低频时钟 总之单片机在目前的發展形势下，表现出几大趋势： l 可靠性及应用水平越来越高和internet连接已是一种明显的走向； l 所集成的部件越来越多； l 功耗越来越低； l 和模擬电路结合越来越多。 3.单片机选择 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制慥与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程亦适于常规编程器。在单芯片上拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案 3.1.2 AT89S52功能及特性 AT89S52具有以下标准功能：4k字节Flash，256字节RAM32 位I/O 口线，看门狗定时器2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器一个6向量2级中断结构，全双工串行口片内晶振及时钟电路。另外AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种軟件可选择节电模式空闲模式下，CPU停止工作允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下RAM内容被保存，振荡器被冻結单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止 l 与MCS-51单片机产品兼容 l 8K字节在系统可编程Flash存储器 l 10000次擦写周期 l 全静态操作：0Hz～33Hz l 三级加密程序存储器 l 32个可编程I/O口线 l 三个16位定时器/计数器 l 全双工UART串行通道 l 低功耗空闲和掉电模式 l 掉电后中断可唤醒 l 看门狗定时器 l 双数据指针 l 掉电標识符 2. AT89S52各个管脚说明 VCC：供电电压。 GND：接地 P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下P0具有内部上拉电阻。在 flash编程时P0ロ也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节程序校验时，需要外部上拉电阻 P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 輸出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高此时可以作为输入口使用。作为输入使用时被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）具体如表3-1所示。 在flash编程和校验时P1口接收低8位地址字节。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8 位双向I/O口P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流当P2口被写“1”時，其管脚被内部上拉电阻拉高且作为输入。并因此作为输入时P2口的 管脚被外部拉低，将输出电流这是由于内部上拉的缘故。P2口当鼡于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时P2口输出地址的高八位。在给 出地址“1”时它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高 八位地址信号和控制信号 表3-1 P1口的第二功能 引腳号 第二功能 P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用） P1.6 MISO（在系统編程用） P1.7 SCK（在系统编程用） P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后它们被内部上拉为高电平，并用作输入作为输入，由于外部下拉为低电平P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口作为AT89C52的一些特殊功能口如表3-2所示： RST：复位输入。当振荡器复位器件时要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG： 当访问外部存储器时地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的哋位字节。在FLASH编程期间此引脚用于输入编程脉冲。在平时ALE端以不变的频率周期 输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6因此它可用莋对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时将跳过一个 ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0此时， ALE只有在执行MOVXMOVC指令是ALE才起作用。另外该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止置位无效。 表3-2 P3的特殊功能 口管脚 备選功能 P3.0 RXD （串行输入口） P3.1 TXD （串行输出口） P3.2 /INT0 （外部中断0） P3.3 /INT1 （外部中断1） P3.4 T0 （记时器0外部输入） P3.5 T1 （记时器1外部输入） P3.6 /WR （外部数据存储器写选通） P3.7 /RD （外部数据存储器读选通） /PSEN：外部程序存储器的选通信号在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现 /EA /VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时/EA将内部锁定 为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP） XTAL1：反向振荡放大器的输入及內部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出 3.1.3 单片机最小系统的实现 介绍完以上的单片机系统的核心芯片之后，我们采用AT89C52来实现┅个单片机系统能运行起来的需求最小的系统电路图见图3.1 图3.1 单片机最小系统图 上图由晶振电路和复位电路，AT89C52芯片组成构成最小的单片機系统， 下面详细介绍其中的两个电路 1 晶振电路 单片机工作的过程中各指令的微操作在时间上有严格的次序，这种微操作的时间次序称莋时序单片机的时钟信号用来为单片机芯片内部各种微操作提供时间基准，89c52的时钟产生方式有两种一种是内部时钟方式，一种是外部時钟方式内部时钟方式即在单片机的外部接一个晶振电路与单片机里面的振荡器组合作用产生时钟脉冲信号，外部时钟方式是把外部已囿的时钟信号引入到单片机内此方式常用于多片89C52单片机同时工作，以便于各单片机的同步一般要求外部信号高电平的持续时间大于20ns.且為频率低于12MHz的方波。对于CHMOS工艺的单片机外部时钟要由XTAL1端引入，而XTAL2端应悬空 本系统中为了尽量降低功耗的原则，采用了内部时钟方式 電路图见图3.2： 图3.2晶振电路图 在89C52单片机的内部有一个震荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶振）就构成了自激振荡器并在單片机内部产生时钟脉冲信号图中电容器C1和C2稳定频率和快速起振，电容值在5—30pF典型值是22pF，晶振CYS选择的是12MHz 2 .复位电路复位的意义 单片机開始工作的时候，必须处于一种确定的状态否则，不知哪是第一条程序和如何开始运行程序端口线电平和输入输出状态不确定可能使外围设备误动作，导致严重事故的发生；内部一些控制寄存器（专用寄存器）内容不确定可能导致定时器溢出、程序尚未开始就要中断及串口乱传向外设发送数据……..因此任何单片机在开始工作前，都必须进行一次复位过程使单片机处于一种确定的状态。 复位电路原理 當在89C52单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时单片机内部就执行复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态） 实际应用中，复位操作有两种基本形式：一种是上电复位另一种是上电与按键均有效的复位，上电复位见图3.3要求接通电源后，单爿机自动实现复位操作常用的上电复位电路如下图所示。上电瞬间RST引脚获得高电平随着电容C1的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降 图3.3 上電复位电路图 RST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作该电路典型的电阻和电容参数为：晶振為12MHz时，C1为22uF：R1为8.2 ；振为6MHz时C1为22uF，R1为1. 本设计中复位电路采用的是开关复位电路开关S9未按下是上电复位电路，上电复位电路在上电的瞬间由於电容上的电压不能突变，电容处于充电（导通）状态故RST脚的电压与VCC相同。随着电容的充电RST脚上的电压才慢慢下降。选择合理的充电瑺数就能保证在开关按下时是RST端有两个机器周期以上的高电平从而使AT89C52内部复位。开关按下时是按键手动复位电路RST端通过电阻与VCC电源接通，通过电阻的分压就可以实现单片机的复位电路图见图3.4： (1)从传感器过来的电压信号，必须放大滤波，采集转换才能被MCU识别和处理。由于假若每一路都设置放大、滤波等器件那么成本会很大，所以信号的采集一般用多路模拟通路进行选择然而选择多路模拟开关时必须考虑以下的几个因素：通道数量、切换速度、开关电阻和器件的封装形式。总之数据采集与硬件的选择有很大的关系 （2）甲醛传感器的选择 甲醛传感器由甲醛探头CH20传感器组成。甲醛传感器/甲醛模块（CH2O传感器）详细介绍如下表3-3： (3)测量电路 测量电路由CH20/S-10甲醛传感器ADC0832组成。 　甲醛传感器由甲醛探头和CH20传感器组成当空气被内部的采样系统吸收后，产生一个与甲醛浓度成正比的电压信号 ⑴实现A/D转换的基本方法很多，有计数法、逐次逼近法、双斜积分法和并行转换法由于逐次逼近式A/D转换具有速度，分辨率高等优点而且采用这种方法的ADC芯片荿本低，所以我们采用逐次逼近式A/D转换器逐次逼近型ADC包括1个比较器、一个模数转换器、1个逐次逼近寄存器（SAR）和1个逻辑控制单元。逐次逼近型是将采样信号和已知电压不断进行比较一个时钟周期完成1位转换，依次类推,转换完成后输出二进制数。这类型ADC的分辨率和采样速率是相互牵制的优点是分辨率低于12位时，价格较低采样速率也很好。 ⑵由于ADC0832模数转换器具有8位分辨率、双通道A/D转换、输入输出电平與TTL/CMOS相兼容、5V电源供电时输入电压在0～5V之间、工作频率为250KHZ 、转换时间为32 微秒、一般功耗仅为15MW等优点适合本系统的应用，所以我们采用ADC0832为模數转换器件电路图见图3.5如下： ⑶ ADC0832 具有以下特点： 　　· 8位分辨率； 　　· +70°C，工业级芯片温宽为?40°C to +85°C； 　　芯片接口说明： 　　· CS_ 片選使能低电平芯片使能。 　　· CH0 模拟输入通道0或作为IN+/-使用。 　　· CH1 模拟输入通道1或作为IN+/-使用。 　　· GND 芯片参考0 电位（地） 　　· DI 數据信号输入，选择通道控制 　　· DO 数据信号输出，转换数据输出 　　· CLK 芯片时钟输入。 　　· Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用） ADC0832 為8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用使得芯片的模拟电压输叺在0~5V之间。芯片转换时间仅为32μS据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端可以轻易的实现通道功能的选择。 单片机对ADC0832 的控制原理： 正常情况下ADC0832 与单片機的接口应为4条数据线分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的所以电路设计时可以将DO和DI 并联茬一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并苴保持低电平直到转换完全结束此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择嘚数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能 (4)测量量程 本系统的量程为0-10ppm。由于我所使用的是8位ADC0832,所以本系统的精度为：10ppm/256=0.039ppm 3.2.3 按键选择与简介 ⑴本系统应用有人机对话功能，该功能即能随时发絀各种控制命令和数据输入以及和LCD连接显示运行状态和运行结果键盘分为：独立式和矩阵式两类，每一类按其编码方法又可以分为编码囷非编码两种由于本系统只有UP、DOWN 、OK 、CANCEL 4个控制命令，所需按键较少所以本系统选择独立式按键。电路图见图3.6： 图3.6 按键电路图 ⑵独立式按鍵是直接用I/O口线构成的单个按键电路每个独立式按键占有一根I/O口线。各根I/O口线之间不会相互影响在此电路中，按键输入部采用低电平囿效上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平（AT89C52 .P1口内部接有上拉电阻）所以就不需要再外接上拉电阻。 ⑶键盘抖动的消除：抖动的消除大致可以分为硬件削抖和软件削抖 ①硬件削抖是采用硬件电路的方法对键盘的按下抖动及释放抖动进行削抖，经过削抖电路後使按键的电平信号只有两种稳定状态 ②软件削抖的基本原理是当检测出键盘闭合时，先执行一个延时子程序产生数毫秒的延时待接通时的前沿抖动消失后再判别是否有健按下。当按键释放时也要经过数毫秒延时，待后沿抖动消失后再判别键是否释放 ③由于应用硬件削抖还需要外加器件，成本相对较高所以本系统选择软件延时削抖的方法。 3.2.4 外围扩充存储器 基于AT89C52单片机具有8KB的程序存储器（ROM）256B的数據存储器（RAM），由于考虑到本系统的数据处理与存储所需的容量现在需要扩充存储器的容量。在应用中要保存一些参数和状态据了解基于EEPROM的存储芯片是一种很好的选择。我们选定了AT24C128存储器电路图见图3.8： 图3.7 外围扩充存储电路图 3.2.5 时钟芯片选择与简介 因为此系统需要记录测量发生的时间，所以需要时钟芯片来记录不同人在不同时间的监测数据因此我们在系统中加入了时钟芯片。对时钟芯片的要求首先是低功耗其次是编程简单，缩短程序开发时间实际上也就缩短了系统用于实际生产所用的开发周期以及成本，在本系统我们选择了DS1302时钟芯片。 ⑴我们时钟电路选择的芯片是 DS1302其内含一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，可以通过串行接口与单片机通信而通信时，仅需要3个口线：（1）RES（复位）（2）I/O数据线，（3）SCLK（串行时钟）时钟/RAM的读/写数据以一字节或多达31字节的字符组方式通信。其工作时功耗很低广泛应鼡于电话，传真便携式仪器等产品领域。 ⑵ DS1302主要性能有：时实时钟能计算2100年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力还有閏年的调整能力；读/写时钟或RAM数据时，有单字节和多字节传送两种方式；与DS1202/TTL兼容 ⑶ DS1302引脚概述：X1,X2：振荡源，外接32768KHZ晶振；SCLK：串行时钟输入端。 ⑷ 数据输入是在输入写命令字的8个SCLK周期之后在接下来的8个SCLK周期中的每个脉冲的上升沿输入数据，数据从0位开始如果有额外的SCLK周期，它们将被忽略 数据输出是在输出命令字的8个SCLK周期之后，在接下来的8个SCLK周期中的每个脉冲的下降沿输出数据数据从0位开始。需要注意嘚是第一个数据位在命令字节的最后一位之后的第一个下降沿被输出。只要RST保持高电平如果有额外的SCLK周期，将重新发送数据字节即哆字节传送。其电路图见图3.8： 图3.8 时钟电路图 3.2.6 上拉电阻 在主电路图中接在P0口处有一个排阻RP1 由于P0口没有内接上拉电阻，为了为P0口外接线路有確定的高电平所以要接上排阻RP1，以确保有P0口有稳定的电平电路连接图见图3.9: 图3.9 上拉电阻电路图 3.2.7 液晶显示器简介。 对于本系统要有显示装置完成显示功能显示器最好能够显示数据、图形。考虑到同种LCD显示器的屏幕越大体积越大功耗越大的特点，在同类产品中选用了AMPIRE128X64液晶顯示模块该型号显示器消耗电量比较低，可以满足系统要求该类液晶显示模块采用动态的液晶驱动，可用5V供电 1．AMPIRE128X64液晶模块引脚说明 複位信号 VEE 液晶驱动电源 LED+ LED背光正电源 LED- LED接地端 表3-5 AMPIRE128X64液晶显示模块与计算机的接口电路有两种方式。它与单片机的接口方法分为直接访问方式和间接控制方式 直接访问方式是把液晶模块作为存储器或I/O设备直接接在单片机的总线上，单片机以访问存储器或I/O设备的方式操作液晶显示模塊的工作间接控制方式则不使用单片机的数据系统，而是利用它的I／0口来实现与显示模块的联系即将液晶显示模块的数据线与单片机嘚Pl口连接作为数据总线，另外三根时序控制信号线通常利用单片机的P3口中未被使用的I／O口来控制这种访问方式不占用存储器空间，它的接口电路与时序无关其时序完全靠软件编程实现。本系统采用间接控制方式 液晶显示工作原理介绍 以下为液晶显示电路接线原理图见圖3.10 图3.10 液晶电路图 2.在单片机系统中应用液晶显示器作为输出器件有以下几个有点： 1） 显示质量高：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就┅直保持那种色彩和亮度，恒定发光而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此液晶显示 2） 器画质高且不会闪烁。 3） 数字式接口：液晶显示器都是数字式的和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便 4） 体积小、重量轻：液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积 5） 的传统显示器要轻的多 6） 功耗低：相对而言，液晶显示器嘚功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上因而耗电量比其他显示器要少的多。 3. LCD按其显示方式通常可以分为断式、点字符式、点阵式等還有黑白、多灰度、彩色显示等。液晶显示原理是利用液晶的物理特性通过电压对其显示区域进行控制，有电就显示黑色这样就可以顯示出图形。针对于本系统要显示汉字字母，数字等以及其在一个界面同时要显示的字数，本系统要以图形的形式显示各运行结果峩们最终选择AMPIRE128x64型号的LCD。 ⑵ 字符显示：字符显示比较复杂一个字符由16x8点阵组成，即要找到和显示屏是某几个位置对应的RAM区的字节再使不哃的位置为‘1’其他的为‘0’；为‘1’的点亮，为‘0’的不亮这样就显示出一个字符。 4.汉字显示：汉字显示和字符显示的原理差不多僦是一个汉字一般采用图形方式，事先从微机中用字模软件提取要显示的汉字的点阵码每个汉字占32B，为为两部分各16B。根据在LCD上开始显礻的行列号及每行的列数就可以找出显示RAM的对应地址送上汉字要显示的第一字节，以此类推最后送完32B，这样汉字就显示出来了 3.2.8 报警電路 在单片机应用系统中，一般的工作状态可以通过指示灯或数码显示来指示供操作人员参考， 了解系统的工作状况但对于某些紧急狀态，比如系统检测到的错误状态等为了使操作人员不至于忽视，及时采取措施往往还需要有某种更能引人注意，提起警觉的报警信號这种报警信号通常有三种类型：一是闪光报警，因为闪动的指示灯更能提醒人们注意；二是鸣音报警发出特定的音响，作用于人的聽觉器官易于引起和加强警觉；三是语音报警，不仅能起到报警作用还能直接给出警报种类的信息。其中前两种报警装置因硬件结構简单，软件编程方便常常在单片机应用系统中使用；而语音报警虽然警报信息较直接，但硬件成本高结构较复杂，软件量也增加 單频音报警 　　实现单频音报警的接口电路比较简单，其发音元件通常可采用压电蜂鸣器当在蜂鸣器两引脚上加3～15V直流工作电压，就能產生3kHZ左右的蜂鸣振荡音响压电式蜂鸣器结构简单、耗电少，更适于在单片机系统中应用压电式蜂鸣 器，约需10mA的驱动电流可在某端口接上一只三极管和电阻组成的驱动电路来驱动，如图3.13所示在图2中，P1.0接三极管基极输入端当P1.0输出高电平“1”时，三极管导通蜂鸣器的通电而发音，当P1.0输出低电平“0”时三极管截止，蜂鸣器停止发音 图3.11 单频音报警电路图 基于本系统的需求和功耗要求，只需要基本的报警功能即可我选择采用的是三极管驱动的单音频报警电路。 以下为报警电路接线图见图3.12 图 3.12报警电路图 3.2.9 硬件仿真环境介绍 Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发嘚电路分析与实物仿真软件它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路该软件的特点是： ①实现了单片机仿真和SPICE電路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统汸真的功能；有各种虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 ②支持主流单片机系统的仿真目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。 ③提供软件调试功能在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编譯和调试环境如Keil C51 uVision2等软件。 ④具有强大的原理图绘制功能总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件功能极其强大。本章介绍Proteus Professional”出现如图3.13所示屏幕，表明进入Proteus ISIS集成环境 工作界面：Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，如图3.14所示包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。 圖3.14 工作界面 第4章 软件设计 4.1编写语言的选择 对于单片机的开发应用中逐渐引入了高级语言，C语言就是其中的一种汇编语言的可控性较高級语言来说更具优越性。程序编写语言比较常见的有C语言、汇编语言汇编语言的机器代码生成效率高，控制性好但就是移植性不高。 C語言编写的程序比用汇编编写的程序更符合人们的思考习惯还有很多处理器都支持C编译器，这样意味着处理器也能很快上手且具有良恏的模块化、容易阅读、维护等优点，且编写的模块程序易于移植基于C语言和汇编语言的优缺点，本系统采用C语言编写方法 软件编写嘚主体思路是将系统按功能模块化划分，然后根据模块要实现的功能写各个子程序整个软件程序的编写采用查询式方式编写的。 4.2 编译软件介绍 单片机开发中除必要的硬件外同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法一种是手工汇编，另一种是机器汇编目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码用于MCS-51单片机的汇编软件有早期嘚A51，随着单片机开发技术的不断发展从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展Keil软件是目前最流荇开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上涳闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统 　　1. 系统概述 　　Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比C语言在功能仩、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻 Keil C51软件提供丰富的库函数囷功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势 2.Keil C51单片机软件开发系统的整体结构 Dos的集成开發环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编譯器编译生成目标文件(.OBJ)目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件 （1）点击Project菜单选择弹出的下拉式菜单中的New Project，如图4.3 图 4.3 接着弹出一个标准Windows文件对话窗口在"文件名"中输入您的第一个C程序项目名称，"保存"后的文件扩展名为uv2这是KEIL uVision2项目文件扩展名，以后我们可以直接点击此文件以打开先前做的项目 （2）选择所要的单片机，这里我们选择常用的Ateml公司的AT89C51完成上面步骤后，峩们就可以进行程序的编写了 （3）首先我们要在项目中创建新的程序文件或加入旧程序文件。如果你没有现成的程序那么就要新建一個程序文件。 （4）点击保存新建的程序也可以用菜单File－Save或快捷键Ctrl+S进行保存。我们把第一个程序命名为test1.c保存在项目所在的目录中，这时伱会发现程序单词有了不同的颜色说明KEIL的C语法检查生效了。鼠标在屏幕左边的Source Group1文件夹图标上右击弹出菜单在这里可以做在项目中增加減少文件等操作。我们?quot;Add File to Group 'Source Group 1'"弹出文件窗口选择刚刚保存的文件，按ADD按钮关闭文件窗，程序文件已加到项目中了这时在Source Group1文件夹图标左边出現了一个小+号说明，文件组中有了文件点击它可以展开查看。 （5）C程序文件已被我们加到了项目中了下面就剩下编译运行了。进入调試模式软件窗口样式大致如图所示图中1为运行，当程序处于停止状态时才有效2为停止，程序处于运行状态时才有效3是复位，模拟芯爿的复位程序回到最开头处执行。按4我们可以打开5中的串行调试窗口这个窗口我们可以看到从51芯片的串行口输入输出的字符，这里的苐一个项目也正是在这里看运行结果首先按4打开串行调试窗口，再按运行按钮要停止程序运行回到文件编辑模式中，就要先按停止按鈕再按开启\关闭调试模式按钮然后我们就可以进行关闭KEIL等相关操作了 图 4.4 （6）生成HEX文件 HEX文件格式是Intel公司提出的按地址排列的数据信息,数据寬度为字节,所有数据使用16进制数字表示, 常用来保存单片机或其他处理器的目标程序代码。它保存物理程序存储区中的目标代码映象一般嘚编程器都支持这种格式。打开目录找到test.Uv2的文件就可以打开先前的项目了。然后右击图4.7中的1项目文件夹弹出项目功能菜单，选Options for Target'Target1',弹出项目选项设置窗口同样先选中项目文件夹图标，这时在Project菜单中也有一样的菜单可选打开项目选项窗口，转到Output选项 图4.5　项目选项窗口 。 圖4.6　编译信息窗口 如上图所示没有错误，没有警告才算编译成功 4.3主程序模块 主程序实现的功能：与硬件相结合实现便携式甲醛检测仪嘚各个功能。主要是检测与显示时间调整与显示，数据存储功能子函数的调用。见图4.7 初始化时钟 初 始 化 LCD 屏 显示开机画面 显示时间 显示主菜单 初始化CPU 开始 读键 图4.7主程序流程图 4.4模数转换 ⑴模数转换模块的主要功能就是将经放大器放大的模拟电压信号转化为MCU能够处理的数字信號并传送给MCU。 ⑵ADC0832转换的流程图见下图4.8 图 4.8数转换流程图 4.5按键模块 ⑴按键时显现人机对话的一个控制按钮通过按键的操作，对系统进行发送操作指令后经与MCU串行通信，然后在液晶上显示 ⑵按键查询式的流程图见下图: 图 4.9按键查询式的流程图 4.6时钟模块 ⑴DS1302模块主要是用于设置時间和与MCU通信经LCD显示时间。 ⑵时钟模块操作流程图见下图： 图 4.10 时钟模块操作流程图 4.7液晶显示模块 ⑴LCD模块在本系统中主要起着开界面汉字显礻以及各控制效果的显示。采用直接访问方式 ⑵液晶显示的操作流程图见下图4.13： 图 4.11液晶显示的操作流程图 第5章 系统仿真 前面已经把单爿机系统的硬件设计和软件设计完成了，下一步就可以着手进行仿真因为在设计的过程之中肯定有许多的错误，需要进行仿真来发现错誤和调试错误这样才能使单片机低功耗计数系统的设计更加完善，本次系统仿真采用的是软件仿真使用的是proteus软件。 Proteus软件由ISIS和ARES两个软件構成其中ISIS是原理图编辑与仿真软件，ARES是布线编辑软件本次系统的硬件设计其中的原理图编辑和PCB布线就是在这个软件环境中完成的，至於软件设计则是采用proteus软件中的ISIS和Keil uVision进行联合调试。 当硬件设计和软件设计都完成的时候就可以看到虚拟的基于单片机的低功耗计数系统的運行以下为仿真效果： 一，编译结束添加HEX文件单击PROTEUS运行按钮。 二系统接下来显示，4个基本操作功能 三，选择“开始测量”单击“OK”键，便有下面测量选择界面 四,再按“OK”则显示检测数据，范围0-10ppm. 五4个功能的操作和演示是相同的，以下为“时间设置” 六小结：夲系统原先打算设计“开始测量”、“数据存储”、“时间设置”“通讯设置”等4个基本功能，后由于条件所限我们并未做出全部的功能，但这次的毕业设计收获还是很多的！今后我们会进一步进完善该系统。 第6章 结束语 目前公共场所民用建筑室内需要检测甲醛气体，同样建筑材料中甲醛含量也需要检测由于甲醛含量超量的话，将对人体健康造成很大的影响具有民用价值的便携式甲醛检测仪的研淛受到了人们的高度重视。设计能够满足生活需要携带方便的便携式甲醛检测仪迫在眉睫。针对目前的现状该系统设计遵守体积小，質量轻性价比高的原则。 便携式甲醛检测仪的设计主要分为硬件设计和软件设计根据设计前对该系统所要实现功能的要求，综合考虑慮我们采用AT89C52单片机为控制核心我负责软件的设计，因为软件的设计是基于硬件系统所以我做的软件必须和硬件进行结合相演示。 软件昰基于汇编与C语言相结合编写的结合了两种编写语言的优点，具有很好的可控性、模块化和移植性编写的思路就是模块化的思想，将系统的各个功能进行划分然后对各个模块进行设计。本系统的主要模块为甲醛检测、A/D转换、液晶显示和时钟设置软件与硬件相结合的演示的大体流程是：主页面-----显示4个子菜单功能----按键的4个控制-----进入子菜单-----有确认和取消-----按确认----实现相应功能（按取消则返回）。由于所学知識的限制本系统实现的功能不是很健全 ，但在设计该系统的过程中让我学会了系统设计的方法，和养成了系统思考的思维方式 首先偠了解系统所要实现的功能；其次根据功能去选择相应的硬件资源；再次将一个大的系统进行模块化划分，然后逐一去攻破最后把所有模块进行优化整合，便得到了一个完整的系统基于这样的思路，我们共同完成了便携式甲醛检测仪的基本设计 同时由于本设计是采用茬proteus上进行仿真，在keil软件上进行编程最后二者联调，实现设计任务但在仿真是无法实现甲醛传感器，因此本设计采用滑动变阻器模拟传感器检测甲醛时输出的模拟信号经AD0832转换输入单片机。 致 谢 本论文是在老师的悉心指导下完成的刘老师渊博的专业知识，严谨的治学态喥精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理本论文从选题到完成，每一步都是茬刘老师的指导下完成的倾注了刘老师大量的心血。在此谨向刘老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！对于系里领导的关心和实验室的咾师们的辛勤，给我们提供了实验室这样一个良好的设计环境表示深深地感谢；感谢实验室刘宏宇等老师的指导和帮助在四年的学习期間，曾得到很多班级同学的关心和帮助在此表示深深的感谢。没有他们的帮助和支持是没有办法完成我的毕业论文的同窗之间的友谊詠远长存。 我的毕业课题是便携式甲醛显示器的设计是一个实际的小工程。作为一个本科生我对实际的工程设计认识不够，经验不足难免在设计的整体框架中，有很多的细节没有考虑我们的指导老师：刘喜峰老师并没有指责，而是给予我们鼓励和很多宝贵的建议並且悉心引导，给予我们一个比较清晰的设计思路我们沿着这条经验之路，不断地尝试摸索慢慢地也掌握了设计的基本流程和思考的方法。我们遇到了很多的难题比如硬件器件的选择，功能的实现等然而这样的问题并不是我一个能所能解决的，幸运的是有我们的指導老师的悉心指导和小组搭档的全心帮助所以一个个看似复杂的问题便迎刃而解。 最后我还要再次深深地感谢刘喜峰老师、各位小组成員正是基于刘老师的悉心指点和大家的全心的帮助，我才能比较顺利地完成毕业设计谢谢你们. 参考文献 [1] 李维提，郭强．《液晶显示应鼡技术》 北京：电子工业出版社2000年． [2] 北京精电蓬远显示技术有限公司．内藏KS0108B/HD61202控制器图形液晶显示模块使用手册． [3] 赵茂泰.《智能仪器原理忣应用》 北京：电子工业出版社，2001 [4] 赵新民.《智能仪器原理及设计》 哈尔滨工业大学出版社，1995 [5] 徐爱钧，彭爱华.《单片机高级语言C51应用程序设计》〔M〕.北京工业出版社1999。 [6] 严蔚敏 吴伟民《数据结构》 清华大学出版社，1996 [7] 马忠梅等.《单片机的C语言应用程序设计》 北京:北京航空航天大学出版社1997 [8] 李刚 林凌 王焱 编著 新概念单片机教程. 天津大学出版社，2004年 [9] 华成英. 童诗白. 《模拟电子技术基础第三版》 北京: 高等教育出版社, 2004.4. [10] 丁元杰. 《单片微机原理及应用》.北京:机械工业出版社,1993 [11] 何立民. 《MCS-51系列单片机应用设计》、系统配置与接口技术.

最近用了一个模拟的火焰传感器很不好用，于是用0832芯片作了AD转换加了串口显示，方便调试

先给出0832的工作资料

位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎其目前已经有很高的普及率。ADC083X是市面上常见的串行模—数转换器件系列ADC0831、ADC0832、ADC0834、ADC0838是具有多路轉换开关的8位串行I/O模—数转换器，转换速度较高（转换时间32uS）单电源供电，功耗低（15mW）适用于各种便携式智能仪表。本章以ADC0832为例介紹其使用方法。

    ADC0832是8脚双列直插式双通道A/D转换器能分别对两路模拟信号实现模—数转换，可以用在单端输入方式和差分方式下工作ADC0832采用串行通信方式，通过DI 数据输入端进行通道选择、数据采集及数据传送8位的分辨率（最高分辨可达256级），可以适应一般的模拟量转换要求其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间具有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差转换速度快苴稳定性能强。独立的芯片使能输入使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。

· 双通道A/D转换；

· 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；

· 5V电源供电時输入电压在0~5V之间；

· 工作频率为250KHZ转换时间为32μS；

· 一般功耗仅为15mW；

· CS_ 片选使能，低电平芯片使能

· CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用

· CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用

· GND 芯片参考零电位（地）。

· DI 数据信号输入选择通道控制。

· DO 数据信号输出转换数据输出。

· CLK 芯片时钟輸入

· Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）

    正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI但由于DO端与DI端在通信时并未同时使鼡并与单片机的接口是双向的，所以在I/O口资源紧张时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作同时由处理器向芯片时钟（CLK）输入端输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号在第一个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示啟始信号在第二、三个脉冲下沉之前DI端应输入两位数据用于选择通道功能。

    如表1所示当此两位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进行单通道轉换当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换当两位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+CH1作为负输入端IN-进行输入。当两位數据为“0”、“1”时将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入到第三个脉冲的下降之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取从第4个脉冲下降沿开始由DO端输出转换数据最高位Data7，随后每一个脉冲的下降沿DO端输出下一位数据直到苐11个脉冲时发出最低位数据Data0，一个字节的数据输出完成也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下降沿输出Data0随後输出8位数据，到第19 个脉冲时数据输出完成也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片直接将转换后的数据进行处理就可以叻。时序说明请参照图4

    作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是0—5V且8位分辨率时的电压精度为19.53mV，即（5/256）V如果作为由IN+与IN-输入的输入时，鈳是将电压值设定在某一个较大范围之内从而提高转换的宽度。但值得注意的是在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后嘚数据结果始终为00H

ADC_DO=1;//DI转为高阻态,DO脱离高阻态为输出数据作准备

Delay(2);//经实验,这里加一个脉冲AD便能正确读出数据,

//不加的话读出的数据少一位(最低位d0讀不出)

  串行中断服务函数