基于52单片机的甲醛检测仪课程设计(编辑修改稿)

基于52单片机的甲醛检测仪课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

为 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 17 输入在 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的数据信号。 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 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 010ppm。 由于我所使用的是 8位 ADC0832,所以本系统的精度为： 10ppm/256=。 按键选择与简介 ⑴ 本系统应用有人机对话功能，该功能即能随时发出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和非编码两种。 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 ： 18 图 按键电路图 ⑵ 独立式按键是直接用 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有效，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，经过削抖电路后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。 外围扩充存储器 基于 AT89C52 单片机具有 8KB 的程序存储器（ ROM）， 256B 的数据存储器（ 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 ： 19 图 外围扩充存储电路图 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，广泛应用于电话，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，还有闰年的调整能力；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 32。 768KHZ 晶振； SCLK：串行时钟输入端。 20 ⑷ 日历、时钟寄存器与控制字对照表、日历、时钟寄存器命令字、取值范围以及各位内容对照表。 见表 34。 表 34 时钟控制字对照表 ⑸ DS1302 数据输入 /输出时序 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。 需要注意的是，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，如寄存器名 命令字 取值 范围 各位内容 写操作 读操作 7 6 5 4 3～ 0 秒寄存器 80H 81H 00～ 59 CH 10SEC SEC 分寄存器 82H 83H 00～ 59 0 10MIN MIN 时寄存器 84H 85H 01～ 12 00～ 23 12/24 0 10/（ A/P） HR HR 日寄存器 86H 87H 01～ 28，2 31 0 0 10DATE DATE 月寄存器 88H 89H 01～ 12 0 0 0 10M MONTH 周寄存器 8AH 8BH 01～ 07 0 0 0 0 DAY 年寄存器 8CH 8DH 01～ 99 10YEAR YEAR 写保护寄存器 8EH 8FH WP 0 0 0 0 慢充电寄存器 90H 91H TCS TCS TCS TCS DS DS RS RS 时钟突发寄存器 BEH BFH 21 果有额外的 SCLK 周期，将重新发送数据字节，即多字节传送。 其电路图见图 ： 图 时钟电路图 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 口外接线路有确定的高电平，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 : 图 上拉电阻电路图 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液晶显示模块。 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 22 AMPIRE128X64 液晶共有 22 个引脚，其引脚说明如表 35所示 ： 表 35 液晶引脚说明图 管脚名称 管 脚 定 义 /CSA 片选 1 /CSB 片选 2 VSS 数字地 VDD 逻辑电源 +5V V0 对比度调节 R/S 指令数据通道 R/W 读写选择 E 使能选择 DB0DB7 数据线 CS1 片选 1 CS2 片选 2 /RES 复位信号 VEE 液晶驱动电源 LED+ LED 背光正电源 LED LED 接地端 表 35 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块的工作。 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的 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图 23 图 液晶电路图 ： 1） 显示质量高：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一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，液晶显示器的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。 还有黑白、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，这样就可以显示出图形。 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，我们最终选择 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 24 几个位置对应的 RAM 区的字节，再使不同的位置为‘ 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。 ：汉字显示和字符显示的原理差不多，就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 上开始显示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。 报警电路 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。 但对于某些紧急状态，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，提起警觉的报警信号。 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，作用于人的听觉器官，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构简单，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。 单频音报警 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，就能产生 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 所示。 在图 2 中， 接三极管基极输入端，当 输出高电平 “1” 时，三极管导通，蜂鸣器的通电而发音，当 输出低电平 “0”时，三极管截止，蜂鸣器停止发音。 25 图 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 图 硬件仿真环境介绍 Proteus ISIS 是英国 Labcenter 公司开发的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 电路仿真相结合。 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 系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波。