畢業設計-基于單片機的便攜式甲醛檢測儀的控制系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 細介紹 如下 表 23： (3)測量電路 測量電路由 CH20/S10 甲醛傳感器， ADC0832 組成。 甲醛傳感器由甲醛探頭和 CH20 傳感器組成。當空氣被內部的采樣系統吸收后，產生一個與甲醛濃度成正比的電壓信號， 該電壓信號經 AD0832 與 AT89C52 單片機相連，在顯示器上顯示出甲醛的濃度值，當超過國家規定的標準時報警。 廣西工學院電子信息與控制工程系測控技術與儀器專業 畢業設計（論文） 13 表 23 傳感器參數表 模數轉換的選擇與簡介 （ 1） 實現 A/D 轉換的基本方法很多，有計數法、逐次逼近法、雙斜積分法和并行轉換法。由于逐次逼近式 A/D 轉換具有速度，分辨率高等優點，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 轉換器。逐次逼近型ADC 包括 1個比較器、一個模數轉換器、 1 個逐次逼近寄存器（ SAR）和 1個邏輯控制單元。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 位轉換，依次類推 ,轉換完成后，輸出二進制數。這類型 ADC 的分辨率和采樣速率是相互牽制的。優點是分辨率低于 12位時，價格較低，采樣速率也很好。 （ 2） 由于 ADC0832 模數轉換器具有 8位分辨率、雙通道 A/D 轉換、輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容、 5V 電源供電時輸入電壓在 0～ 5V 之間、工作頻率為250KHZ 、轉換時間為 32微秒、一般功耗僅為 15MW 等優點，適合本系統的應用，所以我們采用 ADC0832 為模數轉換器件。電路圖 見圖 27如下： 名稱 甲醛傳感器 CH2O/S10: 測量范圍 0 10 ppm 最大負荷 50ppm 工作壽命 空氣中 3年 輸 出 1200177。300nA/ppm4 20mA(甲醛模塊 ) 分辨率 ppm 溫度范圍 20℃ to 45℃ 壓力范圍 大氣壓 177。10% 響應時間 (T 90) 〈 50 seconds 濕度范圍 20℃ to 45℃ 零點輸出 (純凈空體， 20℃ ) 〈 ppm 最大零點漂移 (20℃ to 40℃ ) ppm 長期漂移 〈 2% /每月 推薦負載值 10Ω 線性度輸出 線性 重 量 約 32克 廣西工學院電子信息與控制工程系測控技術與儀器專業 畢業設計（論文） 14 圖 27模數轉換電路圖 （ 3） ADC0832 具有以下特點： ① 8 位分辨率； ② 雙通道 A/D 轉換； ③ 輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容； ④ 5V 電源供 電時輸入電壓在 0~5V 之間； ⑤ 工作頻率為 250KHZ，轉換時間為 32μS ； ⑥ 一般功耗僅為 15mW； ⑦ 8P、 14P— DIP（雙列直插）、 PICC 多種封裝； ⑧ 商用級芯片溫寬為 0176。C to +70176。C ，工業級芯片溫寬為 ?40176。C to +85176。C ； 芯片接口說明： ① CS_片選使能，低電平芯片使能。 ② CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 ③ CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用。 ④ GND 、 芯片參考 0電位（地）。 ⑤ DI 數據信號輸入，選擇通道控制。 ⑥ DO 數據信號輸出，轉換數據輸出。 ⑦ CLK 芯片時鐘輸入。 ⑧ Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復用）。 廣西工學院電子信息與控制工程系測控技術與儀器專業 畢業設計（論文） 15 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉換芯片，其最高分辨可達 256級，可以適應一般的模擬量轉換要求。其內部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。芯片轉換時間僅為 32μS ，據有雙數據輸出可作為數據校驗，以減少數據誤差，轉換速度快且穩定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過 DI 數據輸入端，可以輕易的實現通道功能的選擇。 單片機對 ADC0832 的控制原理： 正常情況下 ADC0832 與單片機的接口應為 4條數據線，分別是 CS、 CLK、 DO、DI。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并聯在一根數據線上使用。當 ADC0832 未工作時其CS 輸入端應為高電平，此時芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任意。當要進行A/D 轉換時，須先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數 據信號。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。在第 3個脈沖下沉之前 DI端應輸入 2 位數據用于選擇通道功能 。 （ 4） 測量量程 本系統的量程為 010ppm。 由于我所使用的是 8 位 ADC0832,所以本系統的精度為： 10ppm/256=。 按鍵選擇與簡介 （ 1） 本系統應用有人機對話功能，該功能即能隨時發出各種控制命令和數據輸入以及和 LCD 連接顯示運行狀態和運行結果。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。由于本系統只有 UP、DOWN、 OK、 CANCEL4個控制命令，所需按鍵較少，所以本系統選擇獨立式按鍵。電路圖 見圖 28： 廣西工學院電子信息與控制工程系測控技術與儀器專業 畢業設計（論文） 16 圖 28按鍵電路圖 （ 2） 獨立式按鍵是直接用 I/O 口線構成的單個按鍵電路。每個獨立式按鍵占有一根 I/O 口線。各根 I/O 口線之間不會相互影響。在此電路中，按鍵輸入部采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時， I/O 口線有確定的高電平，（ 口內部接有上拉電阻）所以就不需要再外接上拉電阻。 （ 3） 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。 ①硬件削抖是采用硬件電 路的方法對鍵盤的按下抖動及釋放抖動進行削抖，經過削抖電路后使按鍵的電平信號只有兩種穩定狀態。 ②軟件削抖的基本原理是當檢測出鍵盤閉合時，先執行一個延時子程序產生數毫秒的延時，待接通時的前沿抖動消失后再判別是否有健按下。當按鍵釋放時，也要經過數毫秒延時，待后沿抖動消失后再判別鍵是否釋放。 ③由于應用硬件削抖還需要外加器件，成本相對較高，所以本系統選擇軟件延時削抖的方法。 外圍擴充存儲器 基于 AT89C52 單片機具有 8KB 的程序存儲器（ ROM）， 256B 的數據存儲器（ RAM），由于考慮到本系統的數據處 理與存儲所需的容量，現在需要擴充存儲器的容量。在應用中要保存一些參數和狀態，據了解基于 EEPROM 的存儲芯片是一種很好的選擇。我們選定了 AT24C128 存儲器。電路圖 見圖 29： 廣西工學院電子信息與控制工程系測控技術與儀器專業 畢業設計（論文） 17 圖 29外圍擴充存儲電路圖 時鐘芯片選擇與簡介 因為此系統需要記錄測量發生的時間，所以需要時鐘芯片來記錄不同人在不同時間的監測數據，因此我們在系統中加入了時鐘芯片。對時鐘芯片的要求首先是低功耗，其次是編程簡單，縮短程序開發時間，實際上也就縮短了系統 用于實際生產所用的開發周期以及成本，在本系統，我們選擇了 DS1302時鐘芯片。 （ 1） 我們時鐘電路選擇的芯片是 DS1302，其內含一個實時時鐘 /日歷和 31字節靜態 RAM，可以通過串行接口與單片機通信。而通信時，僅需要 3個口線：① RES（復位）， ② I/O 數據線， ③ SCLK（串行時鐘）。時鐘 /RAM 的讀 /寫數據以一字節或多達 31 字節的字符組方式通信。其工作時功耗很低，廣泛應用于電話，傳真，便攜式儀器等產品領域。 （ 2） 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 ，還有閏年的調整能力；讀 /寫時鐘或 RAM 數據時，有單字節和多字節傳送兩種方式；與 DS1202/TTL 兼容。 （ 3） DS1302 引腳概述： X1， X2； 振蕩源，外接 晶振； SCLK：串行時鐘輸入端。 （ 4） 日歷、時鐘寄存器與控制字對照表、日歷、時鐘寄存器命令字、取值范圍以及各位內容對照表。 見表 24： 廣西工學院電子信息與控制工程系測控技術與儀器專業 畢業設計（論文） 18 表 24時鐘控制字對照表 （ 5） DS1302 數據輸入 /輸出時序 數據輸入是在輸入寫命令字的 8 個 SCLK 周期之后， 在接下來的 8 個 SCLK 周期中的每個脈沖的上升沿輸入數據，數據從 0 位開始。如果有額外的 SCLK 周期，它們將被忽略。 數據輸出是在輸出命令字的 8個 SCLK 周期之后，在接下來的 8個 SCLK 周期中的每個脈沖的下降沿輸出數據，數據從 0位開始。需要注意的是，第一個數據位在命令字節的最后一位之后的第一個下降沿被輸出。 只要 RST保持高電平，如 果有額外的 SCLK周期，將重新發送數據字節，即多字節傳送。其電路圖 見圖 210： 寄存器名 命令字 取值 范圍 各位內容 寫操作 讀操作 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 時寄存器 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 寫保護寄存器 8EH 8FH WP 0 0 0 0 慢充電寄存器 90H 91H TCS TCS TCS TCS DS DS RS RS 時鐘突發寄存器 BEH BFH 廣西工學院電子信息與控制工程系測控技術與儀器專業 畢業設計（論文） 19 圖 210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 口有穩定的電平。電路連接圖 見圖 311： 圖 211上拉電阻電路圖 廣西工學院電子信息與控制工程系測控技術與儀器專業 畢業設計（論文） 20 液晶顯示器簡介 對于本系統要有顯示裝置完成顯示功能。顯示器最好能夠顯示數據、圖形。考慮到同種 LCD顯示器的屏幕越大體積越大，功耗越大的特點，在同類產品中選用了 AMPIRE128X64液晶顯示模塊。該型號顯示器消耗電量比較低，可以滿足系統要求。該類液晶顯示模塊采用動態的液晶驅動，可用 5V供電。 （ 1） AMPIRE128X64液晶模塊引腳說明 AMPIRE128X64液晶共有 22個引 腳， 引腳說明如 表 25所示： 表 25液晶引腳說明圖 AMPIRE128X64 液晶顯示模塊與計算機的接口電路有兩種方式。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。直接訪問方式是把液晶模塊作為存儲器或 I/O 設 備直接接在單片機的總線上，單片機以訪問存儲器或 I/O設備的方式操作液晶顯示模塊的工作。間接控制方式則不使用單片機的數據系統，而是利用它的 I／ 0 口來實現與顯示模塊的聯系。即將液晶顯示模塊的數據線與單片管腳名稱 管 腳 定 義 /CSA 片選 1 /CSB 片選 2 VSS 數字地 VDD 邏輯電源 +5V V0 對比度調節 R/S 指令數據通道 R/W 讀寫選擇 E 使能選擇 DB0DB7 數據線 CS1 片選 1 CS2 片選 2 /RES 復位信號 VEE 液晶驅動電源 LED+ LED背光正電源 LED LED接地端 廣西工學院電子信息與控制工程系測控技術與儀器專業 畢業設計（論文） 21 機的 Pl 口連接作為數據總線，另外三根時序控制信號線通常利用單片機的 P3口中未被使用的 I／ O 口來控制。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，其時序完全靠軟件編程實現。本系統采用間接控制方式。 液晶顯示工作原理介紹 以下為液晶顯示電路接線原理圖 見圖 21 圖