《基于單片機氧氣濃度測與控制的設計畢業(yè)論文1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于單片機氧氣濃度測與控制的設計畢業(yè)論文1（39頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 本科畢業(yè)論文（設計） 題 目:基于單片機氧氣濃度測與控制的設計 院 系：電子與通信工程學院 專 業(yè)：電子信息科學與技術(shù) 姓 名： 學 號：090605402032 指導教師： 教師職稱：副教授 填寫日期：2013年 4月 26 日 摘 要 目前隨著煤炭事業(yè)的發(fā)展的需要，對安全的要求越來越嚴格了，為此，煤礦里氧氣濃度的測量與控制成了安全生產(chǎn)的重要措施。對可能造成災害的各種有毒氣體和礦塵進行嚴格控制，一旦有不良情況，在第一時間處理，減少曠工安全事故，提高煤炭的生產(chǎn)效益。 本論文介紹基于AT89S52單片機的一種便攜式氧氣濃度檢測儀的設計與實現(xiàn)。用電化學式氧化鋯傳感器首先氧氣濃度信號轉(zhuǎn)為電流信號，

2、經(jīng)調(diào)理放大后傳送到單片機AT89S52，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，再進行串口輸出和現(xiàn)場LED顯示。本系統(tǒng)主要用于空氣中氧氣濃度的檢測，并進報警。采用嵌入式串/網(wǎng)口轉(zhuǎn)換器將異步串行485通信信號轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡信號，通過局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)進行有線網(wǎng)絡傳輸，以達到遠程監(jiān)測和本地顯示的目的。關(guān)鍵詞：AT89S52單片機；氧化鋯；報警AbstractIn order to prevent accidents, protect the health and safety of miners, to promote the development of production, improve the economic be

3、nefits of coal enterprises to deal with underground weather detection, timely and accurate on a variety of disasters may cause some harmful gas and mineral dust testing and strict control, in the event of disaster, ambulance personnel in distress and handling accident must be timely. All of these ne

4、ed to have the appropriate testing equipment and ambulance equipment.This paper introduces the Design and Implementation of 89S52 microcontroller - based portable oxygen concentration detector. The electrochemical reaction of oxygen sensor first oxygen concentration signal into a current signal cond

5、itioning zoom send to the microcontroller 89S52 , after A / D converter , serial output and on-site LED display . Embedded string / network port convert asynchronous serial 485 signals into the network signal, the cable network transmission via LAN or the Internet in order to achieve the remote moni

6、toring purposes. This system is mainly used to detect airborne oxygen concentration, and test data for both local and remote display, while also measuring the maximum distance set, transfinite live audio alarm. Management software achieves the displaying and testing of historical data. The instrumen

7、t measuring circuit is versatile, suitably adjust parameters can be achieved on the measurement of gas with different gas sensors.Keywords: Single-chipAT89S52; Zirconia; Alarm 目 錄前 言1第一章 課題的基本介紹2第一節(jié) 氧氣濃度檢測的背景和意義2第二節(jié) 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2第三節(jié) 主要研究的內(nèi)容4第二章 氧氣濃度測量控制系統(tǒng)的確定5第一節(jié) 氧氣濃度測量控制系統(tǒng)硬件設計5一、氧化鋯傳感器的選擇6二、氧值的運算及輸出

8、6第二節(jié) ADC0809轉(zhuǎn)換器7一 ADC0809的說明7二、ADC0809應用說明8三、主要特性8四、內(nèi)部結(jié)構(gòu)9五外部特性（引腳功能）9第三節(jié) AT89C52單片機的選擇10第四節(jié) 單片機最小系統(tǒng)的設計12第五節(jié) 顯示電路的設計13第六節(jié) 時鐘芯片的選擇與設計13第六節(jié) 電源的設計16第三章 軟件設計17第一節(jié) 軟件結(jié)構(gòu)設計17第二節(jié) 主程序模塊的設計17第三節(jié) 模數(shù)轉(zhuǎn)換的設計18第四節(jié) 時鐘設計19總 結(jié)21致 謝22參考文獻23附錄24 前 言 氧氣濃度的測量與控制設備是由氧氣傳感器，A/D轉(zhuǎn)換器，單片機等模塊組成的檢測系統(tǒng)。在當前，在我國的煤礦開采中大多數(shù)在井下進行開采，國家重點煤礦也

9、基本屬于瓦斯礦井。煤礦生產(chǎn)是地下作業(yè)，自然條件和生產(chǎn)條件都復雜，在采掘過程中出現(xiàn)的瓦斯涌出、煤塵飛揚、自然發(fā)火等都有可能造成嚴重事故。為了防止事故發(fā)生，保障礦工的健康和安全，促進生產(chǎn)發(fā)展，提高煤炭企業(yè)的經(jīng)濟效益，應對井下的氣象進行檢測，對可能造成災害事故的各種有的害氣體及礦塵進行及時而準確的檢測和嚴格控制，一旦發(fā)生災變，必須及時救護遇難人員和處理事故。所有這些都需要有相應的檢測儀器和救護裝備。 本論文介紹基于AT89S52單片機的一種便攜式氧氣濃度檢測儀的設計與實現(xiàn)。用電化學式氧化鋯傳感器首先把氧氣濃度信號轉(zhuǎn)為電流信號，經(jīng)調(diào)理放大后傳送到單片機AT89S52，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，再進行串口輸出和

10、現(xiàn)場LED顯示。本系統(tǒng)主要用于空氣中氧氣濃度的檢測，并進報警。采用嵌入式串/網(wǎng)口轉(zhuǎn)換器將異步串行485通信信號轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡信號，通過局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)進行有線網(wǎng)絡傳輸，以達到遠程監(jiān)測和本地顯示的目的。 本畢業(yè)論文主要通過對氧氣濃度的測量與控制系統(tǒng)的設計，掌握電子系統(tǒng)的一般設計方法，熟悉常用元器件，對所學專業(yè)知識進一步強化，了解電路設計的基本方法，培養(yǎng)綜合應用所學理論知識來指導設計的能力。第1章 課題的基本介紹第1節(jié) 氧氣濃度檢測的背景和意義 在我國的煤礦開采中大多數(shù)在井下進行開采，國家重點煤礦也基本屬于瓦斯礦井。煤礦安全規(guī)程第一百條規(guī)定，采掘工作面的進風流中，氧氣濃度不得低于百分之二十。空氣中含有氮

11、氣，二氧化碳和氧氣三種主要成分，氧氣占21%，人們一直在這種條件下呼吸氧氣。實際適當提高一些氧氣含量人們機體的感覺會更好。40%-80%，然后加入少量二氧化碳氣體，可以使機體感到非常舒適。 煤礦生產(chǎn)是地下作業(yè)，自然條件和生產(chǎn)條件都復雜，在采掘過程中出現(xiàn)的瓦斯涌出、煤塵飛揚、自然發(fā)火等都有可能造成嚴重事故。為了防止事故發(fā)生，保障礦工的健康和安全，促進生產(chǎn)發(fā)展，提高煤炭企業(yè)的經(jīng)濟效益，應對井下的氣象進行檢測，對可能造成災害事故的各種有的害氣體及礦塵進行及時而準確的檢測和嚴格控制，一旦發(fā)生災變，必須及時救護遇難人員和處理事故。所有這些都需要有相應的檢測儀器和救護裝備。 對煤礦井下氧氣濃度連續(xù)檢測是現(xiàn)

12、代煤礦生產(chǎn)中必不可少的重要工作。鑒于傳統(tǒng)的模擬式氧氣濃度報警儀精度不高且不能數(shù)字顯示, 由于井下空氣中的含氧氣量不易控制，所以設想研制出一種由單片機控制的氧氣濃度檢測系統(tǒng)。第2節(jié) 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 最近幾年接連發(fā)生了多起礦井安全事故，事故的結(jié)果觸目驚心，因此通過強化管理，提高通風、氧氣及甲烷濃度檢測監(jiān)控水平，已成為中小型煤礦檢測監(jiān)控的最迫切的任務之一。實踐證明，煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)對保障煤礦安全生產(chǎn)，提高煤礦生產(chǎn)率，提高煤礦自動化程度以及促進煤礦管理現(xiàn)代化水平，都有著舉足輕重的作用。 生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)雖在國內(nèi)已有生產(chǎn)和應用，但還沒有一種真正適合于中小型煤礦使用的產(chǎn)品，我國從八十年代初期

13、開始引進煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)，歷經(jīng)了直接引進、消化吸收、仿制配套、自主開發(fā)的過程，但迄今為止的產(chǎn)品大多都是面對大型礦井設計的，而且自身尚有一些有待解決的問題，如: （1）造價高，系統(tǒng)最基本的配置過于龐大，運行費用大；（2）傳感器測量穩(wěn)定性差，調(diào)校頻繁，壽命短；（3）系統(tǒng)安裝、維護復雜，操作不便，人機界面較差；（4）系統(tǒng)設備可靠性差；（5）必須依賴專業(yè)的維護隊伍，對人員技術(shù)，素質(zhì)有較高的要求。 目前市面上流行的AT-B-O2便攜式氧氣檢測報警儀，可在工業(yè)環(huán)境中連續(xù)檢測氧氣濃度。采用進口電化學傳感器，先進穩(wěn)定的電路設計，整機性能居國內(nèi)領(lǐng)先水平。高音量蜂鳴器報警，可以使用戶在各種惡劣環(huán)境中及時有效地

14、得到儀器報警信號。 Honeywell Impulse XP的性能更加完善。它裝有高級傳感器，可以測量更多種類的毒氣體。小巧精致的外觀適合更多數(shù)用戶的需要。緊湊的外形設計易于維護是此款機型的最本質(zhì)特點。報警時XP發(fā)出響亮的聲音和超亮的燈光警報。標準配置還具有振動報警功能，以便在嘈雜的環(huán)境使用時引起使用者的注意。Honeywell Impulse XP性能穩(wěn)定可靠，讀數(shù)準確，抗電池干擾。另外它還有持續(xù)顯示氣體濃度值.顯示15分鐘和8小時平均值.兩級報警和峰值鎖定的功能。由于使用了溫度校正和抗中毒傳感器。XP確定保反復測量時具有高精確度。運行成本低廉。內(nèi)置的衰減補償電池將兩次校正間的時間延長至12

15、個月，常用的傳感器壽命大于兩年，電池壽命三年，操作費用減至最低。電池和傳感器更換容易。 PortaSensII便攜式氣體檢測儀能在現(xiàn)場檢測環(huán)境空氣中的有毒有害氣體，可用于環(huán)境應急監(jiān)測、職業(yè)衛(wèi)生場所有毒有害氣體檢測、石化企業(yè)安全檢測以及儲運、泄露檢測等。該儀器最出色的特點是它能通過更換相應傳感器模塊檢測多種類型的氣體，即不需為每 種類型的氣體分別購買單獨的主機，一臺檢測儀與不同的傳感器結(jié)合使用，就能檢測超過30種不同的氣體，傳感器可以即插即用，不需再次校準。檢測量程可在最大量程和最小量程范圍之間任意可調(diào)，可以根據(jù)檢測的需要自由設置量程。通過一個RS-232 接口和專用接口電纜及專用軟件，儀器可對

16、電腦進行上傳和下載數(shù)據(jù)。 此外還有固定式氧氣檢測探頭，數(shù)字顯示型氧氣檢測探頭以及法國奧德姆氧氣檢測探頭等。第3節(jié) 主要研究的內(nèi)容 儀器的設計，本著簡明、科學、實用的原則，力求從整體出發(fā)，從實際使用出發(fā)，突出系統(tǒng)的可靠性、免維護、免培訓等特點和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡明和完整性，把對操作人員的專業(yè)技術(shù)要求降到最低，發(fā)揮系統(tǒng)整體設計的優(yōu)勢，使系統(tǒng)整體性能達到最佳，功能強大而操作簡單，測量精確而維護方便。在系統(tǒng)設計中，應充分應用近年來發(fā)展起來的各種新技術(shù)、新器件、新方法，在保證各項性能指標能夠滿足系統(tǒng)各方面要求的前提下，力求簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，提高可靠性和穩(wěn)定性。作為一種完整的氧氣濃度監(jiān)控系統(tǒng)，它至少應具備以下

17、設備和功能:1.氣體傳感器:能感知環(huán)境中氧氣濃度的一種敏感元件，它能將與氣體種類和濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號。 a,監(jiān)測要素的采集，轉(zhuǎn)換； b,轉(zhuǎn)換后電信號的處理，加工；2.顯示單元：根據(jù)測量信號，由單片機將待顯示的數(shù)據(jù)按相應方式進行數(shù)據(jù)傳輸送給顯示處理模塊顯示與儀表。3.聲光報警單元：當檢測氣體濃度超出設定報警值時，發(fā)出聲光報警。4.通訊單元：將采集數(shù)據(jù)通過通訊方式進行數(shù)據(jù)通訊。5.數(shù)據(jù)采集分析軟件：編寫串口通訊軟件，實現(xiàn)氣體數(shù)據(jù)的采集，分析以及保存。 第2章 氧氣濃度測量控制系統(tǒng)的確定 在目前檢測氧濃度的方法中，有很多的方法都可以檢測到氧氣濃度，比如電化學、順磁氧、氧化鋯方法及超聲波流量濃

18、度檢測法。本論文主要完成氧氣檢測儀軟件和硬件設計，采用單片機為控制核心，以實現(xiàn)一氧化碳檢測儀的基本控制功能。系統(tǒng)主要功能內(nèi)容包括：信號采集、信號放大、A/D轉(zhuǎn)換器程序、控制程序、超標報警、數(shù)據(jù)顯示等。 第1節(jié) 氧氣濃度測量控制系統(tǒng)硬件設計 硬件設計部分主要包括：單片機、A/D轉(zhuǎn)換器、運算放大器、顯示屏、蜂鳴器等芯片的選擇。硬件電路設計，數(shù)據(jù)采集，模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，顯示電路，報鳴電路設計等功能模塊如圖2-1。數(shù)字顯示單片機AT89C52信號采集 信號放大報警電路A/D轉(zhuǎn)換 圖21 硬件結(jié)構(gòu)框圖1、 氧化鋯傳感器的選擇 氧化锫測氧是利用氧化鋯濃差電池原理來測定氣體中氧含量的電化學分析方法。如圖l所示，

19、測氧系統(tǒng)的氧敏感元件氧化鋯元件是由氧化釔或氧化鈣穩(wěn)定的氧化鋯材料組成。在高溫條件下，它是良好的氧離子導體。在理想狀態(tài)下，當氧化鋯元件內(nèi)、外電極表面氧含量不同時便形成一個氧濃差電池，產(chǎn)生電池電動勢。電池電動勢與氧濃度的關(guān)系符合能斯特方程： 式中: P x 為氧分壓, 反映氧氣濃度的大小; R 為氣體常數(shù); F為法拉第常數(shù); P a 為參考氣體中的氧分壓, 可以事先用標準儀器測定。Px 值與設定值進行比較, 可以確定是否啟動或停止換氣扇。氧化锫測氧是利用氧化鋯濃差電池原理來測定氣體中氧含量的電化學分析方法。如圖2-2所示，測氧系統(tǒng)的氧敏感元件氧化鋯元件是由氧化釔或氧化鈣穩(wěn)定的氧化鋯材料組成。在高溫

20、條件下，它是良好的氧離子導體。在理想狀態(tài)下，當氧化鋯元件內(nèi)、外電極表面氧含量不同時便形成一個氧濃差電池，產(chǎn)生電池電動勢。2、 氧值的運算及輸出 氧量及溫度毫伏信號經(jīng)過放大后與室溫信號一同進入通道選擇器，由AD轉(zhuǎn)換模塊循環(huán)選擇進行轉(zhuǎn)換，中央處理單元MCU讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并計算相應溫度及氧量值。MCU計算結(jié)果一路經(jīng)光電耦合隔離后進入DA轉(zhuǎn)換變?yōu)槟M信號。再經(jīng)過VI轉(zhuǎn)換變?yōu)?mA20mA和010mA電流信號輸出：另一路MCU輸出串行輸入到顯示驅(qū)動專用集成模塊后控制4位LED顯示測量結(jié)果。 圖2-2 氧化鋯氧濃差電池原理第2節(jié) ADC0809轉(zhuǎn)換器ADC0809是M美國國家半導體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通

21、道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應用最廣泛的8位通用A/D芯片。一 ADC0809的說明 ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。 ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當OE端為高電平時，才可以從三

22、態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線：4條 。 ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道模擬量輸入轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表2-3所示。數(shù)字量輸出及控制線：11條。 ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。當ST到上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進

23、行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7D0為數(shù)字量輸出線。 CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。2、 ADC0809應用說明 （1）ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機直接相連。 （2）初始化時，使ST和OE信號全為低電平。 （3

24、）送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 （4）在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。 （5）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號來判斷。 （6）當EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。 三、主要特性 （1）8路輸入通道，8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 （2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?（3）轉(zhuǎn)換時間為100s(時鐘為640kHz時)，130s（時鐘為500kHz時） （4）單個5V電源供電 （5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點和滿刻度校準。 （6）工作溫度范圍為-4085攝氏度 （7）低功耗，約15mW。 四、內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次

25、逼近式AD轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1322所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近 五外部特性（引腳功能）ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖1323所示。下面說明各引腳功能。 IN0IN7：8路模擬量輸入端。 2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START： AD轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。 EOC： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當A

26、D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基準電壓。 Vcc：電源，單一5V。 CBA 通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN5111IN6 圖2-3 通道選擇第3節(jié) AT89C52單片機的選擇 本系統(tǒng)采用AT89C52單片機。而目前世界上較為著名的8位單片機的生產(chǎn)廠家和主要機型如下： 美國Intel公司：MCS51系列及其增強型系

27、列； 美國Motorola公司：6801系列和6805系列； 美國atmel公司：89C51等單片機； 美國Zilog公司：Z8系列及SUPER8； 美國Fairchild公司：F8系列和3870系列； 美國Rockwell公司：6500/1系列； 美國TI（德克薩司儀器儀表）公司：TMS7000系列； NS（美國國家半導體）公司：NS8070系列等等。 盡管單片機的品種很多，但是在我國使用最多的還是Intel公司的MCS52系列單片機和美國Atmel公司的89C52單片機。 MCS51系列單片機包括三個基本型8031、8051、8751。 本系統(tǒng)采用AT89C52單片機為控制核心。而相比之下

28、52型功能更為強大，ROM和RAM存儲空間更大，52還兼容51指令系統(tǒng)。基于本系統(tǒng)設計內(nèi)容的需要，綜合考慮后，我們選擇單片機ATME公司的AT89C52為控制核心；主要基于考慮AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8KB的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、6個中斷源；時鐘頻率024MHz；器件采用高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，并兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，功能強大。 AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8K bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和256K

29、 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器和FLASH存儲單元，功能強大，AT89C52單片機適合于許多較為復雜控制應用場合。 圖2-4 AT89C52引腳圖 主要性能參數(shù)：與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容；8K字節(jié)可重擦寫FLASH閃存存儲器；1000次寫/擦循環(huán)；時鐘頻率：0Hz24MHz；三級加密存儲器；256字節(jié)內(nèi)部RAM；32個可編程I/O口線；3個16位定時/計數(shù)器；6個中斷源；可編程串行UART通道。第4節(jié) 單片機最小系統(tǒng)的設計 采用AT89C52來設計一個

30、單片機系統(tǒng)能運行起來的需求最小的系統(tǒng)，電路圖見圖2-5： 圖2-5 單片機最小系統(tǒng)圖上圖的最小單片機系統(tǒng)包含有晶振電路和復位電路，AT89C52芯片組成。（1）晶振電路晶振電路在各種指令的微操作在時間上有嚴格的次序，這種微操作的時間次序稱作時序， AT89C52的時鐘產(chǎn)生方式有兩種，一種是內(nèi)部時鐘方式，一種是外部時鐘方式。 在89C52單片機的內(nèi)部有一個震蕩電路，只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（簡稱晶振）就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號，圖中電容器C1和C2穩(wěn)定頻率和快速起振，晶振CRY選擇的是12MHz。（2）復位電路 復位電路在單片機工作中仍然是不可缺

31、少的主要部件中，單片機工作時必須處于一種確定的狀態(tài)。端口線電平和輸入輸出狀態(tài)不確定可能使外圍設備誤動作，導致嚴重事故的發(fā)生；內(nèi)部一些控制寄存器（專用寄存器）內(nèi)容不確定可能導致定時器溢出、程序尚未開始就要中斷及串口亂傳向外設發(fā)送數(shù)據(jù)。 本設計中復位電路采用的是上電復位與手動復位電路，開關(guān)未按下是上電復位電路，上電復位電路在上電的瞬間，由于電容上的電壓不能突變，電容處于充電（導通）狀態(tài)，故RST腳的電壓與VCC相同。隨著電容的充電，RST腳上的電壓才慢慢下降。選擇合理的充電常數(shù)，就能保證在開關(guān)按下時是RST端有兩個機器周期以上的高電平從而使AT89C52內(nèi)部復位。開關(guān)按下時是按鍵手動復位電路，RS

32、T端通過電阻與VCC電源接通，通過電阻的分壓就可以實現(xiàn)單片機的復位。第5節(jié) 顯示電路的設計 七段顯示器主要有熒光數(shù)碼管和半導體顯示器、液晶數(shù)碼顯示器。半導體（發(fā)光二極管）顯示器是數(shù)字電路中比較方便使用的顯示器。它有共陽極和共陰極兩種接法。 數(shù)字顯示譯碼器將BCD代碼譯成數(shù)碼管顯示字所需要的相應高、低電平信號，使數(shù)碼管顯示出BCD代碼所表示的對應十進制數(shù)，這是一種代碼譯碼器。第6節(jié) 時鐘芯片的選擇與設計 在本系統(tǒng)，我們選擇了DS1302時鐘芯片。因為此系統(tǒng)需要記錄測量發(fā)生的時間，所以需要時鐘芯片來記錄不同時間的監(jiān)測數(shù)據(jù)，因此我們在系統(tǒng)中加入了時鐘芯片。 （1）我們時鐘電路選擇的芯片是DS1302

33、，其內(nèi)含一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)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：RES（復位），I/O數(shù)據(jù)線，SCLK（串行時鐘）。時鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一字節(jié)或多達31字節(jié)的字符組方式通信。 （2）DS1302主要性能有：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(diào)整能力；讀/寫時鐘或RAM數(shù)據(jù)時，有單字節(jié)和多字節(jié)傳送兩種方式，與DS1202/TTL兼容。 （3）DS1302引腳概述：X1，X2；振蕩源，外接32.768KHZ晶振；SCLK：行時鐘輸入端。見表2-6。晶體振蕩器的選擇：一個32.768KHz的晶振可以直接接在DS

34、1302的2、3管腳之間，可以設定規(guī)定載荷電容為6pf。 電源控制：Vcc1可提供單電源控制也可以用來作為備用電源，Vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也可以保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當Vcc2大于Vcc1+0.2V時，Vcc2給DS1302供電；當Vcc2小與Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。表2-1時鐘控制字對照表寄存器名命令字取值范圍各位內(nèi)容寫操作讀操作765430秒寄存器80H81H0059CH10SECSEC時寄存器84H85H0112 002312/24010/（A/P）HRHR日寄存器86H87H0128，29、30、310

35、010DATEDATE月寄存器88H89H011200010MMONTH周寄存器8AH8BH01070000DAY年寄存器8CH8DH019910YEARYEAR保護寄存器8EH8FHWP0000慢充電寄存器90H91HTCSTCSTCSTCSDSDSRSRS時鐘突發(fā)寄存器BEHBFH（4）數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從0位開始。如果有額外的SCLK周期，它們將被忽略。 圖2-6 時鐘電路圖 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從0位開始。需要注

36、意的是，第一個數(shù)據(jù)位在命令字節(jié)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(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)，即多字節(jié)傳送。其電路圖見圖2-7。第6節(jié) 電源的設計 本系統(tǒng)主電源采用直流電源5V和6V供電,電源部分電路為典型的7805（7806）應用電路，具有兩路電源輸出。該電路具有短路保護功能，變壓器輸出7V交流電，經(jīng)橋路整流，電容濾波，送入7805/7806輸入端，最后輸出5V/6V直流電。 第三章 軟件設計第1節(jié) 軟件結(jié)構(gòu)設計 軟件設計部分主要包括：主程序/子程序流程的設計、功能模塊程序的編寫、軟/硬件結(jié)合調(diào)試與演示。主要包括以下功能模塊：51驅(qū)動、檢測、數(shù)碼管顯示

37、、模數(shù)軟換，軟件結(jié)構(gòu)圖如下3-1所示。 系統(tǒng)初始化信號采集并放大A/D轉(zhuǎn)換并輸出數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理串行通信顯示數(shù)據(jù) 圖3-1軟件框圖第2節(jié) 主程序模塊的設計主程序?qū)崿F(xiàn)的功能：與硬件相結(jié)合實現(xiàn)便攜式一氧化碳檢測儀的各個功能。主要是檢測與顯示，時間調(diào)整與顯示，數(shù)據(jù)存儲，功能子函數(shù)的調(diào)用，見圖3-2。開 始初始化CPU初始化時鐘初始化LED屏顯示開機畫面顯示時間顯示主菜單讀 鍵 圖3.2 主程序流程圖檢測主程序程序見附錄。第3節(jié) 模數(shù)轉(zhuǎn)換的設計 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的主要功能就是將經(jīng)放大器放大的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為MCU能夠處理的數(shù)字信號，并傳送給單片機。ADC0809轉(zhuǎn)換的流程圖見下圖3.3。開始使能芯片產(chǎn)生時鐘

38、信號輸入通道控制字讀取2字節(jié)數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)據(jù)校正送入指定寄存器結(jié)束圖3.3數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖第四節(jié) 時鐘設計 （1）DS1302模塊主要是用于設置時間和與MCU通信經(jīng)LCD顯示時間。 （2）時鐘模塊操作流程圖見下圖。開始初始化保護寄存器操作向DS寫入字節(jié)數(shù)據(jù)向DS讀取字節(jié)數(shù)據(jù)開始 圖3.4 時鐘模塊操作流程圖軟件程序設計見附錄。 總 結(jié)本設計體積小，質(zhì)量輕，性價比高。主要分為硬件設計和軟件設計?；緦崿F(xiàn)了設計前對該系統(tǒng)所要求的設計功能。軟件是基于C語言編寫的，具有很好的可控性、模塊化和移植性。編寫的思路以模塊化思想，將系統(tǒng)的各個功能進行劃分，然后對各個模塊進行設計。本系統(tǒng)主要模塊為氧氣濃度檢測、A/D轉(zhuǎn)

39、換、信號處理、顯示數(shù)據(jù)、時鐘設置。 由于所學知識有限，本系統(tǒng)實現(xiàn)的功能不是很健全，但在設計過程中讓自己學會了很多。基于單片機的氧氣濃度檢測系統(tǒng)的設計，是一個實際的小工程。作為一個本科生，我對實際的工程設計認識不夠，經(jīng)驗不足，難免在設計的整體框架中，有很多的細節(jié)沒有考慮。請老師和同學給予我鼓勵和很多寶貴的建議，并且悉心引導，給予我一個比較清晰的設計思路，幫助我解決了許多設計上的困難。最后希望論文評審的老師們對論文的不足之處敬請批評點。 致 謝本論文是在彭曉珊老師的悉心指導下完成的，謹向澎宇老師表示崇高的敬意和衷心的感謝。 參考文獻1 于永權(quán).單片機在控制系統(tǒng)中的應用M.北京：電子工業(yè)出版社,20

40、032 王衍生，等.監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在礦井瓦斯管理中的應用J.北京：礦業(yè)安全與環(huán)保,20003 齊濤，王平等. 基于MSP430的便攜式甲烷氣體濃度監(jiān)測儀M. 維納電子技術(shù),20074 羅亞非凌陽十六位單片機應用基礎M北京:北京航空航天大學出版社,20055 宋鳳娟, 付侃, 薛雅麗. STC12C5A60S2單片機高速A/D轉(zhuǎn)換方法J. 煤礦機械,20106 張毅坤,單片機微型計算機原理及應用M.西安：西安電子科技大學出版社,19987李萍. AT89S51 單片機原理、開發(fā)與應用實例M . 北京: 中國電力出版社,20088 肖景和. 實用報警電路300例M . 北京: 中國電力出版社,200

41、5 附 錄 程序代碼#include #include #include #include #include #include #include void init_cpu() EA=1;TR0=1;TR1=1;TMOD=0x11;TH1=0x3c;TL1=0xb0;/*void time1(void) interrupt 3 using 1 TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256; keyval=P1; * /初始化CPU結(jié)束/void main_menu_initial() /LCD主菜單初始化./main1_menu0.menu_count

42、=4; /有4個菜單項./main1_menu0.display=measurearray; /定義一個”開始測量“數(shù)組/main1_menu0.subs=NULL; main1_menu0.children_menus=measure_menu;/當前菜單子菜單的指針main1_menu0.parent_menus=NULL;void measure_menu_initial() /“開始測量”菜單設置/ measure_menu0.menu_count=2; measure_menu0.display=qr; /開始測量函數(shù), 確認. measure_menu0.subs=start_me

43、asure_function; /開始測量函數(shù) measure_menu0.children_menus=NULL; measure_menu0.parent_menus=main1_menu; measure_menu1.menu_count=2; measure_menu1.display=qx; /開始測量函數(shù), 取消. measure_menu1.subs=NULL; measure_menu1.children_menus=NULL; measure_menu1.parent_menus=main1_menu; /還有void store_menu_initial()、void ti

44、me_menu_initial()/void led_menu_pro() max_item=menu_led-menu_count;switch(keyval)case 0: break;case 1: /向上鍵.if(user_choosen=0)user_choosen=max_item;shuaxin=1;user_choosen-;break; /“向上”“向下”“確認”“取消”鍵/if(shuaxin)/是否需要刷新LCD標志位. Clr_Scr(); shuaxin=0;led_menu_show();v oid led_menu_show()uchar n;max_item=m

45、enu_led-menu_count;if (max_item=4) /菜單項為3則表示為主菜單.for(n=0;n4;n+) draw_bmp(n*2,20,96,0,menu_ledn.display);select_item(user_choosen); /標記出當前菜單項.elseswitch(temp_choosen) case 0:draw_bmp(0,20,96,0,measurearray); /“開始測量”數(shù)組/break; default:break;for(n=0;n1)&0x1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;/拉低CLK端,形成下降沿3 ADDI

46、=1;/控制命令結(jié)束 _nop_(); _nop_(); dat=0; for(i=0;i8;i+) dat|=ADDO;/收數(shù)據(jù) ADCLK=1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;/形成一次時鐘脈沖 _nop_(); _nop_(); dat=1; if(i=7)dat|=ADDO; for(i=0;i8;i+) j=0; j=j|ADDO;/收數(shù)據(jù) ADCLK=1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;/形成一次時鐘脈沖 _nop_(); _nop_(); j=j7; ndat=ndat|j; if(i=1; ADCS=1;/拉低CS端 ADCLK=0;

47、/拉低CLK端 ADDO=1;/拉高數(shù)據(jù)端,回到初始狀態(tài) dat=8; dat|=ndat; return(dat); /return ad k/*-點陣字符采集函數(shù)-*/void tra(uchar *p) /數(shù)組dsp里面的字符查詢后，再儲儲存到另一個顯示數(shù)組valuevoid main_Menu() Clr_Scr(); / 先清屏 / CS2=1;CS1=0; hz_disp16(0,32,1,yangqi); /氧/氣/測/量/數(shù)/據(jù)/存/儲/delay(2000); do /* k=Adc0832(0); /AD轉(zhuǎn)換結(jié)果 l=k/255.0*100.0;ltemp=floor(l)

48、;dsw0=ltemp/10;dsw1=ltemp%10;/ sprintf(dsw,%2.3f,l); / dsw0=1; switch(dsw0) case 0: sz_disp16(2,32,1,sz0); break; case 1:sz_disp16(2,32,1,sz9); switch(dsw1) case 0: sz_disp16(2,40,1,sz0); break; case 1:sz_disp16(2,40,1,sz9); */ sz_disp16(2,40,1,sz0); /* tra(dsw); CS2=1;CS1=0; sz_disp16(2,56,1,value);*/ while(P1_3)34