1 前言
1.1一氧化碳的特性及危害
一氧化碳是無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味、有毒的氣體,熔點(diǎn)﹣199℃,沸點(diǎn)﹣191.5℃。標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體密度為l.25g/L，和空氣密度（標(biāo)準(zhǔn)狀況下1.293g/L）相差很小,這也是容易發(fā)生煤氣中毒的因素之一。
一氧化碳分子中碳元素的化合價(jià)是＋2價(jià)，能進(jìn)一步被氧比成＋4價(jià)，從而使一氧化碳具有可燃性和還原性，一氧化碳能夠在空氣中或氧氣中燃燒，生成二氧化碳。
一氧化碳中毒（carbon monoxide poisoning），亦稱煤氣中毒。一氧化碳是無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味的氣體，故易于忽略而致中毒。常見(jiàn)于家庭居室通風(fēng)差的情況下，煤爐產(chǎn)生的煤氣或液化氣管道漏氣或工業(yè)生產(chǎn)煤氣以及礦井中的一氧化碳吸入而致中毒。
中毒原理：一氧化碳會(huì)與肺部的血紅蛋白結(jié)合，造成機(jī)體缺氧。
一是輕度中毒。患者可出現(xiàn)頭痛、頭暈、失眠、視物模糊、耳鳴、惡心、嘔吐、全身乏力、心動(dòng)過(guò)速、短暫昏厥。血中碳氧血紅蛋白含量達(dá)10%-20%。
二是中度中毒。除上述癥狀加重外，口唇、指甲、皮膚粘膜出現(xiàn)櫻桃紅色，多汗，血壓先升高后降低，心率加速，心律失常，煩躁，一時(shí)性感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)分離（即尚有思維，但不能行動(dòng)）。癥狀繼續(xù)加重，可出現(xiàn)嗜睡、昏迷。血中碳氧血紅蛋白約在30%-40%。經(jīng)及時(shí)搶救，可較快清醒，一般無(wú)并發(fā)癥和后遺癥。
三是重度中毒。患者迅速進(jìn)入昏迷狀態(tài)。初期四肢肌張力增加，或有陣發(fā)性強(qiáng)直性痙攣；晚期肌張力顯著降低，患者面色蒼白或青紫，血壓下降，瞳孔散大，最后因呼吸麻痹而死亡。經(jīng)搶救存活者可有嚴(yán)重合并癥及后遺癥。
一氧化碳的后遺癥。中、重度中毒病人有神經(jīng)衰弱、震顫麻痹、偏癱、偏盲、失語(yǔ)、吞咽困難、智力障礙、中毒性精神病。部分患者可發(fā)生繼發(fā)性腦病。
1.2 一氧化碳檢測(cè)儀的種類
目前，市場(chǎng)上一氧化碳檢測(cè)儀的種類是多種多樣，目前應(yīng)用得較為廣泛的是熱催化監(jiān)測(cè)方式，但由于多種可熱性氣體都能催化氧化燃燒，導(dǎo)致檢測(cè)精度下降，另外，采用這種方式的檢測(cè)儀體積和功率都較大，不便于隨身攜帶，本設(shè)計(jì)提出的一種采用點(diǎn)調(diào)制非光紅外（NDIR）氣體成分分析技術(shù)檢測(cè)一氧化碳?xì)怏w的方法，該方法提高了檢測(cè)精度，大大降低了檢測(cè)儀的尺度和功耗，延長(zhǎng)了電池供給時(shí)間，體積和功耗的有效降低。
1.3課題的背景和意義
在當(dāng)今社會(huì)發(fā)展中，現(xiàn)代化的發(fā)展給人類帶了很大的方便，但與此同時(shí)，人生安全越來(lái)越受到人們的重視，一氧化碳在工業(yè)領(lǐng)域所給我們帶來(lái)的方便不言而喻，但它對(duì)人體的危害也是顯而易見(jiàn)的。所以我們?cè)O(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)控制的一氧化碳檢測(cè)儀，對(duì)一氧化碳進(jìn)行檢測(cè)，為人們提供了安全的保障。
2一氧化碳檢測(cè)儀系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
本論文主要完成一氧化碳檢測(cè)儀軟件和硬件仿真設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：A/D轉(zhuǎn)換器程序、控制程序、超標(biāo)報(bào)警、鍵盤(pán)檢測(cè)、數(shù)據(jù)顯示等。
本系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心，以實(shí)現(xiàn)一氧化碳檢測(cè)儀的基本控制功能。系統(tǒng)主要功能內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)處理、時(shí)間設(shè)置、開(kāi)始測(cè)量、超標(biāo)報(bào)警、鍵盤(pán)檢測(cè)、自動(dòng)休眠，儀器若不進(jìn)行測(cè)量操作，5分鐘后自動(dòng)進(jìn)入休眠模式，以降低電源消耗。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用功能模塊化的設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)主要分為總體方案設(shè)計(jì)、硬件和軟件的設(shè)計(jì)三大部分。根據(jù)任務(wù)書(shū)上的要求進(jìn)行綜合分析，總設(shè)計(jì)方案分為以下幾個(gè)步驟：
（1）硬件系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)；
（2）軟件系統(tǒng)主程序及其相關(guān)子程序的編寫(xiě)；
（3）系統(tǒng)電路及軟件的調(diào)試；
（4）結(jié)論。
3一氧化碳檢測(cè)儀硬件設(shè)計(jì)
3.1硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
硬件設(shè)計(jì)部分主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘芯片、LCD、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(pán)接口電路等功能模塊電路設(shè)計(jì)。硬件結(jié)構(gòu)框圖3-1。
圖3-1 硬件結(jié)構(gòu)框圖
3.2硬件選擇和設(shè)計(jì)
3.2.1AT89C52單片機(jī)的選擇
本系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)。而目前世界上較為著名的8位單片機(jī)的生產(chǎn)廠家和主要機(jī)型如下：
美國(guó)Intel公司：MCS—51系列及其增強(qiáng)型系列；
美國(guó)Motorola公司：6801系列和6805系列；
美國(guó)Atmel公司：89C51等單片機(jī)；
美國(guó)Zilog公司：Z8系列及SUPER8；
美國(guó)Fairchild公司：F8系列和3870系列；
美國(guó)Rockwell公司：6500/1系列；
美國(guó)TI（德克薩司儀器儀表）公司：TMS7000系列；
NS（美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體）公司：NS8070系列等等。
盡管單片機(jī)的品種很多，但是在我國(guó)使用最多的還是Intel公司的MCS—52系列單片機(jī)和美國(guó)Atmel公司的89C52單片機(jī)。
MCS—51系列單片機(jī)包括三個(gè)基本型8031、8051、8751。
本系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)為控制核心。而相比之下52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)。基于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容的需要，綜合考慮后，我們選擇單片機(jī)ATME公司的AT89C52為控制核心；主要基于考慮AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KB的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、6個(gè)中斷源；時(shí)鐘頻率0～24MHz；器件采用高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，并兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，功能強(qiáng)大。
AT89C52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器(PEROM)和256K bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)單元，功能強(qiáng)大，AT89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。
圖3-2 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(xiě)FLASH閃存存儲(chǔ)器；
1000次寫(xiě)/擦循環(huán)；
時(shí)鐘頻率：0Hz～24MHz；
三級(jí)加密存儲(chǔ)器；
256字節(jié)內(nèi)部RAM；
32個(gè)可編程I/O口線；
3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；
6個(gè)中斷源；
可編程串行UART通道。
3.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
采用AT89C52來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能運(yùn)行起來(lái)的需求最小的系統(tǒng)，電路圖見(jiàn)圖3-3：
圖3-3 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖
上圖的最小單片機(jī)系統(tǒng)包含有晶振電路和復(fù)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(shí)間上有嚴(yán)格的次序，這種微操作的時(shí)間次序稱作時(shí)序， AT89C52的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，一種是外部時(shí)鐘方式。
本系統(tǒng)中采用了內(nèi)部時(shí)鐘方式，為了盡量降低功耗的原則。電路圖見(jiàn)圖3-4。
圖3-4 晶振電路圖
在89C52單片機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)震蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱晶振）就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，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(fù)位電路
①?gòu)?fù)位的意義
復(fù)位電路在單片機(jī)工作中仍然是不可缺少的主要部件中，單片機(jī)工作時(shí)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(shè)備誤動(dòng)作，導(dǎo)致嚴(yán)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(dǎo)致定時(shí)器溢出、程序尚未開(kāi)始就要中斷及串口亂傳向外設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)。
②復(fù)位電路原理
圖3-5 上電復(fù)位電路圖
本設(shè)計(jì)中復(fù)位電路采用的是上電復(fù)位與手動(dòng)復(fù)位電路，開(kāi)關(guān)未按下是上電復(fù)位電路，上電復(fù)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(dǎo)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(kāi)關(guān)按下時(shí)是RST端有兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平從而使AT89C52內(nèi)部復(fù)位。開(kāi)關(guān)按下時(shí)是按鍵手動(dòng)復(fù)位電路，RST端通過(guò)電阻與VCC電源接通，通過(guò)電阻的分壓就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。電路圖見(jiàn)圖3-6：
圖3-6 復(fù)位電路圖
3.2.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的選擇與設(shè)計(jì)
（1）一氧化碳傳感器的選擇：
一氧化碳傳感器選用CO/CF-1000探頭組成，如下表3-1。
表3-1傳感器參數(shù)
（2）從傳感器過(guò)來(lái)的電壓信號(hào)，必須采集，濾波，放大，轉(zhuǎn)換才能被MCU識(shí)別和處理。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。然而選擇多路模擬開(kāi)關(guān)時(shí)必須考慮以下的幾個(gè)因素：通道數(shù)量、切換速度、開(kāi)關(guān)電阻和器件的封裝形式。總之?dāng)?shù)據(jù)采集與硬件的選擇有很大的關(guān)系。
（3）測(cè)量電路
測(cè)量電路由CO/CF-1000一氧化碳傳感器、ADC0832組成。當(dāng)空氣被內(nèi)部的采樣系統(tǒng)接收后，產(chǎn)生一個(gè)與一氧化碳濃度成正比的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)ADC0832與AT89C52單片機(jī)相連，在顯示器上顯示出一氧化碳的濃度值，當(dāng)超過(guò)國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)報(bào)警。
3.2.4模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇與簡(jiǎn)介
（1）由于ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換、輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容、5V電源供電時(shí)輸入電壓在0～5V之間、工作頻率為250KHZ 、轉(zhuǎn)換時(shí)間為32微秒、一般功耗僅為15MW等優(yōu)點(diǎn)，適合本系統(tǒng)的應(yīng)用，所以我們采用ADC0832為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。電路圖見(jiàn)圖3-7如下：
圖3-7 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖
（2）ADC0832 具有以下特點(diǎn)：
①8位分辨率；
②雙通道A/D轉(zhuǎn)換；
③輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；
④5V電源供電時(shí)輸入電壓在0～5V之間；
⑤工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32μS；
⑥一般功耗僅為15mW；
⑦8P、14P—DIP（雙列直插）、PICC 多種封裝；
⑧商用級(jí)芯片溫寬為0℃到+70℃，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為−40℃到+85℃；
芯片接口說(shuō)明：
①CS_片選使能，低電平芯片使能；
②CH0模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用；
③CH1模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用；
④GND芯片參考0電位（地）；
⑤DI數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制；
⑥D(zhuǎn)O數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出；
⑦CLK芯片時(shí)鐘輸入；
⑧Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。
單片機(jī)對(duì)ADC0832的控制原理：
正常情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。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)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，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。同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK 輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。
（3）測(cè)量量程
由于ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為8位,所以ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度為：10ppm/256=0.039ppm。
3.2.5按鍵選擇與簡(jiǎn)介
（1）本系統(tǒng)選擇獨(dú)立式按鍵。鍵盤(pán)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。本系統(tǒng)具有人機(jī)對(duì)話功能，該功能即能隨時(shí)發(fā)出各種控制命令和數(shù)據(jù)輸入以及和LCD連接顯示運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果。由于本系統(tǒng)只有UP、DOWN、OK、CANCEL4個(gè)控制命令，所需按鍵較少，所以本系統(tǒng)選擇獨(dú)立式按鍵。電路圖見(jiàn)圖3-8。
圖3-8 按鍵電路圖
（2）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。每個(gè)獨(dú)立式按鍵占有一根I/O口線。各根I/O口線之間不會(huì)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(kāi)時(shí)，I/O口線有確定的高電平，（AT89C52.P1口內(nèi)部接有上拉電阻）所以就不需要再外接上拉電阻。
（3）鍵盤(pán)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。
硬件削抖是采用硬件電路的方法對(duì)鍵盤(pán)的按下抖動(dòng)及釋放抖動(dòng)進(jìn)行削抖，經(jīng)過(guò)削抖電路后使按鍵的電平信號(hào)只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。
3.2.6外圍擴(kuò)充存儲(chǔ)器的選擇
由于考慮AT89C52單片機(jī)具有8KB的程序存儲(chǔ)器（ROM），256B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），由于考慮到本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)所需的容量，現(xiàn)在需要擴(kuò)充存儲(chǔ)器的容量。在應(yīng)用中要保存一些參數(shù)和狀態(tài)，本系統(tǒng)選用AT24C128存儲(chǔ)器。電路圖見(jiàn)圖3-9。
圖3-9 外圍擴(kuò)充存儲(chǔ)電路圖
3.2.7時(shí)鐘芯片選擇與設(shè)計(jì)
在本系統(tǒng)，我們選擇了DS1302時(shí)鐘芯片。因?yàn)榇讼到y(tǒng)需要記錄測(cè)量發(fā)生的時(shí)間，所以需要時(shí)鐘芯片來(lái)記錄不同時(shí)間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，因此我們?cè)谙到y(tǒng)中加入了時(shí)鐘芯片。
（1）我們時(shí)鐘電路選擇的芯片是DS1302，其內(nèi)含一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，可以通過(guò)串行接口與單片機(jī)通信。而通信時(shí)，僅需要3個(gè)口線：①RES（復(fù)位），②I/O數(shù)據(jù)線，③SCLK（串行時(shí)鐘）。時(shí)鐘/RAM的讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)以一字節(jié)或多達(dá)31字節(jié)的字符組方式通信。
（2）DS1302主要性能有：時(shí)鐘能計(jì)算2100年之前的秒、分、時(shí)、日、日期、星期、月、年的能力，還有閏年的調(diào)整能力；讀/寫(xiě)時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)時(shí)，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：串行時(shí)鐘輸入端。見(jiàn)表3-2。
表3-2時(shí)鐘控制字對(duì)照表
（4）DS1302數(shù)據(jù)輸入/輸出時(shí)序
數(shù)據(jù)輸入是在輸入寫(xiě)命令字的8個(gè)SCLK周期之后，在接下來(lái)的8個(gè)SCLK周期中的每個(gè)脈沖的上升沿輸入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從0位開(kāi)始。如果有額外的SCLK周期，它們將被忽略。
圖3-10 時(shí)鐘電路圖
數(shù)據(jù)輸出是在輸出命令字的8個(gè)SCLK周期之后，在接下來(lái)的8個(gè)SCLK周期中的每個(gè)脈沖的下降沿輸出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從0位開(kāi)始。需要注意的是，第一個(gè)數(shù)據(jù)位在命令字節(jié)的最后一位之后的第一個(gè)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(jiàn)圖3-10。
3.2.8上拉電阻的選擇
在主電路圖中接在P0口處有一個(gè)排阻RP1，由于P0口沒(méi)有內(nèi)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(wěn)定的電平。電路連接圖見(jiàn)圖3-11。
圖3-11 上拉電阻電路圖
3.2.9液晶顯示器選擇
我們選用了AMPIRE128X64液晶顯示模塊，是由于本系統(tǒng)要有顯示裝置完成顯示功能，顯示器最好能夠顯示數(shù)據(jù)、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(diǎn)，該型號(hào)顯示器消耗電量比較低，可以滿足系統(tǒng)要求。該類液晶顯示模塊采用動(dòng)態(tài)的液晶驅(qū)動(dòng)，可用5V供電。AMPIRE128X64液晶共有22個(gè)引腳。如表3-3所示。
表3-3引腳說(shuō)明表
AMPIRE128X64液晶顯示模塊與計(jì)算機(jī)的接口電路有兩種方式。分為直接訪問(wèn)方式和間接控制方式。直接訪問(wèn)方式是把液晶模塊作為存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備直接接在單片機(jī)的總線上，單片機(jī)以訪問(wèn)存儲(chǔ)器或I/O設(shè)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(jī)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，而是利用它的I/O口來(lái)實(shí)與顯示模塊的聯(lián)系。即將液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的Pl口連接作為數(shù)據(jù)總線，另外三根時(shí)序控制信號(hào)線通常利用單片機(jī)的P3口中未被使用的I/O口來(lái)控制。這種訪問(wèn)方式不占用存儲(chǔ)器空間，它的接口電路與時(shí)序無(wú)關(guān)，其時(shí)序完全靠軟件編程實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用間接控制方式。液晶顯示電路連接原理圖見(jiàn)圖下：
（2）LCD按其顯示方式通常可以分為斷式、點(diǎn)字符式、點(diǎn)陣式等。還有黑白、多灰度、彩色顯示等。
①字符顯示：字符顯示比較復(fù)雜，一個(gè)字符由16x8點(diǎn)陣組成，即要找到和顯示屏是某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的RAM區(qū)的字節(jié)，再使不同的位置為“1”其他的為“0”；為“1”的點(diǎn)亮，為“0”的不亮，這樣就顯示出一個(gè)字符。
②漢字顯示：漢字顯示和字符顯示的原理差不多，就是一個(gè)漢字一般采用圖形方式，事先從微機(jī)中用字模軟件提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼，每個(gè)漢字占32B，分為兩部分，各16B。根據(jù)在LCD上開(kāi)始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)就可以找出顯示RAM的對(duì)應(yīng)地址，送上漢字要顯示的第一字節(jié)，以此類推，最后送完32B，這樣漢字就顯示出來(lái)了。
系統(tǒng)的液晶顯示字體和字母的顯示就是按照上述的原理顯示的，點(diǎn)陣碼是用字模軟件在相同的設(shè)置區(qū)域找出的。然后把提取的點(diǎn)陣碼放入編寫(xiě)的LCD軟件程序里。
（3）陣碼獲取過(guò)程簡(jiǎn)介：首先，打開(kāi)軟件，然后新建文件，因?yàn)闈h字占32B所以設(shè)置其為高度和寬度16x16。取模方式選擇C51格式在文字輸入?yún)^(qū)輸入漢字，在點(diǎn)陣區(qū)生成點(diǎn)陣碼，例如在文字輸入?yún)^(qū)輸入“歡”字，其點(diǎn)陣碼生成如下：
圖3-13 點(diǎn)陣生成截圖
3.2.10報(bào)警電路的選擇
圖3-14 單頻音報(bào)警電路圖
圖3-14 報(bào)警電路接線圖
在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，一般的工作狀態(tài)可以通過(guò)指示燈或數(shù)碼顯示來(lái)指示，供操作人員參考，了解系統(tǒng)的工作狀況。但對(duì)于緊急狀態(tài)，比如系統(tǒng)檢測(cè)到的錯(cuò)誤狀態(tài)等，往往還需要有某種更能引人注意，及時(shí)采取措施，往往還需要有某種更能引人注意，提起警覺(jué)的報(bào)警信號(hào)。這種報(bào)警信號(hào)通常有三種類型：一是閃光報(bào)警，因?yàn)殚W動(dòng)的指示燈更能提醒人們注意；二是鳴音報(bào)警，發(fā)出特定的音響，作用于人的聽(tīng)覺(jué)器官，易于引起和加強(qiáng)警覺(jué)；三是語(yǔ)音報(bào)警，不僅能起到報(bào)警作用，還能直接給出警報(bào)種類的信息。其中，前兩種報(bào)警裝置因硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軟件編程方便，常常在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用；而語(yǔ)音報(bào)警雖然警報(bào)信息較直接，但硬件成本高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。單頻音報(bào)警實(shí)現(xiàn)單頻音報(bào)警的接口電路比較簡(jiǎn)單，其發(fā)音元件通常可采用壓電蜂鳴器，當(dāng)在蜂鳴器兩引腳上加3～15V直流工作電壓，就能產(chǎn)生3kHZ左右的蜂鳴振蕩音響。壓電式蜂鳴器，約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可在某端口接上一只三極管和電阻組成的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，如圖3-14所示。在圖3-14中，P1.0接三極管基極輸入端，當(dāng)P1.0輸出高電平“1”時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的通電而發(fā)音，當(dāng)P1.0輸出低電平“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)音。
3.3 硬件設(shè)計(jì)主電路圖，見(jiàn)附錄一。
4軟件設(shè)計(jì)
4.1軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)
軟件設(shè)計(jì)部分主要包括：主程.序/子程序流程的設(shè)計(jì)、功能模塊程序的編寫(xiě)、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(dòng)、檢測(cè)、液晶顯示、時(shí)鐘、鍵盤(pán)、模數(shù)軟換，軟件結(jié)構(gòu)框圖4-1。
圖4-1 軟件結(jié)構(gòu)框圖
4.2主程序模塊的設(shè)計(jì)
主程序?qū)崿F(xiàn)的功能：與硬件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)便攜式一氧化碳檢測(cè)儀的各個(gè)功能。主要是檢測(cè)與顯示，時(shí)間調(diào)整與顯示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，功能子函數(shù)的調(diào)用，見(jiàn)圖4
-2。
圖4-2 主程序流程圖
檢測(cè)主程序程序見(jiàn)附錄二。
4.3模數(shù)轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)
（1）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(hào)轉(zhuǎn)化為MCU能夠處理的數(shù)字信號(hào)，并傳送給單片機(jī)。
（2）ADC0832轉(zhuǎn)換的流程圖見(jiàn)下圖4-3。
圖4-3數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖
（3）ADC0832程序見(jiàn)附錄三。
4.4按鍵模塊的設(shè)計(jì)
（1）按鍵時(shí)顯現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的一個(gè)控制按鈕，通過(guò)按鍵的操作，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)送操作指令，后經(jīng)與MCU串行通信，然后在液晶上顯示。
（2）按鍵查詢式的流程圖見(jiàn)下圖：
圖4-4 按鍵查詢式的流程圖
（3）按鍵程序見(jiàn)附錄四。
4.5時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)
（1）DS1302模塊主要是用于設(shè)置時(shí)間和與MCU通信經(jīng)LCD顯示時(shí)間。
（2）時(shí)鐘模塊操作流程圖見(jiàn)下圖：
圖4-5 時(shí)鐘模塊操作流程圖
（3）時(shí)鐘程序見(jiàn)附錄五。
4.6液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)
（1） LCD模塊在本系統(tǒng)中主要起著開(kāi)界面漢字顯示，以及各控制效果的顯示。采用直接訪問(wèn)方式。液晶顯示的操作流程圖見(jiàn)下圖4-6。
圖4-6 液晶顯示的操作流程圖
（2）液晶程序見(jiàn)附錄六。
5系統(tǒng)仿真
ProteusISIS是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：
（1）實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤(pán)和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。
（2）支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。
（3）提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。
（4）具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。本章介紹Proteus ISIS軟件的工作環(huán)境和一些基本操作。
圖5-1 ISIS 6 Professional圖標(biāo)
進(jìn)入Proteus ISIS：雙擊桌面上的ISIS 6 Professional圖標(biāo)（見(jiàn)圖5-1）或者單擊屏幕左下方的“開(kāi)始”→“程序”→“Proteus 6 Professional”→“ISIS 6 Professional”，出現(xiàn)如圖5-2所示屏幕，表明進(jìn)入Proteus ISIS集成環(huán)境。工作界面：Proteus ISIS的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，如圖5-2所示。包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇器窗口、圖形編輯窗口。
圖5-2 工作界面
完成了本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)后，對(duì)其進(jìn)行了總體調(diào)試并且仿真運(yùn)行，使用的是proteus軟件，當(dāng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)都完成的時(shí)候就可以看到虛擬的基于單片機(jī)的低功耗計(jì)數(shù)系統(tǒng)的運(yùn)行，以下為仿真效果：
（1）編譯結(jié)束，添加HEX文件到仿真圖中運(yùn)行，本系統(tǒng)主界面顯示圖
如圖5-3所示。
圖5-3 主界面顯示圖
（2）系統(tǒng)接下來(lái)顯示，4個(gè)基如本操作功能，“√”為該操作顯示項(xiàng)，圖5-4。
圖5-4 功能界面
（3）選擇“開(kāi)始”，單擊“OK”鍵，便有下面測(cè)量選擇界面，如圖5-5。
圖5-5 測(cè)量選擇界面
（4）再按“OK”，則顯示檢測(cè)數(shù)據(jù)，范圍0-10ppm。如圖5-6。
圖5-6 測(cè)量界面顯示圖
（5）4個(gè)功能的操作和演示是相同的，以下為“時(shí)間設(shè)置”顯示圖，如圖5-7。
圖5-7 當(dāng)前時(shí)間顯示圖
（6）小結(jié)：本系統(tǒng)原先打算設(shè)計(jì)“開(kāi)始”、“ 時(shí)間設(shè)置”、“ 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)”“通訊設(shè)置”等4個(gè)基本功能，后由于條件所限，并未做出全部的功能，但這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，收獲還是很多的。今后我會(huì)進(jìn)一步進(jìn)完善該系統(tǒng)。
結(jié)論
本一氧化碳檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)體積小，質(zhì)量輕，性價(jià)比高。主要分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)前對(duì)該系統(tǒng)所要求實(shí)現(xiàn)的功能。
軟件是基于C語(yǔ)言編寫(xiě)的，具有很好的可控性、模塊化和移植性。編寫(xiě)的思路以模塊化思想，將系統(tǒng)的各個(gè)功能進(jìn)行劃分，然后對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)的主要模塊為一氧化碳檢測(cè)、A/D轉(zhuǎn)換、液晶顯示和時(shí)鐘設(shè)置。
軟件與硬件相結(jié)合的仿真演示出了一氧化碳檢測(cè)儀主要的工作情況。但由于是電信號(hào)模擬，和真實(shí)一氧化碳檢測(cè)有一定區(qū)別，而且所學(xué)知識(shí)有限，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能不是很健全，但在設(shè)計(jì)過(guò)程中讓自己學(xué)會(huì)了很多。
致謝
本論文是在殷強(qiáng)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從選題到完成，每一步都是在強(qiáng)老師的指導(dǎo)下完成的，傾注了殷老師大量的心血。在此，謹(jǐn)向強(qiáng)老師表示崇高的敬意和衷心的感謝。
我的畢業(yè)課題是便攜式一氧化碳檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)，是一個(gè)實(shí)際的小工程。作為一個(gè)自考本科的學(xué)生，我對(duì)實(shí)際的工程設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)不夠，經(jīng)驗(yàn)不足，難免在設(shè)計(jì)的整體框架中，有很多的細(xì)節(jié)沒(méi)有考慮。但老師給予我鼓勵(lì)和很多寶貴的建議，并且悉心引導(dǎo)，給予我一個(gè)比較清晰的設(shè)計(jì)思路，幫助我解決了許多設(shè)計(jì)上的困難。最后還要感謝在百忙之中進(jìn)行論文評(píng)審的老師們，對(duì)論文的不足之處敬請(qǐng)批評(píng)點(diǎn)。
附錄一 硬件設(shè)計(jì)圖
附錄二 檢測(cè)主程序程序
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