基于单片机的多气体浓度测试仪
摘要
近些年来，我国经济快速发展，人民生活水平日益提高,全国机动车辆数量和驾驶员人数猛增，醉酒驾车造成严重后果的违法犯罪也日益增多，给社会和广大人民群众生命、健康造成严重危害。2000年以来，酒后驾车行为所造成事故越来越多，对社会的影响也越来越大，酒精逐渐成为凶残的“马路杀手”。据有关资料统计，全世界每年因车祸丧生的人数就超过60万人，留下永久性伤残者在400万以上，一般受伤者则不计其数。在许多国家，车祸已成为第一位意外死亡原因。另外，交通事故所造成的经济损失也相当惊人。据统计，大约50%—60%的车祸与饮酒有关。中国公安部门在2009年8月，在全国各地加强查处酒后驾驶的力度，以减少由酒后驾驶造成的恶性交通事故。要查处就涉及到检测人体内的酒精含量和使用设备来进行检测的问题。
近年来我国煤炭工业的安全生产状况不容乐观，中小型煤矿的情况尤为严重，已经直接威胁到整个煤炭工业的稳定生产，给国家财产和人民生命造成了很大的损失，作为“万恶之首”的甲烷爆炸事故更是重大事故发生率之首。出于安全考虑，甲烷浓度的测量，显得尤为重要。
基于以上可以看出，有关气体的浓度检测问题，至关重要。本文研究设计了一种可以测量多种气体浓度，并可以进行超限报警的智能测试仪。其设计方案基于STC89C52单片机，MQ3酒精浓度传感器，MQ4甲烷浓度传感器。系统将传感器回路输出的信号通过以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，由LCD显示酒精浓度值。并设计一定的限值，超限声光报警。限值可由按键调整。考虑到单片机计算能力有限，难以进行复杂数据处理，故单片机系统与PC机系统通过RS-232串行通信端口进行互连，从而单片机用作下位机进行数据采集和设备控制，而PC机用做上位机进行复杂的数据处理和对单片机的控制。文中详细介绍了数据采集子系统、数据处理过程以及数据显示子系统和报警电路、单片机与PC机通信的软硬件实现的设计方法和过程。系统对于采样地点超出规定的指定气体浓度时，通过声光报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。
关键词：酒精浓度传感器（MQ3）、甲烷浓度传感器（MC113）、STC89C52、A/D 转换器、数据选择器（74HC4051）、串口通信、RS232、VB；
Abstract
In recent years, China's rapid economic development, increasing people's standard of living, the number of motor vehicles and drivers has soared, drunk driving has caused
serious consequences of illegal crime is also increasing, to the society and the life of the masses, causing serious harm to health. Since 2000, drinking and driving behavior caused by increasing number of accidents, on the social impact is also growing, alcohol has become fierce" killer on the road". According to the statistics, the whole world because of traffic accident every year the number of people killed more than 600000 people, left permanently disabled in 4000000 above, general injuries are too many to count. In many countries, traffic accident has become the first cause of accidental death. In addition, the traffic accidents caused by the economic loss is quite amazing. According to statistics, approximately 50% - 60% of the accidents are related to alcohol. China public security departments in 2009August, throughout the country to strengthen and driving force, so as to reduce the driving caused by malignant traffic accident. To investigate the related to detection of human with an alcohol content and the use of equipment to detect problem.
In recent years, industry of our country coal production safety situation is not optimistic, middle and small coal mine situation is particularly serious, has a direct threat to the stable production of the whole coal industry, to the national property and people's lives and caused great damage, as" the worst of all evils" methane explosion is a major accident rate in the first. For security reasons, the methane concentration measurement, appear particularly important.Based on the above, the gas concentration detection problem, critical. This paper studied and designed a variety of gas concentration can be measured, and can alarm intelligent tester. The design scheme based on STC89C52 MCU, MQ3 alcohol concentration sensor, MQ4 methane concentration sensor. System circuit of the sensor output signals from the AD0832 as the core of the A / D conversion circuit after conditioning, through the single-chip microcomputer for data processing, LCD display by the alcohol concentration value. And the design of certain limits, overrun alarm. Limit value by the keys to adjust. Considering the SCM calculation ability is limited, to complex data processing, so single-chip system and PC system through the RS-232 serial communication port interconnect, thereby SCM as the next bit machine data acquisition and control equipment, and the machine used PC do PC for complex data processing and the SCM control. This paper introduces the data acquisition subsystem, data processing and data display system and alarm circuit, SCM and PC communication hardware and software to achieve the design method and process. System for sampling locations beyond the prescribed specified gas concentrations, through sound and light alarm circuit to remind staff monitoring. At the same time, the operator for a specific alarm limit values can be set through the single-chip programming.
Key words: alcohol oncentration sensor (MQ3), methane concentration sensor ( MC113), STC89C52, A/D converter,Dataelector (74HC4051), serial communication, RS232,VB;
目录
引言 (1)
第1章前言 (2)
1.1气敏传感器的发展现状 (2)
1.2国内外气体浓度检测技术的发展现状 (3)
1.2.1非光学分析法 (3)
1.2.2光学分析法 (4)
1.3 单片机与PC机串行通信研究背景和意义 (5)
1.4本气体浓度测试仪的设计内容 (5)
第2章方案器件简介 (6)
2.1 MCU简介 (6)
2.2 模数转换器简介 (9)
2.3液晶显示器的简介 (12)
2.4 电源电平转换芯片（TTL电平转RS-232电平） (13)
2.5 数据选择器 (13)
第3章串口通信基础理论 (14)
3.1 两种常用接口方式 (14)
.并行接口 (14)
.串行接口 (14)
3.2 RS-232串行接口标准 (15)
3.3 VB编程过程中使用到的MSComm控件 (16)
3.3.1. MSComm控件处理通信的方式 (16)
3.2.2．MSComm控件的主要属性 (16)
第4章总体方案设计 (18)
4.1 STC89C52 MCU (19)
4.2 ADC0832数模转换 (19)
4.3 LCD1602液晶显示 (19)
4.4单电源转换芯片MAX232 (21)
4.5 数据选择器74HC4051 (21)
4.6 用于串口转USB的芯片CP2102（实际使用） (22)
4.7设计中使用到的软件介绍 (23)
第5章硬件设计 (25)
5.1 最小系统的实现 (25)
5.2 信号采集电路 (27)
5.2.1 MC113及其测量电路的特点 (27)
5.2.2 MQ3特点及其测量电路原理 (29)
5.2.3关于气体浓度单位的说明 (32)
5.3 A/D转换设计 (33)
5.4 按键设计 (34)
5.5 LCD1602液晶显示设计 (35)
5.6 报警线路设计 (36)
5.7 电源电路设计 (37)
5.8 差动放大器与滤波电路设计 (37)
5.9 串口与USB互转电路设计（实际使用） (38)
第6章软件设计 (39)
6.1 编译语言的选择 (39)
6.2 程序设计 (39)
6.2.1 AD转换模块 (39)
6.2.2 按键模块 (40)
6.2.3液晶显示模块 (41)
PC机程序设计 (41)
6.3 VB应用界面设计流程 (41)
6.3.1创建项目文件 (41)
6.3.2加入串口通信控件 (42)
6.3.3设计窗体界面 (43)
第7章系统调试 (44)
7.1 软件仿真 (44)
7.2 硬件调试 (45)
第8章结束语 (50)
第9章致谢 (51)
参考文献 (52)
附录一：proteus仿真原理图 (53)
附录二 PCB图 (54)
附录三：硬件设计原理图 (55)
附录四：单片机程序 (56)
附录五：PC机程序 (66)
引言
随着我国经济的快速发展，人民生活水平日益提高,全国机动车辆数量和驾驶员人数猛增，醉酒驾车造成严重后果的违法犯罪也日益增多，给社会和广大人民群众生命、健康造成严重危害。2000年以来，酒后驾车行为所造成事故越来越多，对社会的影响也越来越大，酒精逐渐成为凶残的“马路杀手”。在许多国家，车祸已成为第一位意外死亡原因。另外，交通事故所造成的经济损失也相当惊人。据统计，大约50%—60%的车祸与饮酒有关。中国公安部门在2009年8月，在全国各地加强查处酒后驾驶的力度，以减少由酒后驾驶造成的恶性交通事故。要查处就涉及到检测人体内的酒精含量和使用设备来进行检测的问题。
近年来我国煤炭工业的安全生产状况不容乐观，中小型煤矿的情况尤为严重，已经直接威胁到整个煤炭工业的稳定生产，给国家财产和人民生命造成了很大的损失，作为“万恶之首”的甲烷爆炸事故更是重大事故发生率之首。出于安全考虑，甲烷浓度的测量，显得尤为重要。
基于以上可以看出，有关气体的浓度检测问题显得尤为重要。本文研究设计了一种可以测量多种气体浓度，并可以进行超限报警的智能测试仪。其设计方案基于STC89C52单片机，MQ3酒精浓度传感器，MQ4甲烷浓度传感器。系统将传感器回路输出的信号通过以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，由LCD显示酒精浓度值。并设计一定的限值，超限声光报警。限值可由按键调整。考虑到单片机计算能力有限，难以进行复杂数据处理，故单片机系统与PC机系统通过RS-232串行通信端口进行互连，从而单片机用作下位机进行数据采集和设备控制，而PC机用做上位机进行复杂的数据处理和对单片机的控制。
从现实角度考虑，此仪器可以让开车的人知道自己在什么情况下可以开车；煤矿井是否处在安全的状态下等等。这是一个在现代生活很实用，很负责的一个设计，对社会的健康发展具有积极的意义。
第1章前言
1.1气敏传感器的发展现状
目前半导体气体传感器的研究动态及其发展方向——气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向发展国外气体传感器发展很快，一方面是由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是由于传感器市场增长受到政府安全法规的推动。因此，国外气体传感器技术得到了较快发展，据有关统计预测，美国1996年—2002年气体传感器年均增长率为（27～30）％。
目前，气体传感器的发展趋势集中表现为：一是提高灵敏度和工作性能，降低功耗和成本，缩小尺寸，简化电路，与应用整机相结合，这也是气体传感器一直追求的目标。如日本费加罗公司推出了检测（0.1～10）310－6硫化氢低功耗气体传感器，美国IST提供了寿命达10年以上的气体传感器，美国FirstAlert 公司推出了生物模拟型（光化反应型）低功耗CO气体传感器等。二是增强可靠性，实现元件和应用电路集成化，多功能化，发展MEMS技术，发展现场适用的变送器和智能型传感器。如美国GeneralMonitors公司在传感器中嵌入微处理器，使气体传感器具有控制校准和监视故障状况功能，实现了智能化；还有前已涉及的美国IST公司的具有微处理器的“MegaGas”传感器实现了智能化、多功能化。
气敏元件传感器作为新型敏感元件传感器在国家列为重点支持发展的情况下，国内已有一定的基础。其现状是：
（1）烧结型气敏元件仍是生产的主流，占总量90％以上；接触燃绕式气敏元件已具备了生产基础和能力；电化学气体传感器有了试制产品;
（2）在工艺方面引入了表面掺杂、表面覆膜以及制作表面催化反应层和修隔离层等工艺，使烧结型元件由广谱性气敏发展成选择性气敏；在结构方面研制了补偿复合结构、组合差动结构以及集成化阵列结构；在气敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生产气敏元件，新研究开发的Al2O3气敏材料、石英晶体和有机半导体等也开始用于气敏材料;
（3）低功耗气敏元件（如一氧化碳，甲烷等气敏元件）已从产品研究进入中试;
（4）国内气敏元件传感器产量已超过“九五”初期的400万支。产量超过20万支的主要厂家有5家，黑龙江敏感集团、太原电子厂、云南春光器材厂、天津费加罗公司（合资）、北京电子管厂（特种电器厂），其中前四家都超过100万支，据行业协会统计，1998年全国气敏元件总产量已超过600万支。
总的看来，我国气敏元件传感器及其应用技术有了较快进展，但与国外先进水平仍有较大的差距，主要是产品制造技术、产业化及应用等方面的差距，与日本比较仍要落后10年。
1.2国内外气体浓度检测技术的发展现状
1.2.1非光学分析法
（1）超声波技术
超声原理测量气体浓度是近10年来随着电子技术和测量技术的发展而出现的一种新技术，同时具有测量范围宽、精度高、无节流、适应性强等特点。超声波技术是利用超声波在某种气体中的传播速度与当前气体温度和气体性质的关系，通过测量超声波在气体中的传播速度以及气体温度，进而推算出气体的大概浓度。超声波技术测量气体浓度克服了传统气体检测方法的缺点。在大流量、大管径的气体浓度检测方面，完全可以适应未来工业生产中的高精度测量。目前，影响该技术测量精度的因素主要是工作环境的差异，极易受到周围压力、温度、湿度等因素的影响。在进行测量时，必须采用补偿措施，尽量减小误差，以此来保证测量精度。
（2）气敏法
在进行检测时，通过将被测气体浓度转换为与其成一定关系的电量输出。根据被测气体的种类，其分析方法也不同。气敏技术主要应用于气敏传感器检测气体的浓度。气敏元件性能与敏感功能材料的种类、结构以及制作工艺密切相关。其中采用金属氧化敏感材料制作的半导体气敏元件具有灵敏度高、结构简单、坚固耐用等优点。但是采用气敏法检测气体浓度也存在不足。由于在气体检测仪中一般将气敏元件与标准元件组成测量电桥电路，所以电桥电路的非线性以及电桥供电电压的大小会对测量精度产生很大的影响。除此之外，在检测时还需要考虑
现场温度、空气扰动等因素，为此必须采取补偿电路等措施。该方法适合对测量精度要求不高的场所。
（3）光干涉法
光干涉法是利用光的折射率与被测气体的含量有关来检测气体浓度的。当被测气体的气室与空气室同时充入空气时，如果两束光所经过的光程相同，则干涉条纹不产生移动。如果改变气室中被测气体的成分、温度或压力，折射率会发生改变，光程也随之改变，干涉条纹从而发生移动。而当两气室温度和压力相等时，干涉条纹的移动量与气体浓度成正比，只要测得移动量，便可测得气体温度。在采用光干涉法对气体温度进行测量时，必须考虑到周围测量环境的影响，如温度、湿度、压力等。
（4）被动检气管法
在检气管内的惰性载体上涂渍对被测气体有效的显色剂，气体通过检气管端口扩散进入管内，在经过惰性载体时，与惰性载体上的显色剂发生反应，从而产生颜色的变化。检气管显色长度的平方与被测气体浓度及采样时间的乘积存在一定的线性关系，从而求出环境中气体的时间加权浓度。被动检气管法与传统的方法相比较，检气管结构简单、分析快速、操作方便，并且不受被测环境的空间大小、有无电源的影响；携带非常方便，利于外出测定和大面积布点测定；使用后的载体以及主要显色剂可以进行回收循环利用，不产生环境污染。一般情况下，被测气体的温度、风速、湿度等外部因素对测定无明显影响。
除上述介绍的4种非光学气体浓度检测法外，还有热催化法、色谱分析法等非光学分析法。
1.2.2光学分析法
在光学分析中，主要基于光谱学，利用光和大气污染分子相互作用的特性进行检测，具有大范围、高组分、连续实时检测的特点，已成为气体浓度检测的理想工具。主要有差分吸收光谱技术、傅里叶变换红外光谱技术、可调谐激光二极管激光吸收光谱技术、差分吸收激光雷达和拉曼散射激光雷达技术等等。
1.3 单片机与PC机串行通信研究背景和意义
随着科学技术的发展，PC机以其优越的性价比和丰富的软件资源成为计算机应用的主流机种。单片机自诞生以来以其性能稳定、价格低廉、功能强大，在智能仪器、工业装备以及日用电子消费品中得到了广泛的应用。现代化集中管理需要对现场数据进行统计、分析、制表、打印、绘图、报警等,同时，又要求对现场装置进行实时控制，完成各种规定操作，达到集中管理的目的。由于单片机的计算能力有限，难以进行复杂的数据处理。因此在功能比较复杂的控制系统中，通常以PC机为上位机，单片机为下位机，由单片机完成数据的采集及对装置的控制，而由上位机完成各种复杂的数据处理及对单片机的控制，二者结合，使得单片机的应用已不仅仅局限于传统意义上的自动监测或控制，而形成了向以网络为核心的分布式多点系统发展的趋势。
在一般的利用PC机对单片机进行控制的场合，采用Windows作为上位机的平台，其优点是界面友好，编程和操作都比较容易。因此研究PC机与单片机串行通信具有重要的现实及工业意义。
1.4本气体浓度测试仪的设计内容
本论文主要完成气体浓度测试仪软件设计，设计内容包括：A/D转换程序、超标报警、键盘检测控制、数据显示、串口通信程序等。
本系统采用单片机为控制核心，以实现气体浓度测试仪的基本控制功能。系统主要功能内容包括：数据信号采集滤波、开始测量、超标报警、键盘检测控制、串口通信、PC机处理数据等。
本系统设计采用功能模块化的设计思想，本论文内容分为以下几个章节：设计器件简介和选择；硬件的设计；软件设计和系统调试。并利用Proteus 7.7 Professional单片机仿真软件对单片机系统的显示模块进行仿真调试。
第2章方案器件简介
硬件设计部分主要包括：MCU、A/D、LCD、电源电平转换芯片、数据选择器等芯片的选择，以下做一些器件的比较。
2.1 MCU简介
本系统的数据采集以及控制部分以单片机为核心。我们选择单片机STC89C52为控制核心，主要基于考虑STC89C52低功耗、超低价高速度、高可靠、超强抗静电，超强抗干扰、无法解密等优点。此外，其8K 在系统可编程Flash 存储器，512字节RAM对于本系统的程序大小而言，已基本够用。
STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，片内振荡器及时钟电路，STC89C5X可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。同时STC89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。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，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。其将通用的微处理器和Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发本。STC 单片机有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
STC89C52单片机引脚功能图如图2-1所示:
VCC:电源电压
VSS:即地
XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。
图2-1单片机引脚图
P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问器件激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入(P1.1/T2EX)。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。表2-1为 P1.0和P1.1的第二功能。
表2-1
P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，同时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。
P3口：P3口时一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入1时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-2所示。此外，P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
ALE/：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程器件，改引脚还用于输入编程脉冲（）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位复位，可禁止ALE操作。该位置复位后，只有一条MOVX 和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。
：程序储存允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号，当89C5X
单片机由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。在次期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。
/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为
0000H-FFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存端状态。
如端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。
Flash存储器编程时，该引脚加上＋12V的编程允许电源Vpp,当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
表2-2 P3口的第二功能
（外中断0）
（外中断1）
（外部数据存储器写选通）
(外部数据存储器读选通)
2.2 模数转换器简介
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转换具有速度快，分辨率高等优点，而且采用这种方法的ADC芯片成本低，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、一个数模转换器、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。
ADC0832 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。鉴于其8位分辨率、双通道A/D转换、输入输出电平与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，所以在本设计中采用ADC0832作为模数转换器件。
其具体特点如下：
2 8位分辨率；
2 双通道A/D转换；
2 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；
2 5V电源供电时输入电压在0~5V之间；
2 工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；
2 一般功耗仅为15mW；
2 8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 多种封装；
2 商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为?40°C to
+85°C；
芯片接口说明：
2 CS_ 片选使能，低电平芯片使能。
2 CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。
2 CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。
2 GND 芯片参考0 电位（地）。
2 DI 数据信号输入，选择通道控制。
2 DO 数据信号输出，转换数据输出。
2 CLK 芯片时钟输入。
2 V CC/VREF 电源输入及参考电压输入（复用）。
ADC0832引脚图如图2-2所示
图2-2
ADC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。
主要特点：
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器,它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装。其内部图以及引脚图如图2-3所示。
图2-3
下面说明各引脚功能：
IN0～IN7：8路模拟量输入端。
.8位数字量输出端。
.ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路
.ALE：地址锁存允许信号，输入高电平有效。
.START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。
.EOC： A/D转换结束信号输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
.OE：数据输出允许信号，输入高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
.CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。
.REF（+）、REF（-）：基准电压。
.VCC：电源，单一＋5V。
.GND：地。
2.3液晶显示器的简介
LCD1602字符型液晶显示器的特点及其用法：
.单5V电源电压，低功耗、长寿命、高可靠性
.内置192种字符(160个537点阵字符和32个5310点阵字符)
.具有64个字节的自定义字符RAM，可自定义8个538点阵字符或4个5311点阵字符
.显示方式：STN、半透、正显
.驱动方式：1/16并口，1/5串口
.背光方式：底部LED
.通讯方式：4位或8位并口可选
.标准的接口特征：适配MC51和M6800系统MPU的操作时序
LCD1602液晶显示屏的主要技术参数如下表所示：（表2-3）
表2-3 LCD1602液晶主要参数
带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128364, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示834行16316点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显
示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块；基本特性:
.低电源电压（VDD:+3.0--+5.5V）
.显示分辨率:128364点
.内置汉字字库，提供8192个16316点阵汉字(简繁体可选)
.内置 128个1638点阵字符，2MHZ时钟频率
.显示方式：STN、半透、正显，驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS
.视角方向：6点，背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/5—1/10
.通讯方式：串行、并口可选，内置DC-DC转换电路，无需外加负压
.无需片选信号，简化软件设计，工作温度: 0度 - +55度 ,存储温度: -20度 - +60度。
2.4 电源电平转换芯片（TTL电平转RS-232电平）
MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5V单电源供电。
MAX220–MAX249系列线驱动器/接收器，专为EIA/TIA-232E以及V.28/V.24通信接口设计。
2.5 数据选择器
在多路数据传送过程中，能够根据需要将其中任意一路选出来的电路，叫做数据选择器，也称多路选择器或多路开关。数据选择器(MUX)的逻辑功能是在地址选择信号的控制下，从多路数据中选择一路数据作为输出信号。有2选1，4选1、8选1和16选1等类型的数据选择器。
有数字信号的数据选择器，如74LS151，74HC151，也有针对模拟信号的数据选择器，如74HC4051。在本设计中，主要是选通模拟输入信号，故用74HC4051。
第3章串口通信基础理论
随着微机特别是单片机的发展，其应用已从单机逐渐向多机或联网，而多机应用的关键又在于微机之间的相互通讯，互传数据信息。在微型计算机系统中，CPU与外部的基本通讯方式有两种:并行通讯——数据的各位同时传送;串行通讯——数据一位一位顺序传送。在并行通讯中，数据有多少位就需要多少条传送线，而串行通讯只需要一对传送线，故串行通讯能节省传送线，特别是当数据位数很多和远距离数据传送时，这一优点更加突出。但串行数据也有缺点，那就是速度比并行通讯要慢。
1.串行通讯是指将构成字符的每个二进制数据位，依据一定的顺序逐位进行传送的通讯方法。在串行通讯中，有二种基本的通讯方式:异步通讯和同步通讯。
2.串行通讯中，要把数据从一个地方传送到另一个地方，必须使用通讯线路。数据在通讯线路两端的工作(通讯线路或计算机)之间传送。按通讯方式，可将数据传输线路分成三种:
1.单工方式
2.半双工方式
3.全双工方式
3.1 两种常用接口方式
.并行接口
并行接口是指8位数据同时通过并行线进行传送，这样数据的传输率能得到极大的提高。但在并行传输中，干扰会随线路长度的增加而增加，产生传输错误。因此，并行传输主要应用在近距离数据传输中，如连接打印机端口。并行接口主要使用36针接头和25针D形接头，目前以25针D形接头为主。
.串行接口
串行口也是计算机的一种标准接口，PC机一般至少有两个串行口Com1和Com2。串行口不同于并行口，它的数据和控制信息是一位接一位在一根传输线上传送的，这样串行口较并行口能够进行远距离传送信息。串行口通常使用9针D形连接器，有些老式则使用25针D形连接器。
由于CPU与接口间按并行方式传输，接口与外设之间按串行方式传输，因此，在串行接口中，要由接收移位寄存器把串行方式转换成并行方式，由发送移位寄存器把并行方式转换成串行方式。完成这种转换功能的电路叫做通用异步收发机UART。
3.2 RS-232串行接口标准
目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准[3-7]。
RS-232采用不平衡传输方式，收发端的数据信号是相对信号地。9针串口引脚和25针串口引脚定义如表3-1所示。
表3-1 9针串口引脚与25针串口引脚定义
出正电平在5V-15V，负电平在-5V~-15V；在接收数据时，接收器的典型工作电平是3V-12V和-3V~-12V。
串口传输数据只要有接收数据针脚和发送数据针脚就能实现，其连接方式如表3-2所示。
表3-2 串口通信连接方式
3.3 VB编程过程中使用到的MSComm控件
MSComm控件全称为Microsoft Communications Control，是Microsoft公司提供的简化Windows下串行通行编程的ActiveX控件，它为应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法。通过对此控件的属性和事件进行相应编程操作，就可以轻松实现串口通信。
3.3.1. MSComm控件处理通信的方式
MSComm控件通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通信功能。MSComm控件提供两种处理通信的方式：事件驱动方式和查询方式。（1）事件驱动方式
事件驱动通信是处理串行端口交互作用的一种非常有效地方法。这种式下，在事件发生时，如在串口接收缓冲区有字符等，可以利用MSComm控件的OnComm事件捕获并处理这些通信事件，OnComm事件还可以检查和处理通信错误。在编程过程中，可以在OnComm事件处理函数中加入自己的代码。这种方法的优点使程序响应及时、可靠。
（2）查询方式
查询方式实质上还是事件驱动，在有些情况下，这种方式显得更为便捷。在程序的关键功能后，可以通过检查CommEvent属性的值来查询事件和错误，编写自己的程序代码。
3.2.2．MSComm控件的主要属性
MSComm控件很多重要的属性，常用属性的功能如下：
CommPort属性：设置并返回通信端口号；
摘要 接口实验报告 题目：脉搏波体温自动采集系统院（系）：电子工程与自动化学院 专业：仪器仪表工程 学生姓名： 学号： 指导老师：李智 职称：教授 20 年8月28日 I
摘要 本文介绍了一种基于51单片机的心率体温采集系统。首先介绍了51系列单片机的内部相关配置、工作原理以及编程方法，其次介绍了温度传感器PT100的相关测温方法以及通过红外光电传感器TCRT5000对射的方法来抓取人体脉搏信号。此次设计的电路部分主要包括：传感测量电路、放大电路、滤波整形电路、AD转换电路、控制电路、电源供电电路等。上位机为通过VC编程界面。通过上位机按键控制，将PT100及TCRT5000输入的微弱信号进行放大整形，最后AD采集转换传送给单片机，在上位机界面上显示相关体温及心率信息。 本次硬件设计基于比较稳定可行、低成本的设计思想，软件设计采用模块化的设计方法，并且详细分析了红外传感器TCRT5000应用于心率测量上以及PT100应用于温度测量上的原理及优点，阐述了其他各配合电路的组成与工作特点，并且通过仿真进行电路的可行性验证，最后完成实物电路的设计，使得本次课题的预期结果得以实现。 关键词：51单片机；传感器；仿真；AD转换
Abstract Abstract This paper introduced a heart rate and body temperature acquisition system that based on 51 single chip microcomputer. First the internal configurations of 51 single chip microcomputer are introduced. And the paper also tell how 51 single chip microcomputer works and how can we program on it. Then the method of using temperature sensor PT100 to get body temperature is introduced, and we use infrared photoelectric sensor TCRT5000 to get the pulse signal of human body.The design of the circuit mainly comprises sensing circuit, amplifying circuit, filtering and shaping circuit, AD converting circuit, counting and displaying circuit, controlling circuit, power supplying circuit and so on. When the keyboard is pressed, the system starts to get signal. The small signal from PT100 and TCRT5000 will be amplified and shaped. Then ad converter will change the analog signal into digital signal and send to 51 single chip microcomputer. At last LCD1602 will display the information of body temperature and heart rate. Keywords: Piezoelectric sensors；control circuit；counters；Multisim2001 simulation software control circuit. III
基于AT89C51单片机的温度传感器 目录 摘要.............................................................. I ABSTRACT........................................................... I I 第一章绪论 (1) 1.1 课题背景 (1) 1.2本课题研究意义 (2) 1.3本课题的任务 (2) 1.4系统整体目标 (2) 第二章方案论证比较与选择 (3) 2.1引言 (3) 2.2方案设计 (3) 2.2.1 设计方案一 (3) 2.2.2 设计方案二 (3) 2.2.3 设计方案三 (3) 2.3方案的比较与选择 (4) 2.4方案的阐述与论证 (4) 第三章硬件设计 (6) 3.1 温度传感器 (6) 3.1.1 温度传感器选用细则 (6) 3.1.2 温度传感器DS18B20 (7) 3.2.单片机系统设计 (13)
3.3显示电路设计.................................错误！未定义书签。 3.4键盘电路设计................................错误！未定义书签。 3.5报警电路设计.................................错误！未定义书签。 3.6通信模块设计.................................错误！未定义书签。 3.6.1 RS-232接口简介..............................错误！未定义书签。 3.6.2 MAX232芯片简介.............................错误！未定义书签。 3.6.3 PC机与单片机的串行通信接口电路.............错误！未定义书签。 第四章软件设计..................................错误！未定义书签。 4.1 软件开发工具的选择..........................错误！未定义书签。 4.2系统软件设计的一般原则.......................错误！未定义书签。 4..3系统软件设计的一般步骤......................错误！未定义书签。 4.4软件实现....................................错误！未定义书签。 4.4.1系统主程序流程图.........................错误！未定义书签。 4.4.2 传感器程序设计...........................错误！未定义书签。 4.4.3 显示程序设计.............................错误！未定义书签。 4.4.4 键盘程序设计.............................错误！未定义书签。 4.4.5 报警程序设计.............................错误！未定义书签。 4.4.6 通信模块程序设计.........................错误！未定义书签。 第五章调试与小结..................................错误！未定义书签。致谢...............................................错误！未定义书签。参考文献...........................................错误！未定义书签。附录...............................................错误！未定义书签。系统电路图.......................................错误！未定义书签。系统程序.........................................错误！未定义书签。
AT89C51单片机简易计算器的设计 单片机的出现是计算机制造技术高速发展的产物，它是嵌入式控制系统的核心，如今，它已广泛的应用到我们生活的各个领域，电子、科技、通信、汽车、工业等。本设计是基于51系列单片机来进行的数字计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除六位数范围内的基本四则运算，并在LCD上显示相应的结果。设计电路采用AT89C51单片机为主要控制电路，利用MM74C922作为计算器4*4键盘的扫描IC读取键盘上的输入。显示采用字符LCD静态显示。软件方面使用C语言编程，并用PROTUES仿真。 一、总体设计 根据功能和指标要求，本系统选用MCS-51系列单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对计算器的设计。具体设计如下：（1）由于要设计的是简单的计算器，可以进行四则运算，为了得到较好的显示效果，采用LCD 显示数据和结果。 （2）另外键盘包括数字键（0～9）、符号键（+、-、×、÷）、清除键和等号键，故只需要16 个按键即可，设计中采用集成的计算键盘。 （3）执行过程：开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LCD显示出来，当键入+、-、*、/运算符，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值，当再键入数值后将显示键入的数
值，按等号就会在LCD上输出运算结果。 （4）错误提示：当计算器执行过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示,如：当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCD上提示溢出；当除数为0时，计算器会在LCD 上提示错误。 系统模块图： 二、硬件设计 （一）、总体硬件设计 本设计选用AT89C51单片机为主控单元。显示部分：采用LCD 静态显示。按键部分：采用4*4键盘；利用MM74C922为4*4的键盘扫描IC，读取输入的键值。 总体设计效果如下图：
基于51单片机课程设计报告 院系：电子通信工程 团组：电子设计大赛1组 姓名： 指导老师：
目录 一、摘要 (3) 二、系统方案的设计 (3) 三、硬件资源 (5) 四、硬件总体电路搭建 (13) 五、程序流程图 (14) 六、设计感想 (14) 七、参考文献 (16) 附录 (17) 附录 1 程序代码 (17)
一、摘要 本设计以STC89C51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、led控制程序、超温报警程序。 关键词：STC89C51单片机 DS18B20温度芯片温度控制 ,LED报警提示. 二、系统方案的设计 1、设计要求 基本功能： 不加热时实时显示时间，并可手动设置时间； 设定加热水温功能。人工设定热水器烧水的温度，范围在20～70度之间，打开开关后，根据设定温度与水温确定是否加热，及何时停止加热，可实时显示温度； 设定加热时间功能。限定烧水时间，加热时间内超过温度上限或低于温度下限报警，并可实时显示温度。 2、系统设计的框架
本课题设计的是一种以STC89C51单片机为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。该控制系统可以实时存储相关的温度数据并记录当前的时间。其主要包括：电源模块、温度测量及调理电路、键盘、数码管显示、指示灯、报警、继电器及单片机最小系统。 图1 系统设计框架 3 工作原理 温度传感器 DS18B20 从设备环境的不同位置采集温度，单片机STC8951获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备(压缩制冷器) ，当采集的温度经处理后低于设定温度的下时 , 单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备 (加热器) ，这里采用通过LED1和LED2取代！！！ 当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声，这里采用HLLED提示。
#include
{ while(--i); } /****************************************** 此延时函数针对的是12Mhz的晶振 delay(0):延时518us 误差:518-2*256=6 delay(1):延时7us （原帖写"5us"是错的）delay(10):延时25us 误差:25-20=5 delay(20):延时45us 误差:45-40=5 delay(100):延时205us 误差:205-200=5 delay(200):延时405us 误差:405-400=5*/ voidshuma(uchar temp) { shi=temp/100; ge=temp%100/10; xiaoshu=temp%10; dula=1; P0=list[shi]; dula=0; P0=0xff; wela=1; P0=0xfe;
基于51单片机的水温自动控制系统 0 引言 在现代的各种工业生产中 ,很多地方都需要用到温度控制系统。而智能化的控制系统成为一种发展的趋势。本文所阐述的就是一种基于89C51单片机的温度控制系统。本温控系统可应用于温度范围30℃到96℃。 1 设计任务、要求和技术指标 1.1任务 设计并制作一水温自动控制系统，可以在一定范围（30℃到96℃）内自动调节温度，使水温保持在一定的范围（30℃到96℃）内。 1.2要求 （1）利用模拟温度传感器检测温度，要求检测电路尽可能简单。 （2）当液位低于某一值时，停止加热。 （3）用AD转换器把采集到的模拟温度值送入单片机。 （4）无竞争-冒险，无抖动。 1.3技术指标 （1）温度显示误差不超过1℃。 （2）温度显示范围为0℃—99℃。 （3）程序部分用PID算法实现温度自动控制。 （4）检测信号为电压信号。 2 方案分析与论证 2.1主控系统分析与论证 根据设计要求和所学的专业知识，采用AT89C51为本系统的核心控制器件。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。其引脚图如图1所示。 2.2显示系统分析与论证 显示模块主要用于显示时间，由于显示范围为0～99℃，因此可采用两个共阴的数码管作为显示元件。在显示驱动电路中拟订了两种设计方案： 方案一：采用静态显示的方案 采用三片移位寄存器74LS164作为显示电路，其优点在于占用主控系统的I/O口少，编程简单且静态显示的内容无闪烁，但电路消耗的电流较大。 方案二：采用动态显示的方案 由单片机的I/O口直接带数码管实现动态显示，占用资源少，动态控制节省了驱动芯片的成本，节省了电 ,但编程比较复杂，亮度不如静态的好。 由于对电路的功耗要求不大，因此就在尽量节省I/O口线的前提下选用方案一的静态显示。
DBUF EQU 30H TEMP EQU 40H YJ EQU 50H ;结果存放 YJ1 EQU 51H ;中间结果存放GONG EQU 52H ;功能键存放 ORG 00H START: MOV R3,#0 ;初始化显示为空MOV GONG,#0 MOV 30H,#10H MOV 31H,#10H MOV 32H,#10H MOV 33H,#10H MOV 34H,#10H MLOOP: CALL DISP ;PAN调显示子程序WAIT: CALL TESTKEY ; 判断有无按键JZ WAIT CALL GETKEY ;读键 INC R3 ;按键个数 CJNE A,#0,NEXT1 ; 判断就是否数字键 LJMP E1 ; 转数字键处理NEXT1: CJNE A,#1,NEXT2 LJMP E1 NEXT2: CJNE A,#2,NEXT3 LJMP E1 NEXT3: CJNE A,#3,NEXT4 LJMP E1 NEXT4: CJNE A,#4,NEXT5 LJMP E1 NEXT5: CJNE A,#5,NEXT6 LJMP E1 NEXT6: CJNE A,#6,NEXT7 LJMP E1 NEXT7: CJNE A,#7,NEXT8 LJMP E1 NEXT8: CJNE A,#8,NEXT9 LJMP E1 NEXT9: CJNE A,#9,NEXT10 LJMP E1 NEXT10: CJNE A,#10,NEXT11 ;判断就是否功能键LJMP E2 ;转功能键处理NEXT11: CJNE A,#11,NEXT12 LJMP E2 NEXT12: CJNE A,#12, NEXT13 LJMP E2
基于51单片机简易电子琴 1 课题背景 单片微型计算机室大规模集成电路技术发展的产物，属于第四代电子计算机它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。他的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。 电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器。它在现代音乐扮演重要的角色，单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。本文的主要内容是用AT89S52单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。以单片机作为主控核心，与键盘扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有8个按键，和一个复位按键。 主要对使用单片机设计简易电子琴进行了分析，并介绍了基于单片机电子琴硬件的组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏要表达的音符。并且分别从原理图，主要芯片，个模块原理及各莫奎的程序的调试来详细阐述。 一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，构成我们想演奏的那首曲目。当然对于单片机来产生不同的频率非常方便，我们可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样的方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系编写正确就可以达到我们想要的曲目。 2 任务要求与总体设计方案 2.1 设计任务与要求 利用所给键盘的1，2，3，4，5，6，7，8八个键，能够发出7个不同的音调，而且有一个按键可以自动播放歌曲，要求按键按下时发声，松开延时一小段时间，中间再按别的键则发另外一音调的声音，当系统扫描到键盘按下，则快速检测出是哪一个按键被按下，然后单片机的定时器启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出相应的音调。如果在前一个按下的键发声的同时有另一个按键被按下，则启动中断系统。前面的发音停止，转到后按的键的发音程序。发出后按的键的音调。 2.2 设计方案 2.2.1 播放模块 播放模块是由喇叭构成，它几乎不存在噪声，音响效果较好，而且由于所需驱动功率较小，且价格低廉，所以，被广泛应用。 2.2.2 按键控制模块
引言 本文主要介绍了一个基于AT89C51单片机的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感器DS18B20的数据采集过程，并介绍了利用C语言编程对DS18B20的访问，该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点。DS18B20与AT89C51结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量。数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便、测温范围广、测温精确、功能多样话等优点。其主要用于对测温要求准确度比较高的场所，或科研实验室使用，该设计使用STC89C52单片机作控制器，数字温度传感器DS18B20测量温度，单片机接受传感器输出，经处理用LED数码管实现温度值显示。 .
一、设计要求 通过基于MCS-51系列单片机AT89C51和DS18B20温度传感器检测温度，熟悉芯片的使用，温度传感器的功能，数码显示管的使用，C语言的设计；并且把我们这一年所学的数字和模拟电子技术、检测技术、单片机应用等知识，通过理论联系实际，从题目分析、电路设计调试、程序编制调试到传感器的选定等这一完整的实验过程，培养了学生正确的设计思想，使学生充分发挥主观能动性，去独立解决实际问题，以达到提升学生的综合能力、动手能力、文献资料查阅能力的作用，为毕业设计和以后工作打下一个良好的基础。 以MCS-51系列单片机为核心器件，组成一个数字温度计，采用数字温度传感器DS18B20为检测器件，进行单点温度检测，检测精度为0.5摄氏度。温度显示采用3位LED数码管显示，两位整数，一位小数。具有键盘输入上下限功能，超过上下限温度时，进行声音报警。 二、基本原理 原理简述：数字温度传感器DS1820把温度信息转换为数字格式；通过“1－线协议”，单片机获取指定传感器的数字温度信息，并显示到显示设备上。通过键盘，单片机可根据程序指令实现更灵活的功能，如单点检测、轮转检测、越数字温度传感器的温度检测及显示的系统原理图如图DS1820限检测等。基于 图 2.1 基于DS1820的温度检测系统框图 三：主要器件介绍（时序图及各命令序列，温度如何计算等） 系统总体设计框图 由于DS18B20数字温度传感器具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠，所以在该设计中采用DS18B20数字温度传感器测量温度。 测温电路设计总体设计框图如图所示，控制器采用单片机AT89S52，温度传感器采用DS18B20，显示采用4位LED数码管，报警采用蜂鸣器、LED灯实现，键盘用来设定报警上下限温度。 .. . 测温电路设计总体设计框图图3.11.控制模块 AT89S52单片机是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含有8kb的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公
基于单片机的温度控制系统设计 1.设计要求 要求设计一个温度测量系统，在超过限制值的时候能进行声光报警。具体设计要求如下： ①数码管或液晶显示屏显示室内当前的温度； ②在不超过最高温度的情况下，能够通过按键设置想要的温度并显示；设有四个按键，分别是设置键、加1键、减1键和启动/复位键； ③DS18B20温度采集； ④超过设置值的±5℃时发出超限报警，采用声光报警，上限报警用红灯指示，下限报警用黄灯指示，正常用绿灯指示。 2.方案论证 根据设计要求，本次设计是基于单片机的课程设计，由于实现功能比较简单，我们学习中接触到的51系列单片机完全可以实现上述功能，因此可以选用AT89C51单片机。温度采集直接可以用设计要求中所要求的DS18B20。报警和指示模块中，可以选用3种不同颜色的LED灯作为指示灯，报警鸣笛采用蜂鸣器。显示模块有两种方案可供选择。 方案一：使用LED数码管显示采集温度和设定温度； 方案二：使用LCD液晶显示屏来显示采集温度和设定温度。 LED数码管结构简单，使用方便，但在使用时，若用动态显示则需要不断更改位选和段选信号，且显示时数码管不断闪动，使人眼容易疲劳；若采用静态显示则又需要更多硬件支持。LCD显示屏可识别性较好，背光亮度可调，而且比LED 数码管显示更多字符，但是编程要求比LED数码管要高。综合考虑之后，我选用了LCD显示屏作为温度显示器件，由于显示字符多，在进行上下限警戒值设定时同样可以采集并显示当前温度，可以直观的看到实际温度与警戒温度的对比。LCD 显示模块可以选用RT1602C。
3.硬件设计 根据设计要求，硬件系统主要包含6个部分，即单片机时钟电路、复位电路、键盘接口模块、温度采集模块、LCD 显示模块、报警与指示模块。其相互联系如下图1所示： 图1 硬件电路设计框图 单片机时钟电路 形成单片机时钟信号的方式有内部时钟方式和外部时钟方式。本次设计采用内部时钟方式，如图2所示。 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为此放大器的输入端和输出端，其频率范围为~12MHz ，经由片外晶体振荡器或陶瓷振荡器与两个匹配电容一 起形成了一个自激振荡电路，为单片机提供时钟源。 复位电路 复位是单片机的初始化操作，其作用是使CPU 和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，以防止电源系统不稳定造成CPU 工作不正常。在系统中，有时会出现工作不正常的情况，为了从异常状态中恢复，同时也为了系统调试方便，需要设计一个复位电路。 单片机的复位电路有上电复位和按键复位两种形式，因为本次设计要求需要有启动/复位键，因此本次设计采用按键复位，如图3。复位电路主要完成系统 图2 单片机内部时钟方式电路 图3 单片机按键复位电路
#include <reg51.h>#include <intrins.h> #include <ctype.h> #include <stdlib.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar operand1[9], operand2[9]; uchar operator; void delay(uint); uchar keyscan(); void disp(void); void buf(uint value); uint compute(uint va1,uint va2,uchar optor); uchar code table[] = {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99, 0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff}; uchar dbuf[8] = {10,10,10,10,10,10,10,10}; void delay(uint z) { uint x,y; for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--); } uchar keyscan() { uchar skey; P1 = 0xfe; while((P1 & 0xf0) != 0xf0) { delay(3); while((P1 & 0xf0) != 0xf0) { switch(P1) { case 0xee: skey = '7'; break; case 0xde: skey = '8'; break; case 0xbe: skey = '9'; break; case 0x7e: skey = '/'; break; default: skey = '#'; }
目录 前言 (2) 第1章基于51单片机的电子琴设计 (3) 1.1 电子琴的设计要求 (3) 1.2 电子琴设计所用设备及软件 (3) 1.3 总体设计方案 (3) 第2章系统硬件设计 (5) 2.1 琴键控制电路 (5) 2.2 音频功放电路 (6) 2.3 时钟-复位电路 (6) 2.4 LED显示电路 (6) 2.5 整体电路 (6) 第3章电子琴系统软件设计 (7) 3.1 系统硬件接口定义 (7) 3.2 主函数 (8) 3.2.1 主函数程序 (8) 3.3 按键扫描及LED显示函数 (9) 3.3.1 键盘去抖及LED显示子程序 (10) 3.4 中断函数 (11) 3.4.1 中断程序 (12) 第4章电子琴和调试 (12) 4.1 调试工具 (12) 4.2 调试结果 (13) 4.3 电子琴设计中的问题及解决方法 (14) 第5章电子琴设计总结 (15) 参考文献 (16) 附录 (17)
前言 音乐教育是学校美育的主要途径和最重要内容，它在陶冶情操、提高素养、开发智力，特别是在培养学生创新精神和实践能力方面发挥着独特的作用。近年来，我国音乐教育在理论与实践上都取得了有目共睹的成绩，探索并形成了具有中国特色的、较为完整的音乐教育教学体系。但我国音乐教育的改革力度离素质教育发展的要求还存在一定距离。如今，电子琴作为电子时代的新产物以其独特的功能和巨大的兼容性被人们广泛的接受和推崇。而在课堂教学方面，它拥有其它乐器无法比拟的两个瞬间：瞬间多元素思维的特殊的弹奏方法；瞬间多声部(包括多音色)展示的乐队音响效果的特点。结合电子琴自身强大的功能及独特的优点来进行音乐教育的实施，这样就应该大力推广电子琴进入音乐教室，让电子琴教学在音乐教育中发挥巨大的作用。现代乐器中，电子琴是高新科技在音乐领域的一个代表，体现了人类电子技术和艺术的完美结合。电子琴自动伴奏的稳定性、准确性，以及鲜明的强弱规律、随人设置的速度要求，都更便于人们由易到难、深入浅出的准确掌握歌曲节奏和乐曲风格，对其节奏的稳定性和准确性训练能起到非常大的作用。电子琴所包含的巨量的音乐信息和强大的音乐表现力可以帮助音乐教学更好地贯彻和落实素质教育，更有效地提高人们的音乐素质和能力。目前，市场上的电子琴可谓琳琅满目，功能也是越来越完备。以单片机作为主控核心，设计并制作的电子琴系统运行稳定，其优点是硬件电路简单、软件功能完善、控制系统可靠、性价比较高等，具有一定的实用与参考价值。这就为电子琴的普及提供了方便。 二、电子琴设计要求本设计主要是用AT89C51单片机为核心控制元件，设计一台电子琴。以单片机作为主控核心，与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有7个按键和1个复位按键。本系统主要是完成2大功能：音乐自动播放、电子琴弹奏。关于声音的处理，使用单片机C语言，利用定时器来控制频率，而每个音符的符号只是存在自定义的表中。
西安文理学院物理与机械电子工程学院课程设计任务书
目录 摘要 (3) 1 引言 (3) 1.1课题背景 (3) 1.2研究内容和意义 (5) 2 芯片介绍 (5) 2.1 DS18B20概述 (5) 2.1.1 DS18B20封装形式及引脚功能 (6) 2.1.2 DS18B20内部结构 (6) 2.1.3 DS18B20供电方式 (9) 2.1.4 DS18B20的测温原理 (10) 2.1.5 DS18B20的ROM命令 (11) 2.2 AT89C52概述 (13) 2.2.1单片机AT89C52介绍 (13) 2.2.2功能特性概述 (13) 3 系统硬件设计 (13) 3.1 单片机最小系统的设计 (13) 3.2 温度采集电路的设计 (14) 3.3 LED显示报警电路的设计 (15) 4 系统软件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 4.1 流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 4.2 温度报警器程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 4.3 总电路图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19 5总结 (20)
摘要 随着时代的进步和发展，温度的测试已经影响到我们的生活、工作、科研、各个领域，已经成为了一种非常重要的事情，因此设计一个温度测试的系统势在必行。 本文主要介绍了一个基于AT89C52单片机的数字温度报警器系统。详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，对各部分的电路也一一进行了介绍，该系统可以方便的实现温度的采集和报警，并可以根据需要任意上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当做温度处理模块潜入其他系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20与AT89C52结合实现最简温度报警系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。 关键词：单片机；温度检测；AT89C52;DS18B20; 1 引言 1.1课题背景 温度是工业对象中主要的被控参数之一，如冶金、机械、食品、化工各类工业生产中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的温度处理要求严格控制。随着科学技术的发展，要求温度测量的范围向深度和广度发展，以满足工业生产和科学技术的要求。 基于AT89C51单片机提高了系统的可移植性、扩展性，利于现代测控、自动化、电气技术等专业实训要求。以单片机为核心设计的温度报警器，具有安全可靠、操作简单方便、智能控制等优点。 温度对于工业生产如此重要，由此推进了温度传感器的发展。温度传感器主要经过了三个发展阶段[1]： （1）模拟集成温度传感器。该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器具有功能单一(仅测量温度)、
摘要 本文介绍了一种基于51单片机的心率体温采集系统。首先介绍了51系列单片机的内部相关配置、工作原理以及编程方法，其次介绍了温度传感器PT100的相关测温方法以及通过红外光电传感器TCRT5000对射的方法来抓取人体脉搏信号。此次设计的电路部分主要包括：传感测量电路、放大电路、滤波整形电路、AD转换电路、计数显示电路、控制电路、电源供电电路等。通过按键开始测试，将PT100及TCRT5000输入的微弱信号进行放大整形，最后AD采集转换传送给单片机，在LCD1602上显示相关体温及心率信息。 本次硬件设计基于比较稳定可行、低成本的设计思想，软件设计采用模块化的设计方法，并且详细分析了红外传感器TCRT5000应用于心率测量上以及PT100应用于温度测量上的原理及优点，阐述了其他各配合电路的组成与工作特点，并且通过仿真进行电路的可行性验证，最后完成实物电路的设计，使得本次课题的预期结果得以实现。 关键词：51单片机；传感器；仿真；AD转换 -I
Abstract This paper introduced a heart rate and body temperature acquisition system that based on 51 single chip microcomputer. First the internal configurations of 51 single chip microcomputer are introduced. And the paper also tell how 51 single chip microcomputer works and how can we program on it. Then the method of using temperature sensor PT100 to get body temperature is introduced, and we use infrared photoelectric sensor TCRT5000 to get the pulse signal of human body.The design of the circuit mainly comprises sensing circuit , amplifying circuit, filtering and shaping circuit, AD converting circuit, counting and displaying circuit, controlling circuit, power supplying circuit and so on. When the keyboard is pressed, the system starts to get signal. The small signal from PT100 and TCRT5000 will be amplified and shaped. Then ad converter will change the analog signal into digital signal and send to 51 single chip microcomputer . At last LCD1602 will display the information of body temperature and heart rate. Keywords: Piezoelectric sensors；control circuit；counters；Multisim2001 simulation software control circuit. -II
AT89C51单片机简易计算器的设计 一、总体设计 根据功能和指标要求，本系统选用MCS-51系列单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对计算器的设计。具体设计如下：（1）由于要设计的是简单的计算器，可以进行四则运算，为了得到较好的显示效果，采用LCD 显示数据和结果。 （2）另外键盘包括数字键（0～9）、符号键（+、-、×、÷）、清除键和等号键，故只需要16 个按键即可，设计中采用集成的计算键盘。 （3）执行过程：开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LCD显示出来，当键入+、-、*、/运算符，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值，当再键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCD上输出运算结果。 （4）错误提示：当计算器执行过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示,如：当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCD上提示溢出；当除数为0时，计算器会在LCD 上提示错误。 系统模块图：
二、硬件设计 （一）、总体硬件设计 本设计选用AT89C51单片机为主控单元。显示部分：采用LCD 静态显示。按键部分：采用4*4键盘；利用MM74C922为4*4的键盘扫描IC，读取输入的键值。 总体设计效果如下图：
（二）、键盘接口电路 计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键，如果采用独立按键的方式，在这种情况下，编程会很简单，但是会占用大量的I/O 口资源，因此在很多情况下都不采用这种方式，而是采用矩阵键盘的方案。矩阵键盘采用四条I/O 线作为行线，四条I/O 线作为列线组成键盘，在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为4×4个。这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O 口的利用率。 矩阵键盘的工作原理： 计算器的键盘布局如图2所示：一般有16个键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这种形式在单片机系统中也最常用。 图 2 矩阵键盘布局图 矩阵键盘内部电路图如图3所示：
单片机课程设计报告 题目：温度监控系统设计 学院：能源与动力工程学院 专业：测控技术与仪器专业 班级： 2班 成员：魏振杰 二〇一五年十二月
一、引言 温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。对于不同场所、不同工艺、所需温度高低范围不同、精度不同，则采用的测温元件、测方法以及对温度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，对温度的测控方法多种多样。 随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术，也便随之而生，并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。 作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步，其应用领域较广泛。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。 为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本系统利用传感器与单片机相结合，应用性比较强，本系统可以作为仓库温度监控系统，如果稍微改装可以做热水器温度调节系统、实验室温度监控系统，以及构成智能电饭煲等等。课题主要任务是完成环境温度监测，利用单片机实现温度监测并通过报警信号提示温度异常。本设计具有操作方便，控制灵活等优点。 本设计系统包括单片机，温度采集模块，显示模块，按键控制模块，报警和指示模块五个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度监控，完成了课题所有要求。 二、实验目的和要求 2.1学习DS18B20温度传感芯片的结构和工作原理。 2.2掌握LED数码管显示的原理及编程方法。 2.3掌握独立式键盘的原理及使用方法。 2.4掌握51系列单片机数据采集及处理的方法。 三、方案设计
毕业设计论文 基于51单片机温湿度检测+电子万年历的设计
[摘要]：温湿度检测是生活生产中的重要的参数。本设计为基于51单片机的温湿度检测与控制系统，采用模块化、层次化设计。用新型的智能温湿度传感器SHT10主要实现对温度、湿度的检测，将温度湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成数字信号，再运用单片机STC89C52RC进行数据的分析和处理，为显示提供信号，显示部分采用LCD1602液晶显示所测温湿度值。系统电路简单、集成度高、工作稳定、调试方便、检测精度高，具有一定的实用价值。 [关键字]：STC89C52RC SHT10 LCD1602 按键指示灯蜂鸣器电子万年历Based on 51 single chip microcomputer temperature and humidity detection + electronic calendar design Abstract：Temperature and humidity detection is important parameters in the production of life. This design is based on 51 single chip microcomputer temperature and humidity detection and control system, adopting modular, hierarchical design. With new type of intelligent temperature and humidity sensor SHT10 main realization about the detection of temperature, humidity, temperature humidity signal acquisition is converted into digital signals through the sensor signal, using SCM STC89C52RC for data analysis and processing, provides the signal for display, display part adopts LCD1602 LCD display the measured temperature and humidity values. Simple circuit, high integration, work stability, convenient debugging, high detection precision, has certain practical value. Key words：STC89C52RC SHT10 LCD1602 key indicator light buzzer The electronic calendar