基于紅外發(fā)光二極管的有害氣體檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于紅外發(fā)光二極管的基于紅外發(fā)光二極管的 有害氣體檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)有害氣體檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) the design on noxious gas detecting system based on mid-inrfared led 摘 要 本課題所研究的基于中紅外發(fā)光二極管(mir 一 led)的有害氣體檢測系統(tǒng) 有助于尋求一種可在線實(shí)時(shí)檢測有害氣體的新方法。該方法對提高有害氣體的 檢測效率、降低儀器成本，改善城市大氣和室內(nèi)空氣環(huán)境以及提高一些行業(yè)的 生產(chǎn)安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本課題在研究了中紅外發(fā)光二極管最新成果的 基礎(chǔ)上，結(jié)合單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)并開發(fā)了整個(gè)系統(tǒng)。文章首先闡述了儀器的整體 結(jié)構(gòu);其次詳細(xì)

2、說明了各部分的設(shè)計(jì)思路，著重說明了中紅外發(fā)光二極管作為紅 外光源的優(yōu)勢;然后以電路原理圖給出了系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn);最后給出了部分軟件程 序代碼。整個(gè)系統(tǒng)按照功能劃分為三個(gè)模塊：單色紅外光發(fā)射系統(tǒng)；數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)；單片機(jī)控制系統(tǒng)。單色光發(fā)射系統(tǒng)包括中紅外發(fā)光二極管陣列及 其驅(qū)動(dòng)電路。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括紅外探測器及其偏置電路、信號放大電路及模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)控制電路包括邏輯控制電路及鍵盤、顯示電路等。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：有害氣體；紅外光譜；中紅外發(fā)光二極管；單片機(jī) abstract we proposed and discussed in this paper a new noxious air det

3、ecting system based onmir-led.we can use the new system to realize an on line real time detection method.through that method we can boost the detection efficiency，lower the making cost and ameliorate air qualiy in ubran area and in our homes this paper begins with the entire device sturcutre.then we

4、 explain our designing thought for every modules of the system.much emphasis is put on the reason why we utilize mir-led as the infrared light source.next we designed the circuit diagram of hardware part and finally implement the software programming.the entire system can be divided into three modul

5、es in temrs of functionaliyt:mono infrared emission systemdata collecting systemcontrol system mono inrfare demission system consists of mir-led array and corresponding driver circuit. data collecting system consists of photoelectricity detector and its bias set circuit，signal amplifier circuit and

6、a/d convter circuit .control system consists of logical control circuit and keyboard,display circuit and so on. key words: noxious has; infrared spectrum; mir-led; mcu . 目 錄 1 緒論.1 1.1 課題的提出.1 1.2 課題的研究方法.1 1.2.1 光譜分析技術(shù)及儀器概述.1 1.2.2 氣體檢測的紅外光譜法.2 1.2.3 本課題的研究方法.2 2 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu).3 2.1 紅外光發(fā)射系統(tǒng).4 2.1.1 以 mi-

7、rled 作為單色光源.4 2.1.2 驅(qū)動(dòng)電路.5 2.2 紅外光接收系統(tǒng).6 2.2.1 用光電導(dǎo)探測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換.6 2.2.2 偏置電路.6 3 控制系統(tǒng).8 3.1 分頻電路.8 3.2 脈沖調(diào)制電路.9 3.3 單片機(jī)控制及其接口.10 3.3.1 at89c52 的部分資源.10 3.3.2 鍵盤接口.13 3.3.3 液晶顯示接口.14 4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).16 4.1 直流信號放大電路.17 4.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ad7896.19 4.3 電路連接與控制程序.22 結(jié) 論.23 參考文獻(xiàn).24 致 謝.26 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 0 1 緒論

8、1.1 課題的提出 隨著工業(yè)化水平的提高, 現(xiàn)代社會給人們提供了多種便利, 同時(shí)也帶來了一一 些公害。環(huán)境污染和生態(tài)破壞已經(jīng)在一定程度上嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展并危害 到人類的健康安全，其中由于空氣污染所造成的經(jīng)濟(jì)損失和人群發(fā)病率的升高 都十分驚人?？諝馕廴驹谶@里是一個(gè)廣義的概念，它既指通常意義上的大氣污 染，也指室內(nèi)空氣的污染，同時(shí)也指某些特定生產(chǎn)行業(yè)如采煤、冶煉等的空氣 環(huán)境的高危險(xiǎn)性。不論是何種情形，其成因都是由于空氣中有害氣體的含量超 過甚至大大超過其最小容許濃度所致。 有害氣體泛指對人體健康或生命安全構(gòu)成威脅的各種氣體，比如能使人中 毒 的有毒氣體、無毒但會使人窒息的氣體、可引發(fā)爆炸或易

9、燃的氣體以及那些破 壞 生態(tài)危及人類生存環(huán)境的氣體如溫室氣體等。這其中很多種類的有害氣體能夠 以 不同途徑從不同源頭釋出，在不同環(huán)境下的危害也不盡相同，例如大氣污染， 瓦斯爆炸引起的災(zāi)害事故，工業(yè)氣體污染等。控制大氣中有害氣體的排放、在 諸如礦井這樣的生產(chǎn)環(huán)境中進(jìn)行安全預(yù)警都是勢在必行的，而這些都要求人們 有一行之有效的方法和儀器來監(jiān)測空氣中有害氣體的含量。 1.2 課題的研究方法 1.2.1 光譜分析技術(shù)及儀器概述 近百年來，光譜技術(shù)作為理化分析和檢測手段已經(jīng)發(fā)展成熟。從真空紫外 到遠(yuǎn)紅外都已經(jīng)建立起完整的光譜定性、定量分析方法及整套光譜圖譜。光譜 分析測試技術(shù)和光譜儀器的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域是物理

10、、化學(xué)、天文觀測等科學(xué)研究 領(lǐng)域，以及礦產(chǎn)資源勘測、工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量分析等物質(zhì)生產(chǎn)領(lǐng)域。 以紅外光譜分析檢測技術(shù)為基礎(chǔ)的紅外氣體分析儀是一種非常重要的在線 分析儀器，這類儀器的缺點(diǎn)是需要附加復(fù)雜的樣品預(yù)處理裝置，儀器成本比較 高，靈活性差。因此開發(fā)一種價(jià)格低廉、使用方便的有害氣體檢測方法具有重 要的現(xiàn)實(shí)意義 1.2.2 氣體檢測的紅外光譜法 1 光的吸收定律 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 光的吸收定律是研究光吸收內(nèi)在規(guī)律的基本定律，也是作為吸收光譜定量 分析的理論依據(jù)。早在 1729 年和 1768 年分別由布給(buoguer)和朗伯(lambert)提 出了光的吸收與吸

11、收介質(zhì)厚度之間的關(guān)系，被稱為朗伯定律。1852 年比爾 (beer)又提出了光的吸收與吸收介質(zhì)濃度之間的關(guān)系，被稱為比爾定律。這兩 條定律合并成為朗伯一比爾定律或稱為光的吸收定律。朗伯定律表明:如果一束 單色光照射在均勻介質(zhì)上，當(dāng)介質(zhì)中吸光物質(zhì)的濃度固定時(shí)，則均勻介質(zhì)對光 吸收的程度與均勻介質(zhì)的厚度成正比。比爾定律表明:如果一束單色光照射在均 勻介質(zhì)時(shí)，當(dāng)均勻介質(zhì)的厚度固定，則均勻介質(zhì)對光的吸收程度與介質(zhì)中吸光 物質(zhì)的濃度成正比。 2 空氣中有害氣體的定量檢測 根據(jù)光波的波長范圍分成不同類型的光譜，它們各自反映出物質(zhì)的不同類 型 的運(yùn)動(dòng)形式。紅外光譜研究的內(nèi)容涉及的是分子運(yùn)動(dòng)，因此稱之為分子光

12、譜。 通 常紅外光譜系指 0.78 一 25um 之間的吸收光譜，這段波長范圍反映出分子中原 子間的振動(dòng)和變角運(yùn)動(dòng)。紅外光譜定量分析的基礎(chǔ)是朗伯 l(ambe)rt 一比爾 b(ee)r 定律。光源發(fā)射的單色紅外光被待測有害氣體直接吸收，因此通過直接 測定吸光度就可以得到有害氣體的濃度，并不需要進(jìn)行復(fù)雜的樣氣采集、樣氣 預(yù)處理等準(zhǔn)備階段，大大簡化了檢測方法同時(shí)也提高了檢測精度。 1.2.3 本課題的研究方法 目前應(yīng)用于氣體檢測的大多是不分光的氣體分析儀，該類儀器一般都需要 對待側(cè)氣體進(jìn)行預(yù)處理，具有靈活性差、速度慢等缺點(diǎn)。本課題所研究的基于 中紅外發(fā)光二極管(mir 一 led)的有害氣體檢測

13、系統(tǒng)有助于尋求一種可在線實(shí)時(shí) 檢測有害氣體的新方法。該方法對提高有害氣體的檢測效率、降低儀器成本， 改善城市大氣和室內(nèi)空氣環(huán)境以及提高一些行業(yè)的生產(chǎn)安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意 義。本課題所設(shè)計(jì)的有害氣體檢測系統(tǒng)是以光的吸收定律為理論基礎(chǔ)，通過測 定有害氣體對紅外光的吸收度來計(jì)算被測氣體濃度的實(shí)時(shí)分析儀器。單色光源 所采用的中紅外發(fā)光二極管是一種非常適合進(jìn)行氣體分析檢測的紅外光源，新 的技術(shù)工藝保證了在中紅外區(qū)既能獲得很好的單色性又能得到較大的發(fā)射功率。 新型的銻化錮(nibs)紅外探測器除了具有很寬的光譜范圍(2 一 u7m)，還具有很 快的響應(yīng)速度(時(shí)間常數(shù)rd，為恒流偏置，通過探測器的偏置電流基

14、本上不隨光輻射的 變化而變化，這個(gè)電流值受探測器的額定功率限制，必須折中考慮響應(yīng)率和安 全性。根據(jù)偏置電壓 vb和暗電阻 rd可以確定負(fù)載電阻 rl的阻值。信號從 a 點(diǎn)取出，送到直流信號放大器。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 3 控制系統(tǒng) 外部時(shí)鐘電路產(chǎn)生的脈沖序列不僅調(diào)制發(fā)射系統(tǒng)中 mir-led 的驅(qū)動(dòng)電流， 同時(shí)也充當(dāng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制信號，同步各波長紅外光的發(fā)射與接收。而單 片機(jī)也在該脈沖的 觸發(fā)下進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與處理工作，如此才能保證檢測的實(shí) 時(shí)性以及所發(fā)射紅外光的波長與采集到的光強(qiáng)信號數(shù)據(jù)之間的一一對應(yīng)。因此 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)

15、計(jì) 8 系統(tǒng)硬件電路中設(shè)計(jì)了圍繞外部脈沖的分頻電路、脈寬調(diào)制電路等。 3.1 分頻電路 本系統(tǒng)中作為光源的一組中紅外發(fā)光二極管(這里采用了 7 支)共用一個(gè)直 流電流源。電流源與每一個(gè) led 之間接一個(gè) mosfet 開關(guān)管，外部脈沖加到 mosfet 管的柵極，通過開關(guān)管的開/斷實(shí)現(xiàn) led 的脈沖電流驅(qū)動(dòng)。原始頻率 為 16khz 的外部脈沖通過分頻/選擇電路依次控制每個(gè) mo sfet 管的導(dǎo)通，使得 各 led 都獲得了頻率為 2khz 的脈沖電流，并且按固定的順序發(fā)光。分頻電路 由前向二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 mc 14520、八路模擬開關(guān) adg608 組成。 紅外光探測器每一次接收到的

16、通過被測氣體的吸收光都具有不同的波長和 發(fā)射光強(qiáng)度，要確定該紅外光的波長必須通過單片機(jī)對分頻電路產(chǎn)生的地址進(jìn) 行 判斷，從而確定待測氣體性質(zhì)及吸收度。 mc14520 clk en r q0 q1 q2 q3 d+5 reset pulse d+5 a0 a1 a2 en d adg608 s1 s7 led1 led2 圖 3-1 分頻電路原理圖 下面說明分頻電路各組成部分及工作原理。 mc 14520 有四條地址線，在 en 端為高電平條件下，每一個(gè) clk 端的輸 入 脈沖都使計(jì)數(shù)器加 1，輸出 q3-q0 為二進(jìn)制的 0000-1111。 模擬開關(guān) adg608 的輸入為 ne555

17、產(chǎn)生的原始脈沖，它由三位地址線 a0 , a 1, a2 決定該輸入與哪一路輸出導(dǎo)通。這里采用 mc 14520 的低三位輸出 (q2,ql, q0)作為 adg608 的輸出通道地址。 當(dāng)有觸發(fā)脈沖到達(dá) clk 引腳，mc14520 的低三位輸出 q0, q1, q2(亦即 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 adg608 的 a0, a1, a2)從 000 開始向 111 遞增，控制各模擬通道依次導(dǎo)通。因 為前向加法計(jì)數(shù)器 mc14520 的 clk 脈沖與 8 路模擬開關(guān) adg608 的輸入都是 由外部脈沖電路產(chǎn)生的，所以每一次 mc 14520 的 clk 引腳有

18、一個(gè)脈沖到來， 都 會使得模擬開關(guān)的某一個(gè)輸出引腳 sn 與輸入引腳 d 短接” ，此時(shí)，這個(gè)引腳 上 的電信號就是外部脈沖，而其它引腳輸出為高阻狀態(tài)。同時(shí)單片機(jī) at89c52 通 過 i/o 口觀察這個(gè)地址的變化，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到 111 時(shí)單片機(jī)發(fā)出置位信號 reset 送計(jì)數(shù)器，則 mc 14520 再次從 000 開始計(jì)數(shù)，相應(yīng)的 adg608 的輸入 d 從頭依次與 s1- s8 導(dǎo)通，從而完成對原始輸入脈沖的 8 分頻。 3.2 脈沖調(diào)制電路 本系統(tǒng)中外部獨(dú)立脈沖同步紅外光的發(fā)射與接收，這種同步機(jī)制的實(shí)現(xiàn)是 依 靠該脈沖控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的 a/d 轉(zhuǎn)換芯片。本系統(tǒng)采用的 a/d

19、轉(zhuǎn)換芯片型 號為 ad7896(下一章將詳細(xì)介紹)，在它的自動(dòng)休眠模式中，convst 引腳上 要有一個(gè)寬度大于 gus 的脈沖作為整個(gè) a/d 轉(zhuǎn)換動(dòng)作的開始信號，因此將外部 脈沖作脈寬調(diào)制后送到 ad7896 的 convst 引腳，即可同步紅外光的發(fā)射與接 收檢測。而單片機(jī)也因 int0 引腳檢測到這個(gè)調(diào)制后的脈沖下降沿而產(chǎn)生中斷。 74ls123 是一個(gè)可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在觸發(fā)脈沖的上升沿(接 b 端)或下降 沿(接 a 端)的作用下，輸出 q 為高電平，經(jīng)過延時(shí) tw 后，輸出 q 返回低電平， 當(dāng)外接電阻為 r 且電容 c1000pf 時(shí)，tw=0.45rc，這里通過選取適當(dāng)?shù)?/p>

20、 r, c 值使得輸出 q 的脈寬在 6us 多一些。 cext clr b a 51 vcc cext rext rext vrc cext ls 123 gnd vcc q q pin pout vcc 0.1uf 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 3-2 74ls123 構(gòu)成的脈寬調(diào)制電路原理圖 3.3 單片機(jī)控制及其接口 由于本系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心的自動(dòng)化檢測儀器，對于小規(guī)模的信號檢測， 其數(shù)據(jù)處理任務(wù)并不十分繁重，所以這里沒有選用 dsp，而是選用了 atmel 公 司的 at89c52，相對于 89c51, at89c52 有更豐富的片內(nèi)資源。例如有 8k

21、 字節(jié) 的片內(nèi) eeprom，以及 256 字節(jié)的片內(nèi) ram，對于本系統(tǒng)的控制程序來說， 已 經(jīng)足夠，因此可以省去片外程序存儲器和片外 ram，降低了成本和簡化了控制 電路。at89c52 有 3 個(gè) 16 位的時(shí)鐘(計(jì)數(shù)器)，而且 32 個(gè) io 線全部可編程，時(shí) 鐘可高達(dá) 24m，和 89c51 相比，它的使用更加靈活。 本系統(tǒng)中各控制模塊以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與單片機(jī)的接口在相應(yīng)章節(jié)里進(jìn)行 介紹，這里主要說明作為自動(dòng)化檢測儀器所具備的人機(jī)交互部分，即單片機(jī)系 統(tǒng) 的外部控制與顯示模塊。 在此之前簡要介紹一下 at89c52。 3.3.1at89c52 的部分資源 89c52 是在 80c51

22、 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有 8kb 片內(nèi) eeprom 的單片 機(jī) 芯片。89c52 系列包括的基本結(jié)構(gòu)如下: (1)一個(gè) 8 位算術(shù)邏輯單元; (2) 32 個(gè) io 口，4 組 8 位端口可單獨(dú)尋址; (3) 3 個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器; (4)全雙工串行通信; (5) 6 個(gè)中斷源兩個(gè)中斷優(yōu)先級; (6) 256 字節(jié)內(nèi)置 ram; (7)獨(dú)立的 64k 字節(jié)可尋址數(shù)據(jù)和代碼區(qū)。 89c52 提供給用戶 3 個(gè)不同的存儲空間，每個(gè)存儲空間包括從。到最大存 儲范圍的連續(xù)的字節(jié)地址空間，通過利用特定地址的尋址指令解決了地址重疊 的問題。第一個(gè)存儲空間是代碼段即 code 區(qū)，用來存放可執(zhí)行代

23、碼。16 位尋 址空 間可達(dá) 64k，代碼段是只讀的，當(dāng)要對外接存儲器件如 eprom 進(jìn)行尋址時(shí)， 理器會產(chǎn)生一個(gè)信號，但這并不意味著代碼區(qū)一定要用一個(gè) eprom.。第二個(gè) 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 存儲區(qū)是 89c52 的前 128 個(gè)字節(jié)內(nèi)部 ram。這部分主要是作為數(shù)據(jù)段成為 data 區(qū)。指令用一個(gè)或兩個(gè)周期訪問數(shù)據(jù)段，訪問 data 區(qū)比訪問 xdata 區(qū)要快，因?yàn)樗捎弥苯訉ぶ贩绞?，而訪問 xdata 需采用間接尋址，必須先 初始化 dptr。通常，把使用比較頻繁的的變量或局部變量存儲在 data 段中， 但是必須節(jié)省使用。89c52 的后 12

24、8 個(gè)字節(jié)的內(nèi)部 ram 位于從 80h 開始的地 址空間中被稱為 idata 區(qū)。因?yàn)?idata 區(qū)的地址和 sfrs 的地址是重疊的， 通過區(qū)分所訪問的存儲區(qū)來解決地址重疊問題，因?yàn)?idata 區(qū)只能通過間接 尋址來訪問。89c52 的最后一個(gè)存儲空間為 64k，和 code 區(qū)一樣采用 16 位 地址尋址稱作部數(shù)據(jù)區(qū)簡稱 xdata 區(qū)。這個(gè)區(qū)通常包括一些 ram 如 sram 和一些需要通過總線接口的外圍器件，對 xdata 的讀寫操作需要至少兩個(gè)處 理周期，使用 dptrro 或 dptr r1。對 dptr 來說至少需要兩個(gè)處理周期， 而讀寫又需要兩個(gè)周期，由此可見處理 xda

25、ta 中的數(shù)據(jù)至少要花 3 個(gè)指令周 期。因此頻繁的數(shù)據(jù)應(yīng)盡量保存在 data 中。如果不需要和外部器件進(jìn)行 i/o 操作或者希望在和外部器件進(jìn)行 i/o 操作時(shí)開關(guān) ram，則 xdata 可全部使用 64k ram o 中斷系統(tǒng)和外部功能控制器叫做特殊功能寄存器，簡稱 sfr。其中很多寄 存器都可位尋址，可通過名字進(jìn)行引用。這些寄存器的尋址方式和 data 區(qū)中 的其 它字節(jié)和位一樣。 89c52 有一個(gè)可通過軟件控制的內(nèi)置全雙工串行通訊接口 dart，由寄存 器 scon 來進(jìn)行設(shè)置，選擇通訊模式。 dart 發(fā)送數(shù)據(jù)由 txd 端送出，接收數(shù)據(jù)由 r端輸入，帶有兩個(gè)緩沖器 （ sbuf

26、） ，一個(gè)作為發(fā)送緩沖器，另一個(gè)做接收緩沖器。對于接收緩沖區(qū)，當(dāng)上 一個(gè)字節(jié)還沒被處理，下一個(gè)數(shù)據(jù)仍然可以被緩沖區(qū)接收進(jìn)來，但如果接收完 這個(gè)字節(jié)，上個(gè)字節(jié)還沒被處理完，上個(gè)字節(jié)將被覆蓋。因此軟件必須在此之 前處理數(shù)據(jù)，連續(xù)發(fā)送字節(jié)時(shí)也是如此。 （一）與串口有關(guān)的 sfr: 1、串行口控制寄存器 scon scon 是串行口控制和狀態(tài)寄存器，其格式如下: d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 sm0sm1sm2rentb8rb8t1r1 smo, sm1:串口工作方式控制位。 sm2:多機(jī)通信控制位仁(方式 2, 3). 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 ren

27、:串口接收允許位。 tb8:方式 2 和方式 3 時(shí)，為發(fā)送的第 9 位數(shù)據(jù)，也可以作為奇偶校驗(yàn)位。 rb8:方式 2 和方式 3 時(shí)，為發(fā)送的第 9 位數(shù)據(jù)。方式 1 時(shí)，為接收到的停止位。 t1：發(fā)送中斷標(biāo)志 r1：接受中斷標(biāo)志。 2、電源控制寄存器 pcon pcon 的第七位 smod 是與串行口的波特率設(shè)置有關(guān)的選擇位，其格式如 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 smodgf1gf0pdidl smod:串行口波特率加倍位。 1 一方式 1, 3 波特率二定時(shí)器 1 溢出率/16;方式 2 波特率=fosc/32 0 一方式 1, 3 波特率二定時(shí)器 1 溢出率/32;

28、方式 2 波特率=fosc/64 （二)串口工作方式: 方式 0： 方式 0 為移位寄存器輸入/輸出方式。串行數(shù)據(jù)通過 rxd 輸入/輸出，txd 則用于輸出移位時(shí)鐘脈沖。方式 0 時(shí)，收發(fā)的數(shù)據(jù)為 8 位，低位在前。波特率 固定為 fosc/12，其中 fosc 為單片機(jī)外接晶振頻率。發(fā)送是以寫 subf 寄存器的 指令開始的，8 位輸出結(jié)束時(shí) ti 被置位。方式 0 接收是在 ren=1 和 ri=0 同時(shí) 滿足時(shí)開始的。接收的數(shù)據(jù)裝入 sbuf 中，結(jié)束時(shí) ri 被復(fù)位。 方式 1： 方式 1 是 10 位異步通信方式，1 位起始位(0),8 位數(shù)據(jù)位和 1 位停止位(l)。 其中的起始

29、位和停止位是在發(fā)送時(shí)自動(dòng)插入的。任何一條以 sbuf 為目的的寄 存器的指令都啟動(dòng)一次發(fā)送，發(fā)送的條件是 ti=0，發(fā)送完置位 ti。 方式 1 接收的前提條件是 scon 中的 ren 為 1，同時(shí)必須滿足以下兩個(gè)條 件:（l) ri=0; （2) sm2=0 或接收到的停止位為 1 時(shí)，本次接收才有效，將其裝 入 sbuf 和 rb8 位，否則放棄接收結(jié)果。 方式 1 的波特率為 2 smod x(定時(shí)器 1 的溢出率)/32，其中溢出率為定時(shí) 時(shí)間的倒數(shù)值。 方式 2 和方式 3： 方式 2 和方式 3 都是 11 位為一幀的串行通信方式，即 1 個(gè)起始位、9 個(gè)數(shù) 據(jù)位和 1 個(gè)停止位

30、。其中第 9 位數(shù)據(jù)為可編程位。 方式 2 的波特率為 2smod x (fosc/64); 方式 3 的波特率同方式 1 相同。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 （三)串行口的初始化: 確定定時(shí)器 1 的工作方式一編程 tmod 寄存器; 計(jì)算定時(shí)器 1 的初始值一裝載 th1, tl1; 啟動(dòng)定時(shí)器 1-編程 tcon 中 trl 位; 確定串行口的控制一編程 scon; 基本的 8051 支持 6 個(gè)中斷源，兩個(gè)外部中斷，兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷，一 個(gè)串行口輸入/輸出中斷。中斷發(fā)生后，處理器轉(zhuǎn)到五個(gè)中斷入口處之一執(zhí)行中 斷處理程序。中斷向量位于代碼段的最低地址處仁串

31、行口輸入，輸出中斷共用 一個(gè)中斷向量)。中斷服務(wù)程序必須在中斷入口處或通過跳轉(zhuǎn)，分支轉(zhuǎn)移到別處。 8051 支持兩個(gè)中斷優(yōu)先級，有標(biāo)準(zhǔn)的中斷機(jī)制，高優(yōu)先級的中斷不能被低優(yōu)先 級的中斷所中斷。每個(gè)中斷源都可通過設(shè)置中斷優(yōu)先級寄存器 ip 來單獨(dú)設(shè)置中 斷優(yōu)先級，如果每個(gè)中斷源的相應(yīng)位被置位，則該中斷源的優(yōu)先級為高。 通過設(shè)置中斷使能寄存器 ie 的 ea 位，使能所有中斷。每個(gè)中斷源都有單 獨(dú)的使能位，可通過軟件設(shè)置 ie 中相應(yīng)的位在任何時(shí)候使能或禁能中斷。 ie 寄存器仁（可位尋址) d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 eaet2eset1ex1et0ex0 ea:置位使能所有中

32、斷，復(fù)位則禁止所有中斷 es:串行通信中斷使能 eto:定時(shí)器 0 中斷使能 exo:外部中斷 0 使能 8051 支持兩個(gè)外部中斷信號，這使外部器件能請求中斷，從而得到相應(yīng)的 服務(wù)。外部中斷由外部中斷引腳仁外部中斷。為 p3. 2，外部中斷 1 為 p3. 3)電 平為低或電平由高到低跳變引起。由電平觸發(fā)還是跳變觸發(fā)取決于寄存器 tc on 的 itx 位。電平觸發(fā)時(shí)，為了產(chǎn)生中斷，低電平應(yīng)至少保持一個(gè)指令周期或 12 個(gè)時(shí)鐘周期，因?yàn)樘幚砥髅總€(gè)指令周期檢測一次引腳。同樣的，在跳變觸發(fā)中， 電平的 0 狀態(tài)至少保持一個(gè)周期。 定時(shí)器控制器存器 tcon （可位尋址): d7 d6 d5 d4

33、 d3 d2 d1 d0 tf1tr1tf0tr0ie1it1ie1it0 tf1:定時(shí)器 1 溢出中斷標(biāo)志，硬件清零 tr1:定時(shí)器 1 控制位，置位時(shí)定時(shí)器 1 工作 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 ie 1:外部中斷 1 觸發(fā)標(biāo)志位，當(dāng)檢測到 p3. 3 有從高到低的跳變電平時(shí)置位， 處理器相應(yīng)中斷后，由硬件清除 it1:中斷 1 觸發(fā)方式控制位，置位時(shí)為跳變觸發(fā)，復(fù)位時(shí)為低電平觸發(fā) ieo:外部中斷 0 觸發(fā)標(biāo)志位 ito:中斷 0 觸發(fā)方式控制位 3.3.2 鍵盤接口 對于單片機(jī)的控制功能而言，所選的 at89c52 所具備的 io 口足夠用，所 以 鍵盤控制

34、選用了最簡單的控制方式，即對單片機(jī)的 io 口直接進(jìn)行掃描。 at89c52 p10 p11 p12 p13 +5 圖 3-3 單片機(jī)鍵盤控制接口 這種掃描方式的電路不但簡單，軟件控制同樣簡單，只要一直監(jiān)視 p1 口檢 測是否有鍵按下既可，同時(shí)也消除了鍵抖動(dòng)。 3.3.3 液晶顯示接口 自動(dòng)化儀器除了進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測外，一項(xiàng)重要的功能就是將檢測結(jié)果直觀的 反應(yīng)出來。相對于傳統(tǒng)的顯示方式本系統(tǒng)采用了當(dāng)前流行的大屏幕液晶顯示模 塊。本系統(tǒng)顯示部分主要任務(wù)是將測得的紅外光強(qiáng)度或氣體濃度顯示出來，因 此只要求顯示數(shù)字和幾個(gè)字符，所以沒有采用圖形點(diǎn)陣式液晶，本系統(tǒng)中選用 了北京青云公司的 8 段帶小數(shù)點(diǎn)的液

35、晶顯示模塊 lcm1410 lcm141 液晶顯示模塊，內(nèi)含顯示 ram，可以顯示任意字段筆畫，有 3-4 線串行接口，可與任何單片機(jī)連接，功耗低，典型的顯示電流小于 60wa，工 作電壓為 2. 7-5. 2v，視角對比度可調(diào)，顯示清晰，編程控制也較簡單。 lcm141 與 at89c52 的接口電路如圖所示，用 p1 口控制鍵盤余下的 3 條 io 線控制 lcd 的顯示，p1.5 用來向 lcm 141 串行寫入命令或數(shù)據(jù)。圖中的電 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 位器 用來調(diào)節(jié) lcd 的顯示亮度和對比度。 at89c52 p1.5 p1.6 p1.7 +5 d

36、ata wr cs lcm141 圖 3-4 lcm141 與 at89c52 的接口電路 4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 紅外探測器接收到紅外光后電阻值發(fā)生變化，通常亮電阻小于暗電阻。而 紅 外光在光路中被特定氣體吸收后光強(qiáng)減弱，又將引起探測器電阻的增加。根據(jù) lambert-beer 定律，測得氣體對紅外光的吸收度即可計(jì)算出該氣體的濃度，這 個(gè)吸收度即對應(yīng)著探測器亮電阻的變化。因此本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集模塊所要提取 的數(shù)據(jù)就是當(dāng)有紅外光照射時(shí)由于氣體吸收所引起的探測器亮電阻的變化。為 了簡化電路本系統(tǒng)所采集的信號選取了偏置電路中探測器節(jié)點(diǎn)處的直流電壓信 號。因?yàn)樵谥绷髌秒娐分胸?fù)載電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于探測器的亮電阻，

37、因此該電壓信 號為小信 號，同時(shí)探測器亮電阻的變化更加微小，所以設(shè)計(jì)了直流電壓信號放大電路。 在 得到了合適的電壓信號后，模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到單片機(jī)進(jìn)行 處理，最終得到有關(guān)氣體濃度的結(jié)果。 探測器放大電路模/數(shù)轉(zhuǎn)換單片機(jī) 光強(qiáng)信號 濃度 信息 圖 4-1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)以上框圖，設(shè)計(jì)了整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電路，其中光電導(dǎo)探測器的偏 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 置 電路，模擬信號放大電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等以下各節(jié)分別進(jìn)行討論，下面給出 模 數(shù)轉(zhuǎn)換與單片機(jī)連接的電路原理圖。 放大后的模擬 輸入信號 外部脈沖經(jīng)脈寬 調(diào)制后作轉(zhuǎn)換起 始信號 vin b

38、usy sdata con sclk ad7986 74ls04 pulse reset p27 p30/rxd p31/txd p32/into p24 at89c52 圖 4-2 模數(shù)轉(zhuǎn)換與單片機(jī)連接電路原理圖 4.1 直流信號放大電路 在下圖所示的探測器偏置電路中，v0處電壓就是我們所要提取及處理的信 rl rd a v0 圖 4-3 紅外探測器偏置電路 號，由于氣體吸收所引起的探測器亮電阻的變化十分微小，所以有必要放大這 種 變化。本系統(tǒng)采用直流放大，所以在設(shè)計(jì)放大倍數(shù)及穩(wěn)定性上要有所考慮。放 大電路采用的器件為低功耗高性能通用集成運(yùn)算放大器 lm833。下圖為 lm833 天津職業(yè)技

39、術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 管腳示意圖。 1 2 3 4 8 7 6 5 1 - + 2 - + output inputs vee vcc output 2 inputs 2 圖 4-4 lm833 管腳示意圖 下圖所示為放大電路的整體電路連接。 a+ r1rf r2 直流小信號 a+ a+ lm833 v0 - + 圖 4-5 放大電路連接示意圖 本電路設(shè)計(jì)為同相放大電路，目的就是通過直流放大使得同向輸入端的小 電 壓信號擴(kuò)展到整個(gè)電壓參考區(qū)間。 因?yàn)楹蠖怂幽?數(shù)轉(zhuǎn)換芯片所用參考電壓為 sv，故本電路中 lm833 采用 了正和負(fù) 5 v 雙電源供電。為了不使放大后信號

40、電壓超過參考電壓值，要求放 大倍數(shù)不能太高，通過試驗(yàn)所選取的 rf，r10，r11的電阻值，滿足了將小電壓 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 信號擴(kuò)展到整個(gè)參考電壓區(qū)間且不使放大電飽和的要求，這里放大倍數(shù)小于 20。 4.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ad7896 光電轉(zhuǎn)換以及放大之后所得到的電壓信號是模擬信號，不便于進(jìn)行數(shù)據(jù)的 讀 取，同時(shí)該電壓值并不是我們想要的最終結(jié)果，必須將其換算為氣體對紅外光 的 吸收度，而最終要得到的是該氣體的濃度值。而儀器的實(shí)時(shí)性又要求快速將結(jié) 果 反映出來，所以就必須將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送到單片機(jī)進(jìn)行各種處理。 能將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電路，

41、稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡稱 a/d 轉(zhuǎn)換器)。 a/d 轉(zhuǎn)換器的品種很多，其分類方法也很多，例如，按速度分、按精度分、按 位 數(shù)分等，常用的是按工作原理分類。 1.直接比較型 將輸入的采樣模擬量直接與作為標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓比較，得到可按數(shù)字編碼 的 離散量或直接得到數(shù)字量。這種類型包括連續(xù)比較、逐次逼近、斜波(或階梯波) 電壓比較等，其中最常用的是逐次逼近型。 2.間接比較型 輸入的采樣模擬量不是直接與基準(zhǔn)電壓比較，而是將二者都變成中間物理 量 再進(jìn)行比較，然后將比較得到的時(shí)間(t)或頻率(f)進(jìn)行數(shù)字編碼。由于間接比較 是“先轉(zhuǎn)換后比較” ，因此形式更加多樣。例如有雙斜式、脈沖調(diào)寬型、積分型、 三斜率

42、型、自動(dòng)校準(zhǔn)積分型等。這類轉(zhuǎn)換為平均值響應(yīng)，抗干擾能力較強(qiáng)，但 速度較慢。 對于一個(gè)檢測儀器來說，檢測精度是最重要的指標(biāo)之一。在各部分電路確 定 的情況下，決定整個(gè)測量精度的關(guān)鍵因素就是模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的精度亦即轉(zhuǎn)換后 的數(shù)字信號位數(shù)。通過研究測量要求及參考其它儀器本系統(tǒng)所選用的模/數(shù)轉(zhuǎn)換 芯片型號為 ad7896，下面對其進(jìn)行詳細(xì)說明。 ad7896 是一個(gè) 12 位快速模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，以單電源供電，其電壓范圍為 2.7v-5.5v。在芯片內(nèi)包含了一個(gè) bus 逐次逼近式 a/d 轉(zhuǎn)換器、一個(gè)鎖存器、一 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 個(gè)片上時(shí)鐘以及一個(gè)高速串行接口。下面

43、是其外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。 1 v in 2 v d d 3 a g n d 4 sc l k 8 b u sy 7 c o n v st 6 d g n d 5 sd a ta a d 7896 圖 4-6 ad7896 管腳示意圖 12-bit- adc track-and-hold ad7896 vin vdd output register convst clockclock agnddgndbusysclk sdata 圖 4-7 ad7896 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 ad7896 輸出數(shù)字信號時(shí)是通過片上的一個(gè)高速串行接口完成的，這個(gè)兩 線的串口包括一條外部時(shí)鐘輸入線以及一條串行信號輸出線，數(shù)

44、字信號在外部 時(shí)鐘 脈沖沿驅(qū)動(dòng)下按位串行輸出。在電源引腳 vdd接 2.7v-5.5v 的條件下，ad7896 接受電壓范圍在 0v-vdd間的模擬輸入信號，同時(shí)電源 vdd也作為 a/d 轉(zhuǎn)換時(shí) 的參考電壓。該器件典型功耗為 9mw，非常適合低功耗應(yīng)用。 模擬信號輸入 ad7896 的模擬信號輸入范圍是 0v 至 vdd，vin引腳將模擬輸入直接送至 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 片上的跟蹤所存放大器中。驅(qū)動(dòng)模擬輸入信號的最大輸出阻抗為 1k 歐姆，這 保證了器件能夠在 1.5us 的采樣時(shí)間里達(dá)到 12 位的精度。輸出信號為二進(jìn)制代 碼序列.跟蹤鎖存電路 模擬輸入

45、端的跟蹤/鎖存放大器能夠讓 adc 完成對全幅正弦波的 12 位精度 的模/數(shù)轉(zhuǎn)換，即使 adc 工作在最高頻率下(100khz)，跟蹤/鎖存放大器仍然允 許輸入帶寬高于 adc 的奈奎斯特采樣頻率。對用戶來說取得模擬輸入并加以 鎖 存這個(gè)動(dòng)作是不可見的，典型情況下其完成時(shí)間小于 1. 5us。在高速采樣模式 中， 跟蹤/鎖存放大器進(jìn)入模擬信號鎖存狀態(tài)是在轉(zhuǎn)換開始信號到達(dá)時(shí)完成的，這時(shí) 觸發(fā)方式為 convst 脈沖上升沿，轉(zhuǎn)換完成后，亦即在 busy 變?yōu)榈碗娖綍r(shí)， 該放大器又將開始跟蹤模擬信號以便下一次采樣。在自動(dòng)休眠模式中，當(dāng) convst 有脈沖上升沿到達(dá)時(shí)，整個(gè)器件被“喚醒” ，而在

46、 6us 后，跟蹤/鎖存 放大器進(jìn)鎖存狀態(tài)。同樣在 busy 變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，放大器又一次進(jìn)入跟蹤狀態(tài)。 時(shí)序及控制 在 convst 引腳上有脈沖下降沿到來時(shí)，整個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換開始，bus 后輸出 移位寄存器即有新的二進(jìn)制數(shù)字信號可供讀取。讀取操作完成與下一次模/數(shù)轉(zhuǎn) 換開始之間至少得有 400ns 的間隔，如此才能保證有效重置跟蹤鎖存放大器， 使得后一次的轉(zhuǎn)換達(dá)到最優(yōu)效果。5v 條件下，如果串行時(shí)鐘為最高頻率 10mhz，則 ad7896 的工作帶寬相當(dāng)于 100khz,(一次完成的總時(shí)間為 l0us)。 讀取操作時(shí)間總共包含 16 個(gè)時(shí)鐘脈沖，單片機(jī)通過數(shù)據(jù)線 sdata 從 ad7896

47、的輸出移位寄存器讀取數(shù)據(jù)。在 16 個(gè)周期后，移位寄存器被重置而 sdata 線也被置為三態(tài)。如果在 16 個(gè)周期后串行時(shí)鐘仍未停止，則移位寄存 器狀態(tài)將發(fā)生改變。不過，在下一次 convst 脈沖下降沿到來時(shí)，移位寄存器 仍要被重置一次以確保模數(shù)轉(zhuǎn)換期間整個(gè)器件處于可知的狀態(tài)。 工作模式 模式 1(高速采樣模式) convst 上的脈沖下降沿使模/數(shù)轉(zhuǎn)換開始并且令跟蹤鎖存放大器進(jìn)入鎖存 狀態(tài)。整個(gè)下降沿同時(shí)也導(dǎo)致 busy 引腳上出現(xiàn)高電平，這個(gè)電平信號說明此 時(shí) adc 正在進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后 busy 變?yōu)榈碗娖剑嬷獢?shù)字信號可 以從輸出移位寄存器中讀出，此時(shí)距 convst 上

48、的下降沿到來最多不超過 8us。而的 a/d 轉(zhuǎn)換動(dòng)作由引腳的脈沖沿觸發(fā)，在脈沖下降沿到來時(shí)，片上的 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 跟蹤鎖存器開始進(jìn)入鎖存狀態(tài)，繼而進(jìn)入 a/d 轉(zhuǎn)換時(shí)序。讀取操作通過 sdata 訪問數(shù)據(jù)，整個(gè)讀取時(shí)間包含 16 個(gè)串行時(shí)鐘周期。 模式 2(自動(dòng)休眠模式) 模式 2 中整個(gè)器件在一次模數(shù)轉(zhuǎn)換完成后 busy 為低電平時(shí)進(jìn)入休眠狀態(tài)， 而在下一次轉(zhuǎn)換前被“喚醒” 。這種模式的實(shí)現(xiàn)是靠 convst 在轉(zhuǎn)換完成后一 直保持低電平完成的，而在模式 1 中，a/d 完成后該引腳為高電平。convst 上的上升沿喚醒器件，這個(gè)時(shí)間為 6us，此

49、時(shí)跟蹤鎖存放大器進(jìn)入鎖存狀態(tài)。 加上下降沿到來后 8us 的 a/d 轉(zhuǎn)換時(shí)間，整個(gè)時(shí)間為 16us。當(dāng) busy 進(jìn)入低電 平，則說明轉(zhuǎn)換完成。 實(shí)際上 convst 引腳的脈沖寬度可以大于 8us，因?yàn)橹挥性谙陆笛氐竭_(dá)該 引腳時(shí)，跟蹤鎖存放大器才進(jìn)入鎖存狀態(tài)。convst 引腳上的負(fù)跳變是整個(gè)芯 片工作的開始信號，而 busy 的電平是 a/d 轉(zhuǎn)換結(jié)束與否的唯一標(biāo)志。即便芯 片處在休眠期中，數(shù)據(jù)同樣可以被讀出。這種工作模式非常適合用在低速率、 低功耗的場合，相對于模式 1 具有很高的靈活性。 串行接口 ad7896 的串行接口包含三條線:串行時(shí)鐘輸入(sclk)，串行數(shù)據(jù)輸出 (sdat

50、a)，轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出(busy)。這種三線接口使得 ad7896 非常容易與其它 器件進(jìn)行連接，如單片機(jī)，dsp 以及移位寄存器。圖 4.2.6 說明了從 ad7896 中 讀取數(shù)據(jù)的時(shí)序。在每一個(gè) sclk 脈沖的下降沿，sdata 引腳將扇出一位數(shù) 據(jù)起首四位數(shù)據(jù)都是零，之后是 12 位有效數(shù)據(jù)，以 msb(最高有效位)db 11 開 頭，在倒數(shù)第二個(gè)脈沖下降沿扇出最后一位 lsb(最低有效位)dbo，在最后一 個(gè) sclk 脈沖下降沿時(shí) lsb 仍將保持有效以便能被正確讀出，延時(shí) t6 時(shí)間之 后 sdata 線輸出被禁止即處于三態(tài)(高阻)。讀取周期完成即第 16 個(gè)脈沖下降 沿之后 sc

51、lk 應(yīng)保持低電平，否則數(shù)據(jù)線 sdata 將不再保持三態(tài)，仍可以從 移位寄存器中扇出數(shù)據(jù)。如果串行時(shí)鐘能在下一個(gè) convst 脈沖下降沿到來之 前停止，則 ad7896 就可以在 convst 下降沿到來時(shí)重置移位寄存器保證持續(xù) 正確地進(jìn)行讀取操作，然而重要的是當(dāng) convst 為低電平時(shí)，sclk 必須也為 低電平以確保移位寄存器能被正確重置。 通過串口讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候并不要求串行輸入時(shí)鐘一定連續(xù)，ad7896 產(chǎn)生 的 16 位數(shù)字信號允許以多字節(jié)讀出，不過在兩字節(jié)之間 sclk 應(yīng)保持低電平 ad7896 對每一個(gè) sclk 脈沖沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而確定移位寄存器將哪一位數(shù)據(jù) 送 到 sd

52、ata 線上。為了不使器件丟失同步，串行時(shí)鐘計(jì)數(shù)器在每一個(gè) convst 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 下降沿都被置位，此時(shí) sclk 線保持低電平，這就要求在串口進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取操 作 的時(shí)候不能有 convst 脈沖下降沿到來。 4.3 電路連接與控制程序 ad7896 通過三線串行接口能與大多數(shù) dsp 處理器以及微控制器的串行端 口進(jìn)行連接，轉(zhuǎn)換后二進(jìn)制數(shù)據(jù)的讀取操作是依靠外部串行時(shí)鐘完成的，因此 在這類系統(tǒng)中 ad7896 與微控制器或 dsp 處理器組成了一個(gè)主/從結(jié)構(gòu)，其中 ad7896 居于從屬地位。 圖 4-3-1 示出了 ad7896 與 8x51/l

53、51 系列微處理器的連接。在這個(gè)系統(tǒng)中， 8x51/l51 微處理器的 dart 工作模式必須設(shè)置為 mode 0。如果在一個(gè)系統(tǒng)中， 與 51 單片機(jī)連接的 ad7896 多于一個(gè)，那么為了片選其中一個(gè)，須令單片機(jī) i/o 口的某一位作為片選信號線。只需將該 i/o 口的輸出與 sclk 作與操作就能 完成片選功能，選中與之對應(yīng)的 ad7896，如要選擇某一個(gè) ad7896 芯片就將 與之對應(yīng)的 i/o 口置位高電平，否則為低。 p1.2 or int1 8x51/l51 p3.0 p3.1 busy ad7896 sdata sclk 圖 4-8 ad7896 與 51 系列單片機(jī)的連接

54、模/數(shù)轉(zhuǎn)換完成與否的標(biāo)志是 busy 引腳的電平是否為低，在上圖中看到 ad7896 的 busy 線與 51 單片機(jī)的 p1.2 相連，因此 busy 的電平狀態(tài)就能被 單 片機(jī)獲知。 在 51 單片機(jī)與 ad7896 組成的系統(tǒng)中，串行時(shí)鐘頻率等于 fosc/12(此時(shí) uart 工作于模式 0)，因此極大的限制了串口上讀取數(shù)據(jù)的速率，盡管 ad7896 的數(shù)據(jù)輸出速率可以快的多。因此讀取操作所耗費(fèi)的時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 模/數(shù)轉(zhuǎn)換所耗費(fèi)的時(shí)間，無法體現(xiàn)出高速率的能力。 結(jié) 論 氣體檢測在環(huán)境保護(hù)和工業(yè)應(yīng)用方面都有重要價(jià)值。由于紅外區(qū)的特點(diǎn)， 用紅外吸收法在這個(gè)波段探測氣體是一種可行的，優(yōu)點(diǎn)明顯的測量方法，與傳 統(tǒng)的濕化學(xué)法相比，它具有反應(yīng)時(shí)間短，操作簡單，精度高等特點(diǎn)。本文著重 闡述了應(yīng)用紅外吸收法設(shè)計(jì)一種新型便捷的氣體檢測儀的總體思路，并詳細(xì)介 紹了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)及工作原理。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 張叔良,易大年,吳天明.紅外光譜分析與技術(shù).中國醫(yī)藥科技出版社,1993 2 葉嘉雄,常大定等.光電系統(tǒng)與信號處理.科學(xué)出版社，1997. 3 類玉堂,王慶有