基于单片机的智能瓦斯检测仪的设计(5)

2019-07-29 11:12

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3.1.6 芯片擦除

整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中,代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。

串口通讯

单片机的结构和特殊寄存器,这是你编写软件的关键。至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器呢,它们是SCON,TCON,TMOD,SCON等,各代表什么含义呢?

SBUF 数据缓冲寄存器这是一个可以直接寻址的串行口专用寄存器。有朋友这样问起过“为何在串行口收发中,都只是使用到同一个寄存器SBUF?而不是收发各用一个寄存器”。实际上SBUF包含了两个独立的寄存器,一个是发送寄存,另一个是接收寄存器,但它们都共同使用同一个寻址地址-99H。CPU在读SBUF时会指到接收寄存器,在写时会指到发送寄存器,而且接收寄存器是双缓冲寄存器,这样可以避免接收中断没有及时的被响应,数据没有被取走,下一帧数据已到来,而造成的数据重叠问题。发送器则不需要用到双缓冲,一般情况下我们在写发送程序时也不必用到发送中断去外理发送数据。操作SBUF寄存器的方法则很简单,只要把这个99H 地址用关键字sfr定义为一个变量就可以对其进行读写操作了,如sfr SBUF = 0x99;当然你也可以用其它的名称。通常在标准的reg51.h 或at89x51.h 等头文件中已对其做了定义,只要用#include 引用就可以了。

SCON 串行口控制寄存器通常在芯片或设备中为了监视或控制接口状态,都会引用到接口控制寄存器。SCON 就是51 芯片的串行口控制寄存器。它的寻址地址是98H,是一个可以位寻址的寄存器,作用就是监视和控制51 芯片串行口的工作状态。51 芯片的串口可以工作在几个不同的工作模式下,其工作模式的设置就是使用SCON 寄存器。它的各个位的具体定义如下:

SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI

SM0、SM1 为串行口工作模式设置位,这样两位可以对应进行四种模式的设置。串行口工作模式设置。

SM0 SM1 模式 功能 波特率 0 0 0 同步移位寄存器 fosc/12

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0 1 1 8位UART 可变

1 0 2 9位UART fosc/32 或fosc/64 1 1 3 9位UART 可变

在这里只说明最常用的模式1,其它的模式也就一一略过,有兴趣的朋友可以找相关的硬件资料查看。表中的fosc 代表振荡器的频率,也就是晶振的频率。UART 为(Universal Asynchronous Receiver)的英文缩写。

SM2在模式2、模式3中为多处理机通信使能位。在模式0中要求该位为0。 REM为允许接收位,REM置1时串口允许接收,置0时禁止接收。REM 是由软件置位或清零。如果在一个电路中接收和发送引脚P3.0,P3.1都和上位机相连,在软件上有串口中断处理程序,当要求在处理某个子程序时不允许串口被上位机来的控制字符产生中断,那么可以在这个子程序的开始处加入REM=0来禁止接收,在子程序结束处加入REM=1 再次打开串口接收。大家也可以用上面的实际源码加入REM=0来进行实验。

TB8发送数据位8,在模式2和3是要发送的第9位。该位可以用软件根据需要置位或清除,通常这位在通信协议中做奇偶位,在多处理机通信中这一位则用于表示是地址帧还是数据帧。

RB8 接收数据位8,在模式2和3是已接收数据的第9位。该位可能是奇偶位,地址/数据标识位。在模式0中,RB8为保留位没有被使用。在模式1中,当SM2=0,RB8 是已接收数据的停止位。

TI发送中断标识位。在模式0,发送完第8位数据时,由硬件置位。其它模式中则是在发送停止位之初,由硬件置位。TI置位后,申请中断,CPU响应中断后,发送下一帧数据。在任何模式下,TI都必须由软件来清除,也就是说在数据写入到SBUF后,硬件发送数据,中断响应(如中断打开),这时TI=1,表明发送已完成,TI不会由硬件清除,所以这时必须用软件对其清零。

RI 接收中断标识位。在模式0,接收第8位结束时,由硬件置位。其它模式中则是在接收停止位的半中间,由硬件置位。RI=1,申请中断,要求CPU取走数据。但在模式1中,SM2=1时,当未收到有效的停止位,则不会对RI 置位。同样RI 也必须要靠软件清除。常用的串口模式1 是传输10个位的,1位起始位为0,8位数据位,低位在先,1位停止位为1。它的波特率是可变的,其速率是取决于定时器1 或定时器2 的定时值(溢

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出速率)。AT89C51和AT89C2051等51系列芯片只有两个定时器,定时器0 和定时器1,而定时器2是89C552系列芯片才有的。

波特率在使用串口做通讯时,一个很重要的参数就是波特率,只有上下位机的波特率一样时才可以进行正常通讯。波特率是指串行端口每秒内可以传输的波特位数。有一些初学的朋友认为波特率是指每秒传输的字节数,如标准9600会被误认为每秒种可以传送9600个字节,而实际上它是指每秒可以传送9600个二进位,而一个字节要8个二进位,如用串口模式1 来传输那么加上起始位和停止位,每个数据字节就要占用10个二进位,9600波特率用模式1 传输时,每秒传输的字节数是9600÷10=960字节。51芯片的串口工作模式0的波特率是固定的,为fosc/12,以一个12M的晶振来计算,那么它的波特率可以达到1M。模式2的波特率是固定在fosc/64或fosc/32,具体用那一种就取决于PCON 寄存器中的SMOD位,如SMOD为0,波特率为focs/64,SMOD为1,波特率为focs/32。模式1和模式3的波特率是可变的,取决于定时器1或2(52芯片)的溢出速率。那么我们怎么去计算这两个模式的波特率设置时相关的寄存器的值呢?

可以用以下的公式去计算:

波特率=(2SMOD÷32)×定时器1 溢出速率

上式中如设置了PCON寄存器中的SMOD位为1时就可以把波特率提升2倍。通常会使用定时器1工作在定时器工作模式2下,这时定时值中的TL1做为计数,TH1做为自动重装值 ,这个定时模式下,定时器溢出后,TH1的值会自动装载到TL1,再次开始计数,这样可以不用软件去干预,使得定时更准确。在这个定时模式2下定时器1溢出速率的计算公式如下:

溢出速率=(计数速率)/(256-TH1)

上式中的“计数速率”与所使用的晶体振荡器频率有关,在51芯片中定时器启动后会在每一个机器周期使定时寄存器TH的值增加一,一个机器周期等于十二个振荡周期,所以可以得知51芯片的计数速率为晶体振荡器频率的1/12,一个12M的晶振用在51芯片上,那么51的计数速率就为1M。通常用11.0592M晶体是为了得到标准的无误差的波特率,那么为何呢?计算一下就知道了。如我们要得到9600的波特率,晶振为11.0592M和12M,定时器1 为模式2,SMOD设为1,分别看看那所要求的TH1为何值。代入公式:

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11.0592M

9600=(2÷32)×((11.0592M/12)/(256-TH1))

TH1=250 (3-1) 12M

9600=(2÷32)×((12M/12)/(256-TH1))

TH1≈249.49 (3-2)

上面的计算可以看出使用12M晶体的时候计算出来的TH1不为整数,而TH1 的值只能取整数,这样它就会有一定的误差存在不能产生精确的9600波特率。当然一定的误差是可以在使用中被接受的,就算使用11.0592M的晶体振荡器也会因晶体本身所存在的误差使波特率产生误差,但晶体本身的误差对波特率的影响是十分之小的,可以忽略不计。

3.2 显示电路简介

随着社会的进步和科技的飞速发展,传统CRT技术的应用已经越来越少,尤其是在近几年可以说这种技术已经被淘汰,而替代它的是安全系数高、显示清晰和节能的液晶显示技术。它就如雨后的春笋可以说是“一夜间”遍及各个行业,如手机屏、电脑屏以及电视屏等等。

本设计的瓦斯传感器在显示方面要能直接的被操作人员所观察的,所以从人性方面和现在的趋势以及从显示的性价比方面进行考虑,液晶显示是我们的首选即LCD显示。

3.2.1LCD显示器工作原理

从液晶显示器的结构来看,无论是笔记本电脑还是桌面系统,采用的LCD显示屏都是由不同部分组成的分层结构。LCD由两块玻璃板构成,厚约1mm,其间由包含有液晶材料的5μm均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光,所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管,而在液晶显示屏背面有一块背光板(或称匀光板)和反光膜,背光板是由荧光物质组成的可以发射光线,其作用主要是提供均匀的背景光源。

背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万液晶液滴的液晶层。液晶层中的液滴都被包含在细小的单元格结构中,一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极,电极分为行和列,在行与列的交

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叉点上,通过改变电压而改变液晶的旋光状态,液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当LCD中的电极产生电场时,液晶分子就会产生扭曲,从而将穿越其中的光线进行有规则的折射,然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。

液晶显示技术也存在弱点和技术瓶颈,与CRT显示器相比亮度、画面均匀度、可视角度和反应时间上都存在明显的差距。其中反应时间和可视角度均取决于液晶面板的质量,画面均匀度和辅助光学模块有很大关系。

对于液晶显示器来说,亮度往往和他的背板光源有关。背板光源越亮,整个液晶显示器的亮度也会随之提高。而在早期的液晶显示器中,因为只使用2个冷光源灯管,往往会造成亮度不均匀等现象,同时明亮度也不尽人意。一直到后来使用4个冷光源灯管产品的推出,才有很大的改善。

信号反应时间也就是液晶显示器的液晶单元响应延迟。实际上就是指的液晶单元从一种分子排列状态转变成另外一种分子排列状态所需要的时间,响应时间愈小愈好,它反应了液晶显示器各像素点对输入信号反应的速度,即屏幕由暗转亮或由亮转暗的速度。响应时间越小则使用者在看运动画面时不会出现尾影拖拽的感觉。有些厂商会通过将液晶体内的导电离子浓度降低来实现信号的快速响应,但其色彩饱和度、亮度、对比度就会产生相应的降低,甚至产生偏色的现象。这样信号反应时间上去了,但却牺牲了液晶显示器的显示效果。有些厂商采用的是在显示电路中加入了一片IC图像输出控制芯片,专门对显示信号进行处理的方法来实现的。IC芯片可以根据VGA输出显卡信号频率,调整信号响应时间。由于没有改变液晶体的物理性质,因此对其亮度、对比度、 色彩饱和度都没有影响,这种方法的制造成本也相对较高。

由上便可看出,液晶面板的质量并不能完全代表液晶显示器的品质,没有出色的显示电路配合,再好的面板也不能做出性能优异的液晶显示器。随着LCD产品产量的增加、成本的下降,液晶显示器会大量普及。

3.2.2LCD显示器概述及特点

液晶显示器英文是Liquid Crystal Display,缩写为LCD。它的主要原理是为以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。

液晶显示器有特点:

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