基于89C51的CO 2浓度检测系统
摘要：本文主要解决CO 2的浓度检测问题。采集CO 2的浓度，并在数码管上显示。
一． 原理
在温室内使用CO 2浓度传感器，采集得到浓度，通过滤波放大，经ADC0809转换后变成数字信号，输入89C51内，再通过四位数码管显示出来。框图如下：
二． 硬件电路设计
1. 传感器的选择
查询资料，GT03/04系列CO 2浓度传感器可以测量室内空气中二氧化碳浓度值，CO2浓度高会让人在室内时感到疲惫不适。可经过通风调节系統控制室內、室外空气，让CO2值控制在最合适的环境，让人在室内更有活力，目前在大楼室内已大量使用CO2检知器／在农业应用提供植物的CO2让植物生产快速更健康。适用场合如下： 1） HVAC空调系统监控。 2）仪器测试设备。 3） 环境控制与监控系统。
4） 停车场与建筑物通风调节系统监控。 5） 一般室温 蔬果仓库-等农业大棚均可使用。 GT03/04系列CO 2浓度传感器的说明如下：
图1
选GT03-612-N ，具体规格如下表：
通过分析，设计的二氧化碳滤波放大电路如图：
图2
选用的CO 2浓度传感器的测量范围为0~2000ppm，输出范围为电压0~10V，而ADC0809的输入为0~5V，所以先经过滤波和放大电路（实际上是缩小）把0~10V的电压变成0~5V。 上图中的C1，C2，C3起滤波作用，第一级反相比例放大电路的放大系数为-第二级反相比例放大电路为-
R 2
=-1， R 1
R 411
=-，所以两级放大电路的放大系数为-，这样就 R 322
可以把0~10V的电压变成0~5V。 3．转换及显示电路设计 1） ADC0809芯片：
ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS 组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。 （1）ADC0809的内部逻辑结构
由下图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。
图3
（2）．ADC0809引脚结构 ADC0809各脚功能如下： D7-D0：8位数字量输出引脚。 IN0-IN7：8位模拟量输入引脚。 VCC ：+5V工作电压。 GND ：地。
REF （+）：参考电压正端。 REF （-）：参考电压负端。 START ：A/D转换启动信号输入端。 ALE ：地址锁存允许信号输入端。
（以上两种信号用于启动A/D转换）.
EOC ：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。 OE ：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。 CLK ：时钟信号输入端（一般为500KHz ）。 A 、B 、C ：地址输入线。
ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE 线为高电平时，地址锁存与译码器将A ，B ，C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进入转换器进行转换。A ，B 和C 为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。ST 为转换启动信号。当ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST 应保持低电平。EOC 为转换结束信号。当EOC 为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE 为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE ＝1，输出转换得到的数据；OE ＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0为数字量输出线。 CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ 。VREF （＋），VREF （－）为参考电压输入。 2）转换电路：
电路见下页的大图，采集得到的电压从ADC0809的IN0通道输入，经A/D转换后输入单片机。
3）显示电路：如图
2
图4
将P0口的八个管脚接上拉电阻并分别接四个数码管的8位段选端，再将P2.0~P2.3分别经反相器后接到四个数码管的位选段。见图3
A/D转换电路
图5
4. 晶振和复位电路： 1）晶振电路如图4 2）复位电路如图
5
图6. 晶振电路 图7. 复位电路
三．数据转换
CO 2浓度传感器的测量范围为0~2000ppm，假设经ADC0809输出的数字量为D ，则对应的CO 2浓度为：c =D ⨯
2000
ppm ，最后要保留一位小数，可以先把该值乘以10，再分256
解出对应的位。
10c D ⨯20000D ⨯580D ⨯2
==≈D ⨯0.078，而D ⨯0.078≈D ⨯=，因1000256⨯[1**********]5
为测量范围为0~2000ppm，而实际输出的范围为0~1000ppm，所以D 应该小于80H ，故D ⨯2用一个寄存器就可以存储，再除以25，得到的商为实际值的百位，余数再除以100得到的商为实际值的十位，得到的余数再除以10，商为实际值的个位，余数为小数点后的一位。
四．程序流程图
图8. 程序流程图
五． 程序
ORG 0000H
LJMP MAIN ORG 0003H LJMP OPT ORG 0030H
MIAN:MOV R0,#50H;数据存放地址 SETB IT0 SETB EA SETB EX0
;**********************读键 KEY:MOV P2,#0FFH;把P2口做输入口 MOV A,P2;读P2口状态
CPL A;取正逻辑，高电平表示按下 ANL A,#80H;取第7位状态 JZ KEY
LACLL DIMS;延时去抖 MOV A,P2;再读P2口 CPL A ANL A,#80H JZ KEY;
;***********************等键释放 KEY1:MOV A,P2 CPL A ANL A,#80H
JNZ KEY1;为低电平则释放 ;**********************启动A/D转换 MOV DPTR,#7FF8H;地址 MOVX @DPTR,A;启动A/D转换 HERE:SJMP HERE
;*********************把浓度值的各位数存起来 L1:MOV A,@R0 RL A;乘以2 MOV B,#25
DIV AB;除以25，商为真实值的百位 MOV R1,#51H
MOV @R1,A;把百位存入51H INC R1
MOV A,B;把余数送A MOV B,#100
DIV AB;除以100，商为真实值的十位 MOV @R1,A;把十位存入52H INC R1 MOV B,#10
DIV AB;除以10，商为真实值的个位，余数为真实值的小数点后的数 MOV @R1,A;把个位存入53H INC R1
MOV @R1,B;把小数点后的数存入54H ;************************** DIS:MOV R2,01H;位选码 MOV A,R2
MOV DPTR,#TAB;把没有小数点的段选码表格首地址送DPTR LCALL DIS2;显示小数点后的数
MOV DPTR,#TAB1;把有小数点的段选码首地址送DPTR LCALL DIS2;显示个位及小数点 MOV DPTR,#TAB LCALL DIS2;显示十位 LCALL DIS2;显示百位 DIS2：MOV P2，A; 送位选码 MOV A,@R1
MOVC A,@A+DPTR;取段选码 MOV P0,A;显示 ACALL DIMS;延时 DEC R1 MOV A,R2 RL A;左移 MOV R2，A RET DIMS:MOV R7,#0FH W1:MOV R6,#0FFH W2：DJNZ R6，W2 DJNZ R7,W1 RET
OPT:MOVX A,@DPTR;读数 MOV @R0,A;保存 LJMP L1 RETI
TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH DB 7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH DB 39H,5EH,79H,71H,40H,00H TAB1: DB 0BFH,36H,0DBH,0CFH,0F6H,0EDH DB 0FDH,87H,0FFH,0EFH,0F7H,0FCH DB 0B9H,0DEH,0F9H,0F1H,0C0H,80H END
六． 心得体会
这一个礼拜的课程设计结束了。从理论到实践，在整整一个星期的日子里，我遇到了很多困难，但是同时也学到了好多东西。它不仅巩固了我以前所学的理论知识，更让我学到了很多课外的东西，锻炼了自己解决实际问题的能力。
七．参考文献
1、 李朝青. 单片机原理及接口技术. 北京：北京航空航天大学出版社，2005
2、 姚年春. PROTEL 99SE基础教程. 北京：人民邮电出版社，2009 3 、袁保生.Protel99SE 电路设计实验指导. 太原：中北大学，2010 附图：总体电路
基于89C51的CO 2浓度检测系统
摘要：本文主要解决CO 2的浓度检测问题。采集CO 2的浓度，并在数码管上显示。
一． 原理
在温室内使用CO 2浓度传感器，采集得到浓度，通过滤波放大，经ADC0809转换后变成数字信号，输入89C51内，再通过四位数码管显示出来。框图如下：
二． 硬件电路设计
1. 传感器的选择
查询资料，GT03/04系列CO 2浓度传感器可以测量室内空气中二氧化碳浓度值，CO2浓度高会让人在室内时感到疲惫不适。可经过通风调节系統控制室內、室外空气，让CO2值控制在最合适的环境，让人在室内更有活力，目前在大楼室内已大量使用CO2检知器／在农业应用提供植物的CO2让植物生产快速更健康。适用场合如下： 1） HVAC空调系统监控。 2）仪器测试设备。 3） 环境控制与监控系统。
4） 停车场与建筑物通风调节系统监控。 5） 一般室温 蔬果仓库-等农业大棚均可使用。 GT03/04系列CO 2浓度传感器的说明如下：
图1
选GT03-612-N ，具体规格如下表：
通过分析，设计的二氧化碳滤波放大电路如图：
图2
选用的CO 2浓度传感器的测量范围为0~2000ppm，输出范围为电压0~10V，而ADC0809的输入为0~5V，所以先经过滤波和放大电路（实际上是缩小）把0~10V的电压变成0~5V。 上图中的C1，C2，C3起滤波作用，第一级反相比例放大电路的放大系数为-第二级反相比例放大电路为-
R 2
=-1， R 1
R 411
=-，所以两级放大电路的放大系数为-，这样就 R 322
可以把0~10V的电压变成0~5V。 3．转换及显示电路设计 1） ADC0809芯片：
ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS 组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。 （1）ADC0809的内部逻辑结构
由下图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。
图3
（2）．ADC0809引脚结构 ADC0809各脚功能如下： D7-D0：8位数字量输出引脚。 IN0-IN7：8位模拟量输入引脚。 VCC ：+5V工作电压。 GND ：地。
REF （+）：参考电压正端。 REF （-）：参考电压负端。 START ：A/D转换启动信号输入端。 ALE ：地址锁存允许信号输入端。
（以上两种信号用于启动A/D转换）.
EOC ：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。 OE ：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。 CLK ：时钟信号输入端（一般为500KHz ）。 A 、B 、C ：地址输入线。
ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE 线为高电平时，地址锁存与译码器将A ，B ，C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进入转换器进行转换。A ，B 和C 为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。ST 为转换启动信号。当ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST 应保持低电平。EOC 为转换结束信号。当EOC 为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE 为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE ＝1，输出转换得到的数据；OE ＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0为数字量输出线。 CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ 。VREF （＋），VREF （－）为参考电压输入。 2）转换电路：
电路见下页的大图，采集得到的电压从ADC0809的IN0通道输入，经A/D转换后输入单片机。
3）显示电路：如图
2
图4
将P0口的八个管脚接上拉电阻并分别接四个数码管的8位段选端，再将P2.0~P2.3分别经反相器后接到四个数码管的位选段。见图3
A/D转换电路
图5
4. 晶振和复位电路： 1）晶振电路如图4 2）复位电路如图
5
图6. 晶振电路 图7. 复位电路
三．数据转换
CO 2浓度传感器的测量范围为0~2000ppm，假设经ADC0809输出的数字量为D ，则对应的CO 2浓度为：c =D ⨯
2000
ppm ，最后要保留一位小数，可以先把该值乘以10，再分256
解出对应的位。
10c D ⨯20000D ⨯580D ⨯2
==≈D ⨯0.078，而D ⨯0.078≈D ⨯=，因1000256⨯[1**********]5
为测量范围为0~2000ppm，而实际输出的范围为0~1000ppm，所以D 应该小于80H ，故D ⨯2用一个寄存器就可以存储，再除以25，得到的商为实际值的百位，余数再除以100得到的商为实际值的十位，得到的余数再除以10，商为实际值的个位，余数为小数点后的一位。
四．程序流程图
图8. 程序流程图
五． 程序
ORG 0000H
LJMP MAIN ORG 0003H LJMP OPT ORG 0030H
MIAN:MOV R0,#50H;数据存放地址 SETB IT0 SETB EA SETB EX0
;**********************读键 KEY:MOV P2,#0FFH;把P2口做输入口 MOV A,P2;读P2口状态
CPL A;取正逻辑，高电平表示按下 ANL A,#80H;取第7位状态 JZ KEY
LACLL DIMS;延时去抖 MOV A,P2;再读P2口 CPL A ANL A,#80H JZ KEY;
;***********************等键释放 KEY1:MOV A,P2 CPL A ANL A,#80H
JNZ KEY1;为低电平则释放 ;**********************启动A/D转换 MOV DPTR,#7FF8H;地址 MOVX @DPTR,A;启动A/D转换 HERE:SJMP HERE
;*********************把浓度值的各位数存起来 L1:MOV A,@R0 RL A;乘以2 MOV B,#25
DIV AB;除以25，商为真实值的百位 MOV R1,#51H
MOV @R1,A;把百位存入51H INC R1
MOV A,B;把余数送A MOV B,#100
DIV AB;除以100，商为真实值的十位 MOV @R1,A;把十位存入52H INC R1 MOV B,#10
DIV AB;除以10，商为真实值的个位，余数为真实值的小数点后的数 MOV @R1,A;把个位存入53H INC R1
MOV @R1,B;把小数点后的数存入54H ;************************** DIS:MOV R2,01H;位选码 MOV A,R2
MOV DPTR,#TAB;把没有小数点的段选码表格首地址送DPTR LCALL DIS2;显示小数点后的数
MOV DPTR,#TAB1;把有小数点的段选码首地址送DPTR LCALL DIS2;显示个位及小数点 MOV DPTR,#TAB LCALL DIS2;显示十位 LCALL DIS2;显示百位 DIS2：MOV P2，A; 送位选码 MOV A,@R1
MOVC A,@A+DPTR;取段选码 MOV P0,A;显示 ACALL DIMS;延时 DEC R1 MOV A,R2 RL A;左移 MOV R2，A RET DIMS:MOV R7,#0FH W1:MOV R6,#0FFH W2：DJNZ R6，W2 DJNZ R7,W1 RET
OPT:MOVX A,@DPTR;读数 MOV @R0,A;保存 LJMP L1 RETI
TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH DB 7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH DB 39H,5EH,79H,71H,40H,00H TAB1: DB 0BFH,36H,0DBH,0CFH,0F6H,0EDH DB 0FDH,87H,0FFH,0EFH,0F7H,0FCH DB 0B9H,0DEH,0F9H,0F1H,0C0H,80H END
六． 心得体会
这一个礼拜的课程设计结束了。从理论到实践，在整整一个星期的日子里，我遇到了很多困难，但是同时也学到了好多东西。它不仅巩固了我以前所学的理论知识，更让我学到了很多课外的东西，锻炼了自己解决实际问题的能力。
七．参考文献
1、 李朝青. 单片机原理及接口技术. 北京：北京航空航天大学出版社，2005
2、 姚年春. PROTEL 99SE基础教程. 北京：人民邮电出版社，2009 3 、袁保生.Protel99SE 电路设计实验指导. 太原：中北大学，2010 附图：总体电路