金偉畢業(yè)設(shè)計(jì)初稿2 222

1、頁巖氣發(fā)氣量軟件設(shè)計(jì) 金偉頁巖氣發(fā)氣量測定系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生：金偉指導(dǎo)老師：王昌龍 完成日期：2014.5.25揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院47中文摘要全球經(jīng)濟(jì)不斷增長，能源的消耗與需求的矛盾越來越顯現(xiàn)，在傳統(tǒng)能源存量日益減少的今天，替代能源也已被提上日程，非常規(guī)天然氣的重要地位得到各國的重視，但其開采 的難度以及開采成本很大。因此對非常規(guī)天然氣地質(zhì)特性的研究日益受到重視。隨著經(jīng)濟(jì) 與科技的快速發(fā)展，試驗(yàn)技術(shù)也應(yīng)得到提升，傳統(tǒng)排水集氣法測定煤制氣含氣量實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí) 費(fèi)力。本文設(shè)計(jì)一種高精度自動(dòng)化含氣量測量裝置，以替代傳統(tǒng)的排水集氣法。 本文所做的工作主要有以下幾方面： （）測量裝置

2、的硬件設(shè)計(jì)，包括機(jī)械方面和電氣方面的硬件設(shè)計(jì)。機(jī)械方面得設(shè)計(jì)包 括測試系統(tǒng)架構(gòu)，其中最重要的是氣體質(zhì)量流量計(jì)的選擇。氣體質(zhì)量流量計(jì)直接關(guān)系到整 個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的精度要求，而且流量計(jì)為單片機(jī)提供信號(hào)，關(guān)系到全局的成敗。所以，流量 計(jì)的選擇相當(dāng)?shù)闹匾ｋ娐贩矫娴脑O(shè)計(jì)主要是氣體質(zhì)量流量計(jì)的調(diào)理電路設(shè)計(jì)，以及單片 機(jī)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與處理電路設(shè)計(jì)。（）測量裝置的軟件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)采集的轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程 序設(shè)計(jì)，研究階段單片機(jī)與機(jī)通信程序設(shè)計(jì)以及液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì)等。（）機(jī)的輔助處理程序設(shè)計(jì)。由于本裝置的設(shè)計(jì)需要以大量的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，所以為 了方便實(shí)驗(yàn)，節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間，在研究階段本課題借助機(jī)的強(qiáng)

3、大功能。機(jī)的編程處理 軟件使用的是公司的。本課題需要在機(jī)上實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸， 以及對所采集信號(hào)的數(shù)字處理，提取信號(hào)的特征值。 本文設(shè)計(jì)了一種高精度自動(dòng)含氣量測量裝置，通過氣體質(zhì)量流量計(jì)產(chǎn)生與氣體流量成 正比得模擬信號(hào)，再經(jīng)過高速串行轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換，單片機(jī)對單次 放氣過程中的信號(hào)進(jìn)行積分，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由單片機(jī)送入存儲(chǔ)器。 關(guān)鍵詞：單片機(jī) 含氣量 高精度 軟件Abstract The global economy is growing, energy consumption and demand contradiction increasingly apparent in the dwi

4、ndling traditional energy stocks today, alternative energy has also been put on the agenda , it is important to get the status of unconventional gas national attention , but its exploitation the difficulty and cost of mining large. So the geological characteristics of unconventional gas research and

5、 more attention. With the rapid development of economy and technology, test techniques should also be improved, the traditional method for the determination of drainage gas gathering gas content of coal gas time-consuming experiments . In this paper, design of a high-precision automated gas content

6、measurement device , set to replace the traditional gas drainage method . The main work of this paper, the following aspects : （1） measurement hardware design of the device , including mechanical and electrical aspects of the hardware design. Mechanical system architecture may include test design ,

7、the most important is the choice of the gas mass flow meter . Gas mass flow meter is directly related to the accuracy requirements of the entire experimental device , and provides a signal to the microcontroller meter , related to the overall success or failure. Therefore, the flow meter selection i

8、s quite important . The main aspects of the design of the circuit is the gas mass flow meter conditioning circuit design , and SCM data collection, storage and processing circuit design. （2） measurement software design of the device . Software design, including data acquisition A / D conversion proc

9、ess design, data storage program design , research phase SCM and PC communications program design and LCD module program design. （3）PC programming process auxiliary machines . Because of the design of this device need to be based on a large number of experiments , so in order to facilitate the exper

10、iment , the experimental time -saving , with the power of a PC in the research phase of this topic. Programming for the PC software is NI 's LabVIEW. The issue needs to be implemented on the PC and the next crew for data transmission, as well as the acquisition of digital signal processing, feat

11、ure extraction of the signal value . This paper presents a high-precision automatic measuring devices containing gas generated by the gas mass flow and gas flow rate was proportional to an analog signal , and then through the high-speed serial A / D converter chip MCP3202 for A / D converter , micro

12、controller on a single release gas during signal integration , data converted by the microcontroller into E2pROM memory.Keywords: microcontroller software containing gas with high accuracy目錄中文摘要·················

13、3;································IABSTRACT················&

14、#183;·····························II目錄···················

15、83;································III第一章 緒論················

16、································ 1.1 課題的提出和研究意義···············

17、83;························· 1.2 國內(nèi)外有關(guān)研究現(xiàn)狀······················&

18、#183;···················· 1.3 本文研究的主要內(nèi)容···························

19、;················ 1.4 本章小結(jié)································&#

20、183;····················第二章 頁巖氣發(fā)氣量檢測系統(tǒng)對象的整體設(shè)計(jì)和分析············ 2.1 系統(tǒng)的概述···········

21、3;······································· 2.1.1系統(tǒng)對象的介紹········

22、83;································· 2.1.2系統(tǒng)對象的設(shè)備組成··············

23、························ 2.2 集氣部分························

24、83;···························· 2.2.1集氣的環(huán)境要求···················&#

25、183;······················ 2.2.2集氣裝置以及工作方式························

26、3;··········· 2.3 檢測部分·····································&

27、#183;··············· 2.3.1檢測原理與檢測裝置·······························

28、3;······ 2.4 驅(qū)動(dòng)部分··········································&

29、#183;········· 2.4.2驅(qū)動(dòng)裝置以及工作方式···································· 2.5 本章小結(jié)

30、··················································

31、···第三章氣體流量信號(hào)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)······················ 3.1 單片機(jī)C語言編程····················

32、;························· 3.2 A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)······················

33、83;························ 3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)························

34、····························· 3.4 單片機(jī)與PC機(jī)串口通信程序設(shè)計(jì)·················

35、3;·············· 3.5 液晶顯示程序設(shè)計(jì)·································

36、83;··········· 3.6 含氣量測定主程序設(shè)計(jì)····································

37、····· 3.7 本章小結(jié)···········································

38、83;·········第四章 總結(jié)與展望·······································

39、··· 4.1 論文總結(jié)·············································

40、83;······· 4.2 前景展望·········································

41、············參考文獻(xiàn)·····································&#

42、183;·············致謝····································

43、···················第一章 緒論 1.1課題的研究背景與意義當(dāng)今能源問題關(guān)系到經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的穩(wěn)定，不斷增長的世界能源需求和現(xiàn)有資源 的消減引起的供求差距越來越大，傳統(tǒng)能源主要是石油、煤、天然氣。然而，傳統(tǒng)能源 對環(huán)境的破壞比較嚴(yán)重，尤其以石油、煤為首，在燃燒的過程中，釋放出大量的有害氣體 以及溫室氣體造成全球的溫室效應(yīng)。天然氣與煤炭和石油相比，燃燒所排放的，較低（僅為煤炭和石油的和），

44、因此天然氣是典型的“綠色能源”。非常規(guī)天然氣資源量是 常規(guī)天然氣的倍，使非常規(guī)天然氣成為新一代環(huán)保、高效的優(yōu)質(zhì)替代能源。雖然非 常規(guī)天然氣有如此多的優(yōu)點(diǎn)，但是其開采難度較大，現(xiàn)有的開采都是源于常規(guī)天然氣的基 礎(chǔ)之上，而非常規(guī)天然氣跟常規(guī)天然氣有很大的區(qū)別：常規(guī)天然氣藏一般是以浮力作為運(yùn) 移動(dòng)力的，以構(gòu)造和地層形式單個(gè)分布；而非常規(guī)天然氣藏一般不是以浮力作為運(yùn)移動(dòng)力 而是以擴(kuò)散方式運(yùn)移、聚集的，這種氣藏具有區(qū)域性廣泛分布的特點(diǎn)，且一般不依賴于 構(gòu)造和地層圈閉。基于上述特點(diǎn)，對非常規(guī)天燃?xì)獾拈_采價(jià)值的研究就尤為重要，本課題 通過在實(shí)驗(yàn)室中模擬煤制氣的自然解析過程，利用機(jī)以及單片機(jī)的自動(dòng)化控制以及可

45、視 化窗口實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，測算出被測樣品的非常規(guī)天然氣的儲(chǔ)量，從而判斷開采的價(jià)值。國內(nèi)外有關(guān)研究情況 致密砂巖儲(chǔ)層只是一個(gè)相對概念，世界上沒有統(tǒng)一的界限和劃分標(biāo)準(zhǔn)，在不同國家 和不同時(shí)期，由于資源狀況不同，技術(shù)條件的不同，對致密油氣儲(chǔ)層的界限和劃分標(biāo)準(zhǔn)也 有所不同。一般把孔隙度低（小于）、滲透率比較低（）、含氣飽和度低（小 于），含水飽和度高（大于）、天然氣在其中流動(dòng)速度較為緩慢的砂巖層中的非 常規(guī)天然氣的儲(chǔ)層，稱之為致密砂巖儲(chǔ)層認(rèn)為致密含氣砂巖是 一種不經(jīng)過大型改造措施（水力壓裂）或者是不采用水平井、多分支井，就不能產(chǎn)出工業(yè)性 氣流的砂巖儲(chǔ)層，因此就不存在典型的致密含氣砂巖。 致密砂巖氣藏幾乎

46、存在于所有的含油氣區(qū)，早在年就發(fā)現(xiàn)了位于美國的圣胡安 盆地，年加拿大在其阿爾伯達(dá)盆地西部的深坳陷區(qū)北部發(fā)現(xiàn)了大型的致密砂巖氣田 命名為埃爾姆沃斯。我國自從在年發(fā)現(xiàn)川西中壩氣田后，也慢慢地開始了對致密砂 巖含氣進(jìn)行系統(tǒng)研究。由于在北美地區(qū)發(fā)現(xiàn)的致密砂巖氣藏大部分分布在盆地中心或者 盆地構(gòu)造的深部，于是在年提出了深盆氣藏的概念，以及世紀(jì)年代 以后等提出“致密砂巖氣藏”概念，其之后又提出過“盆地中心氣藏”、“連續(xù)型氣 藏”、“根緣氣”等針對深盆氣藏性質(zhì)的概念。年以前煤層氣總是被當(dāng)作煤礦開采過程中的有害氣體處理， 年，美國礦業(yè) 局第一個(gè)鉆出了采空區(qū)的瓦斯抽放井。年，美國已經(jīng)形成一個(gè)概念就是將煤層氣作為

47、 一種潛在的有效替代能源，隨后美國掀起了一股煤層氣地面垂直井開發(fā)試驗(yàn)的熱潮”。其 后美國建立了兩個(gè)比較大的和煤層氣田。目前，美國、加拿大、澳大利亞國已經(jīng)開始煤層氣的商業(yè)化開采口叼。其中，美國是 世界上非常規(guī)天然氣開發(fā)時(shí)間最早、規(guī)模最大、水平最高的國家，年以來美國陸上發(fā) 現(xiàn)的大型天然氣田主要為非常規(guī)天然氣田，年非常規(guī)天然氣產(chǎn)量達(dá)到億立方米， 占國內(nèi)天然氣總產(chǎn)量的。非常規(guī)天然氣的成功開發(fā)，使美國躍居年世界第一大天 然氣生產(chǎn)國口”，如圖，基本實(shí)現(xiàn)了自給自足，徹底改變了美國天然氣的供給格局，并對 世界天然氣供應(yīng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。目前，美國對非常規(guī)天然氣的試驗(yàn)研究仍然走在世界的前 列，其中代表性的實(shí)驗(yàn)室有實(shí)

48、驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)室以及 實(shí)驗(yàn)室。加拿大是目前世界上唯一實(shí)現(xiàn)油砂商業(yè)化開采的國家。圖美國非常規(guī)天然氣的發(fā)展在氣藏的勘探開發(fā)中已成為國內(nèi)外眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)和前沿問題。國內(nèi)外許多學(xué)者 都在這一領(lǐng)域?qū)ζ湫纬膳c分布、成藏機(jī)理及開發(fā)方式等進(jìn)行了研究。我國非常規(guī)天然 氣資源豐富，分布廣泛，初步估計(jì)資源量超過萬億立方米，約為常規(guī)天然氣地質(zhì)資源 量的倍以上。受勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)的制約，過去非常規(guī)天然氣在我國發(fā)展較為緩慢。近 年來，國家和各石油企業(yè)高度重視非常規(guī)天然氣的研究與開發(fā)利用，在理論和技術(shù)上都取 得許多突破，業(yè)務(wù)發(fā)展進(jìn)入了新階段五。目前，我國低滲透致密氣已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模開發(fā)，煤 層氣工業(yè)化開發(fā)已起步，頁巖氣

49、開發(fā)試驗(yàn)已經(jīng)啟動(dòng)，非常規(guī)天然氣的發(fā)展前景十分廣闊。 經(jīng)過近年的努力，我國在非常規(guī)天然氣資源勘探開發(fā)上取得了一定成果，但總體看仍 起步晚、規(guī)模小、發(fā)展不平衡、利用水平低，特別是與美國等發(fā)達(dá)國家相比存在很大差距。 鑒于上述，學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的理論依據(jù)以及實(shí)驗(yàn)操作方法，對我國開發(fā)非常規(guī)天然氣還是很 大的幫助。1.3 本文研究的主要內(nèi)容物理模擬實(shí)驗(yàn)是目前經(jīng)常使用的實(shí)驗(yàn)方法，在目前的實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中，非常規(guī)天然氣的地 質(zhì)評價(jià)試驗(yàn)主要的難點(diǎn)有高精度自動(dòng)含氣量測試技術(shù)、脈沖式低滲透巖石滲透率測試技 術(shù)、充氣孔隙度測定技術(shù)等。本課題的主要研究內(nèi)容就是高精度自動(dòng)含氣量的測試，單片 機(jī)的采樣控制，機(jī)結(jié)果計(jì)算曲線生成。 高精

50、度自動(dòng)含氣量的測試 現(xiàn)在的測試方法主要由直接測量跟間接測量兩種方法。直接法一般是當(dāng)煤芯提出井口 后，立即用密封罐采取煤樣，測定煤樣中非常規(guī)天然氣隨時(shí)間的變化規(guī)律，從而計(jì)算出煤 層中含氣量，判斷這片煤層開采的價(jià)值。間接法是利用有關(guān)參數(shù)，換算煤層氣含量。常用 的間接法是：利用井下實(shí)測的煤層內(nèi)氣體壓力（瓦斯壓力），以及煤樣的孔隙率、吸附等 溫線的吸附常數(shù)、水分含量和灰分產(chǎn)率等參數(shù)，計(jì)算煤層甲烷的游離量和吸附量。 單片機(jī)的采樣控制 對各種型號(hào)的單片機(jī)有系統(tǒng)的了解，為本次試驗(yàn)選出合適的單片機(jī)，制定出具體的采樣計(jì)劃，編寫出采樣程序。3.硬件的設(shè)計(jì)硬件是該裝置的根本，沒有硬件談不上任何功能，所以需要對硬件良

51、好分析設(shè)計(jì)，并進(jìn)行優(yōu)化。4.設(shè)備的調(diào)試將軟件通過電腦燒錄進(jìn)單片機(jī)中，然后模擬頁巖氣發(fā)氣量檢測來實(shí)現(xiàn)所需要的一切功能，發(fā)現(xiàn)問題來進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能齊全，質(zhì)量有保證的系統(tǒng)。5.總結(jié)回顧之前的工作，展望未來的發(fā)展。1.4 本章小結(jié)本章節(jié)主要介紹了課題研究的背景和意義及國內(nèi)外研究動(dòng)向，同時(shí)給出了本文的工作任務(wù)和章節(jié)安排。通過事實(shí)對其在國內(nèi)外的研究狀況進(jìn)行了分析、總結(jié)和歸納，闡述了課題的研究背景和意義，最后在以上基礎(chǔ)上提出了本文的主要研究內(nèi)容。第二章 頁巖氣發(fā)氣量檢測系統(tǒng)對象的整體設(shè)計(jì)和分析2.1系統(tǒng)的概述2.1.1系統(tǒng)對象的介紹本系統(tǒng)是以排水集氣法為其基礎(chǔ)采集方法而設(shè)計(jì)開發(fā)的一種自動(dòng)

52、化采集、調(diào)節(jié)的檢測裝置。通過該裝置的總體布局、硬件部分的設(shè)計(jì)、軟件部分的設(shè)計(jì)，以及軟硬件結(jié)合調(diào)試等關(guān)鍵技術(shù)的解決，以完成一個(gè)完整的頁巖氣發(fā)氣量檢測裝置。本系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)任務(wù)包括：相關(guān)功能硬件的設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采集、記錄數(shù)據(jù)的軟件設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)的自動(dòng)控制流程圖如下圖2.1 自動(dòng)控制流程圖2.1.2系統(tǒng)對象的設(shè)備組成頁巖氣發(fā)氣量檢測裝置由以單片機(jī)為主的電路板、伺服電機(jī)、開口水罐、卷繞軸拉線、刻度玻璃管、4個(gè)壓力傳感器等組成。所有設(shè)備按照下路安裝：圖2.2 設(shè)備安裝圖2.2 集氣部分2.2.1集氣的環(huán)境要求頁巖氣含量測定的樣品要求裝至距罐口1cm處。如采取的樣量不足于裝滿罐， 應(yīng)在裝樣前據(jù)實(shí)際樣品在罐底

53、加人適量填料。解吸罐罐內(nèi)空體積最大不得超過罐內(nèi)體積的四分之一。如解吸罐內(nèi)空體積過，應(yīng)進(jìn)行空體積測定，以校正氣含量測定值。每次裝罐的煤樣質(zhì)量不得少于800g。如巖芯采取率不足又需要采樣測定時(shí)， 最低樣量不得少于300g，只做解吸氣測定，在備注中說明僅做參考。自然解吸時(shí)，每間隔一定時(shí)間測定一次，其時(shí)間間隔依氣量大小和罐內(nèi)壓力而定。裝罐結(jié)束第一次測定為5 min , 以后每10 min , 15 min , 30 min , 60 min間隔各測定1h ，然后120 min 測定2次，直至累計(jì)滿 8 h 。連續(xù)解吸8h后可視解吸罐的壓力表表壓確定適當(dāng)?shù)慕馕鼤r(shí)間間隔，最長為24h。 連續(xù)7天，解吸的氣

54、量平均小于或等于10cm3，則殘余氣測定結(jié)束。2.2.2集氣裝置以及工作方式集氣裝置主要是由密封解析罐，一個(gè)大壓力傳感器，一個(gè)小壓力傳感器，三個(gè)電子閥以及乳膠管組成，圖示如下圖2.3 集氣裝置當(dāng)需要對某頁巖樣本進(jìn)行發(fā)氣量分析時(shí)，按照GB要求裝罐密封、連接氣路系統(tǒng)后，伺服系統(tǒng)啟動(dòng)，第一級壓力傳感器檢測密封罐內(nèi)壓力，根據(jù)罐內(nèi)壓力控制電磁閥通斷占空比，把第二級壓力保持在0.01MPa以下水平，如果第一級壓力小于0.01MPa，則電磁閥常開；第二步，檢測第二級壓力，如果壓力不為零，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)至兩邊壓力為零，記錄初始水位；第三步，通過電磁閥將解析罐里的氣體排出，使液面恢復(fù)初始高度。2.3 檢測部分2.

55、3.1檢測原理與檢測裝置由于大壓力傳感器和小壓力傳感器都是測量相對壓力的，所以當(dāng)兩個(gè)壓力傳感器所檢測到的壓力值為零時(shí)，即反映在電路板上是3202檢測到的電壓值是定值，那么乳膠管的液面和開口水罐的液面必然是在一條水平面上。這時(shí)再利用底部的相對壓力傳感器的讀出此時(shí)底部液面壓力，即可通過公式推導(dǎo)得出液面高度，然后通過乳膠管的直徑大致得出發(fā)氣量，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測的大氣壓溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過氣態(tài)方程計(jì)算即可得出產(chǎn)氣的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積。檢測裝置由壓力傳感器、乳膠管、開口水罐等組成，圖示如下：圖2.4 檢測裝置2.4驅(qū)動(dòng)部分2.4.1驅(qū)動(dòng)裝置以及工作方式驅(qū)動(dòng)裝置采用比較簡單的驅(qū)動(dòng)方式，直接通過伺服電機(jī)帶動(dòng)卷繞軸拉線帶動(dòng)水

56、罐上下移動(dòng)，通過傳感器發(fā)出信號(hào)，單片機(jī)處理后發(fā)給伺服驅(qū)動(dòng)器，控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。由于操作簡單，所以驅(qū)動(dòng)部分由伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、立柱等組成。如下圖所示圖2.5 驅(qū)動(dòng)裝置2.5本章小結(jié)由于本裝置組成比較簡單，所以外部并沒有很復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，但是既然是涉及到計(jì)量裝置，所以各個(gè)部件之間的安裝要求還是相當(dāng)?shù)母?，從而保證計(jì)量的精確度。由于有的器件屬于特殊件，所以需要單獨(dú)定制第三章 氣體流量信號(hào)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)前面主要是測量裝置的硬件設(shè)計(jì),硬件設(shè)計(jì)主要包括機(jī)械跟電路兩方面的。本章在 前面硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的軟件設(shè)計(jì),從而使測量裝置活作起來,按照本課題的要求采 集氣體流量信號(hào)并進(jìn)行分析與處理。3

57、.1.1 單片機(jī)C語言編程語言是在 70 年代初問世的。一九七八年由美國電話電報(bào)公司(AT&T)貝爾實(shí)驗(yàn)室正式發(fā)表了語言。同時(shí)由B.W.Kernighan 和 D.M.Ritchit 合著了著名的“THE C PROGRAMMING LANGUAGE”一書。通常簡稱為K&R，也有人稱之為K&R標(biāo)準(zhǔn)。但是，在K&R中并沒有定義一個(gè)完整的標(biāo)準(zhǔn) C 語言，后來由美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)在此基礎(chǔ)上制定了一個(gè) C 語言標(biāo)準(zhǔn)，于一九八三年發(fā)表。通常稱之為 ANSI C。 當(dāng)代最優(yōu)秀的程序設(shè)計(jì)語言。早期的 C 語言主要是用于 UNIX 系統(tǒng)。由于語言的強(qiáng)大功能和各方面的優(yōu)點(diǎn)逐漸為人們

58、認(rèn)識(shí)，到了八十年代，C開始進(jìn)入其它操作系統(tǒng)，并很快在各類大、中、小和微型計(jì)算機(jī)上得到了廣泛的使用。成為當(dāng)代最優(yōu)秀的程序設(shè)計(jì)語言之一。語言的特點(diǎn)：語言是一種結(jié)構(gòu)化語言。它層次清晰，便于按模塊化方式組織程序，易于調(diào)試和維護(hù)。語言的表現(xiàn)能力和處理能力極強(qiáng)。它不僅具有豐富的運(yùn)算符和數(shù)據(jù)類型，便于實(shí)現(xiàn)各類復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它還可以直接訪問內(nèi)存的物理地址，進(jìn)行位(bit)一級的操作。由于語言實(shí)現(xiàn)了對硬件的編程操作，因此語言集高級語言和低級語言的功能于一體。既可用于系統(tǒng)軟件的開發(fā)，也適合于應(yīng)用軟件的開發(fā)。此外，語言還具有效率高，可移植性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此廣泛地移植到了各類各型計(jì)算機(jī)上，從而形成了多種版本的語言。4

59、.12 Keil C軟件簡介Keil C51 軟件是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯，編譯，仿真于一體，支持匯編,PLM 語言和C 語言的程序設(shè)計(jì)，界面友好，易學(xué)易用。下面介紹Keil C51軟件的使用方法進(jìn)入Keil C51 后，屏幕如下圖所示。幾秒鐘后出現(xiàn)編輯啟動(dòng)Keil C51時(shí)的屏幕進(jìn)入Keil C51后的編輯界面簡單程序的調(diào)試學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)語言、學(xué)習(xí)某種程序軟件，最好的方法是直接操作實(shí)踐。下面通過簡單的編程、調(diào)試，引導(dǎo)大家學(xué)習(xí)Keil C51軟件的基本使用方法和基本的調(diào)試技巧。1)建立一個(gè)新工程單擊Project菜單，在彈出的下拉菜單中選中New Project選項(xiàng)2)然后選

60、擇你要保存的路徑,輸入工程文件的名字,比如保存到C51目錄里,工程文件的名字為C51如下圖所示,然后點(diǎn)擊保存.3)這時(shí)會(huì)彈出一個(gè)對話框,要求你選擇單片機(jī)的型號(hào),你可以根據(jù)你使用的單片機(jī)來選擇,keil c51幾乎支持所有的51核的單片機(jī),我這里還是以大家用的比較多的Atmel 的89C51來說明,如下圖所示,選擇89C51之后,右邊欄是對這個(gè)單片機(jī)的基本的說明,然后點(diǎn)擊確定.4)完成上一步驟后，屏幕如下圖所示到現(xiàn)在為止，我們還沒有編寫一句程序，下面開始編寫我們的第一個(gè)程序。5)在下圖中，單擊“File”菜單，再在下拉菜單中單擊“New”選項(xiàng)新建文件后屏幕如下圖所示此時(shí)光標(biāo)在編輯窗口里閃爍，這時(shí)

61、可以鍵入用戶的應(yīng)用程序了，建議首先保存該空白的文件，單擊菜單上的“File”，在下拉菜單中選中“Save As”選項(xiàng)單擊，屏幕如下圖所示，在“文件名”欄右側(cè)的編輯框中，鍵入欲使用的文件名，同時(shí)，必須鍵入正確的擴(kuò)展名。注意，如果用語言編寫程序，則擴(kuò)展名為(.c)；如果用匯編語言編寫程序，則擴(kuò)展名必須為(.asm)。然后，單擊“保存”按鈕。6)回到編輯界面后，單擊“Target 1”前面的“”號(hào)，然后在“Source Group 1”上單擊右鍵，彈出如下菜單然后單擊“Add File to Group Source Group 1” 屏幕如下圖所示選中Test.c，然后單擊“Add ”屏幕好下圖所

62、示注意到“Source Group 1”文件夾中多了一個(gè)子項(xiàng)“Text1.c”了嗎？子項(xiàng)的多少與所增加的源程序的多少相同7)現(xiàn)在，請輸入如下的C語言源程序:#include <reg52.h> /包含文件#include <stdio.h>void main(void) /主函數(shù) SCON=0x52;TMOD=0x20;TH1=0xf3;TR1=1; /此行及以上3行為PRINTF函數(shù)所必須printf(“Hello I am KEIL. n”); /打印程序執(zhí)行的信息printf(“I will be your friend.n”);while(1);在輸入上述程序時(shí)

63、，讀者已經(jīng)看到了事先保存待編輯的文件的好處了吧，即Keil c51會(huì)自動(dòng)識(shí)別關(guān)鍵字，并以不同的顏色提示用戶加以注意，這樣會(huì)使用戶少犯錯(cuò)誤，有利于提高編程效率。程序輸入完畢后，如下圖所示8)在上圖中，單擊“Project”菜單，再在下拉菜單中單擊“Built Target”選項(xiàng)（或者使用快捷鍵F7），編譯成功后，再單擊“Project”菜單，在下拉菜單中單擊“Start/Stop Debug Session”（或者使用快捷鍵Ctrl+F5）,屏幕如下所示9)調(diào)試程序:在上圖中，單擊“Debug”菜單，在下拉菜單中單擊“Go”選項(xiàng)，（或者使用快捷鍵F5），然后再單擊“Debug”菜單，在下拉菜單中

64、單擊“Stop Running”選項(xiàng)（或者使用快捷鍵Esc）；再單擊“View”菜單，再在下拉菜單中單擊“Serial Windows #1”選項(xiàng)，就可以看到程序運(yùn)行后的結(jié)果，其結(jié)果如下圖所示至此，我們在Keil C51上做了一個(gè)完整工程的全過程。但這只是純軟件的開發(fā)過程，如何使用程序下載器看一看程序運(yùn)行的結(jié)果呢？10）單擊“Project”菜單，再在下拉菜單中單擊“” 在下圖中，單擊“Output”中單擊“Create HEX File” 選項(xiàng)，使程序編譯后產(chǎn)生HEX代碼，供下載器軟件使用。把程序下載到AT89S51單片機(jī)中。3.2 A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)STC12C5410AD 系列帶A/D

65、轉(zhuǎn)換的單片機(jī)的A/D 轉(zhuǎn)換口在P1 口(P1.7-P1.0)，有8 路10 位高速A/D 轉(zhuǎn)換器,STC12C2052AD 系列是8 位精度的A/D, 速度均可達(dá)到100KHz(10 萬次/ 秒)。8 路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。上電復(fù)位后P1 口為弱上拉型I/O 口，用戶可以通過軟件設(shè)置將8 路中的任何一路設(shè)置為A/D 轉(zhuǎn)換，不需作為A/D 使用的口可繼續(xù)作為I/O 口使用。需作為A/D 使用的口需先將其設(shè)置為開漏模式或高阻輸入,在P1M0、P1M1 寄存器中對相應(yīng)的位進(jìn)行設(shè)置。P1M0【7：0】地址：91hP1M1【7：0】地址：92hI/O 口模

66、式（P1.x 如做A/D使用，需先將其設(shè)置成開漏或高阻輸入）00準(zhǔn)雙向口（傳統(tǒng)8051 I/O 口模式）,灌電流可達(dá)20mA , 拉電流為230A01推挽輸出（強(qiáng)上拉輸出，可達(dá)20mA，盡量少用）10僅為輸入（高阻），如果該I/O口需作為A/D使用，可選此模式11開漏(Open Drain) ，如果該I/O口需作為A/D使用，可選此模式MnemonicAddName76543210Reset ValueADC_CONTRC5hA/D 轉(zhuǎn)換控制寄存qiADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS1CHS00xx0,0000ADC_DATAC6hA/D

67、 轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器,高8位-xxxx,xxxxADC_LOW2BEhA/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器,低2位-xxxx,xxxxADC_CONTR 特殊功能寄存器: A/D 轉(zhuǎn)換控制特殊功能寄存器A/D 轉(zhuǎn)換控制寄存器ADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS1CHS00xx0,0000CHS2 / CHS1 / CHS0：模擬輸入通道選擇，CHS2 / CHS1 / CHS0C H S 2C H S 1C H S 0A n a l o g C h a n n e l S e l e c t模擬輸入通道選擇000選擇 P 1 . 0 作為A / D 輸入來用

68、001選擇 P 1 . 1 作為A / D 輸入來用010選擇 P 1 . 2 作為A / D 輸入來用011選擇 P 1 . 3 作為A / D 輸入來用100選擇 P 1 . 4 作為A / D 輸入來用101選擇 P 1 . 5 作為A / D 輸入來用110選擇 P 1 . 6 作為A / D 輸入來用111選擇 P 1 . 7 作為A / D 輸入來用ADC_START: 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)控制位，設(shè)置為“1”時(shí)，開始轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換結(jié)束后為0。ADC_FLAG: 模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位,當(dāng)A/D 轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG = 1，要由軟件清0。不管是A/D 轉(zhuǎn)換完成后由該

69、位申請產(chǎn)生中斷，還是由軟件查詢該標(biāo)志位A/D 轉(zhuǎn)換是否結(jié)束,當(dāng)A/D 轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG = 1，一定要軟件清0。SPEED1，SPEED0：模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度控制位SPEED1SPEED0A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間11210個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次， CPU工作頻率20MHz時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換速度約100KHz10420個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次01630個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次00840個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次ADC_POWER: ADC 電源控制位。0：關(guān)閉ADC 電源；1：打開A/D 轉(zhuǎn)換器電源.建議進(jìn)入空閑模式前，將ADC 電源關(guān)閉，ADC_POWER =0.啟動(dòng)AD 轉(zhuǎn)換前一定要確認(rèn)AD 電源已打開，AD 轉(zhuǎn)

70、換結(jié)束后關(guān)閉AD 電源可降低功耗，也可不關(guān)閉。初次打開內(nèi)部A/D 轉(zhuǎn)換模擬電源，需適當(dāng)延時(shí)，等內(nèi)部模擬電源穩(wěn)定后，再啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換建議啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換后，在A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束之前，不改變?nèi)魏蜪/O 口的狀態(tài)，有利于高精度A/D 轉(zhuǎn)換ADC_DATA / ADC_LOW2 特殊功能寄存器: A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果特殊功能寄存器ADC_DATAC6hA/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器,全部8位有效，為10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位-xxxx,xxxxADC_LOW2BEhA/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器，只有低2位有效，為10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的低2位Xxxxx-xxxx,xxxx模擬/ 數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果計(jì)算公式如下：結(jié)果( ADC

71、_DATA7:0,ADC_LOW21:0 ) = 1024 x Vin / VccVin 為模擬輸入通道輸入電壓，Vcc 為單片機(jī)實(shí)際工作電壓，用單片機(jī)工作電壓作為模擬參考電壓。ADC_DATA C6h A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器,全部8位有效，為10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位 - - - - - - - - xxxx,xxxxADC_LOW2 BEh A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器，只有低2位有效，為10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的低2位 x x x x x x - - xxxx,xxxx取ADC_DATA 的8 位為ADC 轉(zhuǎn)換的高8 位,取ADC_LOW2 的低2 位為ADC 轉(zhuǎn)換的低2 位,則為10 位精度。

72、如果舍棄ADC_LOW2 的低2 位,只用ADC_DATA 寄存器的8 位,則A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果為8 位精度。 結(jié)果 ADC_DATA7:0 = 256 x Vin / VccSTC12C2052AD 系列單片機(jī)A/D 轉(zhuǎn)換精度只有8 位，固無ADC_LOW2 寄存器。void DAYALI(void)/3202-1的CH0單端AD轉(zhuǎn)換子程序char i;mcp3202_data=0; /下降沿讀出數(shù)據(jù)CS3202_1=1;CS3202_1=0;/CS3202_1為低電平_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_()

73、;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();CLK3202_1=0;/上升沿寫數(shù)據(jù)_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DIDO_1=1;/1 ，啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換位 STARTCLK3202_1=1; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();CLK3202_1=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DIDO_1=1;/1,單端。 0 ,差分輸入CLK3202_1=1;_nop_();_nop_();_n

74、op_();_nop_();_nop_();_nop_();CLK3202_1=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); DIDO_1=1; /0 ，CH0為正 CLK3202_1=1; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();CLK3202_1=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); DIDO_1=1; /1 ，轉(zhuǎn)換結(jié)果只輸出1遍CLK3202_1=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

75、_nop_();_nop_();/*以上是寫入1101,選擇通道0,單端模式,數(shù)據(jù)讀取一遍，MSB在前*/ CLK3202_1=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); CLK3202_1=1; /空位放掉 _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); for(i=0;i<12;i+) /采集 CLK3202_1=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); date_bit=DIDO_1; CLK3202_1=1;_no

76、p_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();mcp3202_data=(mcp3202_data<<1)+date_bit; /mcp3202_date存放AD轉(zhuǎn)換結(jié)果3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采集程序中將采集1200個(gè)點(diǎn),每個(gè)點(diǎn)需四個(gè)字節(jié)來存儲(chǔ),則至少需要4K的存儲(chǔ)空間。 本課題所選擇的STC12C5410AD 單片機(jī)儲(chǔ)存空間有限。所以本課題將測量數(shù)據(jù)保存在 EEPROM中,以防止丟失。3.4單片機(jī)與PC機(jī)串口通信程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中,一般將單片機(jī)稱為下位機(jī),即通常用來完成數(shù)據(jù)采集和上傳工作;將由 PC機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等組成的后臺(tái)稱為上位機(jī),其作用為對下位機(jī)的上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。該系統(tǒng)利用下位機(jī)在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集方面以及上位機(jī)在數(shù)據(jù)處理顯示方面的作用。但其 MCS-51串行口工作方式選擇、中斷標(biāo)志設(shè)置、可編程位設(shè)置以及波特率的倍增均是通過特殊功能寄存器 SCON和PCON來控制。3.4.1電源和波特率控制寄存器(PCON)PCON的地址是87H,只能進(jìn)行字節(jié)尋址,不能按位尋址。PCON是為在CHM