1、 PAGE32 / NUMPAGES36畢業設計（論文）中文摘要環境監測在日常生活、工作和工程實踐中具有重要的應用。隨著生活水平的提高和科學技術的進步，無論是工業還是農業或者是日常生活中對環境監測，特別是惡劣工業環境的監測要求越來越高。不僅要做到低耗，還要求進行一定距離的傳輸。基于這點我們運用兩片主控芯片，傳感器，解決了這個日常生活工作中的問題。出于成本考慮我們采用了C8051F單片機和NRF24L01無線收發模塊為核心器件，同時附加多種傳感器采集數據，系統實現了對環境中溫度、氧氣、有毒氣體濃度等參數的實時監測，從而打破傳統溫度操作受到距離限制的缺陷。在經過軟硬件測試后，我們基本實現了用溫度傳

2、感器采集溫度，用NRF24L01進行一定距離傳輸后在接受端的電腦上顯示出來。因此，該系統是一種低成本、體積小、可移動、方便操作的新型環境監測儀。關鍵詞：C8051F NRF24L01溫度無線傳輸畢業設計（論文）英文摘要Title：NRFwireless modulebased onenvironmental monitoring systemAbstract：Environmental monitoring in daily life, work and engineering practice has important applications. With the improvement

3、of living standards and scientific and technological progress, whether industrial or agricultural or environmental monitoring in daily life, especially in harsh industrial environments monitoring increasingly demanding. Not only to be low, but also requires a certain distance transmission. For this

4、we use two main chips, sensors, solves this problem in daily life and work. For cost reasons we have adopted a C8051F340M microcontroller and NRF24L01 wireless transceiver module as the core device, and a variety of sensors collect additional data, the system implemented in the environment temperatu

5、re, oxygen, toxic gas concentration and other parameters of the real-time monitoring, thus breaking the traditional temperature operation subject to distance limitations defects. After the hardware and software testing, we basically achieved using temperature sensors collect temperature, a certain d

6、istance with the NRF24L01 after transmission on the receiving end of the computer display. Therefore, the system is a low cost, small size, portable, easy to operate a new type of environmental monitoring instruments.Keywords:C8051F340M NRF24L01TemperatureWireless transmission目 錄 TOC o 1-2 h z u HYP

7、ERLINK l _Toc3625247201引言 PAGEREF _Toc362524720 h 1HYPERLINK l _Toc3625247211.1選題背景 PAGEREF _Toc362524721 h 1HYPERLINK l _Toc3625247221.2國外研究狀況與相關領域中已有的研究成果 PAGEREF _Toc362524722 h 1HYPERLINK l _Toc3625247231.3對設計任務的分析 PAGEREF _Toc362524723 h 2HYPERLINK l _Toc3625247241.4 預期結果 PAGEREF _Toc362524724

8、h 3HYPERLINK l _Toc3625247251.5 論文的結構安排 PAGEREF _Toc362524725 h 3HYPERLINK l _Toc3625247262 主控單片機與編程環境的介紹 PAGEREF _Toc362524726 h 4HYPERLINK l _Toc3625247272.1 C8051F PAGEREF _Toc362524727 h 4HYPERLINK l _Toc3625247282.2 開發環境與工具語言 PAGEREF _Toc362524728 h 6HYPERLINK l _Toc3625247292.3本章小結 PAGEREF _To

9、c362524729 h 12HYPERLINK l _Toc3625247303 硬件系統的設計與實現 PAGEREF _Toc362524730 h 13HYPERLINK l _Toc3625247313.1硬件基本功能 PAGEREF _Toc362524731 h 13HYPERLINK l _Toc3625247323.2硬件框架設計 PAGEREF _Toc362524732 h 14HYPERLINK l _Toc3625247333.3軟件工作流程 PAGEREF _Toc362524733 h 14HYPERLINK l _Toc3625247343.4 2.4GNRF無線

10、單元 PAGEREF _Toc362524734 h 18HYPERLINK l _Toc3625247353.5 FLASH存儲單元 PAGEREF _Toc362524735 h 19HYPERLINK l _Toc3625247364 軟件系統的設計與實現 PAGEREF _Toc362524736 h 20HYPERLINK l _Toc3625247374.1系統設計需求分析 PAGEREF _Toc362524737 h 20HYPERLINK l _Toc3625247384.2主界面設計 PAGEREF _Toc362524738 h 21HYPERLINK l _Toc362

11、5247394.3代碼編寫 PAGEREF _Toc362524739 h 23HYPERLINK l _Toc3625247404.4程序運行 PAGEREF _Toc362524740 h 27HYPERLINK l _Toc3625247415 系統的調試與實驗結果 PAGEREF _Toc362524741 h 29HYPERLINK l _Toc3625247425.1實驗步驟 PAGEREF _Toc362524742 h 29HYPERLINK l _Toc3625247435.2實驗結果 PAGEREF _Toc362524743 h 29HYPERLINK l _Toc362

12、524744結論 PAGEREF _Toc362524744 h 32HYPERLINK l _Toc362524745致 PAGEREF _Toc362524745 h 34HYPERLINK l _Toc362524746參考文獻 PAGEREF _Toc362524746 h 35引言1.1選題背景隨著社會的進步和生產的需要，利用無線通信進行環境數據采集的方式應用已經滲透到生活各個方面。在工業現場，由于生產環境惡劣，工作人員不能長時間停留在現場觀察設備是否運行正常，就需要采集數據并傳輸數據到一個環境相對好的操控室，這樣就會產生數據傳輸問題。由于廠房大、需要傳輸數據多，使用傳統的有線數據傳

13、輸方式就需要鋪設很多很長的通訊線，浪費資源，占用空間，可操作性差，出現錯誤換線困難。而且，當數據采集點處于運動狀態、所處的環境不允許或無法鋪設電纜時,數據甚至無法傳輸，此時便需要利用無線傳輸的方式進行數據采集。在農業生產上，不論是溫室大棚的環境監測，還是糧倉的管理，傳統上都是采取分區取樣的人工方法，工作量大，可靠性差。而且大棚和糧倉占地面積大，檢測目標分散，測點較多，傳統的方法已經不能滿足當前農業發展的需要。當前的科技水平下，無線通信技術的發展使得溫度采集測量精確，簡便易行。在日常生活中，隨著人們生活水平的提高，居住條件也逐漸變得智能化。如今很多家庭都會安裝室溫度采集控制系統，其原理就是利用無

14、線通信技術采集室溫度數據并根據室溫度情況進行遙控通風等操作，自動調節室溫度濕度，可以更好地改善人們的居住環境。以上只是簡單列舉幾個現實的例子，在現實生活中，這種無線環境采集系統已經被成功應用于工農業、環境監測、軍事國防、機器人控制等許多重要領域，而且類似于這種溫度采集系統的無線通信網絡已經被廣泛的應用到民用和軍事領域。凡是布線繁雜或不允許布線的場合都希望能通過無線方案來解決。為此，需要設計相應的接口系統，控制這些射頻芯片工作，完成可靠穩定的無線數據通信，這樣的研究也變得更加有意義了。1.2國外研究狀況與相關領域中已有的研究成果在2.4GHz非授權頻段上,目前已經云集了藍牙、Wi-Fi、Zigb

15、ee等多個標準無線協議。具有帶寬高（ 2Mbps），雙向傳輸，抗干擾性強，傳輸距離遠（短距離無線技術圍），耗電少的優點，用于無線鍵鼠等室場合。Nordic公司等公司已成功推出NRF24L01芯片，2.4G全球開發ISM頻段免許可證使用。同時許多公司也相繼推出基于NRF24L01的無線傳輸模塊。NRF24L01模塊是一款新型單片射頻收發器件,工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM頻段。置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器等功能模塊,并融合了增強型ShockBurst技術，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01功耗低,在以-6dBm的功率發射時，工作電流也只有9mA

16、;接收時，工作電流只有12.3mA，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節能設計更方便。至此這種基于此頻段的通信方式已日漸趨向成熟。同樣隨著傳感器與電子電路的發展，集成的溫度檢測器件的完善性與集成性也得到了大大的提高。類似美國DALLAS公司推出的數字測溫芯片DS18B20層出不窮，國外的研究在這方面的研究也趨近完善。1.3對設計任務的分析本系統的設計采用了工作于2.4GHz頻段NRF24L01射頻芯片，并有單片機C8051F340M控制實現短距離無線數據通信。該接口設計具有成本低、功耗低、傳輸速率高、軟件設計簡單以與通信穩定可靠等特點。整個系統有發送和接收二部分，通過NRF24L01無

17、線數據通信收發模塊來實現無線數據傳輸。發送部分以CD4 帶有多個傳感模塊的多功能主板主板為核心，使用溫度轉換芯片DS18B20實時采集溫度并通過LCD屏顯示。將采集的數據傳送給接收部分，然后再在LCD屏上顯示。本系統的核心控制芯片選用的是MSP430F149。單片機在各個技術領域中的迅猛發展，與單片機所構成的計算機應用系統的特點有關：（1）單片機構成的應用系統有較大的可靠性；（2）系統構建簡潔、易行，能方便的實現系統功能；（3）由于構成的系統是一個計算機系統，相當多的功能由軟件實現，故具有柔性特點和優異的性能價格比；對于CD4多功能能檢測模塊，硬件部分較簡單，由于是單腳傳輸導致軟件時序的時間精

18、確度控制上要求比較高，要做到精確。OLED顯示部分雖然較簡單但是在調試過程有重要作用，是顯示軟硬件好使的必要條件，不可忽視。另外為了降低430的輸出功率，采用鎖存器對數碼管進行驅動。無線收發模塊采用挪威(Nordic)公司生產的NRF24L01與其外圍電路組成，軟件部分要熟悉部的標志與控制寄存器以與數據通道，發射頻率功率與收發模式等以利于編程。1.4 預期結果采用C8051F340M單片機作為主控CPU，CD4多功能能檢測模塊，NRF24L01作為無線收發模塊，加上LCD顯示模塊構成系統。要求完成硬件模塊的設計和電路板的制作。軟件模塊包括溫度檢測模塊、無線發射模塊、無線接收模塊和顯示模塊。溫度

19、測量圍：0C至125C，傳輸距離30m。1.5 論文的結構安排本文基于本次畢業設計的過程與要求，將論文分為五章。具體容如下：第1章 緒論 本章簡單介紹了課題的研究背景、目的和意義，無線溫度檢測的國外發展現狀和相關領域中已有的研究結果，該設計的預期結果和意義。第2章 主控芯片與編程環境的介紹 本章介紹了本次畢業設計的主控芯片與相應的編程環境，讓我們熟悉了整個系統的調試方法。第3章 硬件系統的設計與實現 本章介紹本課題硬件系統各部分電路的設計、實現，講述了各模塊的功能。第4章軟件 系統的設計與實現 本章根據系統的總方案，設計出程序的總流程圖，并利用C#語言編寫相應的程序。第5章系統的調試與實驗結果

20、 本章根據已有的軟硬件，進行調試，得到的相應成果。最后總結本論文，得出相關結論。2 主控單片機與編程環境的介紹2.1 C8051FSilicon Laboratories 公司出品的C8051F系列單片機是完全集成的混合信號系統級芯片（SOC），具有與MCS-51完全兼容的指令集。該系列單片機采用流水線處理技術，機器周期由標準8051的12個系統時鐘周期降為1個系統時鐘周期，能在執行指令期間預處理下一條指令，大大提高了處理能力。大部分C8051F單片機能達到25MIPS，高的可達100MIPS。C8051F單片機能提供多達22個中斷源，并且部集成了大量的模擬、數字外設，包括看門狗、ADC、DA

21、C、電壓比較器、電壓基準、定時器、PWM、部時鐘振蕩器、溫度傳感器等，同時擁有UART、SPI、SMBUS（I2C）、CAN、LIN、USB等眾多總線。C8051F單片機采用Flash技術，集成JTAG，支持ISP和IAP。通過外部總線掛接以太網控制器芯片CP2201，可以提供完整的以太網接口方案，包括免費的TCP/IP協議棧。C8051F單片機的特點：（1）模擬資源豐富：集成了豐富的模擬資源，絕大部分的C8051F系列單片機都集成了單個或兩個ADC，在片模擬開關的作用下可實現對多路 HYPERLINK :/baike.baidu /view/38288.htm t _blank 模擬信號的采

22、集轉換；片ADC的采樣精度最高可達24bit，采樣速率最高可達500ksps，部分型號還集成了單個或兩個獨立的高分辨率DAC，可滿足絕大多數混合信號系統的應用并實現與模擬電子系統的無縫接口；片溫度傳感器則可以迅速而精確的監測環境溫度并通過程序作出相應處理，提高了系統運行的可靠性。（2）運算速度快：基于增強的CIP-51核，其指令集與MCS-51完全兼容，具有標準8051的組織架構，可以使用標準的803x/805x HYPERLINK :/baike.baidu /view/1315652.htm t _blank 匯編器和 HYPERLINK :/baike.baidu /view/48701

23、8.htm t _blank 編譯器進行軟件開發。CIP-51采用 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2431383.htm t _blank 流水線結構，70%的的指令執行時間為1或2個系統 HYPERLINK :/baike.baidu /view/85561.htm t _blank 時鐘周期，是標準8051指令執行速度的12倍；其峰值執行速度可達100MIPS(C8051F120等)，是目前世界上速度最快的8位單片機。（3）豐富的外部設備接口：集成了豐富的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/206732.htm t _blank 外部

24、設備接口。具有兩路UART和最多可達5個定時器與6個PCA模塊，此外還根據不同的需要集成了SMBus、SPI、USB、CAN、LIN等接口，以與RTC部件。 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3683201.htm t _blank 外設接口在不使用時可以分別禁止以降低系統功耗。與其他類型的單片機實現一樣的功能需要多個芯片的組合才能完成相比，C8051單片機不僅減少了系統成本，更大大降低了功耗。（4）增加了 HYPERLINK :/baike.baidu /view/600195.htm t _blank 中斷源。標準的8051只有7個 HYPERLINK :/bai

25、ke.baidu /view/600195.htm t _blank 中斷源SiliconLabs 公司 C8051F系列單片機擴展了 HYPERLINK :/baike.baidu /view/4499229.htm t _blank 中斷處理這對于時實多任務系統的處理是很重要的擴展的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/597855.htm t _blank 中斷系統向CIP-51提供22個中斷源允許大量的模擬和數字外設中斷一個中斷處理需要較少的CPU干預卻有更高的執行效率。（5）增強了在 HYPERLINK :/baike.baidu /view/642820.h

26、tm t _blank 信號處理方面的性能，部分型號具有16x16 MAC以與DMA功能，可對所采集信號進行實時有效的算法處理并提高了 HYPERLINK :/baike.baidu /view/5593592.htm t _blank 數據傳送能力。（6）具有獨立的片 HYPERLINK :/baike.baidu /view/178161.htm t _blank 時鐘源(精度最高可達0.5%)，設計人員既可選擇外接時鐘，也可直接應用片時鐘，同時可以在外時鐘源之間自如切換。片 HYPERLINK :/baike.baidu /view/178161.htm t _blank 時鐘源降低了系

27、統設計的復雜度，提高了系統可靠性，而時鐘切換功能則有利于系統整體功耗的降低。提供空閑模式與停機模式等多種電源管理方式來降低系統功耗。（7）實現了I/O從固定方式到 HYPERLINK :/baike.baidu /view/7734674.htm t _blank 交叉開關配置。固定方式的I/O端口，既占用引腳多，配置又不夠靈活。在C8051F中，則采用開關網絡以硬件方式實現I/O端口的靈活配置，外設電路單元通過相應的配置 HYPERLINK :/baike.baidu /view/6159.htm t _blank 寄存器控制的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/7

28、734674.htm t _blank 交叉開關配置到所選擇的端口上。（8）復位方式多樣化，C8051F把80C51單一的外部復位發展成多源復位，提供了上電復位、掉電復位、外部 HYPERLINK :/baike.baidu /view/641241.htm t _blank 引腳復位、軟件復位、時鐘檢測復位、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/421754.htm t _blank 比較器0復位、WDT復位和引腳配置復位。眾多的復位源為保障系統的安全、操作的靈活性以與零功耗系統設計帶來極大的好處。（9）從傳統的仿真調試到基于JTAG接口的在系統調試。C8051F在8

29、位單片機中率先配置了標準的JTAG接口（IEEE1149.1）。C8051F的JTAG接口不僅支持Flash ROM的讀/寫操作與非侵入式在系統調試，它的JTAG邏輯還為在 HYPERLINK :/baike.baidu /view/170112.htm t _blank 系統測試提供 HYPERLINK :/baike.baidu /view/765567.htm t _blank 邊界掃描功能。通過邊界 HYPERLINK :/baike.baidu /view/6159.htm t _blank 寄存器的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3281.htm t

30、_blank 編程控制，可對所有器件 HYPERLINK :/baike.baidu /view/641241.htm t _blank 引腳、SFR總線和I/O口弱上拉功能實現觀察和控制。（10）C8051F系列單片機型號齊全，可根據設計需求選擇不同規模和帶有特定 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3683201.htm t _blank 外設接口的型號，提供從多達100個 HYPERLINK :/baike.baidu /view/641241.htm t _blank 引腳的高性能單片機到最小3mmX3mm的封裝，滿足不同設計的需要。2.2 開發環境與工具語言2

31、.2.1硬件開發Keil C51開發環境：Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發，體會更加深刻。Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到KeilC51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。C51工具包的整體結構，Vision與Ishell分別是C51 fo

32、r Windows和for Dos的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/14867.htm t _blank 集成開發環境(IDE），可以完成編輯、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/69568.htm t _blank 編譯、連接、調試、仿真等整個開發流程。開發人員可用IDE本身或其它 HYPERLINK :/baike.baidu /view/499644.htm t _blank 編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51與C51 HYPERLINK :/baike.baidu /view/487018.htm t _blank 編譯器

33、編譯生成目標文件（OBJ）。目標文件可由LIB51創建生成庫文件，也可以與庫文件一起經L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS）。ABS文件由OH51轉換成標準的Hex文件，以供調試器dScope51或tScope51使用進行 HYPERLINK :/baike.baidu /view/60376.htm t _blank 源代碼級調試，也可由 HYPERLINK :/baike.baidu /view/557623.htm t _blank 仿真器使用直接對 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1389650.htm t _blank 目標板進行調試，也可以直接寫入程

34、序存貯器如EPROM中。Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發，體會更加深刻。C語言：C語言是一種 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2561555.htm t _blank 計算機程序設計語言，它既具有 HYPERLINK :/baike.baidu /view/14900.htm t _blank 高級語言的特點，又具有 HYPERLINK :/baike.baidu /

35、view/49.htm t _blank 匯編語言的特點。它由美國貝爾研究所的D.M.Ritchie于1972年推出，1978年后，C語言已先后被移植到大、中、小與微型機上，它可以作為工作系統設計語言，編寫系統 HYPERLINK :/baike.baidu /view/330120.htm t _blank 應用程序，也可以作為應用程序設計語言，編寫不依賴計算機硬件的應用程序。它的應用圍廣泛，具備很強的數據處理能力，不僅僅是在軟件開發上，而且各類科研都需要用到C語言，適于編寫系統軟件，三維，二維圖形和動畫，具體應用比如單片機以與 HYPERLINK :/baike.baidu /view/6

36、57641.htm t _blank 嵌入式系統開發。C語言相對于其它語言有以下優點：1、簡潔緊湊、靈活方便C語言一共只有32個 HYPERLINK :/baike.baidu /view/390935.htm t _blank 關鍵字，9種 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1359886.htm t _blank 控制語句，程序書寫形式自由，區分大小寫。把高級語言的基本結構和語句與低級語言的實用性結合起來。C 語言可以像匯編語言一樣對 HYPERLINK :/baike.baidu /view/155432.htm t _blank 位、 HYPERLINK :/

37、baike.baidu /view/60408.htm t _blank 字節和 HYPERLINK :/baike.baidu /view/494802.htm t _blank 地址進行操作，而這三者是計算機最基本的工作單元。2、運算符豐富C語言的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/425996.htm t _blank 運算符包含的圍很廣泛，共有34種運算符。C語言把 HYPERLINK :/baike.baidu /view/54999.htm t _blank 括號、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1201049.htm t _

38、blank 賦值、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2886403.htm t _blank 強制類型轉換等都作為運算符處理。從而使C語言的運算類型極其豐富， HYPERLINK :/baike.baidu /view/420676.htm t _blank 表達式類型多樣化。靈活使用各種運算符可以實現在其它 HYPERLINK :/baike.baidu /view/14900.htm t _blank 高級語言中難以實現的運算。3數據類型豐富C語言的數據類型有： HYPERLINK :/baike.baidu /view/1311503.htm t _blank

39、 整型、實型、字符型、數組類型、指針類型、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/4291813.htm t _blank 結構體類型、共用體類型等。能用來實現各種復雜的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/9900.htm t _blank 數據結構的運算。并引入了指針概念，使程序效率更高。4、表達方式靈活實用C語言提供多種運算符和表達式值的方法，對問題的表達可通過多種途徑獲得，其程序設計更主動、靈活。它語法限制不太嚴格，程序設計自由度大，如對整型量與字符型數據與邏輯型數據可以通用等。5、允許直接訪問物理地址，對硬件進行操作由于C語言允許直接訪問

40、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/883168.htm t _blank 物理地址，可以直接對 HYPERLINK :/baike.baidu /view/25278.htm t _blank 硬件進行操作，因此它既具有高級語言的功能，又具有低級語言的許多功能，能夠像 HYPERLINK :/baike.baidu /view/49.htm t _blank 匯編語言一樣對位（bit）、字節和地址進行操作，而這三者是計算機最基本的工作單元，可用來寫 HYPERLINK :/baike.baidu /view/7860.htm t _blank 系統軟件。6、生成目標

41、代碼質量高，程序執行效率高C語言描述問題比 HYPERLINK :/baike.baidu /view/49.htm t _blank 匯編語言迅速，工作量小、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1171704.htm t _blank 可讀性好，易于調試、修改和移植，而代碼質量與 HYPERLINK :/baike.baidu /view/49.htm t _blank 匯編語言相當。C語言一般只比匯編程序生成的目標代碼效率低10%20%。7、可移植性好C語言在不同機器上的C HYPERLINK :/baike.baidu /view/454895.htm t _b

42、lank 編譯程序，86%的代碼是公共的，所以C語言的編譯程序便于移植。在一個環境上用C語言編寫的程序，不改動或稍加改動，就可移植到另一個完全不同的環境中運行。178、表達力強C語言有豐富的數據結構和 HYPERLINK :/baike.baidu /view/425996.htm t _blank 運算符。包含了各種數據結構，如 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1311503.htm t _blank 整型、數組類型、指針類型和聯合類型等，用來實現各種數據結構的運算。C語言的運算符有34種，圍很寬，靈活使用各種運算符可以實現難度極大的運算。C語言能直接訪問硬件的物

43、理地址，能進行位（ HYPERLINK :/baike.baidu /view/155429.htm t _blank bit）操作。兼有高級語言和低級語言的許多優點。它既可用來編寫系統軟件，又可用來開發應用軟件，已成為一種通用程序設計語言。另外C語言具有強大的圖形功能，支持多種 HYPERLINK :/baike.baidu /view/18610.htm t _blank 顯示器和 HYPERLINK :/baike.baidu /view/15529.htm t _blank 驅動器。且計算功能、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/4085600.htm t _

44、blank 邏輯判斷功能強大2.2.2軟件開發Microsoft Visual Studio 開發環境：Visual Studio是目前最流行的Windows平臺應用程序開發環境。最新版本為 Visual Studio 2012 版本，基于.NET Framework 4.5 。發展歷程1997年，微軟發布了 Visual Studio97。包含有面Windows開發使用的Visual Basic 5.0、Visual C+5.0，面向Java開發的Visual J+ 和面向數據庫開發的Visual FoxPro，還包含有創建 DHTML (Dynamic HTML) 所需要的 Visual

45、InterDev。其中，Visual Basic 和 Visual FoxPro 使用單獨的開發環境，其他的開發語言使用統一的開發環境。1998 年，微軟發布了Visual Studio6.0。所有開發語言的開發環境版本均升至 6.0。這也是VisualBasic 最后一次發布，從下一個版本(7.0) 開始，Microsoft Basic 進化成了一種新的面向對象的語言：Microsoft Basic NET。由于微軟公司對于 Sun 公司 Java 語言擴充導致與 Java 虛擬機不兼容被Sun告上法庭，微軟在后續的Visual Studio中不再包括面向Java虛擬機的開發環境。2002年

46、，隨著.NET 口號的提出與Windows XP / Office XP的發布，微軟發布了 Visual Studio .NET（部版本號為 7.0）。在這個版本的 Visual Studio中，微軟剝離了 Visual FoxPro 作為一個單獨的開發環境以 Visual FoxPro 7.0 單獨銷售，同時取消了 Visual InterDev。與此同時，微軟引入了建立在 .NET 框架上（版本1.0）的托管代碼機制以與一門新的語言 C#（讀作 C Sharp，意為 C#）。C# 是一門建立在 C+和 Java 基礎上的現代語言，是編寫 .NET 框架的語言。.NET的通用語言框架機制（C

47、ommon Language Runtime, CLR），其目的是在同一個項目中支持不同的語言所開發的組件。所有CLR支持的代碼都會被解釋成為 CLR 可執行的機器代碼然后運行。Visual Basic、Visual C+ 都被擴展為支持托管代碼機制的開發環境，且 Visual Basic .NET更是從 Visual Basic 脫胎換骨，徹底支持面向對象的編程機制。而 Visual J+ 也變為 Visual J#。后者僅語法同 Java 一樣，但是面向的不是 Java 虛擬機，而是 .NET Framework。2003 年，微軟對 Visual Studio 2002 進行了部分修訂，

48、以 Visual Studio 2003 的名義發布（部版本號為 7.1）。Visio 作為使用統模語言（UML）架構應用程序框架的程序被引入，同時被引入的還包括移動設備支持和企業模版。.NET 框架也升級到了1.1。2005 年，微軟發布了 Visual Studio 2005。.NET 字眼從各種語言的名字中被抹去，但是這個版本的 Visual Studio 仍然還是面向 .NET 框架的（版本2.0）。這個版本的 Visual Studio 包含有眾多版本，分別面向不同的開發角色。同時還永久提供免費的 Visual Studio Express 版本。2007年11月，微軟發布了 Vis

49、ual Studio 2008。2010年4月12，微軟發布了 Visual Studio 2010 以與 .NET Framework 4.0。Visual Studio 2012Visual Studio 2012簡介Visual Studio 2012 作為一個集成解決方案，適用于無論是個人或者各種規模的開發團隊。Visual StudioMicrosoft Visual Studio 2012：2012實現了同事間的無縫協作，提高了生產效率與專注度，最終好的點子變成了優秀的現實應用?？梢允褂渺`活敏捷的規劃工具（如容量規劃、任務板和積壓工作管理）來按照您自己的進度實現增量開發技術和敏捷方

50、法。使用高級建模、發現和體系結構工具可描述您的系統并幫助確保實現您的體系結構構想。Visual Studio 2012是一個綜合性產品系列，適用于每一位希望升級或創建精彩應用程序的組織、團體和個人開發人員。VS2012通過整合先前單個產品中的功能并為每個版本加入新的強大功能，簡化了產品系列，并且，它更加適合用于開發 Windows8 專用程序。VS2012的六大新特性：1、VS2012和VS2010相比，最大的新特性莫過于對Windows 8 Metro開發的支持。Metro天生為云+端而生，簡潔、數字化、容優于形式、強調交互的設計已經成為未來的趨勢。不過對于開發者而言，要想使用這項新功能，必

51、須要安裝Windows 8 RP版。該版本中包含了新的Metro應用程序模板，增加了JavaScript功能、一個新的動畫庫，并提升了使用XAML的Metro應用程序的性能。2、VS2012 RC在界面上，比Beta版更容易使用，彩色的圖標和按照開發、運行、調試等環境區分的顏色方案讓人愛不釋手。3、VS2012集成了ASP。NET MVC 4，全面支持移動和HTML5，WF 4.5相比WF 4，更加成熟，期待已久的狀態極工作流回來了，更棒的是，現在它的設計器已經支持C#表達式(之前只能用VB。NET)。4、VS2012支持.NET 4.5，和.NET 4.0相比，4.5更多的是完善和改進，4.

52、5也是Windows RT被提出來的首個框架庫，.NET獲得了和Windows API同等的待遇。5、VS2012+TFS2012實現了更好的生命周期管理，可以這么說，VS2012不僅是開發工具，也是團隊的管理信息系統。6、VS2012對系統資源的消耗并不大，不過需要Windows 7/8的支持。特點：支持 Windows Azure，微軟云計算架構邁入重要里程碑。助力移動與嵌入式裝置開發，三屏一云商機無限。實踐當前最熱門的 Agile/Scrum開發方法，強化團隊競爭力。升級的軟件測試功能與工具，為軟件質量嚴格把關。搭配 Windows 7，Silverlight4 與 Office，發揮多

53、核并行運算威力，創建美感與效能并重的新一代軟件。支持最新C+標準，增強IDE，切實提高程序員開發效率。變化：Visual Studio支持用戶透過多種不同的程序語言進行開發，但歷代版本所支持的語言并不完全一樣，例如，Visual Studio.NET 2002 時，微軟將 Visual J+ 改版為 Visual J#，但至 Visual Studio 2008 時取消支持 Visual J#；而 Visual Studio 2010 時，并入支持新語言 Visual F#。目前 Visual Studio 2010 原生支持：Visual Basic、Visual C#、Visual C+、

54、Visual F#四種程序語言。Visual C# 2010（版本號：4.0）是微軟開發的一種面向對象的編程語言，是微軟.NET開發環境的重要組成部分。它是為生成在 .NET Framework 上運行的多種應用程序而設計的。C# 簡單、功能強大、類型安全，而且是面向對象的。C# 憑借它的許多創新，在保持 C 樣式語言的表示形式和優美的同時，實現了應用程序的快速開發。C#語言：C#是微軟公司在2000年6月發布的一種新的編程語言，主要由安德斯海爾斯伯格（Anders Hejlsberg）主持開發，C#與Java非常相似，它包括了諸如單一繼承、界面、與Java幾乎同樣的語法，和編譯成中間代碼再運

55、行的過程。但是C#與Java有著明顯的不同，它借鑒了Delphi的一個特點，與COM(組件對象模型)是直接集成的，而且它是微軟公司.NET windows網絡框架的主角。C#由，微軟在2000年發布了這種語言。C#語言定義主要是從C/C+ 與 Java 繼承而來的，而且語言中的許多元素也反映了這一點。C#在設計者從C+繼承的可選選項方面比JAVA要廣泛一些（比如說struts)，它還增加了自己新的特點（比方說源代碼版本定義）。但它還太不成熟，不可能擠垮JAVA。C#還需要進化成一種開發者能夠接受和采用的語言。而微軟當前為它的這種新語言大造聲勢也是值得注意的。C#是面向對象的編程語言。它使得程序

56、員可以快速地編寫各種基于MICROSOFT.NET平臺的應用程序，MICROSOFT .NET提供了一系列的工具和服務來最大程度地開發利用計算與通訊領域。正是由于C#面向對象的卓越設計，使它成為構建各類組件的理想之選無論是高級的商業對象還是系統級的應用程序。使用簡單的C#語言結構，這些組件可以方便的轉化為XML網絡服務，從而使它們可以由任何語言在任何操作系統上通過INTERNET進行調用。C#使得C+程序員可以高效的開發程序，而絕不損失C/C+原有的強大的功能。因為這種繼承關系，C#與C/C+具有極大的相似性，熟悉類似語言的開發者可以很快的轉向C#。微軟公司已經向ECMA申請將C#作為一種標準

57、。在2001年12月，ECMA發布了ECMA-334 C#語言規。C#在2003年成為一個ISO標準（ISO/IEC 23270）。2.3本章小結本章主要簡要介紹了C8051F系列單片機的軟硬件系統和特點以與C8051F，Microsoft Visual Studio的編程開發環境的一些特點，為接下來的硬件設計與軟件開發做了鋪墊。3 硬件系統的設計與實現3.1硬件基本功能檢測功能：具有對瓦斯、一氧化碳、氧氣、硫化氫四種環境參量的在線檢測功能；具有溫度檢測功能；具有供電電源輸入電壓檢測（電池電量）功能。顯示功能：具有日期時間顯示功能；具有溫度顯示功能；具有電池電量顯示功能；具有四種環境參量顯示功

58、能；具有多級菜單操作功能。報警功能：具有聲光報警功能。通信功能：采用2.4G射頻收發模塊，具有與手持PDA（或主機）進行數據交互功能。存儲功能：具有基本工作參數讀寫功能；具有大規模實時數據存儲功能。待機功能：具有進入睡眠待機功能；具有快速喚醒功能。3.2硬件框架設計業務處理層主要完成三大任務包括模塊控制、數據分析以與任務調度。模塊控制-調用相關模塊的底層驅動與相關數據計算等操作；數據分析-對各個模塊的自身數據進行分析；任務調度-根據數據分析結果來完成模塊控制。具體框架設計如圖3-1所示：圖3-1 框架設計圖3.3軟件工作流程軟件工作流程主要包括兩大部分：一部分為前臺處理，另一部分為后臺處理。具

59、體如圖3-2所示：圖3-2 硬件工作流程圖3.3.1前臺處理硬件初始化系統時鐘單元：設置當前晶振源，并配置core clock以與bus clock等時鐘；看門狗單元：打開看門狗；存儲單元：第一次使用時需寫入當前相關工作配置信息，往后均讀取配置信息；IO管腳單元：配置與外設交互所需管腳，如LCD顯示單元、RF無線單元等，若使用管腳中斷也在其進行設置；基準定時器單元初始化：定義一個基準定時，如500us1ms；變量初始化：清除相關標志位、相關緩沖數據區以與賦相關變量初值等；RTC實時時鐘單元初始化：開啟RTC實時計時；LCD單元初始化：對LCD顯示器件進行物理初始化；睡眠模式初始化：選擇待機所進

60、入的相關低功耗模式；ADC轉換單元初始化：選擇配置相關轉換通道等操作。備注：RF無線單元初始化并未在上電后就進行，需根據發送或接收需求才打開初始化。數據采集氣體濃度采集；電池電量采集；環境溫度采集。備注：這里的采集處理主要是指后臺的數據轉換后保存到相關緩沖數據區，而前臺主要完成ADC轉換通道的切換工作與置位相關轉換通道標志。數據計算與分析處理相關參數的數據公式計算；數據最終值獲取傳遞，包括當前時間、氣體濃度、當前電量；管腳采集與處理，包括、長/短按的相關事件處理以與充電管腳狀態檢測；電量欠壓分析；氣體超限分析。液晶屏顯示主界面顯示；菜單操作界面。動作處理長按處理；欠壓提示處理；氣體濃度超限聲光