【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA/VPP313233343536373839VCC40U21AT89C521 233pF C733pF C8100pFCS17VCC12K R16RD WRVCCVCC1KR21LS1SpeakerQ290134K7 R20 C11K R2D1D2IN31IN42IN53IN64IN75START6EOC7D38OE9CLK10VCC11REF+12GND13D114D215REF16D017D418D519D620D721ALE22ADD C23ADD B24ADD A25IN026IN127IN228U7ADC0809NVDD5QC8QB9GND10QD11QA12A14B1R0(1)2R0(2)3VCC5R9(1)6R9(2)7U6DM74LS90NRDWRVCCALE12U0ASN74F04D231U1ASN74F02D564U1BSN74F02D12U1ASN74F04DVCC1K R21 2 3空氣質(zhì)量傳感器4K7 R22Q39013VCCD1VCC負(fù)離子發(fā)生器K1VCCD0D1D2D3D4D5D6D7圖 121 總體電路圖 東 華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 與此同時(shí)啟動(dòng)蜂鳴器跟空氣凈化裝置。 [3] 系統(tǒng)框圖如圖 122 所示。 各方案論證及選擇 （ 1）控制器模塊 對(duì)于控制器的選擇有兩種方案。 方案一：采用 FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門列陣）作為系統(tǒng)的控制器。 FPGA 可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可應(yīng)用 EDA 軟件仿真、調(diào)試，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。 FPGA 采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。由檢測(cè)模塊輸出的信號(hào)并行輸入 FPGA， FPGA通過(guò)程序設(shè)計(jì)控制電機(jī)做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，但由于本設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)處理的速度要求不是很高， FPGA 的高速處理的優(yōu)勢(shì)得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。 AT89C52 控制器模塊 74LS90N5分頻器 綠指示燈 模塊 蜂鳴器 模塊 A/D轉(zhuǎn)換模塊 傳感器 模塊 圖 122 總體設(shè)計(jì)方框圖 紅指示燈 模塊 空氣凈化裝置 模塊 電源模塊 東 華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 方案二：采用 AT89C52 作為系統(tǒng)的控制器。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 [5] 綜合考慮以上兩種方案，通過(guò)比較，本設(shè)計(jì)選擇采用方案二，單片機(jī)控制的方框圖如圖 122 所示。在本設(shè)計(jì)中， AT89C52 通過(guò) ADC0809NA/D 轉(zhuǎn)換 接收 空氣質(zhì)量 傳感器的模擬量， 負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量是否合格，控制空氣凈化裝置和報(bào)警裝置。 （ 2）報(bào)警模塊 方案一：采用單片機(jī)或可編程邏輯器件完成。由于本系統(tǒng)的控制器是采用單片機(jī)的，使用單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管和蜂鳴器，不僅可以有效地利用系統(tǒng)的資源、簡(jiǎn)化電路，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)多種報(bào)警功能。這樣大大增強(qiáng)了液體點(diǎn)滴監(jiān)控裝置的實(shí)用性。 方案二：采用分立元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。用分立元件大大增加了電路的復(fù)雜程度，而且不能很好的實(shí)現(xiàn)多種報(bào)警功能。 基于以上分析 ，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)了來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的報(bào)警功能。 （ 3）傳感器模塊： 采用空氣質(zhì)量傳感器 QS01 來(lái)實(shí)現(xiàn)。 （ 4）分頻器模塊： 采用 74LS90N 五分頻芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。 （ 5） A/D轉(zhuǎn)換模塊： 采用 ADC0809N 來(lái)實(shí)現(xiàn)。 ADC0809N 是 8 位、逐次比較式 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，具有地址鎖存控制的 8 路模擬開關(guān)，應(yīng)用單一 +5V 電源，其模擬量輸入電壓的范圍為 0~+5V，對(duì)應(yīng)的數(shù)字量輸出為 00H~FFH，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100US，無(wú)須零或調(diào)整滿量程。 [16] （ 6）空氣凈化裝置模塊： 采用活性碳和換氣箱。 （ 7）電 源模塊 過(guò)去，汽車內(nèi)的電器較少，通常的 12 伏和 14 伏電源系統(tǒng)已能滿足需要，因此一直沿用了 50 年。然而，隨著電器和各種電子裝備的大量使用， 14 伏所能提供的功率，已滿足不了汽車的發(fā)展需要。 42 伏系統(tǒng)為車輛的結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供了更大的可能性。使用 42V 電源系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的一些附件，如轉(zhuǎn)向助力泵、水泵、冷卻風(fēng)扇、空調(diào)壓縮機(jī)和氣泵等，可以直接由新的電源系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，從而減少空轉(zhuǎn)消耗，提高能源利用效率。此外，這些部件也可以從發(fā)動(dòng)機(jī)中分離出來(lái)，減少發(fā)動(dòng)機(jī)的部件數(shù)量，改善設(shè)計(jì)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。對(duì)于電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)，由電源直接驅(qū)動(dòng)，可以省 去液壓或氣壓系統(tǒng)，帶來(lái)更好的駕駛舒適性和更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。 在本設(shè)計(jì)中由于裝置需要的功率不是很高，所以使用汽車內(nèi)的 12V 直流電源對(duì)其整個(gè)電路供電。 （ 8） 指示燈 模塊 東 華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 采用綠，紅 2種發(fā)光二極管 。 系統(tǒng)組成 經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析和論證，確定了各系統(tǒng)模塊的最終方案如下： （ 1）控制模塊： 采用 AT89C52 控制 ； （ 2） 報(bào)警模塊 ： 采用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器 ； （ 3） 傳感器模塊 ： 采用空氣質(zhì)量傳感器 QS01； （ 4） 指示燈模塊 ： 采用發(fā)光二極管 （紅，綠） ； （ 5） A/D轉(zhuǎn)換模塊 ： 采用 ADC0809N 型芯片 ； （ 6） 空氣凈化裝置模塊 ： 采用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)離子交換器； （ 7）電源模塊： 采用 12V的汽車 電源 ； 本章小結(jié) 本章主要介紹本次設(shè)計(jì)的基本要求和總體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)各模塊的方案選擇作了詳細(xì)的論證。 東華理工 大學(xué) 長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 各模塊工作原理及電路設(shè)計(jì) 7 2 各功能模塊的工作原理 電路設(shè)計(jì) 控制模塊 AT89C52 簡(jiǎn)介 AT89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。 AT89C52 有 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口， 2 個(gè)讀寫口線，AT89C52 可以按 照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。 [9] 圖 211 AT89C52 芯片引角圖 東華理工 大學(xué) 長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 各模塊工作原理及電路設(shè)計(jì) 8 管腳說(shuō)明：如表 211所示。 [19] 名稱 管腳號(hào) 類型 名稱與功能 Vss 20 I 地 Vcc 40 I 電源： 提供掉電、空閑、正常工作電壓 3932 I/O P0口 ： P0 口是開漏雙向口，可以寫為 1 使其狀態(tài)為懸浮用作高阻輸入。 P0也可以在訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)作地址的低字節(jié)，在訪問外部 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)作數(shù)據(jù)總線，此時(shí)通過(guò)內(nèi)部強(qiáng)上拉輸出1。 18 1 2 I/O P1口： P1口是帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O 口，向 P1口寫入 1時(shí) ， P1口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時(shí)，被外部拉低的 P1口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。 P1 口第 2 功能 ： T2() ： 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入 /時(shí)鐘輸出 。 T2EX() ： 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 重裝載 /捕捉 /方向控制 。 東華理工 大學(xué) 長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 各模塊工作原理及電路設(shè)計(jì) 9 2128 I/O P2 口 ： P2 口是帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O 口 ， 向P2口寫入 1時(shí) ， P2口被內(nèi)部上拉為高電平 ， 可用作輸入口 。 當(dāng)作為輸入腳時(shí) ， 被外部拉低的 P2 口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流 。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)時(shí)分別作為地址高位 字節(jié) 和 16 位地址 (MOVX @DPTR)此時(shí)通過(guò)內(nèi)部強(qiáng)上拉傳送1。 當(dāng)使用 8 位尋址方式 (MOV@Ri)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) ,P2 口發(fā)送 P2 特殊功能寄存器的內(nèi)容 。 1017 10 11 12 13 14 15 16 17 I/O P3 口 ： P3 口是帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O 口 ， 向 P3口寫入 1時(shí) ， P3口被內(nèi)部上 拉為高電平 ， 可用作輸入口 。 當(dāng)作為輸入腳時(shí) ， 被外部拉低的 P3口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流 。 P3口還具有以下特殊功能 ： RxD() ： 串行輸入口 TxD() ： 串行輸出口 外部中斷 0 外部中斷 T0() ： 定時(shí)器 0 外部輸入 T1()： 定時(shí)器 1 外部輸入 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫信 號(hào) 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀信號(hào) RST 9 I 復(fù)位 ： 當(dāng)晶振在運(yùn)行中 ， 只要復(fù)位管腳出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平即可復(fù)位 ， 內(nèi)部有擴(kuò)散電阻連接到 Vss ， 僅需要外接一個(gè)電容 到 Vcc 即可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位 。 東華理工 大學(xué) 長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 各模塊工作原理及電路設(shè)計(jì) 10 ALE 30 O 地址鎖存使能 ： 在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí) ， 輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié) ， 在正常情況下 ， ALE 輸出信號(hào)恒定為 1/6 振蕩頻率 。 并可用作外部時(shí)鐘或定時(shí) ， 注意每次訪問外部數(shù)據(jù)時(shí)一個(gè) ALE 脈沖將被忽略 。 ALE 可以通過(guò)置位 SFR 的 禁止 ， 置位后 ALE 只能在執(zhí)行 MOVX 指令時(shí)被激活 。 29 O 程序存儲(chǔ)使能 ： 當(dāng)執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器代碼時(shí) ， 每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次 ，在 訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) 無(wú)效 ， 訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí) 無(wú)效 。 31 I 外部尋址使能 /編程電壓 ： 在訪問整個(gè)外部程序存儲(chǔ)器時(shí) ， 必須外部置低 。 如果 為高時(shí) ，將執(zhí)行內(nèi)部程序 ， 除非程序計(jì)數(shù)器包含大于片內(nèi)FLASH 的地址 。 該引腳在對(duì) FLASH 編程時(shí)接5V/12V 編程電壓 (Vpp)。 如果保密位 1 已編程 ，在復(fù)位時(shí)由內(nèi)部鎖存 。 XTAL1 19 I 晶體 1： 反相振蕩放大器輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路輸入。 XTAL2 18 O 晶體 2： 反相振蕩放大器輸出 空氣質(zhì)量傳感器 模塊 空氣質(zhì)量傳感器的簡(jiǎn)介 在本設(shè)計(jì)中 空氣質(zhì)量的檢測(cè)采用日本進(jìn)口 的 QS01 空氣質(zhì)量傳感器。 QSO1 是表