【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 塊。設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)傳感器電路檢測(cè) 粉塵信息，由AD 模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)過(guò)過(guò)單片機(jī)的計(jì)算，最后在液晶上面顯示。整個(gè)系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)如圖 21 所示 圖 21 整體系統(tǒng)框架總圖 1．灰塵傳感器：實(shí)現(xiàn)對(duì)灰塵顆粒的感應(yīng)。 2． A/D 轉(zhuǎn)換電路：用于完成傳感器輸入模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 3．供電電路：實(shí)現(xiàn)對(duì)整體系統(tǒng)的供電。 4．單片機(jī)最小系統(tǒng)： AT89S52 作為微處理器，包含時(shí)鐘電路，復(fù)位電路 控制 其他的設(shè)備。 5．顯示液晶：用于完成對(duì)系統(tǒng)測(cè)量值和報(bào)警值得顯示。 6．按鍵電路：用于完成報(bào)警值參數(shù)調(diào)整的功能。 7．報(bào)警電路：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的報(bào)警。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 167。 硬件電路設(shè)計(jì)及相應(yīng)主要芯片介紹 硬件電路設(shè)計(jì)主要是根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)的要求，設(shè)計(jì)出硬件電路原理圖，也就是說(shuō)硬件設(shè)備應(yīng)該怎樣連接的方式，下面將對(duì)這個(gè)方面做具體的闡述。 167。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)的最小系統(tǒng)應(yīng)能讓單片機(jī)正常工作并且能夠正常的發(fā)揮其功能的一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它是一個(gè)小型 的電腦設(shè)備所具有的那樣擁有者明顯的大腦，也就是控制的核心 。 同時(shí)， 也具有一些輸出設(shè)備，還有就是定時(shí)器，能夠作為時(shí)間的控制中心，具有作為通訊的接口，把所有需要用到的都集中在一個(gè)小小的芯片之上，這就是單片機(jī)。當(dāng)然單片機(jī)現(xiàn)在的發(fā)展已經(jīng)比較先進(jìn)，我們來(lái)看一下作為最基本的存在它是怎樣的。如圖 22 及 23 圖 22 單片機(jī)最小系統(tǒng)框 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 23 單片機(jī)最小系統(tǒng)引腳接線圖 一般把 AT89S52 單片機(jī)的工作 電壓定為 5V，經(jīng)過(guò)查看電路圖， VCC接 5V 的電壓， VSS 接地，在單片機(jī)中復(fù)位電路是必須存在的電路，就像我們開(kāi)啟一臺(tái)電腦一樣，需要打開(kāi)開(kāi)機(jī)鍵。這個(gè) 復(fù)位開(kāi)關(guān)就相當(dāng)于開(kāi)機(jī)鍵的存在，同時(shí)如果我們的機(jī)器死機(jī)，或者是出現(xiàn)不可未知的危 害是，需要我們重新啟動(dòng)時(shí)，都可以這樣開(kāi)始，這次的設(shè)計(jì)采用的是手動(dòng) 復(fù)位的開(kāi)關(guān)。 與復(fù)位電路同樣至關(guān)重要的就是屬于我們應(yīng)用的時(shí)鐘電路，這個(gè)時(shí)候時(shí)鐘電路就像是整個(gè)機(jī)器的心臟一樣，控制著單片機(jī)的節(jié)奏。 XTAL1 為反向放大器的輸入， XTAL2 為反向放大器輸出，這是利用晶振的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)放大的節(jié)奏。本次設(shè)計(jì)就是采用機(jī)器周期為 12 個(gè)振蕩周期的石英晶振。 單片機(jī)最初是作為微控制器被利用起來(lái)，它被用在工業(yè)領(lǐng)域的很多方面，比較早的時(shí)候 CPU 是其核心裝置， 然 后就集成了很多的外設(shè)接口，能夠?qū)崿F(xiàn)比較復(fù)雜的小型控制。 單片機(jī)最早是由英特爾公司提出來(lái)的。 AT89S52 單片機(jī)是本次設(shè)計(jì)所采用的單片機(jī)，下面將重點(diǎn)介紹它的主要性能和參數(shù)。如圖 24 實(shí)物圖 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 AT89S52 圖 24 AT89S52 實(shí)物圖 AT89S52 具有一些比較優(yōu)質(zhì)的性能，例如能更好地與其他的設(shè)備兼容，目前在小型的設(shè)備中 ，它有 32 位 I\O 線，這是能夠跟外界溝通的基礎(chǔ)，同時(shí)也是能夠控制外設(shè)的基礎(chǔ)，另外還具有 256 自的 RAM，能夠存儲(chǔ)一些必要的即時(shí)數(shù)據(jù)，或者一些程序， 8K字節(jié)的 Flash，能夠不斷地擦寫(xiě)上千次，同時(shí)還具有一定的斷電保護(hù)設(shè)備，即使在斷電的情況下，也能夠把所需要的設(shè)備保護(hù)在起來(lái)，為了能夠更加的快速工作有時(shí)候要實(shí)行串行并行接口同 時(shí)使用這樣的設(shè)備。全雙工串行口，還有復(fù)位的功能，此功能可以在系統(tǒng)發(fā)生崩潰時(shí)，重新再來(lái)的接口，有時(shí)是手工的有時(shí)可以設(shè)計(jì)成高電平的。 P0 口 P0 口作為 I\O 接口的一種，它是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路的雙工接口，可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè)低電平的邏輯 電平，需要在外部添加上拉電阻，以提高阻抗。所以在其輸入比較高的阻 抗時(shí)，引腳可以作為高阻抗輸入。還有就是 在程序校驗(yàn)的過(guò)程中呢，也需要外部的上拉電阻 。 P1 口 P1 口中有個(gè)比較特殊的兩個(gè)是 單片機(jī)中有 時(shí)還可以作為定時(shí)器。它在編程的過(guò)程中呢，這個(gè)接 口主 要接受低八位的地址字符。它能夠 輸出驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)低電平的邏輯電平，但是其內(nèi)部有著上拉電阻，雙向輸入接 口。 引腳號(hào)第二功能： T2 時(shí)鐘輸出 ， T2EX 捕捉，重載觸發(fā)信號(hào)和控制方向 。 MOSI、 MISO、 SCK、 作為 系統(tǒng)編程用。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 P2 口 P2 口 與 P1 口有一些明顯的差別，它在做 為輸入使用時(shí)，由于在外部條件的影響下就會(huì)被拉低將輸出低電平的電流，此外它的內(nèi)部也具有上拉電阻，能夠驅(qū)動(dòng)四個(gè)低電平，在訪問(wèn)外部程序寄存器或者是存儲(chǔ)器時(shí)，這時(shí)候就會(huì)輸出高八位的地址，當(dāng)對(duì)其寫(xiě)入 1 時(shí)，內(nèi)部的 上拉電阻就會(huì)把阻值提高，在使用其編程時(shí)，就會(huì)接受高八位的一些控制信號(hào)或者是地址字節(jié)。 P3 口 P3 口在 AT89S52 中 有 特殊的功能（第二接口），他跟另外的兩個(gè)接口同樣也具有內(nèi)部上拉電阻，在編程的工程中或者檢驗(yàn)中，他也能夠收到一些控制類的信號(hào)，具有 8 位雙向 I\O 接口。同時(shí)有時(shí)候也會(huì)接受一些flash 閃存，接受一些控制類的信號(hào)。 端口引腳第二功能： RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù) ， 存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) RD(外部數(shù)據(jù) ， 存儲(chǔ)器讀選通 ) RST 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳可以通過(guò)按鍵將單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。 ALE/PROG 此腳可以作為地址鎖存器，也可以作為編程脈沖，當(dāng)作為編程脈沖時(shí)要對(duì) flash 進(jìn)程編程，當(dāng)作為地址鎖存器的時(shí)候，這時(shí)候適當(dāng)訪問(wèn)外部程序 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 存儲(chǔ)器 或者是出具的存儲(chǔ)器的時(shí)候，這時(shí)候，它仍然 是以時(shí)鐘振蕩頻率的六分之一的固定脈沖信號(hào)。 PSEN 這個(gè)控制 程序儲(chǔ)存是否允 許， 每個(gè)機(jī)器周期允許兩次的時(shí)候有效。 EA/VPP 這個(gè)腳是外部訪問(wèn)允許按鈕，如果想要 CPU 訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器的時(shí)候，就要使 EA保持低電平的狀態(tài)。 XTAL1 振蕩器反相放大器輸入端以及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2 XTAL2 表示的是振蕩器反相放大器的輸出端。 寄存器 寄存器中有的地址是不被定義的，而那些沒(méi)有被定 義的地址很顯然是不能被使用的，所以在使用這些地址時(shí)，也就是在寫(xiě)入這些 數(shù)據(jù)時(shí)，寫(xiě)入的將是無(wú)效的地址。 AT89S52 包含了定時(shí)器寄存器其中是 T2CON 和 T2MOD。還有一些中斷寄存器，這些寄存器在使用的過(guò)程中選擇優(yōu)先級(jí)的問(wèn)題。此外還包含了雙 數(shù)據(jù)指針寄存器，這是為了能夠更好的訪問(wèn)其外部的數(shù)據(jù)寄存器。 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器可分為程序存儲(chǔ)器 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，當(dāng)訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器的時(shí)候其EA 引腳接地的時(shí)候，程序讀取只從外部存儲(chǔ)器開(kāi)始。在 AT89S52 內(nèi)有 256字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，也包含了一些特殊功能的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 中斷源 AT89S52 包括兩個(gè)外部中斷源和三個(gè)定時(shí)中斷以及一個(gè)串行中斷，他們分別為 INT0H 和 INT1 定時(shí)器 0 定時(shí)器 1 定時(shí)器 2 除了這些以外，我們?cè)谶@個(gè)過(guò)程中 IE也包括允許總控制中斷定時(shí)器 2可以被寄存器 T2CON中的TF2 和 EXF2 的或 邏輯觸發(fā)，定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1 在技術(shù)溢出的周期被置位。中斷允許控制寄存器 （ IE） （ MSB） （ LSB） 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 表 21 中斷允許控制器引腳 EA ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 中斷允許控制位 =1，允許中斷 中斷允許控制位 =0，禁止中斷 表 22 中斷允許控制器引腳功能 167。 采集電路設(shè)計(jì) 粉塵采集電路采用夏普 GP2Yl010AUOF 空氣質(zhì)量傳感器采集空氣中的 顆粒，采用 NPN 三極管驅(qū)動(dòng)此傳感器的 LED 端，輸出的模擬量輸入模數(shù) ADC0832，經(jīng)過(guò)模數(shù) ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸給單片機(jī) ，電路圖如圖 25 所示 。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 25 采集電路 夏普 GP2Yl010AUOF GP2Yl010AUOF 利用光電來(lái)測(cè)定空氣質(zhì)量的一個(gè)傳感器，利用發(fā)光二極管發(fā)射光線，利用晶體管接收二 極管發(fā)射的光引起電壓的變化，這時(shí)候傳感器里的空氣傳導(dǎo)設(shè)備就會(huì)產(chǎn)生一定的作用使空氣流通，此設(shè)計(jì)能夠檢測(cè)到 小的微粒，甚至非常小的煙草顆粒也能感應(yīng)到。即使在一個(gè)地方測(cè)量到比較高的 值，到另外一個(gè)地方空氣質(zhì)量較好， 值低的地區(qū)測(cè)量的結(jié)果也是比較準(zhǔn)確的。 GP2Yl010AUOF 粉塵傳感器的性能特點(diǎn)： 1 靈敏度： 較高 2 其重 量比較輕，能夠很快的找 到安裝的方法 3 消耗的電量比較小一般 采用 5V 的電壓，有利于信號(hào)的儲(chǔ)量過(guò)程 4 能夠?qū)崿F(xiàn)空氣的流通，大大的增大了外部的大氣的流通 5 保養(yǎng)簡(jiǎn)單，能夠長(zhǎng)時(shí)間的保持其模擬量，有利于 AD 轉(zhuǎn)化 6 輸出電壓 0. 5V 7 消耗電流相對(duì)比較小，降低了其功率達(dá)到 11lmA。 應(yīng)用領(lǐng)域 ：一般的煙草，房屋的灰塵都可以檢測(cè)到，可以達(dá)到 微 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 米的級(jí)別。實(shí)物圖如圖 26 所示。 圖 26 傳感器實(shí)物圖 夏普 GP2Y1010AU0F 對(duì)空氣中的粉塵粒子進(jìn)行感應(yīng)，通過(guò)二極管發(fā)射光線，經(jīng)過(guò)晶體管感應(yīng)到電壓的變化，典 型應(yīng)用電路加上 150Ω 電阻和220UF 電容如圖 27 所示。 圖 27 電容電路圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換 ADC0832 ADC0832 作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用的 8 位分辨率、雙通道的轉(zhuǎn)換芯片，其最高的分辨率最高時(shí)可以達(dá)到 256 級(jí)，可以適應(yīng)一般 的模擬量轉(zhuǎn)換要求，很多的用戶都比較青睞于它，由于他的體積行對(duì)來(lái)說(shuō)比較小，兼容性比較強(qiáng)，向我們用戶大部分是考慮性價(jià)比比較高，它使用的電壓一般在 5V 它獨(dú)立于其他的設(shè)備之中，轉(zhuǎn)換的過(guò)程相對(duì)來(lái)說(shuō)比較快速簡(jiǎn)單，并且轉(zhuǎn)換相對(duì)來(lái)說(shuō)比較穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)其基本的功能。 ADC0832的輸入通道 配置需要完成的必須的的兩位就是通道配置位，都需要上升沿有效。時(shí)序如圖 28 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 28 ADC0832 時(shí)序圖 167。 液晶顯示模塊 單片機(jī)采集到模擬信號(hào)后，經(jīng)過(guò)單片機(jī)運(yùn)算處理，在液晶 LCD1602 上面顯示出計(jì)算測(cè)量到的 濃度值 ，如圖 29 LCD1602 電路圖： 圖 29LCD1602 電路圖 本設(shè)計(jì)采用 16 列 *2 行的字符型 LCD1602 帶背光的液晶顯示屏。1602LCD 主要技術(shù)參數(shù)： 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 顯示容量 :16 2 個(gè)字符 芯片工作電壓 :— 工作電流 :() 模塊最佳 工作電壓 : 1602 引腳功能說(shuō)明 各引腳接口說(shuō)明如表 23 液晶引腳功能 表 23 LCD1602 液晶引腳功能 字符控制命令說(shuō)明： 1602 液晶模塊的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（ 1 為高電平、 0 為低電平 ） 。 表 24 1602 讀寫(xiě)指令輸出時(shí)狀態(tài) 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 有些指令能夠 進(jìn)行讀操作，例如指令 進(jìn)行寫(xiě)操作，指令 8 是 DDRAM 地址設(shè)置。指令 7 是自負(fù)發(fā)生器的 RAM 地址設(shè)置，指令 5 實(shí)質(zhì)高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。 讀寫(xiě)操作時(shí)序 如圖 210 所示： 圖 210 LCD 讀操作時(shí)序 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 211 LCD 寫(xiě)操作時(shí)序 由于 LCD1602 在確認(rèn)時(shí)都會(huì)確認(rèn)它 是否忙碌，如果是低電平時(shí)這時(shí)候就表示，此設(shè)備不忙就會(huì)得到相應(yīng)的指令，所以就可以輸入相應(yīng)的顯示字符內(nèi)部顯示地址 。 圖 212 液晶內(nèi)部顯示地址 1602 液晶模塊在相應(yīng)的存儲(chǔ)器中就已經(jīng)儲(chǔ)存了很 多我們需要的字符，這些字符就會(huì)根據(jù)我們的需要進(jìn)行編寫(xiě)。 1602LCD 的一般初始化（復(fù)位）過(guò)程 延時(shí) 15mS 寫(xiě)指令 38H（不檢測(cè)忙信號(hào)） 延時(shí) 5mS 寫(xiě)指令 38H（不檢測(cè)忙信號(hào)） 延時(shí) 5mS 寫(xiě)指令 38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）以后每次寫(xiě)指令、讀 /寫(xiě)數(shù)據(jù)操作均需要檢測(cè)忙信號(hào) 寫(xiě)指令 38H：顯示模式設(shè)置 寫(xiě)指 令 08H：顯示關(guān)閉 寫(xiě)指令 01H：顯示清 屏 寫(xiě)指令 06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 167。 發(fā)光報(bào)警電路 報(bào)警電路采用蜂鳴器，三極管 9012 驅(qū)動(dòng)，和單片機(jī)的 P15 相連接，當(dāng)P15 口為高電平，蜂鳴器不報(bào)警，當(dāng) P15 口為低電平，并且?guī)в?LED 二極管發(fā)光，蜂鳴器報(bào)警。同時(shí)還可以手動(dòng)通過(guò)按鍵來(lái)調(diào)節(jié) 的最高濃度值。電路圖如圖 21 214 所示。 圖 213 報(bào)警電路 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 214 按鍵電路 167。 供電電