【文章內(nèi)容簡介】 系列單片機來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機、時鐘電路、復(fù)位電路、輸入 、 輸出設(shè)備等 ,在單片機中復(fù)位電路是必須存在的電路，就像我們開啟一臺電腦一樣，需要打開開機鍵。 在單片機系統(tǒng)中 ,復(fù)位電路是非常關(guān)鍵的，當程序跑飛（運行不正常）或死機（停止運行）時，就需要進行復(fù)位 ， 與復(fù)位電路同樣至關(guān)重要的就是時鐘電路，時鐘電路就像是整個機器的心臟一樣，控制著單片機的節(jié)奏。 單片機最小系統(tǒng)框圖 如 32 所示 。 單 片 機復(fù) 位 電 路時 鐘 電 路輸 入 / 輸 出設(shè) 備電 源 圖 32 單片機最小系統(tǒng) （ 1）時鐘電路 時鐘電路分為內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式 [8]。外部時鐘電路使用現(xiàn)成的外部振蕩器產(chǎn)生脈沖信號，用于多片單片機同時工作以便于它們之間的同步。所以這個設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式的電路，單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的反相放大器，輸入端引腳為 XTAL1，輸出端為 XTAL2。兩引腳接一個石英晶體和兩個電容，每個電容的另一端再接到地構(gòu)成一個穩(wěn)定的自己振蕩器。電容 C C2 的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，晶體振蕩頻率的范圍通常是在 到 12MHz，頻率越高，系統(tǒng)的時針頻率越高，單片機的運行速度也就越快。因為 CPU 完成一個基本操作所需要的時間 稱為機器周期，一個機器周期包括12 個時鐘周期，所以選 12MHz 方便計算初值。單片機的內(nèi)部電路正是在時鐘電路的控制下，嚴格地按時序指令進行工作。 佳木斯大學學士學位論文 8 佳木斯大學信息電子技術(shù)學院 （ 2）復(fù)位電路 復(fù)位電路有上電自動復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式 [ 9]。按鍵手動電平復(fù)位是通過RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc 接通來實現(xiàn)。這個設(shè)計使用按鍵電平復(fù)位電路，當按鍵時電容器被短路放電， +5V 直接加到 RST 上面達到高電平，進行復(fù)位。按鍵松開后電源開始對電容器充電，此時充電電流在電阻上，形成高電平送到 RST，仍然是“復(fù)位狀態(tài)”；稍后充電結(jié)束，電流降為 0，電阻上的電壓也 將為 0， RST 降為低電平，開始正常工作。 單片機的復(fù)位電路和時鐘電路 電路 圖 分別如 33 和 34 所示。 圖 33 時鐘電路圖 圖 34 復(fù)位電路圖 ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊 ADC0832 是 8 位分辨率 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 [10]，其最高分辨高達 256 級 ；雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換； 輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容； 5V 電源供電時輸入電壓在 05V之間；一般功耗僅為 15mW；其封裝為 DIP8 或者 SOC8， 方便焊接，調(diào)試。商用級芯片溫度范圍為 0176。C+70176。C，工業(yè)級芯片溫度范圍為 ?40176。C+85176。C， 可以適應(yīng)大部分場合的模數(shù)轉(zhuǎn)換要求。同時，其和單片機接口只有四條線，大大減少單片機的 IO 口損耗。通過學習 ADC0832， 我們就可以理解 A/D 轉(zhuǎn)化芯片的工作原理 ，可以幫助我們深入學習單片機其他相關(guān)知識 ，其電路設(shè)計圖如 圖 35 所示。 圖 35 A/D 電路設(shè)計圖 芯片接口說明： CS_：片選使能，低電平芯片使能。 CH0：模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 CH1：模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用。 佳木斯大學學士學位論文 9 佳木斯大學信息電子技術(shù)學院 GND：芯片參考 0 電位（地）。 DI：數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 DO：數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 CLK：芯片時鐘輸入。 Vcc/REF：電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。 液晶屏顯示模塊 LCD 顯示器 [11]分為字段顯示和字符顯示兩種。其字段顯示和數(shù)碼管顯示原理類型，還是通過取模，然后單片機向 LCD 發(fā)送數(shù)組，方可實現(xiàn)顯示要求，這個就無法真正體現(xiàn)出 LCD 液晶屏的優(yōu)勢點。所以在本設(shè)計中，采用自帶字庫的 LCD顯示模式，與傳統(tǒng)的 LED 數(shù)碼管顯示器件相比，控制程序方便，顯示內(nèi)容切換方便，而且不需要外加驅(qū)動電路。同時 LCD1602 顯示內(nèi)容功能也非常強大，每行可以同時顯示 16 個漢字，一共可顯示 2 行， 其 電路設(shè)計如 36 所示。 圖 36 LCD 管腳圖 LCD1602 主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量為 162 個字符； 芯片工作電壓為 ～ ； 工作電流為 （ ）； 模塊最佳工作電壓為 ； 字符尺寸為 （ WH） mm。 LCD1602 采用標準的 14 腳接口，其中 : 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄佳木斯大學學士學位論文 10 佳木斯大學信息電子技術(shù)學院 存器。 第 5 腳： RW 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS 和 RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 RW 為高電平時可以讀信號，當 RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15～ 16 腳：空腳 夏普 傳感器 灰塵傳感器 GP2Y1010AU 是由日本夏普公司生產(chǎn)的，可以測試環(huán)境中的 值，其模塊體積小，方便安裝，可以適用于各類空氣凈化器中，作 為檢測環(huán)境因素傳感器 [ 12]。其靈敏度極高，可以用來測試直徑在 8um 以上的煙塵、花粉、粉塵等微小顆粒。造成空氣霧靄等肉眼看不見的顆粒，該傳感器都可以方便的測試到。同時，其自帶氣流發(fā)生器，可以吸收外部空氣，是自身達到一個清潔的效果，大大增加其使用壽命和靈敏度。而且在其內(nèi)部自帶 LED 顯示燈，減少外界干擾，大大增加靈敏度，準確想外界傳遞實時空氣質(zhì)量。 夏普灰塵傳感器外形圖如圖 37 所示。 圖 37 夏普灰塵傳感器 GP2Y1010AU0F 應(yīng)用領(lǐng)域： （ 1） 空氣凈化器和空氣清新機； （ 2） 空調(diào)； （ 3） 空氣質(zhì)量監(jiān)控儀； （ 4） 空調(diào)等相關(guān)產(chǎn)品。 主要參數(shù)：靈敏度： ()； 輸出電壓： (TYP)； 消耗電流： 11mA； 佳木斯大學學士學位論文 11 佳木斯大學信息電子技術(shù)學院 工作溫度： 10~65℃ ； 存儲溫度： 20~80℃ 。粉塵器內(nèi)部電路圖如圖 38 所示。 圖 38 粉塵器內(nèi)部電路圖 根據(jù)粉塵傳感器 GP2Y1010AU 的規(guī)劃書中對管腳的描述 ， 對應(yīng)的管腳 如圖 39所示。 圖 39 粉塵傳感器管腳圖 故粉塵傳感器的電路設(shè)計如圖 310 所示。 圖 310 粉塵傳感器的電路設(shè)計圖 粉塵傳感器 GP2Y1010AU 通過對空氣粉塵顆粒濃度進行檢測測算，然后輸出模擬電壓。故在仿真原理圖中，我們用滑動變阻器來模擬粉塵傳感器發(fā)回的模擬信號（電壓值）。 ADC0832 電路設(shè)計 仿真 圖如圖 311 所示。 . 圖 311 ADC0832 電路設(shè)計圖 佳木斯大學學士學位論文 12 佳木斯大學信息電子技術(shù)學院 蜂鳴器 本設(shè)計中采用有源蜂鳴器，相對無源蜂鳴器而言，控制方式簡單，無源蜂鳴器需要一個交變的信號去驅(qū)動，實現(xiàn)內(nèi)部磁場變化。而有源蜂鳴器只需要在蜂鳴器上加直流，就可以驅(qū)動蜂鳴器正常工作。而且 2 者在價格上相差無幾，所以會優(yōu)先選擇有源蜂鳴器。有源蜂鳴器對電壓的適應(yīng)范圍廣，壽命長，可以用個調(diào)整有源蜂鳴器的電壓值，來控制蜂鳴器的聲音響度，所以設(shè)計起來很方便。 本設(shè)計的報警電路的控制輸出使用了單片機的 口，設(shè)計 圖 如 圖 312 所示。 圖 312 報警電路圖 按鍵電路 本次設(shè)計的按鍵電路使用了單片機的 ， ， 三個口。設(shè)計 圖 如 圖313 所示。 圖 313 按鍵電路圖 污染級別提醒電路和程序下載電路 根據(jù)不同的濃度范圍提醒當前污染級別的電路，采用了 藍、 綠，黃，紅 四 個LED 燈，使用了單片機的 ， ， ， 口來 實現(xiàn)提醒功能 ， 污染級別顯示電路以及 單片機的程序下載電路設(shè)計 圖分別如圖 314 和 315 所示。 佳木斯大學學士學位論文 13 佳木斯大學信息電子技術(shù)學院 圖 314 級別顯示電路 圖 315 程序下載電路圖 總體原理圖 本設(shè)計包括信號采集模塊、信號處理模塊、顯示模塊、報警模塊和按鍵設(shè)置模塊組成， 以此來 完成 信號的 采集、處理、 傳輸 、報警等功能。 圖 316 系統(tǒng)原理圖 當 傳感器采集 到 空氣中 濃度值 后 ， 通過 5 號引腳 將 輸出的模擬量經(jīng)過 ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換 器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳 送 給單片機 13 號引腳 ，然后 單片機 對此信號進行 運算處理， 單片機 P2 口與 LCD 顯示屏相連并 在液晶LCD1602 顯示器 上面顯示計算出實時測量到的 的濃度值，然 后通過與SCT89C52 單片機 8 號引腳相連的蜂蜜報警器進行 設(shè)定值進行比較， 通信部分采用ISP 程序下載器與單片機 號引腳相連來實現(xiàn)單片機與上位機之間的數(shù)據(jù)交換。如果小于設(shè)定值，系統(tǒng)保持；如果超過設(shè)定值，系統(tǒng)將報警，提醒 濃度超標 。當藍色燈亮時表示空氣質(zhì)量優(yōu)，當綠色燈亮時表示空氣質(zhì)量良好，當黃色燈亮時表示空氣質(zhì) 量中等，當紅色燈亮時表示空氣質(zhì)量差。 佳木斯大學學士學位論文 14 佳木斯大學信息電子技術(shù)學院 第 4 章 軟件部分設(shè)計 系統(tǒng) 流程設(shè)計 軟件主程序部分主要是 ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)化，獲取 粉塵傳感器發(fā)回來的數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化處理后，放入數(shù)組里面。然后再和預(yù)設(shè)值對比，如果實際值大于預(yù)設(shè)值，那么就會驅(qū)動聲報警電路。當然，預(yù)設(shè)值大小可以根據(jù)需要進行修改。而且，在正常仿真過程中，會實時顯示環(huán)境中 實時濃度 ， 系統(tǒng) 流程圖如 圖41 所示。 初始化開始是否按下按鍵A/D轉(zhuǎn)化是否超標報警是否否是 圖 41 系統(tǒng)流程圖 佳木斯大學學士學位論文 15 佳木斯大學信息電子技術(shù)學院 ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn)化部分設(shè)計 單片機對 ADC0832 的控制原理：單片機和 ADC0832 之間的接線，分別是 CS、CLK、 DO、 DI 總共 4 條線。但是在使用過程當中，單片機和 ADC0832 只有進行單向通信，所以在此過程當中，要將 DI/DO 并聯(lián)在一起使用。當 ADC0832 芯片禁用 時 ，此時要控制 CS 輸入端應(yīng)為高電平， CLK 和 DO/DI 的電平不做要求。當要進行 A/D 轉(zhuǎn)換開始時，必須先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直至轉(zhuǎn)換完全結(jié)束為止。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入時鐘脈沖， DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第 1 個時 鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示起始信號。在第 3 個脈沖下沉之前DI 端應(yīng)輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能 表 見下 圖 42 所示。 圖 42 ADC0832 功能表 如表所示，當此 2 位數(shù)據(jù)為 “1”、 “0”時，只對 CH0 進行單通道轉(zhuǎn)換。當 2 位數(shù)據(jù)為 “1”、 “1”時，只對 CH1 進行單通道轉(zhuǎn)換。當 2 位數(shù)據(jù)為 “0”、 “0”時，將 CH0作為正輸入端 IN+， CH1 作為負輸入端 IN進行輸入。當 2 位數(shù)據(jù)為 “0”、 “1”時，將 CH0 作為負輸入端 IN， CH1 作為正輸入端 IN+進行輸入。到第 3 個脈沖的下沉之后 DI 端的輸入電平就失去輸入作用，此后 DO/DI 端則開始利用數(shù)據(jù)輸出 DO進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第 4 個脈沖下沉開始由 DO 端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位 DATA7，隨后每一個脈沖下沉 DO 端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第 11 個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第 11 個字節(jié)的下沉輸出 DATA0。隨后輸出 8 位數(shù)據(jù)，到第 19 個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完 成，也標志著一次 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將 CS 置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行處理即可。 ADC0832 數(shù)據(jù)讀取程序流程 圖如圖 43 所示。 : 佳木斯大學學士學位論文 16 佳木斯大學信息電子技術(shù)學院 圖 43 數(shù)據(jù)程序流程圖