【正文】 的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。78系列的穩(wěn)壓集成塊的極限輸入電壓是36V，最低輸入電壓為輸出電壓的3V4V以上。 引腳說(shuō)明：1腳為輸入口，接第一組電池盒10V電源；2腳接地；3腳為5V輸出，LM7805實(shí)物如圖51所示。圖51 LM7805芯片圖 采樣器電源部分的設(shè)計(jì)粉塵采樣器的電源為直流電源，由16只型號(hào)為GNYG1. 8的鎘鎳電池組成。8只電池(兩盒)串聯(lián)后再串聯(lián)3. 5Ω無(wú)感電阻構(gòu)成一組，共有、兩組分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)，這樣做是為了防爆的需要，使電源在被短路時(shí)短路電流不超過(guò)防爆安全電流值。 A時(shí)，額定電壓為1. 25 V。每組電池額定容量為1. 8 A時(shí)，額定電壓為10V。單片機(jī)計(jì)時(shí)控制電路用+5V電源，由提供給第一級(jí)抽氣泵的電池組E1分流后經(jīng)三端穩(wěn)壓器LM7 805穩(wěn)壓后得到。使用前需對(duì)電池連續(xù)充電6 至7 小時(shí)，這樣采樣器可連續(xù)工作99分鐘，具體部分電路如圖52所示。圖52 電源模塊 單片機(jī)最小系統(tǒng) 系統(tǒng)微處理器選擇 CPU是粉塵采樣器的核心，完成數(shù)據(jù)處理、輸出、顯示等功能，是整個(gè)儀器正常工作的基礎(chǔ)，它的選擇直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的工作。選擇通用性強(qiáng)、功耗小、性能穩(wěn)定良好的8位微處理器芯片89C52以低廉的價(jià)格、強(qiáng)大的功能，完全符合經(jīng)濟(jì)的原則并且滿足本系統(tǒng)的要求。所以在本系統(tǒng)中我們選用Atmel公司89C52作為CPU 芯片[19]。 AT89C52是一種低功耗、高性能8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，實(shí)踐證明它是一款性價(jià)比高、外圍擴(kuò)展器件少、系統(tǒng)功耗低的一款微型處理器，AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89C52功能特性：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32個(gè)I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，1個(gè)全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持兩種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 89C52單片機(jī)部分引腳功能 XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 RST：復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/：ALE表示低八位地址鎖存允許信號(hào)。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE信號(hào)負(fù)跳變來(lái)觸發(fā)外部的8位鎖存器 (如74LS373)，將端口P0 的地址總線(A0A7)鎖存進(jìn)入鎖存器中。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可以對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖。：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器讀取指令碼時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生二次 信號(hào)。在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器指令時(shí)，不產(chǎn)生PSEN 信號(hào)，在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)時(shí)，亦不產(chǎn)生信號(hào)。P0：P0口(～)是一個(gè)8位漏極開(kāi)路雙向輸入輸出端口，內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，所以端口要外接八個(gè)上拉電阻。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)時(shí)，它是地址總線（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作一般雙向I/O口用。P1：P1口(～)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/0端口(準(zhǔn)雙向并行I/O口)。僅供用戶作為輸入輸出用的端口。P2：P2口(～)是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/0端口(準(zhǔn)雙向并行I/O口)，當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，它是高8位地址。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作一般雙向I/O口用。P3：P3口(～)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/0端口(準(zhǔn)雙向并行I/O口)，它還提供特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部隨機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。其特殊功能引腳分配如下： ：RXD 串行通信輸入。 ：TXD 串行通信輸出。 ： 外部中斷0輸入，低電平有效。： 外部中斷1輸入，低電平有效。：T0 計(jì)數(shù)器0 外部事件計(jì)數(shù)輸入端。：T1 計(jì)數(shù)器1 外部事件計(jì)數(shù)輸入端。：外部隨機(jī)存儲(chǔ)器的寫選通，低電平有效。： 外部隨機(jī)存儲(chǔ)器的讀選通，低電平有效。 單片機(jī)的時(shí)鐘震蕩單路和復(fù)位電路 振蕩器電路：89C52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，它的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2引腳。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖53所示。CC4電容選擇30PF左右。 復(fù)位電路：復(fù)位操作可以使單片機(jī)初始化，也可以使死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動(dòng)，因此非常重要。單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，在時(shí)鐘電路工作后，只要單片機(jī)的RESRT引腳上出現(xiàn)24 個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。簡(jiǎn)單復(fù)位電路有上電復(fù)位、按鍵電平復(fù)位、按鍵脈沖復(fù)位，本設(shè)計(jì)采用按鍵電平復(fù)位。如圖53所示。 圖53 單片機(jī)部分電路 控制按鍵 開(kāi)啟時(shí)間預(yù)置 在控制線路中有6個(gè)獨(dú)立按鍵和1個(gè)雙刀電源開(kāi)關(guān)裝在采樣器面板上，它是 KKKKKK6和K。主要部分可以分為以下5個(gè)過(guò)程，其中按鍵部分如圖54所示。當(dāng)K合上，CPU通電，執(zhí)行程序，開(kāi)啟時(shí)間預(yù)置，預(yù)先執(zhí)行個(gè)位數(shù)的預(yù)置。在預(yù)置計(jì)時(shí)值時(shí)發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)需要修改，只要K鍵重新合上，就可以回到程序初始時(shí)間預(yù)置狀態(tài)。 預(yù)置時(shí)間 連續(xù)按動(dòng)K3鍵是預(yù)置計(jì)時(shí)時(shí)間個(gè)位，最大到9 min，個(gè)位數(shù)預(yù)置完成后，按動(dòng)K5停止個(gè)位數(shù)預(yù)置，進(jìn)入十位數(shù)預(yù)置。 連續(xù)按動(dòng)K4鍵則預(yù)置計(jì)時(shí)時(shí)間十位，最大到90 min，十位數(shù)預(yù)置完成后，按動(dòng)K6停止十位數(shù)預(yù)置，接下來(lái)等待接受風(fēng)機(jī)工作的指示。由此可知本控制電路可以預(yù)置最大99分鐘的定時(shí)時(shí)間。 開(kāi)啟風(fēng)機(jī)工作 K2是啟動(dòng)按鍵，按下此鍵的功能是風(fēng)機(jī)工作同時(shí)打開(kāi)計(jì)時(shí)器0和定時(shí)器1，也就是說(shuō)當(dāng)K2按下后，風(fēng)機(jī)才能開(kāi)始工作，定時(shí)器所控制的定時(shí)部分才能開(kāi)始計(jì)數(shù)，如果檢測(cè)不到K2的按鍵按下的信號(hào)，則一直停留在預(yù)置時(shí)間結(jié)束部分，一直等待開(kāi)始工作指令。 風(fēng)機(jī)工作過(guò)程 當(dāng)K2按下以后，風(fēng)機(jī)開(kāi)始工作；定時(shí)器0控制發(fā)光二極管進(jìn)行秒閃爍；定時(shí)器1控制數(shù)碼管顯示預(yù)置數(shù)值進(jìn)行每分鐘遞減一變化。 工作結(jié)束 當(dāng)預(yù)置計(jì)時(shí)分鐘數(shù)遞減到零，風(fēng)機(jī)停止工作；定時(shí)器0和定時(shí)器1關(guān)閉，數(shù)碼管保持00狀態(tài)；發(fā)光二極管熄滅；蜂鳴器響起提示計(jì)時(shí)結(jié)束。圖54 獨(dú)立按鍵連接電路 顯示功能和蜂鳴器的使用顯示部分由兩部分構(gòu)成：數(shù)碼管顯示和發(fā)光二極管顯示。時(shí)間預(yù)置完成后，當(dāng)檢測(cè)到按鍵K2按下以后，顯示部分發(fā)光二極管進(jìn)行秒閃爍，數(shù)碼管顯示預(yù)置數(shù)值按每分鐘遞減一變化，當(dāng)預(yù)置計(jì)時(shí)分鐘數(shù)到零時(shí)，二極管不再閃爍，數(shù)碼管保持00狀態(tài)，蜂鳴器響起提示計(jì)時(shí)結(jié)束。如圖55所示，鎖存器U31中11腳為該數(shù)碼管顯示部分?jǐn)噙x控制引腳，；鎖存器U32中11端口為該數(shù)碼顯示部分位選控制引腳。 鎖存器的使用：驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管部分采用了74HC573鎖存器，鎖存器是把輸入端的數(shù)據(jù)鎖存(或送)到輸出端，如圖55所示中的U3元件，第11腳(鎖存端)為高電平的時(shí)候，右邊DOD7的輸入與左邊QOQ7的輸出是直通的，就是說(shuō)輸入端是什么電平，輸出端就是什么電平，可以把它當(dāng)作不存在。當(dāng)?shù)?1腳為低電平的時(shí)候，左右兩端就被斷開(kāi)了，無(wú)論輸入端怎么變化，輸出端都不會(huì)變化。當(dāng)?shù)?1腳由低電平變?yōu)楦唠娖降囊凰查g，輸入端的數(shù)據(jù)立刻被傳送到輸出端，并且在11腳保持為高電平期間，輸出端數(shù)據(jù)始終的輸入端數(shù)據(jù)相同，如果此時(shí)我們?cè)俅伟训?1腳設(shè)置為低電平，那么以后當(dāng)輸入端無(wú)論再怎么變化，輸出端都不會(huì)變化而是保持剛才第11腳在下降沿(由高電平到低電平跳變)之間時(shí)輸入端的值，這樣就達(dá)到了鎖存數(shù)據(jù)的目的，這也就是所謂的總線設(shè)計(jì)思路，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)線加一個(gè)鎖存器后就可以擴(kuò)接多個(gè)元件，當(dāng)選通哪個(gè)元件的片選信號(hào)，就送數(shù)據(jù)給哪個(gè)元件。圖55 顯示模塊電路和蜂鳴器電路抽氣風(fēng)機(jī)MM2工作的啟停由TTTT4組成的開(kāi)關(guān)電路控制，電路部分如圖56所示。，TT2組成的復(fù)合管飽和導(dǎo)通，隨即T3 、T4功率管也飽和導(dǎo)通，抽氣風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)[21]。當(dāng)P3. 0端輸出為高時(shí)，TTT3和T4都截止，抽氣風(fēng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。為了使MM2能得到最大轉(zhuǎn)速，提高負(fù)壓，應(yīng)盡量使T3 、T4管的飽和壓降小，為此選用鍺功率管3AD50A， V ，最大工作電流為3A。RWRW2是同軸電位器，用于調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速以控制氣體流量穩(wěn)定在預(yù)先規(guī)定采樣流量的一定范圍內(nèi)。圖56 風(fēng)機(jī)部分電路 硬件電路制作與調(diào)試 PCB電路板繪制 本電路設(shè)計(jì)選用Protel99se進(jìn)行原理圖的繪制和PCB版圖的繪制，在原理圖繪制過(guò)程中檢查元器件封裝無(wú)誤，又進(jìn)行了相應(yīng)電路的ERC錯(cuò)誤檢驗(yàn)，查看錯(cuò)誤報(bào)告零條，生成原理圖網(wǎng)絡(luò)表與實(shí)際電路連接一致。在PCB繪制過(guò)程中，使用雙層自動(dòng)布線，完成了鋪地工作后，進(jìn)行相應(yīng)的PCB的DRC檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果為Violations Detected : 0。生成的相應(yīng)原理圖如附錄1所示，PCB圖如附錄2所示。 硬件電路調(diào)試硬件調(diào)試是指應(yīng)用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和萬(wàn)用表以及示波器等對(duì)所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)硬件進(jìn)行調(diào)試，檢測(cè)其存在的故障。對(duì)硬件的調(diào)試用到了靜態(tài)調(diào)試及動(dòng)態(tài)調(diào)試。靜態(tài)調(diào)試是指在系統(tǒng)未工作時(shí)進(jìn)行的一種調(diào)試；動(dòng)態(tài)調(diào)試指的是在系統(tǒng)工作的情況下為了使系統(tǒng)正常運(yùn)行排除系統(tǒng)硬件中存在故障、連接邏輯錯(cuò)誤等進(jìn)行的一種硬件檢查。靜態(tài)調(diào)試分為四個(gè)步驟，具體如下：1　目測(cè)對(duì)元件是否存在虛焊、斷點(diǎn)進(jìn)行檢查。2　萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)試，解決目測(cè)時(shí)我們對(duì)有些焊點(diǎn)不確定以及電源線和接地線是否正常接入。3　上電檢測(cè)，即給電路板通電，監(jiān)測(cè)所有的硬件電源是否符合要求值。由近及遠(yuǎn)，由分到合是動(dòng)態(tài)調(diào)試的一般方法。動(dòng)態(tài)調(diào)試：1　由近及遠(yuǎn)，將流經(jīng)各元器件信號(hào)按照距離單片機(jī)的邏輯距離進(jìn)行由近及遠(yuǎn)的分層，繼而進(jìn)行分層調(diào)試。如果調(diào)試時(shí)，仍然采用去掉無(wú)關(guān)元器件的方法，一層一層的進(jìn)行調(diào)試，那么故障元件就會(huì)隨之確定了。2　由分到合，將系統(tǒng)硬件電路分為多個(gè)模塊，在進(jìn)行電路調(diào)試時(shí)，與檢測(cè)模塊無(wú)關(guān)的部分將其從系統(tǒng)中除去，此種調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)在于縮小了故障檢測(cè)范圍。當(dāng)各模塊電路檢測(cè)后，確定沒(méi)有故障，然后將剩余模塊逐塊加入系統(tǒng)中，再對(duì)各模塊電路之間可能存在的相互聯(lián)系進(jìn)行調(diào)試。對(duì)于每一模塊都經(jīng)過(guò)了仔細(xì)的檢查，在實(shí)際檢查過(guò)程中出現(xiàn)了虛焊，脫焊現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)逐步排查減小了軟件調(diào)試的工作量，最終經(jīng)過(guò)軟硬件調(diào)試該部分硬件電路實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。6 基于單片機(jī)粉塵濃度采樣器控制程序設(shè)計(jì) 粉塵濃度采樣器主程序流程圖設(shè)計(jì) 根據(jù)實(shí)際采樣的工作要求和硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所設(shè)計(jì)的程序主流程圖如圖61所示。圖61 主程序流程圖設(shè)計(jì) 粉塵濃度采樣器按鍵部分程序流程圖設(shè)計(jì) 如圖62所示，該圖分別為個(gè)位數(shù)預(yù)置和十位數(shù)預(yù)置程序流程圖，分別對(duì)應(yīng)主程序部分個(gè)位數(shù)預(yù)置和十位數(shù)預(yù)置。 圖62 按鍵控制部分程序設(shè)計(jì) 粉塵濃度采樣器采樣工作部分程序流程圖設(shè)計(jì) 如圖63所示，該圖是預(yù)置時(shí)間之后等待采樣工作開(kāi)始到采樣結(jié)束部分的程序流程圖，對(duì)應(yīng)了主程序預(yù)置數(shù)之后的程序部分。圖63 采樣工作部分程序流程圖設(shè)計(jì) 系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì) Keil開(kāi)發(fā)平臺(tái)Keil uVision4集成開(kāi)發(fā)壞境是由美國(guó)KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，與uVision2和uVision3相比，Keil uVision4的操作界面讓人感覺(jué)更好一些，而且它的操作界面具有界面友好，易學(xué)易用的特點(diǎn)，與微軟的VC++的界面相似。Keil之所以受到廣大用戶的親睞主要由于其在軟件仿真、程序調(diào)試等方面的強(qiáng)大功能，這也促使了Keil成為開(kāi)發(fā)51系列單片機(jī)最流行的的軟件。Keil不僅通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境把C編譯器功能、庫(kù)管理功能、連接器、宏匯編以及仿真器等功能組合到了一起，并且提供了一個(gè)完整的開(kāi)發(fā)方案。從而去實(shí)現(xiàn)建立工程、管理任務(wù)、以及源程序的編譯、鏈接以及最終完成生成二進(jìn)制目標(biāo)代碼，并可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟件及硬件的仿真。在代碼的準(zhǔn)確性和執(zhí)行效率上，Keil在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。 C語(yǔ)言介紹 本系統(tǒng)用C語(yǔ)言編程。C語(yǔ)言是國(guó)際上廣泛流行的一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的高級(jí)語(yǔ)言。C語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)在于既可以編寫應(yīng)用軟件，同時(shí)也能用于編寫系統(tǒng)軟件，因此c語(yǔ)言被廣泛的應(yīng)用與各方面，例如軟件開(kāi)發(fā)、各類科研、單片機(jī)以及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等。C語(yǔ)言的存在和發(fā)展，被應(yīng)用到各種程序設(shè)計(jì)之中。這離不開(kāi)它自身的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)有：語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、緊湊；C語(yǔ)言具備高級(jí)語(yǔ)言和低級(jí)語(yǔ)言的特征；含有多種數(shù)據(jù)類型；C語(yǔ)言對(duì)語(yǔ)法要求相對(duì)寬松，應(yīng)用靈活；有while、for等多種控制語(yǔ)句可以嵌套使用；C語(yǔ)言適用范圍大；生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高；C語(yǔ)言最接近人類語(yǔ)言。 基于Keil環(huán)境下C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件搭建完成后只是構(gòu)建了框架，還需要賦予其靈魂，這時(shí)候軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就顯得更重要了。本章主要介紹程序流程圖、軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)、軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和分模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)。具體程序設(shè)計(jì)部分如附錄3所示。 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試是指系統(tǒng)程序的連接、編譯和運(yùn)行過(guò)程中存在的邏輯錯(cuò)誤與語(yǔ)法錯(cuò)誤并加以改正的過(guò)程。程序編寫完成后，編譯程序，查看程序是否有邏輯的錯(cuò)誤。先對(duì)硬件檢查，在確定沒(méi)有問(wèn)題的情況下在對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試，本課題采用Keil編譯軟件進(jìn)行軟件調(diào)試，通過(guò)編譯檢查程序里面的語(yǔ)法錯(cuò)誤，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修改編譯，直至沒(méi)有錯(cuò)誤，通過(guò)仿真系統(tǒng)查看結(jié)果，然