【導(dǎo)讀】隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)化水平的提高，人們的生活和工作有了很多便利。我們的環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，尤其是空氣質(zhì)量日益下降。除廢氣、廢水外，顆粒狀粉塵、煙塵向大氣排放所造成的污染已成為一個(gè)十分突出的問題。粉塵是空氣質(zhì)量的重要指。粉塵檢測(cè)儀主要用于檢測(cè)環(huán)境中的粉塵濃度，適用于工礦企。本課題以光散射原理為基礎(chǔ)，圍繞單片機(jī)為核心，完成檢測(cè)儀數(shù)據(jù)采集、顯示等電。開發(fā)完整的具有成本低、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)的高性能控制系。統(tǒng)，并熟練掌握單片機(jī)系統(tǒng)及其相關(guān)的軟件調(diào)試工具的使用。

　　

【正文】 就是每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的 I/O 接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機(jī)中 CPU 的開銷小。 這種電路的優(yōu)點(diǎn)在于：在同一時(shí)間可以顯示不同的字符；但缺點(diǎn)就是占用端口資源較多。從下圖可以看出，每位 LED 顯示器需要單獨(dú)占用 8 根端口線，因此，在數(shù)據(jù)較多的時(shí)候，往往不采用這種設(shè)計(jì)，而是采用動(dòng)態(tài)顯示方式 。靜態(tài)顯示電路如圖 319 所示。 圖 319 靜態(tài)顯示圖 所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是將要顯示的多位 LED 顯示器采用一個(gè) 8 位的段選端口，然后采用動(dòng)態(tài)掃描一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器。下圖 320 為 4 位 LED 顯示器動(dòng)態(tài)顯示電路。 基于單片機(jī)的粉塵檢測(cè)儀控制電路 27 圖 320 動(dòng)態(tài)顯示圖 在此電路中，單片機(jī)的 P1 口用于控制 4 位 LCD 的段 選碼： P2 口的 ~~ 用于控制 4 位 LED 位選碼。 由于所有的段選碼連在一起，所以同一瞬間只能顯示同一種字符。但如果要顯示不同字符，則要借助位選碼來控制。（如果 LED 為共陰則 ~~ 輸出為高電平，如果 LED 為共陽(yáng)則 ~~ 輸出為低電平。） 例如，現(xiàn)在要顯示 5678 四個(gè)數(shù)字，則首先應(yīng)該將“ 5”的顯示代碼（共陰 LED 顯示器的顯示代碼為 6DH，共陽(yáng) LED 顯示器的顯示代碼為 92H）由 送出，然后~~ 輸出相應(yīng)位碼（ LED 為共陰則 ~~ 輸出 1000， ） LED 為共陰則~~ 輸出 0111）時(shí)，則可以看到在數(shù)碼管 1 上顯示的數(shù)字為“ 5”。再將顯示的數(shù)字“ 5”延時(shí) 5~10ms，以造成視覺暫留效果；同時(shí)代碼由 送出。 用同樣的方法將其余 3 個(gè)數(shù)字“ 678”送數(shù)碼管 2， 3， 4 顯示，于是最后則可以在4 位 LED 顯示器上看到“ 5678”四個(gè)數(shù)字。為了使顯示效果更加穩(wěn)定，可以使每個(gè)數(shù)碼管顯示的數(shù)字不斷的重復(fù)，但其中重復(fù)頻率達(dá)到了一定的程度的時(shí)候，加之人眼睛本身的視覺暫留效果的作用，便可以看到相當(dāng)穩(wěn)定的“ 5678”四個(gè)數(shù)字。 如下表 38 所示 ，即為模擬以上 的過程表（以共陰 LED 設(shè)置顯示代碼，共陽(yáng)與此相反）。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 28 表 38 模擬過程表 顯示接口設(shè)計(jì) 由 LED的結(jié)構(gòu)及工作原理可知，要想在 LED上顯示數(shù)據(jù)或者字母，則首先必須要把待顯示的數(shù)據(jù)或者字母轉(zhuǎn)換成 LED的 7位顯示代碼，方可顯示相應(yīng)的數(shù)字或者字母。通過實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換有兩種方法：一種是專用硬件譯碼器，另一種是專用軟件譯碼器。 本模塊采用“單片機(jī)軟件譯碼”來實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采集的粉塵濃度經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換和單片機(jī)處理是以三位的十進(jìn)制數(shù)表示的，所以四個(gè) LED數(shù)碼管足以顯示粉塵濃度，本 模塊采用的 4個(gè)共陽(yáng) LED數(shù)碼管，因?yàn)?I/O口輸出驅(qū)動(dòng)電流過小，所以每個(gè)數(shù)碼管的控制端接一個(gè)三極管對(duì)電流進(jìn)行放大而使 LED工作，而控制各個(gè)數(shù)碼管的位選轉(zhuǎn)為控制 4個(gè)三極管的基極使三極管導(dǎo) 通時(shí)數(shù)碼管工作。 其中 P1口控制數(shù)碼管的段選， 、 、 、 LED數(shù)碼管的位選。 表 39列出了數(shù)碼管顯示數(shù)字與 P1口輸出段碼之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系 。 表 39 數(shù)碼顯示數(shù)字與段碼之間關(guān)系 顯示數(shù)字 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 輸出段碼 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH 本設(shè)計(jì)中采用 4 聯(lián)共陽(yáng) LED 數(shù)碼顯示管 P0口連接段選， ～ 連接位選。電路連接如圖 321 所示。 基于單片機(jī)的粉塵檢測(cè)儀控制電路 29 圖 321 顯示電路 鍵盤電路 設(shè)計(jì) 因?yàn)椴煌h(huán)境中粉塵濃度不同，粉塵流動(dòng)量也不一樣，人在不同環(huán)境中工作所承受的最大粉塵量也不一樣，所以在更換環(huán)境時(shí)要設(shè)置不同的粉塵濃度參考值（該環(huán)境中能接受粉塵濃度最大值），當(dāng)濃度超過所設(shè)定值時(shí)，粉塵檢測(cè)儀報(bào)警，我們根據(jù)報(bào)警就可以采取相應(yīng)措施或使人員撤離工作現(xiàn)場(chǎng)或動(dòng)力降低粉塵濃度。在實(shí)際生產(chǎn)生活中報(bào)警的同時(shí)還會(huì)自啟動(dòng)換氣裝置 。本模塊利用獨(dú)立按鍵方式通過三個(gè)獨(dú)立按鍵累加輸入?yún)⒖贾?，通過單片機(jī)比較采集的數(shù)據(jù)與參考值來控制蜂鳴器是否報(bào)警。同時(shí)可以通過獨(dú)立按鍵來進(jìn)行參考值和當(dāng)前濃度值的顯示切換。 電路中鍵盤驅(qū)動(dòng)用 ～ 。如圖 322 所示。 圖 322 鍵盤電路 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 30 報(bào)警電路 設(shè)計(jì) （蜂鳴器） 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器。它廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、報(bào)警器、電話機(jī)等電子產(chǎn)產(chǎn)品中作發(fā)生器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性的振動(dòng)發(fā)聲。 壓電式蜂鳴器主要由多謝振蕩器、壓電蜂鳴器片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多謝振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后（ ~15V直流工作電壓），多謝振蕩器起振，輸出 ~ 的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴器片發(fā)聲。 本設(shè)計(jì)中使用蜂鳴器來做提示報(bào)警，當(dāng)粉塵的濃度或粒度大于設(shè)定值時(shí)蜂鳴器就會(huì)發(fā)出警報(bào)。在實(shí)際生活中并啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)換氣扇為空間通過風(fēng)。 本設(shè)計(jì)中采用自激蜂 鳴器，自激蜂鳴器是直流電壓驅(qū)動(dòng)的，不需要利用交流信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，只需對(duì)驅(qū)動(dòng)口輸出驅(qū)動(dòng)電平并通過放大電路放大驅(qū)動(dòng)電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音，非常簡(jiǎn)單。 報(bào)警電路如圖 323 所示。 圖 323 報(bào)警電路 看門 狗部分的設(shè)計(jì) 看門狗就是在程序飛跑或死機(jī)時(shí) ,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位重新置位 ,以使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行的一種專用電路?，F(xiàn)在常用的看門狗主要有兩種 :軟件狗和硬件狗 。 (1) 軟件狗實(shí)際上就是通常說的軟件指令 ,一旦程序跑飛 ,只要程序指針指向這些地址 ,便立即被強(qiáng)行跳轉(zhuǎn)至程序的開頭或其他指定地址處 ,從而使程序繼續(xù)正常執(zhí)行。 (2) 硬件狗現(xiàn)在更多的被采用。所謂硬件狗，就是一個(gè)能夠發(fā)送“復(fù)位”信號(hào)的計(jì)數(shù)器或定時(shí)器電路。以前常用的硬件狗由脈沖計(jì)數(shù)器和一些外圍電路組成，計(jì)數(shù)清零和溢出端分別和單片機(jī)的 I/O 于 RST 相連接。其工作原理是：由脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生脈沖，計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。程序正常運(yùn)行時(shí)， CPU 在計(jì)數(shù)器溢出之前通過 I/O 口對(duì)計(jì)數(shù)器清零，使計(jì)數(shù)器不能溢出，此時(shí)由于溢出端與 CPU的 RST端相連接，所以使單片機(jī)系統(tǒng)“復(fù)位”，使其能重新正常運(yùn)行。 基于單片機(jī)的粉塵檢測(cè)儀控制電路 31 單片機(jī)系統(tǒng)的供電電源有時(shí)候因?yàn)楦鞣N不同原因而不穩(wěn)定，發(fā)生電壓波動(dòng)或瞬時(shí)掉電的現(xiàn) 象，從而影響系統(tǒng)的正常工作和數(shù)據(jù)保存。如果能對(duì)電源電壓進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)電源電壓下降到某一特定值 時(shí)，發(fā)生一個(gè)信號(hào)給單片機(jī)和電源切換電路，那么就使 CPU 及時(shí)進(jìn)行必要的操作和維持工作電源的穩(wěn)定。 本設(shè)計(jì)采用軟件看門狗。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 32 4 聯(lián)調(diào)結(jié)果及仿真 設(shè)計(jì)軟件 Proteus Proteus軟件 是英國(guó) Labcenter electronics 公司出版的 EDA工具軟件。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。從原理圖布圖、代碼調(diào) 試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到 產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持 805 HC1 AVR、 ARM、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 8086和 MSP430 等 。 在編譯方面，它也支持 IAR、Keil 和 MPLAB 等多種 編譯器 。 Proteus 功能特點(diǎn) Proteus 軟件具有其它 EDA 工具軟件（例： multisim）的功能。這些功能是： （ 1）原理布圖 （ 2） PCB 自動(dòng)或人工布線 （ 3） SPICE 電路仿真 革命性的特點(diǎn) ： （ 1）互動(dòng)的電路仿真 用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如 RAM， ROM，鍵盤，馬達(dá)， LED， LCD， AD/DA，部分 SPI器件，部分 IIC 器件。 （ 2）仿真處理器及其外圍電路 可以仿真 51 系列、 AVR、 PIC、 ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置 的虛擬邏輯分析儀、示波器等， Proteus 建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。 功能模塊 （ 1）智能原理圖設(shè)計(jì) （ 2）完善的電路仿真功能 a) ProSPICE 混合仿真 b) 超過 27000 個(gè)仿真器件 c) 多樣的激勵(lì)源 d) 豐富的虛擬儀器 e) 生動(dòng)的仿真顯示 基于單片機(jī)的粉塵檢測(cè)儀控制電路 33 f) 高級(jí)圖形仿真功能 （ 3） 獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能 a) 支持主流的 CPU 類型 b) 支持通用外設(shè)模型 c) 實(shí)時(shí)仿真 d) 編譯及調(diào)試 （ 4）實(shí)用的 PCB 設(shè)計(jì)平臺(tái) a) 原理圖到 PCB 的快速通道 b) 先進(jìn)的自動(dòng)布局 /布線功能 c) 完整的 PCB 設(shè)計(jì)功能 d) 多種輸出格式的支持 Proteus 中資源豐富。 在 Proteus繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件： *.HEX，可以在 Proteus的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過程。 PROTEUS不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī) 實(shí)例運(yùn)行過程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果，后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。 它的元器件、連接線路等 和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí) 驗(yàn)硬件高度對(duì)應(yīng)。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能 。 系統(tǒng)概述 Keil C51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹 Keil C51 開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 Keil 提供了包括 C 編譯器 、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過 一個(gè)集成編譯環(huán)境 （ uVision）將這些部分組合在一起。 C51工具包的整體結(jié)構(gòu)， uVision 與 Ishell 分別是 C51 for Windows 和 for Dos的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用 IDE本身或其 它編輯器 編輯 C或匯編源文件。然后分別由 C51及 C51編譯器編譯生成目標(biāo)文件 (.OBJ)。目標(biāo)文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng) L51 連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件 (.ABS)。 ABS 文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex 文件，以供調(diào)試器 dScope51 或 tScope51 使用進(jìn) 行源代碼 級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 34 keil 與 Proteus 聯(lián)調(diào) 實(shí)現(xiàn) Proteus和 Keil 的聯(lián)調(diào)步驟如下： （ 1） 首先安裝好 Proteus 和 Keil（這個(gè)驅(qū)動(dòng)能驅(qū)動(dòng) Proteus 和 keil 2 或者 keil 3 的聯(lián)調(diào)） （ 2） 安裝 keil 和 Proteus 聯(lián)調(diào)驅(qū)動(dòng) 程序 （ 3） 安裝聯(lián)調(diào)驅(qū)動(dòng)程序，注意：驅(qū)動(dòng)程序安裝在和 keil 同一個(gè)文件夾下 （ 4） 在 Keil 軟件上單擊 “Project 菜單 /Options for Target” 選項(xiàng)或者點(diǎn)擊工具欄的 “o ption for ta rget” 按鈕，彈出窗口，點(diǎn)擊 “Debug” 按鈕，出現(xiàn)如圖 41 所示頁(yè)面。 圖 41 Debug界面 在出現(xiàn)的對(duì)話框里在右欄上部的下拉菜單里選中 “Proteus VSM Monitor 51 Driver” 。并且還要點(diǎn)擊一下 “Use” 前面表明選中的小圓點(diǎn)。再點(diǎn)擊 “Setting” 按鈕，設(shè)置 通信 接口，在 “Host” 后面添 上 “” ，如果使用的不是同一臺(tái)電腦，則需要在這里添上另一臺(tái)電腦的 IP地址 (另一臺(tái)電腦也應(yīng)安裝 Proteus)。在 “Port” 后面添加 “8000” 。設(shè)置好的情形如圖所示，點(diǎn)擊 “OK” 按鈕即可。最后將工程編譯，進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，并運(yùn)行。 （ 5） Proteus的設(shè)置 進(jìn)入 Proteus 的 ISIS，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊菜單 “Debug” ，選中 “use romote debuger monitor” ，如圖 42所示。此后，便可實(shí)現(xiàn) Keil 與 Proteus 連接調(diào)試。 基于單片機(jī)的粉塵檢測(cè)儀控制電路 35 圖 42 聯(lián)調(diào)界面 （ 6） 調(diào)試的使用方法 a) 在 Proteus里搭建好 51 單片機(jī)的線路圖 b) 在 Keil 里