畢業(yè)設(shè)計(jì)--mcs-51單片機(jī)實(shí)時(shí)多通道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　編 號(hào)： </p><p>　　審定成績(jī)： </p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　設(shè)計(jì)（論文）題目：MCS-51單片機(jī)實(shí)時(shí)多通道監(jiān)測(cè)</p><p>　系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　

2、摘 要</b></p><p>　　隨著工業(yè)的發(fā)展需要,我國(guó)很多地方都迫切需要用到實(shí)時(shí)多通道監(jiān)測(cè)系統(tǒng),如對(duì)溫濕度.CO2等環(huán)境因素的監(jiān)測(cè),我們?cè)趯?duì)溫濕度CO2等環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)經(jīng)歷了從無(wú)到有、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展過(guò)程， 其智能化程度也越來(lái)越高，然而我國(guó)的很多地方對(duì)于溫濕度等環(huán)境因素的調(diào)節(jié)是應(yīng)用很傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)門來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率又很低，準(zhǔn)確度又不高，隨機(jī)性大，很不科學(xué)。因此需要研制一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

3、單、 價(jià)格低廉的測(cè)控系統(tǒng)來(lái)達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)溫濕度等一系列環(huán)境參數(shù)。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)和傳感器技術(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在線實(shí)時(shí)測(cè)量，精度高、穩(wěn)定性好，系統(tǒng)功能及測(cè)量范圍能夠達(dá)到及時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)被監(jiān)測(cè)對(duì)象對(duì)于溫濕度等環(huán)境因素的要求。本文分別從硬件和軟件兩個(gè)方面對(duì)此檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了分析。本系統(tǒng)主要由集成溫濕度傳感器、12位雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器ICL7109、主芯片AT89C51和鍵盤顯示輔助芯片8279組成。

4、</p><p>　　硬件部分介紹了系統(tǒng)總體工作流程、器件選擇、芯片功能及工作原理等。軟件部分設(shè)計(jì)了計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)采集、溫濕度顯示等子程序來(lái)完善整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)功能。該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，安裝方便，性能穩(wěn)定可靠，特別適用于需對(duì)溫濕度等環(huán)境因素需要及時(shí)監(jiān)測(cè)的場(chǎng)所。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】模數(shù)轉(zhuǎn)換器 溫濕度傳感器 AT89C51 鍵盤顯示輔助芯片8279</p><p&g

5、t;<b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the development of the industry needs, our country greenhouse temperature and humidity monitoring system has experienced from scratch, from simple to complex dev

6、elopment process, the extent of their intelligence is also getting higher and higher, however many of our local greenhouse temperature and humidity regulation is applied very traditional switch door to achieve, this meth

7、od is time-consuming and laborious, efficiency is low, the accuracy is not high, randomness, is not scientific. So</p><p>　　In this paper, based on the design of a single-chip computer and sensor technology

8、in monitoring system of temperature and humidity, on-line real-time measurement, high precision, good stability, system function and the measuring range can achieve timely and accurate detection of the monitored object f

9、or temperature and humidity requirements. In this paper, from two aspects of hardware and software of this measure system of temperature and humidity are analysised. This system is mainly composed </p><p>　　

10、The hardware part introduces overall system work flow, selection of the device, chip function and principle. Software design of the counting, data collection, temperature and humidity display subroutine to perfect the wh

11、ole system detection function. The system has the advantages of simple operation, convenient installation, stable and reliable performance, especially suitable for the needs of temperature and humidity monitoring place i

12、n time.</p><p>　　【Key words】Analog to digital converter Temperature and humidity sensor AT89C51 Keyboard display auxiliary chip</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　

13、　前 言1</b></p><p>　　第一章 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r以及單片機(jī)的發(fā)展歷史2</p><p>　　第一節(jié) 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r2</p><p>　　第二節(jié) 單片機(jī)的發(fā)展歷史3</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)概況5</p><p>　　第一節(jié) 系統(tǒng)的組成5

14、</p><p>　　第二節(jié) 系統(tǒng)工作流程5</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)7</p><p>　　第一節(jié) 溫度采集系統(tǒng)7</p><p>　　一、溫度傳感器的選擇7</p><p>　　二、AD590的性能特點(diǎn)8</p><p>　　三、溫度采集電路8</p&

15、gt;<p>　　第二節(jié) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器10</p><p>　　一、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇10</p><p>　　二、 AD轉(zhuǎn)換器ICL7109的特點(diǎn)10</p><p>　　三、ICL7109與89C51單片機(jī)的硬件接口設(shè)計(jì)14</p><p>　　第三節(jié) 濕度檢測(cè)系統(tǒng)15</p><p>　　

16、一、濕度傳感器的選擇15</p><p>　　二、HS1101的性能特點(diǎn)16</p><p>　　三、濕度測(cè)量電路17</p><p>　　第四節(jié) AT89C51單片機(jī)功能介紹19</p><p><b>　　一、芯片簡(jiǎn)介19</b></p><p>　　二、AT89C51各引腳在設(shè)計(jì)

17、中的定義21</p><p>　　三、電手動(dòng)復(fù)位電路23</p><p>　　四、 振蕩電路24</p><p>　　第五節(jié) 鍵盤及顯示接口擴(kuò)展25</p><p>　　一、芯片的選擇25</p><p>　　二、8279的引腳功能介紹26</p><p>　　三、8279與AT8

18、9C51的連接27</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)29</p><p>　　第一節(jié) 程序開(kāi)發(fā)環(huán)境及設(shè)計(jì)原則29</p><p>　　第二節(jié) 本設(shè)計(jì)程序功能及流程29</p><p>　　第五章 部分單元電路仿真34</p><p>　　第一節(jié) AD590溫度采集仿真34</p>

19、<p>　　第二節(jié) 單路HS1101濕度采集仿真34</p><p><b>　　結(jié) 論36</b></p><p><b>　　致 謝37</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p><b>　　附 錄39

20、</b></p><p><b>　　一、英文原文39</b></p><p><b>　　二、英文翻譯41</b></p><p>　　三、電路原理圖43</p><p><b>　　四、源程序45</b></p><p><

21、b>　　前 言</b></p><p>　　本論文研究的主要目的是設(shè)計(jì)一個(gè)能夠提供對(duì)溫度、濕度等環(huán)境因素具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置。人類的生產(chǎn)和社會(huì)中各項(xiàng)活動(dòng)的展開(kāi)與溫度、濕度等參數(shù)值密切相關(guān)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類在不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)囟?、濕度的測(cè)量提出了越來(lái)越高的要求。日常生活中，工廠、商場(chǎng)、銀行、醫(yī)院以及各類科研場(chǎng)所都需要符合操作規(guī)定的溫、濕度等環(huán)境條件。居民家庭中更離不開(kāi)對(duì)溫度、濕度等環(huán)境因素的

22、監(jiān)測(cè)，室內(nèi)溫度一般控制在45%至65%RH之間，人體感受比較舒適。而冬季供暖期的室內(nèi)濕度通常僅為10%—15%RH，在干燥的環(huán)境下呆久了，會(huì)使人皮膚緊繃，干燥上火，感覺(jué)不適，甚至使人的呼吸系統(tǒng)抵抗力降低，從而引發(fā)或者加重呼吸系統(tǒng)的疾病。當(dāng)空氣濕度低于40%RH的時(shí)候，灰塵、細(xì)菌等容易附著在鼻部和肺部呼吸道黏膜上，刺激喉部引發(fā)咳嗽，也容易發(fā)生呼吸道的其他疾病，由此可見(jiàn)對(duì)溫濕度等參數(shù)監(jiān)測(cè)的意義重大。但是我國(guó)對(duì)于溫室控制技術(shù)的研究較晚，始于2

23、0世紀(jì)80年代。我國(guó)工程技術(shù)人員在吸收 發(fā)達(dá)國(guó)家溫室控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了人工氣候室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)， 該技術(shù)僅限于溫度、濕度和CO2濃度等單項(xiàng)環(huán)境因子的控制。我國(guó)溫室設(shè)施計(jì)算機(jī)應(yīng)用，在總體上正從消化吸收、</p><p>　　實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r以及單片機(jī)的發(fā)展歷史 </p><p>　　第一節(jié) 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　安全存儲(chǔ)是關(guān)系到國(guó)

24、計(jì)民生的戰(zhàn)略大事，但要想安全的存儲(chǔ)就必須對(duì)溫濕度等環(huán)境因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),科學(xué)存儲(chǔ)具有重要的社會(huì)意義與經(jīng)濟(jì)價(jià)值，往往涉及到的安全存儲(chǔ)都會(huì)與倉(cāng)庫(kù)環(huán)境息息相關(guān),倉(cāng)庫(kù)管理中最重要的問(wèn)題是檢測(cè)倉(cāng)中的溫、濕度等環(huán)境因素的變化。為此，許多單位或者個(gè)人每年需要支付很高的費(fèi)用去保證糧倉(cāng)溫濕度等環(huán)境因素處于一個(gè)合理的范圍之內(nèi)，這主要是因?yàn)楸O(jiān)測(cè)測(cè)設(shè)備成本較高，管理方式不夠先進(jìn)。在理論研究和實(shí)地考察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了倉(cāng)庫(kù)溫度和濕度等關(guān)鍵環(huán)境因素的實(shí)時(shí)在線巡回

25、監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制。溫度和濕度等環(huán)境因素的監(jiān)測(cè)與控制對(duì)防止產(chǎn)品變質(zhì)有著重要的意義，這就是為什么要討論倉(cāng)庫(kù)溫度和濕度等環(huán)境因素變化的主要原因以及庫(kù)中溫度和濕度的允許變化范圍。探討在線測(cè)量，計(jì)算和控制倉(cāng)庫(kù)溫度和濕度等環(huán)境因素的原理和方法，基本消滅了產(chǎn)品質(zhì)變的事故，同時(shí)也節(jié)省了大量人力和物力，減輕了倉(cāng)庫(kù)管理的工作強(qiáng)度，提高了倉(cāng)庫(kù)管理效率，使產(chǎn)品管理得到了安全可靠的保障。</p><p>　　每到產(chǎn)品集中堆積的時(shí)

26、候檢測(cè)工作壓力巨大，如何進(jìn)行倉(cāng)庫(kù)的現(xiàn)代化管理也是每一個(gè)儲(chǔ)庫(kù)點(diǎn)的重中之重，若管理不當(dāng)，產(chǎn)品發(fā)霉或生蟲會(huì)造成極大浪費(fèi)。倉(cāng)庫(kù)管理中最重要的問(wèn)題是監(jiān)測(cè)產(chǎn)品中的溫、濕度等環(huán)境因素的變化。單位或者個(gè)人為了安全儲(chǔ)藏每年支付很高的費(fèi)用，主要是因?yàn)闄z測(cè)測(cè)設(shè)備成本較高，管理方式不夠先進(jìn)，于是溫濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用也日益迫切。倉(cāng)庫(kù)溫度等關(guān)鍵環(huán)境因素可否被監(jiān)測(cè)是能否保證產(chǎn)品安全儲(chǔ)存的重要指標(biāo)之一,只有及時(shí),準(zhǔn)確地測(cè)得產(chǎn)品各層面的溫濕度數(shù)據(jù),并根據(jù)檢測(cè)的

27、溫濕度數(shù)據(jù)對(duì)產(chǎn)品儲(chǔ)存情況進(jìn)行分析,作出決策,采取措施,最大限度的減少產(chǎn)品在儲(chǔ)存過(guò)程中的損失。</p><p>　　目前,對(duì)于倉(cāng)庫(kù)中的溫濕度等環(huán)境因素監(jiān)測(cè),基本上是人工監(jiān)測(cè),勞動(dòng)強(qiáng)度大,繁瑣,由于監(jiān)測(cè)報(bào)警不及時(shí),造成倉(cāng)庫(kù)產(chǎn)品損失的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,于是,設(shè)計(jì)并研制性能價(jià)格比較高的倉(cāng)庫(kù)溫濕度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)迫在眉睫。由于大型倉(cāng)庫(kù)分布廣、儲(chǔ)量大，倉(cāng)庫(kù)的管理和監(jiān)測(cè)難度大，基于倉(cāng)庫(kù)檢測(cè)系統(tǒng)上的計(jì)算機(jī)管理軟件的設(shè)計(jì)，由每個(gè)倉(cāng)庫(kù)中配置

28、的下位機(jī)將倉(cāng)庫(kù)中溫濕度數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)將下位機(jī)的數(shù)據(jù)以曲線和表格的形式表示出來(lái)，清晰直觀地顯示出各倉(cāng)內(nèi)溫濕度等狀況，由上位機(jī)對(duì)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行監(jiān)視，管理人員在控制室就可以看到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)溫濕度等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)管理自動(dòng)化、智能化。</p><p>　　第二節(jié) 單片機(jī)的發(fā)展歷史</p><p>　　單片機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)，是把中央處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、輸入

29、輸出接口都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。與應(yīng)用在個(gè)人電腦中的通用型微處理器相比，它更強(qiáng)調(diào)自供應(yīng)（不用外接硬件）和節(jié)約成本。它的最大優(yōu)點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。由于其發(fā)展非常迅速，舊的單片機(jī)的定義已不能滿足，所以在很多應(yīng)用場(chǎng)合被稱為范圍更廣的微控制器，但是目前在中國(guó)大陸仍多沿用“單片機(jī)”的稱呼。絕大多數(shù)現(xiàn)在的單片機(jī)都是基于馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)的，這種結(jié)構(gòu)清楚地定義了嵌入式系統(tǒng)所必需的四個(gè)基

30、本部分：一個(gè)中央處理器核心，程序存儲(chǔ)器（只讀存儲(chǔ)器或者閃存）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（隨機(jī)存儲(chǔ)器），一個(gè)或者更多的定時(shí)/計(jì)時(shí)器，還有用來(lái)與外圍設(shè)備以及擴(kuò)展資源進(jìn)行通信的輸入/輸出端口——所有這些都被集成在單個(gè)集成電路芯片上。說(shuō)單片機(jī)與通用型中央處理單元芯片不同是因?yàn)榍罢咭话愫苋菀着浜献钚⌒偷耐獠恐С中酒瞥晒ぷ饔?jì)算機(jī)。這樣就可以很容易的把單片機(jī)系統(tǒng)植入裝置內(nèi)部來(lái)控制裝置了。</p><p>　　第一代：七十年代后期，4位邏輯

31、控制器件發(fā)展到8位。使用NMOS工藝(速度低、功耗大、集成度低)。代表產(chǎn)品：MC6800、Intel 8048。</p><p>　　第二代：八十年代初，采用CMOS工藝，并逐漸被高速低耗的HMOS工藝代替。代表產(chǎn)品：MC146805、Intel 8051。</p><p>　　第三代：近十年來(lái)，MCU的發(fā)展出現(xiàn)了許多新特點(diǎn)：在技術(shù)上，由擴(kuò)展總線型向純單片型發(fā)展，即只能工作在單片方式；MC

32、U的擴(kuò)展方式從并行總線型發(fā)展出各種串行總線；將多個(gè)CPU集成到一個(gè)MCU中；在降低功耗，提高可靠性方面，MCU工作電壓已降至3.3V</p><p>　　第四代：FLASH的使用使MCU技術(shù)進(jìn)入了第四代。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)概況</p><p><b>　　系統(tǒng)的組成</b></p><p>　

33、　根據(jù)系統(tǒng)總體功能，將其劃分為以下幾個(gè)功能模塊：微處理器CPU、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、溫度傳感器、濕度傳感器、鍵盤、數(shù)碼顯示組成，整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖所示。</p><p>　　圖2.1溫濕度控制系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　系統(tǒng)工作流程</b></p><p>　　一、設(shè)計(jì)過(guò)程分為下面兩個(gè)階段</p><p>　?。?/p>

34、一）分析階段：為本論文的開(kāi)始，作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提階段，分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總括，初步了解系統(tǒng)硬軟件部分的主要性能，并初步的確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。</p><p>　?。ǘ┰O(shè)計(jì)階段：在已經(jīng)分析好的基礎(chǔ)上開(kāi)始著手系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)的硬件部分的設(shè)計(jì)和軟件部分的設(shè)計(jì)。</p><p>　　二、設(shè)計(jì)過(guò)程分為下面兩個(gè)部分</p><p><b>　　（一）硬件的設(shè)計(jì)&

35、lt;/b></p><p><b>　?。ǘ┸浖脑O(shè)計(jì)</b></p><p>　　三、系統(tǒng)大致工作流程</p><p>　　整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的核心器件是單片機(jī)，它是整個(gè)系統(tǒng)的“心臟”由它來(lái)接收溫濕信號(hào)并控制協(xié)調(diào)各功能模塊的正常工作。一方面AD590集成傳感器采集溫度信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)整理放大后送ICL7109A/D轉(zhuǎn)換器，由此將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變

36、成數(shù)字信號(hào)后送至CPU進(jìn)行運(yùn)算處理，另一方面濕度傳感器HS1101將采集的濕度信號(hào)通過(guò)以555定時(shí)器為主的單穩(wěn)態(tài)電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)直接送至89C51進(jìn)行處理，在單片機(jī)內(nèi)部，CPU根據(jù)模擬量與數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，把收到的數(shù)字量與溫濕度值一一對(duì)照，找出合適的溫濕度值進(jìn)行顯示，達(dá)到測(cè)溫測(cè)濕的目的。顯示部分由專用鍵盤、顯示器控制芯片8279輔助單片機(jī)來(lái)完成，并可通過(guò)鍵盤輸入指令進(jìn)行控制，充分提高了單片機(jī)的工作效率。</p><

37、p>　　因89C51內(nèi)含4KB的EPROM，不需外擴(kuò)展存儲(chǔ)器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。</p><p><b>　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　溫度采集系統(tǒng)</b></p><p>　　一、溫度傳感器的選擇</p><p>　　當(dāng)將單片機(jī)用作測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)總要有被測(cè)信號(hào)

38、通過(guò)輸入通道，由單片機(jī)拾取必要的輸入信息。對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)而言，如何準(zhǔn)確獲得被測(cè)信號(hào)是其核心任務(wù)；而對(duì)測(cè)控系統(tǒng)來(lái)講，除對(duì)被控對(duì)象狀態(tài)的信號(hào)測(cè)試外，還要將測(cè)試數(shù)據(jù)與控制條件對(duì)比并實(shí)時(shí)控制相應(yīng)執(zhí)行設(shè)備。</p><p>　　傳感器是實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒(méi)有傳感器對(duì)原始被測(cè)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測(cè)量和控制都將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化測(cè)量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來(lái)

39、檢測(cè)和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各種參量，使設(shè)備和系統(tǒng)正常運(yùn)行在最佳狀態(tài)，從而保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量,考慮到設(shè)計(jì)的方便性以及性價(jià)比,所以,本設(shè)計(jì)選用集成溫度傳感器,集成溫度傳感器實(shí)質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路，集成溫度變換器把作為感溫元件的結(jié)型溫敏器件與外圍電路集成在了同一芯片上, 實(shí)現(xiàn)了溫度變換器的小型化。由于附加了線性化電路, 因此變換器線性很好, 解決了溫敏器件非線性問(wèn)題。集成溫敏變換器還具有高靈敏度、高電平輸出、穩(wěn)定性好, 易于與讀出電路和

40、控制電路接口等優(yōu)點(diǎn)。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度0。C時(shí)輸出為0，溫度25。C時(shí)輸出2.982V。電流輸出型的靈敏度一般為1μA/ K。溫度檢測(cè)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科研以及日常生活等領(lǐng)域占有重要地位。</p><p>　　AD590是AD公司利用PN結(jié)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。這種器件在被測(cè)溫度一定時(shí), 相當(dāng)于一個(gè)恒流源。

41、該器件具有良好的線性和互換性,測(cè)量精度高, 測(cè)溫范圍寬而且容易實(shí)現(xiàn)。并具有消除電源波動(dòng)的特性。即使電源在5～15V之間變化,其電流只是在1μA以下作微小變化。因?yàn)锳D590是恒流器件, 所以適合遠(yuǎn)距離傳送, 也容易實(shí)現(xiàn)智能數(shù)字化顯示。</p><p>　　二、AD590的性能特點(diǎn)</p><p>　　AD590是電流型溫度傳感器,一般主要是用于精密溫度測(cè)量電路,它的電路外形如圖3.1所示,

42、它采用金屬殼3腳封裝, 其中1腳為電源正端V+；2腳為電流輸出端Io；3腳為管殼,一般不用。集成溫度傳感器的電路符號(hào)如圖3.2所示</p><p>　　圖3.1 AD590 的外形電路</p><p>　　圖3.2 集成溫度傳感器電路符號(hào)</p><p>　　AD590的主要特性如下：兩端器件：電壓輸入。靈敏度：1μA/ K。即電流輸出溫度每增加1。C，它會(huì)增加1μ

43、A輸出電流。較寬的檢測(cè)范圍：-55～+155。C。較寬的工作電壓：+4～+30V。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。輸出電阻為710MW。精度高，線形好：AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55。C～+150。C范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3。C。</p><p><b>　　三、溫度采集電路</b></p>

44、;<p>　　首先，我們根據(jù)AD590的特性，找出其輸出電流值與溫度值的關(guān)系。具體說(shuō)明如下：AD590輸出電流是以絕對(duì)溫度零度(－273。C)為基準(zhǔn)，每增加1。C，它會(huì)增加1μA輸出電流，例如在室溫25。C時(shí)，其輸出電流Io=(273+25)=298μA。故AD590的輸出電流I=(273+T)μA(T為攝氏溫度)?！?lt;/p><p><b>　　溫度采集電路分析</b><

45、;/p><p>　　圖3.3 AD590溫度采集放大電路</p><p>　　如圖3.3所示因此量測(cè)的電壓V為(273+T)μA×10K= (2.73+T/100)V。為了將電壓量測(cè)出來(lái)又需使輸出電流I不分流出來(lái),使用電壓跟隨器，其輸出電壓V2等于輸入電壓V。由于一般電源供應(yīng)較多零件之后，電源是帶雜訊的，因此使用齊納二極體作為穩(wěn)壓零件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓V1需調(diào)整至2.

46、73V。接下來(lái)使用差動(dòng)放大器，其輸出Vo為(50K/10K)×(V2－V1)=T/20V。如果現(xiàn)在為攝氏100度，輸出電壓為5V。圖中用到兩個(gè)LM324集成運(yùn)算放大器，前一個(gè)起跟隨作用，防止測(cè)電壓時(shí)分流，第二個(gè)起放大作用，將電壓信號(hào)放大5倍后送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，此電路的最終目的是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大并將輸出電壓與測(cè)量溫度的關(guān)系設(shè)定為V=。這樣輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓不會(huì)超過(guò)滿度電壓，同時(shí)所測(cè)溫度的范圍也滿足要求。本設(shè)計(jì)設(shè)定的測(cè)溫范圍是0。C

47、～70。C，那么輸入ADC的模擬電壓范圍為0V～3.5V。</p><p><b>　　模數(shù)轉(zhuǎn)換器</b></p><p>　　一、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇 </p><p>　　在測(cè)量系統(tǒng)中,常常需要將檢測(cè)到的連續(xù)變化的模擬量如：溫度、壓力、流量、速度、光強(qiáng)等轉(zhuǎn)變成離散的數(shù)字量，才能輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。這些模擬量經(jīng)過(guò)傳感器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)（一般為電壓

48、信號(hào)），經(jīng)過(guò)放大器放大后，就需要經(jīng)過(guò)一定的處理變成數(shù)字量。實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)變的設(shè)備通常成為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），簡(jiǎn)稱A/D。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理是：先對(duì)輸入模擬電壓進(jìn)行固定時(shí)間的積分，然后轉(zhuǎn)為對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓的反相積分，直至積分輸入返回初始值，這兩個(gè)積分時(shí)間的長(zhǎng)短正比于二者的大小，進(jìn)而可以得出對(duì)應(yīng)模擬電壓的數(shù)字量。這種A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)消除共模干擾性能特別優(yōu)異，雖然轉(zhuǎn)換速度較慢，但不影響這種變化速度不高的溫度信號(hào)的檢測(cè)，且精度較高。

49、 ICL7109就是一種價(jià)格低廉的雙積分式12位模/數(shù)變換器。該芯片由模擬電路和數(shù)字電路兩部分組成，其中模擬電路由模擬信號(hào)輸入、振蕩電路、積分、比較電路和基準(zhǔn)電壓源組成。數(shù)字電路由時(shí)鐘振蕩器、異步通信握手邏輯、轉(zhuǎn)換控制邏輯、計(jì)數(shù)器、鎖存器、三態(tài)門組成。其最大的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)輸出為12位二進(jìn)制數(shù)，并配有較強(qiáng)的接口功能，能方便的與各種微處理器相連。</p><p>　　AD轉(zhuǎn)換器ICL7109的特點(diǎn)</p>

50、<p>　?。ㄒ唬㊣CL7109主要有如下特性</p><p>　　高精度(精確到1/212=1/4096)，低漂移(<1μV/。C)；低噪聲(典型值為15μVP-P)，低功耗(<20mw)；高輸入阻抗(典型值1012歐姆)；轉(zhuǎn)換速度最快達(dá)30次/秒，當(dāng)采用3.58MHz晶振作振源時(shí)，速度為7.5次/秒；片內(nèi)帶有振蕩器，外部可接晶振或RC電路以組成不同頻率的時(shí)鐘電路；12位二進(jìn)制輸出，同時(shí)

51、還有一位極性位和一位溢出位輸出； 輸出與TTL兼容，以字節(jié)方式(分高低字節(jié))三態(tài)輸出，并且具有VART掛鉤方式，可以用簡(jiǎn)單的并行或串行口接到微處理系統(tǒng)；可用RVN/（運(yùn)行/保持）STATUS(狀態(tài))信號(hào)監(jiān)視和控制轉(zhuǎn)換定時(shí)；所有輸入端都有抗靜電保護(hù)電路；ICL7109工作電壓為雙電源±5V，基準(zhǔn)電壓典型值為外部分壓輸入的2.8V。</p><p>　　(二) ICL7109芯片引腳說(shuō)明及外部連接<

52、/p><p>　　圖3.4 ICL7109引腳說(shuō)明及外部連接</p><p>　　ICL7109的引腳功能如下：</p><p>　　GND：數(shù)字地,0V。 </p><p>　　V-：負(fù)電源，接-5V。 </p><p>　　V+：正電源，接+5V。</p><p>　　STATUS

53、：狀態(tài)輸出，ICL7109轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，該腳發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。</p><p>　　POL：極性輸出，高電平表示ICL7109的輸入信號(hào)為正。</p><p>　　OR：過(guò)量程狀態(tài)輸出，高電平表示過(guò)量程。</p><p>　　B1~B12：三態(tài)轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出，B12為最高位，B1為最低位。</p><p>　　TEST：此引腳僅用于測(cè)試芯片，接高

54、電平時(shí)為正常操作，接低電平時(shí)則強(qiáng)迫所</p><p>　　有位B1~B12輸出為高電平。</p><p>　　：低字節(jié)使能端。當(dāng)MODE和CE/LOAD均為低電平時(shí)，此信號(hào)將作為低位字節(jié)（B1~B8）輸出的輔助選通信號(hào)；當(dāng)MODE為高電平時(shí)，此信號(hào)將作為低位字節(jié)輸出。</p><p>　　：高字節(jié)使能端。當(dāng)MODE和CE/LOAD均為低電平時(shí)，此信號(hào)將作為低電平時(shí)，

55、此信號(hào)將作為高位字節(jié)（B8~B12）以及POL、OR輸出的輔助的選通信號(hào)；當(dāng)MODE為高電平時(shí)，此信號(hào)將作為高位字節(jié)輸出而用于信號(hào)交換方式。</p><p>　　：片選端。當(dāng)MODE為低電平時(shí)，它是數(shù)據(jù)輸出的主選通信號(hào)，當(dāng)本腳為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)正常輸出；當(dāng)本腳為高電平時(shí)，則所有數(shù)據(jù)輸出端（B1~B12，POL、OR）均處于高阻狀態(tài)。</p><p>　　MODE：方式選擇。當(dāng)輸入低電平信號(hào)時(shí)

56、，轉(zhuǎn)換器為直接輸出工作方式。此時(shí)，可在片選和數(shù)據(jù)使能的控制下直接讀取數(shù)據(jù)。當(dāng)輸入高電平脈沖時(shí)，轉(zhuǎn)換器處于UART方式，并在輸出的兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)后，返回到直接輸出方式。當(dāng)輸入高電平時(shí)，轉(zhuǎn)換器將在信號(hào)交換方式的每一轉(zhuǎn)換周期的結(jié)尾輸出數(shù)據(jù)。</p><p>　　OSC IN、OSC OUT：振蕩器輸入、輸出端。</p><p>　　OSC SEL：振蕩器選擇。輸入高電平時(shí)，采用RC振蕩器；當(dāng)輸入

57、低電平時(shí)采用晶體振蕩器。</p><p>　　BUF OSC OUT：緩沖振蕩器輸出。</p><p>　　RUN/：運(yùn)行/保持輸入。輸入高電平時(shí)，每經(jīng)8192個(gè)時(shí)鐘脈沖均完成一次轉(zhuǎn)換。當(dāng)輸入低電平時(shí)，轉(zhuǎn)換器將立即結(jié)束消除積分階段并跳至自動(dòng)調(diào)零階段，從而縮短了消除積分階段的時(shí)間，提高了轉(zhuǎn)換速度。</p><p>　　SEND：是輸入信號(hào)。用于數(shù)據(jù)信號(hào)傳送時(shí)的信號(hào)交換

58、方式，以指示外部器件能夠接受數(shù)據(jù)的能力。</p><p>　　REF OUT：基準(zhǔn)電壓輸出，一般為+2.8V。 </p><p>　　BUF：緩沖器輸出。</p><p>　　AZ：自動(dòng)調(diào)零電容CAZ連接端。</p><p>　　INT：積分電容CINT連接端。</p><p>　　COMMON：公共模擬端。&

59、lt;/p><p>　　INLO、INHI：差分輸入低端、高端。</p><p>　　REFIN+、REFIN-：正、負(fù)差分基準(zhǔn)輸入端。</p><p>　　REFCAP+：正差分電容連接端。</p><p>　　REFCAP-：負(fù)差分電容連接端。</p><p>　　ICL7109外部電路連接元件參數(shù)選擇：</p&

60、gt;<p>　　基準(zhǔn)電壓的供給：ICL7109片內(nèi)含有參考電壓源，由REFOUT(29端)輸出，一般為2.048V伏，經(jīng)電阻分壓輸出?；鶞?zhǔn)電壓輸入為差分輸入，分別從REFIN+(36端)、REFIN-(39 端)引入。一般來(lái)說(shuō)對(duì)模擬輸入如果滿度輸出4096個(gè)數(shù)，則VIN =2VREF，即2.048V基準(zhǔn)電壓對(duì)應(yīng)于4.096滿度輸入模擬電壓，當(dāng)輸入模擬電壓為5.0V，因此基準(zhǔn)電壓為2.5V，通過(guò)片內(nèi)參考電壓源經(jīng)電位器分壓得

61、到。</p><p>　　時(shí)鐘電路的選擇：ICL7109時(shí)鐘電路選擇晶體振蕩器，為了使電路具有抗50Hz串模干擾能力，A/D轉(zhuǎn)換應(yīng)選擇積分時(shí)間（2048個(gè)時(shí)鐘數(shù)）等于50Hz的整數(shù)倍，系統(tǒng)選擇3.58MHz晶振。本設(shè)計(jì)中，ICL7109接成晶體振蕩器時(shí)，內(nèi)部時(shí)鐘為58分頻后的振蕩器頻率。ICL7109每轉(zhuǎn)換一次所需的時(shí)間為8192個(gè)時(shí)鐘周期，轉(zhuǎn)換時(shí)間的計(jì)算公式為：轉(zhuǎn)換時(shí)間=(8192×58)/晶振頻率。

62、本系統(tǒng)中所用晶振頻率為3.58MHz，則轉(zhuǎn)換時(shí)間為133ms，即一秒轉(zhuǎn)換7.5次。</p><p>　　積分電容CINTZ選擇：積分電壓根據(jù)積分器給出的最大輸出擺幅電壓選擇。此電壓應(yīng)使積分器不飽和(大約低于電源0.3V)。對(duì)于ICL7109±5V電源，0.15uF比較合適。通常CINT=。</p><p>　　自動(dòng)調(diào)零電容CAZ選擇：在模擬輸入信號(hào)較小時(shí)，如0～0.5伏時(shí)，自動(dòng)調(diào)

63、零電容可選比積分電容CINT大一倍，以減小噪聲，CAZ的值越大，噪聲越小，如果CINT選為0.15μF，則CAZ=2CINT=0.33μF。當(dāng)傳感器傳來(lái)的微弱信號(hào)經(jīng)放大器放大后為0～5V，這時(shí)噪聲的影響不是主要的，可把積分電容CINT選大一些，使CINT=2CAZ，選CINT=0.33μF，CAZ=0.15μF，本系統(tǒng)正屬于這種情況。</p><p>　　積分電阻RINT選擇：緩沖放大器和積分器能夠提供20μA的

64、推動(dòng)電流，積分電阻要選的足夠大。以保證在輸入電壓范圍內(nèi)的線性。積分電阻RINT等于滿度電壓時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻值(當(dāng)電流為20μA、輸入電壓=4.096V時(shí)，RINT=200千歐)，此時(shí)基準(zhǔn)電壓V+RI和V-RI之間為2V，由電阻R1、R3和電位器R2分壓取得。 基準(zhǔn)電容CREF一般取值1uF 較好。如果存在一個(gè)大的共模電，要求電容值較大，以防止?jié)L動(dòng)誤差。</p><p>　　三、ICL7109與89C51單片機(jī)

65、的硬件接口設(shè)計(jì)</p><p>　　ICL7109內(nèi)部有一個(gè)14位(12位數(shù)據(jù)和一位極性、一位溢出)的鎖存器和一個(gè)14位的三態(tài)輸出寄存器，同時(shí)可以很方便地與各種微處理器直接連接，而無(wú)需外部加額外的鎖存器。ICL7109有兩種接口方式，一種是直接接口，另一種是掛鉤接口。在直接接口方式中，當(dāng)ICL7109轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，由STATUS發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束指令到單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)分高位字節(jié)和低位字節(jié)進(jìn)行讀數(shù)。</p

66、><p>　　圖3.5 ICL7109與89C51的接口電路</p><p>　　在掛鉤接口方式時(shí)，ICL7109提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換模式，適用于遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用直接接口方式，7109的MODE端接地，使7109工作于直接輸出方式。</p><p>　　ICL7109與AT89C51的連接如圖3.5所示，兩者間關(guān)系如下：</p><

67、p>　　RUN/(運(yùn)行/保持)引腳接+5V，使A/D轉(zhuǎn)換連續(xù)進(jìn)行。</p><p>　　B1～B12輸出高低位數(shù)據(jù)，POL、OR輸出極性和溢出位，這些數(shù)據(jù)分時(shí)送至89C51的P0口。</p><p>　　將STATUS線與89C51的INT0相連，這樣每完成一次轉(zhuǎn)換便向89C51發(fā)一次中斷請(qǐng)求。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行時(shí)，STATUS引腳輸出高

68、電平。當(dāng)一次AD結(jié)束時(shí)，STATUS引腳降為低電平，由P2.6輸出低電平信號(hào)到ICL7109的，讀高位數(shù)據(jù)、極性和溢出位；由P2.5輸出低電平信號(hào)到，讀低位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分時(shí)傳輸。這種方法可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，節(jié)省硬件和軟件。</p><p>　　為7109片選端，低電平時(shí)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)正常輸出，接至89C51的讀選通端。</p><p>　　其中ICL7660是＋5V輸入－5V輸出的電源極性變換器，

69、用來(lái)為ICL7109提供雙極性電壓。</p><p><b>　　濕度檢測(cè)系統(tǒng)</b></p><p>　　一、濕度傳感器的選擇</p><p>　　測(cè)量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣中吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，電容式、電阻式和濕漲式濕敏元件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)

70、行濕度測(cè)量的。</p><p>　　HS1101是一種高分子濕敏電容傳感器, 濕敏電容是一種在高分子薄膜上形成的電容，高分子薄膜上的電極是很薄的金屬微孔蒸發(fā)膜，水分子可通過(guò)兩端的電極被高分子薄膜吸附或釋放，隨著這種水分子的吸附或釋放，高分子的介電系數(shù)將發(fā)生相應(yīng)的變化。由于介電系數(shù)隨空氣的相對(duì)濕度變化而變化。所以只要測(cè)定電容C值就可得相對(duì)濕度。其具有不需校準(zhǔn)的完全互換性、高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，響應(yīng)時(shí)間快速。專利設(shè)計(jì)

71、的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過(guò)程等。</p><p>　　二、HS1101的性能特點(diǎn)</p><p>　　HS1101的主要性能特點(diǎn)如下：相對(duì)濕度在0%～100%RH范圍內(nèi), 相對(duì)濕度為55%RH時(shí)的典型電容值約182pF溫度系數(shù)為0.04pF/。C可見(jiàn)精度是較高的，常溫使用無(wú)需溫度補(bǔ)償，無(wú)需校準(zhǔn)。相對(duì)濕度在(33～75)

72、%RH 之間時(shí)平均靈敏度為0.34pF/%RH ；HS1101有響應(yīng)快(響應(yīng)時(shí)間小于5S)、線性度高、高可靠性及長(zhǎng)期穩(wěn)定性(年漂移量0.5 %RH/年)、常時(shí)間飽和下快速脫濕等優(yōu)點(diǎn)；供電電壓一般選+5V最高不超過(guò)+10V。+5V供電時(shí)間的漏電僅為1nA，工作溫度范圍為- 40。C～100。C；產(chǎn)品具有良好的互換性。在標(biāo)準(zhǔn)條件下（10KHZ、+25。C），更換HS1101時(shí)不需要重新標(biāo)定</p><p>　　濕度值

73、與電容值的關(guān)系如下圖所示：</p><p>　　圖3.6 濕度-電容響應(yīng)曲線</p><p>　　相對(duì)濕度為55 %RH時(shí)的典型電容值約182pF，相對(duì)濕度從0%變化到100%時(shí)，電容量由162pF變到200pF。</p><p>　　濕度傳感器工作范圍如下圖：</p><p>　　圖3.7 HS1101濕敏電容工作的溫濕度范圍</p

74、><p>　　HS1101的工作范圍包含三個(gè)區(qū)域，長(zhǎng)期穩(wěn)定區(qū)，正常工作區(qū)和非正常區(qū)。在長(zhǎng)期工作區(qū)可長(zhǎng)期連續(xù)工作，正常穩(wěn)定區(qū)僅供短期測(cè)量使用。</p><p><b>　　三、濕度測(cè)量電路</b></p><p>　　HS1101電容傳感器在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接

75、受的信號(hào)，常用兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大、再A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；另一種是將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集。本設(shè)計(jì)采用頻率輸出形式，采集電路如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 濕度信號(hào)采集電路</p><p>　　通電后，電源沿著UCC→

76、R4→R2→C→地的途徑給C充電，經(jīng)過(guò)t1時(shí)間后濕敏電容的壓降UC就被充電到TLC555的高觸發(fā)電平(UH=0.67UCC)，使內(nèi)部比較器翻轉(zhuǎn)，OUT端的輸出變成低電平。然后C開(kāi)始放電，放電回路為C→R2→D端→內(nèi)部放電管→地。經(jīng)過(guò)t2時(shí)間，UC降至低觸發(fā)電平（UL=0.33UCC）,內(nèi)部比較器再次翻轉(zhuǎn)，使OUT端輸出高電平。這樣周而復(fù)始的進(jìn)行充、放電，就形成了震蕩。充電，放電時(shí)間分別為：</p><p>　　輸

77、出波形的頻率（f）和占空比（D）的計(jì)算機(jī)公式如下：</p><p>　　通常取R4<<R2,使D50%，輸出接近于方波。例如，取R2=576kΩ、R4=49.9kΩ時(shí)，D=52%。當(dāng)C=C0=181.5pF時(shí)，求出f=6668Hz,這與6660Hz非常接近。輸出方波頻率與相對(duì)濕度的數(shù)據(jù)對(duì)照見(jiàn)表3.1。</p><p>　　濕敏電容經(jīng)振蕩電路變換后的脈沖頻率信號(hào)，送入單片機(jī)的定時(shí)

78、/計(jì)數(shù)器T1，T1工作于方式1為16位計(jì)數(shù)器，同時(shí)用T0定時(shí)1S，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，記錄脈沖數(shù)并存入內(nèi)存緩沖區(qū)。</p><p>　　表3.1 輸出方波頻率與相對(duì)濕度的數(shù)據(jù)對(duì)照表</p><p>　　AT89C51單片機(jī)功能介紹</p><p><b>　　一、芯片簡(jiǎn)介</b></p><p>　　AT89C51是美國(guó)ATM

79、EL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,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)MCS-51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AT89C51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。</p><p>　　AT89C51提供以下

80、標(biāo)準(zhǔn)功能:4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM, 32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電力式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。</p&

81、gt;<p>　　Flash閃速存儲(chǔ)器的編程: AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有4k字節(jié)的Flash PEROM，這個(gè)Flash存儲(chǔ)陣列出廠時(shí)已處于擦除狀態(tài)(即所有存儲(chǔ)單元的內(nèi)容均為FFH )用戶隨時(shí)可對(duì)其進(jìn)行編程。編程接口可接收高電壓（+12V）或低電壓(Vcc)的允許編程信號(hào)。低電壓編程模式適合于用戶在線編程系統(tǒng)，而高電壓編程模式可與通用EPROM編程器兼容。AT89C51單片機(jī)中，有些屬于低電壓編程力式，而有此則是高電壓編

82、程力式，用戶可從芯片上的型號(hào)和讀取芯片內(nèi)的簽名字節(jié)獲得該信息。AT89C51的程序存儲(chǔ)器陣列是采用字節(jié)寫入方式編程的，每次寫入一個(gè)字竹，要對(duì)整個(gè)芯片內(nèi)的PEROM程序存儲(chǔ)器寫入一個(gè)非空字節(jié)，必須使用片擦除的力式將整個(gè)存儲(chǔ)器的內(nèi)容清除。 </p><p>　　編程方法：編程前，須設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號(hào).；在地址線上加上要編程單元的地址信號(hào)；在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)；.激活相應(yīng)的控制信號(hào)；在高電壓編程

83、方式時(shí)；將EA/Vpp端加上+12V編程電壓；每對(duì)Flash存儲(chǔ)陣列寫入一個(gè)字節(jié)或每寫入一個(gè)程序加密位，加上一個(gè)ALE/PROG編程脈沖改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，重復(fù)1-5步驟，自到全部文件編程結(jié)束每個(gè)字節(jié)寫入周期是自身定時(shí)的，通常約為1.5ms </p><p>　　數(shù)據(jù)查詢：AT89C51單片機(jī)用數(shù)據(jù)查詢力式來(lái)檢測(cè)一個(gè)寫周期是否結(jié)束，在一個(gè)寫周期中，如需讀取最后寫入的那個(gè)字節(jié)，則讀出的數(shù)據(jù)的最高位

84、(P0.7)是原來(lái)寫入字節(jié)最高位的反碼。寫周期完成后，有效的數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)在所有輸出端上，此時(shí)，可進(jìn)入下一個(gè)字節(jié)的寫周期，寫周期開(kāi)始后，可以在任意時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。</p><p>　　Ready/Busy:字節(jié)編程的進(jìn)度可通過(guò)RDY/BSY輸出信號(hào)監(jiān)測(cè)，編程期間，ALE變?yōu)楦唠娖健癏"后P3.4 (RDY/BSY)端電平被拉低，表示正在編程狀態(tài)(忙狀態(tài))。編程完成后，P3.4變?yōu)楦唠娖奖硎緶?zhǔn)備就緒狀態(tài)&

85、lt;/p><p>　　芯片擦除:利用控制信號(hào)的正確組合并保持ALE/PROG引腳l0mS的低電平脈沖寬度即可將PEROM陣列(4k字節(jié))擦除，代碼陣列在片擦除操作中將任何非空單元寫入1，這步驟需在編程之前進(jìn)行。</p><p>　　讀片內(nèi)簽名字節(jié)：讀簽名字節(jié)的過(guò)程和單元030H, 031H及032H的正常校驗(yàn)相仿，只需將P3.6和P3.7保持低電平，返回值意義如下:：</p>

86、<p>　　(030H) ＝1EH聲明產(chǎn)品為ATMEE公司制造。</p><p>　　(031H) ＝51H聲明為AT89C51單片機(jī)。</p><p>　　(032H) ＝FFH聲明為12V編程電壓。</p><p>　　(032H) ＝05H聲明為5V編程電壓。 </p><p>　　編程接口：采用控制信號(hào)的正確組合可對(duì)F

87、lash閃速存儲(chǔ)陣列中的每一代碼字節(jié)進(jìn)行寫入和存儲(chǔ)器的整片擦除，寫操作周期是自身定時(shí)的，初始化后它將自動(dòng)定時(shí)到操作完成。</p><p>　　AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128 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)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處

88、理器和Flash存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51提供了高性價(jià)比的解決方案。AT89C51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，2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，AT89C51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(kāi)發(fā)成本。</p><p>　　二

89、、AT89C51各引腳在設(shè)計(jì)中的定義</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)引腳功能定義如下，如圖3.9所示：</p><p>　　圖3.9 AT89C51在本設(shè)計(jì)中的引腳</p><p>　　89C51各管腳說(shuō)明如下：</p><p>　　Vcc：電源引腳，接+5V電源。 </p><p><b>　　Vs

90、s：接地。</b></p><p>　　RST/Vpd：RST是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。Vpd為備用電源輸入端。</p><p>　　XTAL1，XTAL2：時(shí)鐘引腳。兩引腳間外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成一個(gè)振蕩器，為單片機(jī)提供時(shí)鐘控制信號(hào)。本設(shè)計(jì)根據(jù)需要外接6MHZ晶體。</p><p>　?。和獠恐袛?輸入，本設(shè)計(jì)中與ICL7109的STATUS

91、相連接受中斷請(qǐng)求信號(hào)。</p><p>　?。和獠恐袛?輸入，本設(shè)計(jì)中接收來(lái)自8279的中斷請(qǐng)求。</p><p>　　T1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1外部輸入。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中將濕度檢測(cè)電路產(chǎn)生的頻率輸入T1口，用T1計(jì)數(shù)。同時(shí)用T0設(shè)置1S的定時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。</p><p>　?。和獠繑?shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖輸入線。</p&g

92、t;<p>　?。和獠繑?shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖輸入線。設(shè)計(jì)中與8279和7109的片選端相連負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的讀寫。</p><p>　　ALE/：地址鎖存允許信號(hào)輸出端，設(shè)計(jì)中此端接到74LS373地址鎖存器的鎖存允許端實(shí)現(xiàn)鎖存功能。</p><p>　　/Vpp：程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端。當(dāng)為高電平時(shí)，CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器指令，當(dāng)為低電平時(shí)，CPU只執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器的指令。本設(shè)計(jì)不

93、用外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器，固此腳接高電平。</p><p>　　P3口為多功能口，每一位都可以分別被定義為復(fù)用的輸入功能或復(fù)用的輸出功能。當(dāng)P3口某一位的鎖存器被置1后，輸出端可由復(fù)用的輸出功能信號(hào)控制，作復(fù)用的輸出功能的輸出線使用。而實(shí)際上，如果把復(fù)用輸出功能控制端置1，則P3.x端可實(shí)現(xiàn)復(fù)用的輸入功能。</p><p>　　P2口是一個(gè)準(zhǔn)雙向I/O口，它有兩種使用功能：一種是作普通的I/O口使

94、用；另一種是作系統(tǒng)擴(kuò)展的地址總線口，輸出高8位的地址。當(dāng)口電路中的多路開(kāi)關(guān)接通鎖存器的Q端輸出時(shí)，P2口作普通輸入輸出使用，當(dāng)開(kāi)關(guān)接通地址時(shí)，作地址總線口使用，P2口的引腳狀態(tài)由所輸出的地址確定。本系統(tǒng)中用P2.6和P2.5對(duì)ICL7109的高低位數(shù)據(jù)輸出進(jìn)行控制，P2.7接到8279的片選端。</p><p>　　P0口為雙向I/O口，它的結(jié)構(gòu)與P2口相似，可作輸入/輸出口使用，也可作系統(tǒng)擴(kuò)展的地址/數(shù)據(jù)總線口

95、。P0口作地址/數(shù)據(jù)總線口使用時(shí)，由控制線控制將電子開(kāi)關(guān)接通至地址/數(shù)據(jù)端，分時(shí)輸出擴(kuò)展外存的低8位地址。本設(shè)計(jì)中，P0口分時(shí)復(fù)用，一方面接收7109的數(shù)據(jù)，一方面向8279輸入數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　三、電手動(dòng)復(fù)位電路</b></p><p>　　AT89C51單片機(jī)復(fù)位信號(hào)是高電平有效的，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，在

96、設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，通常使復(fù)位引腳保持10ms以上的高電平。圖中RESET按鍵未按下時(shí)，單片機(jī)剛接通電源，就進(jìn)入了上電復(fù)位狀態(tài)，在單片機(jī)開(kāi)始工作了以后，如按下RESET，由兩電阻組成的串聯(lián)分壓電路使RST得到一個(gè)高電平，從而使單片機(jī)重新復(fù)位；松開(kāi)按鍵，復(fù)位信號(hào)消失，單片機(jī)可開(kāi)始正常工作。</p><p>　　圖3.10 手動(dòng)復(fù)位電路</p><p><b>　　振蕩電路</b&

97、gt;</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)需要，AT89C51的振蕩電路由一個(gè)6MHZ 和兩個(gè)20PF的電容組成。這個(gè)電路是一個(gè)典型的單片振蕩電路。</p><p><b>　　圖3.11振蕩電路</b></p><p><b>　　鍵盤及顯示接口擴(kuò)展</b></p><p><b>　　一、

98、芯片的選擇</b></p><p>　　鍵盤及顯示部分?jǐn)U展選擇8279可編程鍵盤/顯示控制芯片，8279是Intel公司生產(chǎn)的通用可編程鍵盤和顯示器接口芯片，單個(gè)芯片就能完成鍵盤輸入和LED顯示控制兩種功能。由于它本身可提供掃描信號(hào)，因而可代替CPU完成鍵盤和顯示器的控制，從而減輕了CPU的負(fù)擔(dān)，提高了運(yùn)算速度，而且接口方便、顯示穩(wěn)定、程序簡(jiǎn)單、可靠性高、使用方便。如果不采用芯片8279作為顯示接口，

99、CPU 忙時(shí)顯示器常會(huì)出現(xiàn)斷顯現(xiàn)象，很難使精測(cè)系統(tǒng)達(dá)到要求,且電路較復(fù)雜。</p><p>　　8279主要特點(diǎn)如下：能與MC-51等系列單片機(jī)兼容；能同時(shí)執(zhí)行鍵盤和顯示器操作；掃描式鍵盤工作方式；有8個(gè)鍵盤FIFO（先入先出）存儲(chǔ)器；帶觸點(diǎn)去抖動(dòng)的二鍵鎖定或N鍵巡回功能；兩個(gè)8位或16位的數(shù)字顯示器；可左/右輸入的16字節(jié)顯示RAM；輸入時(shí)可產(chǎn)生中斷信號(hào)</p><p>　　二、8279

100、的引腳功能介紹</p><p>　　圖3.12 8279管腳圖</p><p>　　D0～D7：數(shù)據(jù)總線、雙向、三態(tài)，與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線相連，在CPU和8279之間傳送命令或數(shù)據(jù)。</p><p>　　CLK：系統(tǒng)時(shí)鐘輸入線，用于8279內(nèi)部定時(shí)，以產(chǎn)生其工作所需的時(shí)序。8279 通過(guò)內(nèi)部定時(shí)器將該信號(hào)變?yōu)閮?nèi)部時(shí)鐘。內(nèi)部時(shí)鐘頻率的高低直接決定顯示器的掃描時(shí)間，通常與

101、編程設(shè)置為100Hz。</p><p>　　RESET：復(fù)位輸入線，高電平有效。該引腳為高電平時(shí)，8279被復(fù)位。</p><p>　?。浩x線，輸入低電平有效。</p><p>　　A0：A0=1時(shí)，CPU寫入8279的字節(jié)是命令字，從8279讀出的字節(jié)是狀態(tài)字。A0=0時(shí)，寫入或讀出的字節(jié)均為數(shù)據(jù)。</p><p>　?。鹤x寫控制引腳，低

102、電平有效。</p><p>　　IRQ：中斷請(qǐng)求線，高電平有效。在鍵盤工作方式中，當(dāng)鍵盤RAM在存有按下鍵的數(shù)據(jù)時(shí)，IRQ為高電平，向CPU提出中斷申請(qǐng)。CPU每次從鍵盤RAM中讀出1B數(shù)據(jù)時(shí)，IRQ就變?yōu)榈碗娖?。如果鍵盤RAM中還有未讀完的數(shù)據(jù)，IRQ將再次變?yōu)楦唠娖?，再次提出中斷?qǐng)求。</p><p>　　SL0～SL7：掃描輸出線。</p><p>　　RL0

103、～RL7：輸入線，它們是鍵盤矩陣的行信號(hào)輸入線。</p><p>　　SHIFT：輸入線，高電平有效，通常用作鍵盤上、下?lián)豕δ艿目刂奇I。</p><p>　　CNTL/STB：輸入線，高電平有效。在鍵盤方式時(shí)，通常用來(lái)作為鍵盤控制功能鍵使用。</p><p>　　OUTA0～OUTA3（A組顯示數(shù)據(jù)）：輸出引腳。</p><p>　　OUTB

104、O～OUTB3（B組顯示數(shù)據(jù)）：輸出引腳。</p><p>　?。合[顯示控制，低電平有效。</p><p>　　三、8279與AT89C51的連接</p><p>　　圖3.5.1為89C51通過(guò)8279與8位顯示器，4×4鍵盤的接口電路。圖中鍵盤的行線接8279的RL0~RL3，8279選用外部譯碼方式，SL0~SL2經(jīng)74LS138譯碼輸出，接鍵盤的

105、列線，來(lái)實(shí)現(xiàn)逐列掃描。輸出線OUTB0~OUTB3，OUTA0~OUTA3作為8位段數(shù)據(jù)輸出口，輸出段碼，并且由7407驅(qū)動(dòng)LED顯示。P0口與8279的數(shù)據(jù)線相連，RD,WR直接相連，P2.7口控制8279的CS，由ALE作為8279的時(shí)鐘CLK，8279的請(qǐng)求中斷線經(jīng)反相器與INT1相連。當(dāng)鍵盤上出現(xiàn)有效的閉合鍵時(shí)，鍵輸入數(shù)據(jù)自動(dòng)的進(jìn)入8279的鍵盤RAM存儲(chǔ)器，并向89C51請(qǐng)求中斷，89C51響應(yīng)中斷讀取鍵盤RAM中的鍵盤數(shù)據(jù)。

106、若要更新顯示器輸出，僅需改變8279中顯示RAM中的內(nèi)容。根據(jù)系統(tǒng)需要,可設(shè)置顯示啟動(dòng)和停止顯示等鍵盤功能鍵。74LS373為三態(tài)輸出的八D鎖存器，74LS373的輸出端Q0～Q7可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時(shí)，Q0～Q7為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時(shí)，Q0～Q7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不</p><p>　　圖3.13 89C5

107、1與8279接口電路</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　程序開(kāi)發(fā)環(huán)境及設(shè)計(jì)原則</p><p>　　基于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)，常用的有匯編語(yǔ)言，C語(yǔ)言等。考慮到要編寫的程序較小，且功能也簡(jiǎn)單，采用C語(yǔ)言來(lái)編寫難度大，匯編語(yǔ)言基本保留了機(jī)器語(yǔ)言的靈活性。使用匯編語(yǔ)言能面向機(jī)器并較好地發(fā)揮機(jī)器的特性，得到質(zhì)量

108、較高的程序。匯編語(yǔ)言像機(jī)器指令一樣，是硬件操作的控制信息。匯編語(yǔ)言用來(lái)編制系統(tǒng)軟件和過(guò)程控制軟件，其目標(biāo)程序占用內(nèi)存空間少，運(yùn)行速度快，有著高級(jí)語(yǔ)言不可替代的用途。因此，采用匯編語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言。</p><p>　　編制軟件最基本的要求是：軟件結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)捷、流程合理；名功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化。這樣便于調(diào)試、鏈接，又便于移植、修改；程序存儲(chǔ)區(qū)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)規(guī)劃合理，既節(jié)省空間，又便于操作。</p>&l

109、t;p>　　本設(shè)計(jì)基于模塊化思想。編寫過(guò)程中，使用了子程序。主程序比較簡(jiǎn)單,可讀性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)清晰，層次明確。</p><p>　　本設(shè)計(jì)程序功能及流程</p><p>　　本系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)了計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)信號(hào)采集、溫濕度值顯示等主要子程序。并列出了溫濕度顯示主程序及個(gè)子程序的流程圖。在程序設(shè)計(jì)中運(yùn)用了模塊化與結(jié)構(gòu)化相結(jié)合的方法，低級(jí)模塊可以被高級(jí)模塊重復(fù)調(diào)用，提高了效率，節(jié)省了內(nèi)存