奶粉烘干過程微機(jī)控制畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在21世紀(jì)的今天，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，溫度及濕度的測(cè)量和控制對(duì)人類日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、氣象預(yù)報(bào)、物資倉儲(chǔ)等都起著極其重要的作用。在許多場(chǎng)合，及時(shí)準(zhǔn)確獲得目標(biāo)的溫度、濕度信息是十分重要的，近年來，溫濕度測(cè)控領(lǐng)域發(fā)展迅速，并且隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，溫濕度的測(cè)控芯片也相應(yīng)的登上歷史的舞臺(tái)，而在食品行業(yè)也在廣泛應(yīng)用者。食品都是有保質(zhì)期的，

2、所以食品溫濕度的保持對(duì)其質(zhì)量的保障顯得尤為重要。</p><p>　　針對(duì)此領(lǐng)域的發(fā)展方向，本文介紹了溫濕度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)是以AT89S51單片機(jī)為控制單元、溫度傳感器AD590、濕度傳感器SH1101為主要檢測(cè)器件，實(shí)現(xiàn)溫度、濕度的測(cè)量、顯示、報(bào)警、保存。</p><p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 溫濕度 A/ D 轉(zhuǎn)換</p><p><b>　　

3、Abstract</b></p><p>　　In the 21st century today,With the development of economy, moisture and humidity measurement and control of human daily life, industrial production, weather forecast, material sto

4、rage and so on all play a very important role. On many occasions, to obtain the target temperature and humidity accurately and timely information is very important, in recent years, the temperature and humidity measureme

5、nt and control field is developing rapidly, and with the development of digital technology, temperatu</p><p>　　For this area of development, this paper, based on the temperature, humidity detection system. A

6、T89S51 SCM is the system for the control unit, temperature and humidity sensor SH1101 as the main detection devices, temperature, humidity measurements, display, alarm and preserve. </p><p>　　Keywords： singl

7、e chip 　temperature and humidity　 A/ D transfer</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 緒 論- 1 -</p><p>　　1.1 選題背景及意義- 1 -</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)過程及工藝要求- 2 -</

8、p><p>　　1.2.1 基本功能- 2 -</p><p>　　1.2.2 主要技術(shù)參數(shù)- 3 -</p><p>　　第2章 方案的比較和論證- 4 -</p><p>　　2.1 溫度傳感器的選擇- 4 -</p><p>　　2.1.1 采用熱電阻溫度傳感器- 4 -</p>&

9、lt;p>　　2.1.2 采用AD590溫度傳感器- 5 -</p><p>　　2.2 濕度傳感器的選擇- 5 -</p><p>　　2.2.1 采用HOS-201濕敏傳感器- 5 -</p><p>　　2.2.2 采用HS1100/HS1101濕度傳感器- 6 -</p><p>　　2.3 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇

10、- 6 -</p><p>　　2.3.1 采用AD7874轉(zhuǎn)換器- 6 -</p><p>　　2.3.2 采用ADC0809轉(zhuǎn)換器- 7 -</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)- 8 -</p><p>　　3.1 信號(hào)采集- 8 -</p><p>　　3.1.1 溫度傳感器- 8 -

11、</p><p>　　3.3.2 濕度傳感器- 11 -</p><p>　　3.2 信號(hào)分析與處理- 14 -</p><p>　　3.2.1 A/D轉(zhuǎn)換- 14 -</p><p>　　3.3 單片機(jī)AT89S51- 16 -</p><p>　　3.3.1 主要特性- 16 -</p&g

12、t;<p>　　3.3.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)- 16 -</p><p>　　3.3.3 外部特性（引腳功能）- 18 -</p><p>　　3.3.4 工作方式- 19 -</p><p>　　3.3.5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的掉電保護(hù)- 20 -</p><p>　　3.3.6 中斷系統(tǒng)- 20 -</p>

13、<p>　　3.4 顯示與報(bào)警的設(shè)計(jì)- 21 -</p><p>　　3.4.1 顯示電路- 21 -</p><p>　　3.4.2 報(bào)警電路- 22 -</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)- 24 -</p><p>　　4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)特點(diǎn)- 24 -</p><p>　

14、　4.2 溫度控制主程序- 24 -</p><p>　　4.3 PID控制規(guī)律- 25 -</p><p>　　4.4 程序框圖- 26 -</p><p>　　總 結(jié)- 30 -</p><p>　　致 謝- 31 -</p><p>　　參考文獻(xiàn)- 32 -</p><p

15、>　　附錄1：奶粉烘干過程微機(jī)控制原理圖- 33 -</p><p>　　附錄2：奶粉烘干過程微機(jī)控制程序清單- 34 -</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 選題背景及意義</p><p>　　2000年后，因?yàn)槲覈?guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，乳制品市場(chǎng)轉(zhuǎn)變成一個(gè)很大的市

16、場(chǎng)，且因巨大消費(fèi)群體，更可劃分為高、中、低三個(gè)消費(fèi)層次。為了調(diào)節(jié)大陸市場(chǎng)供應(yīng)與需求，除了從海外的日本、新西蘭等國(guó)進(jìn)口將近30萬噸乳制品以應(yīng)付高中消費(fèi)層次外，中國(guó)大陸絕大多數(shù)消費(fèi)群體，包括嬰幼兒，還是以我國(guó)自主生產(chǎn)的產(chǎn)品為主。在此因素下，知名三鹿牌順勢(shì)推出以一袋18元人民幣（約3美金），不到進(jìn)口奶粉價(jià)格一半價(jià)格嬰幼兒配方奶粉以應(yīng)付大規(guī)模的奶業(yè)市場(chǎng)，之后并成為大陸重要且知名嬰幼兒奶粉品牌，多年蟬聯(lián)該中國(guó)大陸自制乳品市場(chǎng)的首位。</p&

17、gt;<p>　　2008年9月8日甘肅岷縣14名嬰兒同時(shí)患有腎結(jié)石病癥，引起外界關(guān)注。至2008年9月11日甘肅全省共發(fā)現(xiàn)59例腎結(jié)石患兒，出現(xiàn)了一些“大頭娃娃”，部分患兒已發(fā)展為腎功能不全，同時(shí)已死亡1人，這些嬰兒均食用了三鹿18元左右價(jià)位的奶粉。經(jīng)檢測(cè)，奶粉中摻入了大量的三聚氰胺。奶粉中蛋白質(zhì)的含量尤為重要，而蛋白質(zhì)的基本單位是氨基酸，質(zhì)檢部門主要通過檢測(cè)氨基酸中氮元素的含量來確定蛋白質(zhì)的多少。但是蛋白質(zhì)價(jià)值不菲，而

18、三聚氰胺中的氮元素含量較高，于是一些不法奶粉生產(chǎn)廠家就通過大量添加三聚氰胺來提高蛋白質(zhì)的含量。三聚氰胺是一種化工原料，人如果長(zhǎng)期食用會(huì)導(dǎo)致人體泌尿系統(tǒng)膀胱、腎、產(chǎn)生結(jié)石，并可誘發(fā)膀胱癌。這場(chǎng)非常嚴(yán)重的奶粉污染事件經(jīng)過國(guó)家政策的干預(yù)，終于得以解決。</p><p>　　以上事件證明奶粉污染和奶粉的烘干沒有任何關(guān)系，是生產(chǎn)的環(huán)節(jié)出了問題，但是奶粉的烘干過程同樣重要。</p><p>　　奶粉是

19、將牛奶除去水份后制成的粉末，它適宜保存。奶粉是以新鮮牛奶或羊奶為原料，用冷凍或加熱的方法，除去乳中幾乎全部的水分，干燥后添加適量的維生素、礦物質(zhì)等加工而成的食品。提高奶粉烘干效率，降低烘干費(fèi)用，從而降低成本，以進(jìn)一步擴(kuò)大淀粉的工業(yè)應(yīng)用等要求顯的日益緊迫。奶粉烘干的質(zhì)量，直接影響到后道工序奶粉的正常生產(chǎn)，包括奶粉生產(chǎn)的出率、質(zhì)量和產(chǎn)量。因此，奶粉烘干是奶粉生產(chǎn)工藝中非常重要的工序之一。奶粉烘干的目的是把濕潤(rùn)的奶粉烘干加工來得到干燥的優(yōu)質(zhì)奶

20、粉，以便奶粉的存放。</p><p><b>　　1.原料</b></p><p>　　用于生產(chǎn)奶粉的牛乳必須在一級(jí)品以上，酸度超過20°T會(huì)嚴(yán)重影響奶粉的溶解度，在保藏過程中容易發(fā)生酸敗。奶粉在復(fù)水后應(yīng)還原到鮮乳狀態(tài)，因此，原料乳需標(biāo)準(zhǔn)化到鮮乳國(guó)標(biāo)要求。</p><p><b>　　2.預(yù)熱殺菌</b><

21、/p><p>　　由于奶粉在常溫的保藏期長(zhǎng)，脂肪酶、蛋白酶、過氧化物酶的殘留會(huì)對(duì)產(chǎn)品的風(fēng)味、色澤造成嚴(yán)重影響，必須加以鈍化；此外，產(chǎn)品中不得有致病菌檢出，大腸桿菌和雜菌數(shù)也有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。</p><p><b>　　3.真空濃縮</b></p><p>　　牛乳的87％以上都是水，未經(jīng)濃縮直接干燥的奶粉有許多缺點(diǎn)，通過濃縮可以約能源和設(shè)備，噴霧干燥時(shí)

22、蒸發(fā)1Kg水需耗用2.8～3.2Kg蒸汽，真空濃縮只需1～1.2Kg；未濃縮乳噴干需要的干燥室體積比正常的大三分之一，設(shè)備投資高；便于包裝，直接干燥奶粉因顆粒小、密度低，包裝過程中容易發(fā)生粉塵飛揚(yáng)和粘滯，包裝材料也需多耗10％。</p><p><b>　　4.干燥</b></p><p>　　這是本文研究的重點(diǎn)問題，其工藝將在后文中具體介紹。</p>

23、<p><b>　　5.冷卻</b></p><p>　　干燥后奶粉的溫度通常都在60～72℃，溫度的高低是根據(jù)顆粒大小與在干燥室中滯留位置及工藝條件而定。傳統(tǒng)的冷卻方法是將奶粉放入專用的不銹鋼箱內(nèi)，在室溫下自然冷卻數(shù)小時(shí)之后篩粉，更先進(jìn)的是通過干燥室內(nèi)附帶的冷卻裝置冷卻，或使奶粉在卸粉過程中通過自動(dòng)篩網(wǎng)，并用符合食品衛(wèi)生要求的冷風(fēng)進(jìn)行冷卻，使奶粉溫度降至25～30℃，低于脂肪熔點(diǎn)

24、。</p><p>　　單片機(jī)是本系統(tǒng)的核心，它控制本系統(tǒng)的各種功能，因此選擇性能可靠的單片機(jī)就顯得尤為重要，考慮到滿足功能要求、性價(jià)比、貨源保證、開發(fā)手段等因素,本次設(shè)計(jì)采用軟件技術(shù)成熟、性價(jià)比高的一種低功耗、高性能的8位單片機(jī)AT89S51。</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)過程及工藝要求</p><p>　　1.2.1 基本功能</p>&l

25、t;p><b>　　檢測(cè)溫度、濕度</b></p><p><b>　　顯示溫度、濕度</b></p><p><b>　　控制溫度、濕度</b></p><p><b>　　溫濕度過限報(bào)警</b></p><p>　　1.2.2 主要技術(shù)參數(shù) &

26、lt;/p><p>　　溫度檢測(cè)范圍 ： -30℃-+150℃</p><p>　　測(cè)量精度 ： 0.5℃</p><p>　　濕度檢測(cè)范圍 ： 10%-100%RH</p><p>　　檢測(cè)精度 ： 2%RH</p><p>　　顯示方式 ： 四位數(shù)碼管LED顯示 </p>

27、<p>　　報(bào)警方式 ： 三極管驅(qū)動(dòng)的蜂鳴器報(bào)警</p><p>　　第2章 方案的比較和論證</p><p>　　單片機(jī)AT89S51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲(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)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲(chǔ)器

28、既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATMEL公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位AT89S51。</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)懂得輸入通道，由計(jì)算機(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)來講，對(duì)被控對(duì)象狀態(tài)的測(cè)試和對(duì)控制條件的監(jiān)察也是不可缺少的環(huán)節(jié)。</p><p>　　傳感器是實(shí)

29、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)量和控制都將無法實(shí)現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化測(cè)量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來檢測(cè)和控制生產(chǎn)過程中的各種參量，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。</p><p>　　2.1 溫度傳感器的選擇</p><p>　　2.1.1 采用熱電阻溫度傳感器&l

30、t;/p><p>　　熱電阻（thermal resistor）是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測(cè)量的。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。金屬熱電阻常用的感溫材料種

31、類較多，最常用的是鉑絲。工業(yè)測(cè)量用金屬熱電阻材料除鉑絲外，還有銅、鎳、鐵、鐵—鎳等。</p><p>　　鉑的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強(qiáng)，易提純，復(fù)制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測(cè)中高精密測(cè)溫和溫度標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)是價(jià)格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場(chǎng)影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。按IEC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫范圍-200～650℃，百度電阻比W（100）=1.3850時(shí)，R0為100Ω和10Ω，其允許的測(cè)

32、量誤差A(yù)級(jí)為±（0.15℃+0.002 |t|），B級(jí)為±（0.3℃+0.005 |t|）。</p><p>　　銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價(jià)格低，也易于提純和加工；但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。在工業(yè)中用于-50～180℃測(cè)溫。</p><p>　　2.1.2 采用AD590溫度傳感器</p><p>　　AD590適用于150

33、°C以下,目前采用傳統(tǒng)電氣溫度傳感器的任何溫度檢測(cè)應(yīng)用，它的測(cè)溫范圍在-55℃～+150℃之間，而且精度高。M檔在測(cè)溫范圍內(nèi)非線形誤差為±0.3℃。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)損壞。使用可靠。它只需直流電源就能工作，而且，無需進(jìn)行線性校正，所以使用也非常方便，借口也很簡(jiǎn)單。作為電流輸出型傳感器的一個(gè)特點(diǎn)是，和電壓輸出型相比，它有很強(qiáng)的抗外界干擾能力。</p>&l

34、t;p>　　綜合比較上述兩種方案，發(fā)現(xiàn)AD590更為適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)于溫度傳感器的選擇。</p><p>　　2.2 濕度傳感器的選擇</p><p>　　和測(cè)量重量、溫度一樣，選擇濕度傳感器首先要確定測(cè)量范圍。除了氣象、科研部門外，搞溫、濕度測(cè)控的一般不需要全濕程(0-100%RH)測(cè)量。在當(dāng)今的信息時(shí)代，傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)緊密結(jié)合著。測(cè)量的目的在于控制，測(cè)量

35、范圍與控制范圍合稱使用范圍。多數(shù)情況下，如果沒有精確的控溫手段，或者被測(cè)空間是非密封的，±5%RH的精度就足夠了。對(duì)于要求精確控制恒溫、恒濕的局部空間，或者需要隨時(shí)跟蹤記錄濕度變化的場(chǎng)合，再選用±3%RH以上精度的濕度傳感器。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心濕度室的文章認(rèn)為：“相對(duì)濕度測(cè)量?jī)x表，即使在20—25℃下，要達(dá)到2%RH的準(zhǔn)確度仍是很困難的?！?lt;/p><p>　　測(cè)量空氣濕度的方式很多，其原理

36、是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(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)行濕度測(cè)量的。</p><p>　　2.2.1 采用HOS-201濕敏傳感器</p><p>　　HOS-201濕敏傳感器為高濕度開關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流1V以下，頻率為50HZ

37、～1KHZ，測(cè)量濕度范圍為0～100%RH，工作溫度范圍為0～50℃，阻抗在75%RH（25℃）時(shí)為1MΩ。這種傳感器原是用于開關(guān)的傳感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測(cè)濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性，可有效利用其線性特性。</p><p>　　2.2.2 采用HS1100/HS1101濕度傳感器</p><p>　　HS

38、1100/HS1101電容傳感器，基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件，這些相對(duì)濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)?？梢詰?yīng)用于辦公自動(dòng)化，車廂內(nèi)空氣質(zhì)量控制，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等。在需要濕度補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合它也可以得到很大的應(yīng)用。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。不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸

39、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)裝配過程等。相對(duì)濕度在1%---100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于±2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于5S；溫度系數(shù)為0.04 pF/℃?？梢娋仁禽^高的。</p><p>　　HS1101濕度傳感器特點(diǎn)：</p><p>　　1.全互換性 在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需要進(jìn)行校正；</p><p&g

40、t;　　2.長(zhǎng)時(shí)間飽和下能夠快速降低濕度；</p><p>　　3.可以自動(dòng)化焊接，包括波峰焊或水浸的焊接；</p><p>　　4.具有高可靠性與長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性；</p><p>　　5.專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)；</p><p>　　6.可用于線性電壓或頻率輸出回爐；</p><p>　　7.反應(yīng)時(shí)間比較迅速；</

41、p><p>　　綜合比較方案一與方案二，方案一雖然滿足精度及測(cè)量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。而且還不具備在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中對(duì)溫度10～150℃的要求，因此，我們選擇方案二來作為本設(shè)計(jì)的濕度傳感器。</p><p>　　2.3 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇</p><p>　　2.3.1 采用AD7874轉(zhuǎn)換器</p>

42、;<p>　　A/D轉(zhuǎn)換器能夠很好的滿足交流采樣的技術(shù)，具有10V的輸入范圍，4個(gè)模擬信號(hào)輸入通道，4通道可以同時(shí)進(jìn)行采樣，每通道內(nèi)置跟蹤保持器，從而消除由于各通道不同而產(chǎn)生的舍入誤差。小于2n的孔隙延遲，允許多片聯(lián)合，以擴(kuò)展模擬通道的數(shù)目，但是會(huì)造成相位誤差。</p><p>　　2.3.2 采用ADC0809轉(zhuǎn)換器</p><p>　　ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司

43、生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。但是由于本設(shè)計(jì)中只用到了一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)濕度傳感器，所以用A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809即可，而且價(jià)格也低于AD7874轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　綜上所述，選擇ADC0809轉(zhuǎn)換器更為合適。</p><p>　　第3章

44、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產(chǎn)生模擬信號(hào)，和A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的性能，我設(shè)計(jì)了以AT89S51基本系統(tǒng)為核心的一套檢測(cè)系統(tǒng)，其中包括A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、復(fù)位電路、溫度檢測(cè)、濕度檢測(cè)、顯示、報(bào)警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)總體框圖如圖3—1所示。</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)總體框圖</p>&

45、lt;p>　　本設(shè)計(jì)由信號(hào)采集、信號(hào)分析和信號(hào)處理三個(gè)部分組成的。</p><p>　　信號(hào)采集：由AD590溫度傳感器和HS1101濕度傳感器組成； </p><p>　　信號(hào)分析：由A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809、單片機(jī)AT89S51基本系統(tǒng)組成；</p><p>　　信號(hào)處理：由串行口LED數(shù)碼管顯示器和報(bào)警系統(tǒng)等組成。</p><p&g

46、t;<b>　　3.1 信號(hào)采集</b></p><p>　　3.1.1 溫度傳感器</p><p>　　AD590是美國(guó)ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對(duì)溫度成比例。</p><p><b>　　1.主要特性</b></p><p>　　在4 V至30

47、V電源電壓范圍內(nèi)，該器件可充當(dāng)一個(gè)高阻抗、恒流調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)系數(shù)為1 µA/K。片內(nèi)薄膜電阻經(jīng)過激光調(diào)整，可用于校準(zhǔn)器件，使該器件在298.2K (25°C)時(shí)輸出298.2 µA電流。AD590是電流型溫度傳感器，通過對(duì)電流的測(cè)量可得到所需要的溫度值。根據(jù)特性分擋，AD590的后綴以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密溫度測(cè)量電路，其電路外形如圖3-2所示，它采用金屬殼3腳封裝，其

48、中1腳為電源正端V＋；2腳為電流輸出端I0；3腳為管殼，一般不用。</p><p>　　圖3-2 集成溫度傳感器的電路</p><p>　　流過器件的電流（μA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即：</p><p>　　I T/T=1μA /K式中：IT—— 流過器件（AD590）的電流，單位μA。</p><p>　　T——熱

49、力學(xué)溫度，單位K。</p><p>　　AD590的測(cè)溫范圍-55℃- +150℃。</p><p>　　AD590的電源電壓范圍為4V-30V。電源電壓可在4V-6V范圍變化，電流IT變化1μA，相當(dāng)于溫度變化1K。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)損壞。</p><p>　　輸出電阻為710MΩ。</p><

50、p>　　精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線形誤差±0.3℃。</p><p>　　2.AD590的工作原理</p><p>　　在被測(cè)溫度一定時(shí)，AD590相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和5～30V的直流電源相連，并在輸出端串接一個(gè)1kΩ的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測(cè)溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì)有1mV／

51、K的電壓信號(hào)。</p><p>　　對(duì)于AD590，n＝8，這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度T成正比，將此電流引至負(fù)載電阻RL上便可得到與T成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出信號(hào)不受電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響。圖3-3中的電阻R是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻已用激光修正了其電阻值，因而在基準(zhǔn)溫度下可得到1μA／K的I值。</p><p><b>　　3.基本應(yīng)用電路&

52、lt;/b></p><p>　　圖3-3是AD590用于測(cè)量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因?yàn)榱鬟^AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻R1和電位器R2的電阻之和為1kΩ時(shí)，輸出電壓V0隨溫度的變化為1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有偏差，因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R2，使V0=273.2+25=298.2（mV）。但這樣調(diào)整只保證在0℃或

53、25℃附近有較高的精度。</p><p>　　圖3-3 AD590應(yīng)用電路</p><p>　　如圖3—4為AD590的溫度與電流對(duì)應(yīng)關(guān)系表。</p><p>　　表3-4 AD590溫度與電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系表</p><p>　　4.AD590主要特性</p><p>　　1、流過器件的電流(μA) 等于器件所處環(huán)境

54、的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)：</p><p>　　Ir/T=1 (1)</p><p>　　式中，Ir—流過器件(AD590) 的電流，單位為μA；T—熱力學(xué)溫度，單位為K；</p><p>　　2、AD590的測(cè)溫范圍為- 55℃~+150℃；</p><p>　　3、 AD590的電源電壓范圍為4～30 V，可以承受44 V正向電壓和20

55、 V反向電壓，因而器件即使反接也不會(huì)被損壞；</p><p>　　4、 輸出電阻為710 mΩ；</p><p>　　5、精度高，AD590在- 55℃~+-150℃范圍內(nèi)，非線性誤差僅為±0.3℃。</p><p>　　5.攝氏溫度測(cè)量電路</p><p>　　如圖3-3所示，電位器R2用于調(diào)整零點(diǎn)，R4用于調(diào)整運(yùn)放LF355的增

56、益。調(diào)整方法如下：在0℃時(shí)調(diào)整R2，使輸出V0=0，然后在100℃時(shí)調(diào)整R4使V0=100mV。如此反復(fù)調(diào)整多次，直至0℃時(shí)，V0=0mV，100℃時(shí)V0=100mV為止。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。例如，若室溫為25℃，那么V0應(yīng)為25mV。冰水混合物是0℃環(huán)境，沸水為100℃環(huán)境。</p><p>　　3.3.2 濕度傳感器</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)

57、從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(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)行濕度測(cè)量的。下面 介紹HS1101濕度傳感器及其應(yīng)用。</p><p><b>　　1.特點(diǎn)</b></p><p>　　不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)

58、間，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，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)裝配過程等。</p><p>　　圖3-5a為濕敏電容工作的溫、濕度范圍。圖3-5b為濕度-電容響應(yīng)曲線。</p><p>　　圖3-5a 濕敏電容工作的溫、濕度范圍 </p><p>　　圖3-

59、5b 濕度-電容響應(yīng)曲線</p><p>　　相對(duì)濕度在1%---100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于±2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于5S；溫度系數(shù)為0.04 pF/℃。可見精度是較高的。</p><p><b>　　2.特征參數(shù)</b></p><p>　　最大反應(yīng)參數(shù)：工作溫度 Ta -40~

60、100 ℃</p><p>　　儲(chǔ)存溫度 Tstg -40~125 ℃</p><p>　　供電電壓 Vs 10 Vac</p><p>　　濕度范圍 RH 0~100 %RH</p><p>　　焊接時(shí)間 @T=260℃ t 10 S</p><p>　　濕度

61、測(cè)量范圍 RH 1 99 5</p><p>　　供電電壓 Vs 5 10 V</p><p>　　標(biāo)稱電容 @55%RH C 177 180 183 pF</p><p>　　溫度效應(yīng) Tcc 0.04 pF/℃</p><p>　　平均靈敏度 (33%~75%RH) △C/%RH

62、0.34 pF/%RH</p><p>　　漏電流 Ix 1 nA</p><p>　　恢復(fù)時(shí)間 @150小時(shí)結(jié)露 tr 10 s</p><p>　　遲滯 +/-1.5 %</p><p>　　長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性 0.5 %RH/yr</p><p>　　反應(yīng)時(shí)間

63、 ta 5 S</p><p>　　曲線精度 （10%~90%） +/-2 %RH</p><p><b>　　3.濕度測(cè)量電路</b></p><p>　　HS1100/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)易于接受的信號(hào)，常

64、有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)方與租蓉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)為與之成反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集[19]。</p><p>　　頻率輸出的555測(cè)量振蕩電路如圖3-6所示。集成定時(shí)器555芯片外接電阻R4、R2與濕敏電容C，構(gòu)成了對(duì)C的充電回路。7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路

65、又構(gòu)成了對(duì)C的放電回路，并將引腳2、6端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。另外，R3 是防止輸出短路的保護(hù)電阻，R1 用于平衡溫度系數(shù)。</p><p>　　圖3-6 頻率輸出的555振蕩電路</p><p>　　該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源Vs通過R4、R2 向C充電，經(jīng)t充電時(shí)間后，Uc達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約0.67Vs，此時(shí)輸

66、出引腳3端由高電平突降為低電平，然后通過R2放電，經(jīng)t放電時(shí)間后，Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，約0.33us。</p><p>　　此時(shí)輸出，此時(shí)輸出引腳3端又由低電平突降為高電平，如此翻來覆去，形成方波輸出。其中，充放電時(shí)間為</p><p>　　t充電=C（R4+R2）Ln2</p><p>　　t放電=CR2 Ln2</p><p>

67、　　因而，輸出的方波頻率為</p><p>　　f=1/(t放電+t充電)=1/[ C（R4+R2）Ln2]</p><p>　　可見，空氣濕度通過555測(cè)量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號(hào)，表3-2給出了其中的一組典型測(cè)試值。</p><p>　　表3-7 空氣濕度與電壓頻率的典型值</p><p>　　3.2 信號(hào)分析與處理</

68、p><p>　　3.2.1 A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。所以本次設(shè)計(jì)選擇ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p><b>　　1.主要特性</b&

69、gt;</p><p>　　(1)8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。</p><p>　　(2)具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。</p><p>　　(3)轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(時(shí)鐘為640KHz時(shí))，130μs（時(shí)鐘為500KHz時(shí)）。</p><p>　　(4)單個(gè)+5V電源供電。</p><p>　　(5)模擬

70、輸入電壓范圍0～+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。</p><p>　　(6)工作溫度范圍為-40～+85攝氏度。</p><p>　　(7)低功耗，約15mW。</p><p><b>　　2.芯片引腳圖</b></p><p>　　表3-8 ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器芯片引腳圖</p><p>

71、　　3.引腳功能及外部特性</p><p>　　(1)IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。</p><p>　　(2)2-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端。</p><p>　　(3)ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。</p><p>　　(4)ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入端，高電平有效。</p&g

72、t;<p>　　(5)START： A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。</p><p>　　(6)EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出端，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。</p><p>　　(7)OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入端，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，

73、此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。</p><p>　　(8)CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHz。</p><p>　　(9)REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　(10)Vcc：電源，單一+5V。</p><p>　　(11)GND：地。</p><p>&

74、lt;b>　　4.工作方式</b></p><p>　　轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。</p><p><b>　　(1)定時(shí)傳送方式</b></p><p>　　對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換器來說

75、，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128μs，相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期。可據(jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。</p><p><b>　　(2)查詢方式</b></p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換芯片有表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如A

76、DC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測(cè)試EOC的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。</p><p><b>　　(3)中斷方式</b></p><p>　　把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。</p><p>　　不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

77、首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)，OE信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。</p><p>　　3.3 單片機(jī)AT89S51</p><p>　　AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制

78、造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，AT89S51在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　3.3.1 主要特性</p><p>　　與AT89S51單片機(jī)產(chǎn)品兼容，采用0.35新工藝，降低成本</p><p><b>　　具有帶電源關(guān)閉標(biāo)識(shí)</b&g

79、t;</p><p>　　4K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器</p><p>　　燒寫壽命更長(zhǎng) 1000次擦寫周期</p><p>　　全靜態(tài)工作：0Hz—33MHz</p><p>　　32個(gè)可編程I/O口線</p><p>　　2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　

80、　6個(gè)中斷源</b></p><p>　　全雙工UART串行通道</p><p>　　低功耗空閑和掉電模式</p><p><b>　　掉電后中斷可喚醒</b></p><p>　　內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器</p><p>　　雙數(shù)據(jù)指示器及全新加密算法，程序的保密性大大加強(qiáng)，保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)

81、</p><p>　　靈活的ISP編程（字或字節(jié)模式）</p><p>　　4.0---5.5V電壓工作范圍</p><p>　　3.3.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　它可以劃分為CPU、存儲(chǔ)器、并行口、串行口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和中斷邏輯幾個(gè)部分。</p><p>　　CPU由運(yùn)算器和控制邏輯構(gòu)成。其中包括若干特殊功

82、能寄存器（SFR）</p><p>　　AT89S51時(shí)鐘有兩種方式產(chǎn)生，即內(nèi)部方式和外部方式。</p><p>　　AT89S51在物理上有四個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)/片外程序存儲(chǔ)大路、片內(nèi)/片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。片內(nèi)有256B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和4KB的程序存儲(chǔ)器ROM。除此之外，還可以在片外擴(kuò)展RAM和ROM，并且和有64KB的尋址范圍。</p><p>　　AT89S51內(nèi)

83、部有一個(gè)可編程的、全雙工的串行接口。它串行收發(fā)存儲(chǔ)在特殊功能寄存器SFR的串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF中的數(shù)據(jù)。</p><p>　　AT89S51共有4個(gè)（P0、P1、P2、P3口）8位并行I/O端口，共32個(gè)引腳。P0口雙向I/O口，用于分時(shí)傳送低8位地址和8位數(shù)據(jù)信號(hào)；P1、P2、P3口均為準(zhǔn)雙向I/O口；其中P2口還用于傳送高8位地址信號(hào)；P3口每一引腳還具有特殊功能，用于特殊信號(hào)的輸入輸出和控制信號(hào)。<

84、/p><p>　　AT89S51內(nèi)部有兩個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1。最大計(jì)數(shù)值為216-1。工作方式和定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的選擇由指令來確定。如圖3—9、3—10所示。</p><p>　　圖3-9 AT89S51時(shí)鐘電路</p><p>　　表3-10 P3口引腳的特殊功能</p><p>　　中斷系統(tǒng)允許接受5個(gè)獨(dú)立的中斷源，即兩個(gè)

85、外部中斷，兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷以及一個(gè)串行口中斷。</p><p>　　3.3.3 外部特性（引腳功能）</p><p>　　AT89S51芯片有40條引腳，雙列直插式封裝引腳圖如3-11所示：</p><p>　　Vcc(40)：電源+5V</p><p>　　Vss(20): 接地</p><p>　　XTAL

86、1（19）和XTAL2（18）：使用內(nèi)部振蕩電路時(shí)，用來接石英晶體和電容；使用外部時(shí)鐘時(shí)，用來輸入時(shí)鐘脈沖。</p><p>　　P0口（39—32）：雙向I/O口，既可作地址/數(shù)據(jù)總線口用，也可作普通I/O口用。</p><p>　　P1口（1—8）：準(zhǔn)雙向通用I/O口。</p><p>　　P2口（21—28）：準(zhǔn)雙向口，既可作地址總線口輸出地址高8位，也可作普

87、通I/O口用。</p><p>　　P3口（10—17）：多用途口，既可作普通I/O口，也可按每位定義的第二功能操作。</p><p>　　ALE/~PROG（30）：地址鎖存信號(hào)輸出端。在訪問片外豐儲(chǔ)器時(shí)，若ALE為有效高電平，則P0口輸出地址低8位，可以用ALE信號(hào)作外部地址鎖存信號(hào)。公式fALE=1/6fOSC ,也可作系統(tǒng)中其它芯片的時(shí)鐘源。第二功能~PROG是對(duì)EPROM編程時(shí)的

88、編程脈沖輸入端。</p><p>　　RST/VPD（9）：復(fù)位信號(hào)輸入端。AT89S51接能電源后，在時(shí)鐘電路作用下，該腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，使內(nèi)部復(fù)位。第二功能是VPD，即備用電源輸入端。當(dāng)主電源Vcc發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時(shí)，VPD將為RAM提供備用電源，發(fā)保證存儲(chǔ)在RAM中的信號(hào)不丟失。</p><p>　　~EA/Vpp(31):內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器選擇線。~E

89、A=0時(shí)訪問外部ROM 0000H—FFFFH；~EA=1時(shí)，地址0000H—0FFFH空間訪問內(nèi)部ROM，地址1000H—FFFFH空間訪問外部ROM。</p><p>　　~PSEN（29）：片外程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。</p><p>　　圖3-11 AT89S51芯片引腳圖</p><p>　　3.3.4 工作方式</p><

90、p>　　它的工作方式可以分做復(fù)位，掉電和低功耗方式等。</p><p><b>　　1.復(fù)位方式</b></p><p>　　當(dāng)MCS-5l系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。 根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)

91、位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。圖中電容C1和電阻R1對(duì)電源十5V來說構(gòu)成微分電路。上電后，保持RST一段高電平時(shí)間，由于單片機(jī)內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中電阻R1，也能達(dá)到上電復(fù)位的操作功能。上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵K后松開，也能使RST為一段時(shí)

92、間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。如圖3—12。 </p><p>　　圖3-12 單片機(jī)的復(fù)位電路</p><p>　　2.掉電和低功耗方式</p><p>　　人們往往在程序運(yùn)行中系統(tǒng)發(fā)生掉電的故障，使RAM和寄存器中的數(shù)據(jù)內(nèi)容丟失，使人們丟失珍貴的數(shù)據(jù)而束手無策，AT89S51有掉電保護(hù)，是先把有用的數(shù)據(jù)保存，再用備用電源進(jìn)行供電。</

93、p><p>　　3.3.5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的掉電保護(hù)</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的RAM數(shù)據(jù)是非常容易丟失的，特別是一些珍貴的科研數(shù)據(jù)，一旦丟失后果不堪設(shè)想，因此掉電保護(hù)是必須要做的，一旦電源發(fā)生掉電現(xiàn)象，在掉電的瞬間系統(tǒng)能自動(dòng)保護(hù)RAM中的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)電源恢復(fù)正常供電后能恢復(fù)到掉電前的工作狀態(tài)。</p><p>　　3.3.6 中斷系統(tǒng)</p&

94、gt;<p>　　1中斷：程序執(zhí)行過程中，允許外部或內(nèi)部事件通過硬件打斷程序的執(zhí)行，使其轉(zhuǎn)向?yàn)樘幚韮?nèi)部事件的中斷服務(wù)程序中去；完成中斷服務(wù)的程序后，CPU繼續(xù)原來被打斷的程序，這樣的過程稱為中斷過程。</p><p>　　2中斷源：能產(chǎn)生中斷的外部和內(nèi)部事件。</p><p>　　AT89S51有5個(gè)中斷源：</p><p>　　1. INT0：外部中

95、斷0請(qǐng)求，低電平有效。通過P3.2引腳輸入。</p><p>　　2.INT1：外部中斷1請(qǐng)求，低電平有效。通過P3.3引腳輸入。</p><p>　　3.T0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0溢出中斷請(qǐng)求。</p><p>　　4.TI：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1溢出中斷請(qǐng)求。</p><p>　　5.TXD/RXD：串行口中斷請(qǐng)求。當(dāng)串行口完成一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收

96、時(shí)，便請(qǐng)求中斷。</p><p>　　每一個(gè)中斷源都對(duì)應(yīng)一個(gè)中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，它們?cè)O(shè)置在特殊功能寄存器TCON和SCON中。當(dāng)這些中斷源請(qǐng)求中斷時(shí)，相應(yīng)的標(biāo)志分別有TCON和SCON中的相應(yīng)位來鎖存。</p><p>　　3.4 顯示與報(bào)警的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 顯示電路</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般都是

97、把按鍵和顯示器放在一起考慮。本設(shè)計(jì)是利用AT89S51的串行口實(shí)現(xiàn)按鍵/顯示器接口。</p><p>　　當(dāng)AT89S51的串行口未作它用時(shí)，使用AT89S51的串行口來外擴(kuò)鍵盤/顯示器。應(yīng)用AT89S51的串行口方式0的輸出方式，其硬件接口電路如圖3-13所示。</p><p>　　圖3-13 按鍵及顯示與單片機(jī)的硬件接口</p><p>　　3.4.2 報(bào)警

98、電路</p><p>　　蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對(duì)于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設(shè)有緊急狀態(tài)報(bào)警系統(tǒng)，以便提

99、醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)或記過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標(biāo)度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進(jìn)行報(bào)警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行顯示和控制。</p><p>　　蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路一般都包含以下幾個(gè)部分：一個(gè)三極管、一個(gè)蜂鳴器、一個(gè)續(xù)流二極管和一個(gè)電源濾波電容。</p><p><b>　　1．蜂鳴器&

100、lt;/b></p><p>　　發(fā)聲元件，在其兩端施加直流電壓（有源蜂鳴器）或者方波（無源蜂鳴器）就可以發(fā)聲，其主要參數(shù)是外形尺寸、發(fā)聲方向、工作電壓、工作頻率、工作電流、驅(qū)動(dòng)方式（直流/方波）等。這些都可以根據(jù)需要來選擇。</p><p><b>　　2．續(xù)流二極管</b></p><p>　　蜂鳴器本質(zhì)上是一個(gè)感性元件，其電流不能瞬

101、變，因此必須有一個(gè)續(xù)流二極管提供續(xù)流。否則，在蜂鳴器兩端會(huì)產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅(qū)動(dòng)三極管，并干擾整個(gè)電路系統(tǒng)的其它部分。</p><p><b>　　3．濾波電容</b></p><p>　　濾波電容C1的作用是濾波，濾除蜂鳴器電流對(duì)其它部分的影響，也可改善電源的交流阻抗，如果可能，最好是再并聯(lián)一個(gè)220uF的電解電容。</p><p&g

102、t;<b>　　4．三極管</b></p><p>　　三極管Q1起開關(guān)作用，其基極的高電平使三極管飽和導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲；而基極低電平則使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲[1]。</p><p>　　峰鳴器報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過AT89S51的1根口線經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可以使用TTL系列集成電路74

103、06或7407低電平驅(qū)動(dòng)，也可以用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動(dòng)，而本設(shè)計(jì)采用三極管來增加蜂鳴器的電流。在圖中，P3.4接晶體管基極輸入端。當(dāng)P3.4輸出高電平“1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當(dāng)P3.4輸出低電平“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。報(bào)警電路如圖3-15所示：</p><p>　　圖3-15 三極管驅(qū)動(dòng)的峰鳴音報(bào)警電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)是為在溫濕

104、度測(cè)量中對(duì)溫濕度的上下限超出是的提示報(bào)警，接口位于單片機(jī)AT89C51的P3.4口，但溫濕度過限時(shí)，P3.4口被置0，本系統(tǒng)開始工作。</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)特點(diǎn)</b></p><p>　　應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)的，應(yīng)可靠的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)得各項(xiàng)功能。應(yīng)用系統(tǒng)種類繁多，

105、應(yīng)用系統(tǒng)軟件各不相同，但是一個(gè)優(yōu)秀的應(yīng)用軟件都應(yīng)具有下列特點(diǎn)：</p><p>　　軟件結(jié)構(gòu)清晰，簡(jiǎn)潔，流程合理。</p><p>　　各功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化，子程序化，便于調(diào)試，鏈接，又便于移植，修改。</p><p>　　程序存儲(chǔ)區(qū)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)規(guī)劃合理，既能節(jié)約內(nèi)存容量，又使操作方便。</p><p>　　運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)標(biāo)志化管理，各功能程序

106、運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行結(jié)果以及運(yùn)行，要求設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志以便查詢，程序的轉(zhuǎn)移運(yùn)行，控制都可以通過狀態(tài)標(biāo)志條件來控制。</p><p>　　經(jīng)過調(diào)試修改后的程序應(yīng)進(jìn)行規(guī)范，除去修改的痕跡，規(guī)范化的程序便于交流、借鑒，也為今后的軟件模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化打下基礎(chǔ)。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)全面軟件干擾設(shè)計(jì)，軟件干擾是計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)提高可靠性的有力措施。</p><p>　　4.2 溫度控

107、制主程序 </p><p>　　溫度控制主程序的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下問題：</p><p>　　鍵盤掃描、鍵碼識(shí)別和溫度顯示；</p><p>　　溫濕度采樣，數(shù)字濾波；</p><p><b>　　越限報(bào)警和處理；</b></p><p><b>　　溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換。</b><

108、;/p><p>　　通常，符合上述功能的溫度控制程序由主程序和T0中斷服務(wù)程序兩部分組成。</p><p>　　這里所需要注意的是標(biāo)度變換，下面簡(jiǎn)單的介紹一下標(biāo)度變換：</p><p><b>　　標(biāo)度變換：</b></p><p>　　目的是要把實(shí)際采樣的二進(jìn)制值轉(zhuǎn)換成BCD形式的溫度值，然后存放到顯示緩沖區(qū)34H-3BH

109、。對(duì)一般線性儀表來說，標(biāo)度變換公式為：</p><p>　　式中：A0為一次測(cè)量?jī)x表的下限；Am為一次測(cè)量?jī)x表的上限；AX為實(shí)際測(cè)量值；</p><p>　　N0為儀表下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；Nm為儀表上限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；NX為測(cè)量所得數(shù)字量。</p><p>　　4.3 PID控制規(guī)律 </p><p>　　PID調(diào)節(jié)器是一種線形調(diào)節(jié)器，其框

110、圖如下圖所示。</p><p>　　圖4-1 PID調(diào)節(jié)器框圖</p><p><b>　　程序框圖</b></p><p>　　圖4-2 T0中斷流程圖</p><p>　　圖4-3 主程序流程圖</p><p>　　圖4-4 溫度采樣主程序流程圖</p><p>

111、;　　圖4-5 報(bào)警子程序流程圖</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　本系統(tǒng)充分發(fā)揮了單片機(jī)的功能, 以結(jié)構(gòu)緊湊的硬件和豐富的軟件實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)檢測(cè)、計(jì)算、顯示、報(bào)警以及控制等多種功能。具有測(cè)溫速度快、精度高、溫度給定值設(shè)置方便, 并可根據(jù)實(shí)際測(cè)溫的需要靈活地改變控制方式等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，裝置的硬件電路和軟件具有一定的通用性

112、, 為產(chǎn)品的系列化生產(chǎn)創(chuàng)造了有利的條件, 是一種較實(shí)用的工業(yè)控制裝置。本系統(tǒng)也適合于孵化室、溫室和發(fā)酵過程等的溫度監(jiān)控, 具有較好的應(yīng)用前景。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)以AT89S51為核心，溫度信號(hào)通過溫度傳感器AD590轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，濕度信號(hào)通過濕度傳感器HS1101轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，采用A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換。同時(shí)以按鍵和LED數(shù)碼管組成了顯示電路，以三極管和蜂鳴器組成了報(bào)警電路，實(shí)現(xiàn)了溫

113、濕度上下限的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)溫度或者濕度超過一定合理范圍時(shí)，蜂鳴器就會(huì)報(bào)警，從而控制了奶粉烘干的過程。</p><p>　　奶粉中包含多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，包括DHA、葉酸、多種蛋白質(zhì)、糖類、維生素以及多種對(duì)人體有益的微量元素，所以備受廣大消費(fèi)者的青睞。由此可見，奶粉的烘干過程直接影響奶粉中多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的貯存和保持，而本文——奶粉烘干過程微機(jī)控制則為奶粉的烘干提供了很好平臺(tái)。</p><p><

114、b>　　致 謝</b></p><p>　　本文是在**老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。在本文的選題、方案的比較與論證、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)以及撰寫的整個(gè)過程中，**老師非常認(rèn)真負(fù)責(zé)的為幫我解決了畢業(yè)設(shè)計(jì)中所出現(xiàn)的問題，我自始至終都得到了**老師的精心指導(dǎo)和親切教誨。老師敏銳的洞察力、淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、高度的責(zé)任心以及嚴(yán)于律己、誠懇待人的學(xué)者風(fēng)范給我留下了深刻的印象，這些