畢業(yè)設(shè)計(jì)---基于單片機(jī)的倉庫溫濕度檢測系統(tǒng)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　目 錄2</b></p><p>　　第一章 引 言4</p><p>　　1.1 選題背景及意義4</p><p>　　1.2 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展概況5</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)過

2、程及工藝要求6</p><p>　　第二章 方案的比較和論證6</p><p>　　2.1 溫度傳感器的選擇6</p><p>　　2.2 濕度傳感器的選擇7</p><p>　　2.3 信號(hào)采集通道的選擇8</p><p>　　第三章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)10</p><p>　　3

3、.1 信號(hào)采集10</p><p>　　3.1.1 溫度傳感器10</p><p>　　3.1.2 濕度傳感器15</p><p>　　3.1.3 多路開關(guān)19</p><p>　　3.2 信號(hào)分析與處理20</p><p>　　3.2.1 A/D轉(zhuǎn)換20</p><p>　　3.

4、2. 2單片機(jī)803125</p><p>　　3. 2. 2. 2 8031的引腳圖26</p><p>　　3. 2. 3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的掉電保護(hù)30</p><p>　　3. 2. 4系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)30</p><p>　　3. 3 顯示與報(bào)警的設(shè)計(jì)31</p><p>　　3. 3. 1 顯示電路31&

5、lt;/p><p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)32</p><p>　　4.1 主程序流程圖33</p><p>　　4.2 中斷程序34</p><p>　　4.3 溫度采樣子程序流程圖35</p><p>　　4.5 報(bào)警子程序流程圖：36</p><p><b>　　結(jié) 論3

6、6</b></p><p><b>　　致 謝36</b></p><p>　　基于單片機(jī)的倉庫溫濕度檢測系統(tǒng)</p><p>　　摘要： 本文是針對我國中型倉庫的檢測現(xiàn)狀，進(jìn)行研究開發(fā)，采用較為實(shí)用和先進(jìn)的單片機(jī)控制技術(shù)，運(yùn)用溫度傳感器和濕度傳感器對溫濕度的敏感性設(shè)計(jì)的一種基于多路信號(hào)輸入的倉庫溫濕度檢測系統(tǒng)。防潮、防霉、防腐

7、、防爆是倉庫日常工作的重要內(nèi)容，是衡量倉庫管理質(zhì)量的重要指標(biāo)。它直接影響到儲(chǔ)備物資的使用壽命和工作可靠性。為保證日常工作的順利進(jìn)行，首要問題是加強(qiáng)倉庫內(nèi)溫度與濕度的監(jiān)測工作。但傳統(tǒng)的方法是用與濕度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測量計(jì)和濕度試紙等測試器材，通過人工進(jìn)行檢測，對不符合溫度和濕度要求的庫房進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。這種人工測試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機(jī)性大。而本文就是針對這種現(xiàn)狀的缺陷而研究的一種系統(tǒng)，設(shè)

8、計(jì)一種造價(jià)低廉、使用方便且測量準(zhǔn)確的溫濕度測量儀，是本設(shè)計(jì)的一個(gè)突出點(diǎn)。在研究了多種濕度傳感器性能的基礎(chǔ)上選用了合適的濕度傳感器，這是本設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)，而采用多路分時(shí)的模擬量輸入通道是本設(shè)計(jì)的另一個(gè)重點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：溫度檢測，濕度檢測，AD590，8031單片機(jī)。 </p><p>　　Abstract: this article is aiming at t

9、he current detection, medium warehouse carries out research and development, using more practical and advanced MCU control technology, using the temperature sensor of temperature and humidity sensor sensitivity design ba

10、sed on a multi -channel signal input warehouse temperature detection system. Moistureproof, mouldproof, anticorrosion, explosion-proof is the important content of the warehouse daily work, is an important index of wareho

11、use management quality.</p><p>　　Keywords: temperature and humidity test, test, the single chip microcomputer 8031 AD590 to.</p><p><b>　　第一章 引 言</b></p><p>　　1.1 選題背景及

12、意義</p><p>　　科學(xué)合理的實(shí)用倉庫是當(dāng)今我國及全世界物資儲(chǔ)存的一項(xiàng)重要任務(wù)，若使用、管理不當(dāng)，使重要物資受潮，或需低溫儲(chǔ)藏的物資受高溫環(huán)境影響，將會(huì)造成無法估計(jì)的損失。最典型的一個(gè)例子就是糧食儲(chǔ)備基地的倉庫實(shí)用。眾所周知，糧食的儲(chǔ)存需要合適的濕度和溫度，若管理不當(dāng)，糧食受潮發(fā)霉或生蟲，將會(huì)造成大量的糧食浪費(fèi)。糧食管理中最重要的就是溫度和濕度的變化控制，沒有合理科學(xué)的檢測系統(tǒng)，就無法談科學(xué)的控制系統(tǒng)。糧庫

13、一般由幾十個(gè)甚至上百個(gè)由水泥或鋼板構(gòu)成的圓型倉組成，倉高20一30m?，F(xiàn)在，我國在糧倉建設(shè)上</p><p>　　己實(shí)現(xiàn)規(guī)范化，但是監(jiān)測手段一直未能實(shí)現(xiàn)同步現(xiàn)代化。我國許多儲(chǔ)備糧庫每年都因測控設(shè)備的不完善而導(dǎo)致部分糧食霉變，許多大型儲(chǔ)備糧庫的測控設(shè)備仍需高價(jià)進(jìn)口，因此國家準(zhǔn)備在未來的幾年內(nèi)對全國所有的糧庫進(jìn)行翻新和改造工作，要求規(guī)范糧庫管理，實(shí)現(xiàn)糧庫管理現(xiàn)代化。</p><p>　　影響儲(chǔ)

14、糧安全的最主要因素是糧堆內(nèi)的大氣條件(相對濕度和溫度的日變化和季</p><p>　　節(jié)變化)，這就要求能有一種有效的、低成本的儀表來實(shí)現(xiàn)監(jiān)測控制功能，使得管理</p><p>　　人員能夠方便有效地進(jìn)行監(jiān)控操作。</p><p>　　如果建立計(jì)算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)，用單片機(jī)作為前沿機(jī)對現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后通過</p><p>　　單片機(jī)串行口與上

15、位機(jī)(一般為PC機(jī))聯(lián)網(wǎng)通訊構(gòu)成集散數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遙測功能，</p><p>　　就會(huì)產(chǎn)生較好的效果。</p><p>　　通過計(jì)算機(jī)檢測并控制糧食儲(chǔ)備庫中糧食的基本溫度和濕度情況。利用微機(jī)技術(shù)對糧倉進(jìn)行檢控，用戶可以方便地夠造自己所需要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在任何時(shí)候把糧</p><p>　　倉現(xiàn)場的信息實(shí)時(shí)地傳到控制室，管理人員不進(jìn)入現(xiàn)場就可以按照所需的溫度和濕度

16、</p><p>　　要求對糧倉內(nèi)的溫濕度情況進(jìn)行控制，提高了生產(chǎn)效率，增強(qiáng)了糧倉內(nèi)存儲(chǔ)安全，獲</p><p>　　得了糧倉的實(shí)時(shí)管理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，智能化。微機(jī)測量是微機(jī)設(shè)計(jì)的第一步，是微機(jī)</p><p>　　測量技術(shù)的現(xiàn)場部分，即測量糧倉中的溫度和濕度，并使用單片機(jī)對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行</p><p>　　處理并對糧倉內(nèi)的溫濕度進(jìn)行控制。&

17、lt;/p><p>　　1.2 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展概況</p><p>　　溫濕度測控系統(tǒng)主要應(yīng)用于控制環(huán)境空間的溫度和相對濕度，從系統(tǒng)控制的角度</p><p>　　來看，屬于純滯后控制，技術(shù)已經(jīng)非常成熟。從提高可靠性、靈活性和降低成本的要</p><p>　　求來看，國內(nèi)外的溫濕度測控系統(tǒng)仍然不斷地在改進(jìn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)普遍采用網(wǎng)絡(luò)連</

18、p><p>　　接的現(xiàn)場總線技術(shù)(FCS)有些需要的場合，則連接到INTERNET上，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)</p><p>　　程診斷。另一方面，構(gòu)成系統(tǒng)整體的測控技術(shù)和管理，無論是硬件和軟件，國內(nèi)外已</p><p>　　普遍采用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)模塊集成，并且早已實(shí)現(xiàn)組態(tài)。</p><p>　　傳統(tǒng)的機(jī)械式溫度檢測儀表己經(jīng)有上百年的歷史了，一般均具有指示

19、溫度的功能，</p><p>　　由于測溫原理不同，不同的儀表在報(bào)警、記錄、控制信息遠(yuǎn)傳等方面有較大的差別。</p><p>　　今年來由于微電子的進(jìn)步以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用的日益廣泛，智能化測量儀表己經(jīng)取得巨人</p><p>　　的進(jìn)步，以單片機(jī)為主體的溫度控制器取代了傳統(tǒng)的儀器儀表。常規(guī)電子線路，可以</p><p>　　容易地將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測

20、量技術(shù)結(jié)合起來。智能儀表在測量過程自動(dòng)化，測量結(jié)果的</p><p>　　數(shù)據(jù)處理以及功能的多樣化方面都取得了巨大的進(jìn)展。目前，在研制高精度，高性能，</p><p>　　多功能的測量儀表時(shí)，幾乎沒有不考慮使用單片機(jī)使之成為智能儀表的。</p><p>　　對于濕度測量，初期限于滿足氣象工作的需要，出現(xiàn)了諸如毛發(fā)溫度計(jì)，干濕球</p><p>

21、;　　溫度計(jì)等測量儀表，隨著高空探測技術(shù)的發(fā)展以及生產(chǎn)和科研對溫度測量要求的提</p><p>　　高，特別是微型電子計(jì)算機(jī)在各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，濕度的測量也逐漸實(shí)</p><p>　　現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化。</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)過程及工藝要求</p><p><b>　　一、基本功能</b><

22、/p><p><b>　　~ 檢測溫度、濕度</b></p><p><b>　　~ 顯示溫度、濕度</b></p><p><b>　　~ 過限報(bào)警</b></p><p><b>　　主要技術(shù)參數(shù) </b></p><p>　　~

23、 溫度檢測范圍 ： -30℃-+50℃</p><p>　　~ 測量精度 ： 0.5℃</p><p>　　~ 濕度檢測范圍 ： 10%-100%RH</p><p>　　~ 檢測精度 ： 1%RH</p><p>　　~ 顯示方式 ： 溫度：四位顯示 濕度：四位顯示</p><

24、;p>　　~ 報(bào)警方式 ： 三極管驅(qū)動(dòng)的蜂鳴音報(bào)警</p><p>　　第二章 方案的比較和論證</p><p>　　當(dāng)將單片機(jī)用作測控系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)總要有被測信號(hào)懂得輸入通道，由計(jì)算機(jī)拾取必要</p><p>　　輸入信息。對于測量系統(tǒng)而言，如何準(zhǔn)確獲得被測信號(hào)是其核心任務(wù)；而對測控系統(tǒng)</p><p>　　來講，對被控對

25、象狀態(tài)的測試和對控制條件的監(jiān)察也是不可缺少的環(huán)節(jié)。傳感器是實(shí)</p><p>　　現(xiàn)測量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有傳感器對原始被測信號(hào)</p><p>　　進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測量和控制都將無法實(shí)現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過程的</p><p>　　自動(dòng)化測量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來檢測和控制生產(chǎn)過程中的各種參量，</p>

26、<p>　　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>　　方案一：采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性</p><p>　　成的測溫元件。現(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點(diǎn)為精度高、測量</p><p>　　

27、范圍大、便于遠(yuǎn)距離測量。</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，</p><p>　　電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測中高精密測溫和溫度標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)是價(jià)格貴，</p><p>　　溫度系數(shù)小，受到磁場影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。按IEC標(biāo)準(zhǔn)測溫范圍-200</p><p>　　～650

28、℃，百度電阻比W（100）=1.3850時(shí)，R0為100Ω和10Ω，其允許的測量誤差</p><p>　　A級為±（0.15℃+0.002 |t|），B級為±（0.3℃+0.005 |t|）。銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大</p><p>　　，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)</p><p>　　中用于-5

29、0～180℃測溫。</p><p>　　方案二：采用AD590，它的測溫范圍在-55℃～+150℃之間，而且精度高。M檔在</p><p>　　測溫范圍內(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</p><p>　　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，</p>&

30、lt;p>　　所以使用也非常方便，借口也很簡單。作為電流輸出型傳感器的一個(gè)特點(diǎn)是，和電壓輸</p><p>　　出型相比，它有很強(qiáng)的抗外界干擾能力。AD590的測量信號(hào)可遠(yuǎn)傳百余米。綜合比較方</p><p>　　案一與方案二，方案二更為適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對于溫度傳感器的選擇。</p><p>　　2.2 濕度傳感器的選擇</p><p&g

31、t;　　測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引</p><p>　　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、</p><p>　　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</p><p>　　之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測量的。</p><p>　

32、　方案一：采用HOS-201濕敏傳感器。HOS-201濕敏傳感器為高濕度開關(guān)傳感器，</p><p>　　它的工作電壓為交流1V以下，頻率為50HZ～1KHZ，測量濕度范圍為0～100%RH，工作溫</p><p>　　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</p><p>　　感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測濕度，因此，主

33、要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電</p><p>　　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，可有效地利用其線性</p><p><b>　　特性。</b></p><p>　　方案二：采用HS1100/HS1101濕度傳感器。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路</p><p>　　構(gòu)成中等

34、效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。不需校準(zhǔn)的完</p><p>　　全互換性，高可靠性和長期穩(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</p><p>　　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</p><p>　　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。相對濕度在1

35、%---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</p><p>　　5S；溫度系數(shù)為0.04 pF/℃?？梢娋仁禽^高的。</p><p>　　綜合比較方案一與方案二，方案一雖然滿足精度及測量濕度范圍的要求，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)中對溫度-30～50℃的要求，因此

36、，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 信號(hào)采集通道的選擇</p><p>　　在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，溫度輸入信號(hào)為8路的模擬信號(hào)，這就需要多通道結(jié)構(gòu)。</p><p>　　方案一、采用多路并行模擬量輸入通道。</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點(diǎn)為：</p><p>　　可以根據(jù)各輸

37、入量測量的餓要求選擇不同性能檔次的器件?？傮w成本可以作得較低。</p><p>　　硬件復(fù)雜，故障率高。</p><p>　　方案二、采用多路分時(shí)的模擬量輸入通道。</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點(diǎn)為：</p><p>　　對ADC、S/H要求高。</p><p><b>　　處理速度慢。<

38、/b></p><p><b>　　硬件簡單，成本低。</b></p><p><b>　　軟件比較復(fù)雜。</b></p><p>　　綜合比較方案一與方案二，方案二更為適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對于模擬量輸入的要求，比較其框圖，方案二更具備硬件簡單的突出優(yōu)點(diǎn)，所以選擇方案二作為信號(hào)的輸入通道。</p><

39、p>　　上圖多路并行模擬量輸入通道</p><p>　　上圖多路分時(shí)的模擬量輸入通道第三章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)對數(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8031基本系統(tǒng)為核心的一套檢測系統(tǒng)，其中包括A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、復(fù)位電路、溫度檢測、濕度檢測、鍵盤及顯示、報(bào)警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計(jì)。&

40、lt;/p><p><b>　　系統(tǒng)總體框圖</b></p><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>　?。ㄒ唬?信號(hào)采集 由AD590、HS1100及多路開關(guān)CD4051組成； </p><p>　　（二） 信號(hào)分析 由A/D轉(zhuǎn)換器MC14433、單片機(jī)8031基本系統(tǒng)組成；&

41、lt;/p><p>　?。ㄈ?信號(hào)處理 由串行口LED顯示器和報(bào)警系統(tǒng)等組成。</p><p><b>　　3.1 信號(hào)采集</b></p><p>　　3.1.1 溫度傳感器</p><p>　　集成溫度傳感器AD590 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源。</p><p><b&

42、gt;　　主要特性</b></p><p>　　AD590是電流型溫度傳感器，通過對電流的測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。集成溫度傳感器的電路符號(hào)如圖3-2所示。</p>

43、<p>　　1、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</p><p>　　式中：IT—— 流過器件（AD590）的電流，單位μA。T——熱力學(xué)溫度，單位K。</p><p>　　2、 AD590的測溫范圍-55℃- +150℃。</p><p>　　3、

44、 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>　　4、輸出電阻為710MΩ。</p><p>　　5、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℃。&l

45、t;/p><p>　　AD590的工作原理</p><p>　　在被測溫度一定時(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溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì)有1mV／K的電壓信號(hào)。其基本電路如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3AD590內(nèi)部核心電路</p><

46、p>　　圖3是利用ΔUBE特性的集成PN結(jié)傳感器的感溫部分核心電路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流I1和I2相等；T3、T4是感溫用的晶體管，兩個(gè)管的材質(zhì)和工藝完全相同，但T3實(shí)質(zhì)上是由n個(gè)晶體管并聯(lián)而成，因而其結(jié)面積是T4的n倍。T3和T4的發(fā)射結(jié)電壓UBE3和UBE4經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻R上，所以R上端電壓為ΔUBE。因此，電流I1為：  

47、   I1＝ΔUBE／R＝（KT／q）（lnn）／R</p><p>　　對于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>

48、<p>　　圖4所示是AD590的內(nèi)部電路，圖中的T1～T4相當(dāng)于圖3-3中的T1、T2，而T9，T11相當(dāng)于圖3-3中的T3、T4。R5、R6是薄膜工藝制成的低溫度系數(shù)電阻，供出廠前調(diào)整之用。T7、T8，T10為對稱的Wilson電路，用來提高阻抗。T5、T12和T10為啟動(dòng)電路，其中T5為恒定偏置二極管。　　T6可用來防止電源反接時(shí)損壞電路，同時(shí)也可使左右兩支路對稱。R1，R2為發(fā)射極反饋電阻，可用于進(jìn)一步提高阻抗。T1

49、～T4是為熱效應(yīng)而設(shè)計(jì)的連接防式。而C1和R4則可用來防止寄生振蕩。該電路的設(shè)計(jì)使得T9，T10，T11三者的發(fā)射極電流相等，并同為整個(gè)電路總電流I的1／3。T9和T11的發(fā)射結(jié)面積比為8：1，T10和T11的發(fā)射結(jié)面積相等?！　9和T11的發(fā)射結(jié)電壓互相反極性串聯(lián)后加在電阻R5和R6上，因此可以寫出：    ΔUBE＝（R6－

50、2 R5）I／3　　R6上只有T9的發(fā)射極電流，而R5上除了來自T10的發(fā)射極電流外，還有來自T11的發(fā)射極電流，所以R5上的壓降是R5的2／3?！　「鶕?jù)上式不難看出，</p><p><b>　　二 基本應(yīng)用電路</b></p><p>　　圖3-5是AD590用于測量熱力學(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

51、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25℃附近有較高的精度。</p><p>　　圖3-5 AD590應(yīng)用電路</p><p>　　三 攝氏溫度測量電路</p>

52、<p>　　如圖3-5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>　　四 多路檢測信號(hào)的實(shí)

53、現(xiàn)</p><p>　　本設(shè)計(jì)系統(tǒng)為八路的溫度信號(hào)采集，而MC14433僅為一路輸入，故采用CD4051組成多路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路，其硬件接口如圖3-6所示</p><p>　　圖3-6 為八路模擬量信號(hào)采集電路硬件接口</p><p>　　3.1.2 濕度傳感器</p><p>　　測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

54、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)行濕度測量的。下面 介紹HS1100/HS1101濕度傳感器及其應(yīng)用。</p><p><b>　　一、特點(diǎn)</b></p><p>　　不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速

55、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3-7a為濕敏電容工作的溫、濕度范圍。圖3-7b為濕度-電容響應(yīng)曲線。</p><p>　　圖3-7a、濕敏電容工作的溫、濕度范圍</p><p>　　圖3-

56、7b、濕度-電容響應(yīng)曲線。</p><p>　　相對濕度在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><b>　　二 濕度測量電路</b></p><p>　　HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中

57、等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測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</p><p>　　頻率輸出的555測量振蕩電路如圖3-7所示。集成

58、定時(shí)器555芯片外接電阻R4、R2與濕敏電容C，構(gòu)成了對C的充電回路。7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對地短路又構(gòu)成了對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3-7、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V

59、s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0.33Vs</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

60、><p>　　t放電=CR2 Ln2</p><p>　　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測量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號(hào)，表3-1給出了其中的一組典型測試值。</p><p>　　三 多路檢測信號(hào)的實(shí)

61、現(xiàn)</p><p>　　本設(shè)計(jì)系統(tǒng)為八路的濕度信號(hào)采集，故采用CD4051組成多路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路，其硬件接口如圖3-8所示</p><p>　　圖3-8八路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路硬件接口</p><p>　　3.1.3 多路開關(guān)</p><p>　　多路開關(guān)，有稱“多路模擬轉(zhuǎn)換器”。多路開關(guān)通常有n個(gè)模擬量輸入通道和一個(gè)公共的模擬

62、輸入端，并通過地址線上不同的地址信號(hào)把n個(gè)通道中任一通道輸入的模擬信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)有n線到一線的接通功能。反之，當(dāng)模擬信號(hào)有公共輸出端輸入時(shí) ，作為信號(hào)分離器，實(shí)現(xiàn)了1線到n線的分離功能。因此，多路開關(guān)通常是一種具有雙向能力的器件。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，由于采用了溫濕度雙量控制，所以在信號(hào)采集中將有兩個(gè)模擬量被提取，這時(shí)選用多路開關(guān)就是很必要的。</p><p>　　我選用的是C

63、D4051多路開關(guān)，它是一種單片、COMS、8通道開關(guān)。該芯片由DTL/TTL-COMS電平轉(zhuǎn)換器，帶有禁止端的8選1譯碼器輸入，分別加上控制的8個(gè)COMS模擬開關(guān)TG組成。CD4051的內(nèi)部原理框圖如圖3-9所示。</p><p><b>　　圖中功能如下：</b></p><p>　　通道線IN/OUT（4、2、5、1、12、15、14、13）：該組引腳作為輸入時(shí)

64、，可實(shí)現(xiàn)8選1功能，作為輸出時(shí)，可實(shí)現(xiàn)1分8功能。</p><p>　　XCOM（3）：該引腳作為輸出時(shí)，則為公共輸出端；作為輸入時(shí)，則為輸入端。</p><p>　　A、B、C（11、10、9）：地址引腳</p><p>　　INH（6）：禁止輸入引腳。若INH為高電平，則為禁止各通道和輸出端OUT/IN接至；若INH為低電平，則允許各通道按表3-2關(guān)系和輸出段O

65、UT/IN接通。VDD（16）和VSS（8）：VDD為正電源輸入端，極限值為17V；VSS為負(fù)電源輸入端，極限值為-17V。</p><p>　　VGG（7）；電平轉(zhuǎn)換器電源，通常接+5V或-5V。</p><p>　　CD4051作為8選1功能時(shí)，若A、B、C均為邏輯“0”（INH=0），則地址碼00013經(jīng)譯碼后使輸出端OUT/IN和通道0接通。其它情況下，輸出端OUT/IN輸出端OU

66、T/IN和各通道的接通關(guān)系如下</p><p>　　3.2 信號(hào)分析與處理</p><p>　　3.2.1 A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　一．A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)</p><p>　　為了把溫度、濕度檢測電路測出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送CPU處理，本系統(tǒng)選用了雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433，它精度高，分辨率達(dá)1/1999。由于MC14433

67、只有一路輸入，而本系統(tǒng)檢測的多路溫度與濕度信號(hào)輸入，故選用多路選擇電子開關(guān)，可輸入多路模擬量。</p><p>　　MC14433 A/D 轉(zhuǎn)換器</p><p>　　由于雙積分方法二次積分時(shí)間比較長，所以A/D轉(zhuǎn)換速度慢，但精度可以做得比較高；對周期信號(hào)變化的干擾信號(hào)積分為零，抗干擾性能也比較好。</p><p>　　目前，國內(nèi)外雙積分A/D轉(zhuǎn)換器集成電路芯片很多

68、，大部分是用于數(shù)字測量儀器上。常用的有3.5位雙積分A/D裝換器MC14433和4.5位雙積分A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135</p><p>　　二．MC14433A/D轉(zhuǎn)換器件簡介</p><p>　　MC14433是三位半雙積分型的A/D轉(zhuǎn)換器，具有精度高，抗干擾性能好的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速率低，約1—10次/秒。在不要求高速轉(zhuǎn)換的場合，例如，在低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被廣泛采用。MC1443

69、3A/D轉(zhuǎn)換器與國內(nèi)產(chǎn)品5G14433完全相同，可以互換。</p><p>　　MC14433A/D轉(zhuǎn)換器的被轉(zhuǎn)換電壓量程為199.9mV或1.999V。轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)以BCD碼的形式分四次送出（最高位輸出內(nèi)容特殊，詳見表3-3）。</p><p>　　圖3-10 MC14433A/D轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部邏輯框圖</p><p>　　圖3-11 MC14433引腳圖<

70、/p><p>　　MC14433 的框圖（圖3-10）和引腳（圖3-11）功能說明</p><p><b>　　各引腳的功能如下：</b></p><p><b>　　電源及共地端</b></p><p>　　VDD： 主工作電源+5V。</p><p>　　VEE:

71、 模擬部分的負(fù)電源端，接-5V。</p><p>　　VAG： 模擬地端。</p><p>　　VSS： 數(shù)字地端。</p><p>　　VR： 基準(zhǔn)電壓。</p><p><b>　　外界電阻及電容端</b></p><p>　　RI： 積分電阻輸入端，VX=2V時(shí)，R1

72、=470?；VX=200Mv時(shí)，R1=27K?。</p><p>　　C1： 積分電容輸入端。C1 一般為0.1µF。 </p><p>　　C01、C02： 外界補(bǔ)償電容端，電容取值約0.1µF。 </p><p>　　R1/C1： R1 與C1的公共端。</p><p>　　CLKI、CLKO ：

73、外界振蕩器時(shí)鐘調(diào)節(jié)電阻Rc，Rc一般取 470 K?左右。</p><p>　　轉(zhuǎn)換啟動(dòng)/結(jié)束信號(hào)端</p><p>　　EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端，正脈沖有效。</p><p>　　DU： 啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換，若DU與EOC相連，每當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，自動(dòng)啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　過量程信號(hào)輸出端</b>

74、</p><p>　　/OR ：當(dāng)|Vx|?VR，過量程/OR 輸出低電平。位選通控制線</p><p>　　DS4----DS1： 選擇個(gè)、十、百、千位，正脈沖有效。</p><p>　　DS1 對應(yīng)千位，DS4 對應(yīng)個(gè)位。每個(gè)選通脈沖寬度為18個(gè)時(shí)鐘周期，兩個(gè)相應(yīng)脈沖之間間隔為2個(gè)時(shí)鐘周期。</p><p>　　圖3-12 MC144

75、33選通脈沖時(shí)序圖</p><p><b>　　BCD碼輸出線</b></p><p>　　Q0---Q3： BCD碼輸出線。其中Q0為最低位，Q3 為最高位。當(dāng)DS2、DS3和DS4選通期間，輸出三位完整的BCD碼數(shù)，但在DS1選通期間，輸出端Q0-------Q3 除了表示個(gè)位的0或1外，還表示了轉(zhuǎn)化值的正負(fù)極性和欠量程還是過量程其含意見表3-3</p>

76、;<p>　　表3-3、DS1選通時(shí)Q3～Q0表示的結(jié)果</p><p>　　由表可知Q3 表示1/2位，Q3=“0”對應(yīng)1，反之對應(yīng)0。</p><p>　　Q2 表示極性，Q2=“1”為正極性，反之為負(fù)極性。</p><p>　　Q0=“1”表示超量程：當(dāng)Q3=“0”時(shí)，表示過量程；當(dāng)Q3=“1”時(shí)，表示欠量程；</p><p&

77、gt;　　MC14433與8031單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)</p><p>　　由于MC14433的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是動(dòng)態(tài)分時(shí)輸出的BCD碼，Q0～Q3HE DS1～DS4都不是總線式的。因此，MCS-51單片機(jī)只能通過并行I/O接口或擴(kuò)展I/O接口與其相連。對于8031單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)來說，MC14433可以直接和其P1口或擴(kuò)展I/O口8155/8255相連。下面是MC14433與8031單片機(jī)P1口直接相連的硬件接口

78、，接口電路如圖3-13所示</p><p>　　圖3-13 MC14433與8031單片機(jī)P1口直接相連的硬件接口</p><p>　　3. 2. 2單片機(jī)8031</p><p>　　為了設(shè)計(jì)此系統(tǒng)，我們采用了8031單片機(jī)作為控制芯片，在前向通道中是一個(gè)非電信號(hào)的電量采集過程。它由傳感器采集非電信號(hào)，從傳感器出來經(jīng)過功率放大過程，使信號(hào)放大，再經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)

79、換成為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相應(yīng)端口。</p><p>　　由于8031中無片內(nèi)ROM，且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也不能滿足要求，，經(jīng)擴(kuò)展2762和6264來達(dá)到存儲(chǔ)器的要求，其結(jié)果通過顯示器來進(jìn)行顯示輸出。</p><p>　　3. 2. 2. 1 8031的片內(nèi)結(jié)構(gòu)</p><p>　　8031是有8個(gè)部件組成，即CPU，時(shí)鐘電路，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并行口（P0

80、～P3）串行口，定時(shí)計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)，它們均由單一總線連接并被集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，即組成了單片微型計(jì)算機(jī)，8031就是MCS-51系列單片機(jī)中的一種</p><p><b>　　CPU中央處理器：</b></p><p>　　中央處理器是8031的核心，它的功能是產(chǎn)生控制信號(hào)，把數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器或輸入口送到CPU或CPU數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器或送到輸出端口。還可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行邏

81、輯和算術(shù)的運(yùn)算。 </p><p>　　時(shí)鐘電路：8031內(nèi)部有一個(gè)頻率最大為12MHZ的時(shí)鐘電路，它為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘序列，需要外接石英晶體做振蕩器和微調(diào)電容。</p><p>　　內(nèi)存：內(nèi)部存儲(chǔ)器可分做程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，但在8031中無片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 。</p><p>　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器：8031有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成定時(shí)

82、的方式和計(jì)數(shù)的方式，但只能用其中的一個(gè)功能，以定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。</p><p>　　并行I/O口：MCS-51有四個(gè)8位的并行I/O口，P0，P1，P2，P3，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸出。</p><p>　　串行口：它有一個(gè)全雙工的串行口，它可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)間或單片機(jī)同其它外設(shè)之間的通信，該并行口功能較強(qiáng)，可以做為全雙工異步通訊的收發(fā)器也可以作為同步移位器用。</p>

83、<p>　　中斷控制系統(tǒng)：8031有五個(gè)中斷源，既外部中斷兩個(gè)，定時(shí)計(jì)數(shù)中斷兩個(gè)，串行中斷一個(gè)，全部的中斷分為高和低的兩個(gè)輸出級。</p><p>　　3. 2. 2. 2 8031的引腳圖</p><p>　　3-15 8031引腳圖</p><p>　　8031的制作工藝為HMOS，采用40管腳雙列直插DIP封裝，引腳說明如下：</p>

84、;<p>　　VCC（40引腳）正常運(yùn)行時(shí)提供電源。</p><p>　　VSS（20引腳）接地。</p><p>　　XTAL1（19引腳）在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)的震蕩器，可以提供單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)，該引腳也是可以接外部的晶振的一個(gè)引腳，如采用外部振蕩器時(shí)，對于8031而言此引腳應(yīng)該接地。</p><p>　　XT

85、AL2（18引腳）在內(nèi)部，接至上述振蕩器的反向輸入端，當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)， 對MCS51系列該引腳接收外部震蕩信號(hào)，即把該信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘的輸入端。</p><p>　　RST/VPD（9引腳）在振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的電平將單片機(jī)復(fù)位，復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平保持不高于0.5V的低電平以保證8031正常工作。在掉電時(shí)，此引腳接備用電源VDD，以保持RAM數(shù)據(jù)不丟失，當(dāng)BVCC低于規(guī)定的值時(shí)，而V

86、PD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)時(shí)，VPD就向內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器提供備用電源。</p><p>　　ALE/PROG（30引腳）當(dāng)8031訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器，ALE9地址鎖存允許0輸入的脈沖的下沿用于鎖存16位地址的低8位，在不訪問外部存儲(chǔ)器的時(shí)候，ALE仍有兩個(gè)周期的正脈沖輸出，其頻率為振蕩器的頻率的1/6，在訪問外存儲(chǔ)器的是候，在兩個(gè)周期中，ALE只出現(xiàn)一次，ALE斷可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS TTL負(fù)載，

87、對于有片內(nèi)EPROM的而言，在EPROM編程期間，此腳用于輸入編程脈沖PROG。</p><p>　　（29引腳）此腳輸出為 單片機(jī)內(nèi)訪問外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，在讀取外部指令期間， PSEN非有兩次在每個(gè)周期有效，在此期間，每當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，兩個(gè)有效的PSEN非將不再出現(xiàn)，同樣這個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。</p><p>　　/VPP（31引腳）當(dāng)保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問內(nèi)

88、部存儲(chǔ)器，當(dāng)PC值超過0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外存儲(chǔ)器。當(dāng)保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲(chǔ)器，對8031而言，此腳必須接地。</p><p>　　P0，P1，P2，P3：8031有四個(gè)并行口，在這四個(gè)并行口中，可以在任何一個(gè)輸出數(shù)據(jù)，又可以從它們那得到數(shù)據(jù)，故它們都是雙向的，每一個(gè)I/O口內(nèi)部都有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器，各成為SFR中的一個(gè)，因此CPU數(shù)據(jù)從并行I/O口輸出時(shí)可以得到鎖

89、存，數(shù)據(jù)輸入時(shí)可以得到緩沖，但他們在功能和用途上的差異很大，P0和P2口內(nèi)部均有個(gè)受控制器控制的二選一選擇電路，故它們除可以用做通用I/O口以外還具有特殊的功能，P0口通常用做通用I/O口為CPU傳送數(shù)據(jù)，P2口除了可以用做通用口以外，還具有第一功能，除P0口以外其余三個(gè)都是準(zhǔn)雙向口。</p><p>　　8031有一個(gè)全雙工串行口，這個(gè)串行口既可以在程序下把CPU的8位并行數(shù)據(jù)變成串行數(shù)據(jù)一位一位的從發(fā)送數(shù)據(jù)線

90、發(fā)送出去，也可以把串行數(shù)據(jù)接受進(jìn)來變成并行數(shù)據(jù)給CPU，而且這種串行發(fā)送和接收可以單獨(dú)進(jìn)行也可以同時(shí)進(jìn)行。</p><p>　　8031的 串行發(fā)送和接收利用了P3口的第二功能，利用P3.1做串行數(shù)據(jù)接收線，串行接口的電路結(jié)構(gòu)還包括了串行口控制寄存器SCON，電源及波特率選擇寄存器PCON和串行緩沖寄存器SBUF，他們都屬于SFR，PCON和SCON用于設(shè)置串行口工作方式和確定數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，SBUF用于存放欲發(fā)

91、送的數(shù)據(jù)起到緩沖的作用。 </p><p>　　3. 2. 2. 3 8031程序存儲(chǔ)器</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部ROM是不同的，8051有4K的ROM，而8751則是4K光可擦寫EPROM，而我們所采用的8031則沒有片內(nèi)的ROM，但是無論那種型號(hào)的芯片都可以在片外擴(kuò)展多達(dá)64K的片外程序存儲(chǔ)器，外部程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展的大小以滿足系統(tǒng)要求即可，或有特殊要求或?yàn)榱艘院笊?/p>

92、級方便采用大容量的片外程序存儲(chǔ)器。當(dāng)外接程序存儲(chǔ)器的時(shí)候，單片機(jī)通過P2口和P0口輸出16位的地址，即可尋址的外部程序存儲(chǔ)器單元的地址，使用ALE作為低8位地址鎖存器信號(hào)，再由P0口讀回指令的代碼，用PSEN非作為外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。</p><p>　　單片機(jī)有一個(gè)程序計(jì)數(shù)器PC，它始終存著CPU要讀取的機(jī)器碼的所在地址，單片機(jī)工作時(shí)，PC自動(dòng)加一，此時(shí)程序開始順序執(zhí)行，因?yàn)閱纹瑱C(jī)程序 訪問空間是64K，

93、故需要16條地址線，當(dāng)接“0”則8031在片外程序存儲(chǔ)器中讀取指令，此時(shí)片外程序存儲(chǔ)器從0000H開始編址，因?yàn)?031無片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，故在此系統(tǒng)中必須接地使CPU到外部ROM中去尋址。</p><p>　　在程序存儲(chǔ)器中有六個(gè)單元有特定的含義：</p><p>　　0000H單元：單片機(jī)復(fù)位后，PC=0000H即從此處開始執(zhí)行指令。</p><p>　　0003

94、H單元：外部中斷0入口地址。</p><p>　　000BH單元：定時(shí)器0溢出中斷入口地址。</p><p>　　0013H單元：外部中斷1入口地址。</p><p>　　001BH單元：定時(shí)器溢出中斷入口地址。</p><p>　　0023H單元：串行口中斷入口地址。</p><p>　　使用時(shí)常在這些入口外安放一條

95、絕對跳轉(zhuǎn)指令，使程序跳轉(zhuǎn)到擁護(hù)安排的中斷處理程序的起始地址，或從0000H外執(zhí)行一跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到用戶設(shè)計(jì)的初始程序入口。</p><p>　　3. 2. 2. 4 8031數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放運(yùn)算中間的結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存、緩沖、標(biāo)志位、待測程序等功能。</p><p>　　片內(nèi)的128B的RAM地址為00H～7FH，供用戶做RAM用，但是

96、在這中間的前32單元，00H～1FH即引用地址尋址做用戶RAM用，常常做工作寄存器區(qū)，分做四組，每組由8個(gè)單元組成通用寄存器R0～R7，任何時(shí)候都由其中一組作為當(dāng)前工作寄存器，通過RS0，RS1的內(nèi)容來決定選擇哪一個(gè)工作寄存器。</p><p>　　低128字節(jié)中的20H～2FH共16字節(jié)可用位尋址方式訪問各位，共128個(gè)位地址，30H～7FH共80個(gè)單元為用戶RAM區(qū)，作堆?；驍?shù)據(jù)緩沖用，片內(nèi)RAM不夠用時(shí)，須

97、擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。此時(shí)單片機(jī)通過P2口和P0口選出6位地址，使用ALE作低8位的鎖存信號(hào)，再由P0口寫入或讀出數(shù)據(jù)。寫時(shí)用，讀時(shí)用做外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。</p><p>　　3. 2. 3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)

98、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. 2. 4系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)</p><p>　　時(shí)鐘電路是用來產(chǎn)生8031單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘信號(hào)，8031本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為保證工作方式的實(shí)現(xiàn)，8031在唯一的時(shí)鐘信號(hào)的控制下嚴(yán)格的按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作 ，時(shí)鐘的頻率影響單片機(jī)的速度和穩(wěn)定性。通常時(shí)鐘由于兩

99、種形式：內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。</p><p>　　我們系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式來為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。8031內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該放大器的輸入輸出引腳為XTAL1和XTAL2，它們跨接在晶體振蕩器和用于微調(diào)的電容，便構(gòu)成了一個(gè)自激勵(lì)振蕩器</p><p>　　電路中的C1、C2的選擇在30PF左右，但電容太小會(huì)影響振蕩的頻率、穩(wěn)定性和快速性。晶振頻率為在1.2MHZ～1

100、2MHZ之間，頻率越高單片機(jī)的速度就越快，但對存儲(chǔ)器速度要求就高。為了提高穩(wěn)定性我們采用溫度穩(wěn)定性好的NPO電容，采用的晶振頻率為12MHZ。</p><p><b>　　圖3-19系統(tǒng)時(shí)鐘</b></p><p>　　3. 3 顯示與報(bào)警的設(shè)計(jì)</p><p>　　3. 3. 1 顯示電路</p><p>　　在單片機(jī)

101、應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般都是把鍵盤和顯示器放在一起考慮。本設(shè)計(jì)是利用8031的串行口實(shí)現(xiàn)鍵盤/顯示器接口。</p><p>　　當(dāng)8031的串行口未作它用時(shí)，使用8031的串行口來外擴(kuò)鍵盤/顯示器。應(yīng)用8031的串行口方式0的輸出方式，在串行口外接移位寄存器74LS164，構(gòu)成鍵盤/顯示器接口，其硬件接口電路如圖3-20所示：</p><p>　　圖3-20 鍵盤及顯示與主機(jī)的硬件接口<

102、/p><p>　　圖中下邊的8個(gè)74LS164：74LS164（0）～74LS164（7）作為8位段碼輸出口，74LS138的Y0作為鍵輸入線，Y2作為同步脈沖輸出控制線。這種靜態(tài)顯示方式亮度大，很容易作到顯示不閃爍。靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是CPU不必頻繁的為顯示服務(wù)，因而主程序可不必掃描顯示器，軟件設(shè)計(jì)比較簡單，從而使單片機(jī)有更多的時(shí)間處理其他事務(wù)。</p><p>　　3.3.2 報(bào)警電路<

103、/p><p>　　在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對于一些重要的參數(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>　　本設(shè)計(jì)采用峰鳴音報(bào)警電路。峰鳴音報(bào)警

104、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MCS-51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7406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)。在圖中，P3.2接晶體管基極輸入端。當(dāng)P3.2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)P3.2輸出低電平“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。</p><p>　　圖3

105、-21是一個(gè)簡單的使用三極管驅(qū)動(dòng)的峰鳴音報(bào)警電路：</p><p>　　圖3-21 三極管驅(qū)動(dòng)的峰鳴音報(bào)警電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)是為在溫濕度測量中對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P3.2口，但溫濕度過限時(shí)，P3.2口被置0，本系統(tǒng)開始工作。</p><p><b>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)</b></

106、p><p>　　溫度控制主程序的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下問題：（1）鍵盤掃描、鍵碼識(shí)別和溫度顯示；（2）溫濕度采樣，數(shù)字濾波；（3）越限報(bào)警和處理；（5）溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換。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>　　4.1 主程序流程圖</p><p>　　4.2 中斷程序 </p>&l

107、t;p>　　4.3 溫度采樣子程序流程圖</p><p>　　4.5 報(bào)警子程序流程圖：</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本論文是在范秋鳳老師悉心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下完成的，范秋鳳老師深厚的理論基礎(chǔ)，實(shí)事求是的

108、科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，對科學(xué)前沿敏銳的洞察力以及在學(xué)習(xí)、工作中對我的關(guān)懷和幫助，使我受益匪淺，在次我致以衷心的感謝。感謝所有在論文期間幫助過我的老師和同學(xué)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　1 張琳娜，劉武發(fā)．傳感檢測技術(shù)及應(yīng)用．中國計(jì)量出版社，1999</p><p>　　2 沈德金，陳粵初．MCS

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