畢業(yè)設(shè)計-基于89c51單片機的數(shù)字式智能多路巡檢儀的設(shè)計

1、<p><b>　　1 引言</b></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度是最基本的檢測參數(shù)之一，溫度的檢測和控制直接和安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、節(jié)約能源等重大技術(shù)指標相聯(lián)系。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，以單片機為主題，將計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)結(jié)合起來組成的智能儀表在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。這些智能儀器自身帶有微處理器，在結(jié)構(gòu)上自成一體，能獨立進行測試，使用靈活方便。然而在實際

2、工業(yè)生產(chǎn)活動中常常包含許多工業(yè)參數(shù)需要測量，如：溫度、濕度、壓力、水位、流量等，單獨使用溫度計、濕度計、壓力計等分別測量溫度、濕度、壓力等等生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)生產(chǎn)和生活的需要。數(shù)字式智能多路巡檢儀可以測量多個傳感器數(shù)據(jù)，通過巡回顯示方式，在單臺儀表上可以顯示多個數(shù)據(jù)，因而可有效節(jié)省成本。</p><p>　　隨著電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，數(shù)據(jù)采集巡回檢測已成為日益重要的檢測技術(shù)，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)等需要同時檢

3、測溫度、濕度和壓力等場合。數(shù)據(jù)采集是工業(yè)控制等系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，普通電路已無法滿足日常生活及工業(yè)的控制需求，通常采用一些功能相對獨立的單片機系統(tǒng)來實現(xiàn)，作為測控系統(tǒng)不可缺少的部分，數(shù)據(jù)采集的性能特點直接影響到整個系統(tǒng)，日益增大的市場需求，需要我們在這個方面做出更大的努力，因而需要一套完善的解決方案。該設(shè)計正是從生產(chǎn)需要出發(fā)，低成本的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計，配以不同的傳感器完成各類數(shù)據(jù)的采集、顯示、控制與數(shù)據(jù)匯總保存。因此，數(shù)字式智能多路

4、巡檢儀具有十分廣闊的現(xiàn)實市場和潛在的市場要求。</p><p>　　2 AT89C51單片機與傳感器</p><p>　　2.1 AT89C51單片機的主要性能參數(shù)</p><p>　　AT89C51是一種低功耗，高性能的片內(nèi)含有4KB快閃可編程/擦除只讀存儲器的8位COMS微控制器，使用高密度，非易失存儲技術(shù)制造，并且與80C51引腳和指令系統(tǒng)完全兼容。芯片上的

5、FPEROM允許在線編程或采用通用的非易失存儲編程器對存儲器重復(fù)編程[1]。</p><p>　　2.2 AT89C51單片機的結(jié)構(gòu)及特點</p><p>　　AT89C51采用40引腳的雙列直插式封裝(DIP)形式，內(nèi)部由CPU，4 KB的ROM，256B的RAM，2個16位的定時／計數(shù)器T0和T1，4個8位的I／O端口和一個全雙工串行通信口等部分組成。AT89C51單片機具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6、簡單，成本低，可靠性高，低功耗等特點。特別是內(nèi)部集成了4KB的FLASH程序存儲器，使單片機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡單，也使其得到了廣泛的應(yīng)用。同時，它還具有高級語言編程的特點，指令豐富，軟件開發(fā)簡單[2]。</p><p>　　綜上所述AT89C51單片機是一款性價比很高的單片機芯片，特別適合于儀器儀表的應(yīng)用。所以本課題主要基于AT89C51單片機，設(shè)計一個多路傳感器數(shù)據(jù)的測量與顯示儀表。</p><

7、;p><b>　　2．3 傳感器 </b></p><p>　　2.3.1 溫度傳感器 </p><p>　　由于在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度是最基本的檢測參數(shù)之一，溫度的檢測和控制直接和安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、節(jié)約能源等重大技術(shù)指標相聯(lián)系。</p><p>　　用于溫度檢測的傳感器有熱電偶、熱電阻和半導(dǎo)體集成溫度傳感器。熱電偶價格便宜，

8、但需要冷端補償、電路設(shè)計復(fù)雜。熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定，測量范圍廣，構(gòu)造簡單，使用方便。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標準的基準儀。半導(dǎo)體集成溫度傳感器的主要特點是測溫誤差小、微功耗、適合遠距離測溫、線性度好、外圍電路簡單等[3]。</p><p>　　綜上所述本次設(shè)計是從生產(chǎn)需要出發(fā)，低成本的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計，配以不

9、同的傳感器完成各類數(shù)據(jù)的采集、顯示、控制與數(shù)據(jù)匯總保存，單機實現(xiàn)</p><p>　　過去多臺儀器儀表所具備的功能。</p><p><b>　　系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p>　　3．1 系統(tǒng)整體設(shè)計方案</p><p>　　本設(shè)計采用8路輸入，每路輸入能支持多種形式的傳感器接入：電阻式（如：熱電阻）、毫伏信號

10、(如：熱電偶)及標準信號輸入（如：1~5VDC，4~20mA），對于不同傳感器接入信號，能進行軟件整定與校正；采用4個操作按鈕，6位數(shù)碼管作為顯示，其中4位數(shù)碼管用于顯示數(shù)據(jù)，2位數(shù)碼管顯示功能號或通道號；對每個通道，傳感器參數(shù)與工程參數(shù)都可以通過鍵盤設(shè)定。通常情況下，儀表自動循環(huán)顯示多路數(shù)據(jù)，也可通過鍵盤固定顯示任一路數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　硬件總體結(jié)構(gòu)：</b></p&

11、gt;<p>　　硬件部分是整個儀表的重要部分，其設(shè)計的好壞直接影響到整機的性能，本儀器以AT89C51單片機為核心。整個硬件系統(tǒng)分為以下幾個模塊：傳感器模擬信號采集處理模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊，鍵盤及顯示模塊，單片機系統(tǒng)模塊及報警控制模塊。</p><p><b>　　圖1. 系統(tǒng)方框圖</b></p><p>　　3.2 多路信號采集模塊</p&

12、gt;<p>　　3.2.1 模擬信號放大電路</p><p>　　由于有些傳感器的輸出電流或電壓不足以進行A/D處理，需要對信號進行轉(zhuǎn)換和放大。由于LM324四運算放大電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此本設(shè)計采用LM324作為運算放大器。模擬信號放大電路如下圖所示。</p><p>　　圖2. 模擬信號放大電路</p>&

13、lt;p>　　放大倍數(shù)為1+Rf/R=1+10=11。通過增加或去掉電阻R6可分別接收電流與電壓信號。</p><p>　　3.2.2 多路信號采集通道的選擇</p><p>　　在本設(shè)計中，輸入信號為8路的模擬信號，這就需要多通道結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)采用多路分時的模擬量輸入通道。</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點為：</p><p&

14、gt;<b>　　對ADC要求高。</b></p><p><b>　　處理速度慢。</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>　　圖3. 多路信號采集框圖</

15、p><p>　　3.2.3 多路信號采集的實現(xiàn)</p><p>　　本設(shè)計系統(tǒng)為八路的溫度信號采集，而ADC0804僅為一路輸入，故采用CD4051組成多路分時的模擬量信號采集電路，其硬件接口如圖所示</p><p>　　圖4. 多路模擬輸入電路圖</p><p>　　3.2.4 多路模擬開關(guān)CD4051</p><p&g

16、t;　　多路開關(guān)，又稱“多路模擬轉(zhuǎn)換器”。多路開關(guān)通常有n個模擬量輸入通道和一個公共的模擬輸入端，并通過地址線上不同的地址信號把n個通道中任一通道輸入的模擬信號輸出，實現(xiàn)有n線到一線的接通功能。反之，當模擬信號有公共輸出端輸入時 ，作為信號分離器，實現(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[4]。</p><p>　　所以本設(shè)計選用CD4051多路開關(guān)，它是一種單片、COMS、8通道開

17、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COMS模擬開關(guān)TG組成。</p><p>　　3.2.5 多路模擬開關(guān)工作原理</p><p>　　CD4051作為8選1功能時，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OUT/IN和各通道的

18、接通關(guān)系如下：</p><p>　　表1. CD4051八路通道關(guān)系表</p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　為了把溫度、濕度等信號采集電路測出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送CPU處理，本系統(tǒng)選用了A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804，它精度高，速度快。由于ADC0804芯片只有一路輸入，而本系統(tǒng)檢測的多路信號輸入，故選用多路選擇電子開關(guān)CD4051，

19、可輸入多路模擬量。</p><p>　　3.3.1 ADC0804主要技術(shù)指標</p><p>　　(1) 高阻抗狀態(tài)輸出</p><p>　　(2) 分辨率：8 位(0~255)</p><p>　　(3) 存取時間：135 ms</p><p>　　(4) 轉(zhuǎn)換時間：100 ms</p><p

20、>　　(5) 總誤差：-1~+1LSB</p><p>　　(6) 工作溫度：ADC0804C為0度~70度；ADC0804L為-40 度~85 度</p><p>　　(7) 模擬輸入電壓范圍：0V~5V</p><p>　　(8) 參考電壓：2.5V</p><p>　　(9) 工作電壓：5V</p><p>

21、;　　(10) 輸出為三態(tài)結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.3.2 ADC0804特點及工作原理</p><p>　　模數(shù)轉(zhuǎn)換采用ADC0804,對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路[5]。ADC0804有20個引腳，其中11-18管腳為數(shù)字信號輸出端，與單片機P1口

22、相連；cs為片選端，接單片機P3.5口，WR接P3.6口， RD接單片機P3.7口。CLK為時鐘輸入信號線, 因ADC0804的內(nèi)部有時鐘電路，只要在外部“CLK R”和“CLK IN”兩端外接一電阻電容即可產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換所要求的時鐘。通常使用2.5V作為為參考電壓輸入。INTR為中斷控制信號，接單片機外部中斷端口，當A/D轉(zhuǎn)換完后向單片機發(fā)出中斷信號，等待讀走數(shù)字信號，INTR也空可置不接，因為當啟動A/D后一段時間后模數(shù)轉(zhuǎn)換完后，等

23、待一段時間后單片機也可以讀走數(shù)字量。</p><p>　　圖5. 多路模擬開關(guān)及A/D轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　3.4 單片機系統(tǒng)模塊</p><p>　　3.4.1 AT89C51單片機的基本功能</p><p>　　AT89C51具有以下標準功能： 4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位

24、定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，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/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作指導(dǎo)下一個硬件復(fù)位[6]。</p><p>　　3.4.2 AT89C51單片機基本工作電路<

25、/p><p>　　AT89C51單片機正常工作，必須連接基本電路。基本電路包括晶振電路和復(fù)位電路[7]。</p><p><b>　　1.晶振電路</b></p><p>　　單片機的時鐘信號通常有兩種產(chǎn)生方式：一是內(nèi)部時鐘方式，二是外部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式是利用單片機內(nèi)部的振蕩電路產(chǎn)生時鐘信號。外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內(nèi)。

26、本設(shè)計所采用的是內(nèi)部時鐘方式。</p><p>　　在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（簡稱晶振），作為單片機內(nèi)部振蕩電路的負載，構(gòu)成自激振蕩器，可在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。C1和C2可以穩(wěn)定振蕩頻率，并使快速起振。本電路選用晶振12MHz，C1=C2=30pF。</p><p><b>　　2.復(fù)位電路</b></p><p&g

27、t;　　復(fù)位是使單片機處于某種確定的初始狀態(tài)。單片機工作從復(fù)位開始。在單片機RST引腳引入高電平并保持2個機器周期，單片機就執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位操作有兩種基本方式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。本設(shè)計采用了后一種復(fù)位電路。</p><p>　　當RST獲得高電平，隨著電容C3的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。若該高電平能保持足夠2個機器周期，就可以實現(xiàn)復(fù)位操作。選擇C3=10µF，R

28、1=10KΩ[7]。</p><p>　　圖6. AT89C51單片機管腳及基本工作電路圖</p><p>　　3.5 鍵盤顯示模塊</p><p>　　本設(shè)計鍵盤顯示模塊采用4個操作按鈕，6位數(shù)碼管作為顯示。其中4位數(shù)碼管用于顯示數(shù)據(jù)，2位數(shù)碼管顯示功能號或通道號；對每個通道，傳感器參數(shù)與工程參數(shù)都可以通過鍵盤設(shè)定。通常情況下，儀表自動循環(huán)顯示多路數(shù)據(jù)，也可通過鍵

29、盤固定顯示任一路數(shù)據(jù)。</p><p>　　3.5.1 鍵盤控制電路設(shè)計</p><p>　　鍵盤控制電路由按鍵及其接口構(gòu)成，鍵盤是單片機最簡單的輸入設(shè)備。常用鍵盤分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤[8]。</p><p>　　本系統(tǒng)的輸入控制簡單，采用獨立式鍵盤及接口電路。輸入電路由4個按鈕開關(guān)、4個10歐的限流電阻組成；鍵掃描識別采用軟件查詢的方法。</p>

30、;<p>　　圖7. 鍵盤輸入控制電路</p><p>　　表2. 四個獨立鍵盤對應(yīng)功能表</p><p>　　S2 模式切換鍵 自動循環(huán)顯示與固定顯示切換</p><p>　　S3 參數(shù)設(shè)定鍵 傳感器參數(shù)設(shè)定</p><p>　　S

31、4 參數(shù)設(shè)定鍵 工程參數(shù)設(shè)定</p><p>　　S5 通道切換鍵 切換固定顯示通道</p><p>　　3.5.2 LED顯示器的簡介</p><p>　　LED顯示器是由發(fā)光二極管組成，其中7個發(fā)光二極管按“8”行排列，用于顯示數(shù)字，字母等符號，一個發(fā)

32、光二級管圓點形狀，右下角用于顯示小數(shù)點，LED顯示器共陰極和共陽極兩種類型。</p><p>　　當發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一段筆畫成小數(shù)點亮，對共陰極顯示器，將共陰極COM接地，在a_q段加驅(qū)動信號，當驅(qū)動信號是高電平時，相應(yīng)段發(fā)光；對共陽極顯示器，將共陽極COM極接高電平，在a_q段幾加驅(qū)動信號，當驅(qū)動信號是低電平時，相應(yīng)段發(fā)光，從而顯示相應(yīng)字符。不同的顯示字符其驅(qū)動代碼是不一樣的，發(fā)光二極管每段流過5mA的

33、平均電流就可以有較滿意的亮度，最大電流不得超過30A，由于發(fā)光二極管是電流驅(qū)動設(shè)備，一般的I/O接口驅(qū)動能力是都是有限的，在發(fā)光二極管與接口芯片間要接驅(qū)動電路，常用的CMOS或TTL驅(qū)動器有：74LS164, CD4094等。</p><p>　　3.5.3 LED顯示電路原理</p><p>　　采用LED數(shù)碼管顯示。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中LED顯示器有動態(tài)和靜態(tài)兩種顯示方式，所謂的靜態(tài)顯

34、示方式就是需要在顯示的字符各段通過連續(xù)的電流，動態(tài)顯示方式就是需要顯示的字符斷續(xù)通過電流，對于動態(tài)顯示，當需要顯示多個字符時輪流給每個字符通以電流，由于輪流的速度很快，發(fā)光二極管的余輝以及人的視覺暫留等因素，雖然在同一時刻只有一個顯示器通電，但人們看起來都是所有的顯示器都穩(wěn)定的顯示。</p><p>　　動態(tài)顯示的特點是：單片機既要控制數(shù)碼管的公共端又要控制各段發(fā)光二極管。各數(shù)碼管的相應(yīng)顯示發(fā)光二極管的段選信號都

35、并聯(lián)起來，接單片機的同一個I/0口，單片機控制數(shù)碼管公共端的信號，稱為位選信號，控制數(shù)碼管各顯示字段的信號稱為段選信號，需要在哪些數(shù)碼管上顯示，先輸出位選信號，選中該數(shù)碼管，再輸出段選信號，顯示一位字符，需要顯示每個字符時，用掃描的方法，依次向各個數(shù)碼管輸出位選信號和段選信號，顯然每一瞬間只有一個數(shù)碼管點亮，但由于掃描頻率高，所以看上去，就好象所有的數(shù)碼管都同時點亮（20ms掃描一次）[9]。</p><p>　

36、　3.5.4 LED顯示電路的設(shè)計</p><p>　　在本系統(tǒng)中，需要顯示6位數(shù)字，顯示數(shù)字位數(shù)較多，而且需要循環(huán)顯示。綜合比較靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式，同時結(jié)合本設(shè)計的實際情況，選擇動態(tài)顯示方式。顯示模塊中，單片機AT89C51的P0.0-P0.7端作為數(shù)據(jù)輸出，連接到兩個鎖存器74HC573對應(yīng)的輸入端D0-D7。6位數(shù)碼管段選線并聯(lián)在一起與其中一個鎖存器U1的Q0-Q7端相連，6為數(shù)碼管位選與另一個鎖

37、存器U2的Q0-Q5端相連。鎖存器U1的鎖存端與單片機P2.6端相連，鎖存器U2的鎖存端與單片機P2.7端相連。</p><p>　　圖8. LED顯示電路</p><p>　　3.6 報警控制模塊</p><p>　　在實際應(yīng)用中，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。其方法就是把計算機采集的

38、數(shù)據(jù)或記過計算機進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進行報警，否則就作為采樣的正常值，進行顯示。</p><p>　　3.6.1 報警控制電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　報警控制電路由單片機AT89C51的P3.3端作輸出，通過一個限流電阻與三極管C945的基極相連接。三極管C945集電極連接壓電蜂鳴器（BUZZER）的一端。

39、壓電蜂鳴器的另一端連接電源。報警控制電路如下圖所示。</p><p>　　圖9. 報警工作電路</p><p>　　3.6.2 報警控制電路工作過程</p><p>　?。?）壓電蜂鳴器工作原理</p><p>　　壓電蜂鳴器以壓電陶瓷制作而成。壓電陶瓷是一類有將壓力與電流相互轉(zhuǎn)換能力的特殊陶瓷。當壓電陶瓷在一定方向上受到一個壓力使其晶體結(jié)

40、構(gòu)發(fā)生形變時，它就會在內(nèi)部產(chǎn)生一個電流，電流的變化與壓力的變化密切相關(guān)。反之，當在壓電陶瓷上加上一定頻率的電壓，就會在內(nèi)部產(chǎn)生一定頻率的電流，從而就會引起壓電陶瓷微小形變，這一形變帶動空氣發(fā)生振動。如果頻率適當，就產(chǎn)生蜂鳴聲，可以被人耳所聽見[10]。</p><p>　?。?）報警控制電路工作過程</p><p>　　報警控制信號由單片機AT89C51的P3.3端輸出，通過一個限流電阻加

41、到三極管C945的基極。當P3.3端的輸出信號發(fā)生變化時，則三極管C945將交替的工作于截止、飽和狀態(tài)，形成高低電平的波，從而使壓電蜂鳴器發(fā)出聲音。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計</p><p>　　在本程序的設(shè)計中，A/D轉(zhuǎn)換是通過每次轉(zhuǎn)換完成后單片機延時接收轉(zhuǎn)換結(jié)果，

42、并將轉(zhuǎn)換結(jié)果送入處理器的存儲器中保存；因為在硬件結(jié)構(gòu)時，就采用了獨立鍵盤的結(jié)構(gòu)，所以鍵盤子程序采用查詢方式，以保證處理器始終都在監(jiān)視鍵盤的動作；顯示子程序采用單獨的子程序，作為主程序的調(diào)用子程序，以保證LED管的連續(xù)顯示。主程序流程圖如圖10。</p><p>　　將鍵盤查詢子程序和顯示調(diào)用子程序作為它的程序運行的循環(huán)環(huán)節(jié)；A/D轉(zhuǎn)換中斷處理子程序，采用中斷處理程序，保持了檢測信號的不斷及時更新；顯示子程序直接通

43、過單片機的端口，不停的送出字位顯示和字數(shù)的顯示；鍵盤處理子程序，鍵盤采用獨立鍵盤，在有鍵按下時，首先判斷那個鍵按下，然后根據(jù)相應(yīng)的鍵作出相應(yīng)的處理，在此程序中，鍵盤采用的是脈沖式按鍵方式，按鍵按下一下，處理器作出一次相應(yīng)的回應(yīng),當采集信號超過報警值時，蜂鳴器發(fā)出報警。</p><p>　　圖10. 主程序流程圖</p><p>　　4.2 信號采集分析模塊軟件設(shè)計</p>

44、<p>　　4.2.1 信號采集控制邏輯</p><p>　　將傳感器輸出經(jīng)調(diào)整后的模擬電壓輸入轉(zhuǎn)換器進行A/D轉(zhuǎn)換，采用ADC0804其操作時序圖如下</p><p>　　圖11. ADC0804控制信號時序圖</p><p>　　由ADC0804 的時序可以知道，轉(zhuǎn)換過程由一個寫信號啟動，轉(zhuǎn)換完成后，輸出INTR信號，此時可以讀取數(shù)據(jù)。之后可以進入下

45、一個轉(zhuǎn)換周期。由ADC0804 的轉(zhuǎn)換時間可知，其最大采集頻率為10KHZ，只要用戶設(shè)置的采樣頻率不超過這個數(shù)值，ADC0804 就可以正常的工作。綜合以上考慮，設(shè)計時要注意兩點：（1）寫信號的頻率要低于ADC0804 的最大轉(zhuǎn)換頻率。（2）在寫信號之后至少要有100us 的時延，才能輸出讀信號。  在此，提出兩種方法來實現(xiàn)ADC0804 的控制信號時序：（1）主動模式，在這種模式下，控制電路啟動A/D 轉(zhuǎn)換

46、后，在INTR 信號的作用下，輸出讀信號，同時從ADC0804 的數(shù)據(jù)總線上讀入數(shù)據(jù)，之后輸出一個寫信號，開始下一次轉(zhuǎn)換。由于這種方式是異步進行的，讀寫信號彼此之間交互的產(chǎn)生，因此，能夠滿足上面提出的兩點要求。采用這種方式，其難易程度與ADC0804 外部電路的接法密切相關(guān)。（2）被動模式，在這種模式下，ADC0804 的讀寫信號完全由控制電路按照固定的時序產(chǎn)生，與其自身輸出無關(guān)。采用這種方式，可以不考慮ADC0804 的輸出，讀寫信

47、號的產(chǎn)生只是用到了</p><p>　　4.2.2 ADC0804轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)的讀取</p><p>　　ADC0804用脈沖啟動信號。AT89C51發(fā)出指令使CS和WR同為低電平時，A/D轉(zhuǎn)換被啟動，ADC0804開始工作。A/D轉(zhuǎn)換被啟動而在WR上升沿后100μs完成數(shù)模轉(zhuǎn)換，同時INTR自動變?yōu)榈碗娖?，表示本次轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束。</p><p>　　圖12. A/

48、D轉(zhuǎn)換流程圖</p><p>　　89C51要接收ADC0804轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，A/D轉(zhuǎn)換芯片輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。89C51A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后即可讀取轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)。89C51一般可以采用3種方式和A/D轉(zhuǎn)換器進行聯(lián)絡(luò)來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。本設(shè)計采用延時方式進行89C51和ADC0804間的數(shù)據(jù)讀取。采集數(shù)據(jù)時，首先89C51執(zhí)行一條傳送指令，在該指令執(zhí)行過程中，89C51在控制總線的同時產(chǎn)生CS、

49、WR低電平信號，啟動A/D轉(zhuǎn)換器工作，ADC0804經(jīng)100μs后將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號存在輸出鎖存器中，并在INTR端產(chǎn)生低電平表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。當89C51設(shè)定接收延時時間到時，立即執(zhí)行輸入指令，以產(chǎn)生CS、RD低電平信號到ADC0804相應(yīng)引腳，將數(shù)據(jù)取出。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換子程序;ADC0804端口定義;****************************************

50、*****    cs   equ  p3.6     ;定義AD的片選信號線    wr   equ  p2.0     ;定義AD的寫入數(shù)據(jù)線    rd   equ 

51、p3.7     ;定義AD的讀入數(shù)據(jù)線    out  equ  p1       ;定義AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送P1口;=============================================</p><p>　　org  

52、;  0000h    ajmp   main</p><p>　　org    004h</p><p>　　main:              

53、0;  ;主程序    lcall  Start      ;調(diào)啟動轉(zhuǎn)換子程序    lcall  delay1ms   ;延時1ms     lcall  read     

54、0; ;調(diào)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果子程序    clr    wr    mov    p0,a       ;送P0口顯示當前AD轉(zhuǎn)換結(jié)果    ajmp   main;*********************

55、************************;A/D轉(zhuǎn)換開始;*********************************************Start:    clr    cs         ;選中ADC0804    nop 

56、   clr    wr    nop    setb   wr    nop    setb   cs    nop    ret;***********

57、**********************************;讀A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果</p><p>　　Read:    mov out,#0ffh    clr cs    nop    clr rd    nop  

58、60; nop    mov a,out;    nop    setb rd    nop    setb cs    ret;*********************************************; 延時1ms子程序;

59、*********************************************delay1ms:    mov r1,#2tt1:</p><p>　　mov r0,#250    djnz r0,$    djnz r1,tt1    ret  

60、 </p><p>　　圖13. 信號采集子程序流程圖</p><p>　　4.3 鍵盤與顯示模塊軟件設(shè)計</p><p>　　4.3.1 鍵盤掃描子程序</p><p>　　鍵盤掃描子程序?qū)Π聪碌逆I進行判斷，并轉(zhuǎn)到按下的相應(yīng)鍵對應(yīng)的程序段，執(zhí)行相應(yīng)的功能。</

61、p><p>　　4.3.2 按鍵產(chǎn)生抖動原因及解決方案</p><p>　　實際中，在按下某個鍵時，被按按鍵的彈簧總會有輕微的抖動。t1，t3分別是閉和和釋放的抖動時間，抖動時間的長短與按鍵的機械特性有關(guān)，一般為5ms-20ms。為確保CPU對鍵的一次閉和僅做一次處理，必須去抖動，這可以分別通過軟件和硬件兩種方法實現(xiàn)。如果用硬件來實現(xiàn)去抖動，那就需要增加必要的元器件這樣就使得電路變的復(fù)雜，而

62、且也不經(jīng)濟，所以本設(shè)計選用了軟件去抖動的方法</p><p>　　具體實現(xiàn)的方法就是，當CPU檢測到有按鍵按下后通過軟件延時（5ms-20ms）一段時間后再進行掃描，如果延時后檢測到仍然有鍵按下，這時才讀取鍵值并存入寄存器，從而達到了去抖動的效果。</p><p>　　4.3.3 竄鍵的處理</p><p>　　用戶在操作時常常因不小心同時按下了一個以上的按鍵的處

63、理一般用軟件的方法解決，也有用硬件方法實現(xiàn)的，但是用硬件的方法既復(fù)雜有不經(jīng)濟，而用軟件的方法只需幾行程序就能夠解決，所以在本設(shè)計中我選用了軟件的方法完成竄鍵的處理。</p><p>　　在AT89C51單片機的數(shù)據(jù)存儲單元中預(yù)先設(shè)定了竄鍵標志寄存器。竄鍵標志寄存器在行掃描期間用于記錄被按按鍵個數(shù)，故發(fā)生竄鍵時竄鍵標志必大于01H。CPU在行掃描時不以發(fā)生第一個被按按鍵為滿足，而是繼續(xù)完成對所有鍵的一遍掃描，并在該

64、鍵掃描結(jié)束后根據(jù)竄鍵標志來判斷是否發(fā)生竄鍵。如果未發(fā)現(xiàn)竄鍵，則CPU再進行一遍掃描就可以獲得最后放開鍵的鍵值了。從而解決了竄鍵的問題。</p><p>　　圖15. 鍵盤掃描子程序流程圖</p><p>　　4.3.4 顯示模塊軟件設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計采用6位數(shù)碼管作為顯示模塊，其中4位數(shù)碼管用于顯示數(shù)據(jù)，2位數(shù)碼管顯示功能號或通道號。本設(shè)計數(shù)碼管采用

65、動態(tài)顯示，由兩個鎖存器分別控制數(shù)碼管段選與位選從而顯示所需數(shù)值。</p><p>　　圖16. 顯示子程序流程圖</p><p>　　4.4 報警控制電路軟件設(shè)計</p><p>　　當采集的信號超過設(shè)定上下限時，P3.3輸出高電平信號“1”，晶體管導(dǎo)通，蜂鳴器獲得+5V電壓而鳴叫；當P3.3輸出低電平信號“0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。報警流程圖如下<

66、;/p><p>　　圖17. 報警子程序流程圖</p><p>　　4.5 多路數(shù)據(jù)巡回顯示</p><p>　　圖18. 多路巡回顯示功能流程圖</p><p>　　系統(tǒng)開始工作，判斷工作模式是否為掃描模式。當系統(tǒng)工作模式為指定顯示模式時，數(shù)碼管顯示所選擇通道的通道號與對應(yīng)通道的采集值。若工作模式為顯示模式則循環(huán)顯示8路通道的通道號與其對應(yīng)的

67、通道的采集值。模式的切換與通道號的選擇通過獨立鍵盤來完成。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　數(shù)字式多路智能巡檢儀具有溫度、濕度、流量等信號的采集、顯示、簡單的人機對話及報警功能。它的可測范圍廣，適用性強，具有很大的實用價值。</p><p>　　本系統(tǒng)主要用于采集、顯示和監(jiān)控被測數(shù)據(jù)信息，不具備控制調(diào)節(jié)功能。但

68、能夠進行硬件和軟件功能擴展。在硬件擴展后，通過軟件編程實現(xiàn)控制功能擴展。例如當被測數(shù)據(jù)達到一定值時，通過軟件編程進行判斷，從主控制器的一個I/O端口輸出一個控制指令，去驅(qū)動外部的控制電路工作，從而調(diào)節(jié)環(huán)境溫度、濕度、流量等使環(huán)境被測數(shù)據(jù)達到人們所需的要求。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等行業(yè)高度自動化的今天，環(huán)境信息的自動監(jiān)測控制越來越受到人們的重視，本產(chǎn)品將會有很好的市場推廣及應(yīng)用前景。</p><p><b>　　致

69、 謝</b></p><p>　　經(jīng)過幾個月的努力，在指導(dǎo)教師龔固豐的幫助下，順利完成了畢業(yè)設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計是對大學四年所學知識的綜合運用，也是理論走向?qū)嵺`的第一步。在此設(shè)計過程中，擴展了知識面，增強了獨立思考和自學的能力，為以后走向工作崗位奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　在此首先感謝母校的辛勤培育之恩；其次，感謝學院給我提供了很好的設(shè)計環(huán)境，使我的設(shè)計得以順利的進行。最后，

70、感謝設(shè)計指導(dǎo)老師——**，在題目選定、總體方案確立、資料收集與提供等方面給予了悉心指導(dǎo)和大力幫助，并對本系統(tǒng)的論文多次進行認真審閱、批注，提供了許多寶貴的修改意見。另外我還得到了同班同學的支持和幫助，對這些同學表示誠摯的謝意，也對參考書的作者表示感謝。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1] 白駒珩，雷曉平.單片計算機及其應(yīng)用[

71、M]. 成都：電子科技大學出版社，1997</p><p>　　[2] 朱定華.單片機原理及接口技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001年 </p><p>　　[3] 羅亞非.凌陽16位單片機應(yīng)用基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學出版社,2003 </p><p>　　[4] 譚家玉.單片機原理及接口技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2003 </

72、p><p>　　[5] 王衛(wèi)東.模擬電子電路基礎(chǔ)[M]. 成都:西安電子科技大學出版社，2003 </p><p>　　[6] 謝自美.電子線路設(shè)計;實驗;測試[M]. 北京:華中科技大學出版社，2002 </p><p>　　[7] 李群芳，黃建.單片機微型計算機與接口技術(shù)[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2001</p><p>　　[8] 康

73、華光等.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版），高等教育出版社，2006.</p><p>　　[9] 陳杰，黃鴻.傳感器與檢測技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2002.8 </p><p>　　[10] 劉亮.先進傳感器及其應(yīng)用.北京：化學工業(yè)出版社，2005.4</p><p>　　[11] 楊亞極.HD_2001多路流量巡檢儀的研制，油氣田地面工程,21(2):87

74、-88,2002</p><p>　　[12] 高偉平,龍娟. 多回路智能溫控儀的研制, 計算技術(shù)與自動化,199,18(3)</p><p>　　[13] 謝自美.電子線路設(shè)計；試驗；測試 [M].武漢：華中科技大學出版社，2002</p><p>　　[14] 張愛民，林輝.四路智能溫度測控儀的設(shè)計，電子設(shè)計工程.2009.5</p><p&

75、gt;　　[15] 何橋.單片機原理及應(yīng)用[M]，中國鐵道出版社.2004</p><p>　　[16] 樓然苗.51系列單片機設(shè)計實例[M]，北京航空航天出版社，2003</p><p>　　[17] 李光飛．單片機課程設(shè)計實例指導(dǎo)[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2004：105-106．</p><p>　　[18] 周航慈．單片機程序設(shè)計基礎(chǔ)[M]．北京

76、：北京航空航天大學出版社，2003．</p><p>　　[19] 戴伏生.基礎(chǔ)電子電路設(shè)計與實踐 國防工業(yè)出版社 2002.4</p><p>　　[20] 楊振江等.智能儀器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的新器件及應(yīng)用.西安電子科技大學出版社，2001.12</p><p>　　[21] 李志全等.智能儀表設(shè)計原理及應(yīng)用.國防工業(yè)出版社,1998.6</p>

77、<p>　　[22] 邵敏權(quán),劉剛.單片機原理實驗及應(yīng)用.吉林科學技術(shù)出版社,1995.1</p><p>　　[23] 李華. MCS-51系列單片機應(yīng)用接口技術(shù).北京航空航天大學出版,1993</p><p>　　[24] 沈德金，陳粵初．MCS-51系列單片機接口電路與應(yīng)用程序?qū)嵗本┖娇蘸教齑髮W出版社,1990</p><p>　　附錄A 系