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

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(cè)參數(shù)之一，溫度的檢測(cè)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(biāo)相聯(lián)系。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，以單片機(jī)為主題，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)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(dú)立進(jìn)行測(cè)試，使用靈活方便。然而在實(shí)際

2、工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中常常包含許多工業(yè)參數(shù)需要測(cè)量，如：溫度、濕度、壓力、水位、流量等，單獨(dú)使用溫度計(jì)、濕度計(jì)、壓力計(jì)等分別測(cè)量溫度、濕度、壓力等等生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(cè)量多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，通過巡回顯示方式，在單臺(tái)儀表上可以顯示多個(gè)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(cè)已成為日益重要的檢測(cè)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)等需要同時(shí)檢

3、測(cè)溫度、濕度和壓力等場(chǎng)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(duì)獨(dú)立的單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，作為測(cè)控系統(tǒng)不可缺少的部分，數(shù)據(jù)采集的性能特點(diǎn)直接影響到整個(gè)系統(tǒng)，日益增大的市場(chǎng)需求，需要我們?cè)谶@個(gè)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(jì)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(jì)，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(shí)市場(chǎng)和潛在的市場(chǎng)要求。</p><p>　　2 AT89C51單片機(jī)與傳感器</p><p>　　2.1 AT89C51單片機(jī)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(chǔ)器的8位COMS微控制器，使用高密度，非易失存儲(chǔ)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(chǔ)編程器對(duì)存儲(chǔ)器重復(fù)編程[1]。</p><p>　　2.2 AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)</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(gè)16位的定時(shí)／計(jì)數(shù)器T0和T1，4個(gè)8位的I／O端口和一個(gè)全雙工串行通信口等部分組成。AT89C51單片機(jī)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6、簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，低功耗等特點(diǎn)。特別是內(nèi)部集成了4KB的FLASH程序存儲(chǔ)器，使單片機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，也使其得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，它還具有高級(jí)語(yǔ)言編程的特點(diǎn)，指令豐富，軟件開發(fā)簡(jiǎn)單[2]。</p><p>　　綜上所述AT89C51單片機(jī)是一款性價(jià)比很高的單片機(jī)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(jī)，設(shè)計(jì)一個(gè)多路傳感器數(shù)據(jù)的測(cè)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(cè)參數(shù)之一，溫度的檢測(cè)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(biāo)相聯(lián)系。</p><p>　　用于溫度檢測(cè)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(jià)格便宜，

8、但需要冷端補(bǔ)償、電路設(shè)計(jì)復(fù)雜。熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定，測(cè)量范圍廣，構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。其中鉑熱是阻的測(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。半導(dǎo)體集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是測(cè)溫誤差小、微功耗、適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、線性度好、外圍電路簡(jiǎn)單等[3]。</p><p>　　綜上所述本次設(shè)計(jì)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(jì)，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(jī)實(shí)現(xiàn)</p><p>　　過去多臺(tái)儀器儀表所具備的功能。</p><p><b>　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3．1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　本設(shè)計(jì)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(hào)

10、(如：熱電偶)及標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入（如：1~5VDC，4~20mA），對(duì)于不同傳感器接入信號(hào)，能進(jìn)行軟件整定與校正；采用4個(gè)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(hào)或通道號(hào)；對(duì)每個(gè)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(dòng)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(gè)儀表的重要部分，其設(shè)計(jì)的好壞直接影響到整機(jī)的性能，本儀器以AT89C51單片機(jī)為核心。整個(gè)硬件系統(tǒng)分為以下幾個(gè)模塊：傳感器模擬信號(hào)采集處理模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊，鍵盤及顯示模塊，單片機(jī)系統(tǒng)模塊及報(bào)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(hào)采集模塊</p&

12、gt;<p>　　3.2.1 模擬信號(hào)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(jìn)行A/D處理，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大。由于LM324四運(yùn)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(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)采用LM324作為運(yùn)算放大器。模擬信號(hào)放大電路如下圖所示。</p><p>　　圖2. 模擬信號(hào)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(hào)。</p><p>　　3.2.2 多路信號(hào)采集通道的選擇</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，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)。本系統(tǒng)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&

14、gt;<b>　　對(duì)ADC要求高。</b></p><p><b>　　處理速度慢。</b></p><p><b>　　硬件簡(jiǎn)單，成本低。</b></p><p><b>　　軟件比較復(fù)雜。</b></p><p>　　圖3. 多路信號(hào)采集框圖</

15、p><p>　　3.2.3 多路信號(hào)采集的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　本設(shè)計(jì)系統(tǒng)為八路的溫度信號(hào)采集，而ADC0804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(gè)模擬量輸入通道和一個(gè)公共的模擬輸入端，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[4]。</p><p>　　所以本設(shè)計(jì)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(gè)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(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(hào)采集電路測(cè)出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)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(cè)的多路信號(hào)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(biāo)</p><p>　　(1) 高阻抗?fàn)顟B(tài)輸出</p><p>　　(2) 分辨率：8 位(0~255)</p><p>　　(3) 存取時(shí)間：135 ms</p><p>　　(4) 轉(zhuǎn)換時(shí)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(diǎn)及工作原理</p><p>　　模數(shù)轉(zhuǎn)換采用ADC0804,對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0－5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)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(gè)引腳，其中11-18管腳為數(shù)字信號(hào)輸出端，與單片機(jī)P1口

22、相連；cs為片選端，接單片機(jī)P3.5口，WR接P3.6口， RD接單片機(jī)P3.7口。CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線, 因ADC0804的內(nèi)部有時(shí)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(shí)鐘。通常使用2.5V作為為參考電壓輸入。INTR為中斷控制信號(hào)，接單片機(jī)外部中斷端口，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完后向單片機(jī)發(fā)出中斷信號(hào)，等待讀走數(shù)字信號(hào)，INTR也空可置不接，因?yàn)楫?dāng)啟動(dòng)A/D后一段時(shí)間后模數(shù)轉(zhuǎn)換完后，等

23、待一段時(shí)間后單片機(jī)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(jī)系統(tǒng)模塊</p><p>　　3.4.1 AT89C51單片機(jī)的基本功能</p><p>　　AT89C51具有以下標(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

24、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。空閑方式停止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(gè)硬件復(fù)位[6]。</p><p>　　3.4.2 AT89C51單片機(jī)基本工作電路<

25、/p><p>　　AT89C51單片機(jī)正常工作，必須連接基本電路?；倦娐钒ňд耠娐泛蛷?fù)位電路[7]。</p><p><b>　　1.晶振電路</b></p><p>　　單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種產(chǎn)生方式：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式是利用單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)。

26、本設(shè)計(jì)所采用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。</p><p>　　在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱晶振），作為單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路的負(fù)載，構(gòu)成自激振蕩器，可在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。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(jī)處于某種確定的初始狀態(tài)。單片機(jī)工作從復(fù)位開始。在單片機(jī)RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期，單片機(jī)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(jì)采用了后一種復(fù)位電路。</p><p>　　當(dāng)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(gè)機(jī)器周期，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。選擇C3=10µF，R

28、1=10KΩ[7]。</p><p>　　圖6. AT89C51單片機(jī)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(jì)鍵盤顯示模塊采用4個(gè)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(hào)或通道號(hào)；對(duì)每個(gè)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(dòng)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(jì)</p><p>　　鍵盤控制電路由按鍵及其接口構(gòu)成，鍵盤是單片機(jī)最簡(jiǎn)單的輸入設(shè)備。常用鍵盤分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤[8]。</p><p>　　本系統(tǒng)的輸入控制簡(jiǎn)單，采用獨(dú)立式鍵盤及接口電路。輸入電路由4個(gè)按鈕開關(guān)、4個(gè)10歐的限流電阻組成；鍵掃描識(shí)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(gè)獨(dú)立鍵盤對(duì)應(yīng)功能表</p><p>　　S2 模式切換鍵 自動(dòng)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(jiǎn)介</p><p>　　LED顯示器是由發(fā)光二極管組成，其中7個(gè)發(fā)光二極管按“8”行排列，用于顯示數(shù)字，字母等符號(hào)，一個(gè)發(fā)

32、光二級(jí)管圓點(diǎn)形狀，右下角用于顯示小數(shù)點(diǎn)，LED顯示器共陰極和共陽(yáng)極兩種類型。</p><p>　　當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一段筆畫成小數(shù)點(diǎn)亮，對(duì)共陰極顯示器，將共陰極COM接地，在a_q段加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)是高電平時(shí)，相應(yīng)段發(fā)光；對(duì)共陽(yáng)極顯示器，將共陽(yáng)極COM極接高電平，在a_q段幾加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)是低電平時(shí)，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(dòng)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(dòng)設(shè)備，一般的I/O接口驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路，常用的CMOS或TTL驅(qū)動(dòng)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中LED顯示器有動(dòng)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(dòng)態(tài)顯示方式就是需要顯示的字符斷續(xù)通過電流，對(duì)于動(dòng)態(tài)顯示，當(dāng)需要顯示多個(gè)字符時(shí)輪流給每個(gè)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(shí)刻只有一個(gè)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(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是：?jiǎn)纹瑱C(jī)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(hào)都

35、并聯(lián)起來，接單片機(jī)的同一個(gè)I/0口，單片機(jī)控制數(shù)碼管公共端的信號(hào)，稱為位選信號(hào)，控制數(shù)碼管各顯示字段的信號(hào)稱為段選信號(hào)，需要在哪些數(shù)碼管上顯示，先輸出位選信號(hào)，選中該數(shù)碼管，再輸出段選信號(hào)，顯示一位字符，需要顯示每個(gè)字符時(shí)，用掃描的方法，依次向各個(gè)數(shù)碼管輸出位選信號(hào)和段選信號(hào)，顯然每一瞬間只有一個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)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(shí)點(diǎn)亮（20ms掃描一次）[9]。</p><p>　

36、　3.5.4 LED顯示電路的設(shè)計(jì)</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(dòng)態(tài)顯示方式，同時(shí)結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，選擇動(dòng)態(tài)顯示方式。顯示模塊中，單片機(jī)AT89C51的P0.0-P0.7端作為數(shù)據(jù)輸出，連接到兩個(gè)鎖存器74HC573對(duì)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(gè)鎖存器U1的Q0-Q7端相連，6為數(shù)碼管位選與另一個(gè)鎖

37、存器U2的Q0-Q5端相連。鎖存器U1的鎖存端與單片機(jī)P2.6端相連，鎖存器U2的鎖存端與單片機(jī)P2.7端相連。</p><p>　　圖8. LED顯示電路</p><p>　　3.6 報(bào)警控制模塊</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，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

38、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。</p><p>　　3.6.1 報(bào)警控制電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　報(bào)警控制電路由單片機(jī)AT89C51的P3.3端作輸出，通過一個(gè)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(bào)警控制電路如下圖所示。</p><p>　　圖9. 報(bào)警工作電路</p><p>　　3.6.2 報(bào)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(dāng)壓電陶瓷在一定方向上受到一個(gè)壓力使其晶體結(jié)

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

41、到三極管C945的基極。當(dāng)P3.3端的輸出信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，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(jì)</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　在本程序的設(shè)計(jì)中，A/D轉(zhuǎn)換是通過每次轉(zhuǎn)換完成后單片機(jī)延時(shí)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(chǔ)器中保存；因?yàn)樵谟布Y(jié)構(gòu)時(shí)，就采用了獨(dú)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(dòng)作；顯示子程序采用單獨(dú)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(yùn)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(cè)信號(hào)的不斷及時(shí)更新；顯示子程序直接通

43、過單片機(jī)的端口，不停的送出字位顯示和字?jǐn)?shù)的顯示；鍵盤處理子程序，鍵盤采用獨(dú)立鍵盤，在有鍵按下時(shí)，首先判斷那個(gè)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(dāng)采集信號(hào)超過報(bào)警值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。</p><p>　　圖10. 主程序流程圖</p><p>　　4.2 信號(hào)采集分析模塊軟件設(shè)計(jì)</p>

44、<p>　　4.2.1 信號(hào)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(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，采用ADC0804其操作時(shí)序圖如下</p><p>　　圖11. ADC0804控制信號(hào)時(shí)序圖</p><p>　　由ADC0804 的時(shí)序可以知道，轉(zhuǎn)換過程由一個(gè)寫信號(hào)啟動(dòng)，轉(zhuǎn)換完成后，輸出INTR信號(hào)，此時(shí)可以讀取數(shù)據(jù)。之后可以進(jìn)入下

45、一個(gè)轉(zhuǎn)換周期。由ADC0804 的轉(zhuǎn)換時(shí)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(gè)數(shù)值，ADC0804 就可以正常的工作。綜合以上考慮，設(shè)計(jì)時(shí)要注意兩點(diǎn)：（1）寫信號(hào)的頻率要低于ADC0804 的最大轉(zhuǎn)換頻率。（2）在寫信號(hào)之后至少要有100us 的時(shí)延，才能輸出讀信號(hào)。  在此，提出兩種方法來實(shí)現(xiàn)ADC0804 的控制信號(hào)時(shí)序：（1）主動(dòng)模式，在這種模式下，控制電路啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換

46、后，在INTR 信號(hào)的作用下，輸出讀信號(hào)，同時(shí)從ADC0804 的數(shù)據(jù)總線上讀入數(shù)據(jù)，之后輸出一個(gè)寫信號(hào)，開始下一次轉(zhuǎn)換。由于這種方式是異步進(jìn)行的，讀寫信號(hào)彼此之間交互的產(chǎn)生，因此，能夠滿足上面提出的兩點(diǎn)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(dòng)模式，在這種模式下，ADC0804 的讀寫信號(hào)完全由控制電路按照固定的時(shí)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(hào)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(dòng)信號(hào)。AT89C51發(fā)出指令使CS和WR同為低電平時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換被啟動(dòng)，ADC0804開始工作。A/D轉(zhuǎn)換被啟動(dòng)而在WR上升沿后100μs完成數(shù)模轉(zhuǎn)換，同時(shí)INTR自動(dòng)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(hào)。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換芯片輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。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(jìn)行聯(lián)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。本設(shè)計(jì)采用延時(shí)方式進(jìn)行89C51和ADC0804間的數(shù)據(jù)讀取。采集數(shù)據(jù)時(shí)，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(shí)產(chǎn)生CS、

49、WR低電平信號(hào)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器工作，ADC0804經(jīng)100μs后將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)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(dāng)89C51設(shè)定接收延時(shí)時(shí)間到時(shí)，立即執(zhí)行輸入指令，以產(chǎn)生CS、RD低電平信號(hào)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(hào)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(hào)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(dòng)轉(zhuǎn)換子程序    lcall  delay1ms   ;延時(shí)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(dāng)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(shí)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(hào)采集子程序流程圖</p><p>　　4.3 鍵盤與顯示模塊軟件設(shè)計(jì)</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(jìn)行判斷，并轉(zhuǎn)到按下的相應(yīng)鍵對(duì)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(dòng)原因及解決方案</p><p>　　實(shí)際中，在按下某個(gè)鍵時(shí)，被按按鍵的彈簧總會(huì)有輕微的抖動(dòng)。t1，t3分別是閉和和釋放的抖動(dòng)時(shí)間，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短與按鍵的機(jī)械特性有關(guān)，一般為5ms-20ms。為確保CPU對(duì)鍵的一次閉和僅做一次處理，必須去抖動(dòng)，這可以分別通過軟件和硬件兩種方法實(shí)現(xiàn)。如果用硬件來實(shí)現(xiàn)去抖動(dòng)，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(jì)，所以本設(shè)計(jì)選用了軟件去抖動(dòng)的方法</p><p>　　具體實(shí)現(xiàn)的方法就是，當(dāng)CPU檢測(cè)到有按鍵按下后通過軟件延時(shí)（5ms-20ms）一段時(shí)間后再進(jìn)行掃描，如果延時(shí)后檢測(cè)到仍然有鍵按下，這時(shí)才讀取鍵值并存入寄存器，從而達(dá)到了去抖動(dòng)的效果。</p><p>　　4.3.3 竄鍵的處理</p><p>　　用戶在操作時(shí)常常因不小心同時(shí)按下了一個(gè)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(shí)現(xiàn)的，但是用硬件的方法既復(fù)雜有不經(jīng)濟(jì)，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(jì)中我選用了軟件的方法完成竄鍵的處理。</p><p>　　在AT89C51單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中預(yù)先設(shè)定了竄鍵標(biāo)志寄存器。竄鍵標(biāo)志寄存器在行掃描期間用于記錄被按按鍵個(gè)數(shù)，故發(fā)生竄鍵時(shí)竄鍵標(biāo)志必大于01H。CPU在行掃描時(shí)不以發(fā)生第一個(gè)被按按鍵為滿足，而是繼續(xù)完成對(duì)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(biāo)志來判斷是否發(fā)生竄鍵。如果未發(fā)現(xiàn)竄鍵，則CPU再進(jìn)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(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)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(hào)或通道號(hào)。本設(shè)計(jì)數(shù)碼管采用

65、動(dòng)態(tài)顯示，由兩個(gè)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(bào)警控制電路軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)采集的信號(hào)超過設(shè)定上下限時(shí)，P3.3輸出高電平信號(hào)“1”，晶體管導(dǎo)通，蜂鳴器獲得+5V電壓而鳴叫；當(dāng)P3.3輸出低電平信號(hào)“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。報(bào)警流程圖如下<

66、;/p><p>　　圖17. 報(bào)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(dāng)系統(tǒng)工作模式為指定顯示模式時(shí)，數(shù)碼管顯示所選擇通道的通道號(hào)與對(duì)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(hào)與其對(duì)應(yīng)的

67、通道的采集值。模式的切換與通道號(hào)的選擇通過獨(dú)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(hào)的采集、顯示、簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話及報(bào)警功能。它的可測(cè)范圍廣，適用性強(qiáng)，具有很大的實(shí)用價(jià)值。</p><p>　　本系統(tǒng)主要用于采集、顯示和監(jiān)控被測(cè)數(shù)據(jù)信息，不具備控制調(diào)節(jié)功能。但

68、能夠進(jìn)行硬件和軟件功能擴(kuò)展。在硬件擴(kuò)展后，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)控制功能擴(kuò)展。例如當(dāng)被測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到一定值時(shí)，通過軟件編程進(jìn)行判斷，從主控制器的一個(gè)I/O端口輸出一個(gè)控制指令，去驅(qū)動(dòng)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(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到人們所需的要求。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等行業(yè)高度自動(dòng)化的今天，環(huán)境信息的自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制越來越受到人們的重視，本產(chǎn)品將會(huì)有很好的市場(chǎng)推廣及應(yīng)用前景。</p><p><b>　　致

69、 謝</b></p><p>　　經(jīng)過幾個(gè)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(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，也是理論走向?qū)嵺`的第一步。在此設(shè)計(jì)過程中，擴(kuò)展了知識(shí)面，增強(qiáng)了獨(dú)立思考和自學(xué)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(xué)院給我提供了很好的設(shè)計(jì)環(huán)境，使我的設(shè)計(jì)得以順利的進(jìn)行。最后，

70、感謝設(shè)計(jì)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(duì)本系統(tǒng)的論文多次進(jìn)行認(rèn)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(xué)的支持和幫助，對(duì)這些同學(xué)表示誠(chéng)摯的謝意，也對(duì)參考書的作者表示感謝。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 白駒珩，雷曉平.單片計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用[

71、M]. 成都：電子科技大學(xué)出版社，1997</p><p>　　[2] 朱定華.單片機(jī)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(yáng)16位單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2003 </p><p>　　[4] 譚家玉.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)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(xué)出版社，2003 </p><p>　　[6] 謝自美.電子線路設(shè)計(jì);實(shí)驗(yàn);測(cè)試[M]. 北京:華中科技大學(xué)出版社，2002 </p><p>　　[7] 李群芳，黃建.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)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(cè)技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2002.8 </p><p>　　[10] 劉亮.先進(jìn)傳感器及其應(yīng)用.北京：化學(xué)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(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化,199,18(3)</p><p>　　[13] 謝自美.電子線路設(shè)計(jì)；試驗(yàn)；測(cè)試 [M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[14] 張愛民，林輝.四路智能溫度測(cè)控儀的設(shè)計(jì)，電子設(shè)計(jì)工程.2009.5</p><p&

75、gt;　　[15] 何橋.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]，中國(guó)鐵道出版社.2004</p><p>　　[16] 樓然苗.51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例[M]，北京航空航天出版社，2003</p><p>　　[17] 李光飛．單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004：105-106．</p><p>　　[18] 周航慈．單片機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]．北京

76、：北京航空航天大學(xué)出版社，2003．</p><p>　　[19] 戴伏生.基礎(chǔ)電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐 國(guó)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(xué)出版社，2001.12</p><p>　　[21] 李志全等.智能儀表設(shè)計(jì)原理及應(yīng)用.國(guó)防工業(yè)出版社,1998.6</p>

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