基于單片機倉庫溫濕度的監(jiān)測系統(tǒng)的畢業(yè)設計

1、<p><b>　　引 言</b></p><p>　　隨著社會的發(fā)展人們對生產(chǎn)生活中所需儲備物資的質(zhì)量保證要求越來越高，因而對儲備物資的倉庫管理質(zhì)量也更加重視，而防潮、防霉、防腐、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。它直接影響到儲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行，首要問題是加強倉庫內(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

2、發(fā)濕度表、雙金屬式測量計和濕度試紙等測試器材，通過人工進行檢測，對不符合溫度和濕度要求的庫房進行通風、去濕和降溫等工作。這種人工測試方法費時費力、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機性大。因此我們需要一種造價低廉、使用方便且測量準確的溫濕度測量儀。由此而來的基于單片機的溫濕度測量儀開始出現(xiàn)在了人們的生產(chǎn)生活中，隨著其不斷的發(fā)展也將被大部分人所接受。</p><p>　　伴隨時代的進步和發(fā)展，單片機技術已經(jīng)普及到

3、我們生活、工作、科研、各個領域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術, 由于單片機集成度高、功能強、可靠性高、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等一系列優(yōu)點，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活得方方面面，幾乎“無處不在，無所不為”。單片機的應用領域已從面向工業(yè)控制、交通、智能儀器等迅速發(fā)展的家用消費產(chǎn)品、儀器儀表、醫(yī)療設備、信息和通信產(chǎn)品、航空航天、專用設備的智能化管理、辦公自動化、汽車電子、PC機外圍以及網(wǎng)絡通訊等廣大領域。</p>&

4、lt;p>　　本課題研究的主要內(nèi)容有：以單片機為核心的主控制模塊的設計；溫濕度采集模塊的設計；溫濕度顯示模塊的設計；語音警報模塊的設計。與傳統(tǒng)的溫濕度測量儀器相比，該設計的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫精確，數(shù)字顯示，適用范圍寬等特點。</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 選題背景 </p&g

5、t;<p>　　隨著時代科技的迅猛發(fā)展，微電子學和計算機等現(xiàn)代電子技術的成就給傳統(tǒng)的電子測量與儀器帶來了巨大的沖擊和革命性的影響。常規(guī)的測試儀器儀表和控制裝置被更先進的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測量儀器在遠離、功能、精度及自動化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學實驗和應用工程的自動化程度得以顯著提高。</p><p>　　同時傳感器技術作為新技術革命和信

6、息社會的重要技術基礎，是現(xiàn)代科技的開路先鋒，也是當代科學技術發(fā)展的一個重要標志。傳感器技術、通信技術、計算機技術、分別對應信息技術中的采集、傳輸和處理。如果說計算機是人類大腦的擴展，那么傳感器就是人類五官的延伸。當集成電路、計算機技術飛速發(fā)展時，電腦的運算速度和信息處理能力得以成倍的提高，這時人們才逐步認識到信息攝取裝置：傳感器沒跟上信息技術的發(fā)展，因而驚呼“大腦發(fā)達、五官不靈”。世界上技術發(fā)達的國家對傳感器技術開發(fā)都十分重視。這些技術

7、的發(fā)展也為倉庫的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展提供了科學依據(jù)。</p><p>　　防潮、防霉、防腐、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。它直接影響到儲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行，首要問題是加強倉庫內(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、雙金屬式測量計和濕度試紙等測試器材，通過人工進行檢測，對不符合溫度和濕度要求的庫房進行通風、去濕和降溫等工作。這

8、種人工測試方法費時費力、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機性大。因此我們需要一種造價低廉、使用方便且測量準確的溫濕度測量儀。</p><p>　　1.2 設計過程及工藝要求</p><p><b>　　一、基本功能</b></p><p><b>　　? 檢測溫度、濕度</b></p><p>

9、;<b>　　? 顯示溫度、濕度</b></p><p><b>　　? 過限報警</b></p><p><b>　　主要技術參數(shù) </b></p><p>　　? 溫度檢測范圍 ： -30℃～+50℃</p><p>　　? 測量精度 ： 0.5℃</p&

10、gt;<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><p>　　? 報警方式 ： 三極管驅(qū)動的蜂鳴音報警</p><p>　　第2章 方案的比較和論證

11、</p><p>　　當將單片機用作測控系統(tǒng)時，系統(tǒng)總要有被測信號懂得輸入通道，由計算機拾取必要的輸入信息。對于測量系統(tǒng)而言，如何準確獲得被測信號是其核心任務；而對測控系統(tǒng)來講，對被控對象狀態(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)。</p><p>　　傳感器是實現(xiàn)測量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測控系統(tǒng)的關鍵部件，如果沒有傳感器對原始被測信號進行準確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準確的測量和控制都將

12、無法實現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化測量和控制，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，使設備和系統(tǒng)正常運行在最佳狀態(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。熱電阻是利用導體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件。現(xiàn)應用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點為精度高、測量范圍大、便于遠距離

13、測量。</p><p>　　鉑的物理、化學性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強，易提純，復制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測中高精密測溫和溫度標準。缺點是價格貴，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標準測溫范圍-200～650℃，百度電阻比W（100）=1.3850時，R0為100Ω和10Ω，其允許的測量誤差A級為±（0.15℃+0.002 |t|），B級為±

14、（0.3℃+0.005 |t|）。</p><p>　　銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價格低，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，因而器件

15、反接也不會損壞。使用可靠。它只需直流電源就能工作，而且，無需進行線性校正，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特點是，和電壓輸出型相比，它有很強的抗外界干擾能力。AD590的測量信號可遠傳百余米。綜合比較方案一與方案二，方案二更為適合于本設計系統(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>　　測量空氣濕度的方式很多，其原理

16、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)生變化而進行濕度測量的。</p><p>　　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傳感器，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

17、度范圍為0～50℃，阻抗在75%RH（25℃）時為1MΩ。這種傳感器原是用于開關的傳感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測濕度，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)使用時具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。</p><p>　　方案二：采用HS1100/HS1101濕度傳感器。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而

18、增大。不需校準的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應時間，專利設計的固態(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插件和自動裝配過程等。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；響應時間小于5S；溫度系數(shù)為0.04 pF/℃。可見精度是較高的。</p>&l

19、t;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計系統(tǒng)中對溫度-30～50℃的要求，因此，我們選擇方案二來作為本設計的濕度傳感器。</p><p>　　2.3 信號采集通道的選擇 </p><p>　　在本設計系統(tǒng)中，溫度輸入信號為兩路的模擬信號，這就需要多通道結(jié)構(gòu)。&l

20、t;/p><p>　　方案一、采用多路并行模擬量輸入通道，如圖2-1。</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點為：</p><p>　　可以根據(jù)各輸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>　　硬件復雜，故障率高。</p><p>　　軟件簡單，各通道可以獨立編程。</p&

21、gt;<p>　　方案二、采用多路分時的模擬量輸入通道，如圖2-2。</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點為：</p><p>　　對ADC、S/H要求高。</p><p><b>　　處理速度慢。</b></p><p><b>　　硬件簡單，成本低。</b></p&g

22、t;<p><b>　　軟件比較復雜。</b></p><p>　　綜合比較方案一與方案二，方案二更為適合于本設計系統(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，所以選擇方案二作為信號的輸入通道。</p><p>　　圖2-1多路并行模擬量輸入通道</p><p>　　圖2-2 多路分時的模擬量輸入通道&l

23、t;/p><p>　　第3章 系統(tǒng)總體設計</p><p>　　本設計是基于單片機對數(shù)字信號的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產(chǎn)生模擬信號，和A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的性能，我設計了以AT89C51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、復位電路、溫度檢測、濕度檢測、鍵盤及顯示、報警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設計。</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)總體

24、框圖 </p><p>　　本設計由信號采集、信號分析和信號處理三個部分組成的。</p><p>　?。ㄒ唬?信號采集 由AD590、HS1100及多路開關CD4051組成； </p><p>　?。ǘ?信號分析 由A/D轉(zhuǎn)換器MC14433、單片機AT89C51基本系統(tǒng)組成；</p><p>　?。ㄈ?信號處理 由串行口LED顯

25、示器和報警系統(tǒng)等組成。</p><p><b>　　3.1 信號采集</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>　　主要特性</b></p><p&g

26、t;　　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)</p><p>　　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如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2

27、 AD590外形及電路符號</p><p>　　1、流過器件的電流（μA）等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（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。</p><p>　　T——熱力學溫度，單位K。</p><p>　　2、

28、 AD590的測溫范圍-55℃- +150℃。</p><p>　　3、 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損壞。</p><p>　　4、輸出電阻為710MΩ。</p><p>　　5、精度高。AD590共有I、J、K、

29、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>　　AD590的工作原理　　在被測溫度一定時，AD590相當于一個恒流源，把它和5～30V的直流電源相連，并在輸出端串接一個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，此時電阻兩端將會有1mV／K的電壓信號。其基本電路如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-

30、3 AD590內(nèi)部核心電路</p><p>　　圖3-3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，兩個管的材質(zhì)和工藝完全相同，但T3實質(zhì)上是由n個晶體管并聯(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：

31、     I1＝ΔUBE／R＝（KT／q）（lnn）／R　　對于AD590，n＝8，這樣，電路的總電流將與熱力學溫度T成正比，將此電流引至負載電阻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，所以輸出信號不受電源電壓和導線電阻的影響。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，因而在基準溫度下可得到1μA／K的I值。&

32、lt;/p><p>　　圖3-4 AD590內(nèi)部電路</p><p>　　圖3-4所示是AD590的內(nèi)部電路，圖中的T1～T4相當于圖3-3中的T1、T2，而T9，T11相當于圖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為啟動電路，其中T5為恒定偏置二極管。　　T6可用來防止

33、電源反接時損壞電路，同時也可使左右兩支路對稱。R1，R2為發(fā)射極反饋電阻，可用于進一步提高阻抗。T1～T4是為熱效應而設計的連接防式。而C1和R4則可用來防止寄生振蕩。該電路的設計使得T9，T10，T11三者的發(fā)射極電流相等，并同為整個電路總電流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。　　T9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：  

34、60; ΔUBE＝（R6－2 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。　　根據(jù)上式不難看</p><p><b>　　二、基本應用電路</b></p><p>　　圖3-8是AD590用于測

35、量熱力學溫度的基本應用電路。因為流過AD590的電流與熱力學溫度成正比，當電阻R1和電位器R2的電阻之和為1kΩ時，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，因此應對電路進行調(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 　AD59

36、0應用電路</p><p>　　三、攝氏溫度測量電路</p><p>　　如圖3-5所示，電位器R2用于調(diào)整零點，R4用于調(diào)整運放LF355的增益。調(diào)整方法如下：在0℃時調(diào)整R2，使輸出V0=0，然后在100℃時調(diào)整R4使V0=100mV。如此反復調(diào)整多次，直至0℃時，V0=0mV，100℃時V0=100mV為止。最后在室溫下進行校驗。例如，若室溫為25℃，那么V0應為25mV。冰水混合物

37、是0℃環(huán)境，沸水為100℃環(huán)境。</p><p>　　四、多路檢測信號的實現(xiàn)</p><p>　　本設計系統(tǒng)為八路的溫度信號采集，而MC14433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3-6所示</p><p>　　圖3-6 兩路分時的模擬量信號采集電路硬件接口</p><p>　　3.1.2 溫

38、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)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學性質(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)生變化而進行濕度測量的。下面 介紹HS1100/HS1101濕度傳感器及其應用。</p><p><b>　　一、特點<

39、/b></p><p>　　不需校準的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應時間，專利設計的固態(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插件和自動裝配過程等。</p><p>　　圖3-7a為濕敏電容工作的溫、濕度范圍。圖3-7b為濕度-電容響應曲線。</p><

40、;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；響應時間小于5S；溫度系數(shù)為0.04 pF/℃?？梢娋仁禽^高的。</p><p>　　圖3-7a 濕敏電容工作的溫、濕度范圍 圖3-7b 濕度-電容響應曲線</p><p><b>　　二、濕度測量電路</b></p

41、><p>　　HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件，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確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C易于接受的信號，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運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經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；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，可直接被計算機所采集。<

42、/p><p>　　頻率輸出的555測量振蕩電路如圖3-8所示。集成定時器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電阻，R1 用于平衡溫度系數(shù)。</p><p>　　圖3-8 頻率輸出的555振蕩電路&l

43、t;/p><p>　　該振蕩電路兩個暫穩(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充電時間后，Uc達到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約0.67Vs，此時輸出引腳3端由高電平突降為低電平，然后通過R2放電，經(jīng)t放電時間后，Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，約0.33Vs，此時輸出，此時輸出引腳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，充放電時間為</p><p>　

44、　t充電=C（R4+R2）Ln2</p><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，表3-1給出了其中的一組典型測試值。</p>

45、<p>　　表3-1 空氣濕度與電壓頻率的典型值</p><p>　　三、多路檢測信號的實現(xiàn)</p><p>　　本設計系統(tǒng)為八路的濕度信號采集，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3-9所示</p><p>　　圖3-9 兩路分時的模擬量信號采集電路硬件接口</p><p>　　3.1.3 多

46、路開關</p><p>　　多路開關，有稱“多路模擬轉(zhuǎn)換器”。多路開關通常有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，多路開關通常是一種具有雙向能力的器件。</p><p>　　在本設計中，由于采用了溫濕度雙

47、量控制，所以在信號采集中將有兩個模擬量被提取，這時選用多路開關就是很必要的。</p><p>　　我選用的是CD4051多路開關，它是一種單片、COMS、8通道開關。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TG組成。CD4051的內(nèi)部原理框圖如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 CD4051的內(nèi)部原理框圖&

48、lt;/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，可實現(xiàn)8選1功能，作為輸出時，可實現(xiàn)1分8功能。</p><p>　　XCOM（3）：該引腳作為輸出時，則為公共輸出端；作為輸入時，則為輸入端。</p><p>　　A

49、、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關系和輸出段OUT/IN接通。VDD（16）和VSS（8）：VDD為正電源輸入端，極限值為17V；VSS為負電源輸入端，極限值為-17V。</p><p>　　VGG（7）；電平轉(zhuǎn)換器電源，通常接+5V或-5

50、V。</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和各通道的接通關系如下</p><p><b>　　表 3-2</b></p><p>　　3.2 信號分析與處理</p>

51、<p>　　3.2.1 A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　一、A/D轉(zhuǎn)換器的特點</p><p>　　為了把溫度、濕度檢測電路測出的模擬信號轉(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1/1999。由于MC14433只有一路輸入，而本系統(tǒng)檢測的多路溫度與濕度信號輸入，故選用多路選擇電子開關，可輸入多路模擬量。</p>

52、<p>　　MC14433 A/D 轉(zhuǎn)換器</p><p>　　由于雙積分方法二次積分時間比較長，所以A/D轉(zhuǎn)換速度慢，但精度可以做得比較高；對周期信號變化的干擾信號積分為零，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，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ICL71

53、35</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，其缺點是轉(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。MC14433A/D轉(zhuǎn)換器與國內(nèi)產(chǎn)品5G14433完全相同，可以互換。</p><p>　　MC1443

54、3A/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。</p><p>　　圖3-11 MC14433A/D轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部邏輯框圖</p><p>　　圖3-12 MC14433引腳圖</p><p>　　MC14433 的框圖（圖3-11）和引腳（圖3-12）功能說明</p><p><

55、;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: 模擬部分的負電源端，接-5V。</p><p>　　VAG： 模擬地端。</p><p>　　V

56、SS： 數(shù)字地端。</p><p>　　VR： 基準電壓。</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，R1=470?；VX=200Mv時，R1=27K?。</p><p>　　C1： 積分電容輸入端。C1 一般為0.1

57、81;F。 </p><p>　　C01、C02： 外界補償電容端，電容取值約0.1µF。 </p><p>　　R1/C1： R1 與C1的公共端。</p><p>　　CLKI、CLKO ： 外界振蕩器時鐘調(diào)節(jié)電阻Rc，Rc一般取 470 K?左右。</p><p>　　轉(zhuǎn)換啟動/結(jié)束信號端</p>&

58、lt;p>　　EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端，正脈沖有效。</p><p>　　DU： 啟動新的轉(zhuǎn)換，若DU與EOC相連，每當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，自動啟動新的轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　過量程信號輸出端</b></p><p>　　/OR ： 當|Vx|?VR，過量程/OR 輸出低電平。</p><p>

59、;<b>　　位選通控制線</b></p><p>　　DS4----DS1： 選擇個、十、百、千位，正脈沖有效。</p><p>　　DS1 對應千位，DS4 對應個位。每個選通脈沖寬度為18個時鐘周期，兩個相應脈沖之間間隔為2個時鐘周期。</p><p>　　圖3-13 MC14433選通脈沖時序圖</p><p&g

60、t;<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 除了表示個位的0或1外，還表示了轉(zhuǎn)化值的正負極性和欠量程還是過量程其含意見表3-3。</p><p>　　由表可知Q3 表示1/2位

61、，Q3=“0”對應1，反之對應0。</p><p>　　表3-3 DS1選通時Q3～Q0表示的結(jié)果</p><p>　　Q2 表示極性，Q2=“1”為正極性，反之為負極性。</p><p>　　Q0=“1”表示超量程：當Q3=“0”時，表示過量程；當Q3=“1”時，表示欠量程；</p><p>　　MC14433與AT89C51單片機的接口

62、設計</p><p>　　由于MC14433的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是動態(tài)分時輸出的BCD碼，Q0～Q3HE DS1～DS4都不是總線式的。因此，MCS-51單片機只能通過并行I/O接口或擴展I/O接口與其相連。對于AT89C51單片機的應用系統(tǒng)來說，MC14433可以直接和其P1口或擴展I/O口8155/8255相連。下面是MC14433與AT89C51單片機P1口直接相連的硬件接口，接口電路如圖3-14所示<

63、/p><p>　　圖3-14 MC14433與AT89C51單片機P1口直接相連的硬件接口</p><p>　　3.2.2 單片機AT89C51的介紹 </p><p>　　為了設計此系統(tǒng)，我們采用了AT89C51單片機作為控制芯片，在前向通道中是一個非電信號的電量采集過程。它由傳感器采集非電信號，從傳感器出來經(jīng)過功率放大過程，使信號放大，再經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換成為計算機

64、能識別的數(shù)字信號，再送入計算機系統(tǒng)的相應端口。</p><p><b>　　一、介紹</b></p><p>　　8 位AT89C51 CHMOS 工藝單片機被設計用于處理高速計算和快速輸入/輸出。MCS51 單片機典型的應用是高速事件控制系統(tǒng)。商業(yè)應用包括調(diào)制解調(diào)器，電動機控制系統(tǒng)，打印機，影印機，空調(diào)控制系統(tǒng)，磁盤驅(qū)動器和醫(yī)療設備。汽車工業(yè)把MCS51 單片機用于

65、發(fā)動機控制系統(tǒng)，懸掛系統(tǒng)和反鎖制動系統(tǒng)。AT89C51 尤其很好適用于得益于它的處理速度和增強型片上外圍功能集，諸如：汽車動力控制，車輛動態(tài)懸掛，反鎖制動和穩(wěn)定性控制應用。由于這些決定性應用，市場需要一種可靠的具有低干擾潛伏響應的費用-效能控制器，服務大量時間和事件驅(qū)動的在實時應用需要的集成外圍的能力，具有在單一程序包中高出平均處理功率的中央處理器。擁有操作不可預測的設備的經(jīng)濟和法律風險是很高的。一旦進入市場，尤其任務決定性應用諸如自動

66、駕駛儀或反鎖制動系統(tǒng)，錯誤將是財力上所禁止的。重新設計的費用可以高達500K 美元，如果產(chǎn)品族享有同樣內(nèi)核或外圍設計缺陷的話，費用會更高。另外，部件的替代品領域是極其昂貴的，因為設備要用來把模塊典型地焊接成一個總體的價值比各個部件高幾倍。為了緩和這些問題，在最壞的環(huán)境和電壓條件下對這些單片機進行無論在部</p><p>　　二、AT89C51提供以下標準功能：</p><p>　　4k 字

67、節(jié)FLASH 閃速存儲器，128 字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個I/O 口線，2 個16 位定時/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 降至0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式體制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，但振蕩器體制工作并禁止其他所有不見工作直到下一個硬件復位，如圖3-15。&

68、lt;/p><p>　　圖3-15 AT89C51 方框圖</p><p>　　引腳功能說明(如圖3-16) </p><p><b>　　·Vcc：電源電壓</b></p><p><b>　　·GND：地</b></p><p>　　·P0 口

69、：P0 口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8 個TTL 邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash 編程時，P0 口接受指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。</p><p>　　圖3-1

70、6 AT89C51引腳圖</p><p>　　·P1 口：P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作為輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。Flash 編程和程序校驗期間，P1 接受低8 位地址。</p&

71、gt;<p>　　·P2 口：P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作為輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或16 位四肢的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR指令）時，P2 口送出高8

72、位地址數(shù)據(jù)，在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @ RI 指令）時，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2 寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。Flash 編程和程序校驗時，P2 也接收高位地址和其他控制信號。</p><p>　　·P3 口：P3 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P3 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對端口

73、寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作為輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。P3 口還接收一些用于Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。</p><p>　　·RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。</p><p>　　·ALE/PRO

74、G：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE 脈沖。對Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH 單元D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置

75、位后，只有一條MOVX 和MOVC 指令ALE 才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE 無效。</p><p>　　·PSEN：程序存儲允許輸出是外部程序存儲器的讀選通型號，當89C51 由外部存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的PSEN 信號不出現(xiàn)。</p><p&g

76、t;　　·EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為</p><p>　　0000H—FFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA 端狀態(tài)。如EA 端為高電平（接Vcc 端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash 存儲器編程時，該引腳加上+12v 的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件使用12v 編程電壓

77、Vpp。</p><p>　　·XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p>　　·XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。89C51 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1 和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖5。外接石英晶體或陶瓷

78、諧振器及電容C1、C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對電容C1、C2 雖沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30Pf±10 Pf，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40Pf±10Pf。用戶也可以采用外部時鐘。這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1 端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端XTAL2 則懸空。</p

79、><p><b>　　·掉電模式：</b></p><p>　　在掉電模式下，振蕩器停止工作，進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi)RAM 和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。推出掉電模式的唯一方法是硬件復位，復位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變RAM 中的內(nèi)容，在Vcc 恢復到正常工作電平前，復位應無效，且必須保持一定時間以使振蕩器重啟

80、動并穩(wěn)定工作。89C51 的程序存儲器陣列是采用字節(jié)寫入方式編程的，每次寫入一個字符，要對整個芯片的EPROM 程序存儲器寫入一個非空字節(jié)，必須使用片擦除的方法將整個存儲器的內(nèi)容清楚。</p><p><b>　　三、編程方法</b></p><p>　　編程前，設置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號，編程單元的地址加在P1 口和P2 口的P2.0—P2.3（11 位地址范圍為0

81、000H——0FFFH），數(shù)據(jù)從P0口輸入，引腳P2.6、P2.7 和P3.6、P3.7 的電平設置見表6，PSEB 為低電平，RST保持高電平，EA/Vpp 引腳是編程電源的輸入端，按要求加上編程電壓，ALE/PROG引腳輸入編程脈沖（負脈沖）。編程時，可采用4—20MHz 的時鐘振蕩器，89C51 編程方法如下：在地址線上加上要編程單元的地址信號在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。激活相應的控制信號。在高電壓編程方式時，將EA/Vpp

82、端加上+12v 編程電壓。每對Flash 存儲陣列寫入一個字節(jié)或每寫入一個程序加密位，加上一個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1—5 步驟，知道全部文件編程結(jié)束。每個字節(jié)寫入周期是自身定時的，通常約為1.5ms。·數(shù)據(jù)查詢89C51 單片機用數(shù)據(jù)查詢方式來檢測一個寫周期是否結(jié)束，在一個寫周期中，如需要讀取最后寫入的那個字節(jié)，則讀出的數(shù)據(jù)的最高位（P0.7）是原來寫入字節(jié)的最高位的反碼。寫周期開始

83、后，可在任意時刻</p><p>　　1、Ready/Busy:</p><p>　　字節(jié)編程的進度可通過Ready/Busy 輸出信號檢測，編程期間，ALE 變?yōu)楦唠娖健癏”后P3.4（Ready/Busy）端被拉低，表示正在編程狀態(tài)（忙狀態(tài)）。編程完成后，P3.4 變?yōu)楦唠娖奖硎緶蕚渚途w狀態(tài)。</p><p>　　程序校驗：如果加密位LB、LB2 沒有進行編程，

84、則代碼數(shù)據(jù)可通過地址和數(shù)據(jù)線讀回原編寫的數(shù)據(jù)，采用下圖的電路，程序存儲器的地址由P1 口和P2 口的P2.0—P2.3 輸入，數(shù)據(jù)由P0 口讀出，PSEN 保持低電平，ALE、EA 和RST 保持高電平。校驗時，P0 口必須接上10k 左右的上拉電阻。</p><p>　　圖3-17 編程電路 圖3-18 校驗電路</p><p><b&

85、gt;　　2、芯片擦除:</b></p><p>　　利用控制信號的正確組合并保持ALE/PROG 引腳10ms 的低電平脈沖寬度即可將EPROM 陣列(4k 字節(jié))和三個加密位整片擦除,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行。</p><p>　　3、讀片內(nèi)簽名字節(jié):</p><p>　　89C51 單片機內(nèi)有3 個簽名

86、字節(jié),地址為030H、031H 和032H。于聲明該器件的廠商、號和編程電壓。讀簽名字節(jié)的過程和單元030H、031H 和032H的正常校驗相仿，只需要將P3.6 和P3.7 保持低電平，返回值意義如下：</p><p>　　(030H) = 1EH 聲明產(chǎn)品由ATMEL 公司制造。</p><p>　　(031H) = 51H 聲明為89C51 單片機。</p><p

87、>　　(032H) = FFH 聲明為12V 編程電壓。</p><p>　　(032H) = 05H 聲明為5 編程電壓。</p><p><b>　　4、編程接口：</b></p><p>　　采用控制信號的正確組合可對Flash 閃速存儲陣列中的每一代碼字節(jié)進行寫入和存儲器的整片擦除，寫操作周期是自身定時的，初始化后它將自動定時到操

88、作完成。微機接口實現(xiàn)兩種信息形式的交換。在計算機之外，由電子系統(tǒng)所處理的信息以一種物理信號形式存在，但在程序中，它是用數(shù)字表示的。任一接口的功能都可分為以某種形式進行數(shù)據(jù)庫變換的一些操作，所以外部和內(nèi)部形式的轉(zhuǎn)換是由許多步驟完成的。模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）用來將連續(xù)變化信號變成相應的數(shù)字量，這數(shù)字量可是可能性的二進制數(shù)值中的一固定值。如果傳感器輸出不是連續(xù)變化的，就不需模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換。這種情況下，信號調(diào)理單元必須將輸入信號變換成為另一

89、信號，也可直接與接口的下一部分，即微計算機本身的輸入輸出單元相連接。輸出接口采用相似的形式，明顯的差別在于信息流的方向相反；是從程序到外部世界。這種情況下，程序可稱為輸出程序，它監(jiān)督接口的操作并完成數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）所需數(shù)字的標定。該子程序依次送出信息給輸出器件，產(chǎn)生相應的電信號，由DAC 轉(zhuǎn)換成模擬形式。最后，信號經(jīng)調(diào)理（通常是放大）以形成適應于執(zhí)行器操作的形式。在微機電路中使用的信號幾乎總是太小而不能被</p>

90、<p>　　單片機可利用外圍設備中最基本的用于一般用途的I/O 接口，每個I/O 接口既可作為輸入端又可作為輸出端，每個I/O 接口的功能取決與程序初始化階段對數(shù)據(jù)方位寄存器相應位進行置一和清零操作，通過CPU 指令對數(shù)據(jù)寄存器相應位進行置一和清零來置一和清零輸出端口，同樣輸入端口邏輯位也可以通過CPU 指令訪問。一些類型的串行口單元允許CPU 與外部設備進行串口通信，用串口位代替平行位進行通信需要少許的I/O 口，這樣使通

91、信費用降低但速度也相對慢些。串口傳送可以同步也可以異步。</p><p>　　3.2.3 工作方式</p><p>　　它的工作方式可以分做復位，掉電和低功耗方式等。</p><p><b>　　復位方式</b></p><p>　　當MCS-5l系列單片機的復位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平

92、時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。 根據(jù)應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關復位。上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。常用的上電復位電路如圖 (3-18a)中左圖所示。圖中電容C1和電阻R1對電源十5V來說構(gòu)成微分電路。上電后，保持RST一段高電平時間，由于單片機內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中電阻R1，也能達到上電復位的操作功能，如圖 (3-19a)中所示。上

93、電或開關復位要求電源接通后，單片機自動復位，并且在單片機運行期間，用開關操作也能使單片機復位。常用的上電或開關復位電路如圖 (3-19b)所示。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RST持續(xù)一段時間的高電平。當單片機已在運行當中時，按下復位鍵K后松開，也能使RST為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關復位的操作。 根據(jù)實際操作的經(jīng)驗，下面給出這兩種復位電路的電容、電阻參考值。</p><p>　　

94、圖3-19 單片機的復位電路</p><p>　　圖(3-18a)中：Cl＝10-30uF，R1＝1kO 圖(3-18b)中：C：＝1uF，Rl＝lkO，R2＝10kO</p><p>　　二、掉電和低功耗方式</p><p>　　人們往往在程序運行中系統(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，AT89C51有掉電

95、保護，是先把有用的數(shù)據(jù)保存，再用備用電源進行供電。</p><p>　　3.2.4 數(shù)據(jù)存儲器的掉電保護</p><p>　　單片機系統(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想，因此掉電保護是必須要做的，一旦電源發(fā)生掉電現(xiàn)象，在掉電的瞬間系統(tǒng)能自動保護RAM中的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的運行狀態(tài)，當電源恢復正常供電后能恢復到掉電前的工作狀態(tài)。</p>

96、<p>　　3.2.5 系統(tǒng)時鐘的設計</p><p>　　時鐘電路是用來產(chǎn)生AT89C51單片機工作時所必須的時鐘信號，AT89C51本身就是一個復雜的同步時序電路，為保證工作方式的實現(xiàn)，AT89C51在唯一的時鐘信號的控制下嚴格的按時序執(zhí)行指令進行工作 ，時鐘的頻率影響單片機的速度和穩(wěn)定性。通常時鐘由于兩種形式：內(nèi)部時鐘和外部時鐘。</p><p>　　我們系統(tǒng)采用內(nèi)部時

97、鐘方式來為系統(tǒng)提供時鐘信號，如圖3-20。AT89C51內(nèi)部有一個用于構(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)成了一個自激勵振蕩器</p><p>　　電路中的C1、C2的選擇在30PF左右，但電容太小會影響振蕩的頻率、穩(wěn)定性和快速性。晶振頻率為在1.2MHZ～12MHZ之間，頻率越高單片機的速度就越快，但對存儲器速度要求就高。為了提

98、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>　　圖3-20 系統(tǒng)時鐘 </p><p><b>　　顯示與報警的設計</b></p><p>　　3.3.1 顯示電路</p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)設計中，一般都是把鍵盤和顯示器放在一起考慮。本設計是利用AT89C51

99、的串行口實現(xiàn)鍵盤/顯示器接口。</p><p>　　當AT89C51的串行口未作它用時，使用AT89C51的串行口來外擴鍵盤/顯示器。應用AT89C51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3-21所示：</p><p>　　圖3-21 鍵盤及顯示與主機的硬件連接</p><p>　　圖中的4個74

100、LS164：74LS164（0）～74LS164（3）作為8位段碼輸出口，74LS164的QA~QH作為鍵輸入線。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)點是CPU不必頻繁的為顯示服務，因而主程序可不必掃描顯示器，軟件設計比較簡單，從而使單片機有更多的時間處理其他事務。</p><p>　　3.3.2 報警電路</p><p>　　在微型計算機控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，

101、對于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設有緊急狀態(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，進行顯示和控制。</p><p>　　本設計采用峰鳴音報警電路。峰鳴音報警接口電路的設計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)

102、動器驅(qū)動蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動，也可以用一個晶體三極管驅(qū)動。在圖中，P3.2接晶體管基極輸入端。當P3.2輸出高電平“1”時，晶體管導通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當P3.2輸出低電平“0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。</p><p>　　圖3-22是一個簡單的使用三極管驅(qū)動的峰鳴音報警電路： </p>

103、<p>　　圖3-22 三極管驅(qū)動的峰鳴音報警電路</p><p>　　本設計是為在溫濕度測量中對溫濕度的上下限超出是的提示報警，接口位于單片機AT89C51的P3.2口，但溫濕度過限時，P3.2口被置0，本系統(tǒng)開始工作。</p><p>　　第4章 軟件設計</p><p>　　溫度控制主程序的設計應考慮以下問題：（1）鍵盤掃描、鍵碼識別和溫度顯示；

104、（2）溫濕度采樣，數(shù)字濾波；（3）越限報警和處理；（5）溫度標度轉(zhuǎn)換。通常，符合上述功能的溫度控制程序由主程序和T0中斷服務程序兩部分組成。</p><p>　　在該軟件系統(tǒng)中，定時器T0為工作方式1，定時周期為125ms，8次定時器中斷為1S，由于實際環(huán)境溫度和濕度變化是連續(xù)和平緩的，故這里采用分段定值平緩濾波算法處理每次測得的溫度和濕度值，有效防止了突發(fā)干擾使測得值波動很大，導致反饋系統(tǒng)關啟工作，影響系統(tǒng)的穩(wěn)

105、定，提高了系統(tǒng)的抗干擾性。</p><p>　　由于系統(tǒng)中設計有看門狗監(jiān)視電路，所以在編程時要特別注意，傳統(tǒng)的等待按鍵釋放的方法較好的解決了這個問題，既保證當按鍵按下后，置鍵按下標志位，在主程序的循環(huán)中則反復判斷鍵按下標志位是否被清零。如果被清零，說明鍵已被釋放，然后才能進行下一輪的鍵盤按下判斷。在T0中斷處理程序中，每次中斷均要檢測鍵是否按下。若無按下，有兩種情況，一是系統(tǒng)中確實無鍵按下（此時鍵按下標志為0），

106、處于監(jiān)控狀態(tài)；二是鍵按下釋放后的情況（此時鍵按下標志為1）。這時要清鍵按下標志，以便主程序進行下一輪的鍵按下檢測。</p><p>　　這里所需要注意的是標度變換，下面簡單的介紹一下標度變換：</p><p>　　標度變換目的是要把實際采樣的二進制值轉(zhuǎn)換成BCD形式的溫度值，然A后存放到顯示緩沖區(qū)34H-3BH。對一般線性儀表來說，標度變換公式為：</p><p>

107、　　式中：A0為一次測量儀表的下限；Am為一次測量儀表的上限；AX為實際測量值；</p><p>　　N0為儀表下限所對應的數(shù)字量；Nm為儀表上限所對應的數(shù)字量；NX為測量所得數(shù)字量。</p><p>　　以下是三個主要程序的流程圖：</p><p><b>　　主程序流程圖：</b></p><p><b>

108、　　T0中斷流程圖：</b></p><p>　　溫濕度采樣子程序流程圖：</p><p><b>　　結(jié)論與展望</b></p><p>　　本系統(tǒng)是基于單片機AT89C51的處理，借助溫度傳感器與濕度傳感器的測量，可以完美的實現(xiàn)對環(huán)境溫度，濕度的監(jiān)測，實時顯示環(huán)境的溫度和濕度。并在溫度或濕度達到設定值上限時，報警系統(tǒng)會發(fā)出聲音報

109、警，此系統(tǒng)完全能運用于工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境測量、貨物保管等部門。它結(jié)構(gòu)緊密、調(diào)試按裝方便、可塑性強，經(jīng)長期使用性能穩(wěn)定可靠。</p><p>　　信心革命的三大重要支柱是信息的采集、傳輸和處理。信息采集中，首先要獲得原始的信息，其最基本的元件是傳感器，關鍵技術是傳感器技術。因此，傳感器及其相關的應用技術（傳感器、與傳感器相關的電子技術、信息處理）是信息領域的源頭技術。傳感器是實現(xiàn)測量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測控系統(tǒng)的關鍵部