溫度測(cè)量?jī)x課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　智能儀器課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè) 計(jì) 題 目: 溫度的測(cè)量 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 電氣自動(dòng)化 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　班

2、 級(jí)： 09電氣對(duì)口一班 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于集成溫度傳感器AD590的溫度測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)，它的主要功能是利用集成溫度傳感器AD590，TLC549,51單片機(jī),1602,PT2262,SC2272設(shè)計(jì)了一個(gè)能夠測(cè)溫及其無(wú)線傳輸并顯示溫度的智能溫度測(cè)量?jī)x。其中AD590測(cè)量熱力學(xué)溫度、攝氏溫

3、度、兩點(diǎn)溫度差、多點(diǎn)最低溫度、多點(diǎn)平均溫度的具體電路，廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場(chǎng)合。</p><p>　　關(guān)鍵字：51單片機(jī)、AD590溫度傳感器、PT2262、SC2272，TLC549</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The integrated design of a temperature se

4、nsor based on the temperature measurement AD590, its main function is to use the integrated temperature sensor AD590, TLC549, 51 SCM, 1602, PT2262, SC2272 designed a wireless transmission to and display temperature and t

5、emperature smart temperature measurement. AD590 which measure the thermodynamic temperature, Celsius temperature, the temperature difference between two points, the lowest multi-point temperature, average temperature of

6、more specific circu</p><p>　　Keywords: 51 microcontroller, AD590 temperature sensor, PT2262, SC2272, TLC549</p><p>　　第1章 緒論- 3 -</p><p>　　1.1　課題研究背景和意義- 3 -</p><p>　

7、　1.2　國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀- 3 -</p><p>　　1.2.1 溫度傳感器- 3 -</p><p>　　1.2.2 濕度傳感器- 4 -</p><p>　　1.3　本文的主要工作和結(jié)構(gòu)安排- 5 -</p><p>　　第二章　系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)- 6 -</p><p>　　2.1　信號(hào)采集- 6

8、 -</p><p>　　2.1.1 溫度傳感器- 6 -</p><p>　　2.1.2 濕度傳感器- 10 -</p><p>　　2.2　信號(hào)分析- 15 -</p><p>　　2.2.1 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)- 15 -</p><p>　　2.2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)- 18 -</p&g

9、t;<p>　　2.2.3 RS232串口模塊- 20 -</p><p>　　2.3　信號(hào)處理- 21 -</p><p>　　2.3.1 顯示電路- 21 -</p><p>　　2.3.2 報(bào)警模塊- 22 -</p><p>　　2.3.3 繼電器模塊- 23 -</p><p>

10、;　　2.4　本章小結(jié)- 24 -</p><p>　　第三章、總體的軟件程序的設(shè)計(jì)- 24 -</p><p>　　3.1 溫度數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì)- 24 -</p><p>　　3.2溫度顯示、保存處理的子程序設(shè)計(jì)- 24 -</p><p>　　3.3 無(wú)線發(fā)送與接受的子程序的設(shè)計(jì)- 25 -</p>

11、<p>　　3.4 十組溫度查詢(xún)的子程序設(shè)計(jì)- 26 -</p><p>　　第四章調(diào)試與結(jié)果分析- 27 -</p><p>　　4.1 調(diào)試儀器及方法- 27 -</p><p>　　4.2 測(cè)試數(shù)據(jù)- 27 -</p><p>　　4.3 軟、硬件調(diào)試與故障原因分析- 27 -</p><p&g

12、t;　　第五章、結(jié)論- 27 -</p><p>　　附 錄一 硬件原理圖- 29 -</p><p>　　附錄二 軟件程序代碼- 30 -</p><p>　　參考文獻(xiàn)- 45 -</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1　課題研究背景和意義<

13、/p><p>　　溫度是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來(lái)講是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。在整個(gè)宇宙當(dāng)中，溫度無(wú)處不存在。無(wú)論在地球上還是在月球上，也無(wú)論是在熾熱的太陽(yáng)上還是在陰冷的冥王星上，這一切無(wú)不由于空間位置的不同而存在著溫度的差別。</p><p>　　濕度，表示大氣干燥程度的物理量。在一定的溫度下在一定體積的空氣里含有的水汽越少，則空氣越干燥；水汽越多，則空氣越潮濕?？諝獾母蓾癯潭冉凶?/p>

14、“濕度”。在此意義下，常用絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、比較濕度、混合比、飽和差以及露點(diǎn)等物理量來(lái)表示。濕度表示氣體中的水蒸汽含量,有絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度兩種表示方法。絕對(duì)濕度是一定體積的空氣中含有的水蒸氣的質(zhì)量，一般其單位是克/立方米，絕對(duì)濕度的最大限度是飽和狀態(tài)下的最高濕度；相對(duì)濕度是絕對(duì)濕度與最高濕度之間的比，它的值顯示水蒸氣的飽和度有多高[1]。</p><p>　　溫度、濕度和人類(lèi)的生產(chǎn)、生活有著密切的關(guān)系，同時(shí)也

15、是工業(yè)生產(chǎn)中最常見(jiàn)最基本的工藝參數(shù)，例如機(jī)械、電子、石油、化工等各類(lèi)工業(yè)中廣泛需要對(duì)溫度、濕度的檢測(cè)與控制。并且隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)自己的生存環(huán)境越來(lái)越關(guān)注，而空氣中溫濕度的變化與人體的舒適度和情緒都有直接的影響，所以對(duì)溫度、濕度的檢測(cè)及控制就非常有必要了。</p><p>　　溫度、濕度是工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可缺少的因素，但傳統(tǒng)的方法是用溫度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測(cè)量計(jì)和濕度試紙等測(cè)試器材，通過(guò)人工進(jìn)行檢

16、測(cè)，對(duì)不符合溫度和濕度要求的庫(kù)房進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。這種人工測(cè)試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測(cè)試的溫度及濕度誤差大，隨機(jī)性大。含有微型計(jì)算機(jī)或微處理器的測(cè)量?jī)x器，由于它擁有對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，運(yùn)算邏輯判斷及自動(dòng)化的功能，有著智能作用。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，一個(gè)低成本和具有較高精度的溫度濕度測(cè)量?jī)x在許多領(lǐng)域會(huì)代替人工操作，自動(dòng)控制各種儀器調(diào)整環(huán)境溫度濕度。目前市場(chǎng)上普遍存在的溫濕度檢測(cè)儀器大都是單點(diǎn)測(cè)量，而且溫濕度信息傳遞不及時(shí)，精度達(dá)不到要求，不

17、利于控制者根據(jù)溫度、濕度變化及時(shí)做出決定，為此，本設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種能夠同時(shí)測(cè)量多點(diǎn)，并實(shí)時(shí)性高、精度高，能夠綜合處理多點(diǎn)溫濕度信息，并能進(jìn)行溫濕度控制的測(cè)控產(chǎn)品?？傊?，環(huán)境溫濕度的檢測(cè)與調(diào)節(jié)儀器的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有非常大的市場(chǎng)前景和實(shí)用價(jià)值。</p><p>　　1.2　國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 溫度傳感器</p><p>　　集成溫度傳感器是目

18、前應(yīng)用范圍最廣、使用最普及的一種全集成化傳感器。其種類(lèi)很多，大致可分為以下5類(lèi)：1、模擬集成溫度傳感器；2、模擬集成溫度控制器；3、智能溫度傳感器；4、通用智能溫度控制器；5、微機(jī)散熱保護(hù)專(zhuān)用的智能溫度控制器。</p><p>　　集成溫度傳感器的主要應(yīng)用領(lǐng)域有以下3個(gè)方面：</p><p>　　1.溫度測(cè)量：可以構(gòu)成數(shù)字溫度計(jì)、溫度變送器、溫度巡回檢測(cè)儀、智能化溫度檢測(cè)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)化測(cè)溫系

19、統(tǒng)。</p><p>　　2.溫度控制：適用于智能化溫度測(cè)控系統(tǒng)、工業(yè)過(guò)程控制、現(xiàn)場(chǎng)可編程溫度控制系統(tǒng)、環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)、中央空調(diào)、風(fēng)扇溫控電路、微處理器及微機(jī)系統(tǒng)的過(guò)熱保護(hù)裝置、現(xiàn)代辦公設(shè)備、電信設(shè)備、服務(wù)器中的溫度測(cè)控系統(tǒng)、電池充電器的過(guò)熱保護(hù)電路、音頻功率放大器的過(guò)熱保護(hù)電路及家用電器。</p><p>　　3.特殊應(yīng)用：例如，熱電偶冷端溫度補(bǔ)償、測(cè)量溫差、測(cè)量平均溫度、測(cè)量溫

20、度場(chǎng)、電子密碼鎖（僅對(duì)內(nèi)含64位ROM的單線總線智能溫度傳感器而言）及液晶顯示器表面溫度監(jiān)測(cè)等[2]。</p><p>　　模擬集成溫度傳感器是在20世紀(jì)80年代問(wèn)世的，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專(zhuān)用IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一（僅測(cè)量溫度）、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路

21、簡(jiǎn)單。它是目前在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。 </p><p>　　智能溫度傳感器（亦稱(chēng)數(shù)字溫度傳感器）是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)（ATE）的結(jié)晶。目前，國(guó)際上已開(kāi)發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多

22、路選擇器、中央控制器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU）；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開(kāi)發(fā)水平。進(jìn)入21世紀(jì)后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。</p><p>

23、　　在20世紀(jì)90年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測(cè)溫精度較低，分辨力只能達(dá)到1℃。目前，國(guó)外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是9~12位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.5~0.0625℃。由美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其分辨力高達(dá)0.03125℃，測(cè)溫精度為±0.2℃。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率

24、，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。以AD7817型5通道智能溫度傳感器為例，它對(duì)本地傳感器、每一路遠(yuǎn)程傳感器的轉(zhuǎn)換時(shí)間分別僅為27μs、9μs。 </p><p>　　新型智能溫度傳感器的測(cè)試功能也在不斷增強(qiáng)。例如，DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘（RTC），使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲(chǔ)功能，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的E2PROM存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)用戶(hù)的短信息。另外，智能溫度傳

25、感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開(kāi)發(fā)多路溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線總線、I2C總線、SMBus總線和SPI總線[3]。</p><p>　　1.2.2 濕度傳感器</p><p>　　濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測(cè)量屬于90年代興起的行業(yè)。濕度傳感器主要分為電阻式和電容式兩種，產(chǎn)品的基本形式都是在基片上涂覆感濕

26、材料形成感濕膜?？諝庵械乃羝皆诟袧癫牧仙虾?，元件的阻抗、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏元件。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了較大的發(fā)展。濕敏傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展。</p><p>　　國(guó)內(nèi)外各廠家的濕度傳感器產(chǎn)品水平不一，質(zhì)量?jī)r(jià)格都相差較大，用戶(hù)如何選擇性能價(jià)格比最優(yōu)的理想產(chǎn)品確有一定難度，需要在這方面作深入的了解。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上出現(xiàn)了不少?lài)?guó)內(nèi)外濕

27、度傳感器產(chǎn)品，電容式濕敏元件較為多見(jiàn)，感濕材料種類(lèi)主要為高分子聚合物，氯化鋰和金屬氧化物。</p><p>　　近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。濕敏傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展，為開(kāi)發(fā)新一代濕度/溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測(cè)量技術(shù)提高到新的水平。</p><p>　　濕敏元件是最簡(jiǎn)單的濕度傳感器。濕敏元件主要分為電阻式、電容

28、式兩大類(lèi)。濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測(cè)量濕度。濕敏電阻的種類(lèi)很多，例如金屬氧化特濕敏電阻、硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等。濕敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，主要缺點(diǎn)是線性度和產(chǎn)品的互換性差。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酷酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也

29、發(fā)生變化，其電容變化量與相對(duì)濕度成正比。濕敏電容的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實(shí)現(xiàn)小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。國(guó)外生產(chǎn)濕敏電容的主廠家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。以Humirel公司生產(chǎn)的SH1100型濕敏電容為例，其測(cè)量范圍是（1%~99%）RH，在55%RH時(shí)的電容量為180pF（典型值）。當(dāng)相對(duì)濕度從0變化到100%時(shí)，電容量的變

30、化范圍是163pF~202pF。溫度系數(shù)為0.04pF/℃，濕</p><p>　　目前，國(guó)外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠家及典型產(chǎn)品分別為Honeywell公司（HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型），Humirel公司（HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型），Sensiron公司（SHT11、SHT15型）。這些產(chǎn)品可分成以下三種類(lèi)型：</p><p&

31、gt;　　(1)線性電壓輸出式集成濕度傳感器；典型產(chǎn)品有 HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特點(diǎn)是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對(duì)濕度呈比例關(guān)系的伏特級(jí)電壓信號(hào)，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，抗污染能力強(qiáng)。</p><p>　　(2)線性頻率輸出集成濕度傳感器；典型產(chǎn)品為HF3223型。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在55%RH時(shí)的輸出頻率為8750Hz（型值），當(dāng)上對(duì)濕度

32、從10%變化到95%時(shí)，輸出頻率就從9560Hz減小到8030Hz。這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強(qiáng)、便于配數(shù)字電路或單片機(jī)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　(3)頻率/溫度輸出式集成濕度傳感器；典型產(chǎn)品為HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外，還增加了溫度信號(hào)輸出端，利用負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻作為溫度傳感器。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，其電阻值也相應(yīng)改變并且從NTC端引出，配上二次儀表即可測(cè)量出溫

33、度值。</p><p>　　2002年Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT11、 SHT15型智能化溫度/溫度傳感器，其外形尺寸僅為7.6（mm）×5(mm)×2.5（mm），體積與火柴頭相近。出廠前，每只傳感器都在溫度室中做過(guò)精密標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)被編成相應(yīng)的程序存入校準(zhǔn)存儲(chǔ)器中，在測(cè)量過(guò)程中可對(duì)相對(duì)濕度進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。它們不僅能準(zhǔn)確測(cè)量相對(duì)溫度，還能測(cè)量溫度和露點(diǎn)。測(cè)量相對(duì)溫度的范圍是

34、0~100%，分辨力達(dá)0.03%RH，最高精度為±2%RH。測(cè)量溫度的范圍是-40℃~ 123.8℃，分辨力為0.01℃。測(cè)量露點(diǎn)的精度[4]。</p><p>　　1.3　本文的主要工作和結(jié)構(gòu)安排</p><p>　　本設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為核心來(lái)對(duì)多點(diǎn)溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)巡檢。各檢測(cè)單元(從機(jī))能獨(dú)立完成各自功能，同時(shí)能根據(jù)主控機(jī)的指令對(duì)溫濕度進(jìn)行時(shí)時(shí)采集。并將采集來(lái)的信息

35、通過(guò)液晶屏顯示清晰的呈現(xiàn)給用戶(hù)，如果采集的信息超出了預(yù)設(shè)范圍，閃爍燈和蜂鳴器都將給出報(bào)警示意用戶(hù)，以便做出及時(shí)決定。</p><p>　　本系統(tǒng)能夠同時(shí)檢測(cè)多路溫濕度，檢測(cè)溫度范圍-55℃~+95℃。根據(jù)實(shí)際需要，檢測(cè)點(diǎn)數(shù)可以擴(kuò)展。系統(tǒng)采用CHR-01濕敏電阻，使用模擬電路，將濕度信號(hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸出，傳輸給單片機(jī)進(jìn)行分析、處理和控制顯示。濕度檢測(cè)范圍為20％~90％RH，其檢測(cè)精度為±5％。此外，本系

36、統(tǒng)還具有報(bào)警模塊，可設(shè)定溫度濕度報(bào)警上下限，當(dāng)檢測(cè)到任何溫度濕度超過(guò)溫度濕度報(bào)警上下限就進(jìn)行報(bào)警。</p><p>　　第二章　系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)</p><p>　　本方案以STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)為核心來(lái)對(duì)溫度、濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和巡檢。各檢測(cè)單元能獨(dú)立完成各自功能，并根據(jù)主控機(jī)的指令對(duì)溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。主控機(jī)負(fù)責(zé)控制指令的發(fā)送，并控制各個(gè)檢測(cè)單元進(jìn)行溫度采集，收集測(cè)量數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)測(cè)量結(jié)果

37、進(jìn)行整理和顯示。其中包括單片機(jī)、復(fù)位電路、溫度檢測(cè)、濕度檢測(cè)、鍵盤(pán)及顯示、報(bào)警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)總方框圖</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>　　(1)信號(hào)采集 由溫度傳感器模塊和濕度傳感器模塊組成；</p><p>　　(2)信號(hào)分析

38、由單片機(jī)STC89C52組成；</p><p>　　(3)信號(hào)處理 由液晶顯示模塊、繼電器模塊和蜂鳴器模塊組成。</p><p><b>　　2.1　信號(hào)采集</b></p><p>　　2.1.1 溫度傳感器</p><p>　　Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持“一線總線”接口

39、的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶(hù)可輕松組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。新一代的“DS18B20”體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。</p><p>　　圖2.2 DS18B20</p><p>　　DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如下: DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為

40、外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。</p><p>　　圖2.3 DS18B20方框圖</p><p>　　DS18B20依靠一個(gè)單線端口通訊。在單線端口條件下，必須先建立ROM操作協(xié)議，才能進(jìn)行存儲(chǔ)器和控制操作。因此，控制操作必須首先提供下面5個(gè)ROM操作指令之一：(1)讀ROM,(2)匹配ROM, (3)搜索ROM, (4)跳過(guò)ROM, (5)報(bào)警搜索。這些指令操作作用

41、在沒(méi)有一個(gè)器件的64位光刻ROM序列號(hào)，可以在掛在一線上多個(gè)器件選定某一個(gè)器件，同時(shí)，總線也可以知道總線上掛有有多少，什么樣的設(shè)備。若指令成功地使DS18B20完成溫度測(cè)量，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在DS18B20的存儲(chǔ)器。一個(gè)控制功能指揮指示DS18B20的演出測(cè)溫。測(cè)量結(jié)果將被放置在DS18B20內(nèi)存中，并可以讓閱讀發(fā)出記憶功能的指揮，閱讀內(nèi)容的片上存儲(chǔ)器。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL都有一字節(jié)EEPROM 的數(shù)據(jù)。如果DS18B20不使用報(bào)警檢查指令

42、，這些寄存器可作為一般的用戶(hù)記憶用途。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換。寫(xiě)TH,TL指令以及配置字節(jié)利用一個(gè)記憶功能的指令完成。通過(guò)緩存器讀寄存器。所有數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)都是從最低位開(kāi)始[5]。</p><p>　　1、DS18B20主要特性</p><p>　　DS18B20支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為 -55°C~+125°C，在-10~+85°

43、;C范圍內(nèi),精度為±0.5°C?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品等，支持3V~5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18B20可以程序設(shè)定9~12位的分辨率，精度為±0.5°C?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶(hù)設(shè)定的報(bào)

44、警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價(jià)格比也非常出色！</p><p>　　2、DS18B20工作原理</p><p>　　DS18B20的測(cè)溫原理如圖2.4所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫

45、度寄存器被預(yù)置在-55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1計(jì)數(shù)器1 的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值[10]。</p><p

46、>　　圖2.4 DS18B20原理圖</p><p>　　3、DS18B20基本應(yīng)用電路</p><p>　　DS18B20測(cè)溫系統(tǒng)具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)。下面就是DS18B20幾個(gè)不同應(yīng)用方式下的測(cè)溫電路圖：</p><p>　　(1) DS18B20寄生電源供電方式電路圖 </p><p&g

47、t;　　如下面圖2.5所示，在寄生電源供電方式下，DS18B20從單線信號(hào)線上汲取能量：在信號(hào)線DQ處于高電平期間把能量?jī)?chǔ)存在內(nèi)部電容里，在信號(hào)線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來(lái)再給寄生電源（電容）充電。</p><p>　　圖2.5 DS18B20寄生電源供電方式電路圖</p><p>　　獨(dú)特的寄生電源方式有三個(gè)好處：1，進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)溫時(shí)，無(wú)需本地電源；2，可以在沒(méi)

48、有常規(guī)電源的條件下讀取ROM；3，電路更加簡(jiǎn)潔，僅用一根I/O口實(shí)現(xiàn)測(cè)溫；要想使DS18B20進(jìn)行精確的溫度轉(zhuǎn)換，I/O線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個(gè)DS18B20在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流達(dá)到1mA，當(dāng)幾個(gè)溫度傳感器掛在同一根I/O線上進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫時(shí)，只靠4.7K上拉電阻就無(wú)法提供足夠的 能量，會(huì)造成無(wú)法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。</p><p>　　因此，此電路只適應(yīng)于單一溫度傳感器測(cè)溫情況下使用

49、，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。并且工作電源VCC必須保證在5V，當(dāng)電源電壓下降時(shí)，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會(huì)使溫度誤差變大。</p><p>　　改進(jìn)的寄生電源供電方式如下面圖2.5所示，為了使DS18B20在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應(yīng)，當(dāng)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到 E2存儲(chǔ)器操作時(shí)，用MOSFET把I/O線直接拉到VCC就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到E2存儲(chǔ)器或啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換的指令后，必須在最 多

50、10μS內(nèi)把I/O線轉(zhuǎn)換到強(qiáng)上拉狀態(tài)。在強(qiáng)上拉方式下可以解決電流供應(yīng)不走的問(wèn)題，因此也適合于多點(diǎn)測(cè)溫應(yīng)用，缺點(diǎn)就是要多占用一根I/O口線進(jìn)行強(qiáng)上拉切換。</p><p>　　圖2.6 DS18B20寄生電源強(qiáng)上拉供電方式電路圖</p><p>　　(2) DS18B20的外部電源供電方式電路圖</p><p>　　在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VD

51、D引腳接入，此時(shí)I/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問(wèn)題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空 ，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85℃。</p><p>　　圖2.7 溫度傳感器模塊電路圖</p><p>　　外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可

52、靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡(jiǎn)單，可以開(kāi)發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。因此本設(shè)計(jì)采用外部供電方式，。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)只用于測(cè)量環(huán)境溫度，所以只顯示0℃~+85℃。</p><p>　　2.1.2 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)從其周?chē)目諝馕账趾笠鸬奈锢砘蚧瘜W(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周?chē)諝獾臐穸?。電容式、電阻式和濕漲式濕

53、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><b>　　1.濕度的概念</b></p><p>　　濕度是表示空氣中水蒸氣含量多少的尺度。在物理學(xué)和氣象學(xué)中，大氣濕度的表示方法是多種多樣的，而且都有各自的物理量和相應(yīng)單位。在諸多方法中，習(xí)慣使用的是絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度。</p><p>

54、;　　(1)絕對(duì)濕度：絕對(duì)濕度定義為在每立方米濕空氣中，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下所含水蒸汽的質(zhì)量，以字符ρ表示，單位。再由氣體狀態(tài)方程式</p><p><b>　　（2.1）</b></p><p><b>　　可得</b></p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>

55、;　　式中為空氣中水蒸氣的分壓力(帕)；T為空氣中的干球絕對(duì)溫度(K)；t為空氣中干球的攝氏溫度(℃)；為水蒸氣的氣體常數(shù)， =461。</p><p>　　(2)相對(duì)濕度:相對(duì)濕度是指空氣中水蒸氣分壓力與同溫度下飽和水蒸汽壓力之比值。用r表示相對(duì)濕度為：</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　式中和的單位采用毫巴

56、(mb)時(shí)，由馬格奴斯經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算飽和水蒸氣壓力:</p><p><b>　　（2.4）</b></p><p>　　式中=6.1mb。空氣中水蒸氣分壓力按下列公式計(jì)算：</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　式中：為濕球溫度時(shí)飽和水蒸汽壓力；為干球溫度(℃)；為濕球

57、溫度(℃)；P為大氣壓力(mb)；A是與風(fēng)速v有關(guān)，通常按下列公式計(jì)算：</p><p><b>　　（2.6）</b></p><p>　　可知，相對(duì)濕度為干球溫度、濕球溫度、風(fēng)速、大氣壓力的函數(shù)，當(dāng)大氣壓力變化不大時(shí)，對(duì)給定的檢測(cè)條件V不變，那么只要測(cè)得t ，t 即可得相對(duì)濕度[2]。</p><p>　　2. CHR-01濕敏元件簡(jiǎn)介&l

58、t;/p><p>　　電阻型濕度傳感器可分為兩類(lèi)：電子導(dǎo)電型和離子導(dǎo)電型。電子導(dǎo)電型濕度傳感器，也稱(chēng)為“漲縮型濕度傳感器”，它通過(guò)將導(dǎo)電體粉末（金屬、石墨等）分散于膨脹性吸濕高分子中制成濕敏膜。隨濕度變化，膜發(fā)生膨脹或收縮，從而使導(dǎo)電粉末間距變化，電阻隨之改變。但是這類(lèi)傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性差，且難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，所以應(yīng)用較少。離子導(dǎo)電型濕度傳感器，它是高分子濕敏膜吸濕后，在水分子作用下，離子相互作用減弱，遷移率增加；同

59、時(shí)吸附的水分子電離使離子載體增多，膜電導(dǎo)隨濕度增加而增加，由電導(dǎo)的變化可測(cè)知環(huán)境濕度。本設(shè)計(jì)選用阻抗型高分子濕度電阻，型號(hào)CHR-01，其外型尺寸、內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖2.8所示。</p><p>　　圖2.8 CHR-01</p><p>　　CHR-01型高分子濕度電阻的工作原理：由于水附在有極性基的高分子膜上，在低濕度下，因吸附量少，不能產(chǎn)生荷電離子，電阻值較高。當(dāng)相對(duì)濕度增加時(shí)

60、，吸附量也增加，吸附水就成為導(dǎo)電通道，高分子電解質(zhì)的正負(fù)離子主要起到載流子作用，另外，由吸附水自身離解出的質(zhì)子、水和氫離子也起電荷載流子作用，使高分子濕敏電阻的電阻值下降。它的工作電壓為交流1V，頻率為50Hz~2kHz，測(cè)量濕度范圍為20%~90%RH，測(cè)量精度±5%，工作溫度范圍為0~+85℃，最高使用溫度120℃，阻抗在60%RH（25℃）時(shí)為30（21~40.5）kΩ[12]。</p><p>

61、　　圖2.9為0-60℃下CHR-01的阻抗特性曲線，由下圖可知，在對(duì)精度要求不高的情況下，可以將其近似為線性關(guān)系。</p><p>　　圖2.9 0~+60℃阻抗特性圖</p><p>　　3. CHR-01濕敏元件應(yīng)用電路</p><p>　　在實(shí)際工作環(huán)境中，溫度不是一個(gè)恒值，隨著環(huán)境的變化而變化，變化的范圍很寬。而濕敏元件受溫度的影響不能忽略。濕敏元件的濕

62、度溫度系數(shù)就是表示器件的感濕特性曲線隨環(huán)境溫度而變化的特性參數(shù)。環(huán)境的溫度變化越大，由感濕特征量表示的環(huán)境相對(duì)濕度與實(shí)際的相對(duì)濕度之間的誤差就越大。另外，一切電阻式濕度傳感器都必須使用交流電源，否則性能會(huì)劣化甚至失效。電解質(zhì)濕度傳感器的電導(dǎo)是靠離子的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，在直流電源作用下，正、負(fù)離子必然向電源兩極運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電解作用，使感濕層變薄甚至被破壞；在交流電源作用下，正負(fù)離子往返運(yùn)動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生電解作用，感濕膜不會(huì)被破壞。交流電源的頻率選擇是

63、，在不產(chǎn)生正、負(fù)離子定向積累情況下盡可能低一些。但加交流電壓后會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，所以，交流電壓值不能過(guò)高，要有一定的限度，在高阻短路。另外，濕敏膜在高頻下也會(huì)產(chǎn)生集膚效應(yīng)，阻值發(fā)生變化，影響到測(cè)濕靈敏度和準(zhǔn)確性。除此之外，響應(yīng)時(shí)間、濕滯回線、濕滯回差等也不容忽略。響應(yīng)時(shí)間越短，表明濕敏元件的吸濕過(guò)程和脫濕過(guò)程越快，濕滯回差越小，濕敏元件的性能越好。故采用振蕩電路作為濕敏元件的測(cè)試電路[11]。</p><p>　

64、　圖2.10 濕度傳感器模塊電路</p><p>　　在濕度檢測(cè)電路中，以5V交流電作為濕敏電阻的工作電壓。多諧振蕩器只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。假設(shè)當(dāng)電源接通后，電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)，電容C上電壓略低于，輸出高電平，截止，電源通過(guò)給電容C充電。隨著充電的進(jìn)行逐漸增高，但只要，輸出電壓就一直保持高電平不變，這就是第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)電容C上的電壓略微超過(guò)時(shí)，RS觸發(fā)器置 0，使輸出電壓從原來(lái)的高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即，導(dǎo)通飽和，此

65、時(shí)電容C通過(guò)和放電。隨著電容C放電，下降，但只要，就一直保持低電平不變，這就是第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)UC下降到略微低于時(shí)，RS觸發(fā)器置 1，電路輸出又變?yōu)?1，截止，電容C再次充電，又重復(fù)上述過(guò)程，電路輸出便得到周期性的矩形脈沖[14]。</p><p>　　諧振蕩器的振蕩周期為兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間，。求得電容C的充電時(shí)間和放電時(shí)間各為</p><p><b>　　（2.7）</

66、b></p><p><b>　　（2.8）</b></p><p><b>　　因此，振蕩周期</b></p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　通過(guò)頻率值轉(zhuǎn)換為所對(duì)應(yīng)的濕度值，就得到了所測(cè)的濕度值。</p><p>&

67、lt;b>　　2.2　信號(hào)分析</b></p><p>　　單片機(jī)專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)—Micro Controller Unit(微控制器件)它是由INTEL公司發(fā)明的，最早的系列是MCS-48后來(lái)有了MCS-51我們經(jīng)常說(shuō)的51系列單片機(jī)就是MCS-51micro controller system，它是一種8位的單片機(jī)。</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，單片機(jī)是

68、整個(gè)設(shè)計(jì)的核心，因此選擇合適的單片機(jī)型號(hào)很重要。根據(jù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能需要的單片機(jī)硬件資源，在性能指標(biāo)滿(mǎn)足的情況下，該系統(tǒng)的單片機(jī)型號(hào)選擇8051系列的STC89C52芯片。</p><p>　　本系統(tǒng)中，選擇STC89C52單片機(jī)為該系統(tǒng)的總控芯片，STC89C52單片機(jī)可把由溫度、濕度檢測(cè)電路檢測(cè)出的信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃ED顯示模塊，實(shí)現(xiàn)溫度、濕度的顯示；通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定溫濕度報(bào)警值，超過(guò)溫度、濕度上下限由蜂鳴器實(shí)現(xiàn)溫度、

69、濕度的報(bào)警。</p><p>　　2.2.1 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　STC89C52系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗的單片機(jī)，指令碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇[13]。STC89C52具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿(mǎn)足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇

70、，可以滿(mǎn)足系統(tǒng)在各個(gè)子模塊程序之間的切換；STC89C52的運(yùn)算速度可滿(mǎn)足一般的設(shè)計(jì)要求；而且STC系列單片機(jī)支持ISP在線編程功能，可以不用昂貴的編程器[6]。</p><p>　　8051系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是各種邏輯單元及其之間的互連構(gòu)成的。主要包含中央處理器（CPU）、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，

71、8051系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框架示意圖，如圖2.11所示。</p><p>　　圖2.11 8051系類(lèi)單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　1.主要性能參數(shù)：</b></p><p>　　(1) 與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容</p><p>　　(2) 8k字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash閃速存儲(chǔ)

72、器</p><p>　　(3) 1000次擦寫(xiě)周期</p><p>　　(4) 4.0-5.5V的工作電壓范圍</p><p>　　(5) 全靜態(tài)工作模式：0Hz-33MHz</p><p>　　(6) 三級(jí)程序加密鎖</p><p>　　(7) 128*8字節(jié)內(nèi)部RAM</p><p>　　(

73、8) 32個(gè)可編程I/O口線</p><p>　　(9) 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　(10)6個(gè)中斷源</b></p><p>　　(11)全雙工串行UART通道</p><p>　　(12)低功耗空閑和掉電模式</p><p>　　(13)中斷可從空閑摸喚醒系統(tǒng)<

74、/p><p>　　(14)看門(mén)狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針[7]</p><p><b>　　中央處理器：</b></p><p>　　中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，51系列單片機(jī)是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，它能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼。CPU主要由算術(shù)邏輯部件，控制器和專(zhuān)用寄存器三部分電路組成。它負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，

75、完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)：</p><p>　　數(shù)據(jù)存取器（RAM）可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶(hù)定義的字型表。8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專(zhuān)用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專(zhuān)用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶(hù)只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶(hù)數(shù)據(jù)，所以，用戶(hù)能使用的的RAM只有128個(gè)。</p>

76、<p>　　程序存儲(chǔ)器(ROM)：</p><p>　　程序存取器（ROM）用于存放用戶(hù)程序，原始數(shù)據(jù)或表格等。8051共有4096個(gè)8位掩膜ROM。 </p><p><b>　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器：</b></p><p>　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器用于硬件的定時(shí)或計(jì)數(shù)。8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，也可產(chǎn)生

77、中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。</p><p>　　并行輸入輸出(I/O)口：</p><p>　　單片機(jī)的并行輸入輸出（I/O）口主要用于和外部設(shè)備進(jìn)行通信，以便于處理外部的輸入和將運(yùn)算結(jié)果反饋到外部設(shè)備。8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。</p><p><b>　　全雙工串行口：</b></p&

78、gt;<p>　　全雙工串行口主要用于與其他設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送。 8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用</p><p><b>　　中斷系統(tǒng)：</b></p><p>　　8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿(mǎn)足

79、不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。</p><p><b>　　時(shí)鐘電路：</b></p><p>　　8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容[8]。</p><p><b>　　2.管腳說(shuō)明：</b></p><p>　

80、　8051系列單片機(jī)采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，它們的引腳配置如圖2.12所示，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。</p><p>　　圖2.12 8051系類(lèi)單片機(jī)管腳圖</p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b

81、>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1

82、口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為

83、輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O

84、口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：</p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）</p&g

85、t;<p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）</p><p>　　P3

86、.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）</p><p>　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　2.2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展是以基本最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，故應(yīng)首先熟悉應(yīng)用應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。單片機(jī)最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復(fù)位電路，其電路圖如圖2.13所示。</p><p>　　圖

87、2.13 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p><b>　　1.復(fù)位電路</b></p><p>　　單片機(jī)復(fù)位的原理是在時(shí)鐘電路開(kāi)始工作后，在單片機(jī)的RST引腳施加24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖（即兩個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。在復(fù)位期間，單片機(jī)的ALE引腳和\P\S\E\N引腳均輸出高電平。當(dāng)RST引腳從高電平跳變?yōu)榈碗娖胶螅瑔纹瑱C(jī)便從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程

88、序。</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用既可以手動(dòng)復(fù)位，又可以上電復(fù)位的電路，這樣可以人工復(fù)位單片機(jī)系統(tǒng)，這種電路如圖2.13復(fù)位部分所示。上電復(fù)位電路部分的原理也是RC電路的充放電效應(yīng)。除了系統(tǒng)上電的時(shí)候可以給RST引腳一個(gè)短暫的高電平信號(hào)外，當(dāng)按下按鍵開(kāi)關(guān)的時(shí)候，VCC通過(guò)一個(gè)高電阻連接到RST引腳，給RST一個(gè)高電平，按鍵松開(kāi)的時(shí)候，RST引腳恢復(fù)為低電平，復(fù)位完成。</p><

89、p><b>　　2.晶振電路</b></p><p>　　時(shí)鐘電路是用于產(chǎn)生單片機(jī)正常工作時(shí)所需要的時(shí)鐘信號(hào)。STC89C52單片機(jī)內(nèi)部包含有一個(gè)振蕩器，可以用于CPU的時(shí)鐘源。另外也可以采用外部振蕩器，由外部振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)供內(nèi)部CPU運(yùn)行使用。</p><p><b>　　(1)內(nèi)部時(shí)鐘模式</b></p><

90、p>　　內(nèi)部時(shí)鐘模式是采用單片機(jī)內(nèi)部振蕩器來(lái)工作的模式。51系列單片機(jī)內(nèi)部包含有一個(gè)高增益的單級(jí)反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別為片內(nèi)放大器的輸入端口和輸出端口,其工作頻率為0~33MHz。</p><p>　　當(dāng)單片機(jī)工作于內(nèi)部時(shí)鐘模式的時(shí)候，只需在XTAL1引腳和XTAL2引腳連接一個(gè)晶體振蕩器或陶瓷振蕩器，并聯(lián)兩個(gè)電容后接地即可，使用時(shí)對(duì)于電容的選擇有一定得要求，具體如下：</p>

91、;<p>　　A 當(dāng)外接晶體振蕩器的時(shí)候，電容值一般選擇C1=C2=30±10pF；</p><p>　　B 當(dāng)外接陶瓷振蕩器的時(shí)候，電容值一般選擇C1=C2=40±10pF。</p><p>　　在實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí)，盡量保證外接的振蕩器和電容盡可能接近單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳，這樣可以減少寄生電容的影響，使振蕩器能夠穩(wěn)定可靠地為單片機(jī)CPU提供時(shí)

92、鐘信號(hào)。</p><p><b>　　(2)外部時(shí)鐘模式</b></p><p>　　外部時(shí)鐘模式是采用外部振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，直接提供給單片機(jī)使用。對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，外部時(shí)鐘信號(hào)接入的方式有所不同。對(duì)于普通的8051單片機(jī)，外部時(shí)鐘信號(hào)由XTAL2引腳接入后直接送到單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，而引腳XTAL1則應(yīng)直接接地。這里需要注意，由于XTAL2引腳的邏輯

93、電平不是TTL信號(hào)，因此外接一個(gè)上拉電阻。對(duì)于CMOS型的80C51,80C52,AT89S52等單片機(jī)，和普通的8051不同的是其內(nèi)部的時(shí)鐘信號(hào)取自于反相放大器的輸入端。因此外部的時(shí)鐘信號(hào)應(yīng)該接到單片機(jī)的XTAL1引腳，而XTAL2引腳懸空即可。</p><p>　　根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，我們選擇內(nèi)部時(shí)鐘電路，外接頻率12.000MHz的晶體振蕩器，選擇兩個(gè)電容值為30pF的陶瓷電容。</p><p

94、>　　2.2.3 RS232串口模塊</p><p>　　串行接口是單片機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的主要途徑。51系類(lèi)單片機(jī)提供了功能強(qiáng)大的全雙工串行通信接口，可以方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信或單片機(jī)與主機(jī)之間的通信。</p><p>　　串行通信是指數(shù)據(jù)的各個(gè)二進(jìn)制位按照順序一位一位地進(jìn)行傳輸。這種通信方式的優(yōu)點(diǎn)是所需的數(shù)據(jù)線少，節(jié)省硬件成本及單片機(jī)的引腳資源，并且抗干擾能力強(qiáng)，適合于遠(yuǎn)

95、距離數(shù)據(jù)傳輸，缺點(diǎn)是每次發(fā)送一個(gè)比特，導(dǎo)致傳輸速度慢，效率低。</p><p><b>　　1.串行通信簡(jiǎn)介</b></p><p>　　單片機(jī)的串行通信是將數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位，按照一定的順序進(jìn)行逐位發(fā)送，接收方則按照對(duì)應(yīng)的順序逐位接收，并將數(shù)據(jù)恢復(fù)出來(lái)。單片機(jī)的串行通信有異步通信和同步通信兩種基本方式。下面分別介紹。</p><p><b&

96、gt;　　(1)異步通信方式</b></p><p>　　異步通信是一種利用數(shù)字或字符的再同步技術(shù)的通信方式，其全稱(chēng)為Asynchronous Communication。在異步通信過(guò)程中，數(shù)據(jù)通常是以幀為單位進(jìn)行傳送的，每個(gè)幀為一個(gè)字符或一個(gè)字節(jié)。發(fā)送方將字符幀一位一位地發(fā)送出去，接收方則一位一位地接收該字符幀。發(fā)送方和接收方各自有一個(gè)控制發(fā)送和接收的時(shí)鐘，這兩個(gè)時(shí)鐘不同，相互獨(dú)立。</p&g

97、t;<p>　　一個(gè)字符幀按順序一般可以分為4部分，即起始位，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗(yàn)位和停止位。</p><p>　　在異步通信的過(guò)程中，數(shù)據(jù)幀在傳輸線上的傳送一般是不連續(xù)的，即傳輸時(shí)，字符間隔不固定，各個(gè)字符幀可以是連續(xù)發(fā)送，也可以是間斷發(fā)送，在間斷發(fā)送時(shí)，停止位之后，傳輸線路上自動(dòng)保持高電平。</p><p>　　異步串行通信的優(yōu)點(diǎn)是不需要進(jìn)行時(shí)鐘同步，字符幀的長(zhǎng)度不受限制，使

98、用起來(lái)比較方便，應(yīng)用范圍廣；其缺點(diǎn)是傳送每個(gè)字符都要有起始位，奇偶校驗(yàn)位和停止位，這樣便降低了有效地?cái)?shù)據(jù)傳輸速率。</p><p><b>　　(2)同步通信方式</b></p><p>　　同步通信方式是一種連續(xù)的串行傳輸數(shù)據(jù)的通信方式，其全稱(chēng)為Synchronous Communication。同步串行通信的一次通信過(guò)程只傳送一幀的信息。</p>&

99、lt;p>　　同步通信由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗(yàn)字符三部分組成。同步通信吧要發(fā)送的數(shù)據(jù)按順序連接成一個(gè)數(shù)據(jù)塊，在數(shù)據(jù)塊的開(kāi)頭附加同步字符，在數(shù)據(jù)塊的末尾附加差錯(cuò)校驗(yàn)字符。在數(shù)據(jù)塊的內(nèi)部，數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間沒(méi)有間隔。</p><p>　　在進(jìn)行同步串行通信時(shí)，發(fā)送方首先發(fā)送同步字符，數(shù)據(jù)則緊跟其后發(fā)送。接收方檢測(cè)到同步字符后，開(kāi)始逐個(gè)接收數(shù)據(jù)，直到所有數(shù)據(jù)接收完畢，然后按照雙方規(guī)定的的長(zhǎng)度恢復(fù)成一個(gè)一個(gè)的數(shù)據(jù)字節(jié)

100、，最后進(jìn)行校驗(yàn)，如果無(wú)傳輸錯(cuò)誤，則可以結(jié)束一幀的傳輸。</p><p>　　同步串行通信的優(yōu)點(diǎn)是不用單獨(dú)發(fā)送每個(gè)字符，其傳輸速率高，一般用于高速率的數(shù)據(jù)通信場(chǎng)合；缺點(diǎn)是需要進(jìn)行發(fā)送方和接收方之間的時(shí)鐘同步，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。</p><p><b>　　2.串口通信電路</b></p><p>　　串口通信電路如圖2.14所示。圖中，51單

101、片機(jī)的串行數(shù)據(jù)輸出端口TXD連接到MAX232第一組收發(fā)器的輸入端口T1 IN，用于向PC發(fā)送數(shù)據(jù)。串行數(shù)據(jù)輸入端口RXD連接到MAX232第一組收發(fā)器的輸出端口R1 OUT，用于接收PC串行輸入的數(shù)據(jù)。</p><p>　　PC的串行數(shù)據(jù)輸入端口RXIN連接到MAX232第一組收發(fā)器的輸出端口T1 OUT,用于接收單片機(jī)發(fā)送的串行數(shù)據(jù)，PC的串行數(shù)據(jù)輸出端口R1IN連接到MAX232第一組收發(fā)器的輸入端口R1

102、IN,用于向單片機(jī)發(fā)送串行數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖2.14 RS232串口電路</p><p><b>　　2.3　信號(hào)處理</b></p><p>　　2.3.1 顯示電路</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般都是把鍵盤(pán)和顯示器放在一起考慮。顯示器作為輸出部件，可以將系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果、狀態(tài)等信息直觀

103、地顯示出來(lái)供操作者了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況和程序的執(zhí)行結(jié)果。本設(shè)計(jì)是利用8051的串行口實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)/顯示器接口。</p><p>　　1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：</p><p>　　第1腳：VSS為電源地</p><p>　　第2腳：VDD接5V電源正極</p><p>　　第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電

104、源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。</p><p>　　第5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。</p><p>　　第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端。<

105、/p><p>　　第7~14腳：D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。</p><p>　　第15~16腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極[18]。</p><p>　　圖2.15 LCD顯示模塊</p><p>　　2.3.2 報(bào)警模塊</p><p>　　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

106、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(guò)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)警接口電路的設(shè)計(jì)只需購(gòu)買(mǎi)市售的壓電式蜂鳴器，然后通過(guò)MCS-51的1根口線經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)蜂鳴音發(fā)

107、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2.16是一個(gè)簡(jiǎn)單的使用三極管驅(qū)動(dòng)的峰鳴音報(bào)警電路：</p><p>

108、　　圖2.16 蜂鳴器模塊</p><p>　　2.3.3 繼電器模塊</p><p>　　繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。為改變溫度濕度控制外接風(fēng)扇、空調(diào)等本電路設(shè)計(jì)了繼電器模塊[20]。</p

109、><p>　　圖2.17 繼電器電路</p><p><b>　　2.4　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，分為信號(hào)采集、分析、處理三個(gè)系統(tǒng)。在各個(gè)系統(tǒng)中具體用到的各子模塊基本結(jié)構(gòu)、基本原理、應(yīng)用電路，實(shí)現(xiàn)功能</p><p>　　第三章、總體的軟件程序的設(shè)計(jì)</p><p

110、>　　3.1 溫度數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　經(jīng)AD590采集的溫度轉(zhuǎn)化為了電壓值，然后經(jīng)放大電路處理后，使輸出電壓V=T/20,這樣才能保證TLC549的輸入電壓不大于基準(zhǔn)電壓。在硬件調(diào)試時(shí)，基準(zhǔn)電壓設(shè)置成5V,所以在程序處理時(shí)要將從TLC549得到的數(shù)字值乘以5/255才能得到電壓V，然后再乘以20才能得到溫度（此時(shí)的溫度是雙精度型的）。中值濾波是為了得到很短時(shí)間的溫度平均值，有