多功能過程控制測(cè)量單元的測(cè)量畢業(yè)論文

1、多功能過程控制測(cè)量單元的設(shè)計(jì)作者姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)老師： 摘要隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)也在不斷提高，其中生產(chǎn)過程自動(dòng)化的發(fā)展程度已成為衡量工業(yè)企業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。對(duì)于生產(chǎn)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)中，其中一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)就是測(cè)量單元的部分。本文介紹的測(cè)量單元是以單片機(jī)微處理器為控制核心,對(duì)過程控制中典型的參數(shù)即溫度、壓力、液位、流量、成分和物性等多樣化參數(shù)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)化和獲取。而測(cè)量單元中很重要的一個(gè)組成部分就是傳感器。由于傳感器輸出的是按一定規(guī)律將測(cè)量參數(shù)轉(zhuǎn)換成各種性質(zhì)的電信號(hào)，如數(shù)字電信號(hào)或模擬電信號(hào)，電流信號(hào)或電壓信號(hào)，所以對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)化和數(shù)模轉(zhuǎn)換并獲取，并最終

2、顯示測(cè)量結(jié)果，實(shí)現(xiàn)多功能測(cè)量單元的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 傳感器 A/D轉(zhuǎn)化器 LED顯示The design of multi-function process control measurement unitAbstract：With the rapid development of science and technology, industrial production technology is constantly improving, and the development of the automation of production line has become one o

3、f the important mark to judge the modernization level of industrial enterprises. For the production process, one of the important link is the one part of the measuring unit.The measurement unit that is introduced in this paper is single-chip microprocessor as control core, the typical parameters of

4、process control, temperature, pressure, liquid level, flow, composition and properties such as the diversification of parameters information conversion and acquisition. While a very important part of the measurement unit is the sensor. Because the sensor output are various properties electric signal

5、s which are according to regularly measured parameters and are converted into, such as digital signal or analog signals, current or voltage signal, so the measurement signal of current and voltage transformation and digital-analog conversion and acquisition, and finally show the result of measuremen

6、t, design and Realization of multifunctional measuring unit.Key words: MCU Sensor A/D converter LED display目錄第1章 前言11.1 課題的背景11.2 課題的意義21.3 課題的研究方法3第2章 總體設(shè)計(jì)42.1 系統(tǒng)總的設(shè)計(jì)方案42.2 總體硬件設(shè)計(jì)電路4第3章 硬件的設(shè)計(jì)53.1 電路原理圖53.2 主要器件的介紹選型53.2.1 單片機(jī)的介紹53.2.2 AT89S52單片機(jī)的介紹63.2.3 傳感器的介紹和選型113.2.4 DS18B20傳感器123.2.5 DHT11傳感器1

7、53.2.6 ADC0804轉(zhuǎn)換器163.2.7 數(shù)碼管簡(jiǎn)介173.3 系統(tǒng)各部分硬件實(shí)現(xiàn)193.3.1 振蕩電路模塊193.3.2 復(fù)位電路模塊193.3.3 采樣電路模塊203.3.4 顯示模塊233.3.5 穩(wěn)壓電源模塊24第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)254.1 主程序的設(shè)計(jì)254.2 A/D轉(zhuǎn)換程序28第5章 系統(tǒng)調(diào)試295.1 硬件的制作295.2 軟件的調(diào)試30結(jié)論32致謝33參考文獻(xiàn)34附錄 原理圖35附錄 系統(tǒng)程序3642第1章 前言1.1 課題的背景回顧自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷史，可以發(fā)現(xiàn)到它和生產(chǎn)過程的發(fā)展有著密不可分的聯(lián)系，是一個(gè)從局部自動(dòng)化到全局自動(dòng)化，從簡(jiǎn)單形式到復(fù)雜形式，從低級(jí)智

8、能到高級(jí)智能的發(fā)展過程。工業(yè)生產(chǎn)對(duì)過程控制要求是比較多方面的，可以總結(jié)成為三項(xiàng)要求，即安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。而安全性則是指在整個(gè)生產(chǎn)過程中，能確保人身和設(shè)備的安全，這是最基本也是最重要的要求。所以在生產(chǎn)過程中，對(duì)各個(gè)參數(shù)的采集以及診斷措施是非常重要的。而對(duì)于經(jīng)濟(jì)性，旨在生產(chǎn)同樣數(shù)量和質(zhì)量產(chǎn)品所消耗的能量和原材料最少，也就是要求生產(chǎn)成本低而且效率高。近年來，隨著世界能源的匱乏和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的加劇，經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)受到過去從來沒有過的重視。對(duì)于穩(wěn)定性而言，要求就是指系統(tǒng)具有抑止外部干擾，保持生產(chǎn)過程長期能很好運(yùn)行的能力。對(duì)于過程控制系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性而言，都離不開一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)于生

9、產(chǎn)過程來說是非常重要的。不論是簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)還是復(fù)雜的控制系統(tǒng)，它都離不開過程控制中的測(cè)量單元，因?yàn)闇y(cè)量單元是將測(cè)得的數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，而控制系統(tǒng)將得到的數(shù)據(jù)分析，分析后才能做出相應(yīng)的動(dòng)作?，F(xiàn)在隨著科技的發(fā)展，測(cè)量裝置基本上都離不開傳感器，傳感器是檢測(cè)和自動(dòng)控制應(yīng)用中的首要環(huán)節(jié)。測(cè)量技術(shù)也就是檢測(cè)技術(shù)中通常是把測(cè)量的對(duì)象分為兩大類：第一類是電參量的測(cè)量，電參量有電壓、電阻、電流、功率、頻率等，這些參量都可以表征系統(tǒng)或設(shè)備的性能；第二類是非電參量，非電參量包括機(jī)械量，如位移、速度、加速度、力矩、力、振動(dòng)、應(yīng)變等，生物量，如酶、菌類、組織等，化學(xué)類，如濃度、成分、濕度、氣體等。在以前，非電參量的

10、測(cè)量方式多采用非電參量的測(cè)量方法，比如用溫度計(jì)測(cè)量溫度，用尺子測(cè)量長度等等，而到了現(xiàn)在，非電參量的測(cè)量方式多采用電測(cè)量的方法，其中的關(guān)鍵技術(shù)就是如何利用傳感器將非電參量轉(zhuǎn)換成為電參量1。工業(yè)革命以來，傳感器為提高和改善機(jī)器的性能有著非常巨大的作用。傳感器技術(shù)大致可以分為三代：第一代是結(jié)構(gòu)型的傳感器，它利用的是結(jié)構(gòu)參量的變化來感受與轉(zhuǎn)化信號(hào)；第二代是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的固體型傳感器，這種由半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構(gòu)成的傳感器，利用材料的某些特性制成；第三代傳感器是剛剛發(fā)展起來的智能型傳感器，具有一定的人工智能傳感器是由微型計(jì)算技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。傳感器實(shí)際上是一種功能塊，

11、其作用是將來自外界的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。傳感器所檢測(cè)的信號(hào)近來顯著地增加，因而其品種也極其繁多。為了對(duì)各種各樣的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、控制，就必須獲得盡量簡(jiǎn)單易于處理的信號(hào)，這樣的要求只有電信號(hào)能夠滿足。電信號(hào)能較容易地進(jìn)行放大、反饋、濾波、微分、存貯、遠(yuǎn)距離操作等。因此作為一種功能塊的傳感器可狹義的定義為：“將外界的輸入信號(hào)變換為電信號(hào)的一類元件?！?.2 課題的意義人通過五官（視、聽、嗅、味、觸）接受外界的信息，經(jīng)過大腦的思維（信息處理），作出相應(yīng)的動(dòng)作。同樣，如果用計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化裝置來代替人的勞動(dòng)，則可以說電子計(jì)算機(jī)相當(dāng)于人的大腦（一般俗稱電腦），而傳感器則相當(dāng)于人的五官部分（“電五官”）

12、。傳感器是獲取自然領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。如果不進(jìn)行傳感器的開發(fā)，現(xiàn)在的電子計(jì)算機(jī)將處于一種不能適應(yīng)實(shí)際需要的狀態(tài)。如同為了很好的將體力勞動(dòng)和腦力勞動(dòng)進(jìn)行協(xié)調(diào)一樣，也要求傳感器、電子計(jì)算機(jī)和執(zhí)行器三者都能相互協(xié)調(diào)才行。這樣，傳感器就成了現(xiàn)代科學(xué)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，它日益受到人們的普遍重視，這已成為現(xiàn)代傳感器技術(shù)的必然趨勢(shì)。當(dāng)傳感器技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化、軍事國防和以宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)為代表的尖端科學(xué)與工程等重要領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的同時(shí)，它正以自己的巨大潛力，向著與人們生活密切相關(guān)的方面滲透；生物工程、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、安全防范、家用電器、網(wǎng)絡(luò)家居等方面的傳感器已層出不窮，并在日新月異地發(fā)展。例如： （1

13、）自動(dòng)化洗衣機(jī)中裝有濁度傳感器，可以合理的安排漂洗次數(shù)，起到節(jié)水、節(jié)電的作用。（2）方便轉(zhuǎn)換頻道等功能地遙控電視機(jī)，可隨意改變風(fēng)速地遙控電風(fēng)扇。在防盜防入侵地報(bào)警裝置中也裝有紅外傳感器。（3）全自動(dòng)照相機(jī)中的光電傳感器保證在不同的光線下適度曝光。（4）通信電子產(chǎn)品方面：手機(jī)產(chǎn)量的大幅增長及手機(jī)新功能的不斷增加給傳感器市場(chǎng)帶來機(jī)遇與挑戰(zhàn)，彩屏手機(jī)和攝像手機(jī)市場(chǎng)份額不斷上升增加了傳感器在該領(lǐng)域的應(yīng)用比例。此外，應(yīng)用于集團(tuán)電話和無繩電話的超聲波傳感器、用于磁存儲(chǔ)介質(zhì)的磁場(chǎng)傳感器等都將出現(xiàn)強(qiáng)勢(shì)增長。目前，五花八門的傳感器種類繁多，僅我國敏感元件與傳感器的品種已超過6000余種。在許多方面?zhèn)鞲衅鞯男阅芤?/p>

14、凌駕于人的感官之上。如紫外線、紅外線、超聲波等。從這個(gè)意義上講傳感器具有人類所夢(mèng)寐以求的特異功能。1.3 課題的研究方法本文主要是以AT89S52單片機(jī)為控制核心，采用電流/電壓轉(zhuǎn)換、電壓增益調(diào)節(jié)及A/D轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)，對(duì)通過傳感器得到的多樣化信息進(jìn)行轉(zhuǎn)化及獲取，為過程控制中的典型參數(shù)，如溫度、壓力、液位、流量、成分和物性等參數(shù)的采集提供多功能轉(zhuǎn)換接口，參數(shù)的檢測(cè)和處理由單片機(jī)完成并在LED顯示器上加以顯示，實(shí)現(xiàn)多功能測(cè)量單元的設(shè)計(jì)。本文就是利用單片機(jī)的控制簡(jiǎn)單、方便、快捷、資源豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)對(duì)電壓，溫度等測(cè)量的按鍵切換。實(shí)現(xiàn)直流電壓測(cè)量范圍是055V。第2章 總體設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)

15、總的設(shè)計(jì)方案在各個(gè)參數(shù)的測(cè)量中，轉(zhuǎn)換成電壓、電流和頻率這最基本的三個(gè)被測(cè)量，其中電壓量的測(cè)量最為經(jīng)常。而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更是經(jīng)常需要測(cè)量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測(cè)量儀器。數(shù)字電壓表是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便、精度高、誤差小、靈敏度高和分辨率高、測(cè)量速度快等特點(diǎn)而倍受青睞。本設(shè)計(jì)從各個(gè)角度分析了由單片機(jī)組成的多功能測(cè)量單元的設(shè)計(jì)過程及各部分電路的組成及其原理，并且分析了程序如何驅(qū)動(dòng)單片機(jī)進(jìn)而使系統(tǒng)運(yùn)行起來的原理及方法。本設(shè)計(jì)主要分為兩部分：硬件電路及軟件程序。而硬件電路又大體可分為

16、A/D轉(zhuǎn)換電路、LED顯示電路，各部分電路的設(shè)計(jì)及原理將會(huì)在硬件電路設(shè)計(jì)部分詳細(xì)介紹；程序的設(shè)計(jì)使用C語言編程。2.2 總體硬件設(shè)計(jì)電路本系統(tǒng)采用AT89S52控制輸出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的采集可以直接通過元器件兩端電壓的測(cè)量得到，然后經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入給單片機(jī)，也可以通過溫度、壓力等傳感器采集數(shù)據(jù)而來，由按鍵切換單片機(jī)輸入端口采集的數(shù)據(jù)，并且通過單片機(jī)的處理，在數(shù)碼管上顯示出來，以實(shí)現(xiàn)多功能測(cè)量的目的。本系統(tǒng)由控制部分、驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行部分三部分構(gòu)成。系統(tǒng)的總體電路設(shè)計(jì)框圖如下圖2-1所示：圖2-1 系統(tǒng)總體電路框圖第3章 硬件的設(shè)計(jì)3.1 電路原理圖本設(shè)計(jì)采用Altium Designer102設(shè)計(jì)原

17、理圖，本設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)的電路原理圖如圖3-1所示。圖3-1 電路原理圖從原理圖可以看出本設(shè)計(jì)所需的硬件主要有AT89S52型號(hào)的單片機(jī)、ADC0804轉(zhuǎn)換器、溫濕度等傳感器、LED數(shù)碼管、9V電源。將電路圖所示全部器件按照電路圖所示焊接到電路板上，從而完成硬件的制作。3.2 主要器件的介紹選型3.2.1 單片機(jī)的介紹單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。 單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)

18、、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的32位300M的高速單片機(jī)。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)3。 單片機(jī)經(jīng)過1、2、3代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的CPU功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引 角的多功能化，以及低電壓底功耗。3.2.2 AT89S52單片機(jī)的介紹AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)

19、可編程Flash存儲(chǔ)器。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案4。與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容；8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz33Hz；三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；32個(gè)可編程I/O口線；三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；八個(gè)中斷源；全雙工UART串行通道；低功耗空閑和掉電模式；掉電后中斷可喚醒；看門狗定時(shí)器；雙數(shù)據(jù)指針；掉電標(biāo)識(shí)符。AT89S52主要功能如下：1、擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash。

20、2、晶片內(nèi) 部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz）。3、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM）為 8KB。4、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）為 256字節(jié)。5、32 個(gè)可編程I/O 口線。6、8 個(gè)中斷向量源。7、三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。8、三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器。9、全雙工UART串行通道5。AT89S52各引腳說明：如圖3-2所示。圖3-2 單片機(jī)引腳圖VCC：AT89S52電源正端輸入，接+5V。VSS：電源地端。XTAL1：?jiǎn)涡酒到y(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計(jì)上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動(dòng)作了，此外可以

21、在兩引腳與地之間加入 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機(jī)。RESET：AT89S52的重置引腳，高電平動(dòng)作，當(dāng)要對(duì)晶片重置時(shí)，只要對(duì)此引腳電平提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，AT89S51便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址0000H處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。EA/Vpp：EA為英文“External Access”的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動(dòng)作，也就是說當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會(huì)取用外部的程序代碼（存于外部EPROM中）來執(zhí)行程序。因此在8031及8032中，EA引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無程

22、序存儲(chǔ)器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時(shí)，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至8751內(nèi)部EPROM時(shí)，可以利用此引腳來輸入21V的燒錄高壓（Vpp）。ALE/PROG：ALE是英文“Address Latch Enable”的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號(hào)。AT89S52可以利用這支引腳來觸發(fā)外部的8位鎖存器（如74LS373），將端口0的地址總線（A0A7）鎖進(jìn)鎖存器中，因?yàn)锳T89S52是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時(shí)在程序執(zhí)行時(shí)ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用來驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入。此外在燒錄8751程序代碼時(shí)，此引腳會(huì)被當(dāng)成程序規(guī)劃的特

23、殊功能來使用。PSEN：此為“Program Store Enable”的縮寫，其意為程序儲(chǔ)存啟用，當(dāng)8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)（EA=0），會(huì)送出此信號(hào)以便取得程序代碼，通常這支腳是接到EPROM的OE腳。AT89S52可以利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器可以合并在一起而共用64K的定址范圍。PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一個(gè)8位寬的開路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個(gè)位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類推。其他三個(gè)I/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電

24、路，P0在當(dāng)做I/O用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)LS的TTL負(fù)載。如果當(dāng)EA引腳為低電平時(shí)（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），P0就以多工方式提供地址總線（A0A7）及數(shù)據(jù)總線（D0D7）。設(shè)計(jì)者必須外加一鎖存器將端口0送出的地址栓鎖住成為A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址總線，而定址到64K的外部存儲(chǔ)器空間。PORT2（P2.0P2.7）：端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)LS的TTL負(fù)載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。P2除了當(dāng)做一般I/O端口使用外，若是在AT89S52擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址

25、總線的高字節(jié)A8A15，這個(gè)時(shí)候P2便不能當(dāng)做I/O來使用了。PORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)LS TTL負(fù)載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話，P1.0又當(dāng)做定時(shí)器2的外部脈沖輸入腳，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。PORT3（P3.0P3.7）：端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?/p>

26、。其引腳分配如下：P3.0：RXD，串行通信輸入。P3.1：TXD，串行通信輸出。P3.2：INT0，外部中斷0輸入。P3.3：INT1，外部中斷1輸入。P3.4：T0，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器0輸入。P3.5：T1，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器1輸入。P3.6：WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫入信號(hào)。P3.7：RD，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用

27、作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RES

28、ET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）6。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入，如下圖XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖3-3所示：圖3-3 單片機(jī)最小系統(tǒng)可以從單片機(jī)最小系統(tǒng)中看出，上拉電阻是很重要的，其原因如下：1、當(dāng)TTL 電路驅(qū)動(dòng)COMS 電路時(shí)，如果TTL 電路輸出的高電平低于COMS 電路的最低高電平（一般為3.5V）， 這時(shí)就需要在TTL 的輸出端接上拉電阻，以提高輸出高電平的值。2、OC 門電路必須加上拉電阻，以提高輸出的搞電平值。3、為加大輸出引腳的驅(qū)動(dòng)能力，有的

29、單片機(jī)管腳上也常使用上拉電阻。4、在COMS 芯片上，為了防止靜電造成損壞，不用的管腳不能懸空，一般接上拉電阻產(chǎn)生降低輸入阻抗，提供泄荷通路。5、芯片的管腳加上拉電阻來提高輸出電平，從而提高芯片輸入信號(hào)的噪聲容限增強(qiáng)抗干擾能力。6、提高總線的抗電磁干擾能力。管腳懸空就比較容易接受外界的電磁干擾。7、長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾，加上下拉電阻是電阻匹配，有效的抑制反射波干擾。8、有些總線協(xié)議會(huì)將一些信號(hào)釋放為高阻態(tài)，但是實(shí)際上電路的狀態(tài)應(yīng)該事確定的0 或1，所以上拉電阻可以提供一個(gè)確定的狀態(tài)。對(duì)于上拉電阻阻值的選擇原則有：1、從節(jié)約功耗及芯片的灌電流能力考慮應(yīng)當(dāng)足夠大；電阻大，電流小。

30、2、從確保足夠的驅(qū)動(dòng)電流，速度快的，考慮應(yīng)當(dāng)足夠?。浑娮栊?，電流大。3、對(duì)于高速電路，過大的上拉電阻可能邊沿變平緩（特別是吳源的信號(hào)）。綜合考慮以上三點(diǎn),上拉電阻的阻值選10K。關(guān)于晶振電路：如果外部時(shí)鐘頻率在33MHz以上時(shí),建議直接使用外部有源晶振。如果使用內(nèi)部R/C振蕩器時(shí)鐘(室溫情況下5V單片機(jī)為:11MHz17MHz,3V單片機(jī)為8MHz12MHz),XTAL1和 XTAL2腳浮空.如果外部時(shí)鐘頻率在27MHz以上時(shí),使用標(biāo)稱頻率就是基本頻率的晶體，不要使用三泛音的晶體，否 則如參數(shù)搭配不當(dāng)，就有可能振在基頻，此時(shí)實(shí)際頻率就只有標(biāo)稱頻率的1/3了，或直接使用外部有源晶振,時(shí)鐘從 XT

31、AL1腳輸入,XTAL2腳必須浮空。3.2.3 傳感器的介紹和選型傳感器（英文名稱：Transducer/Sensor）是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。它的特點(diǎn)有微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。傳感器的主要特性：靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性7。傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的

32、代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。1、線性度：指?jìng)鞲衅鬏敵隽颗c輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離擬合直線的程度。定義為在全量程范圍內(nèi)實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差值與滿量程輸出值之比。2、遲滯：傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到?。ǚ葱谐蹋┳兓陂g其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象成為遲滯。對(duì)于同一大小的輸入信號(hào)，傳感器的正反行程輸出信號(hào)大小不相等，這個(gè)差值稱為遲滯差值。3、靈敏度：靈敏度是傳感器靜態(tài)特性的一個(gè)重要指標(biāo)。其定義為輸出量的增量與引起該增量的相應(yīng)輸入量增量之比

33、。用S表示靈敏度。4、重復(fù)性：重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃魅砍踢B續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲線不一致的程度。5、分辨力：當(dāng)傳感器的輸入從 非 零值緩慢增加時(shí)，在超過某一增量后輸出發(fā)生可觀測(cè)的變化，這個(gè)輸入增量稱傳感器的分辨力，即最小輸入增量。6、漂移：傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時(shí)間變化，此現(xiàn)象稱為漂移。產(chǎn)生漂移的原因有兩個(gè)方面：一是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)；二是周圍環(huán)境（如溫度、濕度等）。7、閾值：當(dāng)傳感器的輸入從零值 開始緩慢增加時(shí)，在達(dá)到某一值后輸出發(fā)生可觀測(cè)的變化，這個(gè)輸入 值稱傳感器的閾值電壓。所謂動(dòng)態(tài)特性，是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作

34、中傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者8。3.2.4 DS18B20傳感器DS-18B20 數(shù)字溫度傳感器采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的 DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。1、DS18B20的主要特性：（1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電。（2）獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與

35、微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。（3）DS18B20支持多點(diǎn) 組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn) 組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。（4）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。（5）溫范圍55+125，在-10+85時(shí)精度為±0.5。（6）可編程 的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。（7）在9位分辨率時(shí)最多在 93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。（8）測(cè)量

36、結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。（9）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作9。2、應(yīng)用范圍：（1）該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲(chǔ)罐，電訊機(jī)房，電力機(jī)房，電纜線槽等測(cè)溫和控制領(lǐng)域。 （2）軸瓦，缸體，紡機(jī)，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測(cè)溫和控制。 （3）汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。 （4）供熱/制冷管道熱量計(jì)量，中央空調(diào)分戶熱能計(jì)量和工業(yè)領(lǐng)域測(cè)溫和控制。 3、DS18B20引腳如圖3-4定義：（1）DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端。（2）GND為電源地。（3）VDD為外接供電電源輸入端（在寄

37、生電源接線方式時(shí)接地）。圖3-4 DS18B20引腳圖DS18B20工作原理：DS18B20的讀寫時(shí)序和測(cè)溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s 減為750ms。 DS18B20測(cè)溫原理如圖3-5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

38、新被裝入，計(jì)數(shù)器1重 新開始對(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。圖3-5中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。圖3-5 DS18B20測(cè)溫原理框圖3.2.5 DHT11傳感器DHT11數(shù)字濕度傳感器應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性10。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。它的特性：（1）全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出（2

39、）卓越的長期穩(wěn)定性（3）無需額外部件（4）超長的信號(hào)傳輸距離（5）超低能耗（6）4引腳安裝引腳介紹： 1：(VDD)，電源引腳，供電電壓為35.5V。 2：（DATA），串行數(shù)據(jù)，單總線。 3:（NC），空腳，請(qǐng)懸浮。 4:（VDD），接地端，電源負(fù)極。引腳圖如圖3-6所示：圖3-6 引腳圖3.2.6 A/D轉(zhuǎn)換器的介紹A/D轉(zhuǎn)換器的類型：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、-調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓 頻變換型。主要技術(shù)指標(biāo)：（1）分辨率：數(shù)字量變化一個(gè)最小量時(shí)模擬信號(hào)的變化量，定義為滿刻度與2的n次方的比值。分辨率又稱精度，通常以數(shù)字信號(hào)的

40、位數(shù)來表示。（2）轉(zhuǎn)換速率：完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的AD轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的倒數(shù)。積分型AD的轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級(jí)屬低速AD，逐次比較型AD是微秒級(jí)屬中速AD，全并行/串并行型AD可達(dá)到納秒級(jí)。采樣時(shí)間則是另外一個(gè)概念，是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。因此有人習(xí)慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是Ksps和Msps，表示每秒采樣千/百萬次。（3）量化誤差：由于AD的有限分辯 率而引起的誤差，即有限分辯 率AD的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無限分辯 率AD（理想AD）的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1個(gè)或半個(gè)最小數(shù)字量的模擬變化

41、量，表示為1LSB、1/2LSB。（4）偏移誤差：輸入信號(hào)為零時(shí)輸出信號(hào)不為零的值，可外接電位器調(diào)至最小。（5）滿刻度誤差：滿度輸出時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)與理想輸入信號(hào)值之差。（6）線性度：實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移，不包括以上三種誤差11。3.2.6 ADC0804轉(zhuǎn)換器ADC0804的管腳圖如圖3-7所示：圖3-7 ADC0804管腳圖ADC0804參數(shù): 工作電壓：+5V，即VCC=+5V。模擬輸入電壓范圍：0+5V，即0Vin+5V。分辨率：8位，即分辨率為1/2=1/256，轉(zhuǎn)換值介于0255之間。轉(zhuǎn)換時(shí)間：100us。轉(zhuǎn)換誤差：±1LSB。參考電壓：2.5V，即V

42、ref=2.5V。ADC0804的轉(zhuǎn)換原理ADC0804是屬于連續(xù)漸進(jìn)式（Successive Approximation Method）的A/D轉(zhuǎn)換器，這類型的A/D轉(zhuǎn)換器除了轉(zhuǎn)換速度快（幾十至幾百us）、分辨率高外，還有價(jià)錢便宜的優(yōu)點(diǎn)，普遍被應(yīng)用于微電腦的接口設(shè)計(jì)上。以輸出8位的ADC0804動(dòng)作來說明“連續(xù)漸進(jìn)式A/D轉(zhuǎn)換器”的轉(zhuǎn)換原理，動(dòng)作步驟如下表示（原則上先從左側(cè)最高位尋找起）。第一次尋找結(jié)果：10000000 （若假設(shè)值輸入值，則尋找位=假設(shè)位=1）第二次尋找結(jié)果：11000000 （若假設(shè)值輸入值，則尋找位=假設(shè)位=1）第三次尋找結(jié)果：11000000 （若假設(shè)值>輸入值

43、，則尋找位=該假設(shè)位=0）第四次尋找結(jié)果：11010000 （若假設(shè)值輸入值，則尋找位=假設(shè)位=1）第五次尋找結(jié)果：11010000 （若假設(shè)值>輸入值，則尋找位=該假設(shè)位=0）第六次尋找結(jié)果：11010100 （若假設(shè)值輸入值，則尋找位=假設(shè)位=1）第七次尋找結(jié)果：11010110 （若假設(shè)值輸入值，則尋找位=假設(shè)位=1）第八次尋找結(jié)果：11010110 （若假設(shè)值>輸入值，則尋找位=該假設(shè)位=0）這樣使用二分法的尋找方式，8位的A/D轉(zhuǎn)換器只要8次尋找，12位的A/D轉(zhuǎn)換器只要12次尋找，就能完成轉(zhuǎn)換的動(dòng)作。3.2.7 數(shù)碼管簡(jiǎn)介數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式：LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用

44、驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。靜態(tài)顯示：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。動(dòng)態(tài)顯示：LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一

45、，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃“a ,b , c ,d ,e ,f ,g ,dp ”的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)12。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定

46、的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低13。數(shù)碼管引腳如圖3-8所示：圖3-8 數(shù)碼管引腳圖3.3 系統(tǒng)各部分硬件實(shí)現(xiàn)3.3.1 振蕩電路模塊單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，在單片機(jī)系統(tǒng) 里晶振的作用是很大的，全稱叫做晶體振蕩器。外接石英晶體或陶瓷振蕩器及電容 C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容 C1，C2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)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。其電路原理圖如圖3-9所示。圖3-9 晶振電路圖單片機(jī)晶振的作用是提供單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)

47、鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率上的。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，然后通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。3.3.2 復(fù)位電路模塊單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。復(fù)位電路總體分為：上電復(fù)位、按鍵復(fù)位兩種。在該控制系統(tǒng)中，采用的就是按鍵復(fù)位。復(fù)位電路工作原理如圖3-10所示，Vcc上電時(shí)，C6充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位；幾個(gè)毫秒后，C6充滿電，R6電阻上電流降為0，電壓也為0，使得單片

48、機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。工作期間，按下按鍵，C6放電。松開按鍵，C6又充電，在R6電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位，幾個(gè)毫秒后，單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。圖3-10 復(fù)位電路圖3.3.3 采樣電路模塊關(guān)于電壓的采集如圖3-11所示，采用的是8位的轉(zhuǎn)換器，在A、B兩端進(jìn)行采集，通過R1與R2分壓后，得到BC的電壓，采集20次，20次后求平均值。對(duì)于溫度和濕度的采樣，由于溫度傳感器DB內(nèi)部已經(jīng)將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的電壓14，所以對(duì)于溫度的采集如圖3-12所示，對(duì)于濕度的采集如圖3-13所示，不用通過ADC0804轉(zhuǎn)換器，將采集到的數(shù)據(jù)直接輸入到單片機(jī)。而系統(tǒng)只有一個(gè)顯示器、單片機(jī)，所以我采用按鍵來切換采集的對(duì)象。按

49、鍵切換電路如圖3-14所示。圖3-11 電壓采樣電路圖3-12 溫度采集電路圖3-13 濕度采樣電路圖3-14 切換電路對(duì)于輸出信號(hào)為電流的傳感器，應(yīng)采用電流/電壓轉(zhuǎn)換測(cè)量，如圖3-15所示，圖中A1運(yùn)放采用差動(dòng)輸入，其轉(zhuǎn)換電壓用電阻R1兩端接電流環(huán)兩端，阻值用500，可由兩個(gè)1K電阻并聯(lián)實(shí)現(xiàn)。這樣輸入電流4mA對(duì)應(yīng)電壓2V，輸入電流20mA對(duì)應(yīng)電壓10V。A1設(shè)計(jì)增益為1，對(duì)應(yīng)輸出電壓為-2V-10V。故要求電阻R2、R3、R4和R5+RW阻值相等。這里選R2=R3=R4=10K；選R5=9.1K，RW1=2K。Rw1是用于調(diào)整由于電阻元件不對(duì)稱造成的誤差，使輸出電壓對(duì)應(yīng)在-2V-10V。變

50、化范圍為-2（-10）=8V,而最終輸出應(yīng)為-10V+10V，變化范圍10V-(-10V)=20V，故A2級(jí)增益為20V/8V=2.5倍，又輸入電流為12mA時(shí)，A1輸出電壓為-12mA×0.5mA=-6V.此時(shí)要求A2輸出為0V。故在A2反相輸入端加入一個(gè)+6V的直流電壓，使 A2輸出為0。A2運(yùn)放采用反相加法器，增益為2.5倍。取R6=R7=10K，R9=22K，RW2=5K，R8=R6/R7/R9=4K，取標(biāo)稱值R8=3.9K。反相加法器引入電壓為6V，通過穩(wěn)壓管經(jīng)電阻分壓取得。穩(wěn)壓管可選穩(wěn)定電壓介于68V間的系列。這里取6V2，穩(wěn)定電壓為6.2V。工作電流定在5mA左右。電位

51、器電流控制在12mA左右。這里IRW3=6.2V/2K=3.1mA。則有（12V-V）/R10=IZ+IRW3,故取標(biāo)稱值R10=750.式中12V為電路工作電壓。RW2用于設(shè)置改變?cè)鲆婊蜃儞Q的斜率(4mA為-10V，20mA為+10)，通過調(diào)整RW2使變換電路輸出滿足設(shè)計(jì)要求。圖3-15 電流轉(zhuǎn)換電壓電路由于傳感器輸出的信號(hào)小，所以必須是電壓放大，這樣才能檢測(cè)到電壓，這里采用差分放大器來改變電壓大小，它使用雙電源，其中VT1 和 VT2 的特性相同，兩組電阻數(shù)值也相同， R15有負(fù)反饋?zhàn)饔?。?shí)際上這是一個(gè)橋形電路，R12、R13 和兩個(gè)管子是四個(gè)橋臂，輸出電壓 V 1 從電橋的對(duì)角線上取出。

52、沒有輸入信號(hào)時(shí)，因?yàn)?R12=R13 和兩管特性相同，所以電橋是平衡的，輸出是零。由于是接成橋形，零點(diǎn)漂移也很小。放大電路如圖3-16所示：圖3-16 差分放大器3.3.4 顯示模塊系統(tǒng)的顯示部分僅用于顯示電壓或溫度值，所以采用了耗電省、成本低廉、線路簡(jiǎn)單、耐振動(dòng)和壽命長的LED顯示器，用四位共陰LED數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速。以單片機(jī)AT89S52的P0口做八位數(shù)據(jù)線,要求外接上拉電阻。以P1.0一P1.3做數(shù)碼管的控制端，如圖3-17所示。圖3-17 數(shù)碼管顯示電路3.3.5 穩(wěn)壓電源模塊本設(shè)計(jì)各芯片，數(shù)碼管及單片機(jī)外圍電路需要5V的直流電源，故需要一個(gè)穩(wěn)定的5V直流穩(wěn)壓源。本設(shè)計(jì)選擇

53、一個(gè)9V直流電壓源，通過三端穩(wěn)壓芯片等元器件組成的電路如圖3-18所示，為系統(tǒng)提高5V的穩(wěn)壓電源。圖3-18 穩(wěn)壓電源模塊第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)硬件與軟件是分不開的，有了硬件的基礎(chǔ)，想要得到功能的實(shí)現(xiàn)，就必須還要有軟件的作用。根據(jù)需要，可將系統(tǒng)軟件按照功能劃分為主程序模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊。程序的編寫軟件是用Keil uVision4軟件，使用C語言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，C語言具有程序編碼量小，簡(jiǎn)單易懂，開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)15。Keil uVision4軟件提供了包括C變異器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)強(qiáng)大功能的仿真調(diào)節(jié)器等在內(nèi)的完成開發(fā)的反感，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。運(yùn)行Ke

54、il軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或者更多的RAM。Keil uVision4軟件界面如圖4-1所示。圖4-1 Keil uVision4軟件界面4.1 主程序的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主程序主要是測(cè)量采集到的信號(hào)，通過采樣轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)單片機(jī)控制傳送給數(shù)碼管顯示16，從而顯示出電壓或者溫度的大小。主程序的流程圖如圖4-2所示。圖4-2 主程序流程圖主函數(shù)如下：void main(void)uint m,SUM=0;uchar i;float temperature; /溫度變量AD_init();while(1)if(key_scan()temperature=ReadTemperat

55、ure(); /讀取溫度值temperature=temperature*0.0625; /讀取值處理temperature=temperature*100;DS18B20_dis(temperature);elsefor(i=0;i<20;i+)AD_start();m=AD_read();m=m*100/256*4.95;SUM+=m;SUM/=20;AD_dis(SUM);/顯示AD的值4.2 A/D轉(zhuǎn)換程序A/D轉(zhuǎn)換程序的功能是采集數(shù)據(jù)，在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占有很高的地位。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)置好后，單片機(jī)掃描轉(zhuǎn)換結(jié)束管腳P2.6的輸入電平狀態(tài)，當(dāng)輸入為高電平則轉(zhuǎn)換完成，將轉(zhuǎn)換的數(shù)值轉(zhuǎn)換并顯示輸

56、出。若輸入為低電平，則繼續(xù)掃描17。程序流程圖如圖4-3所示。圖4-3 A/D轉(zhuǎn)換第5章 系統(tǒng)調(diào)試5.1 硬件的制作由前幾章對(duì)于硬件的選型與軟件的設(shè)計(jì)，可以根據(jù)這些前提條件進(jìn)行硬件的制作。（1）根據(jù)原理圖，確認(rèn)制作硬件鎖需要的元器件的型號(hào)以及數(shù)量，去電子市場(chǎng)買元器件。（2）根據(jù)原理圖開始焊元器件，并在焊接的過程中檢查是否出現(xiàn)短路問題。（3）用杜邦線將各個(gè)元器件按照原理圖連接起來，并觀察連接方式是不是與原理圖一樣。焊接好的實(shí)物如圖5-1所示:圖5-1 實(shí)物圖設(shè)計(jì)電路焊接完成之后，就需要進(jìn)行硬件電路的調(diào)試。在做本次設(shè)計(jì)的過程中，遇到了一些故障并且作了相應(yīng)的排除：（1）避免電路板虛焊電路板的虛焊會(huì)導(dǎo)致電路不通，不能實(shí)現(xiàn)所需要的功能。（2）在焊接時(shí)由于電烙鐵接觸時(shí)間長，導(dǎo)致元器件被燒壞。（3）有時(shí)候在焊接時(shí)會(huì)沒有注意到接地，導(dǎo)致在接通電源后，調(diào)寫程序不能成功。5.2 軟件的調(diào)試在硬件電路焊接完成之后，就要根據(jù)所需實(shí)現(xiàn)的單元的測(cè)量功能去進(jìn)行編程。首先要對(duì)各個(gè)芯片的引腳進(jìn)行定義，在對(duì)每個(gè)模塊所要實(shí)現(xiàn)的功能編寫