智能環(huán)境監(jiān)測(cè)

1、題目智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系別 電子工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師2015年4月智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：21世紀(jì)是信息化時(shí)代，電子產(chǎn)品如雨后春筍般迅猛發(fā)展，電子測(cè)量設(shè)備也逐 漸豐富起來。模擬產(chǎn)品逐漸被數(shù)字化產(chǎn)品取代，并且使用變得越來越方便。雖然現(xiàn)今市面 上有很多環(huán)境測(cè)試儀，但針對(duì)人們學(xué)習(xí)生活需要的環(huán)境測(cè)試儀卻很少，因此設(shè)計(jì)出一個(gè)簡 單實(shí)用的環(huán)境測(cè)試儀是很有意義的。本環(huán)境測(cè)試儀由溫度采集電路，濕度采集電路，光強(qiáng)度采集電路，多路開關(guān)電路，A/D 轉(zhuǎn)換電路，LCD動(dòng)態(tài)顯示電路，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路及處理器單片機(jī)組成，基于單片機(jī)對(duì) 數(shù)字信號(hào)的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產(chǎn)生模擬信號(hào)，和A/

2、D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片 的性能，設(shè)計(jì)了以8051基本系統(tǒng)為核心的一套檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)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。通過硬件的焊接、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)試和程序的編寫和修改，作品最終很好地實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn) 任務(wù)和要求。關(guān)鍵詞：單片機(jī)8051； AD轉(zhuǎn)換；采集；12864顯示Design of Intelligent EnvironmentalMonitoring SystemAbstract： The 21st century is the information age, electronic products have mushroomed rapid development of elect

3、ronic measuring equipment is gradually enriched. Simulation products have been gradually replaced by digital products, and has become more and more convenient to use. Although the market today have a lot of environmental testing, but the need for people to learn living environment tester rarely, the

4、refore devised a simple and practical environment tester is very meaningful.The temperature of the environment by collecting circuit tester, humidity acquisition circuit, the light intensity acquisition circuit, multiplexer circuit, A / D converter circuit, LCD dynamic display circuit, clock circuit

5、, reset circuit and single chip processor, microcontroller-based digital signal The high sensitivity and controllability, temperature and humidity sensors can generate analog signals, and A D analog to digital converter chip performance /, designed a basic 8051 system as the core of a detection syst

6、em, the system by the signal acquisition, signal analysis and signal processing three-part.Hardware Welding, static and dynamic debugging and write and modify the program, works to achieve a good final test tasks and requirements.目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 前言 1 HYPERL

7、INK l bookmark13 o Current Document 第一章系統(tǒng)設(shè)計(jì)21.1.2濕度傳感器的選擇4 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 第二章硬件設(shè)計(jì)62.2信號(hào)分析與處理72.2.1 A/D 轉(zhuǎn)換72. 2. 2 單片機(jī) MCS5182.2.3工作方式112. 2. 4系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)122. 3顯示電路13 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 第三章：軟件設(shè)計(jì)14致謝18 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 參考文獻(xiàn)19iii前言2

8、1世紀(jì)是信息化時(shí)代，電子產(chǎn)品如雨后春筍般迅猛發(fā)展，電子測(cè)量設(shè)備也逐漸豐富起 來。模擬產(chǎn)品逐漸被數(shù)字化產(chǎn)品取代，并且使用變得越來越方便。雖然現(xiàn)今市面上有很多 環(huán)境測(cè)試儀，但針對(duì)人們學(xué)習(xí)生活需要的環(huán)境測(cè)試儀卻很少，因此設(shè)計(jì)出一個(gè)簡單實(shí)用的 環(huán)境測(cè)試儀是很有意義的本環(huán)境測(cè)試儀由溫度采集電路，濕度采集電路，光強(qiáng)度采集電路，多路開關(guān)電路，A/D 轉(zhuǎn)換電路，LCD動(dòng)態(tài)顯示電路，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路及處理器單片機(jī)組成，基于單片機(jī)對(duì) 數(shù)字信號(hào)的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產(chǎn)生模擬信號(hào)，和A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片 的性能，設(shè)計(jì)了以8051基本系統(tǒng)為核心的一套檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)由信號(hào)采集、信號(hào)分析和 信號(hào)處理三個(gè)部分

9、組成的。當(dāng)將單片機(jī)用作測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)總要有被測(cè)信號(hào)懂得輸入通道，由計(jì)算機(jī)拾取必要 的輸入信息。對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)而言，如何準(zhǔn)確獲得被測(cè)信號(hào)是其核心任務(wù)；而對(duì)測(cè)控系統(tǒng)來 講，對(duì)被控對(duì)象狀態(tài)的測(cè)試和對(duì)控制條件的監(jiān)察也是不可缺少的環(huán)節(jié)。傳感器是實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有傳感器對(duì)原 始被測(cè)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測(cè)量和控制都將無法實(shí)現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn) 過程的自動(dòng)化測(cè)量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來檢測(cè)和控制生產(chǎn)過程中的各種參量， 使設(shè)備和系統(tǒng)正常運(yùn)行在最佳狀態(tài)，從而保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量第一章系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以

10、產(chǎn)生模擬信號(hào)， 和A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的性能，我設(shè)計(jì)了以8051基本系統(tǒng)為核心的一套檢測(cè)系統(tǒng)，其 中包括A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、復(fù)位電路、溫度檢測(cè)、濕度檢測(cè)、鍵盤及顯示、報(bào)警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計(jì)。AD590 溫度傳感器AD590 溫度傳感器HS1100濕度傳感器CD4051LED顯HS1100濕度傳感器CD4051LED顯示圖1-1 系統(tǒng)總體框圖本設(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。（一）信號(hào)采集 由AD590、HS1100及多路開關(guān)CD4051組成；（二）信號(hào)分析 由A/D轉(zhuǎn)換器MC14433、單片機(jī)MCS-51（8051）基本系統(tǒng)組 成；（三）信號(hào)處理由串行口 LCD顯示

11、。1.1信號(hào)采集1.1.1溫度傳感器的選擇集成溫度傳感器AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源。一. 主要特性AD590是電流型溫度傳感器，通過對(duì)電流的測(cè)量可得到所需要的溫度值。根據(jù)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(cè)量電路，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(hào)件附錄。2 AD590的工作原理在被測(cè)溫度一定時(shí)，AD590相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和530V的直流電源相連，并在輸出端串接 一個(gè)1kQ的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將

12、和被測(cè)溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì)有1mV/K的電壓信號(hào)。二.基本應(yīng)用電路圖是AD590用于測(cè)量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因?yàn)榱鬟^AD590的電流與熱力學(xué)溫 度成正比，當(dāng)電阻和電位器R2的電阻之和為1kQ時(shí)，輸出電壓Vo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(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的方法為：把 AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器虬，使V=273.2+25=298.2 (mV)。但這樣調(diào)整只保 證在0C或25C附近有較高的精度。AD590應(yīng)用電路三.攝氏溫度測(cè)量電路如圖所示，電位器R2用于調(diào)整零點(diǎn)，R4用于調(diào)整運(yùn)放LF355的增益。調(diào)整方法如下: 在0C時(shí)

13、調(diào)整R2，使輸出V0=0,然后在100C時(shí)調(diào)整R4使V0=100mV。如此反復(fù)調(diào)整多次， 直至0C時(shí)，V0=0mV，100C時(shí)V0=100mV為止。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。例如，若室溫為 25C，那么V。應(yīng)為25mV。冰水混合物是0C環(huán)境，沸水為100C環(huán)境。1.1.2濕度傳感器的選擇測(cè)量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的 物理或化學(xué)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(jìn)行濕度測(cè)量的。下面介紹HS1100/HS1101濕度傳感器及其應(yīng)用。一、特

14、點(diǎn)不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專利設(shè)計(jì)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(dòng)插件和自動(dòng)裝配過程等。圖a為濕敏電容工作的溫、濕度范圍。圖b為濕度-電容響應(yīng)曲線。圖b、濕度-電容響應(yīng)曲線。圖b、濕度-電容響應(yīng)曲線。相對(duì)濕度在1%-100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于土2%RH； 響應(yīng)時(shí)間小于5S；溫度系數(shù)為0.04 pF/C?？梢娋仁禽^高的。二、濕度測(cè)量電路HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其

15、電容量隨著所測(cè)空 氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，常有兩 種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)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(hào)經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；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(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集頻率輸出的555測(cè)量振蕩電路如圖所示。集成定時(shí)器555芯片外接電阻R4、R2與濕 敏電容C，構(gòu)成了對(duì)C的充電回路。7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì)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(gè)典型的多諧振蕩器，即 方波發(fā)生器。另外，R3是防

16、止輸出短路的保護(hù)電阻，R1用于平衡溫度系數(shù)。圖1-2、頻率輸出的555振蕩電路該振蕩電路兩個(gè)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(shí)間后，Uc達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約0.67Vs，此時(shí)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(shí)間后，Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，約 0.33Vs此時(shí)輸出，此時(shí)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(shí)間為t 充電二C（R4+R2）Ln2t 放電二CR2 Ln2因而，輸出的方波頻率為f=1/（t 放電+t 充電）=1/ C（R4+R2）Ln2可見，空氣濕度通過555測(cè)

17、量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號(hào)，表1-1給出了其中 的一組典型測(cè)試值。表1-1、空氣濕度與電壓頻率的典型值第二章硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)為八路的濕度信號(hào)采集，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21所示圖2-1八路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路硬件接口多路開關(guān)，有稱“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。在本

18、設(shè)計(jì)中，由于采用了溫濕度雙量控制，所以在信號(hào)采集中將有兩個(gè)模擬量被提取， 這時(shí)選用多路開關(guān)就是很必要的。我選用的是CD4051多路開關(guān)，它是一種單片、COMS、8通道開關(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。CD4051的內(nèi)部原理框圖如圖2-2所示。圖2-2、CD4051的內(nèi)部原理框圖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。2.2信號(hào)分析與處理2.2.1 A/D 轉(zhuǎn)換一.A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)為了把溫度、濕度檢測(cè)電路測(cè)出

19、的模擬信號(hào)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(dá)1/1999。由于MC14433只有一路輸入, 而本系統(tǒng)檢測(cè)的多路溫度與濕度信號(hào)輸入，故選用多路選擇電子開關(guān)，可輸入多路模擬量。MC14433 A/D 轉(zhuǎn)換器由于雙積分方法二次積分時(shí)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(duì)周期信號(hào)變化的干擾信號(hào)積分為零，抗干擾性能也比較好。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(cè)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ICL7135二.MC14433A/D轉(zhuǎn)換器件簡介MC1

20、4433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(diǎn)，其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速率低，約110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。MC14433A/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時(shí)鐘Q0 Q3DS1 DS4多路選擇開關(guān)鎖存器極性判別個(gè)位十位百位千位溢出-L_jl過量程控制電路時(shí)鐘Q0 Q3DS1 DS4多路選擇開關(guān)鎖存器極性判別個(gè)位十位百位千位溢出-L_jl過量程控制電路CMOS線性電路VR基準(zhǔn)電壓WAG模擬地 VX被測(cè)電壓R1/C1D

21、U EOC實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)換周期RC1 c01 C02圖23 MC14433A/D轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部邏輯框圖MC14433與8051單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)由于 MC14433的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是動(dòng)態(tài)分時(shí)輸出的BCD碼，Q0Q3HE DS1DS4 都不是總線式的。因此，MCS-51單片機(jī)只能通過并行I/O接口或擴(kuò)展I/O接口與其相連。 對(duì)于8051單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)來說，MC14433可以直接和其P1 口或擴(kuò)展I/O 口 8155/8255 相連。下面是MC14433與8051單片機(jī)P1 口直接相連的硬件接口，接口11： III Kfl-.DJhFVDDbWVh3JtL11： III Kfl-.DJhFVDDbWVh

22、3JtL口 IJtLTCL3cainsjCfliTfJT&4rn f I44r HiX2JtrSTTWT ITKDJI.圖2-4 MC14433與8051單片機(jī)P1 口直接相連的硬件接口2. 2. 2 單片機(jī) MCS51為了設(shè)計(jì)此系統(tǒng)，我們采用了 8051單片機(jī)作為控制芯片，在前向通道中是一個(gè)非電信號(hào)的電量采集過程。它由傳感器采集非電信號(hào)，從傳感器出來經(jīng)過功率放大過程，使信號(hào)放大，再經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相應(yīng)端口。8051的引腳圖E Fl :成為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相應(yīng)端口。8051的引腳圖E Fl :3=i：i0FllJOIpi-：

23、TCiP14TO*pl EWiPl I；EHP17Ti7D7IL工如DTI iiPilLIrz3Eu:FW.ZP25M2-SKE PE IIJ-EDI KDMj80313，1959w X jT si72L 22 aF IE即 IT ISLi：LL-2-5 8051引腳圖8031的制作工藝為HMOS,采用40管腳雙列直插DIP封裝，引腳說明如下：VCC（40引腳）正常運(yùn)行時(shí)提供電源。VSS（20引腳）接地。XTAL1（19引腳）在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片 內(nèi)的震蕩器，可以提供單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)，該引腳也是可以接外部的晶振的一個(gè)引腳，如 采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)于8051

24、而言此引腳應(yīng)該接地。XTAL2C18引腳）在內(nèi)部，接至上述振蕩器的反向輸入端，當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì) MCS51系列該引腳接收外部震蕩信號(hào)，即把該信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘的輸入端。RST/VPD（9引腳）在振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的電平將單片機(jī)復(fù) 位，復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平保持不高于0.5V的低電平以保證8051正常工作。在掉電時(shí)， 此引腳接備用電源VDD，以保持RAM數(shù)據(jù)不丟失，當(dāng)BVCC低于規(guī)定的值時(shí)，而VPD 在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)時(shí)，VPD就向內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器提供備用電源。ALE/PROG（30引腳）當(dāng)8051訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器， ALE9地址鎖存允許0輸

25、入的脈沖的下沿用于鎖存16位地址的低8位，在不訪問外部存儲(chǔ) 器的時(shí)候，ALE仍有兩個(gè)周期的正脈沖輸出，其頻率為振蕩器的頻率的1/6，在訪問外存 儲(chǔ)器的是候，在兩個(gè)周期中，ALE只出現(xiàn)一次，ALE斷可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS TTL負(fù)載，對(duì)于有 片內(nèi)EPROM的而言，在EPROM編程期間，此腳用于輸入編程脈沖PROG。耐（29引腳）此腳輸出為單片機(jī)內(nèi)訪問外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，在讀取外 部指令期間，PSEN非有兩次在每個(gè)周期有效，在此期間，每當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，兩個(gè) 有效的PSEN非將不再出現(xiàn)，同樣這個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。EA/VPPC31引腳）當(dāng)瓦保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問內(nèi)部存儲(chǔ)器，當(dāng)PC值

26、超過0FFFH 時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外存儲(chǔ)器。當(dāng)虱保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲(chǔ)器，對(duì)8031而 言，此腳必須接地。P0，P1，P2, P3： 8051有四個(gè)并行口，在這四個(gè)并行口中，可以在任何一個(gè)輸出數(shù)據(jù)， 又可以從它們那得到數(shù)據(jù)，故它們都是雙向的，每一個(gè)I/O 口內(nèi)部都有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出 鎖存器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器，各成為SFR中的一個(gè)，因此CPU數(shù)據(jù)從并行I/O 口 輸出時(shí)可以得到鎖存，數(shù)據(jù)輸入時(shí)可以得到緩沖，但他們?cè)诠δ芎陀猛旧系牟町惡艽?，P0 和P2 口內(nèi)部均有個(gè)受控制器控制的二選一選擇電路，故它們除可以用做通用I/O 口以外還 具有特殊的功能，P0 口通常用做通用I/O 口為C

27、PU傳送數(shù)據(jù)，P2 口除了可以用做通用口 以外，還具有第一功能，除P0 口以外其余三個(gè)都是準(zhǔn)雙向口。8051有一個(gè)全雙工串行口，這個(gè)串行口既可以在程序下把CPU的8位并行數(shù)據(jù)變成串 行數(shù)據(jù)一位一位的從發(fā)送數(shù)據(jù)線發(fā)送出去，也可以把串行數(shù)據(jù)接受進(jìn)來變成并行數(shù)據(jù)給 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般都是把鍵盤和顯示器放在一起考慮。本設(shè)計(jì)是利用MCS-51 的串行口實(shí)現(xiàn)鍵盤/顯示器接口。當(dāng)MCS-51的串行口未作它用時(shí)，使用MCS-51的串行口來外擴(kuò)鍵盤/顯示器。應(yīng)用8031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.74LS138的Y0作為鍵輸入線，Y2作為同步

28、脈沖輸出控制線。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(diǎn)是CPU不必頻繁的為顯示服務(wù)，因而主程序 可不必掃描顯示器，軟件設(shè)計(jì)比較簡單，從而使單片機(jī)有更多的時(shí)間處理其他事務(wù)。時(shí)鐘電路是用來產(chǎn)生8031單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘信號(hào)，8031本身就是一個(gè)復(fù)雜 的同步時(shí)序電路，為保證工作方式的實(shí)現(xiàn)，8031在唯一的時(shí)鐘信號(hào)的控制下嚴(yán)格的按時(shí)序 執(zhí)行指令進(jìn)行工作，時(shí)鐘的頻率影響單片機(jī)的速度和穩(wěn)定性。通常時(shí)鐘由于兩種形式： 內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。我們系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式來為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。MCS-51內(nèi)部有一個(gè)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X

29、TAL2，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(gè)自激勵(lì)振蕩器電路中的C1、C2的選擇在30PF左右，但電容太小會(huì)影響振蕩的頻率、穩(wěn)定性和快速 性。晶振頻率為在1.2MHZ12MHZ之間，頻率越高單片機(jī)的速度就越快，但對(duì)存儲(chǔ)器速 度要求就高。為了提高穩(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。單片機(jī)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(shè)想，因此掉電保護(hù)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(dòng)保護(hù)RAM中的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)電源恢復(fù)正常供電后能恢復(fù)到掉電前 的工作狀態(tài)。當(dāng)MCS-5l系列

30、單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平 時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。上電 復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位電路如圖(3-15a)中左圖所示。 圖中電容C1和電阻R1對(duì)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(shí) 間，由于單片機(jī)內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中電阻R1，也能達(dá)到上電復(fù)位的操作功能， 如圖（3-15a）中所示。上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn) 行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位

31、。常用的上電或開關(guān)復(fù)位電路如圖（3-15b）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(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī) 已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵K后松開，也能使RST為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上 電或開關(guān)復(fù)位的操作。根據(jù)實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)，下面給出這兩種復(fù)位電路的電容、電阻參考值。它的工作方式可以分做復(fù)位，掉電和低功耗方式等。8051的串行發(fā)送和接收利用了 P3 口的第二功能，利用P3.1做串行數(shù)據(jù)接收線，串 行接口的電路結(jié)構(gòu)還包括了串行口控制寄存器SCON，電源及波特率選擇寄存器PCON和 串行緩沖寄存器SBUF，他們都屬于SFR，PCON和SCON用于設(shè)置串行口工作方式和確

32、定數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，SBUF用于存放欲發(fā)送的數(shù)據(jù)起到緩沖的作用。CPU，而且這種串行發(fā)送和接收可以單獨(dú)進(jìn)行也可以同時(shí)進(jìn)行。8051的串行發(fā)送和接收利用了 P3 口的第二功能，利用P3.1做串行數(shù)據(jù)接收線，串 行接口的電路結(jié)構(gòu)還包括了串行口控制寄存器SCON，電源及波特率選擇寄存器PCON和 串行緩沖寄存器SBUF，他們都屬于SFR，PCON和SCON用于設(shè)置串行口工作方式和確 定數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，SBUF用于存放欲發(fā)送的數(shù)據(jù)起到緩沖的作用。2.2.3工作方式它的工作方式可以分做復(fù)位，掉電和低功耗方式等。一、 復(fù)位方式當(dāng)MCS-51系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST（全稱RESET）出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高

33、電平 時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。上電 復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位電路如圖（3-15a）中左圖所示。 圖中電容C1和電阻R1對(duì)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(shí) 間，由于單片機(jī)內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中電阻R1，也能達(dá)到上電復(fù)位的操作功能， 如圖（3-15a）中所示。上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn) 行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。常用的上電或開關(guān)復(fù)位電路如圖（3-15b）所示。上電后，由于電

34、容C3的充電和反相門的作用，使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī) 已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵K后松開，也能使RST為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上 電或開關(guān)復(fù)位的操作。根據(jù)實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)，下面給出這兩種復(fù)位電路的電容、電阻參考值。g上電豆位電局皿）上電或非美皿電照?qǐng)D（2-3a）中：Cl = 10-30uF，R1 = 1kO圖（2-3b）中：C：=1uF，Rl = lkO，R2 = 10k0數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的掉電保護(hù)單片機(jī)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(shè)想，因此掉電保護(hù)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(dòng)保護(hù)RAM中的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)

35、的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)電源恢復(fù)正常供電后能恢復(fù)到掉電前 的工作狀態(tài)。2. 2.系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是用來產(chǎn)生8031單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘信號(hào)，8031本身就是一個(gè)復(fù)雜 的同步時(shí)序電路，為保證工作方式的實(shí)現(xiàn)，8031在唯一的時(shí)鐘信號(hào)的控制下嚴(yán)格的按時(shí)序 執(zhí)行指令進(jìn)行工作，時(shí)鐘的頻率影響單片機(jī)的速度和穩(wěn)定性。通常時(shí)鐘由于兩種形式： 內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。我們系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式來為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。MCS-51內(nèi)部有一個(gè)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(gè)自激勵(lì)振蕩器電路中的C1、C2的選擇在30PF左

36、右，但電容太小會(huì)影響振蕩的頻率、穩(wěn)定性和快速 性。晶振頻率為在1.2MHZ12MHZ之間，頻率越高單片機(jī)的速度就越快，但對(duì)存儲(chǔ)器速度要求就高。為了提高穩(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。2. 3顯示電路12864浪晶顯THI o lnThTO.4UADC1 M. I I .2?AD2TO 3JD5totiaittPS.rXAKP2.IWI o lnThTO.4UADC1 M. I I .2?AD2TO 3JD5totiaittPS.rXAKP2.IWF5i3 閽P23X I ITMVW- 麗FTT 77r n: ： AJJaVEKi KJKFEITkizsii丁在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般都是把鍵盤和顯示器放在一