測(cè)控系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)課程基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本科學(xué)位論文

PAGEPAGE1摘要隨著時(shí)代科技的迅猛發(fā)展，微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代電子技術(shù)的成就給傳統(tǒng)的電子測(cè)量與儀器帶來(lái)了巨大的沖擊和革命性的影響。常規(guī)的測(cè)試儀器儀表和控制裝置被更先進(jìn)的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器在遠(yuǎn)離、功能、精度及自動(dòng)化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應(yīng)的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用工程的自動(dòng)化程度得以顯著提高。

溫度測(cè)量控制系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及人們的日常生活中扮演著一個(gè)越來(lái)越重要的角色，它對(duì)人們的生活具有很大的影響，所以溫度采集控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究有十分重要的意義。如果用人工進(jìn)行溫濕度測(cè)量的話(huà)，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且效率低，且測(cè)試的溫度及濕度誤差都比較大。因此我們需要一種造價(jià)低廉，使用方便且測(cè)量準(zhǔn)確的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)。為了準(zhǔn)確獲取現(xiàn)場(chǎng)的溫、濕度值,提出了基于單片機(jī)的溫、濕度測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。現(xiàn)場(chǎng)的溫、濕度采集分別使用溫度傳感器AD590和濕度傳感器HS1101。從測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)采集到的溫、濕度經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送單片機(jī)進(jìn)行處理,然后通過(guò)接口芯片與上位機(jī)相連,進(jìn)行串行通信,從而以較低的成本、較高的精度實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)溫、濕度的測(cè)試,具有一定的實(shí)用前景。關(guān)鍵詞：溫度傳感器；濕度傳感器；單片機(jī)；溫濕度檢測(cè)目錄第一章引言 51.1課程設(shè)計(jì)的目的、意義 51.2課程設(shè)計(jì)的任務(wù)、要求 51.3課程設(shè)計(jì)的時(shí)間安排 5第二章方案的比較和論證 72.1溫度傳感器的選擇 72.2濕度傳感器的選擇 8第三章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 93.1溫度傳感器簡(jiǎn)介 93.1.1溫度傳感器主要特性 93.1.2AD590的工作原理 103.2.1濕度傳感器主要特性 113.2.2HS1101工作原理 123.3ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器 133.3.1ADC0809的主要特性 133.3.2ADC0809的內(nèi)部?jī)?nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 133.3.3ADC0809的引腳結(jié)構(gòu) 143.3.4ADC0809的工作過(guò)程 153.4單片機(jī)89C51 163.5MAX232資料簡(jiǎn)介 183.5.1MAX232主要特性 183.5.2MAX232各引腳介紹 18第四章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和連接 204.1ADC0809與89C51單片機(jī)的接口設(shè)計(jì) 204.2時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 214.3顯示電路的設(shè)計(jì) 224.4報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 224.5PC機(jī)與89C51的接口電路設(shè)計(jì) 23第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 255.1程序流程圖 265.1.1T0中斷流程圖 265.1.2溫濕度主程序流程圖 275.1.3報(bào)警器流程圖 285.2程序清單 285.2.1溫度采集初始化程序 285.2.2濕度采集初始化程序 285.2.3顯示電路程序 295.2.4A/D轉(zhuǎn)換程序 295.2.5制交流蜂鳴器發(fā)聲程序 305.2.6上位機(jī)串口通信部分程序 31第六章總結(jié)與展望 346.1總結(jié) 346.2前景展望 34參考文獻(xiàn) 35附錄系統(tǒng)原理圖 36第一章引言1.1課程設(shè)計(jì)的目的、意義本課程設(shè)計(jì)是測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的一個(gè)重要專(zhuān)業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)。為了使學(xué)生在以后就業(yè)中可能接觸到的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、生產(chǎn)過(guò)程和測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有較為深刻的認(rèn)識(shí)，本次實(shí)習(xí)重點(diǎn)是要求學(xué)生能設(shè)計(jì)完成一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)。通過(guò)設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)，使學(xué)生對(duì)所學(xué)的傳感器、微機(jī)原理、精密儀器與設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、組態(tài)軟件、PLC設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)有更進(jìn)一步的深刻的認(rèn)識(shí)和掌握，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，熟悉技術(shù)設(shè)計(jì)工作的一般程序和方法。1.2課程設(shè)計(jì)的任務(wù)、要求通過(guò)設(shè)計(jì)，要求學(xué)生在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立完成所分擔(dān)的課題設(shè)計(jì)內(nèi)容。包括：正確選擇方案，正確地進(jìn)行器件的選擇，軟硬件設(shè)計(jì)、模擬調(diào)試；可能情況下，根據(jù)課題設(shè)計(jì)需要進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)、調(diào)試；繪制相應(yīng)的電路圖；編制軟件程序，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能；編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；參加答辯。1.3課程設(shè)計(jì)的時(shí)間安排第一周：1、領(lǐng)取任務(wù)書(shū)，提交本組的實(shí)施方案。要求方案中必須包括：題目、原理圖、功能方框圖，必要的計(jì)算及所需的元器件清單。2、學(xué)習(xí)PROTEL軟件，掌握印刷電路板的設(shè)計(jì)方法；熟悉MCGS及PLC編程軟件，掌握其編程方法；第二周：1、繪出正式的電路原理圖及相應(yīng)的印刷電路圖。2、認(rèn)識(shí)、檢查、測(cè)試元器件，制作傳感器。3、編制PLC控制程序及組態(tài)監(jiān)控畫(huà)面，測(cè)試。第三周：1、制作印刷電路板；焊接、調(diào)試電路；編制軟件程序，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能；2、對(duì)所設(shè)計(jì)、制作的裝置或系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試給出相應(yīng)的技術(shù)性能指標(biāo)；對(duì)調(diào)試中所出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行記錄與總結(jié)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。第四周：1、編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告，報(bào)告的內(nèi)容：（1）課題名稱(chēng)；（2）電路工作原理圖，主要參數(shù)計(jì)算，印刷電路圖設(shè)計(jì)的主要步驟與方法；（3）電路主要元器件的名稱(chēng)、技術(shù)參數(shù)、測(cè)試儀器、測(cè)試方法;（4）電路的安裝、調(diào)試的方法與步驟，故障分析及解決的辦法；（5）測(cè)試結(jié)果討論與誤差分析；最后，還要對(duì)本次課程設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，寫(xiě)出在設(shè)計(jì)中的收獲體會(huì)，如創(chuàng)新思想、對(duì)電路的改進(jìn)方案、成功的經(jīng)驗(yàn)、失敗的教訓(xùn)等。2、答辯3、交設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告 第二章方案的比較和論證當(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(lái)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(méi)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(wú)法實(shí)現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化測(cè)量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來(lái)檢測(cè)和控制生產(chǎn)過(guò)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。2.1溫度傳感器的選擇方案一：采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測(cè)溫元件?，F(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點(diǎn)為精度高、測(cè)量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測(cè)量。鉑的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強(qiáng)，易提純，復(fù)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(cè)中高精密測(cè)溫和溫度標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)是價(jià)格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場(chǎng)影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。按IEC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫范圍-200～650℃，百度電阻比W（100）=1.3850時(shí)，R0為100Ω和10Ω，其允許的測(cè)量誤差A(yù)級(jí)為±（0.15℃+0.002|t|），B級(jí)為±（0.3℃+0.005|t|）。銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價(jià)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(cè)溫。方案二：采用AD590，它的測(cè)溫范圍在-55℃～+150℃之間，而且精度高。M檔在測(cè)溫范圍內(nèi)非線(xiàn)形誤差為±0.3℃。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)損壞。使用可靠。它只需直流電源就能工作，而且，無(wú)需進(jìn)行線(xiàn)性校正，所以使用也非常方便，借口也很簡(jiǎn)單。作為電流輸出型傳感器的一個(gè)特點(diǎn)是，和電壓輸出型相比，它有很強(qiáng)的抗外界干擾能力。AD590的測(cè)量信號(hào)可遠(yuǎn)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(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)于溫度傳感器的選擇。2.2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?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。方案一：采用HOS-201濕敏傳感器。HOS-201濕敏傳感器為高濕度開(kāi)關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流1V以下，頻率為50HZ～1KHZ，測(cè)量濕度范圍為0～100%RH，工作溫度范圍為0～50℃，阻抗在75%RH（25℃）時(shí)為1MΩ。這種傳感器原是用于開(kāi)關(guān)的傳感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測(cè)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(shí)具有良好的線(xiàn)性，可有效地利用其線(xiàn)性特性。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(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專(zhuān)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(xiàn)性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線(xiàn)上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過(guò)程等。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±2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于5S；溫度系數(shù)為0.04pF/℃?？梢?jiàn)精度是較高的。綜合比較方案一與方案二，方案一雖然滿(mǎn)足精度及測(cè)量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線(xiàn)性，可有效地利用其線(xiàn)性特性。而且還不具備在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中對(duì)溫度-30～50℃的要求，因此，我們選擇方案二來(lái)作為本設(shè)計(jì)的濕度傳感器。第三章系統(tǒng)總體方案設(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、溫濕度傳感器可以產(chǎn)生模擬信號(hào)，和A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的性能，此設(shè)計(jì)以89S51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(pán)及顯示、報(bào)警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)總體方框圖如圖3.0。HS1100濕度檢測(cè)HS1100濕度檢測(cè)報(bào)警電路上位機(jī)顯示LED顯示ADC0809A/D轉(zhuǎn)換AD590溫度檢測(cè)單片機(jī)89C51圖3.0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：(1)信號(hào)采集由AD590、HS1100及多路開(kāi)關(guān)CD4051組成；(2)信號(hào)分析由A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809、單片機(jī)89C(3)信號(hào)顯示由串行口LED顯示器和報(bào)警電路組成。3.1溫度傳感器簡(jiǎn)介集成溫度傳感器AD590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源。AD590是電流型溫度傳感器，通過(guò)對(duì)電流的測(cè)量可得到所需要的溫度值。3.1.1溫度傳感器主要特性流過(guò)器件的電流(μA)等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度(開(kāi)爾文)度數(shù)：Ir/T=1，式中，Ir—流過(guò)器件(AD590)的電流，單位為μA；T—熱力學(xué)溫度，單位為K；AD590的測(cè)溫范圍為-55℃~+150℃；AD590的電源電壓范圍為4～30V，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件即使反接也不會(huì)被損壞；輸出電阻為710mΩ；精度高，AD590在-55℃~+150℃范圍內(nèi)，非線(xiàn)性誤差僅為±0.3℃。3.1.2AD590的工作原理AD590溫度感測(cè)器是一種已經(jīng)IC化的溫度感測(cè)器，它會(huì)將溫度轉(zhuǎn)換為電流。其規(guī)格如下：溫度每增加1℃，它會(huì)增加1μA輸出電流?？闪繙y(cè)范圍-55℃至150℃圖3.1AD590的接腳圖及零件符號(hào)AD590的輸出電流是以絕對(duì)溫度零度(-273℃)為基準(zhǔn)，每增加1℃，它會(huì)增加1μA輸出電流，因此在室溫25℃時(shí)，其輸出電流Io=(273+25)=298μA。Vo的值為Io乘上10K，以室溫25℃而言，輸出值為2.98V(10KAD590的輸出電流I=(273+T)μA(T為攝氏溫度)，因此量測(cè)的電壓V為(273+T)μA×10K=(2.73+T/100)V。為了將電壓量測(cè)出來(lái)又需使輸出電流I不分流出來(lái)，我們使用電壓追隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。由于一般電源供應(yīng)較多零件之后，電源是帶噪聲的，因此我們使用齊納二極管作為穩(wěn)壓零件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓V1需調(diào)整至2.73V。接下來(lái)我們使用差動(dòng)放大器其輸出Vo為（100K/10K）×（V2-V1）=T/10，如果現(xiàn)在為攝氏28℃，輸出電壓為2.8V，輸出電壓接A/D轉(zhuǎn)換器，那么A/D轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線(xiàn)形比例關(guān)系。AD590溫度傳感器使用原理如圖3.2。 圖3.2AD590溫度傳感器使用原理圖 3.2濕度傳感器簡(jiǎn)介測(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（頂端接觸）/HS1101（側(cè)面接觸）濕度傳感器及其應(yīng)用。3.2.1濕度傳感器主要特性（1）監(jiān)測(cè)速度快；（2）高精度和高可靠性；（3）快速響應(yīng)時(shí)間和長(zhǎng)期穩(wěn)定性；（4）使用方便體積??；（5）適用于線(xiàn)性電壓輸出和頻率輸出兩種電路；（6）適宜于制造流水線(xiàn)上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過(guò)程等。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±2%RH、響應(yīng)時(shí)間小于5S、溫度系數(shù)為0.04pF/℃，可見(jiàn)精度是較高的。3.2.2HS1101工作原理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)，常用方法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。HS1100/HS1101濕度傳感器在不同的相對(duì)濕度中的電容值不同，而容值得改變使輸出的頻率發(fā)出相應(yīng)的改變，HS1100/HS1101的容值隨著相對(duì)濕度的增大而增大，因此輸出頻率隨著相對(duì)濕度值的變大而變小，即頻率降低。表2.1給出了輸出頻率的典型值。圖3.3給出了HS1101典型555應(yīng)用電路。表3.2.2典型頻率值（參考點(diǎn)：25℃，相對(duì)濕度：50%濕度%RH頻率HZ濕度%RH頻率HZ073516066001072247064682071008063303069769061684068531006033圖3.3典型555應(yīng)用電路3.3ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行?！獢?shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。3.3.1ADC0809的主要特性1）8路輸入通道，8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。2）具有轉(zhuǎn)換起停控制端。3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，130μs（時(shí)鐘為500kHz時(shí)）4）單個(gè)＋5V電源供電5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿(mǎn)刻度校準(zhǔn)。6）工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度7）低功耗，約15mW。3.3.2ADC0809的內(nèi)部?jī)?nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.4所示，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近圖3.4ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.3.3ADC0809的引腳結(jié)構(gòu)ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖3.5所示。下面說(shuō)明各引腳功能。IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。2-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線(xiàn)，用于選通8路模擬輸入中的一路ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。START：A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。圖3.5ADC0809的外部引腳圖EOC：A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。圖3.5ADC0809的外部引腳圖OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。Vcc：電源，單一＋5V。GND：地。ALE為地址鎖存允許輸入線(xiàn)，高電平有效。當(dāng)ALE線(xiàn)為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線(xiàn)的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線(xiàn)，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN73.3.4ADC0809的工作過(guò)程首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線(xiàn)上。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問(wèn)題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。（1）定時(shí)傳送方式對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換其來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128μs，相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。（2）查詢(xún)方式A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢(xún)方式，測(cè)試EOC的狀態(tài)，即可卻只轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。3.4單片機(jī)89C5189C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案為了設(shè)計(jì)此系統(tǒng)，此系統(tǒng)采用了89C51單片機(jī)作為控制芯片，它具有以下特性：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器含有4KB的Flash存儲(chǔ)器，允許在線(xiàn)編程，擦寫(xiě)周期可達(dá)1000次；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)含128字節(jié)的RAM；I/O口具有32根可編程I/O線(xiàn)；具有兩個(gè)16位I/O線(xiàn)；中斷系統(tǒng)具有6個(gè)中斷源、5個(gè)終端矢量、2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)；串行口是一個(gè)全雙工的串行通信口；具有兩個(gè)數(shù)據(jù)指針DPTR0和DPTR1；低功耗節(jié)電模式有節(jié)電模式和掉電模式；包含3級(jí)程序鎖定位；具有片內(nèi)看門(mén)狗定時(shí)器；靈活的在線(xiàn)片內(nèi)編程模式（字節(jié)和頁(yè)編程模式）；具有斷電標(biāo)志模式POF。89C51引腳如圖3.6各個(gè)引腳的功能說(shuō)明如下：VCC：供電電壓。GND：接地。圖3.689S51的引腳圖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。圖3.689S51的引腳圖P1口：P1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。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)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O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。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(wèn)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(guò)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(wú)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(wèn)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)（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RESET；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）。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。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。3.5MAX232資料簡(jiǎn)介MAX232芯片是美信公司專(zhuān)門(mén)為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。3.5.1MAX232主要特性1、符合所有的RS-232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2、只需要單一+5V電源供電3、片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V和-10V電壓V+、V-4、功耗低，典型供電電流5mA5、內(nèi)部集成2個(gè)RS-232C驅(qū)動(dòng)器6、MAX232具有雙串口，可以分別接單片機(jī)的串行通信口或者實(shí)驗(yàn)板的其它串行通信接口3.5.2MAX232各引腳介紹引腳介紹：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。圖3.7MAX232圖3.7MAX232的引腳圖第四章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和連接4.1ADC0809與89C51單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)ADC0809與89C51連接可采取查詢(xún)方式，也可采用中斷方式。下圖為中斷方式連接電路圖。由于ADC0809片內(nèi)有三態(tài)輸出鎖存器，因此可以直接與89C51接口。這里將ADC0809作為一個(gè)外部擴(kuò)展并行I/O口，采用線(xiàn)選法尋址。由P2.7和WR聯(lián)合控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)端和ALE端，低三位的地址線(xiàn)加到ADC0809的ADDA、ADDB、和ADDC端，所以選中ADC0809的IN0通道的地址為7FF8H。啟動(dòng)ADC0809的工作過(guò)程是：先送通道信號(hào)地址到ADDA、ADDB和ADDC；由于ALE信號(hào)鎖存通道地址后，讓START有效;啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，執(zhí)行第一條指令，產(chǎn)生WR信號(hào)，使得ALE和START有效；鎖存通道號(hào)并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。AD轉(zhuǎn)換完畢，EOC端發(fā)出一正脈沖，申請(qǐng)中斷。再中斷服務(wù)程序中，“MOVEA，@DPTR”指令產(chǎn)生RD信號(hào)，使得OE端有效，打開(kāi)輸出鎖存器三態(tài)門(mén)，8位數(shù)據(jù)便讀入到CPU中。圖4.1DC0809與89C51單片機(jī)的4.2時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是用來(lái)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(lái)為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。8031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1.2MHZ～12MHZ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。時(shí)鐘電路原理圖如圖4.2所示：圖4.2時(shí)鐘電路原理圖4.3顯示電路的設(shè)計(jì)LED顯示以其使用方便，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。它的顯示接口按驅(qū)動(dòng)方式可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示雖然亮度高，無(wú)閃動(dòng)，但具有功耗大，占I／O口多，成本高等缺點(diǎn)。在I／O口緊張的情況下大多采用動(dòng)態(tài)顯示方式。目前，市場(chǎng)上有許多專(zhuān)用的動(dòng)態(tài)顯示接口芯片可供選擇。但是，這些芯片價(jià)格普遍較高，而不適合在廉價(jià)系統(tǒng)中應(yīng)用。有些專(zhuān)用芯片(如MC14489)采用硬件譯碼方式，顯示的信息量有限，難以滿(mǎn)足各種要求，影響了它的應(yīng)用。在此介紹一種價(jià)格低廉，效果良好的LED動(dòng)態(tài)顯示電路，通過(guò)軟件譯碼，串行顯示方式，節(jié)省大量I／O線(xiàn)，不僅能顯示數(shù)字，而且可以顯示大部分英文字母。圖4.3顯示電路原理圖4.4報(bào)警電路的設(shè)計(jì)報(bào)警電路在微型計(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。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(xiàn)經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)蜂鳴音發(fā)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，P1.3接晶體管基極輸入端。當(dāng)P1.3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)P1.3輸出低電平“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。圖4.4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：圖4.4三極管驅(qū)動(dòng)的峰鳴音報(bào)警電路三極管驅(qū)動(dòng)的峰鳴音報(bào)警電路本設(shè)計(jì)是為在溫濕度測(cè)量中對(duì)溫濕度的上下限超出時(shí)的提示報(bào)警，接口位于單片機(jī)AT89S51的P3.2口，但溫濕度過(guò)限時(shí)，P2.0口被置0，本系統(tǒng)開(kāi)始工作。4.5PC機(jī)與89C51的接口電路設(shè)計(jì)現(xiàn)從MAX232芯片中兩路發(fā)送接收中接收任一路作為接口。應(yīng)注意其發(fā)送，接收的引腳要對(duì)應(yīng)。如果使得T1in收單片機(jī)的發(fā)送端TXD，則PC機(jī)的RS-232的接收端RXD一定要對(duì)應(yīng)接T1out引腳。同時(shí)，R1out接單片機(jī)的RXD引腳，PC機(jī)的RS-232的發(fā)送端TXD對(duì)應(yīng)接R1in引腳。其接口電路如下圖所示：圖4.5PC機(jī)與89C51的接口電路原理圖第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)溫度控制主程序的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下問(wèn)題：（1）溫濕度采樣，數(shù)字濾波；（2）越限報(bào)警和處理；（3）溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換；（4）溫濕度顯示。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(wù)程序兩部分組成。在該軟件系統(tǒng)中，定時(shí)器T0為工作方式1，定時(shí)周期為125ms，8次定時(shí)器中斷為1S，由于實(shí)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(cè)得的溫度和濕度值，有效防止了突發(fā)干擾使測(cè)得值波動(dòng)很大，導(dǎo)致反饋系統(tǒng)關(guān)啟工作，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的抗干擾性。這里所需要注意的是標(biāo)度變換，下面簡(jiǎn)單的介紹一下標(biāo)度變換：標(biāo)度變換：目的是要把實(shí)際采樣的二進(jìn)制值轉(zhuǎn)換成BCD形式的溫度值，然后存放到顯示緩沖區(qū)34H-3BH。對(duì)一般線(xiàn)性?xún)x表來(lái)說(shuō)，標(biāo)度變換公式為：式中：A0為一次測(cè)量?jī)x表的下限；Am為一次測(cè)量?jī)x表的上限；AX為實(shí)際測(cè)量值；N0為儀表下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；Nm為儀表上限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；NX為測(cè)量所得數(shù)字量。5.1程序流程圖5.1.1T0中斷流程圖恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)是否越限?顯示重裝時(shí)間常數(shù)報(bào)警程序保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定1s時(shí)間計(jì)數(shù)是否到1s?返回NNYY標(biāo)度變換溫濕度數(shù)據(jù)采樣T0中斷清標(biāo)志設(shè)堆棧清顯示清暫存T0初始化CPU開(kāi)中斷溫濕度采樣顯示清標(biāo)志設(shè)堆棧清顯示清暫存T0初始化CPU開(kāi)中斷溫濕度采樣顯示串行口初始化掃描鍵盤(pán)開(kāi)始5.1.3報(bào)警器流程圖返回返回報(bào)警置位報(bào)警標(biāo)志啟動(dòng)報(bào)警報(bào)警持續(xù)計(jì)數(shù)器置初值5.2程序清單5.2.1溫度采集初始化程序程序：ORG0300H;ADCON:MOVDPTR,#0F0FFH;MOVA,#00H;MOVX@DPTR,A;HERE:JNBP2.1RE;MOVXA,@DPTR;MOV20H,A;RET；5.2.2濕度采集初始化程序ORG0301HADCON:MOVDPTR,#0F0FFH;MOVA,#00H;MOVX@DPTR,A;HERE:JNBP2.2E;MOVXA,@DPTR;MOV20H,A;RET；5.2.3顯示電路程序程序：ORG0700H;DIS:MOVR5,#04;MOVR0,#30H;MOVDPTR,#TAB;LOOP:MOVA,@R0;MOVCA,@A+DPTR;MOVSBUF,A;WAIT:JNBT1,WAIT;CLRT1;INCR0;DJNZR5,LOOP;RET;TAB:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH；5.2.4A程序：MAIN：MOVR0,#0A0HMOVR2,#08HSETBIT1SETBIT2MOVDPTR,#7FF8HMOVX@DPTR,AHERE:SJMPHERE5.2.5制交流蜂鳴器發(fā)聲程序程序：main.sm；控制交流蜂鳴器發(fā)出固定頻率的聲音；定義I/OBUZZERBITP1.2；復(fù)位入口ORG0000HLJMPmain；定義中斷T0中斷入口ORG000BHLJMPT0INTSVC;函數(shù)：T0INSVC()VoidT0INTSVC()interrupt1T0INTSVC:CLRTR0MOVTH0,#0FDHMOVTL0,#0C0HSETBTR0CPLBUZZERRETI;主程序main()main:ANLTOMD,#0F0HORLTOMD,01HMOVTH0,#0FDHMOVTL0,#0C0HSETBET0SETBEA

SETBTR0SJMPS$END5.2.6上位機(jī)串口通信部分程序程序：ORG0000HLJMPSTARTORG0080HSTART:MOVA,#20HMOVTH1,#0E6HMOVTL1,#0E6HMOVSCON,#0E0HCLREA;清中斷CLRESCLRET1SETBTR1ACALLSUB1;調(diào)接收一組數(shù)據(jù)子程序AJMP＄;通信結(jié)束SUB1:MOVSCON,#0E0HSETBSM2LOOP:ACALLRESUB;調(diào)接收子程序接收地址碼MOVA,R0CLRCSUBBA,#0F1H;是否為0FHJNZLOOP;否,重新接收地址MOVR7,#0F1H;是,回送地址碼ACALLTRSUBCLR