基于單片機實現(xiàn)的倉庫溫濕度的監(jiān)測系統(tǒng)畢業(yè)論文（已處理）

1、 倉庫溫濕度的監(jiān)測系統(tǒng)摘 要人類的生存和社會活動都與溫度濕度息息相關(guān)在人們的日常生產(chǎn)和生活中都離不開溫度和濕度的測量本文設(shè)計了一種簡單適用的空氣溫度和濕度的檢測器它能精確實時的測量出空氣的溫度和相對濕度其濕度范圍1100RH精度為RH溫度范圍為55125顯示精度為本設(shè)計選用了嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單體積小實時性好便于實時采集環(huán)境溫度和濕度并設(shè)計了與上位機的通信接口可接入上位機實現(xiàn)綜合管理存儲數(shù)據(jù)打印曲線及事后數(shù)據(jù)處理55內(nèi)的所有場所濕度傳感器 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 單片機 串行通訊ABSTRACTTemperature and the moisture are indispensable to peoples

2、 existence and social activities People cannot do without the measurement of temperature and humidity In This article THE author described the design of an air temperature and moisture sensor which is simple and readily available It can be used to measure out the real time temperature and relative m

3、oisture of the air in an exact way the scope of the of moisture ranges in 1 100 RH and the manifested accuracy degree is 2 RH The temperature scope is-55 and the showed accuracy degree is the 1 I use AT89C51 as Central Processing Element for the system and constitute the core parts together with the

4、 basic electric circuits such as AD converting keyboard manifesting and RS-485 electric circuits around it The system collects the data of temperature and humidity by the temperature sensor DS18B20 and the humidity sensor HM1520 at the most the 16 places Such functions help to complete the temperatu

5、re and humidity measurement manifestation at the real time and the date transmitting Embedded system is used in this design which is simple in construction small in volume inexpensive in cost and really handful It is convenient for collecting data about temperature and humidity at the real time Comm

6、unications interface is also intercalate to get connected with the xxx for realizing integrated management data recording and the printing of curve and the data processing afterwards After simple transformation it can be connected into the control circuits and functions as a glasshouse intelligence

7、director which can be used to measure temperature and humidity manifest them at the real time transmit data and automatically control the temperature and humidity This product is not only applicable for family use but also for all places with temperature ranging from-55 to 125 such as Greenhouses fo

8、r planting vegetables factories etc It has the advantages as the simplicity of construction lowness of cost vast range of availability and convenience for takingKey words temperature sensor moisture sensor analog-to-digital converter Embedded Micro-Controller Unit serially communication目 錄摘 要ABSTRAC

9、T目 錄第一章 緒 論211 選題背景212 選題的現(xiàn)實意義313 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀4com 國外溫室環(huán)境控制4com 我國溫室控制技術(shù)414 溫室環(huán)境要素4第二章 方案論證621 不同方案的比擬622 本設(shè)計所采用的方案7第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計1031 原理結(jié)構(gòu)圖1032 單片機最小系統(tǒng)1133 DS18B20溫度傳感器簡介17com DS18B20簡述17com DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)17com DS18B20的工作時序18com DS18B20與單片機的典型接口1834 濕度傳感器1935 多路開關(guān)2236 AD轉(zhuǎn)換2337 鍵盤與顯示芯片HD7279A介紹26com HD7279A芯片簡介

10、26com 顯示電路3138 串行通訊接口電路32comRS485串行接口標準32com485芯片介紹及電路連接圖33第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計3441 相關(guān)編程軟件介紹34com AVR STUDIOAVR集成開發(fā)環(huán)境34com 串行編程模式3442 個局部軟件設(shè)計37com 總體軟件程序流程圖37com 溫度轉(zhuǎn)換子程序流程圖38com 濕度轉(zhuǎn)換子程序圖38com DS18B20初始化程序流程圖39總 結(jié)40參考文獻41附錄I54附錄II55第一章 緒 論世界農(nóng)業(yè)設(shè)施大體上經(jīng)歷了保護地栽培陽畦小棚中棚塑料倉庫普通溫室現(xiàn)代溫室植物工廠由低水平到高科技含量的開展階段最初期的農(nóng)業(yè)設(shè)施只是為了春提早和秋延

11、后栽培還遠談不到工廠化現(xiàn)代的植物工廠能在完全密閉智能化控制條件下實現(xiàn)按設(shè)計工藝流程全天候生產(chǎn)真正實現(xiàn)生產(chǎn)工業(yè)化 11 選題背景在人類的生活環(huán)境中溫度扮演著極其重要的角色無論你生活在哪里從事什么工作無時無刻不在與溫度打著交道自18世紀工業(yè)革命以來工業(yè)開展與是否能掌握溫度有著密切的聯(lián)系在冶金鋼鐵石化水泥玻璃醫(yī)藥等行業(yè)可以說幾乎80的工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素溫度不但對于工業(yè)如此重要在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫度的監(jiān)測與控制也有著十分重要的意義我國人多地少人均占有耕地面積更少因此要改變這種局面只靠增加耕地面積是不可能實現(xiàn)的因此我們要另辟蹊徑想方法來提高單位畝產(chǎn)量溫室倉庫技術(shù)就是其中一個好的方法溫室倉庫就是建

12、立一個模擬適合生物生長的氣候條件創(chuàng)造一個人工氣象環(huán)境來消除溫度對生物生長的約束而且溫室倉庫能克服環(huán)境對生物生長的限制能使不同的農(nóng)作物在不適合生長的季節(jié)產(chǎn)出使季節(jié)對農(nóng)作物的生長影響不大局部或完全擺脫了農(nóng)作物對自然條件的依賴由于溫室倉庫能帶來可觀的經(jīng)濟效益所以溫室倉庫技術(shù)越來越普及并且已成為農(nóng)民增收的主要手段隨著倉庫技術(shù)的普及溫室倉庫數(shù)量不斷增多溫室倉庫的溫度控制便成為一個十分重要的課題傳統(tǒng)的溫度控制是在溫室倉庫內(nèi)部懸掛溫度計通過讀取溫度值來知道倉庫內(nèi)的實際溫度然后根據(jù)現(xiàn)有溫度與額定溫度進行比擬看溫度是否過高或過低如果過高就對倉庫進行降溫處理如果過低就對倉庫進行升溫處理這些操作都是在人工情況下進行

13、的消耗了大量的人力物力現(xiàn)在隨著國家經(jīng)濟的快速開展農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷提高農(nóng)產(chǎn)品在倉庫中培育的品種越來越多對于數(shù)量較多的倉庫傳統(tǒng)的溫度控制措施就顯現(xiàn)出很大的局限性川大型溫室倉庫的建設(shè)對溫度檢測技術(shù)也提出了越來越高的要求今天我們的生活環(huán)境和工作環(huán)境有越來越多稱之為單片機的小電腦在為我們效勞單片機在工業(yè)控制尖端武器通信設(shè)備信息處理家用電器等各測控領(lǐng)域的應(yīng)用中獨占鰲頭時下家用電器和辦公設(shè)備的智能化遙控化模糊控制化己成為世界潮流而這些高性能無一不是靠單片機來實現(xiàn)的采用單片機來對溫度進行控制不僅具有控制方便組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量單片機以其

14、功能強體積小可靠性高造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點成為自動化和各個測控領(lǐng)域中必不可少且廣泛應(yīng)用的器件尤其在日常生活中也發(fā)揮越來越大的作用因此單片機對溫度的控制問題是一個工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的問題基于此本課題圍繞應(yīng)用于溫室倉庫的基于單片機的溫度測控系統(tǒng)展開應(yīng)用研究工作12 選題的現(xiàn)實意義隨著單片機和傳感技術(shù)的迅速開展自動檢測領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化溫室環(huán)境自動監(jiān)測控制方面的研究有了明顯的進展并且必將以其優(yōu)異的性能價格比逐步取代傳統(tǒng)的溫度控制措施但是目前應(yīng)用于溫室倉庫的溫度檢測系統(tǒng)大多采用模擬溫度傳感器多路模擬開關(guān)AD轉(zhuǎn)換器及單片機等組成的傳輸系統(tǒng)這種溫度采集系統(tǒng)需要在溫室倉庫內(nèi)布置大量的測溫電纜才能把現(xiàn)場

15、傳感器的信號送到采集卡上安裝和拆卸繁雜本錢也高同時線路上傳送的是模擬信號易受干擾和損耗測量誤差也比擬大為了克服這些缺點本文參考了一種基于單片機并采用數(shù)字化單總線技術(shù)的溫度測控系統(tǒng)應(yīng)用于溫室倉庫的的設(shè)計方案根據(jù)實用者提出的問題進行了改良提出了一種新的設(shè)計方案數(shù)字化單總線技術(shù)是利用DALLAS公司生產(chǎn)的新型器件實現(xiàn)的它將系統(tǒng)的地址線數(shù)據(jù)線控制線合為一根導(dǎo)線允許在這根導(dǎo)線上掛接數(shù)百個控制對象形成多點單總線測控系統(tǒng)這些測控對象所用的芯片都由該公司提供采用單總線協(xié)議后可在檢測點將模擬信號數(shù)字化這樣在單總線上傳輸?shù)谋闶菙?shù)字信號本文介紹的溫度測控系統(tǒng)就是基于單總線技術(shù)及其器件組建的該系統(tǒng)能夠?qū)}庫內(nèi)的溫度進

16、行采集利用溫度傳感器將溫室倉庫內(nèi)溫度的變化變換成電流的變化再轉(zhuǎn)換為電壓變化輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器其值由單片機處理最后由單片機去控制數(shù)字顯示器顯示溫室倉庫內(nèi)的實際溫度同時通過比擬對倉庫內(nèi)的溫度是否超過溫度限制進行分析如果超過我們預(yù)先設(shè)定的溫度限制溫度報警系統(tǒng)將進行報警并同時自動對倉庫內(nèi)的溫度進行控制這種設(shè)計方案實現(xiàn)了溫度實時測量顯示和控制該系統(tǒng)抗干擾能力強具有較高的測量精度不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持安裝簡單方便性價比高可維護性好這種溫度測控系統(tǒng)可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫室倉庫實現(xiàn)對溫度的實時控制是一種比擬智能經(jīng)濟的方案適于大力推廣以便促進農(nóng)作物的生長從而提高溫室倉庫的畝產(chǎn)量以帶來很好的經(jīng)濟效益和社會效益13 國

17、內(nèi)外研究現(xiàn)狀倉庫是一種可以改變植物生長環(huán)境為植物生長創(chuàng)造最正確條件防止外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱鏊圆晒飧采w材料作為全部或局部結(jié)構(gòu)材料可在冬季或其他不適宜露地植物生長的季節(jié)栽培植物倉庫生產(chǎn)以到達調(diào)節(jié)產(chǎn)期促進生長發(fā)育防治病蟲害及提高質(zhì)量產(chǎn)量等為目的而倉庫設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境控制該技術(shù)的最終目標是提高控制與作業(yè)精度com 國外溫室環(huán)境控制先是采用模擬式的組合儀表采集現(xiàn)場信息并進行指示記錄和控制90年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)目前正開發(fā)和研制計算機數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)現(xiàn)在世界各國的溫室控制技術(shù)開展很快一些國家在實現(xiàn)自動化的根底上正向著完全自動化無人化的方向開展像園藝強國荷蘭以

18、先進的鮮花生產(chǎn)技術(shù)著稱于世其玻璃溫室全部由計算機操作英國倫敦大學農(nóng)學院研制的溫室計算機遙控技術(shù)可以觀測50km以外溫室內(nèi)的光溫濕氣和水等環(huán)境狀況并進行遙控com 我國溫室控制技術(shù)我國工程技術(shù)人員在吸收興旺國家溫室控制技術(shù)的根底上才掌握了人工氣候室內(nèi)微機控制技術(shù)該技術(shù)僅限于溫度濕度和CO2濃度等單項環(huán)境因子的控制我國溫室設(shè)施計算機應(yīng)用在總體上正從消化吸收簡單應(yīng)用階段向?qū)嵱没C合性應(yīng)用階段過渡和開展在技術(shù)上以單片機控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)與興旺國家相比存在較大差距我國溫室現(xiàn)狀還遠遠沒有到達工廠化農(nóng)業(yè)的境地生產(chǎn)實際中仍然有許多問題困擾著我們存在著溫室裝備配套能力差

19、產(chǎn)業(yè)化程度低環(huán)境控制水平落后軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點14 溫室環(huán)境要素溫室環(huán)境包括非常廣泛的內(nèi)容但通常所說的溫室環(huán)境主要指空氣與土壤的溫濕度光照CO2濃度等溫室環(huán)境控制的重點就是對這些要素進行控制與管理為作物創(chuàng)造適宜的生長發(fā)育環(huán)境溫室環(huán)境控制的目標與溫室技術(shù)開展的趨勢相一致早期的溫室只起到簡單的保護作用如抵御低溫凍害遮風擋雨后來要求溫室不僅具有一般的保護功能還能促進作物的發(fā)育和改善品質(zhì)到目前最為先進的控制管理技術(shù)可以實現(xiàn)對作物成熟開花期株高等進行目標控制使溫室作物更具商業(yè)價值數(shù)據(jù)采集是整個控制與管理系統(tǒng)的重要組成局部要到達對環(huán)境和設(shè)備進行控制必須要對環(huán)境和設(shè)備的狀態(tài)進行監(jiān)測經(jīng)過分析決

20、策然后實施控制行為還可從以下幾方面進一步看出數(shù)據(jù)采集的重要性1環(huán)境要素的變化如溫濕度等并非能準確直觀感覺到2環(huán)境要素處于時刻變化之中必須要進行連續(xù)和快速的監(jiān)測3在實際應(yīng)用中要素的平均值更有意義但平均值來自于大量的瞬時值4在控制與管理過程中要進行要素的分析計算和優(yōu)化配置5需要對植物產(chǎn)量與本錢消費的平衡進行分析計算6需要對歷史資料進行顯示和查詢7數(shù)據(jù)圖表和圖像顯示更直觀可用等等上述這些要求和特點如果不使用計算機幾乎是不可能實現(xiàn)的設(shè)施環(huán)境監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集的重點包括光溫濕CO2氣體等要素但隨著傳感器技術(shù)的開展對作物一些重要生理特性和指標的監(jiān)測已不難實現(xiàn)如光和速率葉溫蒸騰速率氣孔阻力等提出了所謂的SPAS

21、peaking Plant Approach的概念即植物的生理狀態(tài)不僅隨時間而變化而且直接受環(huán)境影響通過對植物本身生理狀態(tài)的監(jiān)測便能反響告知環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣程度到達環(huán)境優(yōu)化控制的目標從以上可看出溫室監(jiān)測與控制系統(tǒng)需要處理不同類型和性質(zhì)的對象因此傳感器的設(shè)計與選型是致關(guān)重要的傳感器本身的性能指標是制約數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵性因素在80年代后期提出了所謂的智能型傳感器的概念與傳統(tǒng)的傳感器相比有以下重要特性1同類產(chǎn)品的互換性即批量生產(chǎn)的傳感器具有一致性的質(zhì)量2輸出信號的兼容性即很容易與用戶系統(tǒng)連接3可重復(fù)性即在連續(xù)與重復(fù)操作過程中表現(xiàn)出的穩(wěn)定性4易標定或換算性傳感器所輸出的信號容易標定和換算5輸出信號補償

22、性在劇烈變化的環(huán)境下仍能穩(wěn)定輸出信號或能自我補償6自我診斷性當傳感器自身或系統(tǒng)的某一局部出現(xiàn)故障時能自動檢測和報警7抗逆性在惡劣條件下能穩(wěn)定工作8031片內(nèi)不帶程序存儲器ROM使用時用戶需外接程序存儲器和一片邏輯電路373外接的程序存儲器多為EPROM的2764系列用戶假設(shè)想對寫入到EPROM中的程序進行修改必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除之后再可寫入寫入到外接程序存儲器的程序代碼沒有什么保密性可言8051片內(nèi)有4ROM無須外接外存儲器和373更能表達單片的簡練但是你編的程序你無法燒寫到其ROM中只有將程序交芯片廠代你燒寫并是一次性的今后你和芯片廠都不能改寫其內(nèi)容8751與8051根本一

23、樣但8751片內(nèi)有4k的EPROM用戶可以將自己編寫的程序?qū)懭雴纹瑱C的EPROM中進行現(xiàn)場實驗與應(yīng)用EPROM的改寫同樣需要用紫外線燈照射一定時間擦除后再燒寫由于上述類型的單片機應(yīng)用的早影響很大已成為事實上的工業(yè)標準后來很多芯片廠商以各種方式與Intel公司合作也推出了同類型的單片機如同一種單片機的多個版本一樣雖都在不斷的改變制造工藝但內(nèi)核卻一樣也就是說這類單片機指令系統(tǒng)完全兼容絕大多數(shù)管腳也兼容在使用上根本可以直接互換我們統(tǒng)稱這些與8051內(nèi)核相同的單片機為51系列單片機在眾多的51系列單片機中要算 ATMEL 公司的AT89C51更實用因他不但和8051指令管腳完全兼容而且其片內(nèi)的4K程序

24、存儲器是FLASH工藝的這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除改寫一般專為 ATMEL AT89Cx 做的均帶有這些功能顯而易見這種單片機對開發(fā)設(shè)備的要求很低開發(fā)時間也大大縮短寫入單片機內(nèi)的程序還可以進行加密這又很好地保護了你的勞動成果AT89C51目前的售價比8031還低市場供給也很充足IC模擬集成溫度傳感器的特點是功能單一僅測量溫度測溫誤差小價格低響應(yīng)速度快傳輸距離遠體積小微功耗等優(yōu)點適合遠距離測溫控溫不需要進行非線性校準外圍電路簡單其典型產(chǎn)品有AD590AD592TMP17LM135等 智能溫度傳感器是在20世紀90年代中期問世的它是微電子技術(shù)計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)ATE的結(jié)晶目前

25、國際上已開發(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AD轉(zhuǎn)換器信號處理器存儲器或存放器和接口電路有的產(chǎn)品還帶多路轉(zhuǎn)換器器MUX中央控制器CPU隨機存取存儲器RAM和只讀存儲器ROM智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量適配各種微控制器MCU并且它是在硬件的根底上通過軟件來實現(xiàn)測試功能的其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平典型產(chǎn)品有DS18B206654LM76等近百年來溫度傳感器的開展大致經(jīng)歷了以下三個階段1傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器 含敏感元件 2模擬集成溫度傳感器控制器3智能溫度傳感器本設(shè)計采用了智能溫度傳感器DS18B20系列DS18B20 是美國達拉斯

26、DALLAS 公司研制的單線數(shù)字溫度計它采用單線總線結(jié)構(gòu)用一根I O 線傳送數(shù)據(jù)與命令 并可兼作電源線DS18B20 內(nèi)含集成溫度傳感器CPU ROMRAM 和I O 接口 屬于新一代智能傳感器它具有微型化 外形尺寸僅為4 6mm 9 0mm 3 0mm 低功耗高性能抗干擾能力強易配微處理器 P 等優(yōu)點 適于構(gòu)成多路溫控儀或大型分布式溫度測控系統(tǒng) 是一種有推廣價值的新型器件并且和傳統(tǒng)的采集模擬量通過外接AD轉(zhuǎn)換電路采集數(shù)據(jù)的方式相比DS18B20自己本身就可以完成溫度模擬量的AD轉(zhuǎn)換不需要外接AD轉(zhuǎn)換電路這就在設(shè)計時大大簡化了電路及外圍器件的數(shù)量使設(shè)計簡單并可靠圖21 溫度傳感器與MEGA16

27、連接示意圖濕度傳感器的選擇集成濕度傳感器主要有以下3種1電壓輸出式集成濕度傳感器其特點是采用恒壓供電內(nèi)置放大電路能輸出與相對濕度呈比例關(guān)系的伏特級電壓信號響應(yīng)速度快重復(fù)性好抗污染能力強典型產(chǎn)品有美國霍尼韋爾Honeywell公司生產(chǎn)的HIH36053610HM15001520 2頻率輸出式集成濕度傳感器頻率輸出式集成濕度傳感器在55RH時的輸出頻率為8750Hz典型值當相對濕度從10變化到95時輸出頻率就從9560Hz減小到8030Hz這種傳感器具有線性度好抗干擾能力強便于配數(shù)字電路或單片機價格低等優(yōu)點典型產(chǎn)品有美國Humirel公司生產(chǎn)的HF3223 3頻率溫度輸出式集成濕度傳感器它除電壓輸

28、出端以外還增加了溫度信號輸出端通常以負溫度系數(shù)NTC熱敏電阻作為溫度傳感器當環(huán)境溫度變化時其電阻值也相應(yīng)改變并且從NTC端引出配上二次儀表即可測量出溫度值典型產(chǎn)品為HTF3223型在本設(shè)計中濕度傳感器選擇了HM1520HM1520是專門適用于需要精確可靠檢測濕度的OEM用戶它的特點是有很小的易于安裝的接頭可以非常節(jié)省本錢的機械自動安裝由于它是線性的電壓輸出濕度檢測模塊因此能直接與微控制器相接圖22 HM1520傳感器實物圖圖23 M1520與MEGA16連接示意圖第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計要求以AT89C51為主控制器對倉庫進行多點溫度濕度的檢測技術(shù)參數(shù)測量溫度范圍-55 測量濕度范圍1100R

29、H精度2圖31 原理框圖溫度傳感器采集數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)送入單片機中因為溫度傳感器DS18B20是數(shù)字傳感器所以其輸出量為數(shù)字量可直接由中央處理器處理16個濕度傳感器通過多路開關(guān)CD4051接到AD轉(zhuǎn)換器AD574上經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換將數(shù)字量送入單片機這樣16路溫度和16路濕度的測量數(shù)據(jù)就被采集到了中央處理器中通過顯示電路經(jīng)LED數(shù)碼管直觀地顯示給觀測人這是溫室智能控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集局部但在本設(shè)計中參加了RS-485電路即和上位機的通訊串口電路這樣此系統(tǒng)就可以和PC機相連便于直接控制并且在本設(shè)計中還參加了鍵盤這是給控制局部設(shè)置的在和上位機發(fā)生通訊故障時可以手動輸入控制量以到達要求32 單片機最小系統(tǒng)CPU

30、1主要性能參數(shù)與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器1000次擦寫中期全靜態(tài)操作0Hz24MHz三級加密程序存儲器1288字節(jié)內(nèi)部RAM32個可編程IO口線2個16位定時計數(shù)器6個中斷源可編程串行UART通道低功耗空閑和掉電式 2功能特性概述AT89C51提供以下標準功能4K字節(jié)Flash閃存存儲器128字節(jié)內(nèi)部RAM32個IO口線兩個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可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式空閑方式停止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

31、掉電方式保存RAM中的內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁止其它所有不見工作直到下一個硬件復(fù)位圖32 AT89C51方框圖3AT89C51方框圖4引腳功能說明電源電壓GND地P0口P0口是一組8位漏極開路型雙向IO口也即地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用口作為輸出口用時每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路對斷口寫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(fù)用在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻在Flash編程時P0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P1口P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向IO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

32、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為輸入口作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來低時會輸出一個電流IFlash編程和程序校驗期間P1口接受底8位地址P2口P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向IO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為輸入口作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來低時會輸出一個電流I在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(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口行上的內(nèi)容也即

33、特殊功能存放器SFR區(qū)中R2存放器的內(nèi)容在整個訪問期間不改變Flash編程或校驗時P2亦接受高位地址和其它控制信號P3口P3是一組帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向IO口P3口的輸出緩沖級可驅(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為輸入口作輸入口使用時被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流IP3口除了作為一般的IO口線外更重要的用途是她的第二功能見下表表3-1 P3的第二功能端口引腳第二功能P30RXD串口輸入口P31TXD串口輸出口P32INT0外中斷0P33INT1外中斷1P34T0定時計數(shù)器0P35T1定時計數(shù)器1P36WR外部程序存儲器選通端P3

34、7RD外部數(shù)據(jù)存儲器選通端P3口還接受一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號RST復(fù)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(fù)位ALEPROG非當訪問外部程序存儲器時ALE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16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非如有必要可通過對特殊功能存放器SFR區(qū)中的8EH單元的D0位置位可禁止ALE操作該位置位后只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會被激活此外

35、該引腳會被微弱拉高單片機執(zhí)行外部程序時應(yīng)設(shè)置ALE無效PSEN非程序儲存允許PSEN非輸出是外部程序存儲器的讀選信號當AT89C51由外部程序存儲器取指令或數(shù)據(jù)時每個機器周期兩次PSEN非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非信號不出現(xiàn)EAVpp外部訪問允許欲使CPU僅訪問外部程序存儲器地址為0000HFFFFHEA端必須得保持低電平接地需注意的是如果加密位LBI被編程復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)如EA端為高電平接Vcc端CPU那么執(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是使用12V編程電壓VppXTAL

36、1振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端XTAL2振蕩器反相放大器的輸出端時鐘振蕩器AT89C51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響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3-3外接石英晶體或陶瓷諧振器及電容C1C2接在放大器的反響回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路對外電容C1C2雖然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上下振蕩器工作的穩(wěn)定性起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性如果使用石英晶體我們推薦電容使用30pF-10pF而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF-10F 用戶也可以采用外部

37、時鐘采用外部時鐘的電路如下列圖所示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那么懸空由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求電腦最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求圖33 時鐘振蕩器Flash閃速存儲器的編程 AT89C51單片機內(nèi)部有4K字節(jié)的Flash PEROM這個Flash存儲陣列出廠時已處于擦除狀態(tài)即所有存儲單元的內(nèi)容均為FFH用戶隨時可對其進行編程編程接口可接受高電壓12V或低電壓引腳是編程電源的輸入端按要求加上編程電源ALEPROG引腳輸入編程脈沖負脈沖編程時可采用4

38、20MHz的時鐘震蕩器AT89C51編程方法如下1在地址線上加上要編程單元的地址信號2在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)3激活相應(yīng)的控制信號4在高電壓編程方式時將EA端加上12V編程電壓5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ALEPROG編程脈沖改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)重復(fù)15步驟直到全部文件編程結(jié)束6每個字節(jié)寫入周期是自身定時的通常約為15ms數(shù)據(jù)查詢 AT89C51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讀取最后寫入的那個字節(jié)那么讀出的數(shù)據(jù)的最高位P07Flash編程和效驗的波形時序圖34 Flash編程和效驗的波形時序芯片擦除利用控制信

39、號的正確組合表3-3并保持ALEPROG引腳10Ms的低電平脈沖寬度即將PEROM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這步驟需要在編程之前進行讀片內(nèi)簽名字節(jié)AT89C51單片機內(nèi)有三個簽名字節(jié)地址為030H031H和032H用于聲明該器件的廠商型號和編程電壓讀簽名字節(jié)的過程和單元030H031H及032H的正常效驗相仿只com電平返回值意義如下 030H1EH聲明產(chǎn)品由ATMEL公司制造 031H51H聲明為AT89C51單片機 032HFFH聲明12V編程電壓032H05H聲明為5V編程電壓編程接口表3-2 編程接口符號參數(shù)最小值最大值單位VPP編程電壓

40、115125VTPP編程電流-10MATCL時鐘頻率324MHZTAVGL建立地址48TCLTGHAXPROG變低48TCLTDVGLENABLE變高48TCLTGHDX加到VPP48TCLTEHSH保持VPP48TCLTSHGLPROG寬度10USTGHSL地址到數(shù)據(jù)有效10USTAVQVENABLE低到數(shù)據(jù)有效1110USTELQVENABLE數(shù)據(jù)浮空48TCLTEHQZPROG高48TCLTGHBL字節(jié)寫入周期048TCLTWCPROG變高10USTAVQS保持VPP到BUSY變低20MS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進行寫入和存儲器的整片擦除寫操作周期是

41、自身定時的初始化后他將自動定時到操作完成 單片機與DS18B20硬件連接電路如下列圖本系統(tǒng)為多點溫度測試DS18B20采用外部供電方式理論上可以在一根數(shù)據(jù)總線上掛256個DS18B20但時間應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)如果掛接25個以上的DS18B20仍舊有可能產(chǎn)生功耗問題另外單總線長度也不宜超過80M否那么也會影響到數(shù)據(jù)的傳輸在這種情況下我們可以采用分組的方式用單片機的多個IO來驅(qū)動多路DS18B20在實際應(yīng)用中還可以使用一個MOSFET將IO口線直接和電源相連起到上拉的作用33 DS18B20溫度傳感器簡介com DS18B20簡述DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線制數(shù)字溫度傳感器溫度測量范圍551

42、25可編程為9位12位AD轉(zhuǎn)換精度測溫分辨率可達00625被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出其工作電源既可在遠端引入也可采用寄生電源方式產(chǎn)生多個DS18B20可以并聯(lián)到一起CPU只需一根數(shù)據(jù)線就能與諸多DS18B20通信占用微處理器的端口較少可節(jié)省大量的引線和邏輯電路以上特點使DS18B20非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3所示主要由4局部組成64位ROM溫度傳感器溫度報警觸發(fā)器TH和TL配置存放器DS18B20的管腳排列如圖 33所示DQ為數(shù)字信號輸入輸出端GND為電源地VDD為外接供電電源輸入端寄生電源接線方式時接地圖3DS18B20

43、內(nèi)部結(jié)構(gòu)ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的它可以看作是該DS18B20的地址圖3DS18B20封裝形式序列碼每個DS18B20的64位序列號均不相同64位ROM排放循環(huán)冗余校驗碼CRC X8X5X41ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的DS18B20中的溫度傳感器完成對溫度的測量用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供以00625LSB形式表達其中S為符號位例如125的數(shù)字輸出為07D0H250625的數(shù)字輸出為0191H250625的數(shù)字輸出為FF6FH55的數(shù)字輸出為FC90HDS18B20的工作時序DS18B20的一線工

44、作協(xié)議流程是初始化ROM操作指令存儲器操作指令數(shù)據(jù)傳輸其工作時序包括初始化時序?qū)憰r序和讀時序主機即單片機首先發(fā)480us960us的低電平進行復(fù)位然后釋放總線之后總線被外部上拉電阻抬高大約等待1560us之后DS18B20發(fā)出60到240us的低電平信號以示存在至此初始化結(jié)束寫0的時候首先單片機發(fā)復(fù)位信號然后發(fā)0于是低電平持續(xù)60us就完成了寫0寫1的時候首先單片機發(fā)復(fù)位信號持續(xù)時間大于1us小于15us然后發(fā)1持續(xù)50us以上即可讀時序也是主機先發(fā)低電平然后在15us內(nèi)檢測連接DS18B20的數(shù)據(jù)線的引腳從而讀得相應(yīng)值DS18B20與單片機的典型接口可以采用外接電源與寄生電源供電采用寄生供電

45、如圖3所示注意需要將DS18B20的VDD引腳接地圖3寄生電源供電采用外接電源供電如圖35所示是較常用的供電方式帶防護棒狀封裝2HM1520工作原理圖38 HM1520工作原理框圖3最大參數(shù)Ta 25除非特別注明表3-3 HM1520最大參數(shù)參數(shù)符號參數(shù)值單位存儲溫度Tstg-30oC70 oCoC供電電壓峰值Vs12VVdc濕度工作范圍RH0100RH溫度濕度范圍Ta-30oC60 oCoC4HM1520的典型測量范圍HM1520特別適用于在1095RH精確測量的環(huán)境超過范圍 10 95包括飽和不會影響可靠性圖39 典型測量范圍輸出圖5HM1520模擬電壓輸出曲線Vs 5V單位mV圖310

46、HM1520模擬電壓輸出曲線如果需要可以用如下的關(guān)系式做補償 溫度效應(yīng) 31 非小線性補償 326HM1520工作曲線如下圖311 HM1520工作曲線7HM1520和AT89C51的接口圖312 HM1520和AT89C51的接口圖因為HM1520是線性的電壓輸出濕度檢測模塊因此需要將其輸出的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量才能送到單片機中進行處理所以在其與單片機的接口電路中需要AD轉(zhuǎn)換器其接口電路圖如下所示35多路開關(guān)35 多路開關(guān)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

47、之當模擬信號由公共輸出端輸入時 作為信號別離器實現(xiàn)了1線到n線的別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設(shè)計中由于采用了十六點濕度檢測所以在信號采集中將有十六個模擬量被提取這時選用多路開關(guān)就是很必要的我選用的是CD4051多路開關(guān)它是一種單片COMS8通道開關(guān)該芯片由DTLTTL-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(guān)TG組成CD4051原理圖如下列圖所示圖313 CD4051原理圖圖中功能如下通道線INOUT425112151413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XCOM3該引腳作為輸出時那么為公共輸出端作為輸

48、入時那么為輸入端ABC11109地址引腳INH6禁止輸入引腳假設(shè)INH為高電平那么為禁止各通道和輸出端OUTIN接至假設(shè)INH為低電平那么允許各通道按表3-2關(guān)系和輸出段OUTIN接通V 16和V8V為正電源輸入端極限值為17V為負電源輸入端極限值為-17V7電平轉(zhuǎn)換器電源通常接5V或-5VCD4051作為8選1功能時假設(shè)ABC均為邏輯0INH 0那么地址碼00013經(jīng)譯碼后使輸出端OUTIN和通道0接通其它情況下輸出端OUTIN輸出端OUTIN和各通道的接通關(guān)系如下表3-4 連接關(guān)系圖輸入狀態(tài)接通通道輸入狀態(tài)接通通道INHCBAINHCBA00000010150001101106001020

49、1117001131xxx均不顯示01004-36 AD轉(zhuǎn)換 在本設(shè)計中我采用了AD574轉(zhuǎn)換器它可以將多路轉(zhuǎn)換器輸入的模擬量進行AD轉(zhuǎn)換AD574是美國Analog Device公司生產(chǎn)的12位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器其主要特點是有參考電壓基準和時鐘電路不需外部時鐘就可以工作轉(zhuǎn)換速率高12位轉(zhuǎn)換25us8位轉(zhuǎn)換16us8位或16位微處理器接口自帶三態(tài)輸出緩沖電路可直接與各種典型的8位或16位的微處理器相連而無需附加邏輯接口電路且能與CMOS及TTL兼容溫度適應(yīng)范圍大在-55至125攝氏度范圍內(nèi)滿足線性要求是目前我國應(yīng)用最為廣泛價格適中的AD轉(zhuǎn)換器加之內(nèi)部含有三態(tài)輸入緩沖電路可直接與各種微處理器連

50、接且無須附加邏輯接口電路內(nèi)部設(shè)置的高精參考電壓源和時鐘電路使它不需要任何外部電路和時鐘信號就能完成AD轉(zhuǎn)換功能應(yīng)用非常方便1AD574簡介AD574為28腳雙列直插式封裝其管腳排列如下圖 圖314 AD574管腳圖AC模擬地DC數(shù)字地片選信號低電平有效CE片使能高電平有效R讀啟動信號高電平讀數(shù)據(jù)低電平轉(zhuǎn)換 12數(shù)據(jù)格式選擇高電平12位數(shù)據(jù)同時有效低電平時第一次輸出高8位第二次輸出低四位有效中四位為零 A0字節(jié)選擇控制線在轉(zhuǎn)換期間A0 0AD574進行全12位轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換時間為25s當A0 1時進行8位轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換時間為16s在讀出期間當A0 0時時高8位數(shù)據(jù)有效A0 1時低4位數(shù)據(jù)有效中間4位為0高4

51、位為三態(tài)因此當采用兩次讀出12位數(shù)據(jù)時應(yīng)遵循左對齊原那么如下所示表3-5 高8位 低4位4位尾0 MSB LSB0000 4位 STS工作狀態(tài)輸出端轉(zhuǎn)換開始時STS到達高電轉(zhuǎn)換過程中保持高電平轉(zhuǎn)換完成時返回低電平STS可以作為狀態(tài)信息被CPU查詢也可以用它的下降沿向CPU發(fā)出中斷申請通知AD轉(zhuǎn)換已完成CPU可以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果22 22 AD574的狀態(tài)由CER12A0五個控制信號決定表3-6 AD574控制信號真值表CE R 12 A0 操 作 0 無操作 1 無操作 1 0 0 0初始化為12位轉(zhuǎn)換器 1 0 0 1初始化為8位轉(zhuǎn)換器 1 0 1 5V 允許12位并行輸出 1 0 1 接地 5

52、 0允許高8位輸出 1 0 1 接地 1允許低4位4位尾0輸出由表可見當CE 1 0同時滿足時AD574才能處于工作狀態(tài)當AD574處于工作狀態(tài)時R 0時啟動AD轉(zhuǎn)換R 1時進行數(shù)據(jù)讀出 12和A0端用來控制轉(zhuǎn)換字長和數(shù)據(jù)格式A0 0時啟動轉(zhuǎn)換那么按完整的12位AD轉(zhuǎn)換方式工作如果按A0 1啟動轉(zhuǎn)換那么按8位AD轉(zhuǎn)換方式工作當AD574處于數(shù)據(jù)讀出工作狀態(tài)時 A0和12成為數(shù)據(jù)輸出格式控制端12 1對應(yīng)12位并行輸出12 0那么對應(yīng)8位雙字節(jié)輸出其中A0 0時輸出高8位A0 1時輸出低4位并以4個0缺乏尾隨的4位必須指出12端與TTL電平不兼容只能直接接至5V或0V上另外A0在數(shù)據(jù)輸出期間不能

53、變化如果要求AD574以獨立方式工作只要將CE12端接入5V和A0接至0V將R作為數(shù)據(jù)讀出和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換啟動的控制當R 1時數(shù)據(jù)輸出端出現(xiàn)被轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)R 0時即啟動一次AD轉(zhuǎn)換在延時05s后STS 1表示轉(zhuǎn)換正在進行經(jīng)過一次轉(zhuǎn)換周期后STS跳回低電平表示AD轉(zhuǎn)換完畢可以從數(shù)據(jù)輸出端讀取新的數(shù)據(jù)3AD574與89C51的接口圖317 AD574與89C51的接口由于AD574片內(nèi)有時鐘故無須外加時鐘信號采用單極性輸入可對010V或020V模擬信號進行轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位從DB11DB4輸出低4位從DB3DB0輸出并直接和單片機的數(shù)據(jù)總線相連如果遵循左對齊原那么DB3DB0應(yīng)接單片機數(shù)據(jù)總線的高半字

54、節(jié)為了實現(xiàn)啟動AD轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀出AD574的片選信號由地址總線的次低位A1提供在讀寫時A1設(shè)置為低電平AD574的CE信號由單片機和A7經(jīng)一級或非門產(chǎn)生可見在讀寫時A7也應(yīng)為低電平輸出狀態(tài)信號STS接P32端供單片機查詢以判斷AD轉(zhuǎn)換是否結(jié)束12端接地AD574的A0由地址總線最低位A0控制以實現(xiàn)AD全12位轉(zhuǎn)換并將12位數(shù)據(jù)分為兩次送入數(shù)據(jù)總線上借口電路如圖3-24所示37 鍵盤與顯示芯片HD7279A介紹com HD7279A芯片簡介1芯片簡介HD7279A硬件電路圖HD7279A是一種管理鍵盤和LED顯示器的專用智能控制芯片它能對8位共陰極LED顯示器或64個LED發(fā)光管進行管理和驅(qū)動同時能對多達88的鍵盤矩陣的按鍵情況進行監(jiān)視具有自動消除鍵抖動并識別按鍵代碼的功能從而可以提高CPU工作的效率HD7279A和微處理器之間采用串行接口其接口電路和外圍電路簡單占用口線少加之它具有較高的性能價格比因此在微型控制器智能儀表控制面板和家用電器等領(lǐng)域中日益獲得廣泛的應(yīng)用A的硬件電路如下圖它共有28個引腳 RC引腳用于連接HD7279A的外接振蕩元件其典型值為R 15kC 15pFRESET為復(fù)位端該端由低電平變成高電平并保持25ms即復(fù)位結(jié)束通常該端接5V即可DIG0DIG7分別為8個LED管的位驅(qū)動輸出端SASG分別為LED數(shù)碼管的A段G段的輸出端DP