1、佳木斯大學(xué)畢業(yè)論文 溫度濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院 信息電子技術(shù)專 業(yè) 電子信息工程班 級(jí) 學(xué) 籍 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 佳 木 斯 大 學(xué)2008年6月15日摘 要本課題設(shè)計(jì)的是一套計(jì)算機(jī)控制的溫度、濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)，可以應(yīng)用于多種需要采集溫、濕度數(shù)據(jù)的場合，本文完成了整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)的采集到匯總及響應(yīng)的設(shè)計(jì)思想。其中溫度、濕度傳感器是并行連接到單片機(jī)上的，數(shù)據(jù)分別進(jìn)入單片機(jī)，再分別進(jìn)行分析和處理。數(shù)據(jù)采集器的核心部件為單片機(jī)，主要完成對(duì)其所連接的傳感器的測量與控制以及得到的響應(yīng)。系統(tǒng)中，作為主機(jī)的單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它要接收前端的采集數(shù)據(jù)，還要分析與處理它

2、們；并控制后端的響應(yīng)：數(shù)據(jù)的顯示和聲光的報(bào)警效應(yīng)。系統(tǒng)的活動(dòng)筋脈軟件，是用匯編語言編寫的，起到單片機(jī)芯片的數(shù)據(jù)處理、溫濕度數(shù)據(jù)的顯示和報(bào)警等功能。本系統(tǒng)的溫度終端采用Dallas公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，濕度終端采用Honeywell公司的相對(duì)適度傳感器HIH3610，根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而送到單片機(jī)中，在這，我采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)和LCD顯示器來實(shí)現(xiàn)參數(shù)的檢測和顯示。關(guān)鍵詞：單片機(jī)（AT89C51）；溫度傳感器；濕度傳感器；A/D轉(zhuǎn)換；匯編語言。ABSTRACTThe issue is the design of a computer-contro

3、lled temperature, humidity and real-time monitoring and alarm system, can be applied to a variety of sampling temperature and humidity data occasions.We completed the whole system hardware and software design.The system uses data collected and summarized in response to the design. Including temperat

4、ure, humidity sensor is connected in parallel to the microcontroller, the data were entered microcontroller, respectively for analysis and processing. Data Acquisition System, the core component of the MCU, completed its main sensor is connected to the measurement and control of the response. System

5、, as a host of SCM is the core of the whole system, it should receive the front-end data acquisition, we should also analyze and deal with them; and control the back-end response:data show the alarm sound-effe activities fasciiti-software is written in assembly language, which serves single chip dat

6、a processing, temperature and humidity data display and alarm functions.The temperature of the system using terminal Dallas companys Digital Temperature DS18B20 sensor, Honeywell humidity terminal using the relatively modest HIH3610 sensor. According to A/D conversion, data acquisition, which sent t

7、o the microprocessor and, in this, I used ATMEL Corporation AT89C51 production and LCD parameters to achieve the detection and significantly said.Keywords:SCM(AT89C51);Temperature sensor;Humidity sensor;A/D conversion; Assembly language.目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc200763082 摘 要 PAGEREF _Toc2

8、00763082 h I HYPERLINK l _Toc200763083 ABSTRACT PAGEREF _Toc200763083 h II HYPERLINK l _Toc200763084 目 錄 PAGEREF _Toc200763084 h 1 HYPERLINK l _Toc200763085 第1章 緒 論 PAGEREF _Toc200763085 h 1 HYPERLINK l _Toc200763086 1.1 課題研究的背景和意義 PAGEREF _Toc200763086 h 1 HYPERLINK l _Toc200763087 1.2 溫度、濕度數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測

9、技術(shù)的發(fā)展歷程 PAGEREF _Toc200763087 h 1 HYPERLINK l _Toc200763088 1.3 溫度、濕度監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的組成 PAGEREF _Toc200763088 h 2 HYPERLINK l _Toc200763089 1.3.1 溫濕度測量 PAGEREF _Toc200763089 h 3 HYPERLINK l _Toc200763090 1.3.2 數(shù)據(jù)的集中顯示和處理 PAGEREF _Toc200763090 h 3 HYPERLINK l _Toc200763091 1.4 本課題的主要特點(diǎn) PAGEREF _Toc200763091

10、h 4 HYPERLINK l _Toc200763092 第2章 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc200763092 h 5 HYPERLINK l _Toc200763093 2.1 系統(tǒng)的硬件組成 PAGEREF _Toc200763093 h 5 HYPERLINK l _Toc200763094 2.2 系統(tǒng)的主要硬件簡介 PAGEREF _Toc200763094 h 5 HYPERLINK l _Toc200763095 第3章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc200763095 h 7 HYPERLINK l _Toc200763096 3.1 AT89C51單

11、片機(jī)的介紹 PAGEREF _Toc200763096 h 7 HYPERLINK l _Toc200763097 3.2 溫度檢測電路 PAGEREF _Toc200763097 h 11 HYPERLINK l _Toc200763098 3.2.1 溫度傳感器DS18B20 PAGEREF _Toc200763098 h 11 HYPERLINK l _Toc200763099 3.2.2 DS18B20的連接電路圖 PAGEREF _Toc200763099 h 14 HYPERLINK l _Toc200763100 3.3 濕度檢測電路 PAGEREF _Toc200763100

12、h 15 HYPERLINK l _Toc200763101 3.3.1 濕度傳感器HIH3610 PAGEREF _Toc200763101 h 15 HYPERLINK l _Toc200763102 3.3.2 HIH3610與A/D轉(zhuǎn)換電路的連接 PAGEREF _Toc200763102 h 16 HYPERLINK l _Toc200763103 3.4 A/D轉(zhuǎn)換器 PAGEREF _Toc200763103 h 17 HYPERLINK l _Toc200763104 3.4.1 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理 PAGEREF _Toc200763104 h 17 HYPERLINK

13、l _Toc200763105 3.4.2 ADC0809介紹 PAGEREF _Toc200763105 h 18 HYPERLINK l _Toc200763106 3.4.3 ADC0809與單片機(jī)的連接 PAGEREF _Toc200763106 h 20 HYPERLINK l _Toc200763107 3.5 顯示器電路 PAGEREF _Toc200763107 h 21 HYPERLINK l _Toc200763108 3.6 報(bào)警電路 PAGEREF _Toc200763108 h 23 HYPERLINK l _Toc200763109 3.7 AT89C51的時(shí)鐘電路

14、的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc200763109 h 24 HYPERLINK l _Toc200763110 3.8 復(fù)位電路 PAGEREF _Toc200763110 h 24 HYPERLINK l _Toc200763111 3.9 電源電路 PAGEREF _Toc200763111 h 25 HYPERLINK l _Toc200763112 3.10 硬件系統(tǒng)的抗干擾措施 PAGEREF _Toc200763112 h 26 HYPERLINK l _Toc200763113 第4章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc200763113 h 28 HYPERLINK l

15、 _Toc200763114 4.1 AT89C51程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc200763114 h 28 HYPERLINK l _Toc200763115 4.2 系統(tǒng)主程序 PAGEREF _Toc200763115 h 28 HYPERLINK l _Toc200763116 4.3 初始化程序 PAGEREF _Toc200763116 h 32 HYPERLINK l _Toc200763117 4.4 顯示子程序 PAGEREF _Toc200763117 h 34 HYPERLINK l _Toc200763118 4.5 DS18B20數(shù)據(jù)采集子程序 PAGEREF

16、_Toc200763118 h 36 HYPERLINK l _Toc200763119 4.6 A/D轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc200763119 h 37 HYPERLINK l _Toc200763120 第5章 總結(jié)與展望 PAGEREF _Toc200763120 h 41 HYPERLINK l _Toc200763121 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc200763121 h 43 HYPERLINK l _Toc200763122 致 謝 PAGEREF _Toc200763122 h 45 HYPERLINK l _Toc200763123 附錄1 系統(tǒng)電路圖

17、 PAGEREF _Toc200763123 h 46 HYPERLINK l _Toc200763125 附錄2 PCB電路圖 PAGEREF _Toc200763125 h 47 HYPERLINK l _Toc200763126 附錄3 元器件清單 PAGEREF _Toc200763126 h 48 HYPERLINK l _Toc200763127 附錄4 源程序清單 PAGEREF _Toc200763127 h 50 HYPERLINK l _Toc200763128 附錄5 英文翻譯資料 PAGEREF _Toc200763128 h 57第1章 緒 論本章首先介紹了課題研究的

18、目的和意義，溫度、濕度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展歷程，然后簡要描述了溫度、濕度監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的組成，最后介紹本課題的主要特點(diǎn)。1.1 課題研究的背景和意義在現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場，隨著科技的進(jìn)步和自動(dòng)化水平的提高，電纜的用量越來越大，電纜的安全保護(hù)已成為不可忽視的問題。從國內(nèi)外有關(guān)電纜火災(zāi)的統(tǒng)計(jì)資料顯示，許多電纜火災(zāi)是由于電纜頭擊穿絕緣引起的。因此為電纜配置在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)，對(duì)于電纜接頭電纜密集的場所，就顯得尤為重要。糧食是人類生存的必需品，溫度與濕度是保存好糧食的先決條件，我國的公糧現(xiàn)在均集中存放在國家或地方的倉庫中，最大的糧庫方圓幾公里，倉庫庫房數(shù)為數(shù)十個(gè)，測點(diǎn)可達(dá)數(shù)千個(gè)。按照國家糧食保護(hù)法規(guī)，必

19、須定期抽樣檢查各點(diǎn)的糧食溫度與濕度，已確保糧食的存儲(chǔ)質(zhì)量。檔案館中的檔案資料同樣會(huì)受到外界空氣溫度與濕度變化的影響，紙張纖維熱脹冷縮，使強(qiáng)度降低，濕度過大會(huì)使霉菌和害蟲滋長，以致造成資料變質(zhì)。由此可見，溫度、濕度監(jiān)控在人們現(xiàn)實(shí)生活生產(chǎn)中應(yīng)用已經(jīng)日漸廣泛，在發(fā)電廠、紡織、食品、醫(yī)院、倉庫、農(nóng)業(yè)大棚等眾多的應(yīng)用場所，對(duì)溫度、濕度參量的要求都非常嚴(yán)格，因此能否有效對(duì)這些領(lǐng)域的溫、濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制是一個(gè)必須解決的重要前提。本課題即以上述問題為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了溫度、濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能實(shí)時(shí)采集各抽樣點(diǎn)的溫度值與濕度值，而且能夠迅速處理，友好的將數(shù)據(jù)結(jié)果顯示給用戶，并儲(chǔ)存結(jié)果以方便

20、以后的對(duì)比研究。1.2 溫度、濕度數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展歷程最早的也是最簡單的實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度的監(jiān)測是采用人工的方式，這種方式不僅效率底，勞動(dòng)時(shí)間長，而且會(huì)由于抽樣的不具代表性使得監(jiān)測結(jié)果失去其原有的意義。該方式還有一個(gè)弊端其應(yīng)用場所有很大的局限性，工作人員不可能直接測量地下電纜的表面溫度；去提取存有炸藥、鞭炮等危險(xiǎn)品倉庫溫濕度數(shù)據(jù)的工作人員還要承擔(dān)一定的風(fēng)險(xiǎn)。后來隨著電子技術(shù)的出現(xiàn)與進(jìn)步，科技人員開始采用溫度與濕度傳感器代替原始的溫度計(jì)與濕度計(jì)，開發(fā)了以單片機(jī)為核心的監(jiān)測系統(tǒng)，并佐以接口芯片將結(jié)果顯示在LCD數(shù)碼顯示管上，單片機(jī)可直接控制打印機(jī)監(jiān)測數(shù)據(jù)。這種方式在很大程度上提高了工作效率，

21、并擴(kuò)展了應(yīng)用范圍。但其中所采用的溫度、濕度傳感器直接輸出為模擬電壓信號(hào)，該信號(hào)在傳輸過程中易損耗，影響系統(tǒng)精度，且傳輸距離較近，需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換芯片才能被單片機(jī)接收。每個(gè)測試點(diǎn)都需要各自獨(dú)立的信號(hào)線，為了實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)監(jiān)測，不僅需要成百上千條信號(hào)線，還需要多路模擬轉(zhuǎn)換快關(guān)電路輪流對(duì)多個(gè)測試點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，從而增加了整個(gè)系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，使其難于維護(hù)，價(jià)格昂貴。今年來，伴隨微處理器芯片和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，為了簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)并降低成本，各個(gè)公司及科研機(jī)構(gòu)開始致力于相關(guān)領(lǐng)域的探索，使得溫濕度數(shù)據(jù)監(jiān)測數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)成為可能。各個(gè)公司都在測試點(diǎn)直接將模擬信號(hào)數(shù)字化等特點(diǎn)，一方面減少了系統(tǒng)環(huán)節(jié)，另一方面保證了

22、系統(tǒng)的精度。同時(shí)各軟件公司開發(fā)的可視化軟件開發(fā)工具，更是向著效率高、功能強(qiáng)大的方向努力，從而為獲得良好的檢測功能奠定了基礎(chǔ)。1.3 溫度、濕度監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的組成該系統(tǒng)的構(gòu)成大體上可以分為三部分：一是溫濕度參數(shù)的測量轉(zhuǎn)換，二是測量數(shù)據(jù)溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊單片機(jī)報(bào)警模塊顯示模塊圖1-1系統(tǒng)組成原理圖的傳輸，三是數(shù)據(jù)的集中顯示與處理。其系統(tǒng)框圖如圖1-1所示。下面對(duì)以上三部分分別加以介紹。 溫濕度測量該部分是系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)，由原理圖中溫濕度采集模塊來完成數(shù)據(jù)的獲取與處理，在系統(tǒng)中將各溫濕度采集模塊稱為數(shù)據(jù)采集器。溫度傳感器的種類很多，根據(jù)其輸出方式及接口方式的不同，大體可以分為模擬溫度傳感器和數(shù)字溫

23、度傳感器。模擬溫度傳感器輸出的模擬信號(hào)，必須經(jīng)過專門的接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后才能由微處理器進(jìn)行處理。數(shù)字溫度傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)，一般只需要少量外部元器件就可直接送至微處理器進(jìn)行處理。美國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單總線接口的溫度傳感器。單總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可以輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。新一代的DS18B20體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活，而且由于芯片送出的溫度信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，因此省去了外部A/D轉(zhuǎn)換，簡化了硬件電路。適度測量方法也是多種多樣，但是與溫度相比，它是比較難于測量的。其主要原因是，由于空氣中所含的水蒸氣相

24、對(duì)空氣來說是微量的，而且水蒸氣對(duì)各種物質(zhì)的影響也是錯(cuò)綜復(fù)雜的。一直以來被廣泛使用的濕度傳感器從原理上主要分為吸附型和非吸附型，水分子吸附在物體表面和滲入物體內(nèi)部后，直接影響物體的電器物理性能，利用這一特性可以制成多種吸附型濕度傳感器。近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)步。濕度傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度、溫度監(jiān)測系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測量技術(shù)提高到新的水平。其中由Honeywell公司開發(fā)生產(chǎn)的線性電壓輸出式集成濕度傳感器，其典型產(chǎn)品有HIH3605/3610、HM1500/1520，主要特點(diǎn)是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路

25、，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)。 數(shù)據(jù)的集中顯示和處理該系統(tǒng)的使用最終是要面向用戶的，因此用戶檢測軟件的開發(fā)將決定系統(tǒng)能否方便高效地運(yùn)行。隨著面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)的發(fā)展，各種面向?qū)ο缶幊陶Z言如Vb、Vc、Delphi等逐漸成為用戶軟件開發(fā)的得力工具，在現(xiàn)有的一些監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中都有應(yīng)用實(shí)例。用戶軟件功能一般包括數(shù)據(jù)讀取與顯示、報(bào)警參數(shù)的設(shè)置、數(shù)據(jù)記錄等。經(jīng)過單片機(jī)處理過的溫濕度數(shù)據(jù)若已超過報(bào)警參數(shù)的范圍，則需要發(fā)出報(bào)警信號(hào)，將系統(tǒng)中完成報(bào)警功能的模塊稱為報(bào)警模塊。綜上所述，溫度、濕度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法雖然不盡相同，但最終目的是安全可靠的運(yùn)行，這在

26、計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的今天已經(jīng)變得越來越容易。對(duì)于溫度與濕度數(shù)據(jù)，采用分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)，可以大大提高各應(yīng)用現(xiàn)場的現(xiàn)代化管理水平，比如電纜溝溫度在線監(jiān)測、電機(jī)及其接線盒溫度在線監(jiān)測、倉儲(chǔ)（糧倉、冷庫、油罐）監(jiān)測、空調(diào)與樓宇監(jiān)測等。由此可見，溫度、濕度的監(jiān)測系統(tǒng)將具有很好的應(yīng)用前景。1.4 本課題的主要特點(diǎn)本課題采用基于并行數(shù)據(jù)采集和綜合處理的設(shè)計(jì)思想來設(shè)計(jì)溫度、濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)。溫度與濕度傳感器直接采集到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，可以直接到AT89C51單片機(jī)中處理。我在監(jiān)測的顯示方面是用的液晶顯示器；報(bào)警采用小的彩色閃光燈，給我們作為示警的作用。溫度與濕度測量均采用單總線器件，簡化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高了

27、數(shù)據(jù)監(jiān)測的智能化程度。數(shù)據(jù)采集器采用雙隔離供電方式，保證了系統(tǒng)能在惡劣的環(huán)境條件下工作。用匯編語言開發(fā)了用戶監(jiān)測軟件，全圖行界面，并且具有監(jiān)測、報(bào)警、數(shù)據(jù)記錄、歷史顯示等多種功能。第2章 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)本章首先介紹了該系統(tǒng)的功能，然后詳細(xì)描述系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，和各個(gè)部件的介紹及說明；結(jié)合其結(jié)構(gòu)框圖說明了系統(tǒng)的工作過程。2.1 系統(tǒng)的硬件組成本系統(tǒng)的硬件組成，我把它分為三個(gè)階段：前端采集、中端處理和后端響應(yīng)。在前端采集中，我們的硬件主要有溫度傳感器和濕度傳感器，它們是系統(tǒng)的神經(jīng)觸手；中端處理中，它是我們系統(tǒng)的心臟，主要是一個(gè)單片機(jī)，這里我選用51系列的單片機(jī)，型號(hào)為AT89C51單片機(jī)；在后端響應(yīng)

28、中，主要硬件組成有顯示器、時(shí)鐘、復(fù)位、報(bào)警等外圍電路構(gòu)成。如下圖21硬件組成圖。圖21硬件組成圖2.2 系統(tǒng)的主要硬件簡介1、在此系統(tǒng)中，我選用了AT89C51單片機(jī)作為本系統(tǒng)的中心處理器。AT89C51單片機(jī)是INTEL公司的MCS-51系列單片機(jī)，這里，利用單片機(jī)軟件編程靈活、自由度大的特點(diǎn)，力求用軟件完善各種控制算法和邏輯控制。本系統(tǒng)選用的89C51芯片時(shí)鐘可達(dá)12MHz，運(yùn)算速度快，控制功能完善。其內(nèi)部具有128字節(jié)RAM，而且內(nèi)部含有4KB的EPROM 不需要外擴(kuò)展存儲(chǔ)器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡單、實(shí)用。 2、本系統(tǒng)的溫度傳感器，我采用Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1

29、8B20，它具有體積小、適用電壓寬、經(jīng)濟(jì)和支持“一線總線”接口的溫度傳感器。測量溫度范圍為 -55C+125C，在-10+85C范圍內(nèi),精度為0.5C。現(xiàn)場溫度直接以“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)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。3、該系統(tǒng)的濕度檢測采用了美國Honeywell公司成產(chǎn)的相對(duì)濕度傳感器HIH3610。Honeywell的相對(duì)濕度傳感器是熱固聚酯電容式具有信號(hào)處理功能的傳感器，線性放大輸出、工廠標(biāo)定，獨(dú)特的多層結(jié)構(gòu)能非常好地抵抗環(huán)境的侵蝕，諸如濕氣、塵埃、臟物、油、及一些化學(xué)品。4、系統(tǒng)采用液晶顯示器，其以其

30、微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。時(shí)鐘電路采用DS12C887芯片，它為24引腳雙列直插式封裝，晶體振蕩器、振蕩電路、充電電路和可充電鋰電池等一起封裝在芯片的上方，組成一個(gè)加厚的集成電路模塊，電路通電時(shí)其充電電路便自動(dòng)對(duì)可充電電池充電，充足一次電可供芯片時(shí)鐘運(yùn)行半年之久，正常工作時(shí)可保證時(shí)鐘數(shù)據(jù)十年內(nèi)不會(huì)丟失。報(bào)警器采用了斷續(xù)的聲音或閃爍的燈光，因?yàn)樵谟寐曇艋驘艄鈭?bào)警時(shí)，連續(xù)的聲響或常亮的燈光往往不易引起人們的警覺等。第3章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用了ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51芯片作為系統(tǒng)的核心部件，并輔以前端傳感器數(shù)

31、據(jù)采集、檢測電路、擴(kuò)展電路、報(bào)警電路、復(fù)位電路以及相關(guān)外圍電路，用來采集溫度和濕度的數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)參數(shù)測試的實(shí)時(shí)檢測、數(shù)據(jù)計(jì)算和聲光報(bào)警等。AT89C51單片機(jī)內(nèi)含4KB的Flash存儲(chǔ)器，并與MCS-51完全兼容、工作性能優(yōu)良、使用靈活，有較高的性價(jià)比。3.1 AT89C51單片機(jī)的介紹AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。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)的圖31AT89C5

32、1的引腳排列圖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AT89C51是一種高效微控制器，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。如圖31是AT89C51的引腳排列圖。1、主要特性：與MCS-51 兼容；4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年；全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz；三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；128*8位內(nèi)部RAM；32可編程I/O線；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。2、管腳說明： eq oac(,1)VCC：供電電壓。 eq

33、oac(,2)GND：接地。 eq oac(,3)P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫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。 eq oac(,4)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門電流。P1口管腳寫入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

34、作為第八位地址接收。 eq oac(,5)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門電流，當(dāng)P2口被寫“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)。 eq oac(,6)P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向

35、I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“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。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表31所示：表3-1 P3 口特殊功能引 腳特 殊 功 能說 明RXD串行數(shù)據(jù)輸入口TXD串行數(shù)據(jù)輸出口外部中斷0輸入線外部中斷1輸出線T0定時(shí)器0外部事件計(jì)數(shù)輸入T1定時(shí)器1外部事件計(jì)數(shù)輸入外部RAM寫選通外部RAM讀選通 eq oac(,7)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

36、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。 eq oac(,8)/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

37、效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 eq oac(,9)/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）。 eq oac(,10)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。 eq oac(,11)XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3、振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外

38、部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4、芯片擦除：整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他

39、芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。5、AT89C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。圖3-2 單片機(jī)內(nèi)部原理 eq oac(,1)中央處理器CPU：它是單片機(jī)的核心部件，由運(yùn)算器、控制器和專用寄存器三部分組成組。它的運(yùn)算器(ALU)是一個(gè)極強(qiáng)的運(yùn)算器，可做四則運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。AT89C51的ALU是由一個(gè)加法器、兩個(gè)八位暫存器和一個(gè)布爾器構(gòu)成的。其時(shí)鐘頻率可達(dá)12MHZ。CPU的定時(shí)控制部件由控制邏輯、指令寄存器IR、譯碼器和振蕩器OSC等電路組成。IR用于存放從程序儲(chǔ)存器中取出指令碼，定時(shí)控制邏輯用于對(duì)IR譯碼， 并在OSC被合下產(chǎn)生指令的時(shí)序脈沖來完成指令。 eq oac(,2)儲(chǔ)存器：A

40、T89C51的存儲(chǔ)器有片內(nèi)和片外之分，而在它們里又有程序存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM之分。片內(nèi)ROM：AT89C51有4K的ROM，地址范圍0000H-0FFFFH，它可固化程序來完成單片機(jī)想要完成的功能。片內(nèi)RAM：共有128字節(jié)，范圍00H-7FH，分為工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和堆棧區(qū)。 eq oac(,3)I/O 接口和特殊功能部件：I/O 端口是AT89C51單片機(jī)對(duì)外實(shí)現(xiàn)控制和信息交換的必經(jīng)之路。AT89C51的I/O接口共有四個(gè)口，32條I/O線。每個(gè)口都有一個(gè)鎖存器，定義為專用寄存器P0P3。下面分別介紹一下各口功能：P0口既可做地址/數(shù)據(jù)總線使用，也可做I/O口做使用；P1口是

41、一個(gè)準(zhǔn)雙向口，作通用I/O口使用，還可做數(shù)據(jù)總線使用；P2口既可做地址總線使用，也可做I/O口使用。P3口是一個(gè)多功能口，即可作通用I/O口使用，也可提供各種特殊功能。3.2 溫度檢測電路本系統(tǒng)的溫度傳感器，采用了DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器， 可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。 溫度傳感器DS18B201、DS18B20的簡介 eq oac(,1)獨(dú)特的單線接口方式，只需一個(gè)接口引腳即可通信； eq oac(,2)每一個(gè)DS18B20都有一個(gè)唯一的

42、64位ROM序列碼； eq oac(,3)在使用中不需要任何外圍元件； eq oac(,4)可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：3.0V5.5V; eq oac(,5)測溫范圍：55125，在1085范圍內(nèi)精度為，分辨率。等效的華氏溫度范圍是67257； eq oac(,6)通過編程可實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式。溫度轉(zhuǎn)換成12位數(shù)字信號(hào)所需時(shí)間最長為750ms，而在9位分辨模式工作時(shí)僅需93.75ms； eq oac(,7)用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值； eq oac(,8)告警搜索命令可識(shí)別和定位那些超過報(bào)警限值的DS18B20； eq oac(,9)支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)

43、在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。 eq oac(,10)電源極性接反時(shí)，DS18B20不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。2、DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20采用3引腳T092小體積封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖33所示，主要由四部分組成：64位ROM序列碼、溫度傳感器、非易失性的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列碼是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個(gè)DS18B20的64位序列碼均不相同。如圖34所示，64位光刻ROM的排列是：開始8位是單線產(chǎn)品系列編碼（比如DS18B20的編碼是28h，DS1820的編碼是10h，DS2438 8位CRC編號(hào)48

44、位序列號(hào)8位產(chǎn)品系列編碼MSB LSB MSB LSB MSB LSB (最高有效位) （最低有效位）圖33 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖34 64位ROM結(jié)構(gòu)示意圖的編碼是26h），同一型號(hào)的單總線器件的編碼相同。接著的48位是該DS18B20唯一的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。單總線器件的序列號(hào)唯一性特點(diǎn)，保證了在一根總線上可以掛接多個(gè)單總線器件的實(shí)現(xiàn)。如圖35所示，DS18B20的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存（便箋式）RAM和一個(gè)非易失性EEPROM（高溫觸發(fā)器TH、低溫觸發(fā)器TL和配置寄存器）。暫存存儲(chǔ)機(jī)制有利于在單線通信時(shí)確保數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)通常首先寫入暫存存儲(chǔ)器，在那

45、里它可以被讀回。當(dāng)數(shù)據(jù)被校驗(yàn)后，復(fù)制暫存存儲(chǔ)器的命令把數(shù)據(jù)傳送到非易失性EEPROM。這一過程確保了更改存儲(chǔ)器時(shí)數(shù)據(jù)的完整性。同時(shí)非易失性EEPROM也保證了TH、TL與配置寄存器內(nèi)容的掉電不丟失，器件每一次上電時(shí)這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容被重置到高速暫存RAM對(duì)應(yīng)的空間。高速暫存存儲(chǔ)器是按9個(gè)8位字節(jié)存儲(chǔ)器來組織的，其中第0、1個(gè)字節(jié)為只讀型字節(jié)，分別包含測得溫度信息的低位和高位字節(jié)，第2和第3個(gè)字節(jié)是TH和TL的易失性拷貝，在每一個(gè)上電復(fù)位時(shí)被刷新。如果在使用DS18B20的工程中不對(duì)其施加告警搜索命令，則第2和第3個(gè)字節(jié)可用作通用用戶存儲(chǔ)器，在本系統(tǒng)中即作為通用存儲(chǔ)器使用，定義這兩個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)該溫度

46、傳感器在系統(tǒng)中的序號(hào)，為每個(gè)溫度傳感器分配的序號(hào)在系統(tǒng)中是唯一的。第5個(gè)字節(jié)為配置寄存器，接著的三個(gè)字節(jié)為器件內(nèi)部使用而保留，不可對(duì)其施加寫命令。第8個(gè)字節(jié)為只讀型字節(jié)，它是前面所有8個(gè)字節(jié)的循環(huán)冗余校驗(yàn)字節(jié)（CRC）。高速暫存Byte0Byte1Byte2Byte3Byte4Byte5Byte6Byte7Byte8溫度底位字節(jié)LSB（50h）（85）EEPROM溫度高位字節(jié)MSB（05h）TH/用戶自定義1TH/用戶自定義1TL/用戶自定義2TL/用戶自定義2配置寄存器配置寄存器保留保留保留CRC校驗(yàn)字節(jié)圖35 DS18B20的存儲(chǔ)器組織其中配置寄存器的結(jié)構(gòu)如圖36，R1和R0用于確定溫度值

47、的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，DS18B20工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。如表3-2所示（DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位）。 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit00R1R011111圖36配置寄存器表32 R1和R0模式表R1R0分辨率最大的溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間009-bit9375ms0110-bit1011-bit375ms1112-bit750ms由表3-2可見，設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長。本系統(tǒng)中對(duì)于各DS18B20的配置寄存器都沒有進(jìn)行修改，即采用其出廠時(shí)的配置，使用采集到的溫度值分辨率可達(dá)到12bit。當(dāng)DS18

48、B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第0、1字節(jié)。主機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以/LSB形式表示。溫度值格式如圖37： bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0LS Byte222222224 bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8MS Byte SSSSS262524圖37溫度寄存器其中S為符號(hào)位，S=0時(shí)表示測得溫度值為正數(shù)，S=1時(shí)表示溫度值為負(fù)數(shù)。當(dāng)溫度值分辨率為12bit時(shí)，bit

49、0bit10的數(shù)據(jù)全部有效；當(dāng)分辨率為11bit時(shí)，bit0的數(shù)據(jù)無效；分辨率為10bit時(shí)，bit0和bit1的數(shù)據(jù)無效；分辨率為9bit時(shí)，bit0、bit1和bit2的數(shù)據(jù)無效。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算；當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。 DS18B20的連接電路圖DS18B20與單片機(jī)的接口極其簡單，只需將DS18B20的信號(hào)線與單片機(jī)的一位雙向端口相連即可。可以有兩種連線方式。一種如圖38所示，采用寄生電源方式，將DS18B20的VDD與GND接在一起。如若VDD。脫開未接好，傳感器將只送+的溫度值。圖38 寄生電源方式另一種是采用外

50、部電源工作方式，如圖39所示。此時(shí)應(yīng)注意將V,DQ,GND三線焊接牢固。另外也可用兩個(gè)端口，即接收口與發(fā)送口分開，這樣讀寫操作就分開了，不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)競爭的問題。R1圖39外部電源工作方式這里，我采用外部電源工作方式作為DS18B20的外圍電路。3.3 濕度檢測電路 濕度傳感器HIH3610HIH3610的管腳排列如圖310，三管腳的外部結(jié)構(gòu)使得其應(yīng)用起來非常方便。其線性的電壓輸出可使器件直接與控制器或其它器件相連，驅(qū)動(dòng)電流小，使它適合于電池供電，HIH3610的性能指標(biāo)如表33所示，并且廠方單獨(dú)為每只HIH3610提供了標(biāo)定數(shù)據(jù)。圖310 HIH3610的管腳排列圖表33 HIH3610 濕度

51、傳感器性能指標(biāo)參數(shù)指標(biāo)RH精度 2%RH，0-100%RH 非凝結(jié)，25，供電電壓=5VDCRH互換性 5%RH，0-60%RH； 8%90%RHRH線性 0.5%RH 典型值RH遲滯1.2%RH滿量程（最大值）RH重復(fù)性 0.5%RHRH反映時(shí)間5 秒，慢流動(dòng)的空氣中RH穩(wěn)定性1%RH（典型值），在50%RH環(huán)境，（5年時(shí)間內(nèi)）供電電源供電電壓4 到，傳感器在5VDC 下標(biāo)定02mA5VDC消耗電源濕度范圍工作0 到100%RH，非凝結(jié)(1)0 到90%RH，非凝結(jié)儲(chǔ)存溫度范圍工作-40+85-51+125儲(chǔ)存HIH3610 濕度傳感器的特點(diǎn)有：熱固塑料封裝；線性電壓輸出對(duì)應(yīng)%RH；激光修正

52、互換性；低功耗設(shè)計(jì)；高精度；快速響應(yīng)；穩(wěn)定性好，低溫飄，抗化學(xué)腐蝕性能。HIH-3610 濕度傳感器是為了大批量OEM設(shè)計(jì)、具有儀表級(jí)測量性能、低成本、SIP封裝。線性放大的電壓輸出可使器件直接與控制器或其他器件相連。驅(qū)動(dòng)電流200A，很適合電池供電。精密的器件一致性好，減少和消除了OEM生產(chǎn)時(shí)標(biāo)定費(fèi)用，并且廠方可提供單個(gè)傳感器標(biāo)定數(shù)據(jù)。 HIH3610與A/D轉(zhuǎn)換電路的連接由于系統(tǒng)中采用的HIH3610濕度傳感器，其輸出量仍然是模擬電壓量，因此在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中為了實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，使用了A/D轉(zhuǎn)換電路。此A/D轉(zhuǎn)換電路是美國國家半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品，ADC0809轉(zhuǎn)換器，中間又用了運(yùn)算放大電路，

53、它是放大傳感器的電壓信號(hào)的。下圖311是HIH3610傳感器與A/D轉(zhuǎn)換電路的連接電路圖。圖311 HIH3610傳感器與A/D轉(zhuǎn)換電路的連接電路圖3.4 A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器中文稱為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它是一種把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的電路。在該系統(tǒng)中，HIH3610濕度傳感器的輸出電壓信號(hào)是模擬量，而單片機(jī)AT89C51接收的是數(shù)字信號(hào)，所以中間必須要一個(gè)轉(zhuǎn)換器。3.4.1 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理本設(shè)計(jì)采用雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，其具有精度高的特點(diǎn)。其原理圖如圖312.圖中OA1為輸入信號(hào)的緩沖反相放大器，用以消除信號(hào)源內(nèi)阻的影響并提供所需極性的信號(hào)。改變放大器中R1、R2的比例也可以調(diào)整量程

54、。OA2、R、C構(gòu)成積分電路。OA3是零比較器，把積分電路輸出電壓同零電壓比較，K1和K2是半導(dǎo)體開關(guān)，受到控制邏輯電路的控制。整個(gè)電路的工作過程如下：電路由外來的啟動(dòng)信號(hào)啟動(dòng)后，K1倒向位置“1”。K2斷路，輸入信號(hào)加到積分電路進(jìn)行固定時(shí)間的積分，同時(shí)計(jì)數(shù)器開始對(duì)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。這時(shí)計(jì)數(shù)器是作為一個(gè)定時(shí)器來使用的。當(dāng)計(jì)滿一個(gè)預(yù)先規(guī)定的固定值之后，K1轉(zhuǎn)為倒向位置“2”，把一個(gè)與OA1輸出極性相反的參考電壓Vr加到積分電路上，積分圖312 雙積分型ADC原理圖電路從剛才積分的終值開始向反方向進(jìn)行第二次積分。與此同時(shí)，計(jì)數(shù)器清0并重新開始對(duì)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，直至積分器輸出達(dá)到0，使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。

55、這時(shí)控制邏輯電路向CPU發(fā)出“數(shù)據(jù)有效”的狀態(tài)信號(hào)。CPU可從計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)線D0Dn取得轉(zhuǎn)換結(jié)果。Vin幅度越大，第一次積分的速度越快，在恒定十佳終了時(shí)，積分器的輸出電壓值也越大，因而第二次反向積分所需時(shí)間也越長，計(jì)數(shù)器計(jì)的數(shù)也越多。在雙積分方式中，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行幾分，利用的是其平均值，因此瞬間干擾和高頻率的噪聲對(duì)轉(zhuǎn)換的影響較小。同時(shí)由同一積分電路進(jìn)行的正反兩次積分電路的非線性誤差得到了補(bǔ)償，所以精度較高，動(dòng)態(tài)線性較好。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度較慢。 ADC0809介紹1、ADC0809轉(zhuǎn)換器及其接口：ADC0809是8位CMOS逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。內(nèi)部有8 路模擬量輸入和8 位數(shù)字量輸出的A/D轉(zhuǎn)

56、換器，它是美國國家半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品，是目前國內(nèi)最廣泛的8 位通用的A/D轉(zhuǎn)換的芯片。2、ADC0809各腳功能：ADC0809用雙列直插式封裝，共有28條引腳，如圖313 . eq oac(,1)IN0IN7：IN0IN7為8路模擬電壓輸入線，用于輸入被轉(zhuǎn)換的模擬電壓。 eq oac(,2)ADDA，ADDB，ADDC：三位地址輸入端。八路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換選擇同由A，B，C決定。A為低位，C為高位。 圖313 ADC0809引腳圖 eq oac(,3)CLOCK：外部時(shí)鐘輸入端，時(shí)鐘頻率高，A/D轉(zhuǎn)換速度快。允許范圍為101280KHZ，典型值為640KHZ，此時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為10us。通常由

57、MCS-51型單片機(jī)ALE端直接或分頻后與其相連。當(dāng)MCS-51型單片機(jī)無讀寫外，RAM操作時(shí)，ALE信號(hào)固定為CPU時(shí)鐘頻率的1/6，若單片機(jī)外接的晶振為6MHZ，則1/6為1MHZ，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為64us。 eq oac(,4)D0D7：數(shù)字量輸出端，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果由這幾個(gè)端口輸出。 eq oac(,5)OE：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出允許控制端，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，允許將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果從D0D7端輸出。通常由MCS-51型單片機(jī)的）,通過或非門與ADC0809的OE端相連接。當(dāng)DPTR為FEFFH，且執(zhí)行“MOVX A，DPTR” 指令后，和P2.0均有效，或非后產(chǎn)生高電平，使ADC0809

58、的OE端有效，ADC0809將A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果送入數(shù)據(jù)總線P0口，CPU在讀入中。 eq oac(,6)ALE：地址鎖存允許信號(hào)。八路模擬通道地址由A，B，C輸入在ADC0809的ALE信號(hào)有效時(shí)，將該八路地址鎖存。 eq oac(,7)START：啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)。當(dāng)START端輸入一個(gè)正脈沖時(shí)，立即啟動(dòng)ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。START端與ALE 端連在一起，由MSC-51型單片機(jī)WR和ADC0809片選端（例如P2.0）。通過或非門連接，當(dāng)DPTR為FEF8H時(shí)，執(zhí)行“MOVX DPTR,A”指令后，將啟動(dòng)ADC0809模擬通道0的A/D轉(zhuǎn)換。FEF8HFEFFH分別為八路模擬輸

59、入通道的地址。執(zhí)行MOVX寫指令，并非真的將A中的內(nèi)容寫進(jìn)ADC0809 中，ADC0809中沒有一個(gè)寄存器，能容納的A中的內(nèi)容。ADC0809的輸入通道是IN0IN7，輸出通道是D0D7，因此，執(zhí)行：“MOVX DPTR,A”指令與A中內(nèi)容無關(guān)，但DPTR地址應(yīng)指向當(dāng)前A/D的通道地址。 eq oac(,8)EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果信號(hào)。當(dāng)ADC0809啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后，EOC輸出低電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC輸出高電平，表示可以讀取A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。該信號(hào)取反后若與MCS-51型單片機(jī)引腳或連接，可引發(fā)CPU中斷，在中斷服務(wù)程序中讀A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)，若與MCS-51型單片機(jī)兩個(gè)中斷源已用完，

60、則EOC也可與P1口或P3口的一條端線相連，不采用中斷方式，采用查詢方式，查得EOC為高電平后，在讀入A/D轉(zhuǎn)換的值。 eq oac(,9)VREF+、VREF-：正負(fù)基準(zhǔn)電壓輸入端。正基準(zhǔn)電壓的典型值為+5V，可與電源電壓+5V相連，但電源電壓往往有一定的波動(dòng)，將影響A/D轉(zhuǎn)換的精度。因此，精度要求較高時(shí)，可用高穩(wěn)定基準(zhǔn)電源輸入。當(dāng)模擬信號(hào)電壓較低時(shí)，基準(zhǔn)電壓也可取低于5V的數(shù)值。 eq oac(,10)VCC，GND：正電源電壓端和地端。3.4.3 ADC0809與單片機(jī)的連接圖314 ADC0809與單片機(jī)的連接ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的作用，必須通過端口的連接到單片機(jī)上，才起