空氣溫濕度檢測儀畢業(yè)設計

1、畢畢 畢業(yè)設計畢業(yè)設計 空氣溫濕度檢測儀空氣溫濕度檢測儀 目目 錄錄 第一章第一章 引言引言.1 第二章第二章 方案論證方案論證.2 2.1 中央處理單元 cpu 的選擇.2 2.1.1 常見幾種單片機的比較.2 2.1.2 中央處理單元 at89c51 的確定.3 2.1.3 at89c51 的基本結構和功能簡介.3 2.2 傳感器的選擇.9 2.2.1 溫度傳感器選擇.9 2.2.2 濕度傳感器的選擇.12 第三章第三章 系統(tǒng)的組成以及輔助電路的設計系統(tǒng)的組成以及輔助電路的設計.16 3.1 采樣保持器和 ad 轉換電路的設計.16 3.1.1 采樣保持器.16 3.1.2 a/d 轉換器

2、 adc0809.17 3.2 鍵盤與顯示芯片 hd7279a 介紹.20 3.2.1 hd7279a 芯片簡介.20 3.2.2 顯示電路.26 3.2.3 串行通訊接口電路.27 第四章第四章 軟件設計軟件設計.29 4.1 上位機簡介以及軟件設計.29 4.1.1 visual basic 語言編程簡介.29 4.1.2 軟件實現(xiàn).30 4.2 下位機軟件設計.34 總結及致謝總結及致謝.35 參考文獻參考文獻.36 附錄附錄 1 上位機軟件程序清單上位機軟件程序清單.37 附錄附錄 2 下位機軟件程序清單下位機軟件程序清單.41 第一章第一章 引言引言 人類的生存和社會活動都與溫度濕度

3、密切相關。隨著現(xiàn)代化的實現(xiàn)，無論是企 業(yè)還是事業(yè)、無論是醫(yī)療衛(wèi)生還是科學研究都很難找出一個與溫度濕度無關的領域 來。所以溫度和濕度的測量成為日常生產生活最常見的測量活動，在市場上我們隨 處可見各種溫濕度測量儀器，本設計就是一種簡單適用的空氣溫度和濕度的檢測儀 器，它能精確實時的測量出空氣的溫度和相對濕度。通過裝置上的 led 來實時顯示 空氣的溫度和濕度，其測量精度為：溫度0.5濕度5%rh，除了具有記錄和打印 的功能外，還能通過上位機能實時顯示溫度變化的曲線。本設計的產品不但適用于 家庭，也適用于溫度范圍在55150內的所有場所。如：蔬菜生產的溫室、工 廠等。其具有結構簡單嬌小、設計制造成本

4、低、適用范圍廣、設計成品便于攜帶等 優(yōu)點。 第二章第二章 方案論證方案論證 整個系統(tǒng)采用兩級控制結構，由上位機和下位機組成：上位機為綜合管理級， 主要實現(xiàn)顯示、記錄、打印等功能；下位機為直接控制級，主要完成溫濕度檢測、 實時顯示、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?以 8051 為中央處理單元，配以外圍的 ad 轉換電路、鍵盤顯示電路和 rs-232 串 口等基本簡單電路構成了檢測器的核心控制部件，在加上溫度傳感器和濕度傳感器 構成了本測量系統(tǒng)的下位機。 上位機選用普通 pc 機即可，便于實現(xiàn)綜合管理、存儲數(shù)據(jù)、打印曲線及事后數(shù) 據(jù)處理。下位機選用嵌入式系統(tǒng)，結構簡單、體積小、成本低、實時性好，便于實 時采集環(huán)

5、境溫度和濕度。 2.12.1 中央處理單元中央處理單元 cpucpu 的選擇的選擇 單片機已成為電子系統(tǒng)中進行數(shù)據(jù)采集、信息處理、通信聯(lián)絡和實施控制的重 要器件。通常利用單片機技術在各種系統(tǒng)、儀器設備或裝置中，形成嵌入式智能系 統(tǒng)或子系統(tǒng)。中央處理器的選擇直接關系到所做系統(tǒng)的性能，要選擇既便宜又實用 的單片機款型。 2.1.1 常見幾種單片機的比較 intel 公司早期的產品 8031/8051/8751。 80318031 片內不帶程序存儲器 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。用戶若想對寫入到 eprom 中的程

6、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。 80518051 片內有 4k 的 rom，無須外接外存儲器和 373，更能體現(xiàn)“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容。 87518751 與 8051 基本一樣，但 8751 片內有 4k 的 eprom，用戶可以將自己編寫的程 序寫入單片機的 eprom 中進行現(xiàn)場實驗與應用，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用的早，影響很

7、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；在使用上基本可以直接互換。 我們統(tǒng)稱這些與 8051 內核相同的單片機為“51 系列單片機” 。 在眾多的 51 系列單片機中，要算 atmel 公司的 at89c51at89c51 更實用，因他不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內的 4k 程序存儲器是 flashflash 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 at

8、mel at89cx 做的編 程器均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機對開發(fā)設備的要求很低，開發(fā)時間也 大大縮短。寫入單片機內的程序還可以進行加密，這又很好地保護了你的勞動成果。 重要的一點 at89c51 目前的售價比 8031 還低，市場供應也很充足。 2.1.2 中央處理單元 at89c51 的確定 從多方的因素考慮論證。硬件的核心選用 atmel 公司生產的 at89c51 單片機。它 是一種低功耗、低電壓、高性能的 8 位單片機，片內帶有一個數(shù) kb 的 flash 可編程、 可擦除、只讀存儲器；它采用了 cmos 工藝和 atmel 公司的高密度非易失性存儲器技 術,而且其輸出引腳

9、和指令系統(tǒng)都與 mcs-51 兼容。 at89c51 是一種帶 4k 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（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。該器件采用 atmel 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè) 標準的 mcs-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 cpu 和閃爍存儲器組合 在單個芯片中，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廉的方案。 2.1.3 at89c51 的基本結構和功能簡介 1

10、. 結構框圖 圖 2.1 89c51 單片機結構框圖 特殊功能 寄存器 工作寄存器區(qū) 4 組 r0-r7 位尋址區(qū) 128 位 數(shù)據(jù) 緩沖區(qū) 片內 ram 外部數(shù)據(jù) 存儲器 與 外設 i/o 端口 2.存儲器空間結構 計算機操作的主要對象是數(shù)據(jù)，cpu 是按地址控制與組織數(shù)據(jù)流的。因此，地 址空間結構是微機結構的一項重要內容，并直接影響其指令系統(tǒng)。at89c51 的存儲 空間（哈佛結構:程序空間與數(shù)據(jù)空間分別獨立） （1）程序存儲器（由 pc 提供地址） ffffh 1000h 0fffh 0000h 圖 2.2 mcs-51 的程序存儲空間 （2）數(shù)據(jù)存儲器 1)內部數(shù)據(jù)存儲器（8 位地址）

11、 2)外部數(shù)據(jù)存儲器與 i/o 端口 ffh 80h 7fh 30h 2fh 20h 1fh 00h 圖 2.3 89c51 的數(shù)據(jù)存儲空間 ffffh 0000h (由數(shù)據(jù)指針 dptr 提供 16 位地址） 外部 60k 內部 4k ea=1 外部 4k ea=0 （3）引腳及其功能 1) 工作電源與地 圖 2.4 兩種時鐘電路， （a）內部時鐘方式， （b）外部時鐘方式。 vcc（40）：電源 +5v0.5v gnd（20）：地 2) 時鐘（圖 2.4） xtal1（19）：內部振蕩器輸入端 xtal2（18）：內部振蕩器輸出端 3) 并行 i/o 口 p0.0 0.0 p0.70.7

12、(3932) 通用 i/o 口 p0 0 / / a0 0-a7 7 / / d0 0-d7 7。 p1.0 1.0 p1.71.7 ( 18 ) 通用 i/o 口 p1 1 p2.0 2.0 p2.72.7 (2128) 通用 i/o 口 p2 2 / / a8 8-a1515 p3.0 3.0 p3.73.7 (10-17) 通用 i/o 口 p3 3 / / 第二功能 p3.0 3.0 （10）收 p3.1 3.1 （11）：txd 串行口數(shù)據(jù)發(fā)送 p3.2 3.2 （12）：int0 0 非外中斷 0 p3.3 3.3 （13）：int1 1 非外中斷 1 p3.4 3.4 （14）：

13、 t0 0 計數(shù)/定時器 0 的外部計數(shù)脈沖輸入 p3.5 3.5 （15）： t1 1 計數(shù)/定時器 1 的外部計數(shù)脈沖輸入 p3.6 3.6 （16）： wr 非外部數(shù)據(jù)存儲器寫控制信號 p3.7 3.7 （17）： rd 非外部數(shù)據(jù)存儲器讀控制信號 4) 控制信號 ale（30）：輸出正脈沖，1 有效，外部地址鎖存信號。 ea 非（31）：輸入，0 有效，前 4k 選擇外部程序存儲器的控制信號。 psen 非（29）：輸出，0 有效，訪問外部程序存儲器的選通信號。 wr 非（16）：外部數(shù)據(jù)存儲器寫控制信號 rd 非（17）：外部數(shù)據(jù)存儲器讀控制信號 rst（9）：輸入，高電平持續(xù) 24

14、 個時鐘周期有效，產生復位操作。 圖 2.5 上電與手動復位電路 5) cpu 使用的特殊功能寄存器 累加器（acc） 運算指令的目標寄存器，用于訪問外部存儲器的唯一寄存器。 b 寄存器（b）專用于乘除法指令，亦可作通用寄存器。 程序狀態(tài)字（psw） 標志寄存器 d7 d0 cycyacacf0f0rs1rs1rs0rs0ovovp p cy：進位標志；位操作累加器。 ac：半進位標志。 f0 ：用戶標志，由用戶自行設置，在程序運行中標識某種狀態(tài)。 ov：溢出標志。 p：奇偶標志（標識 acc 的當前奇偶狀態(tài)） rs1、rs0：當前工作寄存器組編號值，可在程序中設定。 堆棧指針（sp） 據(jù)指針

15、（dptr） 16 位寄存器，由兩個 8 位寄存器 dph 與 dpl 組成。 主要作用是提供訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或 i/o 端口的地址。 dph 與 dpl 可作為通用寄存器使用。 程序計數(shù)器（pc） 即指令指針。16 位寄存器，為 cpu 提供當前待取的指令地址。 cpu 每讀取一個字節(jié)的指令內容，pc 即自動加一。 復位狀態(tài)為 0000h。 不能在程序中直接讀或修改 pc 的內容。 6) 特殊功能寄存器 表 2 特殊功能寄存器功能說明 符號名地址 功 能 說 明 p080hp0 口鎖存器，可用于數(shù)據(jù)總線與地址線低八位。 sp81h堆棧指針，系統(tǒng)復位時 sp=07h，監(jiān)控初始化時 sp=40

16、h。 dpl82h 數(shù)據(jù)地址指針寄存器 dptr 的低八位。 dph83h 數(shù)據(jù)地址指針寄存器 dptr 的高八位。 pcon87h電源控制寄存器,可設置節(jié)電狀態(tài)。d7 為波特率因子。 tcon88h 定時器控制寄存器,d4-7 控制定時器,d0-3 與外中斷有關。 tmod89h 定時器工作方式控制寄存器 tl08ah t0 計數(shù)器低八位。 tl18bh t1 計數(shù)器低八位。 th08ch t0 計數(shù)器高八位。 th18dh t1 計數(shù)器高八位。 p190h p1 口鎖存器。 scon98h 串行口控制寄存器。 sbuf99h 串行口數(shù)據(jù)緩沖寄存器。 p2a0hp2 口鎖存器，可用于地址總線

17、高八位。 iea8h中斷允許寄存器。 p3b0hp3 口鎖存器,各位有第二功能如 txd.rxd.int0.int1等。 ipb8h 中斷優(yōu)先級寄存器。 pswd0h 程序狀態(tài)字, 含狀態(tài)標志位及工作寄存器組指針 rsi。 acce0h 累加器。 bf0h 乘除運算寄存器，也可用作八位通用寄存器。 特殊功能寄存器只能直接尋址，寄存器名即代表其地址。 字節(jié)地址可被 8 整除的特殊功能寄存器可以位尋址。其 d0 位的位地址與字節(jié)地 址相同，后面逐位加一。 3.外部中斷源 mcs-51 單片機設有四個雙向 i/o 端口（p0,p1,p2,p3），每一條 i/o 線都能獨 立地用作輸入或輸出。p0 口

18、為三態(tài)雙向口，能帶 8 個 lsttl 電路。p1,p2,p3 口為準 雙向口，負載能力為 4 個 lsttl 電路。 （1）多個外部中斷源系統(tǒng)設計 mcs-51 有兩個中斷源，但在實際的應用系統(tǒng)中，外部中斷請求源往往比較多。 定時器中斷作為外部中斷使用把 mcs-51 的兩個定時器/計數(shù)器（t0 和 t1）選擇為計 數(shù)器方式，每當 t0 或 t1 引腳上發(fā)生負跳變時，t0 和 t1 的計數(shù)器加 1。利用這個特 性，可以把 t0 和 t1 引腳作為外部中斷請求標志。而定時器的益出中斷作為外部中 斷請求標志。 當接在 t0 引腳上的外部中斷請求輸入線發(fā)生負跳變時，tl0 加 1 益出，tf0 被

19、 置“1”向 cpu 發(fā)出中斷請求。同時 th0 的內容自動送入 tl0，使 tl0 恢復初始值 0ffh。這樣，每當 t0 引腳上有一次負跳變時都置“1”與 tf0，向 cpu 發(fā)中斷請求， t0 引腳就相當于邊沿觸發(fā)的外部中斷請求源輸入線。同理，也可以把 t1 引腳作類 似的處理。 圖 2.6 五個外部中斷源連接 8031 設備0 設備1 設備2 設備3 設備4 int0 int1 p1.0 p1.1 p1.2 p1.3 （2）五個外部中斷源連接中斷和查詢結合的方式。 這種方法是把系統(tǒng)中多個外部中斷源按它們的重要程度進行排隊，把其中最高級別 的中斷源接到 mcs-51 的一個外部中斷源輸入

20、端，其余的中斷源用線或的方法連接到 另一個外部中斷輸入端，并同時還接到一個 i/o 口。中斷請求有硬件電路產生，而 中斷源的識別由程序查詢來處理，查詢順序由中斷源的優(yōu)先級決定。上圖為五個外 部中斷源的連接電路，其中設備 14 經 oc 門與 int1 連接，并連接到 p1.0p1.3 均 采用電平觸發(fā)方式。設備 0 為最高級中斷源，單獨作為外部中斷 0 的輸入信號。外 部中斷 1 的中斷服務程序如下： intr:pushpsw pusha jnbp1.0, dvt1 jnbp1.1，dvt2 jnbp1.2, dvt3 jnbp1.3, dvt4 intr1：pop a poppsw ret1

21、 dvt1： ajmp intr1 dvt2： ajmp intr1 dvt3： ajmp intr1 dvt4： ajmp intr1 2.22.2 傳感器的選擇傳感器的選擇 現(xiàn)代信息技術的三大基礎是信息采集(即傳感器技術)、信息傳輸(通信技術)和 信息處理(計算機技術)。傳感器屬于信息技術的前沿尖端產品，尤其是溫度傳感器 被廣泛用于工農業(yè)生產、科學研究和生活等領域，數(shù)量高居各種傳感器之首。傳感 器選擇的恰當與否直接關系到整個測量系統(tǒng)的精確度和穩(wěn)定性。 1 2 3 2.2.1 溫度傳感器選擇 近百年來，溫度傳感器的發(fā)展大致經歷了以下三個階段；(1)傳統(tǒng)的分立式溫度 傳感器(含敏感元件)；(2

22、)模擬集成溫度傳感器控制器；(3)智能溫度傳感器。根 據(jù)系統(tǒng)的設計要求和從經濟實用的角度來看，本系統(tǒng)采用了 ad590 作為溫度傳感器。 ad590 的簡單介紹的簡單介紹 ad590 是 ad 公司利用 pn 結正向電流與溫度的關系制成的電流輸出型兩端溫 度傳感器。實際上，中國也開發(fā)出了同類型的產品 sg590。這種器件在被測溫度一 定時，相當于一個恒流源。該器件具有良好的線性和互換性，測量精度高，并具有 消除電源波動的特性。即使電源在 515v 之間變化，其電流只是在 1a 以下作微 小變化。 1.ad5901.ad590 的功能及特性：的功能及特性： ad590是電流型溫度傳感器，通過對電

23、流的測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量電 路，其電路外形如圖6 所示，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如下圖所示。 v+ 1 2 3 v- 圖2.7 ad590的外形電路圖和集成溫度傳感器電路符號 2.ad5902.ad590的主特性參數(shù)如下：的主特性參數(shù)如下： 工作電壓：430v； 工作溫度：55150 保存溫度：65175； 正向電壓：44v； 反向電壓：20v； 焊接溫度：（10s）；300； 靈敏度：1a/

24、k 3.ad5903.ad590的工作原理的工作原理 在被測溫度一定時，ad590相當于一個恒流源，把它和530v的直流電源相連， 并在輸出端串接一個1k的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測溫度成 正比， 此時電阻兩端將會有1mv/k的電壓信號。其基本電路如下圖2.8所示。 i1 i2 電源 es - ube + 圖2.8 感溫部分的核心電路 圖2.8是利用ube特性的集成pn結傳感器的感溫部分核心電路。其中t1、t2 起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流i1和i2相等；t3、t4是感溫用的 晶體管，兩個管的材質和工藝完全相同，但t3實質上是由n個晶體管并聯(lián)而成， 因而其結面積是

25、t4的n倍。t3和t4的發(fā)射結電壓ube3和ube4經反極性串聯(lián)后加在電 阻r上，所以r上端電壓為ube。因此，電流i1為： i1ube/r=(kt/q)(lnn)/r 對于ad590，n=8,這樣電路的總電流將與熱力學溫度t成正比，將此電流引至 負載電阻rl上便可得到與t成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出 信號不受電源電壓和導線電阻的影響。圖2.8中的電阻r是在硅板上形成的薄膜電 阻，該電阻已用激光修正了其電阻值，因而在基準溫度下可得到1a/k的i值。 4.4.測溫電路的設計測溫電路的設計 100mv/ 圖 2.9 溫度傳感器的接口電路 在設計測溫電路時，首先應將電流轉換成電壓。

26、由于 ad590 為電流輸出元件， 它的溫度每升高 1k，電流就增加 1a。當 ad590 的電流通過一個 10k 的電阻時， 這個電阻上的壓降為 10mv/k，即轉換成 10mv/k，為了使此電阻精確（0.1%） ，可用 一個 9.6k 的電阻與一個 1k 的電位器串聯(lián)，然后通過調節(jié)電位器來獲得精確的 10k。圖 2.9 所示是一個電流/電壓和絕對/攝氏溫標的轉換電路，其中運算放大器 a1 被接成電壓跟隨器形式，以增加信號的輸入阻抗。而運放 a2 的作用是把絕對溫 標轉換成攝氏溫標，給 a2 的同相輸入端輸入一個恒定的電壓（如 1.235v） ，然后將 此電壓放大到 2.73v。這樣，a1

27、與 a2 輸出端之間的電壓即為轉換成的攝氏溫標。將 ad590 放入 0的冰水混合溶液中，a1 同相輸入端的電壓應為 2.73v，同樣使 a2 的 輸出電壓也為 2.73v，因此 a1 與 a2 兩輸出端之間的電壓： 2.732.730v 即對應于 0。 2.2.2 濕度傳感器的選擇 濕度傳感器選用是濕度傳感器選用 hm1500，hm1500 是一種專門為那些 oem 要 求可靠性和精度高的測量所設計的，在基于 hs1101 簡單電容性濕度傳感器的基礎上， 測量值直接以線性電壓的形式輸出，精度達到3%rh。 1.hm15001.hm1500 主要的特點：主要的特點： 體積小、帶防護棒狀封裝。

28、即使浸在水里也不受影響。 可交換性極強。 高度的可靠性和長期的穩(wěn)定性。 在 3-7 伏的電壓范圍內可正常工作。，以典型的 1-4v 電壓輸出表示 1- 100%的濕度。 可在很低的溫度下正常工作。 在電壓范圍內，按比例參數(shù)調壓。 在長時間處于飽和狀態(tài)后快速脫濕 反應時間快 對化學品的高抵抗性 2.hm15002.hm1500 工作原理工作原理： 圖 2.10 hm1500 工作原理框圖 3.3.最大參數(shù)（最大參數(shù)（ta=25ta=25 除非特別注明）除非特別注明） 4.4.特性參數(shù)（特性參數(shù)（ta=23,vs=5.0vdc,rl1mta=23,vs=5.0vdc,rl1m 除非特別注明）除非特

29、別注明） vout 晶體管振蕩器 傳 感 器 l.p.濾波器 gain 3 4 . 2)23(1 (% etarhrh read 5.hm15005.hm1500 的典型測量范圍的典型測量范圍 hm1500 特別適用于在 1095%rh 精確測量的環(huán)境。超過范圍（95%包 括飽和）不會影響可靠性。 圖 2.11 典型測量范圍輸出圖 6.hm15006.hm1500 模擬電壓輸出曲線（模擬電壓輸出曲線（vs=5vvs=5v） 單位：單位：mvmv 如果需要可以用如下的關系式做補償： 溫度效應： 非小線性補償： 3 3 2 5 3 9 4 . 2)23(1 75.21607. 9335. 1919

30、 . 1 % eta veveve rh outoutout 7.hm15007.hm1500 工作曲線如下：工作曲線如下： 圖 2.12 hm1500 工作曲線 第三章第三章 系統(tǒng)的組成以及輔助電路的設計系統(tǒng)的組成以及輔助電路的設計 整個溫濕度檢測系統(tǒng)結構框圖如圖 1 所示： 圖 3.1 系統(tǒng)結構框圖 上位機為普通 pc 機，使用標準 rs-232 串口與下位機通訊，接收下位機發(fā)來的 溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)。 下位機系統(tǒng)主要由單片機 at89c51、溫度傳感器 ad590、濕度傳感器 hm1500、 顯示電路 hd7279a 和 led 數(shù)碼管組成，原理框圖如圖 12 所示。 圖 3.2 下位機

31、原理框圖 3.13.1 采樣保持器和采樣保持器和 adad 轉換電路的設計轉換電路的設計 3.1.1 采樣保持器 由于 adc0809 的分辨率為 8 位，轉換時為 100s，可能會由于轉換的時期帶來 誤差。因此常用集成電路芯片 lf398 作為采樣保持器。lf398 是一種反饋型采樣/保 持放大電路。采用雙極型結型場效應管工藝，具有采樣速度高，保持電壓下降 率低，精度高等特點，lf398 的供電電壓可在5v18v 之間選擇，8 腳和 7 腳是兩 串口 下位機 上位機 上位機 濕度傳感器 hm1500 at89c51 溫度傳感器 ad590 顯示電路 hd7279a led 數(shù)碼管 a/d i

32、/o 串口 i/oa/d 個控制端使用時 7 腳接參考電壓，可選擇不同的電平，如當 7 腳接地時，8 腳所控 制信號電平大于 1.4v，lf398 處于采樣狀態(tài)，此時輸出端跟隨輸入端變化。當 8 腳 為低電平時，lf398 處于保持狀態(tài)。 由于 lf398 采用的是反相輸入端，因此還需要一個倒相器，選擇 lm324（反相 比例放大器） 。lf398 與 lm324。 3.1.2 a/d 轉換器 adc0809 a/d轉換器（adc）的作用就是把模擬量轉換成數(shù)字量，以便于計算機進行處理。 隨著超大規(guī)模集成電路技術的飛速發(fā)展,a/d轉換器的新設計思想和制造技術層出不 窮。為滿足各種不同的檢測及控制

33、任務的需要，大量結構不同、性能各異的a/d轉換 器芯片應運用而生。adc0809是采用cmos工藝制造的8位8通道逐次逼近式ad轉換器。 1.adc08091.adc0809結構及轉換原理結構及轉換原理 adc0809的結構框圖如下圖中所示。0809是采用逐次逼近的方法完成a/d轉換的。 由單一的5v電源供電；片內帶有鎖存功能的8路選一的模擬開關，由c、b、a的編 碼來決定所選的通道。0809完成一次轉換需要100s左右。輸出具有ttl三態(tài)鎖存緩 沖器，連接到mcs-51的數(shù)據(jù)總線上。通過適當?shù)耐饨与娐罚?圖3.3 adc0809轉換原理圖 adc0809可對05v的模擬信號進行轉換。其工作過

34、程如下： 首先用指令選擇0809的一個模擬輸入通道，當執(zhí)行movxdptr，a時，產生一個 啟動信號給start引腳送入脈沖，開始對選中通道轉換。當轉換結束后發(fā)出結束信號， 置eoc腳為高電平，該信號可作為中斷申請信號；當讀允許信號到，oe端有高電平， 則可以讀出轉換的數(shù)字量。利用movx a，dptr把該通道轉換結果讀到a累加器中。 2.adc08092.adc0809引腳及功能引腳及功能 adc0809是一種逐次逼近式8路模擬輸入、8位數(shù)字量輸出的a/d轉換器。其引腳 圖如下圖所示 圖3.4 adc0809管腳示意圖 由引腳圖可見，adc0809共有28引腳，采用雙列直插式封裝。其主要引腳

35、功能 如下： in0in7：是8路模擬信號輸入端。 d0d7：8位數(shù)字量輸出端。 a、b、c與ale控制8路模擬通道的切換，a、b、c分別于三根地址線或數(shù)據(jù)線相 連，三者編碼對應8個通道地址口。c、b、a000111分別對應in0-in7通道地址。 強調說明一點：adc0809雖然有8路模擬通道可以同時輸入8路模擬信號，但每個瞬間 只能轉換一路，各路之間的切換由軟件變換通道地址實現(xiàn)。 oe、start、clk為控制信號端，oe為輸出允許端，start為啟動信號輸入端， clk為時鐘信號輸入端。 vr（）和vr（）為參考電壓輸入端。 3.at89c513.at89c51與與adc0809adc0

36、809的接口的接口 在討論mcs-51與0809的接口設計之前，先來討論單片機如何來控制adc的問題。 用單片機控制adc時，多數(shù)采用查詢和中斷控制兩種方法。查詢法是在單片機把啟動 命令送到adc之后，執(zhí)行別的程序，同時對adc的狀態(tài)進行查詢，以檢查adc變換是否 已經結束，如查詢到變換已經結束，則讀入轉換完畢的數(shù)據(jù)。 中斷控制法是在啟動信號送到adc之后，單片機執(zhí)行別的程序。當adc變換結束并向 單片機發(fā)出中斷請求信號時，單片機響應此中斷請求，進入中斷服務子程序，讀入 轉換數(shù)據(jù)，并進行必要的數(shù)據(jù)處理，然后返回到源程序。這種方法單片機無須進行 轉換時間的管理，cpu效率高，所以特別適用于變換時

37、間較長的adc。 如果對轉換速度要求高，采用上述兩種adc控制方式往往不能滿足要求，可采用 dma接口（例如intel公司的8237dma控制器）。傳輸一開始，ad轉換的數(shù)據(jù)就可以從 輸出的寄存器經過dma中的數(shù)據(jù)寄存器直接傳輸?shù)街骷拇嫫?，因而不必受到程序的?制。 （1）軟件延時方式 adc0809與89c51單片機的接口如下圖中所示。 圖 3.5 adc0809與89c51單片機的接口電路 由于adc0809片內無時鐘，可利用89c51提供的地址鎖存允許信號ale經d觸發(fā)器 二分頻后獲得，ale腳的頻率時89c51單片機時鐘頻率的1/6（但要注意的是，每當訪 問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將少1個a

38、le脈沖）。如果單片機時鐘頻率采用6mhz，則ale腳 的輸出頻率為1mhz，再二分頻后為500khz，恰好符合adc0809對時鐘頻率的要求。由 于adc0809具有輸出三態(tài)鎖存器，其8位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。地址 譯碼引腳a、b、c分別與地址總線的低三位a0、a1、a2相連，以選通in0-in7中的一 個通路。將2.7（地址總線a15）作為片選信號，在啟動a/d轉換時，由單片機的寫信 號和p2.7控制adc的地址鎖存和轉換啟動，由于ale和start連在一起，因此adc0809 的鎖存在鎖存通道地址的同時，啟動并進行轉換。在讀取轉換結果時，用低電平的 讀信號和p2.7腳經一或非

39、門后，產生的正脈沖作為oe信號，用以打開三態(tài)輸出鎖存 器。 由以上分析可知：在軟件編寫時，應令p2.7a150；a0、a1、a2給出被選擇的模 擬通道的地址；執(zhí)行一條輸出指令，啟動a/d轉換；執(zhí)行一條輸入指令，讀取轉換結 果。 （2）中斷方式 adc0809與89c51的中斷方式接口電路只需要將上圖中的eoc腳經過一非門連接到 89c51的int1腳即可。采用中斷方式可大大節(jié)省cpu時間，當轉換結束時，eoc發(fā)出一 個脈沖向單片機提出中斷申請，單片機響應中斷請求，由外部中斷1的中斷服務子程 序讀a/d結果，并啟動0809的下一個轉換，外部中斷1采用跳沿觸發(fā)方式。 3.23.2 鍵盤與顯示芯片鍵

40、盤與顯示芯片 hd7279ahd7279a 介紹介紹 3.2.1 hd7279a 芯片簡介 1.1.芯片簡介芯片簡介 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域中日益獲得廣泛的應用。 hd7279a是一片

41、具有串行接口的，可同時驅動8位共陰式數(shù)碼管的智能顯示驅動 芯片，該芯片同時還可以連接多達64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成led顯示、鍵盤接 口的全部功能。 hd7279a內部含有譯碼器，可直接接受bcd碼或者16進制碼，并同時具有2種譯碼 方式，此外，還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。 hd7279a具有片選信號可方便地實現(xiàn)多于8位的顯示或多于64位的鍵盤接口。 特點特點： 串行接口，無需外圍元件可直接驅動led 各位獨立控制譯碼、不譯碼、消隱以及閃爍等屬性 左右移動指令 具有段尋址指令，方便控制獨立的led 64鍵鍵盤控制器，內含去抖動電路 圖3.6 hd7279a管腳示

42、意圖 2.2.管腳說明管腳說明 hd7279a的硬件電路如圖3.6所示，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=1.5k,c=15pf。reset為復位端。該端由低電平變 成高電平并保持25ms即復位結束。通常，該端接+5v即可。dig0dig7分別為8個led 管的位驅動輸出端。sasg分別為led數(shù)碼管的a段g段的輸出端。dp為小數(shù)點的驅動 輸出端。hd7279a片內具有驅動電路，它可以直接驅動1英吋及以下的led數(shù)碼管，使 外圍電路變得簡單可靠。 dig0dig7和sasg同時還分別是64鍵盤的列線和行線端口， 完成對鍵盤的監(jiān)視、譯碼和鍵碼的識別

43、。在88陣列中每個鍵的鍵碼是用十六進制 表示的，可用讀鍵盤數(shù)據(jù)指令讀出，其范圍是00h3fh。 hd7279與微處理器僅需4條 接口線，其中cs為片選信號（低電平有效） 。當微處理器訪問hd7279a（讀鍵號或寫 指令）時，應將片選端置為低電平。data為串行數(shù)據(jù)端，當向hd7279a發(fā)送數(shù)據(jù)時， data為輸入端；當hd7279a輸出鍵盤代碼時，data為輸出端。clk為數(shù)據(jù)串行傳送的 同步時鐘輸入端，時鐘的上升沿表示數(shù)據(jù)有效。key為按鍵信號輸出端，在無鍵按下 時為高電平；而有鍵按下時此引腳變?yōu)榈碗娖讲⑶乙恢北３值芥I釋放為止。 表 1 所列為 hd7279a 的電特性。 參數(shù)符號測試條件最

44、小值典型值最大值 電源電壓 vcc/v.4.55.05.5 工作電流 icc/ma 不接 led .35 工作電流 icc/ma led 全亮， iseg=10ma .60100 邏輯輸入高電 平 vih/v. 邏輯輸入低電 vil/v.0.0.8 平 按鍵響應時間 tkey/ms 含去抖時間 101840 key 引腳輸入 電流 iki/ma.10 key 引腳輸出 電流 iko/ma.7 3.3. 控制指令控制指令 1）hd7279a 指令系統(tǒng)由 6 條純指令、7 條帶數(shù)據(jù)指令和 1 條讀鍵盤指令組成。 6 條純指令為： （1） 復位指令。指令代碼為 a4h，其功能為清除所有

45、顯示，包括字符消隱屬 性和閃爍屬性。 （2） 測試指令。指令代碼為 bfh，其功能為將所有的 led 點亮并閃爍，可用 于自檢。 （3） 左移指令。指令代碼為 a1h，其功能為將所有的顯示左移 1 位，移位后， 最右位空（無顯示），不改變消隱和閃爍屬性。 （4） 右移指令。指令代碼為 a0h，其功能與左移指令相似，只是方向相反。 （5） 循環(huán)左移指令。指令代碼為 a3h，其功能為將所有的顯示循環(huán)左移 1 位。 移位后，最左位內容移至最右位，不改變消隱和閃爍屬性。 （6） 循環(huán)右移指令。指令代碼為 a2h，其功能與循環(huán)左移指令相似，只是方 向相反。 2) 帶數(shù)據(jù)指令均由雙字節(jié)組成，它們是： （1

46、） 按方式 0 譯碼下載指令 1 0 0 00 a2 a1 a0dp x x x d3 d2 d1 d0 x x：無影響 第 1 字節(jié)為指令，其中 a2,a1,a0 代表顯示位地址： a2,a1,a0 7 6 5 4 3 2 1 0 顯示位 8 7 6 5 4 3 2 1 顯示位 8 為最高位，參見圖 1。 第 2 字節(jié)為顯示內容，其中 dp 為小數(shù)點控制 位，dp=1，小數(shù)點顯示；dp=0，小數(shù)點熄滅。 d3 d2 d1 d0 為數(shù)據(jù)，按方式 0 譯碼 時數(shù)據(jù)和顯示的關系如下： d3 d2 d1 d0 00h 01h 02h 03h 04h 05h 06hh 07h 08h 09h 0ah

47、0bh 0ch 0dh 0eh 0fh 顯示內容 0 1 2345 67 8 9 - e h l p 空 （2） 按方式 1 譯碼下載指令 1 1 0 0 1 a2 a1 a0dp x x x d3 d2 d1 do 該指令和按方式 0 譯碼下載指令的含義基本相同。按方式 1 譯碼時數(shù)據(jù)和顯示 的關系如下： d3 d2 d1 d0 00h 01h 02h 03h 04h 05h 06hh 07h 08h 09h 0ah 0bh 0ch 0dh 0eh 0fh 顯示內容 0 1 23 4 5 67 8 9 -eh l p 空 （3） 不譯碼下載指令 1 0 0 10 a2 a1 a0dp a b

48、 cd e f g a2 a1 a0 仍為位地址，第 2 字節(jié)仍為顯示內容，其中 dp 和 ag 分別代表小數(shù) 點和 led 顯示器的 7 段，相應位為 1 時，該段點亮；為 0 時，該段熄滅。 （4） 閃爍控制指令 1 0 0 01 0 0 0d8 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 該指令規(guī)定了每個數(shù)碼管的閃爍屬性。d1d8 分別對應第 1 到第 8 個數(shù)碼管， 該位為 1 不閃爍；該位為 0 閃爍。缺省狀態(tài)為所有數(shù)碼管均不閃爍。 （） 消隱控制指令 1 0 0 1 1 0 0 0d8 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 該指令規(guī)定了每個數(shù)碼管的消隱屬性。d1d8 分別對應第

49、1 到第 8 個數(shù)碼管， 該位為 1 顯示；該位為 0 消隱。應該注意的是至少要有 1 位保持顯示狀態(tài)，如果全 部消隱則該命令無效。 （6） 段點亮指令 1 1 1 00 0 0 0 x x d5 d4 d3 d2 d1 d0 xx:無影響。該指令的作用是點亮某個 led 數(shù)碼管中的某一段或 64 個 led 發(fā)光 管中的某一個。d0d5 的范圍是 00h3fh，所對應的段如下： 數(shù)據(jù) 00h 01h .06h 07h 08h 09h .0eh 0fh . .38h 39h .3eh 3fh 段 g f . a dp g f . a dp . .g f . a dp 數(shù)碼管 第 1 個 . .

50、第 2 個 . . . .第 8 個 . . （7） 關閉指令 1 1 0 0 0 0 0 0x x d5 d4 d3 d2 d1 d0 xx:無影響。該指令的作用是關閉某個數(shù)碼管中的某一段，其對應關系同段點亮 指令。 3）讀取鍵盤指令： 0 0 0 1 0 1 0 1d7 d6 d5 d4d3 d2 d1 d0 該指令的作用是讀取當前的鍵盤代碼。與其他帶數(shù)據(jù)的指令不同，它的第 2 個 字節(jié)不是寫入 hd7279a 的數(shù)據(jù)，而是從 hd7279a 讀回的按鍵代碼。如前說述，當有 鍵按下時其范圍是 00h3fh；而無鍵按下時代碼是 ffh。 4.4.時序時序 （1）純指令時序：微處理器發(fā)出 8

51、個 clk 脈沖，向 hd7279a 傳送 8 位指令。 data 引腳為高阻狀態(tài)，如圖 3.7 所示。 圖 3.7 純指令時序 （2） 帶數(shù)據(jù)指令時序：微處理器發(fā)出 16 個 clk 脈沖，前 8 個向 hd7279a 傳送 8 位指令；后 8 個向 hd7279a 傳送 8 位數(shù)據(jù)。data 引腳為高阻狀態(tài)，如圖 3.8 所示。 圖 3.8 帶數(shù)據(jù)指令時序 （3）讀鍵盤指令時序：微處理器發(fā)出 16 個 clk 脈沖，前 8 個向 hd7279a 傳送 8 位指令， data 引腳為高阻狀態(tài)；后 8 個由 hd7279a 向微處理器返回 8 位按鍵代碼， data 引腳為輸出狀態(tài)。在最后 1

52、 個 clk 脈沖的下降沿 data 引腳恢復高阻狀態(tài)，如 圖 3.9 所示。 圖 3.9 讀鍵盤指令時序 5.5.幾點說明幾點說明 1) 證正確的時序是 hd7279a 正常工作的前提條件。當選定了 hd7279a 的振蕩元 件 rc 和晶振之后，應調節(jié)延時時間,使時序中的 t1t8 滿足表 2 所列要求。由表 2 所列的數(shù)值可知，hd7279a 時序規(guī)定的時間范圍很寬，達 1050 倍，很容易滿足， 但為了提高微處理器訪問 hd7279a 的速度，在要求系統(tǒng)運行速度較快時，應仔細調 試 hd7279a 的讀寫程序，使其運行時間接近最短。 2)微處理器通過 key 引腳電平來判斷是否有鍵按下

53、，在使用查詢方式管理鍵盤 時，該引腳接至微處理器的 1 位 i/o 端口；如果使用中斷方式，該引腳應接至微處 理器的外部中斷輸入端。同時應將該中斷觸發(fā)控制位設置成下降沿有效的邊沿觸發(fā) 方式。若置成電平觸發(fā)方式，則應注意在按鍵時間較長時可能引起的多次中斷問題。 3)hd7279a 沒有提供組合鍵功能。如果某些場合確需雙鍵組合使用，可在微處理 器某位 i/o 引腳接入一鍵,與 hd7279a 所連鍵盤共同組成雙鍵功能。 4)圖 1 電路中有 3 種電阻：阻值為 200 的電阻是限流電阻，用來限制 led 數(shù) 碼管的電流。在使用中不應為了過分追求數(shù)碼管的亮度而任意減小其電阻值，以防 hd7279a

54、芯片過熱燒壞。阻值為 100k 和 10k 的電阻分別稱為下拉電阻和位選電 阻，如果 hd7279a 僅用于顯示器管理,則這兩種電阻都可以去掉。 5)hd7279a 的 3,5,26 腳均為空閑引腳，一律懸空。 3.2.2 顯示電路 1.顯示電路由顯示芯片 hd7279a 和 8 個 led 數(shù)碼管組成，顯示電路圖如圖 3.10 所示。 圖 3.10 顯示電路原理圖 8 個共陰極 led 數(shù)碼管用于顯示溫度和濕度，第 8 位為溫度符號位，第 7 位為 溫度百位數(shù)字，第 6 位為溫度十位溫度小數(shù)位數(shù)字，第 3 位為濕度標志位，第 2 位 為濕度十位數(shù)字。第 1 位濕度個位 3.2.3 串行通訊接

55、口電路 隨著計算機系統(tǒng)的應用和微機網(wǎng)絡的發(fā)展，通信功能越來越顯的重要。這里所 說的通信是只計算機與外界的信息交換。因此，通信既包括計算機與外部設備之間， 也包括計算機和計算機之間的信息交換。由于串行通信是在一根傳輸線上一位一位 的傳送信息，所用的傳輸線少，并且可以借助現(xiàn)成的電話網(wǎng)進行信息傳送，因此， 特別適合于遠距離傳輸。對于那些與計算機相距不遠的人機交換設備和串行存儲 的外部設備如終端、打印機、邏輯分析儀、磁盤等，采用串行方式交換數(shù)據(jù)也很普 遍。在實時控制和管理方面，采用多臺微機處理機組成分級分布控制系統(tǒng)中，各 cpu 之間的通信一般都是串行方式。所以串行接口是微機應用系統(tǒng)常用的接口。 許多

56、外設和計算機按串行方式進行通信，這里所說的串行方式，是指外設與接 口電路之間的信息傳送方式，實際上，cpu 與接口之間仍按并行方式工作。 1.1.串行通信的概念串行通信的概念 圖 3.11 數(shù)據(jù)傳輸示意圖 所謂“串行通信”是指外設和計算機間使用一根數(shù)據(jù)信號線(另外需要地線,可 能還需要控制線),數(shù)據(jù)在一根數(shù)據(jù)信號線上一位一位地進行傳輸，每一位數(shù)據(jù)都占 據(jù)一個固定的時間長度。如圖 3.11 所示。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠距離 通信中可以節(jié)約通信成本，當然，其傳輸速度比并行傳輸慢。 由于 cpu 與接口之間按并行方式傳輸，接口與外設之間按串行方式傳輸，因此， 在串行接口中，必須要有“接收移

57、位寄存器” （串并）和“發(fā)送移位寄存器” （并 串） 。典型的串行接口的結構如圖 3.12 所示。 在數(shù)據(jù)輸入過程中，數(shù)據(jù) 1 位 1 位地從外設進入接口的“接收移位寄存器” ，當 “接收移位寄存器”中已接收完 1 個字符的各位后，數(shù)據(jù)就從“接收移位寄存器” 進入“數(shù)據(jù)輸入寄存器” 。cpu 從“數(shù)據(jù)輸入寄存器”中讀取接收到的字符。 （并行 讀取，即 d7d0 同時被讀至累加器中） 。 “接收移位寄存器”的移位速度由“接收時 鐘”確定。 在數(shù)據(jù)輸出過程中，cpu 把要輸出的字符（并行地）送入“數(shù)據(jù)輸出寄存器” ， “數(shù)據(jù)輸出寄存器”的內容傳輸?shù)健鞍l(fā)送移位寄存器” ，然后由“發(fā)送移位寄存器” 移

58、位，把數(shù)據(jù) 1 位 1 位地送到外設。 “發(fā)送移位寄存器”的移位速度由“發(fā)送時鐘” 確定。 接口中的“控制寄存器”用來容納 cpu 送給此接口的各種控制信息，這些控制 信息決定接口的工作方式。 “狀態(tài)寄存器”的各位稱為“狀態(tài)位” ，每一個狀態(tài)位都可以用來指示數(shù)據(jù)傳輸 過程中的狀態(tài)或某種錯誤。例如，用狀態(tài)寄存器的 d5 位為“1”表示“數(shù)據(jù)輸出寄 存 圖 3.12 典型的串行接口的結構 器”空，用 d0 位表示“數(shù)據(jù)輸入寄存器滿” ，用 d2 位表示“奇偶檢驗錯”等。此設 計就采用了 rs232 通訊接口，電路采用 max3221 芯片，其原理圖如圖 23 所示。通過 以上的電路 pc 機就可以

59、自由的和單片機進行信息交換了。 圖 3.13 rs232 通訊接口 第四章第四章 軟件設計軟件設計 軟件的設計是整個系統(tǒng)的靈魂，也是系統(tǒng)能夠實現(xiàn)功能的基礎。程序設計的好 壞，直接關系到整個系統(tǒng)的運行，本設計的軟件系統(tǒng)分為兩個部分：一部分是上位 機的 vb 編程設計；一部分是下位機的 51 系統(tǒng)的匯編語言設計。 4.14.1 上位機簡介以及軟件設計上位機簡介以及軟件設計 4.1.1 visual basic 語言編程簡介 上位機軟件采用 visual basic 編程，visual 意為“可視化的” ，指的是一種開 發(fā)圖形用戶界面（gui）的方法，所以 visual basic 是基于 basi

60、c 的可視化的程序 設計語言。basic 指的是 basic（beginners all-purpose symbolicinstruction code，初學者通用符號指令代碼）語言，一種在計算技術發(fā)展歷史上應用得最為廣 泛的語言。visual basic 在原有 basic 語言的基礎上進一步發(fā)展，包含了數(shù)百條 語句、函數(shù)及關鍵詞，其中很多和 windows gui 有直接關系。在 visual basic 中， 一方面繼承了 basic 所具有的程序設計語言簡單易用的特點，另一方面在其編程系 統(tǒng)中采用了面向對象、事件驅動的編程機制，用一種巧妙的方法把 windows 的編程 復雜性封裝起