基于單片機的大氣溫度采集系統設計-資料下載頁

【導讀】隨著科技的飛速發展，單片機的應用正在不斷深入。在實時檢測和自動控制的單片機。求設計軟硬件結構。很多科學領域及氣象監測等領域都要求對溫度，濕度，風向風速等參。數進行采集與傳輸，然后根據采集來的的數據進行計算，判斷，從而對環境進行控制。構成數據采集系統。全文由緒論，硬件部分，方案論證，軟件部分四部分組成，緒論部分。單元電路主要介紹了鍵盤顯示電路，AD轉換電路，大氣參數檢測電路，報警電路，軟件部分進行了主程序，鍵盤子程序和顯示程序的流程圖。

　　

【正文】 脈沖（按鍵）接到 INT0引腳輸入，當它被按下時相應電路就產生一個負脈沖（即中斷請求信號）送到單片機的 INT0（或 INT1）引腳。 8051 單片機在 INT0上，負脈沖作用下，啟動一次中斷處理過程， CPU執行一條程序指令，這樣可以一步一步的進行單步操作。 程序連續執行方式是單片機的基本工作方式。所執行的程序寫入程序存儲器后，接通單片機電源，此時單片機上電復位，使 PC=0000H， CPU 將從程序的起始地址 0000H 單元開始，連續執行事先存放在程序存儲器中的應用程序。 低功耗操作方式 低功耗操作方式分為節電操作方式和掉電操作方式 。 節電方式是執行一條將 IDL 位置 1 的指令后， 8051 單片機就進入節電方式。這時提供給 CPU的時鐘信號被中斷，但中斷、串行口和定時器 繼續工作，此時 CPU 現場（即 SP、PC、 PSW 和 ACC 等）、片內 RAM 和 SFR 中其他寄存器內容均維持不變。 掉電方式是執行一條將 PD 位置 1的指令后， 8051 單片機就進入掉電方式，進入掉電方式后，振蕩器停止工作，時鐘凍結，一切工作都停止，只有片內 RAM 和特殊功能寄存器 SFR 中內容保持不變。在掉電期間， VCC 電源可以降為 2V（可由電池供電）。 時鐘電路 8051內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。 時鐘引腳有兩條： XTAL1：接外部晶體的一個引腳。在單片機內部，它是反相放大器的 輸入端，這個放大器構成了片內振 蘭州工業高等專科學校畢業論文 15 蕩器。當采用外部時鐘時，該引腳必須接地。 XTAL2：接外部晶體的另一個引腳。在單片機內部，接上述振蕩器的反相放大器的輸出端。當采用外部時鐘時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。 引腳 XTAL1和 XTAL2分別是此放大器的輸出端和輸入端。這個放大器與片外石英晶體和陶瓷諧振器一起構成了一個自激振蕩器，接線如圖 。外接 晶體時， C1和 C2通常選擇為 30pF。外接陶瓷諧振器時，C1和 C2的典型值約為 47pF。它的 振蕩頻率在 ～ 12MHz。 圖 時鐘電路 它采用 12MHz 晶振，與 8051 單片機的 XTAL1 和 XTAL2 相接，為 CPU 提供計時基準。 8051 的機械周期（ Machine Cycle）由 S1 至 S6共 6 個狀態所組成，每一狀態又可細分為相 1（ P1）與相 2（ P2），故一個機械周期等于 12 個振蕩周期，因此若振蕩頻率為 12MHz,則 振蕩周期 =1/12MHz=1/12us 機械周期 =6 態179。 2相179。振蕩周期 =12179。 1/12=1us 了解指令執行所花費的機械周期后，即可計算延遲時間。通常在程序中，為達到延遲的目的，必須調用延 遲子程序，以讓 CPU執行不做任何工作的指令。經由計算每一指令執行的機械周期及次數，即可求出延遲時間。 延遲時間的計算與振蕩頻率息息相關。若使用的振蕩器頻率越低，則執行相同子程序所需時間相對越久。至于需延遲多久，需要軟件開發人員好好掌握。 復位電路 復位是單片機的初始化操作，其主要功能是把 PC 初始化為 0000H,使 CPU從 0000H單元開始執行程序。除了進入系統的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統處于死鎖狀態時，為擺脫困境，也需按復位鍵重新啟動。 8051 的復位方式可以是自動復 位，也可以是手動復位，手動復位見 圖 。 RESET/Vpd還是一復用腳， Vcc掉電期 間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內部 RAM 的數據不丟失。 為保證復位成功，只要 RESET 腳保持足夠時間（即兩個周期以上）的高電平，就可 蘭州工業高等專科學校畢業論文 16 以實現系統自動上電復位。 除上電自動復位外，有時在程序運行時，通過手動按鍵也可以強制 CPU進入復位狀態。手動按鍵復位有電平方式和脈沖方式兩種。 圖 手動按鍵 復位電路 本設計 采用手動按鍵復位的電平方式，使復位端經電阻與 Vcc電源接通而實 。 AT89C51單片機 AT89C51是一種帶 4K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— FalshProgrammable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器 的單片機。單片機的 可擦除只讀存 儲器可以反復擦除 100次。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， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 如圖 所示。 圖 AT89C51 蘭州工業高等專科學校畢業論文 17 主要特性 178。 與 MCS51 兼容 178。4K 字節可編程閃爍存儲器 178。 壽命： 1000 寫 /擦循環 178。 數據保留時間： 10年 178。 全靜態工作： 0Hz24Hz 178。 三級程序存儲器鎖定 178。128*8 位內部 RAM 178。32 可編程 I/O 線 178。 兩個 16 位定時器 /計數器 178。5 個中斷源 178。 可編程串行通道 178。 低功耗的閑置和掉電模式 178。 片內振蕩器和時鐘電路 管腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據 /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口 ，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1口是一個內部提供上拉電阻的 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，被內部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。 P2 口： P2口為一個內部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出4個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1” 時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入 時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數據存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3口管腳是 8 個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個 TTL 門電流。當 P3 口寫入 “1” 后，它們被內部上拉為高電平，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，如下所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） 蘭州工業高等專科學校畢業論文 18 /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0外部輸入） T1（記時器 1外部輸入） /WR（外部數據存儲器寫選通） /RD（外部數據存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一 些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執行 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行狀態 ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內部程序存儲器。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部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 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振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件， XTAL2 應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 芯片擦除 整個 PEROM 陣列 和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，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” 且在任何非空存儲字節被重復編程以前，該操作必須被執行。 此外， AT89C51 設有穩態邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態邏輯，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，定時器，計數器，串口和中斷系統仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 蘭州工業高等專科學校畢業論文 19 風向傳感器 向傳感器檢測原理 風速傳感器工作原理風速 WAAI51 是響應快、啟動風速低的光電子風速計。該風速傳感器是采用傳統三杯式的，感應部分由三個輕質錐形風杯組成，能在整個工作范圍內提 供良好的線性，直到風速達到 75rds。隨著在中心不銹鋼軸上的截光盤隨軸旋轉，每轉動一圈，切割紅外光束 l4 次，從而由光電晶體中產生出一個脈沖鏈。輸出的脈沖速率與風速成正比 (例如， 246IIz： 24． 6rds)。然而，對于最佳精度而言，應當使用特征傳輸方程 (見技術參數 )，從而對起動慣量和輕微過速進行補償。表 2風向對應表在軸中有一個加熱元件，提供 10W 的額定功率，以保證軸承在寒冷天氣狀況下不凍結。 風向傳感器也是光電型傳感器 ,由單風標、格雷碼盤、光電組件組成 ,紅外 LED 和光電三極管分別安裝于 8 位格雷碼盤上下兩側 的 8 個窩型孔內。當風標隨風向變化而轉動時 ,通過其軸帶動軸下端固定著的格雷碼盤 ,在光電組件的狹縫中轉動 ,產生的光電信號經放大整形后 ,輸出對應當時風向的幅度為 12V的六位格雷碼 (每位格雷碼只有電平高低的區別 ,習慣上高電平為 1,低電平為 0),轉動時風向信號以 度的分辨率為步進變化。測量范圍為0~360176。 ,128 個方位 ,結構如圖 所示。 圖