【正文】 個(gè)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(shuō)這類(lèi)單片機(jī)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(chēng)這些與 8051 內(nèi)核相同的單片機(jī)為 “51系列單片機(jī) ”。 在眾多的 51 系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的 AT89C51 更實(shí)用，因他不但和 8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4K 程序存儲(chǔ)器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶(hù)可以用電的方式瞬間擦除、改寫(xiě)，一般專(zhuān)為 ATMEL AT89Cx 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見(jiàn)，這種單片機(jī)對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備的要求很低，開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫(xiě)入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動(dòng)成果。重 要的一點(diǎn) AT89C51 目前的售價(jià)比 8031 還低，市場(chǎng)供應(yīng)也很充足。 5 AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)。片內(nèi)含 4K bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM）和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 AT89C51 單片機(jī)可為您提供許多高性?xún)r(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 AT89C51 的管 腳圖如圖 31下： 圖 31 AT89C51管腳圖 各引腳功能簡(jiǎn)單介紹如下： VCC：供電電壓； GND：接地； P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每個(gè)管腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。當(dāng) P1口的管腳寫(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 FLASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部電位必須被拉高； 6 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，電位被內(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)，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時(shí)， P2 口的管腳電位被外部拉低，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)部上拉的優(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。作為輸入時(shí)，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流 (ILL)，也是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口： RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INT0(外 部中斷 0) INT1(外部中斷 1) T0(記時(shí)器 0 外部輸入 ) T1(記時(shí)器 1 外部輸入 ) WR (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) RD (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) 同時(shí) P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)； 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低位字節(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 7 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令時(shí)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)器取址期間，每個(gè)機(jī)器周期PSEN 兩次有效。但在訪問(wèn)內(nèi)部部數(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)，訪問(wèn)外部 ROM；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)，訪問(wèn)內(nèi)部 ROM。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。 傳感器的確定 溫度傳感器 常用的溫度傳感器有熱敏電阻、熱電偶、 PN 結(jié)溫度傳感器、集成溫度傳感器、熱電阻等。對(duì)于溫室內(nèi)部溫度的檢測(cè)，溫度傳感器選擇 DALLAS 公司生產(chǎn)的一線制數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，它具有 3 引腳 TO－ 92 小 體積封裝形式；溫度測(cè)量范圍為－ 55℃ ～＋ 125℃ ,可編程為 9 位～ 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá) ℃ ，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16 位數(shù)字量方式串行輸出。 DS18B20 有三個(gè)引腳， GND 接地； DQ 數(shù)字信號(hào)的輸出 /輸入； Vdd 為外接電源輸入端。 圖 32 DS18B20 的引腳圖 8 濕度傳感器 本系統(tǒng)需要檢測(cè) 溫室大棚 內(nèi)的濕度，目前已有許多濕敏器件， 按 感濕材料來(lái)分，大致有四類(lèi)：電解質(zhì)，半導(dǎo)體陶瓷，高分子和其它型式。 溫室 內(nèi)的相對(duì)濕度大，變化速度慢，不需要高的響應(yīng)時(shí)間，但是對(duì)線性度和穩(wěn)定性要 求高，所以經(jīng)過(guò)選擇采用電容式集成濕度傳感器 HS1101 來(lái)檢測(cè) 溫室大棚 內(nèi)部的濕度。 濕度傳感器 HS1101 是法國(guó) Humirel 生產(chǎn)的電容式濕度傳感器。 HS1101 是一種在高分子薄膜上形成的電容。高分子薄膜上的電極是很薄的金屬微孔蒸發(fā)膜，水分子可通過(guò)兩端的電極被高分子薄膜吸附或釋放，隨著這種水分子的吸附或釋放，高分子的介電系數(shù)將發(fā)生相應(yīng)的變化。由于介電系數(shù)隨空氣的相對(duì)濕度變化而變化，所以只要測(cè)定電容 C 值就可得到相對(duì)濕度。 HS1101 是基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，在電路中等效于一個(gè)電容器，其電容隨所測(cè)空氣的相 對(duì)濕度增大而增大。HS1101 具有極好的線性輸出，在相對(duì)濕度為 0～ 100％ RH 的范圍內(nèi)，電容的容量由 163 pF變化到 202 pF，其誤差不大于 177。2 ％ RH；濕度量程為 1～ 99％ RH，工作溫度范圍為 40℃ ～100℃ ；濕度輸出受溫度影響極小 (溫度系數(shù)僅為 pF／ ℃ )；常溫下使用無(wú)需溫度補(bǔ)償，無(wú)需校準(zhǔn)。 該器件具有不需校準(zhǔn)的完全互換性、高度可靠性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、快速響應(yīng)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路 。 圖 33 濕敏電容工作的濕、溫度范圍 圖 34 電容 — 濕度 響應(yīng) 曲線 圖 33 為濕敏電容工作的溫、濕度范圍。圖 34 為濕度 電容響應(yīng)曲線。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177。 2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于5S；溫度系數(shù)為 pF/℃。可見(jiàn)精度是較高的。 9 采集電路的設(shè)計(jì) 溫度采集電路 圖 35 溫度檢測(cè)電路 由于 DS18B20 只有一個(gè)串行通信接口，與單片機(jī)的連接電路非常簡(jiǎn)單，只需和單片機(jī) 的一個(gè) I/O 端口連接即可，本系統(tǒng)選擇了 接口接的是 端口，其連接電路圖如圖 35所示。 DS18B20 的 I/O 口屬于漏極開(kāi)路輸出，外接上拉電阻后常態(tài)下呈高電平。該器件內(nèi)含寄生電源，其供電方式可以選擇寄生電源方式，也可以選用外部電源。為方便起見(jiàn)，采用外部電源供電。 濕度采集電路 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)，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正 弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大、再 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；另一種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 本系統(tǒng)采用的是將 HS1101 接入 555 定時(shí)器組成的震蕩電路中，輸出一定頻率的方波信號(hào)，這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，因此被廣泛采用，具體電路圖如 36下： 10 圖 36 HS1101和 NE556構(gòu)成的濕度采集電路 集成定時(shí)器 NE555 一方面可以形成單穩(wěn)態(tài)電路，另一方面可以形成多諧振蕩電路，本系統(tǒng)選用的是 NE556，它內(nèi)部含有兩個(gè) NE555定時(shí)器，其中 R1， R2,C1,C2 和 NE556構(gòu)成多諧振蕩器，外接電阻 R1,R2 和濕敏電容 C1 構(gòu)成了對(duì)濕敏電容 C1 的充電回路， 7 端通過(guò)芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì) C1的放電回路，并將 2， 6端相連引入到片內(nèi)比較器。該振蕩電路的兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)過(guò)程交替如下：首先是電源 Ucc通過(guò) R1,R2向 C2充電，經(jīng) T1充電時(shí)后， Uc2充至內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約 2/3Ucc，此時(shí)輸入引腳 3 端由高電平突降為低電平，然后通過(guò) R2放電，經(jīng) T2放電時(shí)間后， Uc2 下降到比較器的低觸發(fā)電平，約 1/3Ucc，此時(shí)輸入引腳 3端又由低電平躍升為高電平，如 此反復(fù)，形成方波輸出，其中充放電時(shí)間為： T1=C1(R1+R2)ln2 T2=C1R2ln2 因而輸出的方波頻率為： f=1/(t1+t2)=1/C1(R1+2R2)ln2=50HZ 只要改變定時(shí)元件 R1和 R2就可以改變脈沖的頻率，從多諧振蕩器出來(lái)的信號(hào)又接入到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器它有兩個(gè)觸發(fā)狀態(tài)，一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，一個(gè)暫穩(wěn)定狀態(tài)，在外來(lái)觸發(fā)脈沖作用下，能夠由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)定狀態(tài)，而暫穩(wěn)定狀態(tài)維持一段時(shí)間后，再自動(dòng)的返回到穩(wěn)定狀態(tài)，且暫穩(wěn)定狀態(tài)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短取決與電路本身參數(shù)，圖中， R3,C3和傳感器 HS1101是外接地定時(shí)元件，觸發(fā)脈沖 Ui由 5端輸出，由 8端輸入，下降沿有效，從 9端輸出一個(gè)幅度，寬度都一定的矩形波信號(hào)，輸出的脈沖寬度 Tp為： Tp=R3(C2+Cx)ln3。 A/D 轉(zhuǎn)換 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，簡(jiǎn)稱(chēng) AD，是實(shí)現(xiàn)模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)變的設(shè)備。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的確定 A/D 轉(zhuǎn)換器位數(shù)的確定和系統(tǒng)所需測(cè)量控制的范圍、精度有關(guān)。其一：實(shí)際選取的位數(shù)與其它環(huán)節(jié)所能獲得的精度相適應(yīng)，只要不低于它們就可以，不必太高。其二：如果微處理機(jī)是 51 系列 單片機(jī)，采用 8 位以下的 A/D 轉(zhuǎn)換器時(shí)，接口電路 最簡(jiǎn)單。其三：由于溫室大棚濕 度變化相對(duì)于控制運(yùn)行的速度來(lái)說(shuō)是緩慢的，因此，在 A/D 轉(zhuǎn)換的時(shí)候，也不要求有很快的轉(zhuǎn)換速率。 ADC0809 是采樣分辨率為 8 位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模 —數(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。 11 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?？刂贫?； 3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μs； 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。 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，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 D/A 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近 。 外部特性（引腳功能） ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝 ： IN0～ IN7： 8 路模擬量輸入端 ； 21～ 28： 8 位數(shù)字量輸出端 ； ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址輸入線，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） ； 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） ； 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