【正文】 8051性能原理的用戶對于ATMEL公司的89系列單片機的運用就可以變得得心應手了。89系列單片機有許多優(yōu)點，其中比較突出的如下：1. 內(nèi)部含F(xiàn)lash存儲器 因為89系列單片機內(nèi)部含有個存儲器，可以使對該單片機的程序進行修改變得更簡單更方便，并且也可以大大減短系統(tǒng)開發(fā)所以的時間。2. 靜態(tài)時鐘方式 89系列采用的是靜態(tài)時鐘，這種方式最大的優(yōu)點就是省電，在能耗這方面的確有優(yōu)勢，故在一些便攜式產(chǎn)品研發(fā)過程中芯片的時鐘方式?？紤]此方式。3. 錯誤編程不會產(chǎn)生廢品 89系列單片機內(nèi)部含有flash存儲器，當編程出現(xiàn)錯誤時，編程者可以進行重新編寫，并且這種重新編寫可以一直到編寫正確為止，故其不會產(chǎn)生廢品。4. 可反復多次進行系統(tǒng)試驗 采用89系列設(shè)計的系統(tǒng)，可以反復進行系統(tǒng)的檢驗，而對于每一次的檢驗，工作者的編程都可以不一樣，這樣系統(tǒng)最后就能達到最佳情況。 AT89C51各引腳介紹本設(shè)計中所用的單片機，其引腳分布如圖所示，具體引腳功能定義如下： AT89C51的引腳圖Vcc：電源引腳，接+5V電源。 Vss：接地。XTAL1，XTAL2：時鐘引腳。兩引腳間外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成一個振蕩器，為單片機提供時鐘控制信號。本設(shè)計根據(jù)需要外接6MHZ晶體。 RST/Vpd：RST是復位信號輸入端，高電平有效。Vpd為備用電源輸入端。XTAL1，XTAL2：外部中斷0的觸發(fā)信號輸入端，低電平或下跳沿有效；：外部中斷1的觸發(fā)信號輸入端，低電平或下跳沿有效。T1：定時器/計數(shù)器T1外部輸入。：外部數(shù)據(jù)存儲器和外部I/O口的寫控制信號，輸出，低電平有效。：外部數(shù)據(jù)存儲器和外部I/O口的讀控制信號，輸出，低電平有效。ALE/：地址鎖存允許信號輸出端，ALE用于將地址總線的低8位鎖存。該信號頻率為振蕩器頻率的1/6，可作為外部定時或時鐘使用。/Vpp：內(nèi)外程序存儲器選擇控制端，輸入。當為低電平時，CPU對程序存儲器的操作僅限于單片機外部程序存儲器。當為高電平時，CPU對程序存儲器的操作就會先從內(nèi)部程序存儲器開始，如果有需要再延伸到單片機的外部程序存儲器。鑒于單片機于實際系統(tǒng)中的用處，本端口接的是高電平。P0口為雙向I/O口，它的結(jié)構(gòu)與P2口相似，可作輸入/輸出口使用，也可作系統(tǒng)擴展的地址/數(shù)據(jù)總線口。本系統(tǒng)將P0口用于作為驅(qū)動8段LED的段選。P1口是8位準雙向I/O口，可以驅(qū)動4個TTL負載，是真正的單純的I/O口。P2口是一個準雙向I/O口，它有兩種功能：一種是作為一般的輸入輸出口來用；另一種是作系統(tǒng)擴展的地址總線口來用，輸出高8位的地址。、。P3口為多功能口，他既可以作為特殊功能端口使用也可作為一般輸入輸出口使用，它的每一位都可定義為第二功能口。而實際上，如果把復用輸出功能控制端置1。三、方案元件的選擇溫度傳感器的比較與選擇方案一：采用熱電阻溫度傳感器熱電阻的工作原理不同于與熱電偶。對于熱電偶，它是一種將溫度變化量轉(zhuǎn)換為電勢變化的熱電勢傳感器。對于熱電阻，大多數(shù)是金屬導體和半導體，它們是基于電阻的熱效應來測量溫度，即電阻的電阻率隨溫度的變化而變化最后反應到電流的變化中，通過測量電路中電流的變化就可知道溫度情況。對于金屬熱電阻，其適應的溫度范圍更寬，大約在200~500℃范圍內(nèi)，其優(yōu)點在于穩(wěn)定性好、測量準確并且性能可靠，因為這些原因其廣泛應用于程控制中。對于鉑電阻，其阻值與溫度之間的關(guān)系接近于線性，在0~85℃范圍內(nèi)可表示為即Rt=R0[1+At+Bt^2] 式中，Rt為溫度t時的阻值；R0為溫度t0（通常t0=0℃）時對應電阻值；A、B為常數(shù)。鉑是貴金屬，在測量精度要求不高、測量范圍比較小的情況下（50~150℃），可采用銅做熱電阻材料，價格便宜，其電阻溫度函數(shù)表達式為 Rt=R0(1+at),式中a=10^3~10^3/℃。大部分熱電阻是由純金屬材料制作而成，此外，目前已開始采用錮、錳和碳等材料制造。~15K溫度域內(nèi)，其測溫靈敏度比鉑電阻高十倍，是一種高準確度低溫熱電阻，缺點是材料很軟，復制性差。錳電阻相對來說靈敏度更高，在2~16K的溫度范圍內(nèi)其電阻率與溫度的平方成正比，但錳的缺點在于很脆且難以控制成形。對于碳電阻，它具有對磁場不敏感且熱容量小等特點適合作液氫溫度域的溫度計，缺點在于其熱穩(wěn)定性較差。方案二：采用AD590溫度傳感器AD590是由AD公司生產(chǎn)的一款電流輸出型的兩端溫度傳感器，其工作原理是利用PN結(jié)的正向電流與溫度具有一定關(guān)系這一特性。當測量的溫度一定時，它的功能可被視為一個恒流源。該器件具有很多優(yōu)點例如具有測量精度高、線性和互換性好且測溫范圍寬并且容易實現(xiàn)。,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Io；3腳為管殼,一般不用。 AD590 的外形電路 集成溫度傳感器電路符號采用 AD590，它的測溫范圍在55℃～+150℃之間，而且精度高。M檔在測溫范圍內(nèi)非線性誤差為177?！妗D590 的測量信號可遠傳百余米。但缺點在于其采集的信號需通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能被單片機“識別”。故所需電路相對較復雜。
方案三：采用集成芯片DS18B20DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，每一片芯片內(nèi)部都有一個全球惟一的64 位編碼，在多路測溫時就是通過匹配這個編碼(ID)來確定下一步對那一個溫度傳感器進行操作，故在同一總線上可以掛接多個傳感器芯片。該芯片具有三引腳TO92小體積封裝形式，測量范圍從55℃到+125℃，等效的華氏溫標范圍是67176。F 到+257176。F，以9到12位數(shù)字值方式讀出溫度并且能夠在750毫秒內(nèi)把12位的溫度變換為數(shù)字。另外，該器件的工作電源既可從遠端引入，也可通過寄生電源產(chǎn)生。由于DS18B20獨特的單線接口特性，使得CPU只需一個I/O口就能和多個DS18B20進行通信，故可節(jié)省許多的邏輯電路和引線。從而可以看出DS18B20可以非常方便的被用于多點溫度檢測系統(tǒng)。綜合比較方案一、二、三，方案三更為滿足本設(shè)計對該器件的性能要求。故最終本系統(tǒng)中采用溫度芯片DS18B20測量溫度。該芯片的物理化學性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，且此元件線形較好。在0—100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。該芯片直接向單片機傳輸數(shù)字信號，便于單片機處理及控制。 溫度芯片DS18B20顯示器的比較與選擇方案一：使用LCD液晶顯示屏LCD液晶顯示屏顯示的信息量大，但相對來說程序和電路都較復雜些。具體優(yōu)缺點如下：LCD優(yōu)點：體積小，畫面清晰度高，使用方便靈活LCD缺點：面積小，視角小，亮度低，觀看距離小，壽命短方案二：使用LED數(shù)碼管LED是Light Emitting Diode的英文縮寫。LED應用可分為兩大類：一是LED顯示屏；二是LED單管應用，包括背光源LED，紅外線LED等。LED數(shù)碼管根據(jù)連接方法的不同可分為共陰極和陽兩類，了解LED的特性，可以使編程更為簡單，不同類型的數(shù)碼管，不僅在其連接的硬件電路方面的一些差異，編程方法也有一定的差異。由于本系統(tǒng)是用于糧食倉庫中，為便于工作人員對溫度數(shù)據(jù)的采集我們采用的是大尺寸LED數(shù)碼管。結(jié)合本系統(tǒng)具體的使用環(huán)境，所以我們選用數(shù)碼管實現(xiàn)我們溫度的顯示。我最終選用的是3英寸的一位數(shù)碼管其型號為XSMS30011B (共陽 Share Anode)。該數(shù)碼管能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動發(fā)光，段驅(qū)動電壓約為8V，小數(shù)點驅(qū)動電壓約為4V,其發(fā)光響應時間極短（），高頻特性好，單色性好，亮度高并且具有壽命長、顯示效果良好、視度寬等優(yōu)點。,其具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：ǖ 3英寸LED內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖繼電器的選擇 在本系統(tǒng)中涉及到驅(qū)動聲光報警器以及驅(qū)動制冷器和制熱器的電路，即需要利用單片機發(fā)出的信號來控制溫度調(diào)節(jié)電路的工作狀態(tài)。由于單片機I/O口的輸出電壓最大為5V，不能直接驅(qū)動這些電器進行工作，于是我們引入了繼電器，它可以實現(xiàn)小電流控制大電流的功能。在聲光報警器電路中，我采用的是電磁繼電器，而在制冷制熱電路中我采用的是固態(tài)繼電器。固態(tài)繼電器與電磁繼電器相比它具有無觸點無動作噪音，開關(guān)速度快無火花干擾和可靠性高等優(yōu)點。在制冷制熱電路中，其被控制回路接入的是220V交流電，為了保證其可靠性更高，于是我選擇了固態(tài)繼電器。四、硬件電路設(shè)計振蕩電路的設(shè)計本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式產(chǎn)生單片機所需的時鐘信號。，由振蕩器OSC和電容C1和C2構(gòu)成了并聯(lián)諧振回路作為定時元件，振蕩源可選用晶體振蕩器或陶瓷振蕩器，~12MHz，電容CC2為5~30pF,起頻率微調(diào)作用。在本電路系統(tǒng)中選用的是晶體振蕩器，晶振頻率為6MHz，C1和C2均為15pF。晶振的頻率越高，則單片機的時鐘頻率越高，單片機運行速度越快。具體電路如下：　　　上電手動復位電路的設(shè)計我設(shè)計的復位電路，其實現(xiàn)的功能是既能實現(xiàn)上電復位，又能實現(xiàn)按鍵復位，故該電路更能滿足系統(tǒng)實際應用要求。當按鈕開關(guān)S1未按下時，電容被充電，當經(jīng)過一定時間后，電容電壓達到5V，當開關(guān)按下，電容開始放電，電阻R26和R27構(gòu)成一個串聯(lián)的分壓網(wǎng)絡，只要讓電阻R27上的分壓達到高電平的閥值，因為我們按動按鈕開關(guān)使其閉合的時間遠遠大于單片機復位所用的時間，所以就可以使單片機復位。由于充電公式：Uc(t)=Uc(0)+[Uc(無窮)Uc(0)](1e^t/RC)；放電公式：Uc(t)=Uc(無窮)+[Uc(0)Uc(無窮)]e^t/RC其中Vc(無窮)為電容電壓充、放電終值，Vc(0)為電容電壓起始值。由于晶體振蕩器