【正文】 8051性能原理的用戶對(duì)于ATMEL公司的89系列單片機(jī)的運(yùn)用就可以變得得心應(yīng)手了。89系列單片機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，其中比較突出的如下：1. 內(nèi)部含F(xiàn)lash存儲(chǔ)器 因?yàn)?9系列單片機(jī)內(nèi)部含有個(gè)存儲(chǔ)器，可以使對(duì)該單片機(jī)的程序進(jìn)行修改變得更簡(jiǎn)單更方便，并且也可以大大減短系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所以的時(shí)間。2. 靜態(tài)時(shí)鐘方式 89系列采用的是靜態(tài)時(shí)鐘，這種方式最大的優(yōu)點(diǎn)就是省電，在能耗這方面的確有優(yōu)勢(shì)，故在一些便攜式產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中芯片的時(shí)鐘方式?？紤]此方式。3. 錯(cuò)誤編程不會(huì)產(chǎn)生廢品 89系列單片機(jī)內(nèi)部含有flash存儲(chǔ)器，當(dāng)編程出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，編程者可以進(jìn)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(huì)產(chǎn)生廢品。4. 可反復(fù)多次進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn) 采用89系列設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)的檢驗(yàn)，而對(duì)于每一次的檢驗(yàn)，工作者的編程都可以不一樣，這樣系統(tǒng)最后就能達(dá)到最佳情況。 AT89C51各引腳介紹本設(shè)計(jì)中所用的單片機(jī)，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(shí)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(gè)振蕩器，為單片機(jī)提供時(shí)鐘控制信號(hào)。本設(shè)計(jì)根據(jù)需要外接6MHZ晶體。 RST/Vpd：RST是復(fù)位信號(hào)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(hào)輸入端，低電平或下跳沿有效；：外部中斷1的觸發(fā)信號(hào)輸入端，低電平或下跳沿有效。T1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1外部輸入。：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部I/O口的寫控制信號(hào)，輸出，低電平有效。：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部I/O口的讀控制信號(hào)，輸出，低電平有效。ALE/：地址鎖存允許信號(hào)輸出端，ALE用于將地址總線的低8位鎖存。該信號(hào)頻率為振蕩器頻率的1/6，可作為外部定時(shí)或時(shí)鐘使用。/Vpp：內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端，輸入。當(dāng)為低電平時(shí)，CPU對(duì)程序存儲(chǔ)器的操作僅限于單片機(jī)外部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)為高電平時(shí)，CPU對(duì)程序存儲(chǔ)器的操作就會(huì)先從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始，如果有需要再延伸到單片機(jī)的外部程序存儲(chǔ)器。鑒于單片機(jī)于實(shí)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(kuò)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(dòng)8段LED的段選。P1口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，是真正的單純的I/O口。P2口是一個(gè)準(zhǔn)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(lái)用；另一種是作系統(tǒng)擴(kuò)展的地址總線口來(lái)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(shí)際上，如果把復(fù)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(duì)于熱電偶，它是一種將溫度變化量轉(zhuǎn)換為電勢(shì)變化的熱電勢(shì)傳感器。對(duì)于熱電阻，大多數(shù)是金屬導(dǎo)體和半導(dǎo)體，它們是基于電阻的熱效應(yīng)來(lái)測(cè)量溫度，即電阻的電阻率隨溫度的變化而變化最后反應(yīng)到電流的變化中，通過(guò)測(cè)量電路中電流的變化就可知道溫度情況。對(duì)于金屬熱電阻，其適應(yīng)的溫度范圍更寬，大約在200~500℃范圍內(nèi)，其優(yōu)點(diǎn)在于穩(wěn)定性好、測(cè)量準(zhǔn)確并且性能可靠，因?yàn)檫@些原因其廣泛應(yīng)用于程控制中。對(duì)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(shí)的阻值；R0為溫度t0（通常t0=0℃）時(shí)對(duì)應(yīng)電阻值；A、B為常數(shù)。鉑是貴金屬，在測(cè)量精度要求不高、測(cè)量范圍比較小的情況下（50~150℃），可采用銅做熱電阻材料，價(jià)格便宜，其電阻溫度函數(shù)表達(dá)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(kāi)始采用錮、錳和碳等材料制造。~15K溫度域內(nèi)，其測(cè)溫靈敏度比鉑電阻高十倍，是一種高準(zhǔn)確度低溫?zé)犭娮?，缺點(diǎn)是材料很軟，復(fù)制性差。錳電阻相對(duì)來(lái)說(shuō)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(diǎn)在于很脆且難以控制成形。對(duì)于碳電阻，它具有對(duì)磁場(chǎng)不敏感且熱容量小等特點(diǎn)適合作液氫溫度域的溫度計(jì)，缺點(diǎn)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(dāng)測(cè)量的溫度一定時(shí)，它的功能可被視為一個(gè)恒流源。該器件具有很多優(yōu)點(diǎn)例如具有測(cè)量精度高、線性和互換性好且測(cè)溫范圍寬并且容易實(shí)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(hào)采用 AD590，它的測(cè)溫范圍在55℃～+150℃之間，而且精度高。M檔在測(cè)溫范圍內(nèi)非線性誤差為177?！妗D590 的測(cè)量信號(hào)可遠(yuǎn)傳百余米。但缺點(diǎn)在于其采集的信號(hào)需通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)才能被單片機(jī)“識(shí)別”。故所需電路相對(duì)較復(fù)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(gè)全球惟一的64 位編碼，在多路測(cè)溫時(shí)就是通過(guò)匹配這個(gè)編碼(ID)來(lái)確定下一步對(duì)那一個(gè)溫度傳感器進(jìn)行操作，故在同一總線上可以掛接多個(gè)傳感器芯片。該芯片具有三引腳TO92小體積封裝形式，測(cè)量范圍從55℃到+125℃，等效的華氏溫標(biāo)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(yuǎn)端引入，也可通過(guò)寄生電源產(chǎn)生。由于DS18B20獨(dú)特的單線接口特性，使得CPU只需一個(gè)I/O口就能和多個(gè)DS18B20進(jìn)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(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。綜合比較方案一、二、三，方案三更為滿足本設(shè)計(jì)對(duì)該器件的性能要求。故最終本系統(tǒng)中采用溫度芯片DS18B20測(cè)量溫度。該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，且此元件線形較好。在0—100攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于1攝氏度。該芯片直接向單片機(jī)傳輸數(shù)字信號(hào)，便于單片機(jī)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(duì)來(lái)說(shuō)程序和電路都較復(fù)雜些。具體優(yōu)缺點(diǎn)如下：LCD優(yōu)點(diǎn)：體積小，畫面清晰度高，使用方便靈活LCD缺點(diǎn)：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(yīng)用可分為兩大類：一是LED顯示屏；二是LED單管應(yīng)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(yáng)兩類，了解LED的特性，可以使編程更為簡(jiǎn)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(cāng)庫(kù)中，為便于工作人員對(duì)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(shí)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(hào)為XSMS30011B (共陽(yáng) Share Anode)。該數(shù)碼管能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，段驅(qū)動(dòng)電壓約為8V，小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)電壓約為4V,其發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短（），高頻特性好，單色性好，亮度高并且具有壽命長(zhǎng)、顯示效果良好、視度寬等優(yōu)點(diǎn)。,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(dòng)聲光報(bào)警器以及驅(qū)動(dòng)制冷器和制熱器的電路，即需要利用單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)來(lái)控制溫度調(diào)節(jié)電路的工作狀態(tài)。由于單片機(jī)I/O口的輸出電壓最大為5V，不能直接驅(qū)動(dòng)這些電器進(jìn)行工作，于是我們引入了繼電器，它可以實(shí)現(xiàn)小電流控制大電流的功能。在聲光報(bào)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(wú)觸點(diǎn)無(wú)動(dòng)作噪音，開(kāi)關(guān)速度快無(wú)火花干擾和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。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(jì)振蕩電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘信號(hào)。，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(shí)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(jī)的時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)運(yùn)行速度越快。具體電路如下：　　　上電手動(dòng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)我設(shè)計(jì)的復(fù)位電路，其實(shí)現(xiàn)的功能是既能實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位，又能實(shí)現(xiàn)按鍵復(fù)位，故該電路更能滿足系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用要求。當(dāng)按鈕開(kāi)關(guān)S1未按下時(shí)，電容被充電，當(dāng)經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，電容電壓達(dá)到5V，當(dāng)開(kāi)關(guān)按下，電容開(kāi)始放電，電阻R26和R27構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)的分壓網(wǎng)絡(luò)，只要讓電阻R27上的分壓達(dá)到高電平的閥值，因?yàn)槲覀儼磩?dòng)按鈕開(kāi)關(guān)使其閉合的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單片機(jī)復(fù)位所用的時(shí)間，所以就可以使單片機(jī)復(fù)位。由于充電公式：Uc(t)=Uc(0)+[Uc(無(wú)窮)Uc(0)](1e^t/RC)；放電公式：Uc(t)=Uc(無(wú)窮)+[Uc(0)Uc(無(wú)窮)]e^t/RC其中Vc(無(wú)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