【文章內(nèi)容簡介】 外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件。 AT89C51是屬于 CMOS8位微處理器，它的時鐘 電路在結(jié)構(gòu)上有別于 NMOS型的單片機。 CMOS型單片機內(nèi)部（如 AT89C51）有一個可控的負反饋反相放大器，外接晶成都理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 振（或陶瓷諧振器）和電容組成振蕩器，圖 4－ 2為 CMOS型單片機時鐘電路框圖。振蕩器工作受 /PD端控制，由軟件置“ 1” PD（即特殊功能寄存器 ）使 /PD＝ 0，振蕩器停止工作，整個單片機也就停止工作，以達到節(jié)電目的。清“ 0” PD，使振蕩器工作產(chǎn)生時鐘，單片機便正常運行。圖中 SYS為晶振或陶瓷諧振器，振蕩器產(chǎn)生的時鐘頻率主要由 SYS參數(shù)確定（晶振上標(biāo)明的頻率）。電容 C1和 C2的作用有兩個： 其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率 f起微調(diào)作用（ C C2大， f變?。涞湫椭禐?30pF。 復(fù)位電路 計算機在啟動運行時都需要復(fù)位，使中央處理器 CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。 MCS51單片機有一個復(fù)位引腳 RST，它是史密特觸發(fā)輸入 (對于 CHMOS單片機，RST引腳的內(nèi)部有一個拉低電阻 )，當(dāng)振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn) 2個機器周期 (即24個時鐘周期 )以上的高電平，使器件復(fù)位，只要 RST保持高電平， MCS51保持復(fù)位狀態(tài)。此時 ALE、 PSEN、 P0、 P P P3口都 輸出高電平。 RST變?yōu)榈碗娖胶螅顺鰪?fù)位， CPU從初始狀態(tài)開始工作。 單片機采用的復(fù)位方式是自動復(fù)位方式。對于 MOS(AT89C51)單片機只要接一個電容至 VCC即可。在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在 RST端出現(xiàn)一定時間的高電平，只要高電平時間足夠長，就可以使 MCS51有效的復(fù)位。 RST端在加電時應(yīng)保持的高電平時間包括 VCC的上升時間和振蕩器起振的時間， Vss上升時間若為10ms，振蕩器起振的時間和頻率有關(guān)。 10MHZ時約為 1ms， 1MHZ時約為 10ms，所以一般為了可靠的復(fù)位 ， RST在上電應(yīng)保持 20ms以上的高電平。 RC時間常數(shù)越大，上電 RST端保持高電平的時間越長。 若復(fù)位電路失效，加電后 CPU從一個隨機的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運轉(zhuǎn)。 AD 轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)換器是用來通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。 成都理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但在 A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入信號必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號。 A/D 轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號可以有 8 位、 10 位、 12 位和 16位等。 A/D 轉(zhuǎn)換器的工作原理主要介紹以下三種方法： 逐次逼近法 雙積分法 電壓頻率轉(zhuǎn)換法 AD轉(zhuǎn)換四步奏：采樣、保持、量化、編碼。 AD轉(zhuǎn)換技術(shù)指標(biāo)： 1）分辯率 (Resolution) 指數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與 2^n 的比值。分辯率又稱精度，通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。 2） 轉(zhuǎn)換速率 (Conversion Rate)是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的 AD轉(zhuǎn)換所需的時間的倒數(shù)。積分型 AD的轉(zhuǎn)換時間是毫秒級屬低速 AD，逐次比 較型 AD是微秒級屬中速 AD，全并行 /串并行型 AD可達到納秒級。 采樣時間則是另外一個概念，是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率 (Sample Rate)必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。因此有人習(xí)慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是 ksps 和 Msps，表 示每秒采樣千 /百萬次（ kilo / Million Samples per Second）。 3）量化誤差 (Quantizing Error) 由于 AD的有限分辯率而引起的誤差，即有限分辯率 AD 的階梯狀轉(zhuǎn)移 特性曲線 與無限分辯率 AD（理想 AD）的轉(zhuǎn)移特 性曲線（ 直線）之間的最大偏差。通常是 1 個或半個最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為 1LSB、 1/2LSB。 4）偏移誤差 (Offset Error) 輸入信號為零時輸出信號不為零的值，可外接電位器調(diào)至最小。 5）滿刻度誤差 (Full Scale Error) 滿度輸出時對應(yīng)的輸入信號與理想輸入信號值之差。 成都理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 6）線性度 (Linearity) 實際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移，不包括以上三種誤差。 濕度傳感器 濕敏元件的特性 濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。濕敏元件主要電 阻式、電容式兩大類。 濕敏電阻 濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電阻的種類很多，例如金屬氧化特濕敏電阻、硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等。濕敏電阻的優(yōu)點是靈敏度高，主要缺點是線性度和產(chǎn)品的互換性差。 濕敏電容 濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酷酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā) 生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。濕敏電容的主要優(yōu)點是靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實現(xiàn)小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。國外生產(chǎn)濕敏電容的主廠家有 Humirel 公司、 Philips 公司、 Siemens 公司等。以 Humirel 公司生產(chǎn)的 SH1100 型濕敏電容為例，其測量范圍是（ 1%～ 99%） RH，在 55%RH 時的電容量為 180pF（典型值）。當(dāng)相對濕度從 0 變化到 100%時，電容量的變化范圍是163pF～ 202pF。溫度系數(shù)為 ℃ ，濕度滯后量為 177。 %，響應(yīng)時間為 5s。 除電阻式、電容式濕敏元件之外，還有電解質(zhì)離子型濕敏元件、重量型濕敏元件（利用感濕膜重量的變化來改變振蕩頻率）、光強型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測環(huán)境濕度時，濕敏元件要長期暴露在待測環(huán)境中，很容易被污染而影響其測量精度及長期穩(wěn)定性。 濕度測量的名詞術(shù)語 濕度：濕度是表示空氣中水蒸氣的含量。濕度又分為絕對濕度和相對濕度兩成都理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 種。 絕對濕度：絕對濕度亦稱水蒸氣密度，它表示水蒸氣的質(zhì)量與總?cè)莘e的比值， dv 代表絕對濕 度 ,它表示每立方米干燥空氣與水蒸氣的混合物中所含水分的克數(shù)； p為水蒸氣的壓強 (單位是 Pa)；Ｔ ab為干燥空氣的溫度值（單位是℃）．需要指出，國內(nèi)也有人將空氣中所含水蒸氣的壓強理解為絕對濕度，這與國外關(guān)于絕對濕度的定義不相符。 相對濕度：相對濕度表示在相同濕度下大氣中水蒸氣的實際壓強與飽和水蒸氣的壓強之比，通常用百分數(shù)來表示。相對濕度的英文縮寫為ＲＨ (Relative Humidity)， 露點：在水蒸氣冷卻過程中最初發(fā)生結(jié)露的溫度。若氣溫低于露點，水蒸氣開始凝結(jié)。濕度比：它表示水蒸氣的質(zhì)量與干燥空氣的質(zhì)量比。 大氣壓強：在單位面積上大氣的壓力。通常將海平面高度的大氣壓強稱為１個標(biāo)準大氣壓， p0=。大氣壓強隨高度的增加而降低。設(shè)Ａ、Ｂ兩點的高度差 h2h1=h,這兩點的大氣壓強分別為 p1,p2。 當(dāng)距海面高度為 1000M、2020M、 4000M、 8000M 時，大氣壓強就依次降成 ﹑ 、 16p0﹑ 。 水蒸氣壓強：當(dāng)空氣和水蒸氣的混合物與 水（或冰）保持平衡時，就處于飽和狀態(tài)，相對濕度達到 100%，此時水蒸氣對水（或冰）的飽和壓強就稱做水蒸氣壓強。其計算公式比較復(fù)雜，并且計算水和冰的飽和壓強的公式也不同。 LCD 液晶顯示器 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型 液晶模塊它有若干個 5X7 或者 5X11 等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以他不能顯示圖形 1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以 顯示兩行，每行 16 個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780 寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。 成都理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 21 在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、 LED 數(shù)碼管、液晶 顯示器。 在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口 、體積小、重量輕 、功耗低 、 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量 :16 2 個字符 芯片工作電壓 :— 工作電流 :() 模塊最佳工作電壓 : 字符尺寸 : (W H)mm 引腳功能說明： 1602LCD 采用標(biāo)準的 14 腳（無背光）或 16 腳（帶背光）接口， 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。 第 3 腳： VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。 成都理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng) RS和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E端為使 能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15 腳：背光源正極。 第 16 腳：背光源負極。 成都理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 第三章 硬件電路的設(shè)計 濕度傳感器與 ADC0804 連接電路 圖 31 如圖 31把模擬濕度傳感器同 ADC0804 相連由 VIN 端輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)換后 DB0DB7輸出給單片機，因為是 P0 口輸入，需加上上拉電 阻， ADC0804 中 WR、 RD、 CS 端口分別 AT89C51 單片機的 、 、 相連，第九腳要 電壓，就用兩個 1K 電阻串聯(lián)，兩頭分別接地與接 5V 電源，兩電阻之間電壓即為 。 ADC0804 的時序如圖 32所示 : 圖 32 成都理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 LCD 電路圖 圖 33 LCD1602 與 MAC51 的 P1 口相連，如圖 33顯示為學(xué)生姓名拼音和學(xué)號，其時序如圖 34！ 圖 34 成都理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 獨立鍵盤與驅(qū)動電路 圖 35 電路中當(dāng)濕度到達門限值后會報警，同時驅(qū)動電路驅(qū)動電機工作，當(dāng)環(huán)境濕度低于低門限值時系統(tǒng)報警，同時驅(qū)動電路打開加濕器工作，為環(huán)境增加濕度，當(dāng)環(huán)境濕度增加到高于低門限值時系統(tǒng)自動停止報警同時驅(qū)動加濕器停止工作。 總體電路設(shè)計 本系統(tǒng)采用 AT89C51 作為控制系統(tǒng)，通過模擬傳感器把濕度信號采集后送給ADC0804，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后送 入單片