【文章內(nèi)容簡介】 P2口：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。在訪問外部序程存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX @RI指令）時，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。 Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其它控制信號。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。 P3口除了作為一般的I/0口線外，更重要的用途是它的第二功能。P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 P3口第二功能端口引腳第二功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）（外中斷0）（外中斷1）T0（定時/計數(shù)器0）T1（定時/計數(shù)器1）（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）（外部數(shù)據(jù)存儲去讀選通）RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（CS）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令ALE才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設(shè)置ALE無效。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的PSEN信號不出現(xiàn)。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp,當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。時鐘振蕩器： 外部振蕩電路AT89C51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖32。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容CC2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容CC2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。，這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。 本系統(tǒng)硬件電路部分本系統(tǒng)硬件電路主要包括：單片機主系統(tǒng)電路、時鐘電路、數(shù)據(jù)的存儲擴展電路、LED顯示電路等組成。 系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)采用AT89C51單片機來實現(xiàn)。用濕度檢測電路中的濕敏電阻對土壤濕度進行采集，所得電流信號經(jīng)處理得到可用的電壓信號，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行處理。系統(tǒng)將檢測得土壤的濕度值，送到LED顯示電路顯示，從而實現(xiàn)對土壤濕度的監(jiān)測監(jiān)控，能進行適度范圍設(shè)置和顯示，同時通過模糊控制算法實現(xiàn)對水泵開關(guān)的只能控制。該電路主要由AT89C51系統(tǒng)電路、電源電路、濕度檢測電路、顯示電路、開關(guān)控制電路等組成。軟件選用匯編語言編程。單片機可將土壤濕度傳感器檢測到的土壤濕度模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并傳輸給控制系統(tǒng)檢測是否該灌溉。 單片機主系統(tǒng)電路AT89C51單片機是51系列單片機的一個成員，是8051單片機的簡化版。內(nèi)部自帶2K字節(jié)可編程FLASH存儲器的低電壓、高性能COMS八位微處理器，與Intel MCS51系列單片機的指令和輸出管腳相兼容。由于將多功能八位CPU和閃速存儲器結(jié)合在單個芯片中，因此，AT89C2051構(gòu)成的單片機系統(tǒng)是具有結(jié)構(gòu)最簡單、造價最低廉、效率最高的微控制系統(tǒng)，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，減少了硬件開銷，節(jié)省了成本，提高了系統(tǒng)的性價比。 單片機主機系統(tǒng)圖 時鐘電路單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種微操作的時間基準，時鐘信號通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩和外部振蕩。MCS51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTALl和XTAL2分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內(nèi)部方式時，電路簡單，所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實際使用中常采用這種方式，如圖3所示在其外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式，片內(nèi)高增益反向放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構(gòu)成一個自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其值均為30P左右，晶振頻率選6MHz。RESET 數(shù)據(jù)存儲的擴展電路 AT89C51單片機外接數(shù)據(jù)RAM時，P2口輸出存儲器地址的高8位，PO口分時輸出地址的低8位和傳送指令字節(jié)或數(shù)據(jù)。PO口先輸出低8位地址信號，在ALE有效時將它鎖存到外部地址鎖存器中，然后PO口作為數(shù)據(jù)總線使用，此處地址鎖存器選用74LS373。 數(shù)據(jù)存儲擴展電路 數(shù)據(jù)采集處理電路ADC0809是一種8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部具有鎖存控制的8路模擬開關(guān)，外接8路模擬輸入端，可同時對8路05V的輸入模擬電壓信號分時進行采集轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)只用到INO和INl兩路輸入通道。ADC0809轉(zhuǎn)換器的分辨率為8位，最大不可調(diào)誤差小于士1LSB，采用單一+5V供電，功耗為15mW,不必進行零點和滿度調(diào)整。由于ADC0809轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)寄存器具有可控的三態(tài)輸出功能，輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，故其8位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。A/D轉(zhuǎn)換器需外部控制啟動轉(zhuǎn)換信號方能進行轉(zhuǎn)換，這一啟動轉(zhuǎn)換信號可由CPU提供，不同型號的A/D轉(zhuǎn)換器，對啟動轉(zhuǎn)換信號的要求也不同，分脈沖啟動和電平啟動兩種，ADC0809采用脈沖啟動轉(zhuǎn)換，只需給A/D轉(zhuǎn)換器的啟動控制轉(zhuǎn)換的輸入引腳((START)上，加入正脈沖信號，即啟動A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換開始后，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端(EOC)信號變低，轉(zhuǎn)換結(jié)束時，EOC返回高電平，以通知主機讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量，這個信號可以作為A/D轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)信號供查詢，也可以用作中斷請求信號。 LED顯示電路微機化測控系統(tǒng)中常用的測量數(shù)據(jù)的顯示器有發(fā)光二極管顯示器(簡稱LED或數(shù)碼管)和液晶顯示器(簡稱LCD)。這兩種顯示器都具有線路簡單、耗電少、成本低、壽命長等優(yōu)點，本系統(tǒng)輸出結(jié)果選用4個LED顯示。數(shù)碼管有共陰共陽之分，本系統(tǒng)采用8段共陰型LED，每位數(shù)碼管內(nèi)部有8個發(fā)光二極管，公共端由8個發(fā)光二極管的陰極并接而成，正常顯示時公共端接低電平(GND)，各發(fā)光二極管是否點亮取決于adp各引腳上是否是高電平。 LED數(shù)碼管的外形結(jié)構(gòu)，外部有10個引腳，其中3, 8腳為公共端也稱位選端，其余8個引腳稱為段選端，當要使某一位數(shù)碼管顯示某一數(shù)字((09中的一個)必須在這個數(shù)碼管的段選端加上與數(shù)字顯示數(shù)字對應的8位段選碼(也稱字形碼)，在位選端加上低電平即可。由于系統(tǒng)要顯示的內(nèi)容比較簡單，顯示量不多，所以選用數(shù)碼管既方便又經(jīng)濟。LED有共陰極和共陽極兩種。二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，而共陽極則將發(fā)光二極管的陽極連接在一起，接入+5V的電壓。一位顯示器由8個發(fā)光二極管組成，其中7個發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個筆劃（段）a～g，另一個小數(shù)點為dp發(fā)光二極管。當在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓時，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。為了保護各段LED不被損壞，需外加限流電阻。數(shù)碼管顯示器有兩種工作方式，即靜態(tài)顯示方式和動態(tài)掃描顯示方式。為節(jié)省端口及降低功耗，本系統(tǒng)采用動態(tài)掃描顯示方式。動態(tài)掃描顯示方式需要解決多位LED數(shù)碼管的“段控”和“位控”問題，本電路的通過P1口實現(xiàn)：而每一位的公共端，即LED數(shù)碼管的“位控”，則由P3口控制。這種連接方式由于多位字段線連在一起，因此，要想顯示不同的內(nèi)容，必然要采取輪流顯示的方式，即在某一瞬間，只讓其中的某一位的字位線處于選通狀態(tài)，其它各位的字位線處于斷開狀態(tài)，同時字段線上輸出這一位相應要顯示字符的字段碼。在這一瞬時，只有這一位在顯示，其他幾位則暗。在本系統(tǒng)中，字位線的選通與否是通過PNP三極管的導通與截止來控制，即三極管處于“開頭”狀態(tài)。因AT89C51單片機I/O口資源有限，必須對其Il0口進行擴展才能滿足實現(xiàn)系統(tǒng)功能，所示為用ZLG1289擴展1/0口的4個8位LED動態(tài)顯示器，顯示掃描由程控實現(xiàn)，其中PA口輸出字型碼，PC口輸出位選信號即掃描信號，IO/ ，= =1時，選中8155芯片內(nèi)三個I/O口。 電磁離合器異步電動機 電機概念介紹電磁離合器電機又稱為電磁調(diào)速異步電動或滑差電機，它是一種恒轉(zhuǎn)矩交流無級變速電動機。電磁離合器是一種能在運動中及負載下對各種機械的主動軸和執(zhí)行機構(gòu)的從動軸實現(xiàn)迅速聯(lián)結(jié)、分離、制動或?qū)膭虞S的輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向進行調(diào)節(jié)的自動電磁元件，其應用十分廣泛。特別是動作快速的電磁離合器，可用在仿形機床的進給系統(tǒng)，以及在數(shù)控機床中，用來代替液壓馬達作為執(zhí)行機構(gòu)。電磁離合器工作過程分為啟動、力矩上升和離合器斷開過程。由于它具有調(diào)速范圍廣、速度調(diào)節(jié)平滑、起動轉(zhuǎn)矩大、控制功率小、有速度負反饋的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)時機械特性硬度高等一系列優(yōu)點，因此得到廣泛應用。帶有速度負反饋的電磁調(diào)速異步電動機的主要缺點是：在空載或輕載(小于lO％額定轉(zhuǎn)矩)時，由于反饋不足，會造成失控現(xiàn)象；在調(diào)速時，隨著轉(zhuǎn)速降低，離合器的輸出功率和效率也相應地按比例下降。所以此電機適用于長期高速運轉(zhuǎn)和短時間低速運轉(zhuǎn)。為適應低速運轉(zhuǎn)的需要，在采用電磁調(diào)速異步電動機作主驅(qū)動中往往再配裝一臺三相異步電動機作為低速電機使用。 電磁離合器電機結(jié)構(gòu)及原理電磁離合器電機是由普通鼠籠式異步電動機、電磁滑差離合器和電氣控制裝置三部分組成。異步電機作為原動機使用，當它旋轉(zhuǎn)時帶動離合器的電樞一起旋轉(zhuǎn)，電氣控制裝置是提供滑差離合器勵磁線圈勵磁電流的裝置。這里主要介紹電磁滑差離合器。它包括電樞、磁極和勵磁線圈三部分。電樞為鑄鋼制成的圓筒形結(jié)構(gòu)，它與鼠籠式異步電動機的轉(zhuǎn)軸相連接，俗稱主動部分；磁極做成爪形結(jié)構(gòu)，裝在負載軸上，俗稱從動部分。主動部分和從動部分在機械上無任何聯(lián)系。當勵磁線圈通過電流時產(chǎn)生磁場，爪形結(jié)構(gòu)便形成很多對磁極。此時若電樞被鼠籠式異步電動機拖著旋轉(zhuǎn)，那么它便切割磁場相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，于是從動部分的磁極便跟著主動部分電樞一起旋轉(zhuǎn)，前者的轉(zhuǎn)速低于后者，因為只有當電樞與磁場存在著相對運動時，電樞才能切割磁力線，磁極隨電樞旋轉(zhuǎn)的原理與普通異步電動機轉(zhuǎn)子跟著定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場運動的原理沒有本質(zhì)區(qū)別，所不同的是：異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場由定子繞組中的三相交流電產(chǎn)生，而電磁滑差離合器的磁場則由勵磁線圈中的直流電流產(chǎn)生，并由于電樞旋轉(zhuǎn)才起到旋轉(zhuǎn)磁場的作用。 本章小結(jié)本章主要敘述了控制系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計過程。首先，對本系統(tǒng)硬件部分先進行了總體概述并選擇出單片機型號，除單片機的最小系統(tǒng)外，將其它需設(shè)計的電路歸為輸入與輸出通道的設(shè)計。在輸入通道方面，包括有數(shù)據(jù)的采集（濕度）、外接鍵盤的按鍵輸入；在輸出通道方面，異步電動機電磁離合器的驅(qū)動、LED數(shù)碼管的輸出數(shù)據(jù)等，對硬件輸入與輸出兩方面的每一部分都進行了較詳細的敘述，包括各器件的選型以及相關(guān)的信號調(diào)理電路。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件程序設(shè)計主要包括:主程序設(shè)計，采樣子程序設(shè)計，數(shù)據(jù)處理程序，顯示子程序，串口通信程序等。各芯片地址編碼為:RAM6116: OFOOOHOF7FFH 81551/0口:7FF8H 7FFDHADC0809: OBFF8HOBFFFH 本系統(tǒng)的主程序設(shè)計ADTURNO EQU 21H 。INO通道A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存放首址ADTURN1 EQU 2CH 。IN1通道A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存放首址LINEADRO EQU 37H 。1N0采集數(shù)據(jù)經(jīng)濾波處理數(shù)據(jù)存放地址LINEADR1 EQU 38H 。INl采集數(shù)據(jù)經(jīng)濾波處理數(shù)據(jù)存放地址 LINEADR EQU 39H 。平均值存放地址 HUMID EQU 3BH 。標度變換后的濕度值存放地址 BCDADR EQU 3CH 。BCD轉(zhuǎn)換后的濕度值存放地址 HUMADR EQU 3DH 。上位機傳來的濕度值存放地址 TIMEADR EQU 3EH 。上位機傳來的時間值存放地址 T100US EQU 25650 。延時參 Cl00US EQU 3FH