【文章內(nèi)容簡介】 央處理器（CPU）, 8k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器，256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，32 個外部雙向輸入/ 輸出（I/O）口， 5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷，2 個 16 位可編程定時計數(shù)器,2個 全雙工串行通信口，片內(nèi)特殊功能寄存器（SFR ）,看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。引腳如圖 所示，以下是各引腳的說明 [3]。圖 單片機管腳圖VCC：AT89S52 [4]電源正端輸入，接+5V。VSS：電源地端。XTAL1：單芯片系統(tǒng)時鐘的反向放大器輸入端。XTAL2：系統(tǒng)時鐘的反向放大器輸出端。RESET：復位信號輸入端。單片機運行時，在此端口上加上持續(xù)時間為 2個機器周期（24 個時鐘周期）的高電平時，系統(tǒng)完成復位操作。單片機復位能解決單片機內(nèi)部寄存器的初始化以及單片機出現(xiàn)程序“跑飛”的現(xiàn)象。ALE/PROG：ALE 為地址鎖存允許信號，當單片機上電正常工作后，ALE引腳輸出正脈沖信號。如果要訪問外部存儲器時，ALE 輸出負跳變作為低 8 位地址鎖存信號。PROG 是該引腳的第二功能。在對片內(nèi) EPROM 型單片機編程時，此引腳作為編程脈沖輸入端。EA：EA 為內(nèi)外部程序存儲器選擇控制端。當 EA 端為高時單片機訪問內(nèi)部程序存儲器，在 PC 值超過 0X1FFFH 時，單片機將自動轉向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。當 EA 端為低電平時單片機只訪問外部程序存儲器。PSEN：PSEN 為程序存儲器允許輸出控制端。在單片機訪問外部程序存儲器是，此引腳輸出負脈沖作為讀外部程序存儲器的選通信號。PORT0（―）：端口 0 是一個 8 位寬的漏極開路雙向輸出入端口。除了作為普通并行 I/O 口外，還可作為低 8 位數(shù)據(jù)總線和地址總線時分復用端口。PO 口是漏極開路，當作為普通 I/0 口時必須接上拉電阻。接上拉電阻后最多可驅動 8 個 LS TTL 負載。PORT1(―)：端口 1 也是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動 4 個 LS TTL 負載，若將端口 1 的輸出設為高電平，使是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。PORT2(―)：端口 2 是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，每一個引腳可以推動 4 個 LS 的 TTL 負載，若將端口 2 的輸出設為高電平時，此端口便能當成輸入端口來使用。P2 除了當做一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S52擴充外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié) A8―A15 ，這個時候 P2 便不能當做 I/O 來使用了。PORT3（―）：端口 3 也具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動 4 個 TTL 負載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容的讀取或寫入控制等功能。其引腳分配如下：：RXD, 串行通信輸入。：TXD,串行通信輸出。：INT0,外部中斷 0 輸入。：INT1,外部中斷 1 輸入。：T0 ，計時計數(shù)器 0 輸入。：T1 ，計時計數(shù)器 1 輸入。：WR, 外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。：RD,外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。 模塊原理圖圖 單片機模塊原理圖AT89S52[5]是整個系統(tǒng)中微型處理器，此芯片負責控制 AD7896 進行 AD 轉換，接收 AD7896 的轉換數(shù)據(jù)，AD 轉換后數(shù)據(jù)處理，控制 nRF24l01，將數(shù)據(jù)傳送給 nRF24L01，控制 LCD1602 進行數(shù)據(jù)顯示。上圖 為單片機模塊原理圖。時鐘電路用于產(chǎn)生 AT89S51 單片機工作時所必需的時鐘信號。時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這里我們選用 的晶振，由于當晶體振蕩器振蕩頻率在 1M 到 12M 之間取值時，兩個微調電容的典型取值通常選擇在 22pF 左右。單片機的復位需要至少 2 個機器周期的高電平，復位電路必須確保系統(tǒng)上電時能夠自動復位，在必要時還可以手動復位。系統(tǒng)上電上電時，C1 兩端的電壓為零，在上電的瞬間我們可以看做一個交流信號穿過電容 C1，使得電容 C1負端的電壓為高，單片機復位，經(jīng)過 4—5 個 τ 后，C1 兩端的電壓約為零。按鍵復位時，按鍵 SW1 按下后，單片機的復位端的電平為高電平，單片機復位，在按鍵松開時，經(jīng)過 4—5 個 τ 后，單片機復位端的電平為低電平，單片機退出復位狀態(tài)。 溫度采集與放大模塊 AD590 簡介AD590[6]是一個將輸出電流比例轉換成絕對溫度的二終端集成電路溫度變換裝置。電源電壓在+4 V 和+30 V 之間設備作為一個高阻抗、恒定電流為 1 uA/K 的裝置。芯片的薄膜電阻器的激光微調裝置被用于將設備微調至在 (+25176。C)時輸出 uA。AD590 的引腳圖和電路符號如圖 和圖。AD590 有以下特點：線性電流傳感器：1 uA/K范圍：55176。C+150 176。C陶瓷傳感器探頭兼容包終端裝置：電壓/電流激光微調到177。176。C 校準精度(AD590M)良好的線性：177。176。C 覆蓋全量程(AD590M)供電電壓范圍：+4 V +30 V 圖 AD590 引腳圖 圖 AD590 電路符號 AD590 的工作原理在被測溫度一定時，AD590 相當于一個恒流源，把它和 5～30V 的直流電源相連，并在輸出端串接一個 10kΩ 的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測溫度成正比，此時電阻兩端將會有 10mV／K 的電壓信號。其基本電路如圖 所示。圖 AD590 內(nèi)部基本原理圖 圖 是利用 ΔUBE 特性的集成 PN 結傳感器 [7]的感溫部分核心電路。其中VV 2 起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流 I1 和 I2 相等；V V 4是感溫用的晶體管，兩個管的材質和工藝完全相同，但 V3 管的發(fā)射面積是 V4管的 8 倍，即 r=8，流過電路的總電流 I： be12IlnqUKTR???A當式中 R 和 r 為固定值時，電路的輸出電流和溫度有良好的線性關系。取R=358Ω，則電路的溫度系數(shù)為 2ln=1uA/qTdIKCR??? 溫度采集電路AD590 基本上是一個 PTAT（正比于絕對溫度）電流調節(jié)器。通過調整理論溫度（例如：輸出電流）接近于實際溫度，這些因子在模式下被修正接近 1 uA/K。在+25176。C ()內(nèi)，當在 AD590 串聯(lián)一個 10K 的電阻，這 10K 的電阻由一個固定阻值的 的電阻和一個 1K 的可調電阻構成，1K 的可調電阻主要是提高 10K 電阻的精度。故 AD590 的 2 端的電壓隨溫度的變化速率為 10mV/K。接 CN1 跳線主要是為了調試的便利，斷開跳線可以在中間接電流表測量 AD590的輸出電流。下圖為信號采集電路 [8]的原理圖。圖 溫度采集電路原理圖 放大電路圖 放大電路原理圖AD623 是基于改進的傳統(tǒng)三運放方案的儀表放大器 [4]，具有低輸入輸出失調電壓，絕對增益精確性，并且只需要一個外接電阻設置增益，使 AD623 成為同類產(chǎn)品中中最通用的儀表放大器之一。AD623 輸入作為電壓緩沖器的 PNP 晶體管上，并且提供一個共模信號輸入放大器。每個放大器介入一個精確地 50KΩ 的反饋電阻以保證增益可編程。差分輸出增益為： (21) 10KAvRg??（ ）下面我們來計算一下信號需要放大的倍數(shù)。系統(tǒng)采用的模數(shù)轉換器的參考電壓是 5V,溫度的測量范圍為 100℃，那么每攝氏度所對應的最大的電壓是 (22)5Vmax=0/1?℃℃而信號采集到的信號電壓隨溫度的變化速率為 (23)inuA/K/m??℃為了最大提高系統(tǒng)精度，就讓輸入信號放大倍數(shù)設置為 (24)50mV/A1?℃ 倍℃又由于 AD623 的增益放大倍數(shù)可得 (25)Rg=()VK?故 (26)25??在圖中 25KΩ 的電阻由阻值固定的 20KΩ 的電阻 R4 和 10KΩ 的可調電阻R5 組成。調試時候將 R4 和 R5 串聯(lián)后的電阻調為 25K 歐姆，加可調電阻主要是為了降低由于電阻值的偏差帶來的誤差，提高系統(tǒng)精度。AD623 的輸出端并聯(lián)電容主要是起濾波的作用，而 5V 的穩(wěn)壓管主要是起保護作用，由于運放的供電電源是 9V，可能會由于某些原因（上電時沒有接上信號采集電路中的跳線而使得 AD623 的輸出電壓為 9V）使輸出端的電壓高于 5V,這是 5V 的穩(wěn)壓管就能方向擊穿是輸出端的電壓穩(wěn)定在 5V,從而保護單片機的輸入口。 信號電壓調整電路圖 電壓調整電路原理圖圖 為電壓調整電路的原理圖，此電路為電壓調整電路 [9]，就是一個輸出電壓可調的電源。接到 AD623 的反相端。由于 AD623 是差分放大電路，將此電壓信號接到 AD623 的方向端可達到將 AD590 采集到的電壓信號降低 再放大的目的。那為什么對 AD590 采集到的電壓信號進行調整呢？目的有三：其一，為了讓采集到的信號在模擬數(shù)值轉換器的基準電壓范圍內(nèi)。我們要測量的溫度范圍是 0℃至 100℃，而采集到的電壓信號的變化范圍是 至,電壓放大 5 倍后電壓信號變化范圍是 至 。而我們的模數(shù)轉換器的參考電壓是 5V,已經(jīng)超過了模數(shù)轉換器的電壓轉換的量程，所以必須想辦法同時減小 0℃和 100℃的電壓而不影響系統(tǒng)的整體設計思路。我們可以利用 AD623 的差分放大的特性，在 AD623 的反相端接入一個穩(wěn)定的電壓，進行差分放大。反相端接入的電壓值就為 AD590 在 0℃是采集電路采集到的電壓信號大小。正常情況下 AD590 在 0℃時輸出的電流大小為 273uA，那么信號采集電路采集到的電壓信號大小就為 ，經(jīng)過電壓調整后采集到的電壓信號變化范圍就變?yōu)榱?0V 至 1V，放大 5 倍后電壓變化范圍從 0V 至 5V，剛好達到滿量程變化。其二，將溫度單位從開爾文轉換為攝氏度。首先溫度單位開爾文和攝氏度之間的轉換關系為 (27)KT273??也就是開爾文和攝氏度之間是存在線性關系的。我們可以利用這種線性關系來調整溫度的單位。設某一時刻溫度開爾文值是 K1，對應的攝氏度溫度為T1，采集到電壓信號的值為 U0，電壓調整后的電壓為 U1，經(jīng)過放大器后輸出的電壓為 U2，則 (28)U0K1mV/10/?????℃將上式變換后 (29)??℃根據(jù)上式可將電壓調整為 (210)?再將電壓放大 5 倍后得到 (211)?????℃這樣 (212)2T1?這樣不僅消除了一次函數(shù)的常數(shù)，使得輸出電壓 U2 和溫度 T1 成正比例關系，這樣也大大降低了調試的難度。其三，對 AD590 進行非線性補償。圖 5 顯示的是在校準誤差修正前后一個典型的 AD590 的溫度曲線。圖 AD590 非線性補償由于電源電壓，電阻的阻值，各種器件的溫漂，AD590 的輸出電流隨電源的影響會使得 AD590 的特性曲線有一定的變化，這樣通過調整電壓可以進行系統(tǒng)非線性誤差調整。那如何進行調整呢？設 AD590 在 25℃的時候輸出電流為，那么經(jīng)過 10K 的電阻后信號為 ，在不考慮誤??298XuA?? ????差的情況下，AD590 在 25℃時信號采集電路輸出的電壓應該是 ，那么要進行系統(tǒng)的非線性補償，則可以通過改變調整電壓電路的電壓 ， 使得.AD623 在 25℃時輸出電壓為 。這樣就很簡單有效的進行了非線性誤差調整，提高了系統(tǒng)精度。圖 為 AD590 非線性補償示意圖。 模數(shù)轉換模塊圖 AD7896 原理圖AD7896 是一種 12 位低功耗高速串行 AD 轉換器。該產(chǎn)品有 8 腳 Plastic DIP，Lead Cerdip 和 SOIC 三種封轉形式，且?guī)в袃?nèi)部時鐘。 AD7896 的外部接線很簡單，轉換時間為 8us，采用標準的同步串行接口輸出和 至 單一電源供電。圖 AD7896 時序圖圖 是 AD7896 工作在高速模式時的時序圖，在此模式下，啟動信號CONVST 一般處于高電平。當 CONVST 輸入一個負脈沖，其下降沿將啟動一次轉換，該信號出發(fā) BUSY 由低電平變?yōu)楦唠娖剑⑶覙擞涋D換正在進行。經(jīng)過最大 8us 后轉換結束，BUSY 自動從高電平變?yōu)榈碗娖?，然后?16 個時鐘讀出轉換數(shù)據(jù)進行存儲，時鐘脈沖頻率最大 10MHz（ +5V）供電，讀出數(shù)據(jù)最短為 ，在經(jīng)過 400ns 時間等待，在下一次轉換開始時，數(shù)據(jù)串行移位輸出，整個轉換時間最短為 10us。AD7896 將 AD623 放大后的信號進行模擬數(shù)字轉換后送給單片機。 無線發(fā)射模塊該模塊由挪威(Nordic) 公司生產(chǎn)的 nRF24L01[10]及