【文章內(nèi)容簡介】 全兼容，具有12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期，我們可以根據(jù)具體需要任意選擇，AT89C51RC系列單片機具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，如此可以不用去購買通用編程器，單片機在用戶系統(tǒng)上就能夠?qū)崿F(xiàn)用戶程序的下載與燒錄，無須將其從以生產(chǎn)好的產(chǎn)品上拆下。由于用戶可以在目標系統(tǒng)上將程序直接下載進系統(tǒng)查看運行結(jié)果，故無須仿真器。 AT89C51RC單片機的特點： 1）增強型6時鐘/機器周期，12時鐘/機器周期8051 CPU； 2）工作電壓：； 3）外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷；共3個16位定時器/計數(shù)器，定時 器0還可以當成2個8位定時器使用； 4）工作頻率范圍：040MHz； 5）4k的Flash程序存儲器； 6）片上集成512字節(jié)RAM； 7) ISP/IAP； 8) 通用I/O口，P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，作為I/O口用時需要加上拉電阻； AT89C51各引腳的功能描述如下：（1）XTAL1——輸入到振蕩器的反向放大器； XTAL2——反向放大器輸出，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器。（2）RST：單片機的上電復位或掉電保護端；（3）ALE: 地址鎖存有效信號輸出端；（4）：片外程序存儲器讀選通信號輸出端。晶振電路 晶振電路圖如圖32所示： 圖32：晶振電路圖晶振為整個系統(tǒng)提供時鐘信號，供單片機的CPU和AD進行數(shù)據(jù)處理使用，電路中的電容C1和C2的選擇在30PF左右，但是如果電容太小會影響振蕩的頻率、穩(wěn)定性和快速性。頻率越高單片機的速度就越快，但對存儲器速度要求就高。復位電路復位電路圖如圖33所示： 圖33：復位電路單片機長期工作難免會出死機，因此對單片機要進行定時的復位操作。復位電路由電阻、電容、二極管以及按鍵組成如Error! Reference source not 。電容和電阻組成上電復位，當單片機上電時自動復位，而在單片機運行過程中則通過按鍵S進行手動復位。 紅外測溫傳感器此紅外測溫模塊采用非接觸式方法，解決了傳統(tǒng)測溫中需要接觸的問題，具有回應(yīng)速度快，測量精度高，測量范圍廣等優(yōu)點。在設(shè)計中選擇合適的紅外檢測器已成為一個重要問題。首先考慮的是器件的以下性能參數(shù):光譜響應(yīng)范圍、響應(yīng)速度、有效檢測面積、元件數(shù)量和檢測目標的溫度。本紅外測溫儀選用了TN9的紅外探測器作為測溫模塊，它是一種集成的紅外熱探測器，內(nèi)部設(shè)計有溫度補償電路和熱性處理電路，因此簡化了本系統(tǒng)的設(shè)計。 它的測量距離大約為30米。而且它還同時具備SPI接口，可以很方便地與MCU進行數(shù)據(jù)的傳送工作。其相關(guān)資料如下：VDCAG TN9紅外 熱傳感器紅外測溫傳感器的引腳介紹 圖34 紅外測溫傳感器引腳圖紅外測溫傳感器引腳圖如圖34所示，其中V為電源引腳VCC，VCC一般為3V到5V之間大小的電壓，但是該系統(tǒng)采用的是5V電壓；D為數(shù)據(jù)接收引腳，如果沒有數(shù)據(jù)接收時D就為高電平；C就為2KHz Clock輸出引腳；G為接地引腳；A為測溫啟動信號引腳，低電平有效。當它通過紅外溫度傳感器掃描被測物體，、。TN9直流參數(shù)如表31所示： 表31：TN9直流參數(shù) 工作參數(shù)符號 數(shù)值結(jié)果單位測試條件工作最小值典型值工作最大值工作電壓 VDD__v工作電流__69mAVDD==600KHZ靜態(tài)電流__3uAVDD=輸入高電平____uAVDD=輸入低電平____uAVDD=高電平輸出電流____mAVDD==低電平輸出電流____mAVDD== 測試條件 33~220℃分辨力 1/16℃ = 工作范圍 10~50℃響應(yīng)時間 精 度+/ ℃波長 5um~14um 刷新頻率 表32 ：TN9測試條件及范圍參數(shù)表 2 紅外測溫模塊時序圖紅外測溫模塊的時序圖如圖35所示，為SPI數(shù)據(jù)格式，TN9在時鐘的下降沿接收數(shù)據(jù)，在完成一次溫度測量的過程中需要接收5個字節(jié)大小的數(shù)據(jù)，接收正確時Sum=Item+MSB+LSB；CR稱為結(jié)束標志，當CR為0x0dH時表示完成一次溫度數(shù)據(jù)接收。 一幀數(shù)據(jù)包括5個Byte，每個Byte具體代表含義如下： Item：“L”(4CH): 代表目標溫度，“f”(66H): 代表環(huán)境溫度 MSB：8 bit Data Msb LSB：8 bit Data Lsb Sum：Item+MSB+LSB=SUM CR： 0DH,結(jié)束碼 圖35：紅外測溫模塊時序圖3 紅外測溫模塊溫度值的計算不管我們測量的是環(huán)境溫度還是目標溫度，只要我們檢測到Item為0x4cH或0x66H的同時檢測到CR為0x0dH，那么它們的溫度的計算原理和方法都是相同的。計算公式為 ： 溫度 = Temp/16 – （31）其中Temp為十進制，但是測量結(jié)果卻為十六進制，我們把它直接轉(zhuǎn)換為十進制即可。TN9電路模塊如圖36所示： 圖36：TN9紅外測溫模塊電路 單片機是直流5V供電，所以需要對交流電進行降壓整流，采用LM7805整流得到5V直流供給單片機使用，電路圖如下圖37：圖3－7：整流電源電路 RS232電路轉(zhuǎn)換模塊因為單片機中的UART和電腦串口RS232的區(qū)別僅在于電平類型的不同,電腦串口采用的是RS232電平,而單片機UART則采用TTL電平,所以如果不進行單片機與電腦串口之間的電平轉(zhuǎn)換,它們就不能直接進行通信。我們通過RS232轉(zhuǎn)換電路如此單片機就可以方便的同PC機進行串口通信，可以同時接收或傳送外部送來的數(shù)據(jù)。MAX232對單片機與電腦串口兩者之間通信的數(shù)據(jù)沒有其他任何作用,只是負責將兩者之間的電平進行統(tǒng)一,只要電平統(tǒng)一了,兩者之間就可以進行直接通信,所以我采用了MAX232這一芯片。但是進行串行通訊時要滿足一定的條件，因為RS232電路是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)的,然而TTL卻是用高低電平來表示邏輯狀態(tài)的,因此,為了能夠和PC機接口或終端的TTL器件相連接,必須在RS232與TTL電平之間進行電平轉(zhuǎn)換。近年來集成電路轉(zhuǎn)換器件的使用越來越廣泛。RS232被普遍定義為一種在低速串行通信中增加通信距離的單端標準通信。RS232轉(zhuǎn)換電路圖如圖38所示：圖38：RS232轉(zhuǎn)換電路圖 MAX232芯片是專門為電腦的RS232標準串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換的芯片,使用+5v單電源供電。圖38所示RXD和TXD接單片機相應(yīng)接口。MAX232引腳圖如圖39所示： 圖39：MAX232引腳圖 LCD顯示模塊液晶顯示器簡稱LCD顯示器，液晶顯示模塊是一種常見的人機界面，在單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用極其廣泛。本系統(tǒng)采用的是1602的LCD接口。1602是一種點陣字符型液晶顯示模塊，可以顯示兩行共32個字符。因為LCD型號不同，所需要的背光電阻大小也會不同，根據(jù)具體要求可自行調(diào)節(jié)。其主要引腳的功能如下：RS：數(shù)據(jù)/命令選擇端，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器。RW：讀/寫信號選擇端，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作E：使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。LCD顯示電路與單片機連接圖如圖310所示： 圖30： LCD顯示電路與單片機的連接示意圖 系統(tǒng)總體電路設(shè)計如圖311所示 ： 圖311： 系統(tǒng)總體設(shè)計電路圖 硬件電路功能系統(tǒng)硬件電路主要完成溫度信號采集、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)處理、溫度顯示四大功能，因此可以將硬件電路分為以下四個模塊：信號采集本系統(tǒng)采用具有安全、準確、快速等優(yōu)點的TN9系列數(shù)字紅外溫度傳感器進行溫度信號采集。紅外溫度傳感器感知被測物體的溫度和環(huán)境溫度，然后通過內(nèi)部調(diào)理電路處理，分別將被測物體紅外輻射能量和環(huán)境溫度信號轉(zhuǎn)化為電壓信號和電阻信號，再送入后續(xù)調(diào)理電路進行相應(yīng)處理。信號處理紅外溫度傳感器輸出被測目標溫度信號大都為毫伏級甚至微伏級的電壓信號，其輸出信號攜帶大量噪聲，因此在進行后續(xù)處理前首先應(yīng)該對傳感器信號進行適當?shù)姆糯鬄V波處理，濾除噪聲，放大有用信號。此外，由于單片機只對電信號進行處理因此該模塊同時還完成電阻值信號到電壓信號的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)處理由前兩部分電路輸出的信號都是模擬信號，而單片機只能處理數(shù)字信號，因此需要先將溫度信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換完成后的數(shù)據(jù)才能送入單片機進行處理。單片機將所接收的數(shù)字信號通過一定的算法轉(zhuǎn)換成實際溫度值。溫度顯示采用LCD對被測物體溫度進行實時顯示，實現(xiàn)人機數(shù)據(jù)交互，方便對信息的查詢。 本章小結(jié)本章主要介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案、元器件型號的選擇以及每一模塊的具體原理圖設(shè)計。選擇元器件時對該系統(tǒng)中主要的器件相關(guān)參數(shù)以及主要功能進行了詳細的描述，對其他未介紹的模擬器件將根據(jù)電路制作實際情況而定。根據(jù)系統(tǒng)框圖的設(shè)計，本章應(yīng)用Proutues畫出相應(yīng)的模塊的電路原理圖，原理圖布線。第4章 軟件設(shè)計 軟件總體設(shè)計紅外熱輻射測溫系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)較為簡單，包含了TN9紅外測溫傳感器軟件設(shè)計、AD轉(zhuǎn)換初始化、LCD顯示初始化、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換初始化、時鐘初始化、UART初始化等幾部分。LCD顯示部分負責將被測溫度和環(huán)境溫度在LCD對應(yīng)位置顯示出來。數(shù)據(jù)處理采用取8次轉(zhuǎn)換結(jié)果求平均的方式，目的是為了減小因數(shù)據(jù)的波動和AD轉(zhuǎn)換的隨機性誤差對結(jié)果造成的偏差；被測物體溫度根據(jù)環(huán)境溫度，同樣采取結(jié)合計算與查表的方式來獲取。系統(tǒng)軟件流程如圖41所示：系統(tǒng)初始化 開始 溫度顯示 時鐘初始化 LCD初始化 數(shù)據(jù)處理 延時 信號采集 AD初始化UART初始化 圖41：軟件流程圖 AT89C51基礎(chǔ)時鐘模塊提供3種時鐘信號:(1)MCLK是主時鐘，其來自XTZCLK、LFXTICLK以及DCO信號經(jīng)過l、4或8分頻后得到，MCLK用于CPU和系統(tǒng)使用。(2)ACLK是輔助時鐘，ACLK也