【文章內(nèi)容簡介】 全兼容，具有12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期，我們可以根據(jù)具體需要任意選擇，AT89C51RC系列單片機(jī)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(jī)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(biāo)系統(tǒng)上將程序直接下載進(jìn)系統(tǒng)查看運(yùn)行結(jié)果，故無須仿真器。 AT89C51RC單片機(jī)的特點(diǎn)： 1）增強(qiáng)型6時(shí)鐘/機(jī)器周期，12時(shí)鐘/機(jī)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(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，定時(shí) 器0還可以當(dāng)成2個(gè)8位定時(shí)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(zhǔn)雙向口/弱上拉，作為I/O口用時(shí)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(shí)鐘發(fā)生器。（2）RST：單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)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(gè)系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號，供單片機(jī)的CPU和AD進(jìn)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(jī)的速度就越快，但對存儲器速度要求就高。復(fù)位電路復(fù)位電路圖如圖33所示： 圖33：復(fù)位電路單片機(jī)長期工作難免會出死機(jī)，因此對單片機(jī)要進(jìn)行定時(shí)的復(fù)位操作。復(fù)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(fù)位，當(dāng)單片機(jī)上電時(shí)自動(dòng)復(fù)位，而在單片機(jī)運(yùn)行過程中則通過按鍵S進(jìn)行手動(dòng)復(fù)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(diǎn)。在設(shè)計(jì)中選擇合適的紅外檢測器已成為一個(gè)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(biāo)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(jì)有溫度補(bǔ)償電路和熱性處理電路，因此簡化了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 它的測量距離大約為30米。而且它還同時(shí)具備SPI接口，可以很方便地與MCU進(jìn)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(shí)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(dòng)信號引腳，低電平有效。當(dāng)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(shí)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(shí)序圖紅外測溫模塊的時(shí)序圖如圖35所示，為SPI數(shù)據(jù)格式，TN9在時(shí)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(gè)字節(jié)大小的數(shù)據(jù)，接收正確時(shí)Sum=Item+MSB+LSB；CR稱為結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)CR為0x0dH時(shí)表示完成一次溫度數(shù)據(jù)接收。 一幀數(shù)據(jù)包括5個(gè)Byte，每個(gè)Byte具體代表含義如下： Item：“L”(4CH): 代表目標(biāo)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(shí)序圖3 紅外測溫模塊溫度值的計(jì)算不管我們測量的是環(huán)境溫度還是目標(biāo)溫度，只要我們檢測到Item為0x4cH或0x66H的同時(shí)檢測到CR為0x0dH，那么它們的溫度的計(jì)算原理和方法都是相同的。計(jì)算公式為 ： 溫度 = Temp/16 – （31）其中Temp為十進(jìn)制，但是測量結(jié)果卻為十六進(jìn)制，我們把它直接轉(zhuǎn)換為十進(jìn)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(jī)是直流5V供電，所以需要對交流電進(jìn)行降壓整流，采用LM7805整流得到5V直流供給單片機(jī)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?yàn)閱纹瑱C(jī)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(jī)UART則采用TTL電平,所以如果不進(jìn)行單片機(jī)與電腦串口之間的電平轉(zhuǎn)換,它們就不能直接進(jìn)行通信。我們通過RS232轉(zhuǎn)換電路如此單片機(jī)就可以方便的同PC機(jī)進(jìn)行串口通信，可以同時(shí)接收或傳送外部送來的數(shù)據(jù)。MAX232對單片機(jī)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(fù)責(zé)將兩者之間的電平進(jìn)行統(tǒng)一,只要電平統(tǒng)一了,兩者之間就可以進(jìn)行直接通信,所以我采用了MAX232這一芯片。但是進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，因?yàn)镽S232電路是用正負(fù)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(jī)接口或終端的TTL器件相連接,必須在RS232與TTL電平之間進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)界面，在單片機(jī)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(diǎn)陣字符型液晶顯示模塊，可以顯示兩行共32個(gè)字符。因?yàn)長CD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(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。RW：讀/寫信號選擇端，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作E：使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。LCD顯示電路與單片機(jī)連接圖如圖310所示： 圖30： LCD顯示電路與單片機(jī)的連接示意圖 系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)如圖311所示 ： 圖311： 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)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(gè)模塊：信號采集本系統(tǒng)采用具有安全、準(zhǔn)確、快速等優(yōu)點(diǎn)的TN9系列數(shù)字紅外溫度傳感器進(jìn)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(jìn)行相應(yīng)處理。信號處理紅外溫度傳感器輸出被測目標(biāo)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(jìn)行后續(xù)處理前首先應(yīng)該對傳感器信號進(jìn)行適當(dāng)?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(jī)只對電信號進(jìn)行處理因此該模塊同時(shí)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(jī)只能處理數(shù)字信號，因此需要先將溫度信號進(jìn)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(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)將所接收的數(shù)字信號通過一定的算法轉(zhuǎn)換成實(shí)際溫度值。溫度顯示采用LCD對被測物體溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)人機(jī)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(jì)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(jì)。選擇元器件時(shí)對該系統(tǒng)中主要的器件相關(guān)參數(shù)以及主要功能進(jìn)行了詳細(xì)的描述，對其他未介紹的模擬器件將根據(jù)電路制作實(shí)際情況而定。根據(jù)系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)，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(jì) 軟件總體設(shè)計(jì)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(jì)、AD轉(zhuǎn)換初始化、LCD顯示初始化、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換初始化、時(shí)鐘初始化、UART初始化等幾部分。LCD顯示部分負(fù)責(zé)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(dòng)和AD轉(zhuǎn)換的隨機(jī)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(jì)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(shí)鐘初始化 LCD初始化 數(shù)據(jù)處理 延時(shí) 信號采集 AD初始化UART初始化 圖41：軟件流程圖 AT89C51基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊提供3種時(shí)鐘信號:(1)MCLK是主時(shí)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(shí)鐘，ACLK也