【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 9C51 單片機(jī)的基本功能方塊圖。 外時(shí)鐘源 外部事件計(jì) 數(shù) 振蕩器和時(shí)序 OSC 程序存儲(chǔ)器 4 KB ROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 256 B RAM/SFR 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 16 AT89C51 — 7 — 外中斷 控制 并行口 串行通信 圖 2 AT89C51 功能方塊圖 AT89C51 引腳第二功能介紹 VCC：正極。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口。當(dāng)需要 進(jìn)行 FLASH 校檢使， P0 口必須外加上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個(gè) 8 位雙向 I/O 口，其內(nèi)部提供上拉電阻，能夠使 4 個(gè) TTL 門(mén)電流通過(guò)。當(dāng)置 P1 口為高電平時(shí)， P1 口的管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，可以輸入電流；相反，置 P1 口味低電平時(shí)，將輸出。這就是內(nèi)部上拉的作用。在 FLASH 校驗(yàn)和編程時(shí)，P1 口作為地址接收。 P2 口： P2 口也是一個(gè)內(nèi)部上拉的雙向 I/O 口，功能與 P1 類似。 P3 口： P3 口作為內(nèi)部上拉的 8 位 I/O 口時(shí)，普通功能與 P1， P2 類似。 P3 口還有特殊功能，其備選功能如下 : RXD 為串行輸入口 TXD 為串行輸出口 INT0 為外部中斷 0 INT1 為外部中斷 1 T0 為記時(shí)器 0 外部輸入 T1 為記時(shí)器 1 外部輸入 — 8 — 為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/ ： ALE 是用于總線外擴(kuò)存儲(chǔ)器、片外外設(shè)、 ARM、等芯片用的時(shí)鐘腳，它與 RD和 WR 和 p0、 p2 口配合可以擴(kuò)展 65535 個(gè)外部地址空間 當(dāng) ALE 腳位低時(shí) p0、 p2 口輸出 16 位外部地址，當(dāng) ale 輸出上升沿，外部地址鎖存器鎖存地址，單片機(jī)配合 RD 或 RW 腳輸出或輸入數(shù)據(jù)。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)端。 /VP：保持低電平時(shí)，不用看內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， 則內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 FLASH 編程時(shí)， /VP 也可施加編程電源。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：反向振蕩器的輸出 ,如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，應(yīng)不接。 單片機(jī) 中斷服務(wù)程序工作流程圖 圖 3：中斷服務(wù)程序工作流程圖 LCD 的選取 工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 16x02 即 32 個(gè)字符。（ 16 列 2 行） 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的 點(diǎn)陣 型液晶模塊。它由若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等 點(diǎn)陣 字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以中斷源發(fā)出中斷申請(qǐng) 關(guān)中斷、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) INTO 端有輸入信號(hào)關(guān)閉報(bào) 警 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)、開(kāi) 中斷 中斷返回 — 9 — 顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)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?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義 CGRAM，顯示效果也不好）。 1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16 個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 市面上字符液晶大多數(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(xiě)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。 第三章 組 態(tài)王軟件 的介紹 組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。譯自英文 SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專用軟件。它們處在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng) (RTU System,Remote Terminal Unit)。 組態(tài)軟件在國(guó)內(nèi)是一個(gè)約定俗成的概念，并沒(méi)有明確的定義，它可以理解為“組態(tài)式監(jiān)控軟件”?！敖M態(tài)（ Configure）”的含義是“配置”、“設(shè)定”、“設(shè)置”等意思，是指用戶通過(guò)類似“搭積木”的簡(jiǎn)單方式來(lái)完成自己所需要的軟件功能，而不需要編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序，也就是所謂的“組態(tài)”。它有時(shí)候也稱為“二次開(kāi)發(fā)”，組態(tài)軟件就稱為“二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)”?！氨O(jiān)控（ Supervisory Control）”，即“監(jiān)視和控制”，是指通過(guò)計(jì)算機(jī)信號(hào)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備或過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視 、控制和管理。 產(chǎn)生背景 “組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)（ Distributed Control System 簡(jiǎn)稱 DCS）的出現(xiàn)才開(kāi)始被廣大的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)人員所熟知的。在工業(yè)控制技術(shù)不斷發(fā)展和 — 10 — 應(yīng)用的過(guò)程中， PC（包括工控機(jī)）相比以前的專用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢(shì)日趨明顯。這些優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在： PC 技術(shù)保持了較快的發(fā)展速度，各種相關(guān)技術(shù)已經(jīng)成熟；由 PC 構(gòu)建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對(duì)較低的擁有成本； PC 的軟件資源和硬件資源豐富，軟件之間的互操作性強(qiáng)；基于 PC 的控制系統(tǒng)易于學(xué)習(xí)和使用，可以容易地得到技術(shù)方面 的支持。在PC 技術(shù)向工業(yè)控制領(lǐng)域的滲透中，組態(tài)軟件占據(jù)著非常特殊而且重要的地位。 組態(tài)王軟件 組態(tài)王 KingView：由北京亞控科技發(fā)展有限公司開(kāi)發(fā)，該公司成立于 1997 年。 1991年開(kāi)始創(chuàng)業(yè)， 1995 年推出組態(tài)王 版本，在市場(chǎng)上廣泛推廣 、 版本，每年銷量在 10,000 套以上，在國(guó)產(chǎn)軟件市場(chǎng)中市場(chǎng)占有率第一。 功能 組態(tài)軟件指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式（而不是編 程方式）提供良好的用戶開(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的使用方法，它解決了控制系統(tǒng)通用性問(wèn)題。其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，并能同時(shí)支持各種硬件廠家的計(jì)算機(jī)和 I/O 產(chǎn)品，與高可靠的工控計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，可向控制層和管理層提供軟硬件的全部接口，進(jìn)行系統(tǒng)集成。 組態(tài)軟件通常有以下幾方面的功能： （ 1）強(qiáng)大的界面顯示組態(tài)功能。目前，工控組態(tài)軟件大都運(yùn)行于 Windows 環(huán)境下，充分利用 Windows 的圖形功能完善界面美觀的特點(diǎn)，可視化的 m 風(fēng)格界面、豐富的工具欄，操作人員可以直接進(jìn)人開(kāi)發(fā)狀態(tài)，節(jié)省 時(shí)間。豐富的圖形控件和工況圖庫(kù)，既提供所需的組件，又是界面制作向?qū)?。提供給用戶豐富的作圖工具，可隨心所欲地繪制出各種工業(yè)界面，并可任意編輯，從而將開(kāi)發(fā)人員從繁重的界面設(shè)計(jì)中解放出來(lái)，豐富的動(dòng)畫(huà)連接方式，如隱含、閃爍、移動(dòng)等等，使界面生動(dòng)、直觀。 （ 2）良好的開(kāi)放性。社會(huì)化的大生產(chǎn)，使得系統(tǒng)構(gòu)成的全部軟硬件不可能出自一家公司的產(chǎn)品，“異構(gòu)”是當(dāng)今控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)之一。開(kāi)放性是指組態(tài)軟件能與多種通信協(xié)議互聯(lián)，支持多種硬件設(shè)備。開(kāi)放性是衡量一個(gè)組態(tài)軟件好壞的重要指標(biāo)。 組態(tài)軟件向下應(yīng)能與低層的數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信，向上能與管理層通信，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的雙向通信。 — 11 — （ 3） 豐富的功能模塊。提供豐富的控潲功能庫(kù)，滿足用戶的測(cè)控要求和現(xiàn)場(chǎng)要求。利用各種功能模塊，完成實(shí)時(shí)監(jiān)控 產(chǎn)生功能報(bào)表 顯示歷史曲線、實(shí)時(shí)曲線、提俠報(bào)警等功能，使系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，易于操作，系統(tǒng)既叫適用于單機(jī)集中式控制、 DCS分布式控制，也可以是帶遠(yuǎn)程遇信能力的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)。 （ 4）強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)。配有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，可存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)，如模擬量、離散量、字符型等，實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。 （ 5）可編程的命令語(yǔ)言。 有可編程的命令語(yǔ)言，使用戶可根據(jù)自己的需要編鸞程序，蹭強(qiáng)圖形界面 （ 6）周密的系統(tǒng)安全防范，對(duì)不同的操作者，賦予不同的操作權(quán)眼，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。 （ 7）仿真功能 。 捉供強(qiáng)大的仿真功能使系統(tǒng)并行設(shè)計(jì)，從而縮短開(kāi)發(fā)周期。 第 四 章 方案設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)思路 該設(shè)計(jì)包含硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和 LCD 顯示三大模塊。本系統(tǒng)是由 DHT11 溫濕度傳感器、 MCU 控制電路、 LCD 顯示模塊以及組態(tài)王軟件組成，下位機(jī)完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送等功能，上位機(jī)在 PC 端完成實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。 就此設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)， MCU 模塊就是控制的核心單元。所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的一個(gè)方面。單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用也是由硬件和軟件兩個(gè)方面組成。硬件包括單片機(jī)、輸入 \輸出設(shè)備以及外圍電路組成，軟件方面則是工作程序和 LabVIEW 監(jiān)控的總稱。 從設(shè)計(jì)的要求來(lái)分析本設(shè)計(jì)應(yīng)該包含以下結(jié)構(gòu)：復(fù)位電路、溫濕度檢測(cè)電路、 LCD顯示電路、單片機(jī)和相關(guān)的控制電路以及管理軟件組成。構(gòu)成框圖如下 — 12 — 圖 4：總體設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)采用 AT89C51 控制，當(dāng) 打開(kāi)本系統(tǒng)之后 ， 溫濕度傳感器 開(kāi)始工作， 檢 測(cè)溫濕度情況之后 ， 立即向 MCU 傳入信息 ， MCU 經(jīng)過(guò)處理之后 ， 控制 LCD 顯示此刻周?chē)h(huán)境的溫濕度 ， 并且將此數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)串口通信傳到上位機(jī) ， 打開(kāi)上位機(jī)軟件，進(jìn)入組態(tài)王畫(huà)面，接收數(shù)據(jù)后，在相應(yīng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面會(huì)出現(xiàn)實(shí)時(shí)曲線 ， 當(dāng)周?chē)鷾貪穸冗_(dá)到報(bào)警界限是自動(dòng)報(bào)警。 硬件電路設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) XTAL1 和 XTAL2 分別是反向放大器的輸入和輸出腳，這個(gè)反向放大器可以配置 成片內(nèi)震蕩器 。 如果外部采用時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件 ，則 XTAL2 應(yīng)該不接。 一個(gè)機(jī)器周期包含 6 個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為 2 個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶 體振蕩器的頻率為 12MHZ，那么一個(gè)振蕩周期為 1/12us，所以一個(gè)機(jī)器周期就是 1us。 如圖 5 所示。 AT89C51 復(fù)位電路 溫濕度檢測(cè) 電路 上位機(jī)監(jiān)控 LCD 顯示模塊 信號(hào)傳輸 驅(qū)動(dòng) 通信 — 13 — 圖 5：時(shí)鐘電路 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)的復(fù)位方法有兩種，上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵復(fù)位。當(dāng)單片機(jī)的時(shí)鐘電路開(kāi)始工作時(shí)，在 RESET 端連續(xù)給出 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就能玩成自動(dòng)復(fù)位工作。但使用晶振的頻率為 12M 時(shí)，復(fù)位信號(hào)的持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于 2us。 本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位的方式手動(dòng)復(fù)位 。圖 6 位復(fù)位電路。 圖 6：復(fù)位電路圖 LCD 顯示電路設(shè)計(jì) — 14 — 單片機(jī)的 ； ； 引腳分別作為 LCD1602 的寄存器選擇端；讀寫(xiě)信號(hào)端和使能端； P0 口 作為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。具體接法如圖 7 所示。 圖 7 LCD 顯示電路 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng) ， 或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng) ， 是指用最少的元件組成的