【文章內(nèi)容簡介】 ，性價比高。 方案三：其中 STC89C52 比 STC89C51 單片機(jī)的空間大了一倍，且程序下載方式簡單易操作，LCD1602的功能能夠滿足本次設(shè)計(jì) 的需求，且物盡其用，市場價格不貴， YL69和 FC28兩者相比功能沒有太大差別，且價格相差不大。 設(shè)計(jì)方案的選擇 根據(jù)上述三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，還有自身掌握的專業(yè)知識，從各個方面綜合考慮，決定選擇第三種方案來實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)所要達(dá)到的目的。 具體實(shí)現(xiàn)過程為：以 STC89C52 單片機(jī)為核心， YL69 土壤濕度傳感器所采集到的數(shù)據(jù)傳送到ADC0832中，當(dāng) STC89C52單片機(jī)需要數(shù)據(jù)時，就會給 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器發(fā)送一條工作指令，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)后，通過軟件程序處理之后傳送到 LCD1602 液晶顯示器 上顯示信息。自動澆水部分功能的實(shí)現(xiàn)為，單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)后，經(jīng)過軟件程序的對比處理后，發(fā)送信號到 SRD05VDCSLC繼電器來驅(qū)使水泵工作或者關(guān)閉。當(dāng)土壤濕度檢測值低于設(shè)定值時，水泵工作；當(dāng)土壤濕度檢測值等于或者高于設(shè)定值時，水泵停止工作。而自動澆水功能的實(shí)現(xiàn)則為關(guān)掉單片機(jī)電源電路，由外圍電路供電來實(shí)現(xiàn)澆水。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 共 33 頁 2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì) 自動澆花系統(tǒng)利用單片機(jī)為核心來實(shí)現(xiàn)。自動澆花系統(tǒng)的濕度檢測電路是利用土壤濕度傳感器土進(jìn)行信息采集，再經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器處理，輸送到單片機(jī)內(nèi)處理之后轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信 號，發(fā)送到 LCD顯示屏去顯示，通過這種方式我們便可以對土壤濕度變化進(jìn)行檢測和控制，也可以對濕度范圍重新設(shè)置，手動灌溉系統(tǒng)用單片機(jī)接受到的數(shù)據(jù)處理之后發(fā)送指令到繼電器以控制水泵澆灌。自動澆花系統(tǒng)的硬件電路由單片機(jī)系統(tǒng)電路、電源的電路、濕度傳感器電路、 LCD 顯示電路、控制按鍵的電路等電路共同構(gòu)成的；自動灌溉系統(tǒng)的軟件程序選用 C 語言編程。自動澆花系統(tǒng)靈活可靠，操作簡單，制作成本比較低，在灌溉中的應(yīng)用范圍很廣泛。系統(tǒng)總框圖如圖 。 濕 度 傳 感 器A / D 轉(zhuǎn) 換 器單片機(jī)L C D 顯 示電 磁 閥 水 泵 圖 系統(tǒng)總框 圖 STC89C52單片機(jī) STC89C52 單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的低電壓、 高性能 CMOS8位微控制器 [7]， 具有 8K系統(tǒng)可編程 可擦除 Flash只讀 存儲器 ， STC89C52使用經(jīng)典的 MCS51內(nèi)核，但做了 大量的改善 使得芯片 具有許多 傳統(tǒng) 51單片機(jī)不具備的功能 ， 指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 51單片機(jī)， 12時鐘 /機(jī)器周期和 6時鐘 /機(jī)器周期隨意選擇。采用 ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將靈巧的 8位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器組合在一個芯片上， 為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且廉價的方案。 STC89C52單片機(jī)的組成 STC89C52由一個 8位微處理器、 128KB 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 RAM、 1個特殊功能寄存器 SFR、 3KB 片內(nèi)程序存儲器 Flash ROM、 64KB可尋址片內(nèi)外一編址的 ROM、 64KB可尋址片外的 RAM、 4個 8位并行I/O 接口（ P0P3）、一個全雙工通用異步串行接口 UART、兩個 16位的定時器及計(jì)數(shù)器、具有位操作功能的布爾處理機(jī)及位尋址功能的五個中斷源、兩個優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)以及片內(nèi)振 蕩器和時鐘產(chǎn)生電路 [8]。 其基本組成框圖如圖 。 圖 STC89C52 單片機(jī)的組成 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 33 頁 STC89C52的主要性能 [9] ? 增強(qiáng)型 51單片機(jī)，完全兼容傳統(tǒng) 51單片機(jī)指令代碼， 6時鐘 /機(jī)器周期和 12時鐘 /機(jī)器周期任意選擇 ? 工作電壓： ～ （ 5V單片機(jī)） /～ （ 3V單片機(jī)） ? 工作頻率范圍： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通 51的 0～ 80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá) 48MHz ? 8K用戶應(yīng)用程序空間 ? 片上集成 512字節(jié) RAM ? 通用 I/O 口（ 32 個），復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O口用時，需加上拉電阻。 ? ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），不需要專用的編程器和仿真器，用戶可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載程序，省時省力 ? 具有 EEPROM功能 ? 具有看門狗功能 ? 共 3個 16位定時器 /計(jì)數(shù)器（ T0、 T T2） ? 外部中斷 4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 ? 通用異步串行口（ UART），可用定時器軟件實(shí)現(xiàn)多個 UART ? 工作溫度范圍： 40～ +85℃（工業(yè)級） /0～ 75℃（商業(yè)級） ? PDIP（塑料雙列直插式）封裝 STC89C52的管腳說明 STC89C52的引腳圖如圖 。 圖 STC89C52 單片機(jī)引腳 各引腳功能： 1）電源 VCC（ 40引腳） :電源 ,接 +5V VSS（ 20引腳） :接地 2） I/O 口線 P0 口 （ ,3932 引腳） ： P0 口是一個 8位漏極開路雙向 I/O口，也稱為數(shù)據(jù)總線陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 33 頁 口 。 對端口 P0寫入“ 1”時，作為高阻輸入；作為輸出時，每個引腳可驅(qū)動 8個負(fù)載。 用于外部程序 數(shù)據(jù)存儲器 時，內(nèi)部為上拉電阻狀態(tài) ，可以 作 為數(shù)據(jù) 和 地址低 8 位 復(fù)用總線 。 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口 ； 當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時，外部必須接上拉電阻 ，此時 P0口 輸出原碼。 P1 口 （ ， 18 引腳） ： P1 口是一個內(nèi)部 帶有 上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 ，專門供用戶使用。 P1口 的輸出 緩沖器能接收 4TTL（生存時間） 門電流。 當(dāng) P1 口管腳寫入 “ 1” 后，內(nèi)部上拉 電阻把端口拉到高電位 ，可用作輸入 ；由于內(nèi)部上拉電阻的存在， P1 口被外部 信號 下拉為低電平時， 將作為輸出口 。 P2 口 （ ， 2128 引腳） ： P2 口 是 一個內(nèi)部 帶有 上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 ，也可作為用戶使用的 I/O口接線。 P2口 的輸出 緩沖器可接收 4個 TTL門電流 。 當(dāng) P2口被寫 入 “1”時，內(nèi)部上拉電阻 把端口拉到高電位 拉高作為輸入。 同時由于內(nèi)部上拉電阻的存在， 被外部 信號 拉低 的 P2端口 將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。當(dāng)對外部 8 位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容 且在整個訪問期間不會變 。 P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口 （ ， 1017 引腳 ） ： P3 口是 一個 帶 有 內(nèi)部上拉電阻的 8 位 雙向 I/O 口， P3口的輸出緩沖器 可接收 4 個 TTL門電流。當(dāng) P3 口 被 寫入 “1” 后， P3 端口 被內(nèi)部上拉 電阻上拉為 高電平，并用作輸入。 STC89C52 單片機(jī)的 P1 口個別管腳和 P3口還有一些特殊功能。其中 可以作為定時器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入， 可以作為定時器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入。具體如表 所示。 表 和 引腳復(fù)用功能 引腳 復(fù)用功能 T2（定時器 /計(jì)數(shù)器 2 外部計(jì)數(shù)輸入，時鐘輸出） T2EX（定時器 /計(jì)數(shù)器 2 捕獲 /重裝觸發(fā)和方向控制） P3 口也可作為 STC89C52 的一些特殊功能口， 具體如表 所示。 表 P3 引腳復(fù)用功能 引腳 復(fù)用功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口 ） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入 ） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為 Flash 編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 3）控制線 RST（ 9 引腳） ：復(fù)位 信號的 輸入 端 。 需 保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ALE/PROG（ 30 引腳） ： 地址鎖存允許 /片內(nèi) EPROM 編程脈沖。 訪問外部存儲器時，用于鎖存地址的 低 8 位。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 /PSEN（ 29引腳） ：外 部 ROM 讀 選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期出現(xiàn) 兩次 /PSEN 信號 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP（ 31 引腳） ： 訪問外部程序存儲器的控制信號 。 當(dāng) /EA 保持低電平時 即接地 ，不管是否有內(nèi)部程序存儲器 ， 在此期間外部程序 存儲器 （ 0000HFFFFH） 都能讀取指令 。注意加陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 共 33 頁 密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時， 執(zhí)行 內(nèi)部程序存儲器。 4）時鐘 XTAL1（ 19 引腳） ： 振蕩器電路 的輸入 端 。 XTAL2（ 18 引腳） ： 振蕩器電路的輸出端 。 振蕩電路和時鐘 在 STC89C52 芯片內(nèi)部，有一個振蕩電路和時鐘發(fā)生器，內(nèi)部時鐘電路則是 單片機(jī)里面的高增益反相放大器用來構(gòu)成振蕩器，引腳 XTAL1是輸入端，引腳 XTAL2是輸出端，在 兩個端的引腳接入跨界石英晶體和兩端引腳分別接入微調(diào)電容，共同組成一個穩(wěn)定的自激振蕩器 。也可以使用外部振蕩器，由外部振蕩器產(chǎn)生的信號直接加載到振蕩器的輸入端，作為 CPU 的時鐘源，稱為外部時鐘方式。采用外部時鐘方式時， XTAL1 作為振蕩器電路的輸入端，接至外部振蕩器的輸出端，XTAL2 懸空。 我們這次設(shè)計(jì)選用的是內(nèi)部時鐘方式。為了保證振蕩器穩(wěn)定、可靠的工作，在安裝中，我們就需要把石英晶體、電容和芯片的安裝距離盡量縮短，可以防止產(chǎn)生寄生電容，除此之外我們盡量選用溫度穩(wěn)定性較好的電容。內(nèi)部時鐘方式 的電路連接方法如圖 所示。 1 2 M H zC 23 0 PC 33 0 PX T A L 2X T A L 1G N DY 1 圖 STC89C52 振蕩器的連接方法 復(fù)位電路 單片機(jī)中的復(fù)位電路和電腦的重啟鍵的作用是一樣的。當(dāng)電腦出現(xiàn)死機(jī)情況時，按下重啟鍵電腦內(nèi)部程序從頭開始運(yùn)行。單片機(jī)的復(fù)位電路是讓 CPU 和自動澆花系統(tǒng)中其他功能部件全部都處于初始狀態(tài)，然后從初始狀態(tài)開始工作。不管單片機(jī)是剛開始通電源，或者切斷電源后，還是突然故障之后都需要復(fù)位，單片機(jī)復(fù)位需要滿足 RES/VPD和 RST引腳持續(xù) 2 個周期及以上的高電平這一條件。復(fù)位電路有上電自動復(fù)位 的方式和按鍵復(fù)位的方式，本次設(shè)計(jì)采用的是按鍵復(fù)位方式，選用按鍵手動電平的復(fù)位是通過 RST端，經(jīng)過電阻與電源 VCC 的接通方式來實(shí)現(xiàn)。其電路連接如圖 所示。 V C CC 11 0 u fR 41 0 K43R S TS W P B21 圖 復(fù)位電路的連接方法 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 共 33 頁 ADC0832 A/D轉(zhuǎn)換 A/D 轉(zhuǎn)換的作用就是把采集到的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)槲覀兛捎玫臄?shù)字信號。 ADC0832 是一個 8 位分辨率的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，它分辨呂最高可以達(dá)到 256 級，相對其它的轉(zhuǎn)換芯片來說體積比較小，而且兼容性也比較好，在市場里面它的性價比高，一般模 擬量的轉(zhuǎn)換要求都能夠滿足。由于它的內(nèi)部電源輸入和我們選用的參考電壓復(fù)用，使得 A/D轉(zhuǎn)換芯片的模擬電壓輸入一般在 05V區(qū)間內(nèi)。 A/D轉(zhuǎn)換芯片所需的轉(zhuǎn)換時間很短，僅僅是 32微秒，它還能雙數(shù)據(jù)輸出，可以減少數(shù)據(jù)誤差，所以它能進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，總的來說它的優(yōu)點(diǎn)就是轉(zhuǎn)換速度快，穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片可以讓輸入更加方便，掛接多個器件和處理器控制更加容易。 ADC0832模塊電路連接如圖 。 U 1A D C 0 8 3 2C SC H 0C H 1G N DV C CC L KD ID O12348765P 1 3 A D A SA C土 壤 濕 度 傳 感 器 A D C L K P 1 0A D D A T P 1 1V C C 圖 ADC0832 轉(zhuǎn)換器電路連接方法 LCD1602 液晶顯示在很多家用電子產(chǎn)品中隨處可見，它會顯示一些數(shù)字、特殊符號和圖形等，具有體積小，顯示內(nèi)容豐富和功耗低等特點(diǎn) [10]。它可以把單片機(jī)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行屏幕顯示，它與單片機(jī)的電路連接非常簡單，我們只需把一個 8位 I/O 接口和液晶顯示模塊的 8位數(shù)據(jù)段連接在一塊，再把3位控制口分別與液晶模塊的 RS、 R/W、 E三個端口分別連接在一塊就可以完成。為了布線可以變簡單以及驅(qū)動能力變得更強(qiáng)，我們用的是單片機(jī) P0 口接 8位數(shù)據(jù)，用 、 RS、 E相連。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)中只用到寫命令， R/W一直處于低