【文章內(nèi)容簡介】 線型及工控型 /基于單片機(jī)的溫濕檢測系統(tǒng)的設(shè)計 8 家電型。 （ 1） 通用型 /專用型 這是按單片機(jī)適用范圍來區(qū)分的。例如， 80C51是通用型單片機(jī)，它不是為某種專用途設(shè)計的；專用型單片機(jī)是針對一類產(chǎn)品甚至某一個產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計的要求，在片內(nèi)集成 ADC接口 等功能的溫度測量控制電路。 （ 2） 總線型 /非總線型 這是按單片機(jī)是否提供并行總線來區(qū)分的?？偩€型單片機(jī)普遍設(shè)置有并行地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴(kuò)展并行外圍器件都可通過串行口與單片機(jī)連接，另外，許多單片機(jī)已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴(kuò)展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類單片機(jī)稱為非總線型單片機(jī)。 （ 3） 控制型 /家電型 這是按照單片機(jī)大致應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址范圍大，運(yùn)算能力強(qiáng)；用于家電的單片機(jī)多為專用型，通常是小封 裝、低價格，外圍器件和外設(shè)接口集成度高。 顯然，上述分類并不是惟一的和嚴(yán)格的。例如， 80C51類單片機(jī)既是通用型又是總線型，還可以作工控用。 單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用 1） 單片機(jī)的特點(diǎn) （ 1） 有優(yōu)異的性能價格比。 單片機(jī)的這種高性能，低價格是它最顯著的一個特點(diǎn)。單片機(jī)盡可能把應(yīng)用所需要的存儲器，各種功能的 I/O 口都繼承在一塊芯片內(nèi)，使之成為名副其實(shí)的單片機(jī)。有的單片機(jī)為了提高速度和執(zhí)行效率，可是采用了 RISC 流水線和 DSP 的設(shè)計技術(shù)，使單片機(jī)的性能明顯優(yōu)于同類型微處理器，有的單片機(jī)片內(nèi)的 ROM 可 達(dá) 64KB（式中的 ‘B’ 表示為字節(jié)），片內(nèi) RAM 可達(dá) 2KB，單片機(jī)的尋址已突破 64KB 的限制，八位和十六位單片機(jī)尋址可達(dá) 1MB和 16MB。 單片機(jī)另一個顯著特點(diǎn)是量大面廣，因此世界上個大公司提高單片機(jī)性能的同時，進(jìn)一步降低價格，性能 /價格之比是各公司競爭的主要策略 （ 2） 集成度高、體積小、有很高的可靠性。 單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強(qiáng)磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。 （ 3） 控制功 能強(qiáng)。 基于單片機(jī)的溫濕檢測系統(tǒng)的設(shè)計 9 為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、 I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。 單片機(jī)是電子計算機(jī)這個龐大家族中的一個特殊品種，體積雖小，但 “ 五臟俱全 ” ，它非常適用于專門的控制用途。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、 I/O 口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次微型計算機(jī)。 （ 4） 低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。 單片機(jī)大量應(yīng)用于攜帶式產(chǎn)品和家用消費(fèi)類產(chǎn)品，低 電壓和低功耗的特性尤為重要。許多單片機(jī)已可在 V 的電壓下運(yùn)行，有的已能在 V 或 V 下工作；功耗降至為 μA 級，一粒紐扣電池就可以長期使用。 (5) 集成度及可靠性高 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強(qiáng)磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合于在惡劣環(huán)境下工作。 外部總線增加了 I C（ InterIntegrated Circuit）及 SPI（ Serial Peripheral Interface）等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)。 2） 單片機(jī)的應(yīng)用 單片機(jī)的應(yīng)用范圍很廣，可以說覆蓋了所有領(lǐng)域。 其主要在智能儀器和控制中的應(yīng)用。 (1) 單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用 單片機(jī)廣泛地用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，并可以提高測量的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價格比。 (2) 單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用 機(jī)電一體化是械工業(yè)發(fā)展的方向。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集成機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn) 品，例如微機(jī)控制的車床、鉆床等。單片機(jī)作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可大大提高機(jī)器的自動化、智能化程度。 (3) 單片機(jī)在實(shí)時控制中的應(yīng)用 單片機(jī)廣泛地用于各種實(shí)時控制系統(tǒng)中。例如，在工業(yè)測控、航空航天、尖端武器、機(jī)器人等各種實(shí)時控制系統(tǒng)中，都可以用單片機(jī)作為控制器。單片機(jī)的實(shí)時數(shù)基于單片機(jī)的溫濕檢測系統(tǒng)的設(shè)計 10 據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 (3) 單片機(jī)在分布式多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用 在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。多機(jī)系統(tǒng)一般由若干臺功 能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)在這種系統(tǒng)中往往作為一個終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)上，對現(xiàn)場信息進(jìn)行實(shí)時的測量和控制。單片機(jī)的高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。 (4) 單片機(jī)在人類生活中的應(yīng)用 自從單片機(jī)誕生以后，它就步入了人類生活，如洗衣機(jī)、電冰箱、電子玩具、收錄機(jī)等家用電器配上單片機(jī)后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛。單片機(jī)將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。 綜合所述，單片機(jī)已成為計算機(jī)發(fā)展和應(yīng) 用的一個重要方面。另一方面，單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計 [10] 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計（開發(fā)）的最終目的是能把它應(yīng)用到實(shí)時控制系統(tǒng)以及儀器儀表、家用電器、汽車制造、醫(yī)療器械等各個領(lǐng)域。由于它的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，技術(shù)要求各不相同，因此應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計可以是各種各樣的，但總體設(shè)計 方法和研制步驟基本相同。有關(guān)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般開發(fā)、研制方法論述如下： 1） 組成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本方法 用單片機(jī)組成應(yīng)用系統(tǒng)時，實(shí)際問題的領(lǐng)域很寬，要求各不相同，組成的方案也千差萬別，很難有一個固定的模式適應(yīng)一切問題，但考慮問題的基本方法大體相似。對一般的應(yīng)用系統(tǒng)，大都要經(jīng)歷如下步驟： ① 提出問題，了解現(xiàn)場，明確指標(biāo)。無論是制作智能儀表還是研制工業(yè)控制系統(tǒng)都要對應(yīng)用對象的工作過程進(jìn)行深入調(diào)查和分析，了解課題的目的要求、信號的種類和數(shù)量、應(yīng)用的環(huán)境等等，要把課題最終的指標(biāo) 明確下來。 ② 進(jìn)行可行性論證，提出初步方案。分析所接受任務(wù)的技術(shù)關(guān)鍵，論證能否用計算機(jī)來解決，有沒有別的途徑，用計算機(jī)合算與否，用什么計算機(jī)等等。如果可行，應(yīng)對接受的課題提出初步方案，劃分軟、硬件各分課題的任務(wù)。 ③ 提出各分課題的設(shè)計方案。軟、硬件所承擔(dān)的任務(wù)明確之后，則可以分別設(shè)計出軟、硬件各自的功能及實(shí)現(xiàn)的方案。 基于單片機(jī)的溫濕檢測系統(tǒng)的設(shè)計 11 ④ 完成總體設(shè)計，完成各分課題的任務(wù)，組成計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 ⑤ 對系 統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、修改、完善。 2） 應(yīng)用系統(tǒng)研制進(jìn)程 所謂應(yīng)用系統(tǒng)，就是利用單片機(jī)為某應(yīng)用目的而設(shè)計的單片機(jī)專用系統(tǒng)（在調(diào)試過程中通常稱為目標(biāo)系統(tǒng)）。 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)和一般的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)一樣，也是由硬件和軟件所組成。硬件指單片機(jī)、擴(kuò)展的存儲器、輸入輸出設(shè)備、控制設(shè)備、執(zhí)行部件等組成的系統(tǒng)，軟件是各種控制程序的總稱。硬件和軟件只有緊密相結(jié)合，協(xié)調(diào)一致，才能組成高性能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在系統(tǒng)的研制過程中，軟硬件的功能總是在不斷地調(diào)整，以便相互適應(yīng)，相互配合，以達(dá)到最佳性能價格比。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總 體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、在線仿真調(diào)試、程序固化等幾個階段。各個階段所完成的主要工作概述如下： 總體設(shè)計主要包括確定技術(shù)指標(biāo)，機(jī)型及器件選擇，軟、硬功能劃分等。硬件設(shè)計主要包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器芯片的選擇和設(shè)計； I/O 電路、 A/D、 D/A 及有關(guān)外圍電路的設(shè)計；系統(tǒng)地址譯碼電路、總線驅(qū)動器等的設(shè)計等。軟件的主要任務(wù)是定義系統(tǒng)功能，軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，畫出程序結(jié)構(gòu)框圖及各功能的程序框圖，逐個編寫程序。一般采用匯編語言編程較為適合。也可采用高級語言編程。 軟件設(shè)計完成后，進(jìn)行在線仿真調(diào)試，也即查找程序中的錯誤。 軟件調(diào)試完成后再進(jìn)行軟、硬聯(lián)機(jī)調(diào)試直至最后生成可用的軟、硬件系統(tǒng)。 軟件和硬件聯(lián)調(diào)完成以后，反復(fù)運(yùn)行正常則可將用戶系統(tǒng)程序固化到 EPROM 中，插入用戶樣機(jī)，用戶系統(tǒng)即可脫離開發(fā)系統(tǒng)獨(dú)立工作。詳細(xì)的開發(fā)過程可以參閱有關(guān)的資料。 本章主要分析了國內(nèi)外溫度測試的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢，系統(tǒng)的介紹了本課題主要用到單片機(jī)。在回顧了單片機(jī)發(fā)展歷史，分析了其分類和特點(diǎn)之后，重點(diǎn)介紹了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，為下一步課題設(shè)計做了充分的準(zhǔn)備。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程 [14] 單片機(jī)又稱單片微控制器 ,它不是完成某一個邏輯功能 的芯片 ,而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)了解計算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 選擇器件時應(yīng)考慮其性能是否滿足設(shè)計需求，是否具有良好的技 術(shù)支持和文檔支持，是否具有良好的性價比等，其核心是單片機(jī)的選型。在大多情況下，基于單片機(jī)的溫濕檢測系統(tǒng)的設(shè)計 12 理應(yīng)選擇性價比高的單片機(jī)及其它器件，但在某些特殊場合，當(dāng)性能成為決定因素時，應(yīng)以性能優(yōu)先原則選擇所需的單片機(jī)或其它器件。單片機(jī)一般分為 51系列和 52系列，本次設(shè)計用到的是 52系列 即 8051單片機(jī)。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程如圖所示 21 ： 圖 接受設(shè)計任務(wù) 明確任務(wù)、歸并要求 選 機(jī)，劃 分 軟 硬 件 硬件設(shè)計 軟件設(shè)計 聯(lián) 機(jī) 仿 真 調(diào) 試 排 除 故 障，修 改 程 序 固 化 程 序 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 獨(dú) 立 運(yùn) 行 研 制 完 成 基于單片機(jī)的溫濕檢測系統(tǒng)的設(shè)計 13 第 2 章 基于單片機(jī)的溫濕度檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計 課題主要內(nèi)容 在掌握《傳感器與傳感器技術(shù)》和《單片機(jī)原理與應(yīng)用》等教材內(nèi)容和教學(xué)要求的基礎(chǔ)上，分析國內(nèi)外濕溫度的發(fā)展情況，研究分析測溫測濕的一些基本方法，確定單片機(jī)的硬件設(shè)計，制定檢測溫濕的基本檢測設(shè)計方案，確定硬件并寫出 程序藍(lán)本。再在軟件上模擬實(shí)現(xiàn)要求的功能，調(diào)試出結(jié)果。本文介紹了該測量儀的研制，包括溫度傳感器、濕度傳感器、單片機(jī)接口及其應(yīng)用軟件， 其主要內(nèi)容如下 : 簡單介紹了國內(nèi)溫濕度的檢測方法及其未來發(fā)展方向。 根據(jù)實(shí)際測量要求制定出一次儀表一傳感器的選擇、使用和安裝方案。 根據(jù)實(shí)際使用要求設(shè)計了相應(yīng)的單片機(jī)硬件系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集、溫濕度值的實(shí)時顯示和存儲等。 對該儀器的功能進(jìn)行了初步認(rèn)定，從原理和實(shí)際意義上分析了該儀器的測量誤差。 介紹本儀器的優(yōu)點(diǎn)及不足，并對未來的發(fā)展提出了展望。 系統(tǒng)功能 根據(jù)設(shè)計要求，系統(tǒng)的主要內(nèi)容（功能）如下： （ 1） 根據(jù)要求 設(shè)計時鐘并 顯示； （ 2） 自動檢測 溫濕度并顯示； （ 3） 用 LED顯示方式； （ 4） 溫度以℃為單位； 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 將集成傳感器因外部溫濕度的狀況產(chǎn)生的模擬信號經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換之后，其值由 8751處理，最后將其顯示在 D4， D3， D2， D1共四個七段顯示器。其中包含了時鐘顯示電路。該測量儀可以實(shí)現(xiàn)溫濕度的測量，數(shù)據(jù)的顯示、儲存以及日歷時間的顯示。 在微機(jī)控制系統(tǒng)中，工業(yè)生產(chǎn)過程的被測控參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位、成份 、速度等都是連續(xù)變化的量，習(xí)慣上稱為模擬量，而計算機(jī)所需要的則是離散的數(shù)字量。因此，在過程控制及微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)中，必須首先把模擬量變成數(shù)字量?；趩纹瑱C(jī)的溫濕檢測系統(tǒng)的設(shè)計 14 這樣才能送到微機(jī)進(jìn)行處理和運(yùn)算，然后顯示打印結(jié)果，或通過控制電路對現(xiàn)場進(jìn)行控制。單片機(jī)控制的一般模式如圖 圖 22單片機(jī)用于測量控制系統(tǒng)原理示意圖 需測 量現(xiàn)場 傳感器 放大 多路開關(guān) 轉(zhuǎn)換 采樣保持 A/D 單片機(jī) 系統(tǒng) 顯示打印 控制 基于單片機(jī)的溫濕檢測系統(tǒng)的設(shè)計 15 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 系統(tǒng)總體原理框圖 系統(tǒng)總體原理框 圖如圖 31所示： 圖