【正文】 士 1LSB，采用單一 +5V供電，功耗為 15mW,不必進(jìn)行零點和滿度調(diào)整。 PO口先輸出低 8位地址信號，在 ALE 有效時將它鎖存到外部地址鎖存器中，然后 PO 口作為數(shù)據(jù)總線使用，此處地址鎖存器選用 74LS373，實際電路圖連接如圖 。 圖 C2 和 C1 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻 率、快速起振的作用，其值均為 30P 左右，晶振頻率選 6MHz。 XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST939383736353433321234567810111213141716152821222324252627AT89C51C1100nC2100nX1CRYSTALD0D1D2D3D4D5D6D7C3100nR11kVcc 5vR610k 圖 單片機主機系統(tǒng)圖 時鐘電路 單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種微操作的時間基準(zhǔn)，時鐘信號通常用兩種電路形式得到 :內(nèi)部振蕩和外部振蕩。內(nèi)部自帶2K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器的低電壓、高性能 COMS 八位微處理器，與 Intel MCS51系列單片機的指令和輸出管腳相兼容。單片機可將土壤濕度傳感器檢測到的土壤濕度模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并傳輸給控制系統(tǒng)檢測是否該灌溉。該電路主要由 AT89C51系統(tǒng)電路、電源電路、濕度檢測電路、顯示電路、開關(guān)控制電路等組成。用濕度檢測電路中的濕敏電阻對土壤濕度進(jìn)行采集，所得電流信號經(jīng)處理得到可用的電壓信號，輸入到 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)行處理。 本系統(tǒng)硬件 電路 部分 本系統(tǒng)硬件電路主要包括：單片機主系統(tǒng)電路、時鐘電路、數(shù)據(jù)的存儲擴展電路、LED顯示電路等組成。對外接電容 CC2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見 圖 32。 如 EA 端為高電平（接 VCC端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 令。 欲使 CPU僅訪問外 部程序存儲器（地址為 0000HFFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。 PSEN：程序儲存允許 （ PSEN） 輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。ALE：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。 表 P3 口第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0 （外中斷 0） INT1 （外中斷 1） T0（定時 /計數(shù)器 0） T1（定時 /計數(shù)器 1） WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD （外部數(shù)據(jù)存儲去讀選通） P3 口除了作為一般的 I/0 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表 所 示。對 P3 口寫入“ 1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 Flash 編程或校驗時， P2 亦接收高位地址和其它控制信號。 在訪問外部序程存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVXDPTR指令）時， P2 口送出高 8位地址數(shù)據(jù)。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。 作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引 腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ IIL）。Pl 口： P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級叫可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。 在 Flash 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。作為輸出口用時，每位能吸收電 流的力式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端用。GND：地 引腳功能說明 如下 ： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 圖 AT89C51引腳圖 AT89C51的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹 單片機電路是系統(tǒng)控制的核心。空閑方式停止 CPU的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 功能性概述 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速 存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32個 I/O 口線，兩個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。 可編程串行通道 兩個 16 位 定時器 /計數(shù)器 1288 位內(nèi)部 RAM 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 與 MCS51 完全 兼容 圖 其引腳圖。 在今后 單片機的發(fā)展趨勢將是 :向著大容量、高性能化，小容量、低價格化和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展 。 16 位單片機除了 CPU為 16 位外，片內(nèi) RAM 和 ROM 的容量也進(jìn)一步增大，片內(nèi) RAM 為 232 字節(jié)， ROM 為 8KB，片內(nèi)帶有高速輸入輸出部件，多通道 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換部件，中斷處理為 8 級，其實時處理能力更強。 第四階段 :16 位單片機和超 8 位單片機 (1982 年至今 )。這類單片機有 Intel 公司的 MCS51, Motorola公司的 6801 和 Ziiog 公司的 Z8 等。 第三階段 :高檔 8 位機階段 (19781982 年 )。這種 8 位機一般不帶有 I/O 接口，尋址范圍通常為 4KB。豐富的 I/O 功能大大地增強了 4 位單片機的控制功能，從而使外部接口電路極為簡單。這種單片機的特點是價格便宜，控制功能強，片內(nèi)含有多種I/O 接口，如并行 I/O 接口、串行 I/O 接口、定 時 計數(shù)器接口、中斷功能接口等。 單片機的發(fā)展概況 自從 1974 年 12 月美國仙童 (Fairchild )公司第一個推出 8 位單片機 FS 以來，單片機 以驚人的速度發(fā)展，從 4 位機、 8 位機發(fā)展到 16 位機、 32 位機，集成度越來越高，功能越來越強，應(yīng)用范圍越來越廣。而在許多微型計算機 (如 Z80, Inte18085, M6800 等 )中，大都采用兩類存儲器合黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 二為一 (即統(tǒng)一編址 )的方式。 結(jié)構(gòu)合理 目前單片機大多采用 Harvard 結(jié)構(gòu)。 和微型計算機進(jìn)行比較，單片機不僅體積大大減小，而且功能大為增強。例如，大家熟悉的 Z80 微型計算機就是由 Z80CPU、存儲器 (RAM, ROM), PIO 等芯片組成的，單片機則不同，它把 CPU, RAM, ROM, I/O接口，以及定時器 /計數(shù)器都集成在一個芯片上。 單片機的選擇及分析 單片機的定義和特點 所謂單片機就是把 CPU、寄存器、 RAM/ROM、 I/O 接口電路集成在一塊集成電路芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機。其中各種接口電路設(shè)計的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。 輸入 部分 接口電路包括各種模擬信號，數(shù)字信號與單片機的接口信號調(diào)理電路以及按鍵接口電路。概括為以單片機為主的主控電路、單片機 輸入 部分 接口電路、單片機 輸出 部分接口 電路。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 本章小結(jié) 本章首先介紹 了 計算機控制系統(tǒng)的 五種 基本形式， 根據(jù)實際情況與技術(shù)要求，畫出了 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，并擬定了系統(tǒng)總體設(shè)計方案，包括數(shù)據(jù)采集單元、鍵盤及顯示單元、控制與執(zhí)行單元、系統(tǒng)各部分所需電源等輸入與輸出通道，并 對每一部分都進(jìn)行了較詳細(xì)的敘述。 供電電源單元 采用變壓器、整流濾波及穩(wěn)壓等電路組成，分別給以上各部分提供所需要的電壓，可以提供 +5V, +12V, +40V的穩(wěn)定電壓。數(shù)碼管有共陰共陽之分，本系統(tǒng)采用 8 段共陰型 LED，每位數(shù)碼管內(nèi)部有 8個發(fā)光二極管，公共端由 8個發(fā)光二極管的陰極并接而成，正常顯示時公共端接低電平 (GND)，各發(fā)光二極管是否點亮取決于 adp 各引腳上是否是高電平。 顯示部分 微機化測控系統(tǒng)中常用的測量數(shù)據(jù)的顯示器有發(fā)光二極管顯示器 (簡稱 LED 或數(shù)碼管 )和液晶顯示器 (簡稱 LCD)。由于 ALE與 START 連在一起，因此 ADC0809 在鎖存通道地址的同時也啟動轉(zhuǎn)換，在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時，用單片機的讀信號 RD 和 p2.。 AT89C51 的 p 作為片選信號，在啟動 AM轉(zhuǎn)換時，由單片機的寫信號 WR 和 p2.。 ADC0809的時鐘頻率范圍要求在 101280kHz , AT89C51 單片機的 ALE 腳的頻率是單片機時鐘頻率的 1/6，因此當(dāng)單片機的時鐘頻率采用 6MHz,ADC0809 輸入時鐘頻率即為 CLK=1MHz，發(fā)生啟動脈沖后需延時 100Us 才可讀取 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 A/D 轉(zhuǎn)換器需外部控制啟動轉(zhuǎn)換信號方能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這一啟動轉(zhuǎn)換信號可由 CPU 提供，不同型號的 A/D 轉(zhuǎn)換器，對啟動轉(zhuǎn)換信號黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 的要求也不同，分脈沖啟動和電平啟動兩種， ADC0809 采用脈沖啟動轉(zhuǎn)換，只需給 A/D轉(zhuǎn)換器的啟動控制轉(zhuǎn)換的輸入引腳 ((START)上，加入正脈沖信號，即啟動 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換開始后，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端 (EOC)信號變低，轉(zhuǎn)換結(jié)束時， EOC 返回高電平，以通知主機讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量，這個信號可以作為 A/D 轉(zhuǎn)換器的 狀態(tài)信號供查詢，也可以用作中斷請求信號。 ADC0809 轉(zhuǎn)換器的分辨率為 8 位，最大不可調(diào)誤差小于士 1LSB，采用單一 +5V供電，功耗為 15mW,不必進(jìn)行零點和滿度調(diào)整。 若不需要，則單片機及其時鐘電路與復(fù)位電路等構(gòu)成最小系統(tǒng)。 系統(tǒng)框圖如圖 種 植 物 的 土 壤 土 壤 濕 度 傳 感A / D 轉(zhuǎn) 換A T 8 9 C 5 1 單 片 機L E D 顯 示放 大 驅(qū) 動電 磁 閥 圖 系統(tǒng)框圖 AT89C51微控器構(gòu)成的最小系統(tǒng) 根據(jù)本設(shè)計的技術(shù)要求來判斷是否需要對此微控器進(jìn)行片外程序存儲器及數(shù)據(jù)存儲器的擴展。單片機可將土壤濕度傳感器檢測到的土壤濕度模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并傳輸給控制系統(tǒng)檢測是否該灌溉。該電路主要由 AT89C51系統(tǒng)電路、電源電路、濕度檢測電路、顯示電路、開關(guān)控制電路等組成。用濕度檢測電路中的濕敏電阻對土壤濕度進(jìn)行黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 采集，所得電流信號經(jīng)處理得到可用的電壓信號，輸入到 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)行處理。 系統(tǒng)總體方案 根據(jù)實際情況及系統(tǒng)技術(shù)要求，擬采用 AT89C51微控器作為控制與數(shù)據(jù)處理的核心以構(gòu)成 節(jié)水灌溉 控制系統(tǒng)。 直接從系統(tǒng)的最底層采用高級語言或匯編語言編制實時應(yīng)用程序 : 這種方法先把系統(tǒng)劃分層次，明確目標(biāo)，任務(wù)，對各個任務(wù)的子過程進(jìn)行結(jié)構(gòu)化編程，然后還要另外編寫計時、中斷、調(diào)度等控制程序。 在通用操作系統(tǒng)例 了 如 DOS， WINDOWS環(huán)境下 : 采用實時核實現(xiàn)程序的實時多任務(wù)特性。系統(tǒng)本身 已經(jīng)構(gòu)建了實現(xiàn)不同功能的軟件包、程序模塊和控鍵。但要求程序員熟悉實時多任務(wù)編程技術(shù)，而且圖形界面不太好。 以實時操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，由控制系統(tǒng)設(shè)計人員設(shè)計在操作系統(tǒng)上運行的實時應(yīng)用軟件 : 目前通用有一大批 IRMXRTOX， PSOS的實時操作系統(tǒng)。 產(chǎn)品立項前的市場管理活動沒有規(guī)范化： 市場信息收集和分析工作薄弱， 生產(chǎn)廠家 對 新產(chǎn)品近 35年的產(chǎn)品路標(biāo)規(guī)劃也不清晰，往往只有 12年的開發(fā)項目計劃； 產(chǎn)品研發(fā)缺乏一個整合企業(yè)資源的清晰的研發(fā)流程： 產(chǎn)品線建設(shè)明顯滯后于資源線的建設(shè) 專業(yè)研發(fā)人才缺乏： 在培養(yǎng)關(guān)鍵性研發(fā)人才上，缺少相應(yīng)的機制保障。 技術(shù)開發(fā)體系沒有受到應(yīng)有的重視和規(guī)范： 一方面，技術(shù)開發(fā)規(guī)劃工作缺乏，預(yù)見性不強；另一方面，技術(shù)開發(fā)過程不規(guī)范，對開發(fā)周期、成本和風(fēng)險等方面的控制有待加強 。 總之，目前國外灌溉控制器已逐步趨于成熟、系列化，并朝著大型分布式控制系統(tǒng)和小面積單機控制兩個方向發(fā)展，產(chǎn)品 一般都能與微機進(jìn)行通信，并由 機對其施行控制。在溫室等設(shè)施內(nèi)較多使用小型灌溉管