【正文】 敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產(chǎn)生模擬信號，和A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的性能，我設(shè)計了以AT89C51基本系統(tǒng)為核心的一套檢測系統(tǒng)，其中包括A/D轉(zhuǎn)換、單片機、復位電路、溫度檢測、濕度檢測、鍵盤及顯示、報警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計。 （一） 信號采集 由AD590、HS1100及多路開關(guān)CD4051組成； （二） 信號分析 由A/D轉(zhuǎn)換器MC1443單片機AT89C51基本系統(tǒng)組成；（三） 信號處理 由串行口LED顯示器和報警系統(tǒng)等組成。一、 主要特性AD590是電流型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。AD590L，AD590M一般用于精密溫度測量電路，其電路外形如圖32所示，它采用金屬殼3腳封裝，其中1腳為電源正端V＋；2腳為電流輸出端I0；3腳為管殼，一般不用。圖32 AD590外形及電路符號流過器件的電流（μA）等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（開爾文）度數(shù)，即：I T/T=1μA /K式中：IT—— 流過器件（AD590）的電流，單位μA。 AD590的測溫范圍55℃ +150℃。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流IT變化1μA，相當于溫度變化1K。輸出電阻為710MΩ。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線形誤差177。AD590的工作原理　　在被測溫度一定時，AD590相當于一個恒流源，把它和5～30V的直流電源相連，并在輸出端串接一個1kΩ的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測溫度成正比，此時電阻兩端將會有1mV／K的電壓信號。圖33 AD590內(nèi)部核心電路　　圖33是利用ΔUBE特性的集成PN結(jié)傳感器的感溫部分核心電路。T3和T4的發(fā)射結(jié)電壓UBE3和UBE4經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻R上，所以R上端電壓為ΔUBE。 I1＝ΔUBE／R＝（KT／q）（lnn）／R　　對于AD590，n＝8，這樣，電路的總電流將與熱力學溫度T成正比，將此電流引至負載電阻RL上便可得到與T成正比的輸出電壓。圖3中的電阻R是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻已用激光修正了其電阻值，因而在基準溫度下可得到1μA／K的I值。RR6是薄膜工藝制成的低溫度系數(shù)電阻，供出廠前調(diào)整之用。TT12和T10為啟動電路，其中T5為恒定偏置二極管。R1，R2為發(fā)射極反饋電阻，可用于進一步提高阻抗。而C1和R4則可用來防止寄生振蕩。T9和T11的發(fā)射結(jié)面積比為8：1，T10和T11的發(fā)射結(jié)面積相等。 ΔUBE＝（R6－2 R5）I／3　　R6上只有T9的發(fā)射極電流，而R5上除了來自T10的發(fā)射極電流外，還有來自T11的發(fā)射極電流，所以R5上的壓降是R5的2／3。實際上就是利用激光修正R5以進行粗調(diào)，修正R6以實現(xiàn)細調(diào)，最終使其在250℃之下使總電流I達到1μA／K。因為流過AD590的電流與熱力學溫度成正比，當電阻R1和電位器R2的電阻之和為1kΩ時，輸出電壓V0隨溫度的變化為1mV/K。但這樣調(diào)整只保證在0℃或25℃附近有較高的精度。調(diào)整方法如下：在0℃時調(diào)整R2，使輸出V0=0，然后在100℃時調(diào)整R4使V0=100mV。最后在室溫下進行校驗。冰水混合物是0℃環(huán)境，沸水為100℃環(huán)境。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進行濕度測量的。一、特點不需校準的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應時間，專利設(shè)計的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。圖37b為濕度電容響應曲線。2%RH；響應時間小于5S； pF/℃。 圖37a 濕敏電容工作的溫、濕度范圍 圖37b 濕度電容響應曲線二、濕度測量電路HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。頻率輸出的555測量振蕩電路如圖38所示。7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對地短路又構(gòu)成了對C的放電回路，并將引腳6端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。圖38 頻率輸出的555振蕩電路該振蕩電路兩個暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源Vs通過RR2 向C充電，經(jīng)t充電時間后，Uc達到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，此時輸出引腳3端由高電平突降為低電平，然后通過R2放電，經(jīng)t放電時間后，Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，此時輸出，此時輸出引腳3端又由低電平突降為高電平，如此翻來覆去，形成方波輸出。表31 空氣濕度與電壓頻率的典型值三、多路檢測信號的實現(xiàn) 本設(shè)計系統(tǒng)為八路的濕度信號采集，故采用CD4051組成多路分時的模擬量信號采集電路，其硬件接口如圖39所示圖39 兩路分時的模擬量信號采集電路硬件接口 多路開關(guān)多路開關(guān)，有稱“多路模擬轉(zhuǎn)換器”。反之，當模擬信號有公共輸出端輸入時 ，作為信號分離器，實現(xiàn)了1線到n線的分離功能。在本設(shè)計中，由于采用了溫濕度雙量控制，所以在信號采集中將有兩個模擬量被提取，這時選用多路開關(guān)就是很必要的。該芯片由DTL/TTLCOMS電平轉(zhuǎn)換器，帶有禁止端的8選1譯碼器輸入，分別加上控制的8個COMS模擬開關(guān)TG組成。圖310 CD4051的內(nèi)部原理框圖圖中功能如下：通道線IN/OUT（11113）：該組引腳作為輸入時，可實現(xiàn)8選1功能，作為輸出時，可實現(xiàn)1分8功能。A、B、C（19）：地址引腳INH（6）：禁止輸入引腳。VDD（16）和VSS（8）：VDD為正電源輸入端，極限值為17V；VSS為負電源輸入端，極限值為17V。CD4051作為8選1功能時，若A、B、C均為邏輯“0”（INH=0），則地址碼00013經(jīng)譯碼后使輸出端OUT/IN和通道0接通。由于MC14433只有一路輸入，而本系統(tǒng)檢測的多路溫度與濕度信號輸入，故選用多路選擇電子開關(guān)，可輸入多路模擬量。目前，國內(nèi)外雙積分A/D轉(zhuǎn)換器集成電路芯片很多，大部分是用于數(shù)字測量儀器上。在不要求高速轉(zhuǎn)換的場合，例如，在低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被廣泛采用。MC14433A/。圖311 MC14433A/D轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部邏輯框圖 圖312 MC14433引腳圖MC14433 的框圖（圖311）和引腳（圖312）功能說明各引腳的功能如下：電源及共地端VDD： 主工作電源+5V。VAG： 模擬地端。VR： 基準電壓。C1： 積分電容輸入端。 C0C02： 外界補償電容端。CLKI、CLKO ： 外界振蕩器時鐘調(diào)節(jié)電阻Rc，Rc一般取 470 K?左右。DU： 啟動新的轉(zhuǎn)換，若DU與EOC相連，每當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，自動啟動新的轉(zhuǎn)換。位選通控制線DS4DS1： 選擇個、十、百、千位，正脈沖有效。每個選通脈沖寬度為18個時鐘周期，兩個相應脈沖之間間隔為2個時鐘周期。其中Q0為最低位，Q3 為最高位。由表可知Q3 表示1/2位，Q3=“0”對應1，反之對應0。Q0=“1”表示超量程：當Q3=“0”時，表示過量程；當Q3=“1”時，表示欠量程；三、 MC14433與AT89C51單片機的接口設(shè)計由于MC14433的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是動態(tài)分時輸出的BCD碼，Q0～Q3HE DS1～DS4都不是總線式的。對于AT89C51單片機的應用系統(tǒng)來說，MC14433可以直接和其P1口或擴展I/O口8155/8255相連。它由傳感器采集非電信號，從傳感器出來經(jīng)過功率放大過程，使信號放大，再經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換成為計算機能識別的數(shù)字信號，再送入計算機系統(tǒng)的相應端口。MCS51 單片機典型的應用是高速事件控制系統(tǒng)。汽車工業(yè)把MCS51 單片機用于發(fā)動機控制系統(tǒng)，懸掛系統(tǒng)和反鎖制動系統(tǒng)。由于這些決定性應用，市場需要一種可靠的具有低干擾潛伏響應的費用效能控制器，服務大量時間和事件驅(qū)動的在實時應用需要的集成外圍的能力，具有在單一程序包中高出平均處理功率的中央處理器。一旦進入市場，尤其任務決定性應用諸如自動駕駛儀或反鎖制動系統(tǒng)，錯誤將是財力上所禁止的。另外，部件的替代品領(lǐng)域是極其昂貴的，因為設(shè)備要用來把模塊典型地焊接成一個總體的價值比各個部件高幾倍。Intel Chandler 平臺工程組提供了各種單片機和處理器的系統(tǒng)驗證。系統(tǒng)的類型和應用需求決定了能夠在設(shè)備上執(zhí)行的測試類型。同時，AT89C51 降至0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種可選的節(jié)電工作模式。掉電方式保存RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器體制工作并禁止其他所有不見工作直到下一個硬件復位，如圖315。Vcc：電源電壓P0 口：P0 口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 圖316 AT89C51引腳圖對端口寫“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。Flash 編程和程序校驗期間，P1 接受低8 位地址。P2 口：P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。作為輸入口使用時，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）。Flash 編程和程序校驗時，P2 也接收高位地址和其他控制信號。P3 口：P3 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P3 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。作為輸入口使用時，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）。當振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE/PROG：當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)。要注意的是，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE 脈沖。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH 單元D0 位置位，可禁止ALE 操作。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設(shè)置ALE 無效。PSEN：程序存儲允許輸出是外部程序存儲器的讀選通型號，當89C51 由外部存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。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令。89C51 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1 和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。外接石英晶體或陶瓷諧振器及電容CC2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。10 Pf，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40Pf177。用戶也可以采用外部時鐘。推出掉電模式的唯一方法是硬件復位，復位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變RAM 中的內(nèi)容，在Vcc 恢復到正常工作電平前，復位應無效，且必須保持一定時間以使振蕩器重啟動并穩(wěn)定工作。三、編程方法編程前，設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號，編程單元的地址加在P1 口和P2 —（11 位地址范圍為0000H——0FFFH），數(shù)據(jù)從P0口輸入，、 、 的電平設(shè)置見表6，PSEB 為低電平，RST保持高電平，EA/Vpp 引腳是編程電源的輸入端，按要求加上編程電壓，ALE/PROG引腳輸入編程脈沖（負脈沖）。激活相應的控制信號。每對Flash 存儲陣列寫入一個字節(jié)或每寫入一個程序加密位，加上一個ALE/PROG 編程脈沖。每個字節(jié)寫入周期是自身定時的。數(shù)據(jù)查詢89C51 單片機用數(shù)據(jù)查詢方式來檢測一個寫周期是否結(jié)束，在一個寫周期中，如需要讀取最后寫入的那個字節(jié)，則讀出的數(shù)據(jù)的最高位（）是原來寫入字節(jié)的最高位的反碼。Ready/Busy:字節(jié)編程的進度可通過Ready/Busy 輸出信號檢測，編程期間，ALE 變?yōu)楦唠娖健癏”（Ready/Busy）端被拉低，表示正在編程狀態(tài)（忙狀態(tài)）。程序校驗：如果加密位LB、LB2 沒有進行編程，則代碼數(shù)據(jù)可通過地址和數(shù)據(jù)線讀回原編寫的數(shù)據(jù)，采用下圖的電路，程序存儲器的地址由P1 口和P2 — 輸入，數(shù)據(jù)由P0 口讀出，PSEN 保持低電平，ALE、EA 和RST 保持高電平。圖317 編程電路 圖318 校驗電路芯片擦除:利用控制信號的正確組合并保持ALE/PROG 引腳10ms 的低電平脈沖寬度即可將EPROM 陣列(4k 字節(jié))和三個加密位整片擦除,代碼陣列在片擦除操作中將任何非空單元寫入”1”,這步驟需在編程之前進行。于聲明該器件的廠商、號和編程電壓。(031H) = 51H 聲明為89C51 單片機。(032H) = 05H 聲明為5 編程電壓。微機接口實現(xiàn)兩種信息形式的交換。任一接口的功能都可分為以某種形式進行數(shù)據(jù)庫變換的一些操作，所以外部和內(nèi)部形式的轉(zhuǎn)換是由許多步驟完成的。如果傳感器輸出不是連續(xù)變化的，就不需模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換。輸出接口采用相似的形式，明顯的差別在于信息流的方向相反；是從程序到外部世界。該子程序依次送出信息給輸出器件，產(chǎn)生相應的電信號，由DAC 轉(zhuǎn)換成模擬形式。在微機電路中使用的信號幾乎總是太小而不能被直接地連到“外部世界”，因而必須用某種形式將其轉(zhuǎn)換成更適宜的形式。我們已經(jīng)了解到微機中，信號以離散的位形式表示。為了解決實際問題，一個單片機不僅包括CPU，程序和數(shù)據(jù)存儲器，另外，它必須含有通過CPU 訪問外部信息的硬件。單片機可利用外圍設(shè)備中最基本的用于一