基于89C51單片機(jī)的數(shù)字式智能多路巡檢儀的設(shè)計(jì)論文

1、1導(dǎo)言在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度是最基本的檢測(cè)參數(shù)之一，溫度的檢測(cè)和控制直接關(guān)系到安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和節(jié)能等重要技術(shù)指標(biāo)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，集計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)控技術(shù)于一體的智能儀器在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。這些智能儀器配有微處理器，結(jié)構(gòu)完備，可獨(dú)立測(cè)試，使用靈活方便。然而，在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，需要測(cè)量許多工業(yè)參數(shù)，如溫度、濕度、壓力、水位、流量等。用溫度計(jì)、濕度計(jì)、壓力計(jì)測(cè)量溫度、濕度、壓力等已不適應(yīng)生產(chǎn)和生活的需要。分開。本發(fā)明可以測(cè)量多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，并且可以通過巡回顯示的方式在單臺(tái)儀器上顯示多個(gè)數(shù)據(jù)，有效節(jié)約了成本。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)采集和巡檢已成為一種越來越重要的巡檢

2、技術(shù)，廣泛應(yīng)用于需要同時(shí)檢測(cè)溫度、濕度和壓力的工農(nóng)業(yè)場(chǎng)合。數(shù)據(jù)采集是工業(yè)控制系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。普通電路無法滿足日常生活和工業(yè)的控制要求，通常由一些功能相對(duì)獨(dú)立的單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。作為測(cè)控系統(tǒng)中不可缺少的一部分，數(shù)據(jù)采集的性能特性直接影響到整個(gè)系統(tǒng)。隨著市場(chǎng)需求的不斷增加，我們需要在這方面做出更大的努力，所以我們需要一套完善的解決方案。本設(shè)計(jì)是基于生產(chǎn)需要的低成本多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，配備不同的傳感器，完成各種數(shù)據(jù)的采集、顯示、控制以及數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)。因此，數(shù)字化智能多通道檢測(cè)儀具有非常廣闊的現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)和潛在市場(chǎng)需求。AT89C51單片機(jī)和傳感器2.1 at89c 51單片機(jī)的主要性能參數(shù)AT89

3、C51是一款低功耗、高性能的8位COMS微控制器，內(nèi)置4KB flash可編程/可擦除只讀存儲(chǔ)器。它采用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，完全兼容80C51引腳和指令系統(tǒng)。片內(nèi)FPEROM允許使用通用非易失性存儲(chǔ)器編程器對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行在線編程或重復(fù)編程1。2.2 at89c 51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)AT89C51采用40針雙列直插式封裝(DIP ),由CPU、4 KB ROM、256B RAM、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1、四個(gè)8位I/O端口和一個(gè)全雙工串行通信端口組成。AT89C51單片機(jī)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高、功耗低等特點(diǎn)。特別是集成的4KB FLASH程序存儲(chǔ)器，使單片機(jī)系統(tǒng)的

4、結(jié)構(gòu)更加簡單，應(yīng)用更加廣泛。同時(shí)具有高級(jí)語言編程、指令豐富、軟件開發(fā)簡單的特點(diǎn)2。綜上所述，AT89C51單片機(jī)是一款高性價(jià)比的單片機(jī)芯片，特別適合儀器儀表的應(yīng)用。因此，本課題主要基于AT89C51單片機(jī)，設(shè)計(jì)了一種多通道傳感器數(shù)據(jù)測(cè)量顯示儀。2.3傳感器溫度傳感器溫度是工業(yè)生產(chǎn)中最基本的檢測(cè)參數(shù)之一，溫度的檢測(cè)和控制直接關(guān)系到安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和節(jié)能等主要技術(shù)指標(biāo)。用于溫度檢測(cè)的傳感器包括熱電偶、熱電阻和半導(dǎo)體集成溫度傳感器。熱電偶價(jià)格便宜，但需要冷結(jié)補(bǔ)償，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜。熱電阻是中低溫地區(qū)最常用的溫度檢測(cè)器。其主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定、測(cè)量范圍寬、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。其中鉑電

5、阻的測(cè)量精度最高。它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)溫度測(cè)量，還被制成標(biāo)準(zhǔn)參考儀器。集成半導(dǎo)體溫度傳感器的主要特點(diǎn)是測(cè)溫誤差小、功耗低、適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、線性度好、外圍電路簡單3。綜上所述，本設(shè)計(jì)是一個(gè)基于生產(chǎn)需要的低成本多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用不同的傳感器完成各種數(shù)據(jù)的采集、顯示、控制以及數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)，可以用單機(jī)實(shí)現(xiàn)。過去幾種儀器的功能。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)采用8路輸入，每路可支持多種類型的傳感器接入:電阻(如熱電阻)、毫伏信號(hào)(如熱電偶)、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入(如15VDC、420mA)，可針對(duì)不同的傳感器接入信號(hào)進(jìn)行軟件設(shè)置和校正；4個(gè)操作按鈕和6位數(shù)碼管作為顯示，其中4位數(shù)碼管用于顯示數(shù)

6、據(jù)，2位數(shù)碼管顯示功能號(hào)或頻道號(hào)；對(duì)于每個(gè)通道，可以通過鍵盤設(shè)置傳感器參數(shù)和工程參數(shù)。通常儀器自動(dòng)循環(huán)顯示多路數(shù)據(jù)，也可以通過鍵盤固定顯示任意一路數(shù)據(jù)。整體硬件結(jié)構(gòu):硬件是整個(gè)儀器的重要組成部分，它的設(shè)計(jì)直接影響整機(jī)的性能。該儀器以AT89C51單片機(jī)為核心。整個(gè)硬件系統(tǒng)分為以下幾個(gè)模塊:傳感器模擬信號(hào)采集與處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、鍵盤與顯示模塊、單片機(jī)系統(tǒng)模塊和報(bào)警控制模塊。許多許多路模擬開關(guān)信號(hào)采集模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊單片機(jī)系統(tǒng)鍵盤發(fā)光二極管顯示器報(bào)警控制模塊1.系統(tǒng)框圖3.2多通道信號(hào)采集模塊3.2.1模擬信號(hào)放大器電路因?yàn)橛行﹤鞲衅鞯妮敵鲭娏骰螂妷翰蛔阋赃M(jìn)行A/D處理，所以需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行

7、轉(zhuǎn)換放大。LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓寬、靜態(tài)功耗低、單電源、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。因此，本設(shè)計(jì)采用LM324作為運(yùn)算放大器。模擬信號(hào)放大電路如下圖所示。圖二。模擬信號(hào)放大電路放大倍數(shù)為1+Rf/R=1+10=11。通過增加或去除電阻R6，可以分別接收電流和電壓信號(hào)。3.2.2多路信號(hào)采集通道的選擇在本設(shè)計(jì)中，輸入信號(hào)是8路模擬信號(hào)，這就需要一個(gè)多通道結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)采用多路分時(shí)模擬輸入通道。這種結(jié)構(gòu)的模擬通道的特征在于:ADC要求很高。處理速度慢。硬件簡單，成本低。軟件很復(fù)雜。許多許多路模型計(jì)劃打開關(guān)閉信號(hào)調(diào)節(jié)電路信號(hào)調(diào)節(jié)電路。信號(hào)調(diào)節(jié)電路模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器單一的塊機(jī)器領(lǐng)帶聯(lián)合圖3。多通道信號(hào)采集框圖3

8、.2.3多路信號(hào)采集的實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)是針對(duì)八路溫度信號(hào)采集，而ADC0804只有一路輸入，所以用CD4051組成多路分時(shí)模擬信號(hào)采集電路，其硬件接口如圖所示。圖4。多通道模擬輸入電路圖3.2.4多通道模擬開關(guān)CD4051多路開關(guān)，也稱為“多路模擬轉(zhuǎn)換器”。多通道開關(guān)通常有N個(gè)模擬輸入通道和一個(gè)共用的模擬輸入端，通過地址線上不同的地址信號(hào)輸出N個(gè)通道中任意一個(gè)通道輸入的模擬信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)N線接一線的功能。相反，當(dāng)模擬信號(hào)有公共輸出輸入時(shí)，作為信號(hào)分離器，實(shí)現(xiàn)1路到N路的分離功能。因此，多路開關(guān)通常是一種具有雙向功能的設(shè)備4。因此，本設(shè)計(jì)選用CD4051多路開關(guān)，它是一款單片COMS 8通道開關(guān)。

9、該芯片分別由DTL/TTL-COMS電平移位器、帶禁止端的8選1解碼器輸入和8個(gè)受控COMS模擬開關(guān)TG組成。3.2.5多路模擬開關(guān)的工作原理當(dāng)CD4051用作8取1的功能時(shí)，如果A、B、C均為邏輯“0”(INH = 0)，地址碼00013將被解碼，連接輸出端OUT/IN和通道0。在其他情況下，輸出端OUT/IN與各通道的連接關(guān)系如下:1.表cd4051八路通道關(guān)系表輸入狀態(tài)完成通道；一段輸入狀態(tài)完成通道；一段異煙肼(isonicotinic acid hydrazide或isoniazid)CBA異煙肼(isonicotinic acid hydrazide或isoniazid)CBA000

10、000一個(gè)0一個(gè)五000一個(gè)一個(gè)0一個(gè)一個(gè)0六00一個(gè)020一個(gè)一個(gè)一個(gè)七00一個(gè)一個(gè)三一個(gè)xxx不顯示任何內(nèi)容。0一個(gè)00四3.3模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊為了將溫濕度信號(hào)采集電路測(cè)得的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送至CPU進(jìn)行處理，本系統(tǒng)選用了精度高、速度快的A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804。由于ADC0804芯片只有一路輸入，輸入的是本系統(tǒng)檢測(cè)到的多路信號(hào)，因此選擇多路選擇電子開關(guān)CD4051輸入多路模擬信號(hào)。3 . 3 . 1 ADC 0804主要技術(shù)指標(biāo)(1)高阻抗?fàn)顟B(tài)輸出(2)分辨率:8位(0255)(3)存取時(shí)間:135毫秒(4)轉(zhuǎn)換時(shí)間:100毫秒(5)總誤差:-1+1LSB(6)工作溫度:ADC080

11、4C為0 70度；ADC0804L為-40 85度(7)模擬輸入電壓范圍:0V5V(8)參考電壓:2.5V(9)工作電壓:5V(10)輸出是三態(tài)結(jié)構(gòu)。3 . 3 . 2 ADC 0804的特點(diǎn)和工作原理模數(shù)轉(zhuǎn)換采用ADC0804，對(duì)輸入模擬量的要求是:信號(hào)單極性，電壓范圍0-5v；如果信號(hào)太小，就必須放大；在轉(zhuǎn)換過程中，輸入模擬量應(yīng)保持不變。如果模擬量變化太快，有必要在輸入前增加一個(gè)采樣保持電路5。ADC0804有20個(gè)管腳，其中11-18管腳為數(shù)字信號(hào)輸出端，與單片機(jī)的P1端口相連。Cs為片選端，接單片機(jī)P3.5口、WR p 3.6口、單片機(jī)P3.7口。CLK是時(shí)鐘輸入信號(hào)線。由于ADC08

12、04具有時(shí)鐘電路，因此只需在外部“CLKR”和“CLKIN”上連接一個(gè)電阻和電容，就可以產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換所需的時(shí)鐘?；鶞?zhǔn)電壓輸入一般采用2.5V。INTR是中斷控制信號(hào)，連接到單片機(jī)的外部中斷端口。A/D轉(zhuǎn)換完成后，向單片機(jī)發(fā)送中斷信號(hào)，等待數(shù)字信號(hào)被讀取。INTR也可以留空，因?yàn)锳/D啟動(dòng)一會(huì)兒后，單片機(jī)過一會(huì)兒就可以讀取數(shù)字量了。圖5。多路模擬開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換電路圖3.4 MCU系統(tǒng)模塊3 . 4 . 1 at89c 51單片機(jī)的基本功能AT89C51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:4k字節(jié)閃存、128字節(jié)RAM、32個(gè)I/O端口、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、一個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、一個(gè)全雙工串行通信端口、片

13、內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz靜態(tài)邏輯運(yùn)行，支持兩種軟件可選的省電工作模式?？臻e模式停止CPU的工作，但允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行通信端口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電模式節(jié)省了RAM的容量，但振蕩器停止工作，并禁止所有其它元件工作，以指導(dǎo)下一次硬件復(fù)位6。3 . 4 . 2 at89c 51單片機(jī)的基本工作電路AT89C51單片機(jī)正常工作，必須連接基本電路。該電路主要包括一個(gè)晶體振蕩器電路和一個(gè)復(fù)位電路7。1.晶體振蕩器電路單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生通常有兩種方式:一種是本地時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。時(shí)鐘模式是利用單片機(jī)的振蕩電路產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。外部時(shí)鐘模式是將已有的外部

14、時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)。本設(shè)計(jì)采用時(shí)鐘模式。應(yīng)時(shí)晶體(簡稱晶振)外接單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳，作為單片機(jī)振蕩電路的負(fù)載，構(gòu)成自激振蕩器，在單片機(jī)中產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。C1和C2可以穩(wěn)定振蕩頻率并使振蕩迅速開始。本電路的晶振為12MHz，C1=C2=30pF。2.重接電路復(fù)位是使MCU處于某一初始狀態(tài)。單片機(jī)的工作是從復(fù)位開始的。當(dāng)單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)將執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位有兩種基本方式:一種是上電復(fù)位，另一種是上電和按鍵有效復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用后一種復(fù)位電路。當(dāng)RST變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，RST引腳的高電平會(huì)隨著電容C3的充電而逐漸降低。如果這一高電平能夠維持足夠的2

15、個(gè)機(jī)器周期，則可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。選擇C3=10 F，R1 = 10k 7。圖6。AT89C51單片機(jī)的引腳和基本工作電路圖3.5鍵盤顯示模塊本設(shè)計(jì)中的鍵盤顯示模塊采用4個(gè)操作按鈕和6位數(shù)碼管作為顯示器。4位數(shù)碼管用于顯示數(shù)據(jù)，2位數(shù)碼管顯示功能號(hào)或通道號(hào)；對(duì)于每個(gè)通道，可以通過鍵盤設(shè)置傳感器參數(shù)和工程參數(shù)。通常儀器自動(dòng)循環(huán)顯示多路數(shù)據(jù)，也可以通過鍵盤固定顯示任意一路數(shù)據(jù)。3.5.1鍵盤控制電路設(shè)計(jì)鍵盤控制電路由按鍵及其接口組成，鍵盤是單片機(jī)最簡單的輸入設(shè)備。常用鍵盤分為獨(dú)立鍵盤和矩陣鍵盤8。該系統(tǒng)輸入控制簡單，采用獨(dú)立的鍵盤和接口電路。輸入電路由4個(gè)按鈕開關(guān)和4個(gè)10歐姆的限流電阻組成。按鍵掃

16、描識(shí)別采用軟件查詢的方法。圖7。鍵盤輸入控制電路表二。四個(gè)獨(dú)立鍵盤的對(duì)應(yīng)菜單按鈕鍵名功能S2模式切換鍵自動(dòng)在循環(huán)顯示和固定顯示之間切換。S3參數(shù)設(shè)置鍵傳感器參數(shù)設(shè)置S4參數(shù)設(shè)置關(guān)鍵工程參數(shù)設(shè)置S5、頻道切換鍵切換固定顯示頻道。LED顯示屏介紹LED由發(fā)光二極管組成，其中7個(gè)發(fā)光二極管排列成“8”行，用來顯示數(shù)字、字母等符號(hào)。一個(gè)LED是點(diǎn)的形狀，右下角用來顯示小數(shù)點(diǎn)。有兩種類型的LED顯示器:共陰極和共陽極。當(dāng)LED打開時(shí)，相應(yīng)的段以十進(jìn)制點(diǎn)亮。對(duì)于公共陰極顯示器，公共陰極COM接地，并且驅(qū)動(dòng)信號(hào)被施加到a_q段。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)處于高電平時(shí)，相應(yīng)的段發(fā)光。對(duì)于共陽極顯示，將共陽極COM極連接到高電

17、平，并向a_q段添加幾個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)處于低電平時(shí)，相應(yīng)的段點(diǎn)亮，從而顯示相應(yīng)的字符。不同顯示字符的驅(qū)動(dòng)代碼是不同的。LED每段5mA的平均電流就能有滿意的亮度，最大電流不得超過30A。由于LED是電流驅(qū)動(dòng)器件，通用I/O接口的驅(qū)動(dòng)能力有限。驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)該連接在LED和接口芯片之間。常用的CMOS或TTL驅(qū)動(dòng)有:74LS164、CD4094等。3.5.3LED顯示電路的LED原理LED數(shù)碼管用于顯示。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，LED顯示器有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種顯示模式。所謂靜態(tài)顯示模式是指被顯示字符的每一段都要有連續(xù)的電流通過，而動(dòng)態(tài)顯示模式是指要顯示的字符間歇地通過電流。對(duì)于動(dòng)態(tài)顯示，當(dāng)需要顯示多個(gè)

18、字符時(shí)，應(yīng)該依次對(duì)每個(gè)字符施加電流。由于轉(zhuǎn)速快，LED的余輝隨著人的視覺等因素停留，雖然同一時(shí)間只有一臺(tái)顯示器通電，但人都顯示穩(wěn)定。動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是:單片機(jī)既要控制數(shù)碼管的公共端，又要控制各段的發(fā)光二極管。每個(gè)數(shù)碼管對(duì)應(yīng)的顯示發(fā)光二極管的段選擇信號(hào)并聯(lián)連接到單片機(jī)的同一個(gè)I/O口。單片機(jī)控制數(shù)碼管公共端的信號(hào)，稱為段選擇信號(hào)?？刂茢?shù)碼管每個(gè)顯示場(chǎng)的信號(hào)稱為段選擇信號(hào)。在需要顯示哪個(gè)數(shù)碼管上，先輸出位選擇信號(hào)，選擇數(shù)碼管，然后輸出段選擇信號(hào)，顯示一個(gè)字符。當(dāng)需要顯示每個(gè)字符時(shí)，使用掃描方法。依次向每個(gè)數(shù)碼管輸出位選擇信號(hào)和段選擇信號(hào)。很明顯，每時(shí)每刻只有一個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮，但由于掃描頻率高，看起來好

19、像所有的謝妮管同時(shí)點(diǎn)亮(20ms掃描一次)9。3 . 5 . 4 LED顯示電路的設(shè)計(jì)該系統(tǒng)需要顯示6位數(shù)字，位數(shù)多，需要循環(huán)顯示。比較靜態(tài)顯示模式和動(dòng)態(tài)顯示模式，根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況選擇動(dòng)態(tài)顯示模式。在顯示模塊中，AT89C51的P0.0-P0.7端作為數(shù)據(jù)輸出，連接到兩個(gè)鎖存器74HC573的相應(yīng)輸入端D0-D7。6位數(shù)碼管段的行選擇與一個(gè)鎖存器U1的Q0-Q7端并聯(lián)，6位數(shù)碼管的位選擇與另一個(gè)鎖存器U2的Q0-Q5端連接。鎖存器U1的鎖存端連接到單片機(jī)的P2.6端，鎖存器U2的鎖存端連接到單片機(jī)的P2.7端。圖8。LED顯示電路3.6報(bào)警控制模塊在實(shí)際應(yīng)用中，為了安全生產(chǎn)，一些重要的參數(shù)

20、或系統(tǒng)部件都裝有緊急報(bào)警系統(tǒng)，以提醒操作人員注意或采取緊急措施。方法是對(duì)計(jì)算機(jī)采集或記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、數(shù)字濾波、標(biāo)度并與該參數(shù)的上下限給定值進(jìn)行比較。高于上限(或低于下限)會(huì)報(bào)警，否則顯示為采樣正常值。3.6.1報(bào)警控制電路結(jié)構(gòu)報(bào)警控制電路由AT89C51的P3.3端輸出，通過限流電阻與晶體管C945的基極相連。晶體管C945的集電極連接到壓電蜂鳴器的一端。壓電蜂鳴器的另一端連接電源。報(bào)警控制電路如下圖所示。圖9。報(bào)警工作電路3.6.2報(bào)警控制電路的工作過程(1)壓電蜂鳴器的工作原理壓電蜂鳴器由壓電陶瓷制成。電瓷是一種能將壓力和電流相互轉(zhuǎn)化的特殊瓷器。當(dāng)壓電陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)受到某一方向的壓力變

21、形時(shí)，會(huì)在該部分產(chǎn)生電流，電流的變化與壓力的變化密切相關(guān)。相反，當(dāng)給壓電陶瓷施加一定頻率的電壓時(shí)，會(huì)在零件內(nèi)產(chǎn)生一定頻率的電流，使壓電陶瓷產(chǎn)生輕微變形，從而帶動(dòng)空氣振動(dòng)。如果頻率合適，就會(huì)產(chǎn)生蜂鳴聲，人耳可以聽到10。(2)報(bào)警控制電路的工作過程報(bào)警信號(hào)由AT89C51的P3.3端輸出，通過限流電阻加到晶體管C945的基極。當(dāng)P3.3端的輸出信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，晶體管C945會(huì)交替工作在截止和飽和狀態(tài)，形成高低電平波，從而使壓電蜂鳴器發(fā)聲。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)的總體軟件設(shè)計(jì)在本程序的設(shè)計(jì)中，A/D轉(zhuǎn)換是在每次轉(zhuǎn)換后由單片機(jī)接收轉(zhuǎn)換結(jié)果，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果送入處理器的存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)；由于硬件結(jié)構(gòu)采用獨(dú)

22、立鍵盤結(jié)構(gòu)，鍵盤子程序采用查詢方式，保證處理器始終監(jiān)控鍵盤動(dòng)作；顯示子程序采用單獨(dú)的子程序作為主程序的調(diào)用子程序，保證LED燈管的連續(xù)顯示。主程序流程圖如圖10所示。鍵盤查詢子程序和顯示調(diào)用子程序作為程序運(yùn)行的循環(huán)環(huán)節(jié)；A/D轉(zhuǎn)換中斷處理子程序，使用中斷處理程序，保持檢測(cè)信號(hào)隨時(shí)間不斷更新；子程序通過單片機(jī)的端口直接發(fā)出字位顯示和字?jǐn)?shù)顯示。鍵盤處理子程序，鍵盤采用獨(dú)立鍵盤。當(dāng)一個(gè)鍵被按下時(shí)，首先判斷按下的是哪個(gè)鍵，然后根據(jù)對(duì)應(yīng)的鍵做出相應(yīng)的處理。在此程序中，鍵盤采用脈沖鍵模式。當(dāng)按鍵被按下時(shí)，處理器做出相應(yīng)的響應(yīng)。當(dāng)采集的信號(hào)超過報(bào)警值時(shí)，蜂鳴器報(bào)警。呼叫顯示子程序呼叫顯示子程序第一次開機(jī)？讀

23、出收集的數(shù)據(jù)值數(shù)據(jù)采集、計(jì)算和處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)出采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換開始命令。Y普通初始化調(diào)用鍵盤掃描子程序發(fā)出警報(bào)。Y普通信號(hào)超過報(bào)警值？圖10。主程序流程圖4.2信號(hào)采集與分析模塊的軟件設(shè)計(jì)4.2.1信號(hào)采集控制邏輯從傳感器輸出的模擬電壓被調(diào)節(jié)并輸入到用于A/D轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器中。ADC0804的操作時(shí)序圖如下圖11。ADC 0804控制信號(hào)時(shí)序圖根據(jù)ADC0804的時(shí)序，轉(zhuǎn)換過程由寫信號(hào)啟動(dòng)。轉(zhuǎn)換完成后，輸出INTR信號(hào)，此時(shí)可以讀取數(shù)據(jù)。之后就可以進(jìn)入下一個(gè)轉(zhuǎn)換周期了。根據(jù)ADC0804的轉(zhuǎn)換時(shí)間，其最大采樣頻率為10KHZ。只要用戶設(shè)置的采樣頻率不超過這個(gè)值，ADC0804就可以正常工作?；?/p>

24、以上考慮，設(shè)計(jì)中應(yīng)注意兩點(diǎn):(1)寫信號(hào)的頻率低于ADC0804的最大轉(zhuǎn)換頻率。(2)在可以輸出讀信號(hào)之前，寫信號(hào)之后必須有至少100微秒的延遲。這里提出兩種方法來實(shí)現(xiàn)ADC0804的控制信號(hào)時(shí)序:(1)主動(dòng)模式。在這種模式下，A/D轉(zhuǎn)換開始后，控制電路在INTR信號(hào)的作用下輸出讀信號(hào)，同時(shí)從ADC0804的數(shù)據(jù)總線讀入數(shù)據(jù)，然后輸出寫信號(hào)開始下一次轉(zhuǎn)換。因?yàn)檫@種方法是異步的，讀寫信號(hào)是相互作用的，所以可以滿足以上兩個(gè)要求。這樣一來，難度就與ADC0804的外部電路連接緊密相關(guān)。(2)被動(dòng)模式。在這種模式下，ADC0804的讀寫信號(hào)完全由控制電路按照固定的時(shí)序產(chǎn)生，與其自身的輸出無關(guān)。這樣，A

25、DC0804的輸出可以忽略，只使用一個(gè)計(jì)數(shù)器來產(chǎn)生讀寫信號(hào)，實(shí)現(xiàn)起來很簡單。此外，只要采集頻率不是很高，就可以輕松滿足ADC0804控制信號(hào)的時(shí)序要求。4.2.2 ADC0804轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)讀取ADC0804使用脈沖起始信號(hào)。當(dāng)AT89C51發(fā)出指令使CS和WR都為低電平時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換開始，ADC0804開始工作。在WR上升沿后100s，開始模數(shù)轉(zhuǎn)換，并完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。同時(shí)，INTR自動(dòng)變?yōu)榈碗娖?，表明這種轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束。開始開始現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果保存數(shù)據(jù)保存數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)返回返回圖12。模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖89C51接收ADC0804轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成時(shí)

26、，A/D轉(zhuǎn)換芯片輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。經(jīng)過8C5A/D轉(zhuǎn)換后，可以讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。通常，89C51可以通過三種方式與A/D轉(zhuǎn)換器通信，以讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。在本設(shè)計(jì)中，89C51和ADC0804之間的數(shù)據(jù)通過延時(shí)讀取。采集數(shù)據(jù)時(shí)，首先89C51執(zhí)行一個(gè)傳輸指令。在該指令執(zhí)行過程中，89C51在控制總線的同時(shí)產(chǎn)生CS和WR低電平信號(hào)，并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器。100s后，ADC0804將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將其存儲(chǔ)在輸出鎖存器中，同時(shí)在INTR引腳處產(chǎn)生一個(gè)低電平，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。當(dāng)89C51設(shè)置好接收延遲時(shí)間后，立即執(zhí)行輸入指令，產(chǎn)生CS和RD低電平信號(hào)給ADC0804的相應(yīng)管腳，取出數(shù)據(jù)。模數(shù)

27、轉(zhuǎn)換子程序；ADC0804端口定義；* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *wr equ p2.0定義AD的寫數(shù)據(jù)線rd equ p3.7定義ad的讀入數(shù)據(jù)線外部設(shè)備P1；定義AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，并將其發(fā)送到P1端口。；=cs equ p3.6org 0000hajmp總管組織004

28、h主:；主程序l呼叫開始；啟動(dòng)轉(zhuǎn)換子程序。lcall delay1ms1ms延遲讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果子程序wr發(fā)送P0端口顯示當(dāng)前AD轉(zhuǎn)換結(jié)果。Ajmp主轉(zhuǎn)換開始。；* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *選擇ADC0804讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果not otherwise provided 除非另有規(guī)定clr wrnot otherwise provided 除非另有規(guī)定setb wrnot otherwise provided 除非另有規(guī)定setb csnot otherwise pro

29、vided 除非另有規(guī)定浸水使柔軟；*；開始:clr cs；*；模數(shù)轉(zhuǎn)換mov p0，a；lcall read讀取:延遲1毫秒子程序；*延遲1毫秒:第一級(jí)mov，#2tt1:移出，#0ffhclr csnot otherwise provided 除非另有規(guī)定clr研發(fā)not otherwise provided 除非另有規(guī)定not otherwise provided 除非另有規(guī)定mov a，outnot otherwise provided 除非另有規(guī)定setb研發(fā)not otherwise provided 除非另有規(guī)定setb cs浸水使柔軟；*；mov r0，#250djnz r0美

30、元djnz r1，tt1浸水使柔軟取樣程序每個(gè)通道采樣一次。返回普通取樣程序每個(gè)通道采樣一次。返回普通采樣數(shù)據(jù)發(fā)送地址采樣數(shù)據(jù)發(fā)送地址發(fā)送頻道號(hào)初始值發(fā)送頻道號(hào)初始值發(fā)送頻道號(hào)發(fā)送頻道號(hào)開始模數(shù)轉(zhuǎn)換開始模數(shù)轉(zhuǎn)換讀取模數(shù)數(shù)據(jù)讀取模數(shù)數(shù)據(jù)修改地址和頻道號(hào)修改地址和頻道號(hào)YY圖13。信號(hào)采集子程序流程圖4.3鍵盤和顯示模塊的軟件設(shè)計(jì)鍵盤掃描子程序鍵盤子程序判斷被按下的鍵，并轉(zhuǎn)到與被按下的鍵對(duì)應(yīng)的程序段執(zhí)行相應(yīng)的功能。4.3.2按鍵抖動(dòng)的原因及解決方法實(shí)際上，當(dāng)一個(gè)鍵被按下時(shí)，被按下的鍵的彈簧總是會(huì)輕微抖動(dòng)。T1、t3分別是關(guān)閉和釋放的抖動(dòng)時(shí)間。抖動(dòng)時(shí)間與按鍵的機(jī)械特性有關(guān)，一般為5ms-20ms。為

31、了保證按鍵關(guān)閉一次，CPU只處理一次，必須去除抖動(dòng)，這可以分別通過軟件和硬件來實(shí)現(xiàn)。如果使用硬件去抖動(dòng)，則需要添加必要的組件，這使得電路復(fù)雜且不經(jīng)濟(jì)。因此，本設(shè)計(jì)選擇了軟件去抖動(dòng)方法。t0t0T1級(jí)（一種通訊線路的名稱）t2t3t4圖圖14。按鍵延遲示意圖具體方法是，當(dāng)CPU檢測(cè)到某個(gè)按鍵被按下時(shí)，會(huì)經(jīng)過一段軟件延時(shí)(5ms-20ms)后進(jìn)行掃描。如果延時(shí)后按鍵仍被按下，鍵值將被讀取并存儲(chǔ)在寄存器中，從而達(dá)到去抖動(dòng)的效果。4.3.3通道鍵的處理由于操作時(shí)的疏忽，用戶經(jīng)常同時(shí)按下多個(gè)按鈕。一般處理是用軟件解決的，也有用硬件實(shí)現(xiàn)的。但硬件方法復(fù)雜且不經(jīng)濟(jì)，而軟件方法只需幾行程序即可解決。因此，在本

32、設(shè)計(jì)中我選擇了軟件的方法來完成跳鍵處理。在AT89C51單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中，預(yù)置了移鍵標(biāo)志寄存器。按鍵跳過標(biāo)志寄存器用于記錄行掃描期間按下的按鍵數(shù)量，因此當(dāng)發(fā)生按鍵跳過時(shí)，按鍵跳過標(biāo)志必須大于01H。在行掃描中，CPU并不滿足于第一次按下按鍵的發(fā)生，而是繼續(xù)完成所有按鍵的掃描，并根據(jù)按鍵掃描后的跳鍵標(biāo)志判斷是否發(fā)生跳鍵。如果沒有找到通道鍵，CPU可以再次掃描以獲得最后釋放的鍵的鍵值。從而解決了按鍵竄動(dòng)的問題。確定密鑰號(hào)確定密鑰號(hào)有按鍵嗎？開始Y轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序，執(zhí)行相應(yīng)的功能。普通其他子程序返回圖15。鍵盤掃描子程序流程圖4.3.4顯示模塊的軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用6位數(shù)碼管作為顯示模塊，其中4位

33、數(shù)碼管用于顯示數(shù)據(jù)，2位數(shù)碼管顯示功能號(hào)或通道號(hào)。數(shù)碼管的設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示，兩個(gè)鎖存器分別控制數(shù)碼管的段選擇和位選擇，顯示所需數(shù)值。顯示子程序顯示子程序?qū)懢彌_單元和周期數(shù)寫緩沖單元和周期數(shù)顯示單詞位置顯示單詞位置周期結(jié)束普通周期結(jié)束普通YY返回返回圖16。顯示子程序流程圖。4.4報(bào)警控制電路的軟件設(shè)計(jì)當(dāng)采集的信號(hào)超過設(shè)定的上下限時(shí)，P3.3輸出高電平信號(hào)“1”，晶體管導(dǎo)通，蜂鳴器得到+5V電壓發(fā)聲；P3.3輸出低電平信號(hào)“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止鳴響。報(bào)警流程圖如下目標(biāo)目標(biāo)普通顯示值超過設(shè)定的報(bào)警值？Y發(fā)出警報(bào)。設(shè)置信號(hào)報(bào)警值圖17。報(bào)警子程序流程圖4.5多通道數(shù)據(jù)電路顯示開始開始確定是

34、否是掃描模式。設(shè)置通道和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換值。普通Y顯示通道0和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換值。掃描間隔時(shí)間到了嗎？普通Y頻道號(hào)加1頻道號(hào)是否大于7Y普通顯示相應(yīng)的通道和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換值。確定是否是掃描模式。Y普通圖18。多通道巡回顯示功能流程圖系統(tǒng)開始工作，判斷工作模式是否為掃描模式。當(dāng)系統(tǒng)工作模式為指定顯示模式時(shí)，數(shù)碼管顯示所選通道的通道號(hào)和相應(yīng)通道的采集值。如果工作模式為顯示模式，則循環(huán)顯示8個(gè)通道的通道號(hào)和相應(yīng)通道的采集值。模式切換和頻道號(hào)選擇由獨(dú)立鍵盤完成。結(jié)論數(shù)字式多通道智能巡檢儀具有溫度、濕度、流量信號(hào)的采集和顯示，簡單的人機(jī)對(duì)話和報(bào)警功能。它可測(cè)范圍廣，適用性強(qiáng)，具有很大的實(shí)用價(jià)值。該系統(tǒng)主要用于采集、顯示

35、和監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)信息，不具有控制和調(diào)節(jié)功能。但是可以擴(kuò)展硬件和軟件的功能。硬件擴(kuò)展后，通過軟件編程擴(kuò)展控制功能。比如當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)達(dá)到一定值時(shí)，通過軟件編程判斷，從主控制器的一個(gè)I/O口輸出控制指令，驅(qū)動(dòng)外部控制電路工作，從而調(diào)節(jié)環(huán)境溫度、濕度、流量等。并使測(cè)量數(shù)據(jù)滿足人們的要求。在工農(nóng)業(yè)等高度自動(dòng)化的今天，人們?cè)絹碓街匾暛h(huán)境信息的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制，該產(chǎn)品將有很好的市場(chǎng)推廣和應(yīng)用前景。致謝經(jīng)過幾個(gè)月的努力，在導(dǎo)師龔的幫助下，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成。畢業(yè)是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，也是理論走向?qū)嵺`的第一步。在這個(gè)設(shè)計(jì)過程中，擴(kuò)大了知識(shí)面，增強(qiáng)了獨(dú)立思考和自學(xué)的能力，為以后的工作打下了基礎(chǔ)。首先，我感受