下载

2下载券

加入VIP
  • 专属下载特权
  • 现金文档折扣购买
  • VIP免费专区
  • 千万文档免费下载

上传资料

关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 仓库温湿度的监测系统

仓库温湿度的监测系统.doc

仓库温湿度的监测系统

江山依旧
2018-09-06 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《仓库温湿度的监测系统doc》,可适用于工程科技领域

wwwsfmcucomwwwsfeducn盛方单片机第一章绪论选题背景防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容是衡量仓库管理质量的重要指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。但传统的方法是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材通过人工进行检测对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低且测试的温度及湿度误差大随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。.设计过程及工艺要求一、基本功能~检测温度、湿度~显示温度、湿度~过限报警二、主要技术参数~温度检测范围:℃℃~测量精度:℃~湿度检测范围:RH~检测精度:RH~显示方式:温度:四位显示湿度:四位显示~报警方式:三极管驱动的蜂鸣音报警第二章方案的比较和论证当将单片机用作测控系统时系统总要有被测信号懂得输入通道由计算机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言如何准确获得被测信号是其核心任务而对测控系统来讲对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。传感器是实现测量与控制的首要环节是测控系统的关键部件如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量使设备和系统正常运行在最佳状态从而保证生产的高效率和高质量。温度传感器的选择方案一:采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。铂的物理、化学性能极稳定耐氧化能力强易提纯复制性好工业性好电阻率较高因此铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵温度系数小受到磁场影响大在还原介质中易被玷污变脆。按IEC标准测温范围~℃百度电阻比W()=时R为Ω和Ω其允许的测量误差A级为±(℃|t|)B级为±(℃|t|)。铜电阻的温度系数比铂电阻大价格低也易于提纯和加工但其电阻率小在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于~℃测温。方案二:采用AD它的测温范围在℃~℃之间而且精度高。M档在测温范围内非线形误差为±℃。AD可以承受V正向电压和V反向电压因而器件反接也不会损坏。使用可靠。它只需直流电源就能工作而且无需进行线性校正所以使用也非常方便借口也很简单。作为电流输出型传感器的一个特点是和电压输出型相比它有很强的抗外界干扰能力。AD的测量信号可远传百余米。综合比较方案一与方案二方案二更为适合于本设计系统对于温度传感器的选择。湿度传感器的选择测量空气湿度的方式很多其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。方案一:采用HOS湿敏传感器。HOS湿敏传感器为高湿度开关传感器它的工作电压为交流V以下频率为HZ~KHZ测量湿度范围为~RH工作温度范围为~℃阻抗在RH(℃)时为MΩ。这种传感器原是用于开关的传感器不能在宽频带范围内检测湿度因此主要用于判断规定值以上或以下的湿度电平。然而这种传感器只限于一定范围内使用时具有良好的线性可有效地利用其线性特性。方案二:采用HSHS湿度传感器。HSHS电容传感器在电路构成中等效于一个电容器件其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。不需校准的完全互换性高可靠性和长期稳定性快速响应时间专利设计的固态聚合物结构由顶端接触(HS)和侧面接触(HS)两种封装产品适用于线性电压输出和频率输出两种电路适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。相对湿度在RH范围内电容量由pF变到pF其误差不大于±RH响应时间小于S温度系数为pF℃。可见精度是较高的。综合比较方案一与方案二方案一虽然满足精度及测量湿度范围的要求但其只限于一定范围内使用时具有良好的线性可有效地利用其线性特性。而且还不具备在本设计系统中对温度~℃的要求因此我们选择方案二来作为本设计的湿度传感器。信号采集通道的选择在本设计系统中温度输入信号为路的模拟信号这就需要多通道结构。方案一、采用多路并行模拟量输入通道。这种结构的模拟量通道特点为:()可以根据各输入量测量的饿要求选择不同性能档次的器件。总体成本可以作得较低。()硬件复杂故障率高。()软件简单各通道可以独立编程。方案二、采用多路分时的模拟量输入通道。这种结构的模拟量通道特点为:()对ADC、SH要求高。()处理速度慢。()硬件简单成本低。()软件比较复杂。综合比较方案一与方案二方案二更为适合于本设计系统对于模拟量输入的要求比较其框图方案二更具备硬件简单的突出优点所以选择方案二作为信号的输入通道。图多路并行模拟量输入通道图多路分时的模拟量输入通道第三章系统总体设计本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号和AD模拟数字转换芯片的性能我设计了以基本系统为核心的一套检测系统其中包括AD转换、单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、键盘及显示、报警电路、系统软件等部分的设计。图系统总体框图本设计由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的。(一)信号采集由AD、HS及多路开关CD组成(二)信号分析由AD转换器MC、单片机基本系统组成(三)信号处理由串行口LED显示器和报警系统等组成。.信号采集..温度传感器集成温度传感器AD是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源。.主要特性AD是电流型温度传感器通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分挡AD的后缀以IJKLM表示。ADLADM一般用于精密温度测量电路其电路外形如图所示它采用金属壳脚封装其中脚为电源正端V+脚为电流输出端I脚为管壳一般不用。集成温度传感器的电路符号如图所示。图AD外形(图)及电路符号(图)、流过器件的电流(μA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数即:ITT=μAK式中:IT流过器件(AD)的电流单位μA。T热力学温度单位K。、AD的测温范围℃℃。、AD的电源电压范围为VV。电源电压可在VV范围变化电流IT变化μA相当于温度变化K。AD可以承受V正向电压和V反向电压因而器件反接也不会损坏。、输出电阻为MΩ。、精度高。AD共有I、J、K、L、M五档其中M档精度最高在℃~℃范围内非线形误差±℃。AD的工作原理  在被测温度一定时AD相当于一个恒流源把它和~V的直流电源相连并在输出端串接一个kΩ的恒值电阻那么此电阻上流过的电流将和被测温度成正比此时电阻两端将会有mV/K的电压信号。其基本电路如图所示。图AD内部核心电路  图是利用ΔUBE特性的集成PN结传感器的感温部分核心电路。其中T、T起恒流作用可用于使左右两支路的集电极电流I和I相等T、T是感温用的晶体管两个管的材质和工艺完全相同但T实质上是由n个晶体管并联而成因而其结面积是T的n倍。T和T的发射结电压UBE和UBE经反极性串联后加在电阻R上所以R上端电压为ΔUBE。因此电流I为:   I=ΔUBE/R=(KT/q)(lnn)/R  对于ADn=这样电路的总电流将与热力学温度T成正比将此电流引至负载电阻RL上便可得到与T成正比的输出电压。由于利用了恒流特性所以输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。图中的电阻R是在硅板上形成的薄膜电阻该电阻已用激光修正了其电阻值因而在基准温度下可得到μA/K的I值。图AD内部电路  图所示是AD的内部电路图中的T~T相当于图中的T、T而TT相当于图中的T、T。R、R是薄膜工艺制成的低温度系数电阻供出厂前调整之用。T、TT为对称的Wilson电路用来提高阻抗。T、T和T为启动电路其中T为恒定偏置二极管。  T可用来防止电源反接时损坏电路同时也可使左右两支路对称。RR为发射极反馈电阻可用于进一步提高阻抗。T~T是为热效应而设计的连接防式。而C和R则可用来防止寄生振荡。该电路的设计使得TTT三者的发射极电流相等并同为整个电路总电流I的/。T和T的发射结面积比为:T和T的发射结面积相等。  T和T的发射结电压互相反极性串联后加在电阻R和R上因此可以写出:   ΔUBE=(R-R)I/  R上只有T的发射极电流而R上除了来自T的发射极电流外还有来自T的发射极电流所以R上的压降是R的/。  根据上式不难看出要想改变ΔUBE可以在调整R后再调整R而增大R的效果和减小R是一样的其结果都会使ΔUBE减小不过改变R对ΔUBE的影响更为显著因为它前面的系数较大。实际上就是利用激光修正R以进行粗调修正R以实现细调最终使其在℃之下使总电流I达到μA/K。二.基本应用电路图是AD用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD的电流与热力学温度成正比当电阻R和电位器R的电阻之和为kΩ时输出电压V随温度的变化为mVK。但由于AD的增益有偏差电阻也有偏差因此应对电路进行调整调整的方法为:把AD放于冰水混合物中调整电位器R使V==(mV)。但这样调整只保证在℃或℃附近有较高的精度。图 AD应用电路三.摄氏温度测量电路如图所示电位器R用于调整零点R用于调整运放LF的增益。调整方法如下:在℃时调整R使输出V=然后在℃时调整R使V=mV。如此反复调整多次直至℃时V=mV℃时V=mV为止。最后在室温下进行校验。例如若室温为℃那么V应为mV。冰水混合物是℃环境沸水为℃环境。四多路检测信号的实现本设计系统为八路的温度信号采集而MC仅为一路输入故采用CD组成多路分时的模拟量信号采集电路其硬件接口如图所示图八路分时的模拟量信号采集电路硬件接口湿度传感器测量空气湿度的方式很多其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。下面介绍HSHS湿度传感器及其应用。一、特点不需校准的完全互换性高可靠性和长期稳定性快速响应时间专利设计的固态聚合物结构由顶端接触(HS)和侧面接触(HS)两种封装产品适用于线性电压输出和频率输出两种电路适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。图a为湿敏电容工作的温、湿度范围。图b为湿度电容响应曲线。图a、湿敏电容工作的温、湿度范围图b、湿度电容响应曲线。相对湿度在RH范围内电容量由pF变到pF其误差不大于±RH响应时间小于S温度系数为pF℃。可见精度是较高的。二、湿度测量电路HSHS电容传感器在电路构成中等效于一个电容器件其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号常有两种方法:一是将该湿敏电容置于运方与租蓉组成的桥式振荡电路中所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再AD转换为数字信号另一种是将该湿敏电容置于振荡电路中将电容值的变化转为与之成反比的电压频率信号可直接被计算机所采集频率输出的测量振荡电路如图所示。集成定时器芯片外接电阻R、R与湿敏电容C构成了对C的充电回路。端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对C的放电回路并将引脚、端相连引入到片内比较器便成为一个典型的多谐振荡器即方波发生器。另外R是防止输出短路的保护电阻R用于平衡温度系数。图、频率输出的振荡电路该振荡电路两个暂稳态的交替过程如下:首先电源Vs通过R、R向C充电经t充电时间后Uc达到芯片内比较器的高触发电平约Vs此时输出引脚端由高电平突降为低电平然后通过R放电经t放电时间后Uc下降到比较器的低触发电平约Vs此时输出此时输出引脚端又由低电平突降为高电平如此翻来覆去形成方波输出。其中充放电时间为t充电=C(RR)Lnt放电=CRLn因而输出的方波频率为f=(t放电t充电)=C(RR)Ln可见空气湿度通过测量电路就转变为与之呈反比的频率信号表给出了其中的一组典型测试值。表、空气湿度与电压频率的典型值三、多路检测信号的实现本设计系统为八路的湿度信号采集故采用CD组成多路分时的模拟量信号采集电路其硬件接口如图所示图八路分时的模拟量信号采集电路硬件接口..多路开关多路开关有称“多路模拟转换器”。多路开关通常有n个模拟量输入通道和一个公共的模拟输入端并通过地址线上不同的地址信号把n个通道中任一通道输入的模拟信号输出实现有n线到一线的接通功能。反之当模拟信号有公共输出端输入时作为信号分离器实现了线到n线的分离功能。因此多路开关通常是一种具有双向能力的器件。在本设计中由于采用了温湿度双量控制所以在信号采集中将有两个模拟量被提取这时选用多路开关就是很必要的。我选用的是CD多路开关它是一种单片、COMS、通道开关。该芯片由DTLTTLCOMS电平转换器带有禁止端的选译码器输入分别加上控制的个COMS模拟开关TG组成。CD的内部原理框图如图所示。图、CD的内部原理框图   图中功能如下:通道线INOUT(、、、、、、、):该组引脚作为输入时可实现选功能作为输出时可实现分功能。XCOM():该引脚作为输出时则为公共输出端作为输入时则为输入端。A、B、C(、、):地址引脚INH():禁止输入引脚。若INH为高电平则为禁止各通道和输出端OUTIN接至若INH为低电平则允许各通道按表关系和输出段OUTIN接通。VDD()和VSS():VDD为正电源输入端极限值为VVSS为负电源输入端极限值为V。VGG()电平转换器电源通常接V或V。CD作为选功能时若A、B、C均为逻辑“”(INH=)则地址码经译码后使输出端OUTIN和通道接通。其它情况下输出端OUTIN输出端OUTIN和各通道的接通关系如下表输入状态接通通道输入状态接通通道INHCBAINHCBAxxx均不显示.信号分析与处理..AD转换一.AD转换器的特点为了把温度、湿度检测电路测出的模拟信号转换成数字量送CPU处理本系统选用了双积分AD转换器MC它精度高分辨率达。由于MC只有一路输入而本系统检测的多路温度与湿度信号输入故选用多路选择电子开关可输入多路模拟量。MCAD转换器由于双积分方法二次积分时间比较长所以AD转换速度慢但精度可以做得比较高对周期信号变化的干扰信号积分为零抗干扰性能也比较好。目前国内外双积分AD转换器集成电路芯片很多大部分是用于数字测量仪器上。常用的有位双积分AD装换器MC和位双积分AD转换器ICL二.MCAD转换器件简介MC是三位半双积分型的AD转换器具有精度高抗干扰性能好的优点其缺点是转换速率低约次秒。在不要求高速转换的场合例如在低速数据采集系统中被广泛采用。MCAD转换器与国内产品G完全相同可以互换。MCAD转换器的被转换电压量程为mV或V。转换完的数据以BCD码的形式分四次送出(最高位输出内容特殊详见表)。图MCAD转换器的内部逻辑框图图MC引脚图MC的框图(图)和引脚(图)功能说明各引脚的功能如下:电源及共地端VDD:主工作电源V。VEE:模拟部分的负电源端接V。VAG:模拟地端。VSS:数字地端。VR:基准电压。外界电阻及电容端RI:积分电阻输入端VX=V时R=ΩVX=Mv时R=KΩ。C:积分电容输入端。C一般为µF。C、C:外界补偿电容端电容取值约µF。RC:R与C的公共端。CLKI、CLKO:外界振荡器时钟调节电阻RcRc一般取KΩ左右。转换启动结束信号端EOC:转换结束信号输出端正脉冲有效。DU:启动新的转换若DU与EOC相连每当AD转换结束后自动启动新的转换。过量程信号输出端OR:当|Vx|›VR过量程OR输出低电平。位选通控制线DSDS:选择个、十、百、千位正脉冲有效。DS对应千位DS对应个位。每个选通脉冲宽度为个时钟周期两个相应脉冲之间间隔为个时钟周期。图MC选通脉冲时序图BCD码输出线QQ:BCD码输出线。其中Q为最低位Q为最高位。当DS、DS和DS选通期间输出三位完整的BCD码数但在DS选通期间输出端QQ除了表示个位的或外还表示了转化值的正负极性和欠量程还是过量程其含意见表表、DS选通时Q~Q表示的结果由表可知Q表示位Q=“”对应反之对应。Q表示极性Q=“”为正极性反之为负极性。Q=“”表示超量程:当Q=“”时表示过量程当Q=“”时表示欠量程.MC与单片机的接口设计由于MC的AD转换结果是动态分时输出的BCD码Q~QHEDS~DS都不是总线式的。因此MCS单片机只能通过并行IO接口或扩展IO接口与其相连。对于单片机的应用系统来说MC可以直接和其P口或扩展IO口相连。下面是MC与单片机P口直接相连的硬件接口接口电路如图所示图MC与单片机P口直接相连的硬件接口单片机为了设计此系统我们采用了单片机作为控制芯片在前向通道中是一个非电信号的电量采集过程。它由传感器采集非电信号从传感器出来经过功率放大过程使信号放大再经过模数转换成为计算机能识别的数字信号再送入计算机系统的相应端口。由于中无片内ROM且数据存储器也不能满足要求经扩展和来达到存储器的要求其结果通过显示器来进行显示输出。的片内结构是有个部件组成即CPU时钟电路数据存储器并行口(P~P)串行口定时计数器和中断系统它们均由单一总线连接并被集成在一块半导体芯片上即组成了单片微型计算机就是MCS系列单片机中的一种。图基本组成CPU中央处理器:中央处理器是的核心它的功能是产生控制信号把数据从存储器或输入口送到CPU或CPU数据写入存储器或送到输出端口。还可以对数据进行逻辑和算术的运算。时钟电路:内部有一个频率最大为MHZ的时钟电路它为单片机产生时钟序列需要外接石英晶体做振荡器和微调电容。内存:内部存储器可分做程序存储器和数据存储器但在中无片内程序存储器。定时计数器:有两个位的定时计数器每个定时器计数器都可以设置成定时的方式和计数的方式但只能用其中的一个功能以定时或计数结果对计算机进行控制。并行IO口:MCS有四个位的并行IO口PPPP以实现数据的并行输出。串行口:它有一个全双工的串行口它可以实现计算机间或单片机同其它外设之间的通信该并行口功能较强可以做为全双工异步通讯的收发器也可以作为同步移位器用。中断控制系统:有五个中断源既外部中断两个定时计数中断两个串行中断一个全部的中断分为高和低的两个输出级。的引脚图引脚图的制作工艺为HMOS采用管脚双列直插DIP封装引脚说明如下:VCC(引脚)正常运行时提供电源。VSS(引脚)接地。XTAL(引脚)在单片机内部它是一个反向放大器的输入端该放大器构成了片内的震荡器可以提供单片机的时钟信号该引脚也是可以接外部的晶振的一个引脚如采用外部振荡器时对于而言此引脚应该接地。XTAL(引脚)在内部接至上述振荡器的反向输入端当采用外部振荡器时对MCS系列该引脚接收外部震荡信号即把该信号直接接到内部时钟的输入端。RSTVPD(引脚)在振荡器运行时在此引脚加上两个机器周期的电平将单片机复位复位后应使此引脚电平保持不高于V的低电平以保证正常工作。在掉电时此引脚接备用电源VDD以保持RAM数据不丢失当BVCC低于规定的值时而VPD在其规定的电压范围内时VPD就向内部数据存储器提供备用电源。ALEPROG(引脚)当访问外部存储器时包括数据存储器和程序存储器ALE地址锁存允许输入的脉冲的下沿用于锁存位地址的低位在不访问外部存储器的时候ALE仍有两个周期的正脉冲输出其频率为振荡器的频率的在访问外存储器的是候在两个周期中ALE只出现一次ALE断可驱动个LSTTL负载对于有片内EPROM的而言在EPROM编程期间此脚用于输入编程脉冲PROG。(引脚)此脚输出为单片机内访问外部程序存储器的读选通信号在读取外部指令期间PSEN非有两次在每个周期有效在此期间每当访问外部存储器时两个有效的PSEN非将不再出现同样这个引脚可驱动个LSTTL负载。VPP(引脚)当保持高电平时单片机访问内部存储器当PC值超过FFFH时将自动转向片外存储器。当保持低电平时则只访问外部程序存储器对而言此脚必须接地。PPPP:有四个并行口在这四个并行口中可以在任何一个输出数据又可以从它们那得到数据故它们都是双向的每一个IO口内部都有一个位数据输出锁存器和一个位数据输入缓冲器各成为SFR中的一个因此CPU数据从并行IO口输出时可以得到锁存数据输入时可以得到缓冲但他们在功能和用途上的差异很大P和P口内部均有个受控制器控制的二选一选择电路故它们除可以用做通用IO口以外还具有特殊的功能P口通常用做通用IO口为CPU传送数据P口除了可以用做通用口以外还具有第一功能除P口以外其余三个都是准双向口。有一个全双工串行口这个串行口既可以在程序下把CPU的位并行数据变成串行数据一位一位的从发送数据线发送出去也可以把串行数据接受进来变成并行数据给CPU而且这种串行发送和接收可以单独进行也可以同时进行。的串行发送和接收利用了P口的第二功能利用P做串行数据接收线串行接口的电路结构还包括了串行口控制寄存器SCON电源及波特率选择寄存器PCON和串行缓冲寄存器SBUF他们都属于SFRPCON和SCON用于设置串行口工作方式和确定数据发送和接收SBUF用于存放欲发送的数据起到缓冲的作用。程序存储器MCS系列单片机的内部ROM是不同的有K的ROM而则是K光可擦写EPROM而我们所采用的则没有片内的ROM但是无论那种型号的芯片都可以在片外扩展多达K的片外程序存储器外部程序存储器扩展的大小以满足系统要求即可或有特殊要求或为了以后升级方便采用大容量的片外程序存储器。当外接程序存储器的时候单片机通过P口和P口输出位的地址即可寻址的外部程序存储器单元的地址使用ALE作为低位地址锁存器信号再由P口读回指令的代码用PSEN非作为外部程序存储器的选通信号。单片机有一个程序计数器PC它始终存着CPU要读取的机器码的所在地址单片机工作时PC自动加一此时程序开始顺序执行因为单片机程序访问空间是K故需要条地址线当接“”则在片外程序存储器中读取指令此时片外程序存储器从H开始编址因为无片内程序存储器故在此系统中必须接地使CPU到外部ROM中去寻址。在程序存储器中有六个单元有特定的含义:H单元:单片机复位后PC=H即从此处开始执行指令。H单元:外部中断入口地址。BH单元:定时器溢出中断入口地址。H单元:外部中断入口地址。BH单元:定时器溢出中断入口地址。H单元:串行口中断入口地址。使用时常在这些入口外安放一条绝对跳转指令使程序跳转到拥护安排的中断处理程序的起始地址或从H外执行一跳转指令跳转到用户设计的初始程序入口。数据存储器数据存储器用于存放运算中间的结果、数据暂存、缓冲、标志位、待测程序等功能。片内的B的RAM地址为H~FH供用户做RAM用但是在这中间的前单元H~FH即引用地址寻址做用户RAM用常常做工作寄存器区分做四组每组由个单元组成通用寄存器R~R任何时候都由其中一组作为当前工作寄存器通过RSRS的内容来决定选择哪一个工作寄存器。低字节中的H~FH共字节可用位寻址方式访问各位共个位地址H~FH共个单元为用户RAM区作堆栈或数据缓冲用片内RAM不够用时须扩展片外数据存储器。此时单片机通过P口和P口选出位地址使用ALE作低位的锁存信号再由P口写入或读出数据。写时用读时用做外部数据存储器的选通信号特殊功能寄存器SFR有个专用寄存器他们是用来管理CPU和IO口以及内部逻辑部件的在指令中专用寄存器是以存储单元方式被读写的专用寄存器虽有名称但寻址时都做专用寄存器用它们的地址是与片内RAM的地址相连的。下面就专用寄存器作以简单的介绍:累加器A:在绝大多数情况下它参与运算的一方并存放运算的结果。寄存器B:进行乘除运算时寄存器B有特定的用途在乘时存放一个乘数以及积的最高位A中存放另一个乘数以及积的低位。除法时B中存放除数及余数而在A中存放被除数和商其他情况可作为普通寄存器用。堆栈指针SP:在子程序调用或中断时用来暂存数据和地址它按先进后出的原则存储数据它是一个八位寄存器它指出堆栈顶部在片内RAM中的位置系统复位后SP变成H使堆栈从单元开始。数据指针DPTR:由两个字节组成DPH字地址由HDPL由H存放一个位的二进制数做地址用。程序状态字PSW:七位用来表征各种标志另一位无意义。CACFORSRSOVPC:进位标志位用于表示加减运算时最高位有无进位和借位在加法运算中若累加器最高位有进位则CY=否则CY=在减法时则有借位CY=否则CY=在执行算术逻辑运算时可以被硬件或软件置位或清除CPU在进行移位操作也会影响该位。AC:当进行加法或减法运算时并产生由低四位向高四位的进位或借位时AC置否则清。若AC=时则在加减过程中A没有向A进位或借位否则正好相反。F:F常不是由机器来指令执行中形成的而是用户根据程序的需要进行设置的这个位一经确定就可通过软件测试来决定用户程序的流向。RSRS:有四个位工作寄存器R~R用户可以改变RS和RS的状态来决定R~R的物理地址。OV:用以指示运算是否发生溢出由机器执行指令自动形成若机器在执行指令过程中累加器A超过位则OV=否则为。P:用来来表示累加器A中的值为的二进制位的奇偶数若‘’的个数为奇数P=为偶数P=。在串行通信中常用奇偶校验数据传输结果的正确性。工作方式它的工作方式可以分做复位掉电和低功耗方式等。、复位方式当MCSl系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现个机器周期以上的高电平时单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求复位操作通常有两种基本形式:上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后自动实现复位操作。常用的上电复位电路如图(a)中左图所示。图中电容C和电阻R对电源十V来说构成微分电路。上电后保持RST一段高电平时间由于单片机内的等效电阻的作用不用图中电阻R也能达到上电复位的操作功能如图(a)中所示。上电或开关复位要求电源接通后单片机自动复位并且在单片机运行期间用开关操作也能使单片机复位。常用的上电或开关复位电路如图(b)所示。上电后由于电容C的充电和反相门的作用使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时按下复位键K后松开也能使RST为一段时间的高电平从而实现上电或开关复位的操作。根据实际操作的经验下面给出这两种复位电路的电容、电阻参考值。图单片机的复位电路图(a)中:Cl=uFR=kO图(b)中:C:=uFRl=lkOR=kO二、掉电和低功耗方式人们往往在程序运行中系统发生掉电的故障使RAM和寄存器中的数据内容丢失使人们丢失珍贵的数据而束手无策有掉电保护是先把有用的数据保存再用备用电源进行供电。存储器的设计在芯片的外围电路中必须对其进行程序存储器的扩展和根据系统的需要对其进行数据存储器的扩展。对程序存储器和数据存储器均可进行H~FFFFH的K字节地址内容的有效寻址。在前面我们已经讲过外扩展存储器时P作高位的地址输出P作低位地址输出和数据线。一、程序存储器的扩展由于无内部ROM故扩展的程序存储器地址为H~FFFFH考虑系统的需要我们将的程序存储器扩展为KEPROM采用作为ROM芯片。程序存储器扩展的容量大于字节故EPROM片内地址线除了由P口经地址存储器提供低位地址外还需要由P口提供若干条地址线我们选用K的EPROM故地址线应该是条因为系统中只扩展一片EPROM所以不用片选信号即EPROM的接地。在程序扩展中我们选用的地址锁存器是LS当三态门的为低电平时三态门处于导通状态允许Q端输出否则为高电平输出为三态门断开输出端对外电路呈高阻态所以在这里为低电平这时当G端为高电平时锁存器输出和输入的状态是相同的当G由高电平下落为低电平时输入端D~D的数据锁入Q~Q中。当处于读方式下和均为低电平有效。当VPP=V时EPROM处于读工作方式:这时由给定地址信号决定被选中存储器单元信息。被读出到数据输出端D~D上。维持方式:当为高电平时VPP为VEPROM处于低功耗方式输出端均为高阻态这与输入无关。编程方式:在VPP加上V编程电源并在和地端跨接一个uf的电容以干扰电压的瞬间对进入编程方式被编程的位数据以并行方式送到数据输出断编程校验。与的连接如图所示图程序存储器的扩展在选用芯片扩展的同时要考虑满足系统的要求的前提下使电路简化尽量选择大容量的芯片以减少芯片组合的数量在芯片型号的选择上选用满足应用环境要求的芯片型号。二、数据存储器的扩展在单片机中有字节的数据存储器。但往往在系统的要求下片内RAM不能满足要求用户只有选择扩展片外的数据存储器以进行存储系统采集的数据。根据系统对数据采集的要求。我们采用K静态RAM进行扩展。与动态RAM相比静态RAM无须考虑保持数据而刷新电路所以扩展电路较为简单且能满足系统的要求。是K*位的静态随机存储器芯片。它采用CMOS工艺制作单一的V电源供电额定功耗是mW典型存取时间ms为线双列直插封装。数据存储器的扩展与程序存储器的扩展类似读写控制信号与的和相连。P口通过LS与A~A相连P~P与A~A相连P与相连P口与D~D相连作为数据线同时CE接V电源GND接地。如图:所示:图数据存储器的扩展数据存储器的掉电保护单片机系统内的RAM数据是非常容易丢失的特别是一些珍贵的科研数据一旦丢失后果不堪设想因此掉电保护是必须要做的一旦电源发生掉电现象在掉电的瞬间系统能自动保护RAM中的数据和系统的运行状态当电源恢复正常供电后能恢复到掉电前的工作状态。系统时钟的设计时钟电路是用来产生单片机工作时所必须的时钟信号本身就是一个复杂的同步时序电路为保证工作方式的实现在唯一的时钟信号的控制下严格的按时序执行指令进行工作时钟的频率影响单片机的速度和稳定性。通常时钟由于两种形式:内部时钟和外部时钟。我们系统采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号。内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器该放大器的输入输出引脚为XTAL和XTAL它们跨接在晶体振荡器和用于微调的电容便构成了一个自激励振荡器电路中的C、C的选择在PF左右但电容太小会影响振荡的频率、稳定性和快速性。晶振频率为在MHZ~MHZ之间频率越高单片机的速度就越快但对存储器速度要求就高。为了提高稳定性我们采用温度稳定性好的NPO电容采用的晶振频率为MHZ。图系统时钟显示与报警的设计显示电路在单片机应用系统设计中一般都是把键盘和显示器放在一起考虑。本设计是利用的串行口实现键盘显示器接口。当的串行口未作它用时使用的串行口来外扩键盘显示器。应用的串行口方式的输出方式在串行口外接移位寄存器LS构成键盘显示器接口其硬件接口电路如图所示:图键盘及显示与主机的硬件接口图中下边的个LS:LS()~LS()作为位段码输出口LS的Y作为键输入线Y作为同步脉冲输出控制线。这种静态显示方式亮度大很容易作到显示不闪烁。静态显示的优点是CPU不必频繁的为显示服务因而主程序可不必扫描显示器软件设计比较简单从而使单片机有更多的时间处理其他事务。报警电路在微型计算机控制系统中为了安全生产对于一些重要的参数或系统部位都设有紧急状态报警系统以便提醒操作人员注意或采取紧急措施。其方法就是把计算机采集的数据或记过计算机进行数据处理、数字滤波标度变换之后与该参数上下限给定值进行比较如果高于上限值(或低于下限值)则进行报警否则就作为采样的正常值进行显示和控制。本设计采用峰鸣音报警电路。峰鸣音报警接口电路的设计只需购买市售的压电式蜂鸣器然后通过MCS的根口线经驱动器驱动蜂鸣音发声。压电式蜂鸣器约需mA的驱动电流可以使用TTL系列集成电路或低电平驱动也可以用一个晶体三极管驱动。在图中P接晶体管基极输入端。当P输出高电平“”时晶体管导通压电蜂鸣器两端获得约V电压而鸣叫当P输出低电平“”时三极管截止蜂鸣器停止发声。图是一个简单的使用三极管驱动的峰鸣音报警电路:图三极管驱动的峰鸣音报警电路本设计是为在温湿度测量中对温湿度的上下限超出是的提示报警接口位于单片机ATC的P口但温湿度过限时P口被置本系统开始工作。第四章软件设计温度控制主程序的设计应考虑以下问题:()键盘扫描、键码识别和温度显示()温湿度采样数字滤波()越限报警和处理()温度标度转换。通常符合上述功能的温度控制程序由主程序和T中断服务程序两部分组成。这里所需要注意的是标度变换下面简单的介绍一下标度变换:标度变换:目的是要把实际采样的二进制值转换成BCD形式的温度值然后存放到显示缓冲区HBH。对一般线性仪表来说标度变换公式为:式中:A为一次测量仪表的下限Am为一次测量仪表的上限AX为实际测量值N为仪表下限所对应的数字量Nm为仪表上限所对应的数字量NX为测量所得数字量。主程序流程图:T中断流程图:温度采样子程序流程图:键扫描程序流程图:报警子程序流程图:结束语参考文献张琳娜刘武发.传感检测技术及应用.中国计量出版社沈德金陈粤初.MCS系列单片机接口电路与应用程序实例.北京航空航天大学出版社,胡汉才单片机原理及接口技术清华大学出版社,李志全等智能仪表设计原理及应用国防工业出版社,何立民.MCS系列单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社.李建民单片机在温度控制系统中的应用江汉大学学报,张毅刚、彭喜元、姜守达、乔立岩.新编MCS系列单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社潘其光常用测温仪表技术问答国防工业出版社,杨世成信号放大电路电子工业出版社,高光天仪表放大器应用科学出版社,潘立民,王燕芳微型计算机控制技术人民邮电出版社,邵敏权,刘刚单片机原理实验及应用吉林科学技术出版社,陈汝全实用微机与单片机控制技术电子科技大学出版社,王森仪表使用数据手册化学工业出版社,李华MCS系列单片机应用接口技术北京航空航天大学出版,何希才,虹敏传感器应用接口电路机械工业出版社,年杨中华、汪蕙、刘润生模拟集成电路的自动综合方法科学出版<美>M考夫曼、AH塞德电子计算手册国防工业出版社刘笃仁、韩保君传感器原理及应用技术。机械工业出版社于微波、林晓梅、刘俊萍微型机算计控制系统吉林人民出版社童诗白模拟电子技术基础。高等教育出版社杨振江等智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用西安电子科技大学出版社周航慈单片机应用程序设计北京航空航天大学出版社王毅单片机器件应用手册人民邮电出版社,<美>M考夫曼、AH塞德电子计算手册国防工业出版社杨振江等智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用西安电子科技大学出版社附录A程序清单主程序�EMBEDPBrush����EMBEDEquation����EMBEDVisioDrawing����EMBEDVisioDrawing����EMBEDVisioDrawing���PAGEvsd湿度频率湿度频率RHHZRHHZvsdQQQ××××××××××表示结果千位数为千位数为结果为正结果为负输入过量程输入欠Q××vsd信号调理电路信号调理电路信号调理电路采样保持器采样保持器采样保持器AD转换器AD转换器AD转换器接口接口接口CPUvsd信号调理电路信号调理电路信号调理电路多路切换器采样保持器AD转换器接口CPUvsd��返回�送采样数据地址�送出通道号�送通道号初值�启动AD�读AD数据修改地址及通道号�采样程序各通道都采样一次NYvsd���开始扫描键盘�判断是否有键按下?�判断是否真的有键按下?�延时mS�开始键?结束键�启动系统工作YNYNNYvsd�多路选择开关锁存器个位十位百位千位极性判别溢出控制电路CMOS线性电路时钟OR过量程VR基准电压VAG模拟地VX被测电压DUEOCRRCCCCQ~QDS~DS实时显示转换周期vsd~~~~~~CLK周期个时钟脉冲周期个时钟脉冲周期EOCDSDSDSDS�最低位vsd清标志设堆栈开始清显示清暂存T初始化温度采样扫描键盘CP�串行口初始化显示vsd保护现场设定s时间计数是否到s返回YNNY标度变换恢复现场是否越限T中断显示重装时间常数报警程序湿度数据采样vsdAD温度检测CD多路开关HS湿度检测CD多路开关MCAD转换单片机串行口LED显示报警电路vsd温度℃长期稳定正常工作区区非正常区vsd相对湿度RHunknownunknownvsd������������������������������������������������������unknown

用户评价(0)

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

文档小程序码

使用微信“扫一扫”扫码寻找文档

1

打开微信

2

扫描小程序码

3

发布寻找信息

4

等待寻找结果

我知道了
评分:

/33

仓库温湿度的监测系统

VIP

在线
客服

免费
邮箱

爱问共享资料服务号

扫描关注领取更多福利