空氣濕度控制器的設(shè)計與實現(xiàn)

1、 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目 空氣濕度控制器的設(shè)計與實現(xiàn) 院（系） 電子工程與電氣自動化學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 學(xué)生姓名 魏巍 學(xué) 號 10028096 指導(dǎo)教師 孔兵 職稱 論文字?jǐn)?shù) 21269 空氣濕度控制器的設(shè)計與實現(xiàn)2完成日期:2014 年 5 月 12 日巢湖學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計)誠信承諾書本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文(設(shè)計)，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。

2、本人簽名： 日期： 年 月 日 巢湖學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計)使用授權(quán)說明本人完全了解巢湖學(xué)院有關(guān)收集、保留和使用畢業(yè)論文 (設(shè)計)的規(guī)定，即：本科生在校期間進(jìn)行畢業(yè)論文(設(shè)計)工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬巢湖學(xué)院。學(xué)校根據(jù)需要，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許畢業(yè)論文 (設(shè)計)被查閱和借閱；學(xué)校可以將畢業(yè)論文(設(shè)計)的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編畢業(yè)，并且本人電子文檔和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。保密的畢業(yè)論文(設(shè)計)在解密后遵守此規(guī)定。本人簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日空氣濕度控制器的設(shè)計與實現(xiàn)空

3、氣濕度控制器的設(shè)計與實現(xiàn)空氣濕度控制器的設(shè)計與實現(xiàn)摘 要本論文設(shè)計的是一種濕度自動控制系統(tǒng)，采用PC 作為上機(jī)位，單片機(jī)作為下機(jī)位，用來控制空氣濕度影響的電路不良問題。濕度自動控制的控制方式采用分布式，首先選擇普通的PC 作為主機(jī)，用來管理各個各個從機(jī)，主要是修改各個從機(jī)濕度設(shè)定值，然后從機(jī)是利用 89C51 單片機(jī)擴(kuò)展而成，它的主要作用是用來采集濕度數(shù)據(jù)，輸出給主機(jī)與主機(jī)通信，最后再執(zhí)行從主機(jī)傳來的命令，從而完成濕度控制系統(tǒng)的報警，與控制。濕度信號的采集是使用 HS1101 濕度傳感器和 TLC555 所組成的濕度檢測電路。顯示器則是利用并行接口芯片 8225A 以及 LED 顯示器組成，完

4、成電路的顯示工作。關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：濕度控制；單片機(jī)；89C51巢湖學(xué)院 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）IDesign and humidity controllerAbstractFor solve not concentrating by air conditioner system cupboard humidity too high problem not electric, adopt each by one-chip computer as machine , the PC not the next as at humidity control system not automat

5、ic, location of machine, the system adopts the distributed control method, the host computer chooses the IBM-PC machine, the host computer realizes centralized management, finish every from machine modification , humidity of person who establish , to give an order from plane mainly, check from the s

6、tate of the machine , receive from the machine data and carry on statistical analysis, show that types and analyses the curve , report form ,etc. Expand by one-chip computer from machine by 89C51, it finish collection and treatment , humidity of data , output person who control , show , report to th

7、e police , and host computer communication ,etc. function. Collection, humidity of signal whether humidity that made up of HS1101 and TLC556 measure circuit is it finish to come, made up of 8255A and LED display and show the circuit separately , finish showing the work.Keywords : distributed control

8、；A/D0809 ; single chip microcomputer目目 錄錄1 1 引言引言.1 12 2 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述.1 12.1 信號采集 .22.2 顯示 .22.3 驅(qū)動控制 .23 3 方案論證方案論證.3 33.1 中央處理單元 CPU 的選擇 .33.1.1 常見幾種單片機(jī)的比較.33.1.2 中央處理單元 AT89C51 的確定 .43.2 傳感器的選擇 .44 4 系統(tǒng)的組成以及輔助電路的設(shè)計系統(tǒng)的組成以及輔助電路的設(shè)計.11114.1 AT89C51 的基本結(jié)構(gòu)和功能簡介.124.2 采樣保持器和 A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 .184.3 濕度檢測電路設(shè)計 .214

9、.4 設(shè)備總線的設(shè)計 .234.5 89C51 擴(kuò)展口的設(shè)計電路：.254.6 顯示電路 .274.6.1 顯示芯片 8255A.274.6.2 LED 數(shù)碼管.294.7 報警裝置 .315 5 軟件設(shè)計軟件設(shè)計.32325.1 上位機(jī)簡介以及軟件設(shè)計 .325.1.1 Visual Basic 語言編程簡介.325.1.2 軟件實現(xiàn) .345.2 下位機(jī)軟件設(shè)計 .37總總 結(jié)結(jié).3838參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).4040致致 謝謝.4141附錄附錄 1 1 上位機(jī)軟件程序清上位機(jī)軟件程序清單單 .4242附錄附錄 2 2 下位機(jī)軟件程序清單下位機(jī)軟件程序清單 .4646空氣濕度控制器的設(shè)計與實現(xiàn)

10、01 1 引言引言不管人類的生存還是社會工業(yè)的生產(chǎn)與制造以及社會活動都與溫度濕度密切相關(guān)的。隨著現(xiàn)在科技越來越發(fā)達(dá)現(xiàn)代化的實現(xiàn)，無論是哪個領(lǐng)域都與溫濕度有著分不開的關(guān)系。在工業(yè)中如恒溫?zé)o塵室、食品的加工以及金屬的加工與生產(chǎn)等，農(nóng)業(yè)比如大棚蔬菜的生產(chǎn)，出畜牧的養(yǎng)殖等都需要對周圍環(huán)境濕度測量然后進(jìn)行控制的。比如在一些大型的工廠中，尤其是光電、電子行業(yè)，工廠內(nèi)都會有裝有集中空調(diào)系統(tǒng)，而集中空調(diào)系統(tǒng)的部分控制柜（如主變控制柜、開關(guān)端子柜）被安置在空調(diào)室內(nèi)。首先這些控制柜沒有很強(qiáng)的密封性，再長時間處于濕度很大的環(huán)境中，導(dǎo)致濕氣不停地在控制柜內(nèi)循環(huán)，是控制柜內(nèi)的濕度過大而凝露。從而降低了控制柜內(nèi)幾件的絕緣

11、性，最終導(dǎo)致柜內(nèi)器件被擊穿，集中空調(diào)系統(tǒng)無法正常工作，然而這些行業(yè)對溫度濕度控制是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，如果環(huán)境不利生產(chǎn)，其結(jié)果導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失程度巨大。為了解決這問題，部分大型企業(yè)在集中空調(diào)系統(tǒng)控制柜內(nèi)安裝燈泡加熱降濕或通風(fēng)的方法，但效果不明顯。本論文研究一種濕度控制系統(tǒng)將很好地解決此類問題。本文設(shè)計的濕度控制系統(tǒng)采用上機(jī)位和下機(jī)位兩級控制結(jié)構(gòu)：上位機(jī)為綜合管理級，主要實現(xiàn)顯示、記錄、打印等功能；下位機(jī)為直接控制級，主要完成濕度檢測、實時顯示、數(shù)據(jù)傳輸以及報警、處理等功能。上位機(jī)選用普通的 PC 機(jī)，可以實現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)、打印曲線及事后數(shù)據(jù)處理的綜合管理。下位機(jī)則選用嵌入式系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)比較簡單、成本也低、實時

12、性好，便于實時采集環(huán)境濕度。在當(dāng)今，數(shù)據(jù)采集、信息處理、通信聯(lián)絡(luò)和實施控制的電子系統(tǒng)中單片機(jī)充當(dāng)著必不可少的角色。通常利用單片機(jī)技術(shù)在各種系統(tǒng)、儀器設(shè)備或裝置中，構(gòu)成嵌入式智能系統(tǒng)或子系統(tǒng)。中央處理器的選擇直接關(guān)系到所做系統(tǒng)的性能，要選擇既便宜又實用的單片機(jī)款型。所以中央處理單元我采用AT89C51。AD采用COMS工藝制造的8位8通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。單片機(jī)89C51通過8255來管理顯示器，顯示器為4位8段共陰極數(shù)碼管，用來顯示設(shè)定和當(dāng)前濕度值。采用軟件譯碼動態(tài)顯示。2 2 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述濕度控制系統(tǒng)采用分布式控制方式，由一臺主機(jī)和多臺從機(jī)組成，主機(jī)選擇巢湖學(xué)院 20

13、14 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）1普通 PC 機(jī)，安放在主控制室內(nèi)。從機(jī)是由 89C51 單片機(jī)擴(kuò)展而來，放置在空調(diào)系統(tǒng)電氣控制柜內(nèi)，從機(jī)的作用是分散控制，主要用來完成濕度檢測、實時顯示、數(shù)據(jù)傳輸以及報警、處理等功能。主機(jī)實現(xiàn)集中管理，主要完成各個從機(jī)濕度設(shè)定值的修改，發(fā)出命令至從機(jī)，檢查從機(jī)狀態(tài)，統(tǒng)計分析來源于從機(jī)接收的數(shù)據(jù)，顯示并打印分析曲線、報表等。從機(jī)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng),由單片機(jī)系統(tǒng)、濕度數(shù)據(jù)信號的采集、LED 顯示、報警裝置、驅(qū)動控制和通信等幾個部分組成。2.1 信號采集信號采集傳感器選擇 HS1101 濕度傳感器，HS1101 濕度傳感器是高精度的電容型濕敏傳感器，其檢測范

14、圍為 0100%RH，精度為 2%RH。變送器整形傳感器的輸出信號，變成 05V 的模擬電壓信號，再經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機(jī)進(jìn)行處理。再根據(jù)控制柜的尺寸決定濕度傳感器的個數(shù)，確保濕度檢測的準(zhǔn)確性，一般為 23 個。2.2 顯示顯示和報警和報警顯示電路是由并行接口芯片 8255 以及 LED 顯示器組成，單片機(jī)通過并行接口芯片 8255A 來管理 LED 顯示器，顯示器為 4 位 8 段共陰極數(shù)碼管，用來顯示當(dāng)前濕度值，采用軟件譯碼動態(tài)顯示。報警電路由三極管、感光二極管、電阻和揚(yáng)聲器組成。聲光的提示信號由89C51 的 P1.0 口輸出，從而驅(qū)動蜂鳴器和發(fā)光二極管。2.3 驅(qū)動控制驅(qū)動

15、控制濕度控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由干燥機(jī)和排風(fēng)機(jī)組成，其中排風(fēng)機(jī)起輔助作用。干燥機(jī)的工作原理是加熱從而達(dá)到降濕目的，它的發(fā)熱材料為 PTC 半導(dǎo)體陶瓷，它的優(yōu)點是使用壽命比傳統(tǒng)發(fā)熱材料要高得多。排風(fēng)機(jī)為微型風(fēng)扇，它的作用是與干燥機(jī)配合使用，加快熱擴(kuò)散使得控制柜中的濕氣盡快排出?？諝鉂穸瓤刂破鞯脑O(shè)計與實現(xiàn)23 3 方案論證方案論證3.1 中央處理單元中央處理單元 CPU 的選擇的選擇在當(dāng)今，數(shù)據(jù)采集、信息處理、通信聯(lián)絡(luò)和實施控制的電子系統(tǒng)中單片機(jī)充當(dāng)著必不可少的角色。通常利用單片機(jī)技術(shù)在各種系統(tǒng)、儀器設(shè)備或裝置中，構(gòu)成嵌入式智能系統(tǒng)或子系統(tǒng)。中央處理器的選擇直接關(guān)系到所做系統(tǒng)的性能，要選擇既便宜又實用

16、的單片機(jī)款型。.1 常見幾種單片機(jī)的比較常見幾種單片機(jī)的比較Intel 公司早期的產(chǎn)品 8031/8051/8751。8031 內(nèi)沒有 ROM 程序存儲器，用戶在使用時，要外接一片邏輯電路 373 和程序存儲器。若想修改 EPROM 中的程序，須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除再寫。8051 內(nèi)的存儲器 ROM 有 4K，為體現(xiàn)其簡練，無需外接 373 和存儲器。但所編的程序無法寫到其中，只可將程序芯片返廠重寫，并不能改寫內(nèi)容。8751 與 8051 基本一致，但是 8751 內(nèi)有 4k 的 EPROM，用戶可以將編寫的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)的 EPROM 中進(jìn)行現(xiàn)場實驗與應(yīng)用，EP

17、ROM 的改寫同樣需要用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除再寫。但是由于上述類型的單片機(jī)應(yīng)用的時間早，產(chǎn)生的影響巨大，成為事實上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。后來很多芯片廠商與 Intel 公司合作，推出很多版本的單片機(jī)，但實際內(nèi)核都是一樣的，這類單片機(jī)指令系統(tǒng)完全兼容，絕大多數(shù)管腳也兼容所以使用上可以互相代替。這類與 8051 內(nèi)核相同的單片機(jī)被稱為為“51 系列單片機(jī)” 。ATMEL 公司的 AT89C51 不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且擁有 FLASH 工藝的 4K 程序儲存器，可以用電的方式瞬間擦除和改寫， ATMEL 公司的 AT89Cx 做的編程器均帶有這些功能。AT89C51 可以進(jìn)行程序

18、加密而且價格低市場也充足。.2 中央處理單元中央處理單元 AT89C51AT89C51 的確定的確定根據(jù)多方面的因素考慮。中央處理單元選用 Atmel 公司生產(chǎn)的 AT89C51 單片機(jī)具有低功耗、低電壓、高性能的 8 位單片機(jī)，內(nèi)置 FLASH 可編程序，擦除改寫方便，只讀存儲器；重要的一點是它具有高密度非易失性存儲器技術(shù),而且其輸出巢湖學(xué)院 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）3引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS-51 兼容。主要特性：1、與 MCS-51 兼容 2、4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 3、壽命：1000 寫/擦循環(huán)4、數(shù)據(jù)保留時間：10 年5、全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz6、

19、三級程序存儲器鎖定7、128*8 位內(nèi)部 RAM8、32 可編程 I/O 線9、兩個 16 位定時器/計數(shù)器10、5 個中斷源 11、可編程串行通道12、低功耗的閑置和掉電模式13、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 3.2 傳感器的選擇傳感器的選擇現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計算機(jī)技術(shù))。傳感器是現(xiàn)代信息技術(shù)的頂端產(chǎn)品，尤其是濕度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)、科研和生活等各大領(lǐng)域。在本論文中傳感器選擇對整個測量系統(tǒng)的精確度和穩(wěn)定性有直接影響。1、濕度測量廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)上的諸多領(lǐng)域，HONEYWELL 公司生產(chǎn)的集成濕度傳感器 IH3605 采用集成電路技

20、術(shù)。IH3605 的內(nèi)部的平板電容器電容量的大小可隨濕度的變化發(fā)生變化，從而采集濕度信號。而且 IH3605 的主要技術(shù)指標(biāo)符合在倉庫中的運(yùn)用。但 IH3605 的輸出電壓是供電電壓、濕度及溫度的函數(shù)。輸出電壓隨著電源電壓的升高而升高。還必須要通過步驟才可計算出實際的相對濕度值。所以 IH3605 運(yùn)用麻煩，而且價格也高于一般傳感器，所以在本論文中不適用。2、測量空氣濕度的原理是從周圍空氣中吸收水分然后引起物理或是化學(xué)變化，從而間接的得到周圍的空氣濕度。電容式，電阻式和濕漲式濕敏元件分別是根據(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(jìn)行濕度測量的?？諝鉂穸瓤刂破鞯脑O(shè)計與實現(xiàn)4H

21、S1101 的特點：不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時間。專利設(shè)計的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，側(cè)面接觸的封裝產(chǎn)品，適合用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路。圖 3-1 為濕敏電阻電容工作的溫、濕度范圍。圖 3-2 為濕度-電容響應(yīng)曲線。圖 3-1 濕敏電阻電容工作的溫、濕度范圍圖 3-2 濕度-電容響應(yīng)曲線相對濕度在 0%100%RH 范圍內(nèi)：電容量由 162pF 變到 200pF，其誤差不大于2%RH；響應(yīng)時間小于 5s，溫度系數(shù)為 0.4pF/?？梢娋仁禽^高的。HS1101 的特性參數(shù)：特性參數(shù) 典型值 單位巢湖學(xué)院 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）5濕度測量范圍 199% RH供

22、電電壓 5 V標(biāo)稱電容 55% RH 180 Pf溫度系數(shù) 0.04 Pf33-75%的平均靈敏度 0.34 Pf/%RH漏電流 1 Na濕度遲滯 1.5 %長時間穩(wěn)定性 0.5 %RH/yr 響應(yīng)時間 5 S偏離曲線 2 %RH工作溫度 -40-100 儲存溫度 -40-125 濕度測量電路：在電路 HS1101 電容傳感器等效于一個電容器件，所測空氣濕度的增大引起其電容量的增大，常用有兩種方法將電容的變化量準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C(jī)以接受的信號：一種是在運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中放置該濕敏電容，產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)過整流、直流放大、然后經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；另一種是在 555 振蕩電

23、路中放置該濕敏電容，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號，計算機(jī)可直接采集該信號。圖 3-3 所示電路是 555 測量振蕩的頻率輸出。集成定時器 555 芯片外接電阻R2、R4 與濕敏電容 C 的充電回路。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 2、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。此外，R1 用于平衡溫度系數(shù)，R3 是防止輸出短路的保護(hù)電阻。 圖 3-3 頻率輸出的 555 振蕩電路振蕩電路的兩個暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源 Vs 通過 R4、R2 向 C 充電，經(jīng)充電時間 t 后，Uc 達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平

24、，約 0.67Vs,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，t 放電時間后，Uc 下降到比較器的低觸發(fā)電平，約 0.33Vs，此時輸出引腳 3 端又由低電平躍升為高電平。如此即可形成方波輸出，其中 C 的充放電時間為 t 充電=C（R4+R2）2空氣濕度控制器的設(shè)計與實現(xiàn)6 t 放電=CR22 因此，輸出的方波頻率為： f=1/（t 充電+t 放電）=1/C（R4+2R2）2可見，控制柜中的濕度通過 555 測量振蕩電路轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率信號，且與之呈反比。下表格是電壓頻率與濕度的典型值測試值。表 3-1 電壓頻率與濕度的典型值濕度頻率濕度頻率%RHHz%RHHz07351606

25、6001072247064682071008063303069769061864068531006033506728測量值直接以線性電壓的形式輸出，精度達(dá)到3%RH。HM1500濕度傳感器 HM1500，HM1500 是一種專門為那些 OEM 要求可靠性和精度高的測量所設(shè)計的，在基于 HS1101 簡單電容性濕度傳感器的基礎(chǔ)上1.HM1500 主要的特點： 體積小、帶防護(hù)棒狀封裝。 即使浸在水里也不受影響。 可交換性極強(qiáng)。 高度的可靠性和長期的穩(wěn)定性。 在 3-7 伏的電壓范圍內(nèi)可正常工作。 ，以典型的 1-4V 電壓輸出表示 1-100%的濕度。可在很低的溫度下正常工作。在電壓范圍內(nèi)，按比例

26、參數(shù)調(diào)壓。長時間處于飽和狀態(tài)下會快速脫濕。反應(yīng)時間快 。對化學(xué)品的高抵抗性 。2.HM1500 工作原理：Vout晶體管振蕩器傳 感 器L.P.濾波器Gain巢湖學(xué)院 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）7 圖 3-4 HM1500 工作原理框圖3.最大參數(shù)（Ta=25 除非特別注明）參數(shù)符號參數(shù)值單位儲存溫度Tstg-3070供電電壓（峰值）Vs12Vdc濕度工作范圍RH0100%RH溫度工作范圍Ta-30604.特性參數(shù)（Ta=23,Vs=5.0VDC,RL1M 除非特別注明）參數(shù)符號最小值典型值最大值單位濕度量程RH199%RH相對濕度精度（1095%）RH35%RH供電電壓Vs4.755.

27、005.25VDC典型輸出RH=55%Vout2.422.482.54V消耗電流Ic0.40.8mA溫度效應(yīng)（060）Tcc0.1%RH/平均靈敏度（3375%RH）mV/%RH+25mV/%RH吸收電流容量Is300微安150 小時結(jié)露的恢復(fù)時間t10S溫度遲滯1.5%RH長時間穩(wěn)定性0.5%RH/yr輸出阻抗Z70歐反應(yīng)時間（3376%RHstatic63%）t5S 5.HM1500 的典型測量范圍空氣濕度控制器的設(shè)計與實現(xiàn)83325394 . 2)23(175.21607. 9335. 1919. 1%ETaVEVEVERHoutoutout34 . 2)23(1 (%ETaRHRHRE

28、ADHM1500 特別適用于在 1095%RH 精確測量的環(huán)境。超過范圍（95%包括飽和）不會影響可靠性。圖 3-5 典型測量范圍輸出圖6.HM1500 模擬電壓輸出曲線（Vs=5V）單位：mV如果需要可以用如下的關(guān)系式做補(bǔ)償：溫度效應(yīng)： 非小線性補(bǔ)償： 7.HM1500 工作曲線如下：巢湖學(xué)院 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）9圖 3-6 HM1500 工作曲線綜合各種因素（如價格，使用年限，反映速度，應(yīng)用場合等）決定選用 HS1101：特點：不需校準(zhǔn)的完全互換性，長期穩(wěn)定性和高可靠，快速響應(yīng)時間。TLC555 多諧振蕩器在本次設(shè)計中應(yīng)用 555 定時器構(gòu)成了一個多諧振蕩器。555 定時器是

29、一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成電路，利用它可以方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，使用靈活，方便。正因為如此，自從 Signetics 公司于 1972 年推出這種產(chǎn)品以后，國際上各主要的電子器件公司也都相繼的產(chǎn)生了各自的 555 定時器產(chǎn)品。機(jī)關(guān)產(chǎn)品型號繁多，但所有雙極型產(chǎn)品型號最后的 3 位數(shù)碼都是 555，所有 COMS 產(chǎn)品型號最后的 4 位數(shù)碼都是 7555。而且，它們的功能和外部引腳的排列完全相同。為了提高集成度，隨后又產(chǎn)生了雙定時器產(chǎn)品 556（雙極型）和 7556（CMOS 型） 。利用 555 定時器能夠很方便的接成施密特觸發(fā)器，再由施密特觸發(fā)器的基礎(chǔ)上連接成多

30、諧振蕩器。要構(gòu)成多諧振蕩器只要把施密特觸發(fā)器的反相輸出端經(jīng) RC積分電路接回到它的輸入端即可。其振蕩周期為 T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2 (7)振蕩頻率為 f=1/T=1/(R1+2R2)Cln2 (8)HS1101 配上多諧振蕩器 TLC555 可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，將相對濕度轉(zhuǎn)換成頻率信號。輸出頻率范圍是 7351Hz6033Hz，所對應(yīng)的相對濕度為 0100。當(dāng)RH55時，f6660Hz。輸出頻率信號可送至 DSP 的 GPT2，測量并顯示出相對濕度值?？諝鉂穸瓤刂破鞯脑O(shè)計與實現(xiàn)104 4 系統(tǒng)的組成以及輔助電路的設(shè)計系統(tǒng)的組成以及輔助電路的設(shè)計整個濕度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 4-

31、1 所示：圖 4-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖上位機(jī)為普通 PC 機(jī)，使用標(biāo)準(zhǔn) RS-232 串口與下位機(jī)通訊，接收下位機(jī)發(fā)來的濕度數(shù)據(jù)。下位機(jī)系統(tǒng)主要由單片機(jī) AT89C51、溫度傳感器 AD0809、濕度傳感器HM1500、顯示電路 8255A 和 LED 數(shù)碼管組成，原理框圖如圖 4-2 所示。采集、顯示、報警、驅(qū)動控制和通信等幾個部分。圖 4-2 下位機(jī)原理框圖串口下位機(jī)上位機(jī)干燥器排風(fēng)機(jī)隔離放大器P1 89C51RXDTXD8255LED 顯示器聲光警報SN75175SN7516ADC0809變送器傳感器接主機(jī)巢湖學(xué)院 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）114.1 AT89C51 的基本結(jié)構(gòu)和功能

32、簡介的基本結(jié)構(gòu)和功能簡介1. 結(jié)構(gòu)框圖圖 4-3 89C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖2.存儲器空間結(jié)構(gòu)計算機(jī)操作的主要對象是數(shù)據(jù)，CPU 是按地址控制與組織數(shù)據(jù)流的。因此，地址空間結(jié)構(gòu)是微機(jī)結(jié)構(gòu)的一項重要內(nèi)容，并直接影響其指令系統(tǒng)。AT89C51 的存儲空間（哈佛結(jié)構(gòu):程序空間與數(shù)據(jù)空間分別獨(dú)立）（1）程序存儲器（由 PC 提供地址） FFFFH 1000H 0FFFH0000H 圖 4-4 AT89C51 的程序存儲空間（2）數(shù)據(jù)存儲器外部60k內(nèi)部 4kEA=1外部 4kEA=0空氣濕度控制器的設(shè)計與實現(xiàn)12特殊功能寄存器工作寄存器區(qū)4 組 R0-R7位尋址區(qū)128 位數(shù)據(jù)緩沖區(qū)片內(nèi)RAM外部數(shù)據(jù)

33、存儲器與外設(shè) I/O端口 1)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（8 位地址） 2)外部數(shù)據(jù)存儲器與 I/O 端口 7FH 30H 2FH 20H 1FH 00H 圖 4-5 89C51 的數(shù)據(jù)存儲空間（3）引腳及其功能1) 工作電源與地圖 4-6 兩種時鐘電路， （a）內(nèi)部時鐘方式， （b）外部時鐘方式Vcc（40）：電源 +5V0.5VGND（20）：地 FFFFH 0000H (由數(shù)據(jù)指針 DPTR 提供 16 位地址）巢湖學(xué)院 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）132) 時鐘（圖 4-6）XTAL1（19）：內(nèi)部振蕩器輸入端XTAL2（18）：內(nèi)部振蕩器輸出端3) 并行 I/O 口P0.00.0 P0.70

34、.7 (3932) 通用 I/O 口 P0 0 / / A0 0-A7 7 / / D0 0-D7 7。P1.01.0 P1.71.7 ( 18 ) 通用 I/O 口 P1 1P2.02.0 P2.72.7 (2128) 通用 I/O 口 P2 2 / / A8 8-A1515P3.03.0 P3.73.7 (10-17) 通用 I/O 口 P3 3 / / 第二功能 P3.03.0 （10）：RXD 串行口數(shù)據(jù)接收 P3.13.1 （11）：TXD 串行口數(shù)據(jù)發(fā)送 P3.23.2 （12）： 外中斷 00INT P3.33.3 （13）：外中斷 11INT P3.43.4 （14）： T0

35、0 計數(shù)/定時器 0 的外部計數(shù)脈沖輸入 P3.53.5 （15）： T1 1 計數(shù)/定時器 1 的外部計數(shù)脈沖輸入 P3.63.6 （16）： 外部數(shù)據(jù)存儲器寫控制信號WR P3.73.7 （17）： 外部數(shù)據(jù)存儲器讀控制信號RD4) 控制信號ALE（30）：輸出正脈沖，1 有效，外部地址鎖存信號。（31）：輸入，0 有效，前 4k 選擇外部程序存儲器的控制信號。EA（29）：輸出，0 有效，訪問外部程序存儲器的選通信號。PSEN（16）：外部數(shù)據(jù)存儲器寫控制信號WR （17）：外部數(shù)據(jù)存儲器讀控制信號RDRST（9）：輸入，高電平持續(xù) 24 個時鐘周期有效，產(chǎn)生復(fù)位操作。 圖 4-7 上電

36、與手動復(fù)位電路5) CPU 使用的特殊功能寄存器空氣濕度控制器的設(shè)計與實現(xiàn)14累加器（Acc）運(yùn)算指令的目標(biāo)寄存器，用于訪問外部存儲器的唯一寄存器。B 寄存器（B）專用于乘除法指令，亦可作通用寄存器。程序狀態(tài)字（PSW）標(biāo)志寄存器 D7 D0CyCyACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOVP PCy：進(jìn)位標(biāo)志；位操作累加器。 AC：半進(jìn)位標(biāo)志。F0 ：用戶標(biāo)志，由用戶自行設(shè)置，在程序運(yùn)行中標(biāo)識某種狀態(tài)。 OV：溢出標(biāo)志。 P：奇偶標(biāo)志（標(biāo)識 Acc 的當(dāng)前奇偶狀態(tài)） RS1、RS0：當(dāng)前工作寄存器組編號值，可在程序中設(shè)定。堆棧指針（SP）據(jù)指針（DPTR） 16 位寄存器，由兩個 8

37、位寄存器 DPH 與 DPL 組成。 主要作用是提供訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或 I/O 端口的地址。 DPH 與 DPL 可作為通用寄存器使用。程序計數(shù)器（PC） 即指令指針。16 位寄存器，為 CPU 提供當(dāng)前待取的指令地址。 CPU 每讀取一個字節(jié)的指令內(nèi)容，PC 即自動加一。 復(fù)位狀態(tài)為 0000H。 不能在程序中直接讀或修改 PC 的內(nèi)容。6) 特殊功能寄存器表 4-1 特殊功能寄存器功能說明符號名地址功 能 說 明P080HP0 口鎖存器，可用于數(shù)據(jù)總線與地址線低八位。SP81H堆棧指針，系統(tǒng)復(fù)位時 SP=07H，監(jiān)控初始化時 SP=40H。DPL82H數(shù)據(jù)地址指針寄存器 DPTR 的低八

38、位。DPH83H數(shù)據(jù)地址指針寄存器 DPTR 的高八位。PCON87H電源控制寄存器,可設(shè)置節(jié)電狀態(tài)。D7 為波特率因子。巢湖學(xué)院 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）15TCON88H定時器控制寄存器,D4-7 控制定時器,D0-3 與外中斷有關(guān)。TMOD89H定時器工作方式控制寄存器TL08AHT0 計數(shù)器低八位。TL18BHT1 計數(shù)器低八位。TH08CHT0 計數(shù)器高八位。TH18DHT1 計數(shù)器高八位。P190HP1 口鎖存器。SCON98H串行口控制寄存器。SBUF99H串行口數(shù)據(jù)緩沖寄存器。P2A0HP2 口鎖存器，可用于地址總線高八位。IEA8H中斷允許寄存器。P3B0HP3 口鎖

39、存器,各位有第二功能如 TXD.RXD.INT0.INT1等。IPB8H中斷優(yōu)先級寄存器。PSWD0H程序狀態(tài)字, 含狀態(tài)標(biāo)志位及工作寄存器組指針 RSi。AccE0H累加器。BF0H乘除運(yùn)算寄存器，也可用作八位通用寄存器。特殊功能寄存器只能直接尋址，寄存器名即代表其地址。字節(jié)地址可被 8 整除的特殊功能寄存器可以位尋址。其 D0 位的位地址與字節(jié)地址相同，后面逐位加一。3.外部中斷源AT89C51 單片機(jī)設(shè)有四個雙向 I/O 端口（P0,P1,P2,P3） ，每一條 I/O 線都能獨(dú)立地用作輸入或輸出。P0 口為三態(tài)雙向口，能帶 8 個 LSTTL 電路。P1,P2,P3 口為準(zhǔn)雙向口，負(fù)載

40、能力為 4 個 LSTTL 電路。（1）多個外部中斷源系統(tǒng)設(shè)計AT89C51 有兩個中斷源，但在實際的應(yīng)用系統(tǒng)中，外部中斷請求源往往比較多。定時器中斷作為外部中斷使用把 89C51 的兩個定時器/計數(shù)器（T0 和 T1）選擇為計數(shù)器方式，每當(dāng) T0 或 T1 引腳上發(fā)生負(fù)跳變時，T0 和 T1 的計數(shù)器加 1。利用這個特性，可以把 T0 和 T1 引腳作為外部中斷請求標(biāo)志。而定時器的益出中斷作為外部中斷請求標(biāo)志。當(dāng)接在 T0 引腳上的外部中斷請求輸入線發(fā)生負(fù)跳變時，TL0 加 1 益出，TF0空氣濕度控制器的設(shè)計與實現(xiàn)16被置“1”向 CPU 發(fā)出中斷請求。同時 TH0 的內(nèi)容自動送入 TL0

41、，使 TL0 恢復(fù)初始值 0FFH。這樣，每當(dāng) T0 引腳上有一次負(fù)跳變時都置“1”與 TF0，向 CPU 發(fā)中斷請求，T0 引腳就相當(dāng)于邊沿觸發(fā)的外部中斷請求源輸入線。同理，也可以把 T1 引腳作類似的處理。 圖 4-8 五個外部中斷源連接（2）五個外部中斷源連接中斷和查詢結(jié)合的方式。這種方法是把系統(tǒng)中多個外部中斷源按它們的重要程度進(jìn)行排隊，把其中最高級別的中斷源接到 MCS-51 的一個外部中斷源輸入端，其余的中斷源用線或的方法連接到另一個外部中斷輸入端，并同時還接到一個 I/O 口。中斷請求有硬件電路產(chǎn)生，而中斷源的識別由程序查詢來處理，查詢順序由中斷源的優(yōu)先級決定。上圖為五個外部中斷源

42、的連接電路，其中設(shè)備 14 經(jīng) OC 門與 INT1 連接，并連接到 P1.0P1.3 均采用電平觸發(fā)方式。設(shè)備 0 為最高級中斷源，單獨(dú)作為外部中斷0 的輸入信號。外部中斷 1 的中斷服務(wù)程序如下： INTR:PUSHPSWPUSHAJNBP1.0, DVT1JNBP1.1，DVT2JNBP1.2, DVT3JNBP1.3, DVT4INTR1：POP APOPPSWRET1巢湖學(xué)院 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）17DVT1： AJMP INTR1DVT2： AJMP INTR1DVT3： AJMP INTR1DVT4： AJMP INTR14.2 采樣保持器和采樣保持器和 A/D 轉(zhuǎn)換

43、電路的設(shè)計轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計A/D 轉(zhuǎn)換器（ADC）的作用就是把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便于計算機(jī)進(jìn)行處理。 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)換器的設(shè)計思想和新的制造技術(shù)變得豐富。由于各種不同的檢測及控制任務(wù)的需要，結(jié)構(gòu)不同、性能各異的 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片從而產(chǎn)生。ADC0809 則是采用 COMS 工藝制造的 8 位 8 通道逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器。 1.ADC0809 結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理ADC0809 的結(jié)構(gòu)框圖如下圖 4-9 所示。0809 是采用逐次逼近的方法完成 A/D轉(zhuǎn)換的。由單一的5V 電源供電；片內(nèi)帶有鎖存功能的 8 路選一的模擬開關(guān)，由C、B、A 的編碼來決定所選的通道。0809

44、 完成一次轉(zhuǎn)換需要 100S 左右，通過適當(dāng)?shù)耐饨与娐贰?圖 4-9 ADC0809 轉(zhuǎn)換原理圖ADC0809 可對 05V 的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。其工作過程如下：首先用指令選擇 0809 的一個模擬輸入通道，當(dāng)執(zhí)行 MOVX DPTR，A 時，產(chǎn)生一個啟動信號給 START 引腳送入脈沖，開始對選中通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后發(fā)出空氣濕度控制器的設(shè)計與實現(xiàn)18結(jié)束信號，置 EOC 腳為高電平，該信號可作為中斷申請信號；當(dāng)讀允許信號到，OE 端有高電平，則可以讀出轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。將結(jié)果讀入 A 累加器中則利用利用MOVX A，DPTR。2.ADC0809 引腳及功能ADC0809 是一種采用逐次逼近式

45、8 路模擬輸入、8 位數(shù)字量輸出的 A/D 轉(zhuǎn)換器。其引腳圖如下圖所示 圖 4-10 ADC0809 管腳示意圖由引腳圖可見，ADC0809 共有 28 引腳，采用雙列直插式封裝。其主要引腳功能如下：IN0IN7：是 8 路模擬信號輸入端。D0D7：8 位數(shù)字量輸出端。A、B、C 與 ALE 控制 8 路模擬通道的切換，A、B、C 分別于三根地址線或數(shù)據(jù)線相連，三者編碼對應(yīng) 8 個通道地址口。C、B、A000111 分別對應(yīng) IN0IN7通道地址。 強(qiáng)調(diào)說明一點：ADC0809 雖然有 8 路模擬通道可以同時輸入 8 路模擬信號，但每個瞬間只能轉(zhuǎn)換一路，各路之間的切換由軟件變換通道地址實現(xiàn)。O

46、E、START、CLK 為控制信號端，OE 為輸出允許端，START 為啟動信號輸入端，CLK 為時鐘信號輸入端。 Vr（）和 Vr（）為參考電壓輸入端。3.AT89C51 與 ADC0809 的接口巢湖學(xué)院 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）19在討論 AT89C51 與 0809 的接口設(shè)計之前，先來討論單片機(jī)如何來控制 ADC 的問題。單片機(jī)控制 ADC 多數(shù)采用的是查詢和中斷控制兩種方法。查詢法是在單片機(jī)把啟動命令送到 ADC 之后，執(zhí)行別的程序，同時對 ADC 的狀態(tài)進(jìn)行查詢，以檢查 ADC 變換是否已經(jīng)結(jié)束，如查詢到變換已經(jīng)結(jié)束，則讀入轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)。中斷控制法是在啟動信號送到 AD

47、C 之后，單片機(jī)執(zhí)行別的程序。當(dāng) ADC 變換結(jié)束并向單片機(jī)發(fā)出中斷請求信號時，單片機(jī)響應(yīng)此中斷請求，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理，然后返回到源程序。這種方法單片機(jī)無須進(jìn)行轉(zhuǎn)換時間的管理，CPU 效率高，所以特別適用于變換時間較長的ADC。如果對轉(zhuǎn)換速度的需求過高，以上兩種 ADC 控制方式往往不能滿足要求，可采用 DMA 接口（例如 Intel 公司的 8237DMA 控制器） 。A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)從傳輸一開始就可以從輸出的寄存器經(jīng)過 DMA 中的數(shù)據(jù)寄存器直接傳輸?shù)街骷拇嫫鳎圆粫艿匠绦虻南拗?。?）軟件延時方式ADC0809 與 89C51 單片機(jī)的接口如圖

48、 4-11 中所示。圖 4-11 ADC0809 與 89C51 單片機(jī)的接口電路因為 ADC0809 片內(nèi)沒有時鐘，所以我們可利用 89C51 提供的地址鎖存允許信號 ALE 經(jīng) D 觸發(fā)器二分頻后獲得，ALE 腳的頻率是 89C51 單片機(jī)時鐘頻率的 1/6，空氣濕度控制器的設(shè)計與實現(xiàn)20恰好符合 ADC0809 對時鐘頻率的要求。因為 ADC0809 擁有輸出三態(tài)鎖存器，其 8位數(shù)據(jù)輸出引腳能直接與數(shù)據(jù)的總線相連。地址譯碼引腳 A、B、C 分別與地址總線的低三位 A0、A1、A2 相連，以選通 IN0IN7 中的一個通路。將 2.7（地址總線A15）作為片選信號，在啟動 A/D 轉(zhuǎn)換時，

49、由單片機(jī)的寫信號和 P2.7 控制 ADC 的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動，由于 ALE 和 START 連在一起，因此 ADC0809 的鎖存在鎖存通道地址的同時，啟動并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時，用低電平的讀信號和P2.7 腳經(jīng)一或非門后，產(chǎn)生的正脈沖作為 OE 信號，用以打開三態(tài)輸出鎖存器。由上分析知：在軟件編寫時，應(yīng)令 P2.7A150；A0、A1、A2 給出被選擇的模擬通道的地址；執(zhí)行輸出指令，啟動 A/D 轉(zhuǎn)換；執(zhí)行輸入指令，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 （2）中斷方式ADC0809 與 89C51 的中斷方式接口電路只需要將上圖中的 EOC 腳經(jīng)過一非門連接到 89C51 的 INT1 腳即可。采用中斷

50、方式可大大節(jié)省 CPU 時間，當(dāng)轉(zhuǎn)換完成時，EOC 發(fā)出一個脈沖向單片機(jī)提出申請要求中斷，單片機(jī)響應(yīng) EOC 發(fā)出的中斷請求，由外部中斷 1 的中斷服務(wù)子程序讀 A/D 結(jié)果，并啟動 0809 的下一個轉(zhuǎn)換，外部中斷 1 采用跳沿觸發(fā)方式。4.3 濕度檢測電路設(shè)計濕度檢測電路設(shè)計本設(shè)計中應(yīng)用的濕度檢測電路如圖 4-12 所示：圖 4-12 濕度檢測電路此電路為典型的 555 單穩(wěn)態(tài)電路 HS1101。作為電容變量接在 555 的 TRIG 與THRES 兩腳上，引腳用作電阻 R4 的短路。通過 R2 與 R4 充電到門限等量電容HS1101 的電壓約 0.67Vcc，通過 R2 放電到觸發(fā)電平

51、約 0.33Vcc，然后 R4 通過引腳2 短路到地。傳感器由不同的電阻 R2 與 R4 充放電。其工作循環(huán)可以如下描述：Thigh=C%RH*(R2+R4)*ln2 (9)1.555 2.R1 3.R2 4.TLC555 5.909K 6.576 7.TS555 8.100nF電容 9.523 10. 7555 11. 1732K 12. 549 13. LMC555 14. 1238 15. 562 巢湖學(xué)院 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）21Tlow=C%RH*R2*ln2 (10)F=1/(Thigh+Tlow)=1/(C%RH*(R4+2*R2)*ln2) (11)輸出循環(huán)周期=T

52、high*F=R2/(R4+2*R2) (12)為了使循環(huán)時間則與 R2 相比 R4 應(yīng)該小一點但是不要低于最小值。電阻 R3 是為了短路保護(hù) 555 必須為 CMOS。555 電路的非平衡電阻 R1 的作用是做內(nèi)部濕度補(bǔ)償目的。它與 HS1101 的濕度效應(yīng)相匹配才能引起濕度效應(yīng)。R1 需要所有的 R-C 時鐘電阻的要求一樣，精確度1%。最大的濕度效應(yīng)應(yīng)該小于 100ppm。因為不同型號的 555 內(nèi)部濕度補(bǔ)償不同，R1 的值不許與特定的芯片相匹配。為了保證在 55%RH 的典型濕度值為 6660Hz。R2也需要做稍許的修正如下表：表 4-2 555 電路修正表頻率輸出典型參數(shù)REFEREN

53、CE POINT AT 6660Hz FOR 55%RH/25 RH0102030405060708090100Fr73517224710069766853672866006468633061866033555 為典型的 CMOS 類型 TLC555RH 百分比相對濕度 F 頻率 Hz 多項式的反應(yīng)方程Fmes(Hz)=F55(Hz)(1.1038-1.93666810-3RH+3.011410-6RH2-3.440310-8RH3)(13)濕度檢測電路如下：空氣濕度控制器的設(shè)計與實現(xiàn)22圖 4-14 濕度檢測電路4.4 設(shè)備總線的設(shè)計設(shè)備總線的設(shè)計我國目前應(yīng)用的現(xiàn)場總線中，RS-485RS-

54、232 的使用最為普遍，PC 連接其中的并行總線讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。因此，在本系統(tǒng)中，為了讓 AT89C51 與上位機(jī)（PC 機(jī)）之間能夠更好的進(jìn)行數(shù)字輸出和輸入，因此選擇 RS-232 通信。以下是 RS-232 通信的簡解以及在本系統(tǒng)中的運(yùn)用電路。紅外通信的基本原理是將基帶二進(jìn)制信號由發(fā)送端調(diào)制為一系列的脈沖串信號。數(shù)據(jù)比特的傳送仿照不帶其側(cè)校驗的 RS232 通信，首先產(chǎn)生一個同步頭，然后接著 8 位數(shù)據(jù)比特。目前 RS-232 是 PC 機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS-232 被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。RS-232 采取不平衡傳輸方式，所謂單端通訊

55、即是，RS-232 采取不平衡傳輸方式。收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號是相對于信號地，DB25 各引腳定義參見圖 4-15。典型的RS-232 信號在正負(fù)電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平在+5+15V，負(fù)電平在-5-15V 電平。當(dāng)無數(shù)據(jù)傳輸時，線上為 TTL，從開始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從 TTL 電平到 RS-232 電平再返回 TTL 電平。接收器典型的巢湖學(xué)院 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）23工作電平在+3+12V 與-3-12V。其傳送距離因為發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V 至 3V 左右，所以傳送距離大為約 15 米，最高速率為 20kb/s。RS-232 是只用一對收

56、、發(fā)設(shè)備，其驅(qū)動器負(fù)載為 37k。所以 RS-232 適合本地設(shè)備之間的通信。其有關(guān)電氣參數(shù)參見下表。 規(guī)定 RS232 RS422 R485工作方式 單端 差分 差分節(jié)點數(shù) 1 收、1 發(fā) 1 發(fā) 10 收 1 發(fā) 32 收最大傳輸電纜長度 50 英尺 400 英尺 400 英尺最大傳輸速率 20Kb/S 10Mb/s 10Mb/s最大驅(qū)動輸出電壓 +/-25V -0.25V+6V -7V+12 驅(qū)動器輸出信號電平 +/-5V+/-15V +/-2.0V +/-1.5V（負(fù)載最小值） 驅(qū)動器輸出信號電平 +/-25V +/-6V +/-6V(空載最大值)驅(qū)動器負(fù)載阻抗() 3K7K 100

57、54 擺率(最大值) 30V/s N/A N/A 接收器輸入電壓范圍 +/-15V -10V+10V -7V+12V 接收器輸入門限 +/-3V +/-200mV +/-200mV 接收器輸入電阻() 3K7K 4K(最小) 12K 驅(qū)動器共模電壓 -3V+3V -1V+3V接收器共模電壓 -7V+7V -7V+12V根據(jù)這些對應(yīng)的 RS232 電氣參數(shù)， 結(jié)合本系統(tǒng)的各個參數(shù)，故確定各所需元件的參數(shù)。8 7 1 3 9 10 4 5 2 6R2 INT2 OUTC1+C1-R2 OUTT2 INC2+C2-V+V-U2232C416uFC516uFC616uFC716uF+5-5RXDTXD

58、123J1CON3空氣濕度控制器的設(shè)計與實現(xiàn)24圖 4-15 RS232 的電路原理圖4.5 89C51 擴(kuò)展口的設(shè)計電路：擴(kuò)展口的設(shè)計電路： 在本論文研究的濕度控制系統(tǒng)中，單片機(jī) AT89C51 本身體提供出的輸入輸出口線不是很多，只有 P1 準(zhǔn)雙向口的八位 I/O 線和 P3 口的某些線位可以作為輸入輸出線。所以，在本文的應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)需要增加輸入輸出（I/O）接口芯片。單片機(jī)的外部數(shù)據(jù) I/O 和存儲器 RAM 是統(tǒng)一的編址，用戶可以把外部 64K 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器 RAM 空間的一部分作為擴(kuò)展 I/O 接口的地址空間，每個接口芯片中的功能寄存器口地址可以相當(dāng)一個 RAM 存儲單元。

59、CPU 可以對其功能寄存器正常進(jìn)行讀、寫操作。（一） 、89C51 單片機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展 I/O 接口設(shè)計時，要注意以下幾個問題： 1、悉 89C51 本身的 P0P3 口特性以及指令功能。 2、分析清楚要擴(kuò)展的接口芯片的功能、結(jié)構(gòu)以及能力。 3、在進(jìn)行硬件設(shè)計的時候要注意接口電平以及驅(qū)動能力。 4、設(shè)計驅(qū)動程序的要注意，防止總線上的數(shù)據(jù)沖突（二） 、89C51 單片機(jī) I/O 口擴(kuò)展性能： 1、因為擴(kuò)展的 I/O 口采取與數(shù)據(jù)存儲器相同的尋址方式所以其與外部程序存儲器無關(guān)。 2、利用 89C51 串行接口的移位寄存器工作方式（方式 0）擴(kuò)展 I/O 口則不占用片外 RAM 地址。 3、MCS-51

60、 單片機(jī)的 I/O 口擴(kuò)展利用總線（P0）口擴(kuò)展時必須分時使用，要求 P2 口提供較多的片選線，還須注意 P0、P2、P3 的負(fù)載問題。4、擴(kuò)展 I/O 口的硬件相依性。I/O 口的擴(kuò)展是為外部通道以及設(shè)備提供一個輸出、輸入通道。所以，I/O 口的擴(kuò)展總是為了實現(xiàn)某種測、控以及管理功能而進(jìn)行的。 5、擴(kuò)展 I/O 口的軟件相依性。根據(jù)擴(kuò)展 I/O 的操作方式不同，應(yīng)用程序也應(yīng)有不同。（三） 、I/O 口擴(kuò)展方法根據(jù)擴(kuò)展并行 I/O 口時數(shù)據(jù)線的連接方式 I/O 口擴(kuò)展有三種方法，分別為：總線擴(kuò)展方法,串行口擴(kuò)展方法和 I/O 口擴(kuò)展方法.巢湖學(xué)院 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）251、總線擴(kuò)