孵化器智能控制畢業(yè)設(shè)計

目錄TOC\o"1-3"\u摘要 IABSTRACT II第1章緒論 頁共31頁第1章緒論1.1課題研究的意義隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，用智能控制系統(tǒng)對孵化的過程中各參數(shù)進(jìn)行精確穩(wěn)定的控制，成為越來越多的孵化設(shè)備生產(chǎn)廠家的選擇。由于智能控制高效節(jié)能，控制精度高，節(jié)約勞動力，也越來越受到用戶的歡迎。尤其是自中國加入世界貿(mào)易組織以來，越來越多的國際化品牌、知名企業(yè)進(jìn)軍中國市場。孵化養(yǎng)殖業(yè)同樣不可避免面臨著來自國外品牌激烈的競爭。激烈的競爭，必然使養(yǎng)殖業(yè)朝著規(guī)模化、集約化的方向發(fā)展。孵化設(shè)備的先進(jìn)程度，往往決定著一個養(yǎng)殖企業(yè)，一個地區(qū)，甚至一個國家養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。因此，研究出孵化量大、孵化質(zhì)量高、價格經(jīng)濟(jì)實用的孵化設(shè)備，有著重要的意義。1.2孵化的過程及工藝要求1.2.1孵化的過程家禽的孵化期大致分為孵化和出雛兩部分，孵化期是指種蛋入孵到出雛前的三、四天，這段時間主要是要保證孵化裝置內(nèi)部溫度、濕度的控制。出雛期是指出雛前三、四天到出雛結(jié)束的這段時間，因為這是禽蛋已經(jīng)基本完成孵化過程，所以會自動散熱并消耗大量氧氣，產(chǎn)生二氧化碳，因此，在這期間需要加強(qiáng)散熱、通風(fēng)的控制來保證其達(dá)到氧含量標(biāo)準(zhǔn)。1.2.2孵化的工藝要求根據(jù)家禽孵化禽蛋時的環(huán)境情況和科學(xué)實踐證明，禽蛋的孵化需要一下幾個條件：溫度、濕度、翻蛋、通風(fēng)和涼蛋。1.溫度條件溫度是家禽胚胎發(fā)育的首要條件。家禽胚胎發(fā)育在不同的時期，對溫度條件要求基本相同。若以雞的孵化溫度37.8℃為基準(zhǔn)，則鴨、鵝、火雞等約降低0.3℃。2．濕度條件濕度條件是家禽維持胚胎發(fā)育的基礎(chǔ)保證。家禽在不同孵化期對相對濕度的要求基本相同。

孵化初期要求相對濕度保持在40％～70％,中后期要求相對濕度需要保持在53％～60％；出殼期要求相對濕度保持在65％～70％。3．翻蛋為使孵化蛋受熱均勻需定時轉(zhuǎn)蛋，翻蛋包括兩個方面：（1）改變胚胎方位，防止胚胎與殼膜粘連，促進(jìn)胚胎運(yùn)動，使胚胎受熱均勻，發(fā)育整齊、良好，幫助羊膜運(yùn)動，改善羊膜血液循環(huán)，使胚胎發(fā)育前中后期血管區(qū)及尿囊絨毛膜生長發(fā)育正常，“合攏”、“封門”良好，蛋白順利進(jìn)入羊水供胚胎吸收，初生重合格。翻蛋還可以減緩羊水的損失，使胚胎在濕潤的環(huán)境下順利啄殼、出殼。（2）翻蛋頻率是指種蛋在孵化過程中兩次翻蛋間的間隔時間，簡言之即多長時間翻蛋一次?，F(xiàn)在基本都設(shè)定在2小時，多數(shù)孵化生產(chǎn)者也以此為標(biāo)準(zhǔn)。4．通風(fēng)孵化過程中，特別是孵化后期要創(chuàng)造良好的通風(fēng)條件，以利胚胎通過蛋殼不斷吸進(jìn)氧氣、排出二氧化碳和水蒸氣。禽蛋在發(fā)育過程中，必須進(jìn)行氣體交換，尤其在孵化第19天（夏季還要提前12小時以后，胚胎開始肺呼吸，需氧量逐漸增大，二氧化碳排出量也逐漸增多。這時如果通風(fēng)不良，則造成孵化器內(nèi)嚴(yán)重缺氧，即使將出殼的雛雞呼吸量加大2-3倍，仍不能滿足其對氧的需要，結(jié)果抑制了細(xì)胞代謝的中間過程，使酸性物質(zhì)蓄積體內(nèi)，組織中二氧化碳分壓增高而發(fā)生代謝呼吸性酸中毒，從而導(dǎo)致心臟播出量下降，發(fā)生心肌缺氧、壞死、心跳紊亂和跳動驟停。為了避免此類情況，需按時通風(fēng)來保證氧氣的供給。5．涼蛋在孵化后期必須采取涼蛋措施才有助于胚胎及時散熱。通常每天涼蛋2次，每次30～40分鐘，少則15～20分鐘，涼蛋時把蛋盤端出機(jī)器外進(jìn)行，每次涼蛋時間不超過40分鐘。在夏季涼蛋時蛋溫不易下降,可以在蛋表面噴涼水,達(dá)到快速涼蛋的目的。1.3孵化器的發(fā)展及當(dāng)前現(xiàn)狀1.3.1國外孵化器發(fā)展?fàn)顩r80年代末至90年代初期，國外養(yǎng)禽業(yè)有了極大的發(fā)展，出現(xiàn)大量先進(jìn)的孵化設(shè)備，如美國雞王孵化器公司、加拿大的詹姆斯威公司、比利時的皮特森以及日本、羅馬尼亞、蘇聯(lián)等國的產(chǎn)品。1.3.2國內(nèi)孵化器發(fā)展?fàn)顩r我國孵化設(shè)備的制造比國外起步較晚，1980年以前，只有少數(shù)雞場從日本引進(jìn)少量的設(shè)備，并仿制了部分產(chǎn)品，談不上有設(shè)計能力，80年代初期北京市平谷電子機(jī)械廠生產(chǎn)出了云峰牌孵化機(jī)，對當(dāng)時養(yǎng)禽業(yè)有很大的促進(jìn)，同時北京西山孵化設(shè)備廠等也開始從事專業(yè)的孵化設(shè)備生產(chǎn)。經(jīng)過二十多年的發(fā)展，我國目前己形成具有一定規(guī)模的從事孵化機(jī)設(shè)計和制造的專業(yè)隊伍，基本上能滿足我國養(yǎng)禽業(yè)的需要。據(jù)不完全統(tǒng)計，孵化機(jī)、出雛機(jī)的生產(chǎn)廠家有50余家，其品種規(guī)格從小((5000蛋位以下)到大(約10萬蛋位)，規(guī)格齊全，其品種近100余種，其結(jié)構(gòu)形式有八角式、固定蛋架式和蛋車式等。中、小型箱式孵化機(jī)適用于個體專業(yè)戶和中等規(guī)模的集體養(yǎng)雞場，而大型巷道式孵化機(jī)適用于大型機(jī)場的需要。目前研制巷道式孵化機(jī)的廠有3家以上，有的已經(jīng)進(jìn)入實際生產(chǎn)階段。在孵化機(jī)的設(shè)計中，有許多廠家己能設(shè)計具有先進(jìn)水平的微電腦控制的孵化設(shè)備，其設(shè)計和生產(chǎn)能力已趕上國外先進(jìn)國家水平。但在近50余家生產(chǎn)廠中，真正形成生產(chǎn)能力有質(zhì)量保證的生產(chǎn)廠仍為數(shù)不多，只有10余家。近幾年來，中國家禽業(yè)協(xié)會，致力于家禽設(shè)備的管理工作，為家禽設(shè)備的發(fā)展和質(zhì)量提高做了很大的貢獻(xiàn)。如組織專家對孵化設(shè)備生產(chǎn)廠進(jìn)行評審，推薦出具有國內(nèi)一流水平和質(zhì)量有保證的生產(chǎn)廠。獲推薦的廠有電子工業(yè)部第41研究所、杭州富陽春江孵化設(shè)備廠、杭州下沙孵化設(shè)備廠和南京實驗儀器廠。農(nóng)業(yè)部還對一些產(chǎn)品質(zhì)量好的生產(chǎn)廠進(jìn)行推廣鑒定，獲得推廣許可證的孵化機(jī)生產(chǎn)廠有：北京市西山孵化設(shè)備廠、廣東省中山市家禽機(jī)械設(shè)備廠以及浙江富陽春江孵化設(shè)備廠等。隨著我國孵化設(shè)備專業(yè)隊伍的壯大，技術(shù)水平的提高，外國公司及其設(shè)備已逐漸退出我國市場。

第2章系統(tǒng)方案設(shè)計2.1系統(tǒng)工作原理家禽孵化需要滿足溫度、濕度、通風(fēng)、轉(zhuǎn)蛋和涼蛋等5方面的外界條件。本設(shè)計選用孵化箱中空氣進(jìn)行加熱和加濕同時換氣的方案，而且設(shè)計要求智能控制，所以設(shè)計中利用單片機(jī)技術(shù)，依靠其成熟強(qiáng)大的處理能力，對數(shù)據(jù)前向通道來的溫度、濕度、氧氣含量數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷、處理、存儲，并可采用簡單的方法通過顯示芯片將顯示信息送出進(jìn)行數(shù)碼顯示，對其檢測量進(jìn)行判斷和報警處理，進(jìn)行一系列控制。這樣不但能滿足設(shè)計要求，更適合在實踐中應(yīng)用。該孵化機(jī)采用單片機(jī)控制作為核心，配以高質(zhì)量的外圍器件和控制電路組成。適合中小規(guī)模的孵化生產(chǎn)。該機(jī)原理是：首先由溫度傳感器、濕度傳感器、氧濃度傳感器等得到信號電壓，再對其進(jìn)行條理與放大，然后程序循環(huán)選通每一路信號進(jìn)行采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波和數(shù)據(jù)處理，然后輸出相應(yīng)的控制信號使控制部件進(jìn)行預(yù)定的操作，來實現(xiàn)自動控溫、控濕以及控制氧含量的目的。2.2系統(tǒng)設(shè)計方案設(shè)計的控制核心采用AT89C52單片機(jī)，配以溫度傳感器DS1820，濕度傳感器IH3605，氧氣傳感器O2-A2以及其他運(yùn)算放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，報警電路和顯示電路等均在以下介紹。設(shè)計的主要技術(shù)參數(shù)：溫度測量范圍：30℃～50℃，測量精度：±0.1℃；濕度測量范圍：30%～90%，測量精度：±1%；通風(fēng)保持含氧量在20%～21%；能夠?qū)崟r顯示孵化器中的溫度、濕度，顯示孵化時間，可與上位機(jī)通訊，自動控制升溫、降溫、保濕、換氣、翻蛋。出現(xiàn)故障或指標(biāo)超限能自動處理并發(fā)出聲光報警。系統(tǒng)的總體框圖如圖2-1所示：溫濕度溫濕度含氧量信號放大A/D轉(zhuǎn)換89C52單片機(jī)數(shù)據(jù)顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖2-1系統(tǒng)總體框圖

第3章前/后向通道設(shè)計3.1溫度傳感器的選擇3.1.1DS1820型溫度傳感器簡介DS1820是一種數(shù)字溫度計，提供9位溫度讀數(shù),指示器件的溫度信息經(jīng)過單線接口送入DS1820或從DS1820送出，因此從中央處理器到DS1820僅需連接一條線和地讀寫和完成溫度變換。所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源，因為每一個DS1820有唯一的系列號siliconserialnumber。因此多個DS1820可以存在于同一條單線總線上，這允許在許多不同的地方放置溫度靈敏器件。此特性的應(yīng)用范圍包括HVAC環(huán)境控制建筑物設(shè)備或機(jī)械內(nèi)的溫度檢測以及過程監(jiān)視和控制中的溫度檢測[7]。3.1.2DS1820型溫度傳感器特性獨(dú)特的單線接口只需1個接口引腳即可通信；多點能力使分布式溫度檢測應(yīng)用得以簡化；不需要外部元件；可用數(shù)據(jù)線供電不需備份電源。測量范圍從-55至+125增量值為0.5。等效的華氏溫度范圍是-67F至257F，增量值為0.9F。以9位數(shù)字值方式讀出溫度，在1秒典型值內(nèi)把溫度變換為數(shù)字?？啥x的非易失性的溫度告警設(shè)置，告警搜索命令識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件溫度告警情況應(yīng)用范圍包括恒溫控制工業(yè)系統(tǒng)消費(fèi)類產(chǎn)品溫度計或任何熱敏系統(tǒng)[5]。DS1820引腳如圖3-1所示：圖3-1DS1820的引腳圖3.1.3內(nèi)部結(jié)構(gòu)和使用方法DS1820的主要部件DS1820有三個主要的數(shù)據(jù)部件64位激光ROM;溫度靈敏元件；非易失性溫度告警觸發(fā)器TH和TL。器件從單線的通信線取得其電源，在信號線為高電平的時間周期內(nèi)，把能量貯存在內(nèi)部的電容器中，在單信號線為低電平的時間期內(nèi)斷開此電源，直到信號線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娙荩╇娫礊橹?。作為另一種可供選擇的方法，DS1820也可用外部5V電源供電[6]。與DS1820的通信經(jīng)過一個單線接口。單線接口情況下，ROM操作未定建立之前不能使用存貯器和控制操。主機(jī)必須首先提供五種ROM操作命令之一：ReadROM(讀ROM)，MatchROM(符合ROM),SearchROM(搜索ROM),SkipROM(跳過ROM),或AlarmSearch(告警搜索)這些命令對每一器件的64位激光ROM部分進(jìn)行操作。如果在單線上有許多器件，那么可以挑選出一個特定的器件，并給總線上的主機(jī)指示存在多少器件及其類型。在成功地執(zhí)行了ROM操作序列之后，可使用存貯器和控制操作，然后主機(jī)可以提供六種存貯器和控制操作命令之一。一個控制操作命令指示DS1820完成溫度測量。該測量的結(jié)果將放入DS1820的高速暫存（便箋式）存貯器（Scratchpadmemory），通過發(fā)出讀暫存存儲器內(nèi)容的存儲器操作命令可以讀出此結(jié)果。每一溫度告警觸發(fā)器TH和TL構(gòu)成一個字節(jié)EEPROM。如果不對DS1820施加告警搜索命令，這些寄存器可用作通用用戶存儲器。使用存儲器操作命令可以寫TH和TL。對這些寄存器的讀訪問通過便箋存儲器。所有數(shù)據(jù)均以最低有效位在前的方式被讀寫。其結(jié)構(gòu)原理如圖3-2所示：圖3-2DS1820溫度傳感器結(jié)構(gòu)原理圖3.1.4溫度測量的應(yīng)用DS1820通過門開通期間內(nèi)低溫度系數(shù)振蕩器經(jīng)歷的時鐘周期個數(shù)計數(shù)來測量溫度，而門開通期由高溫度系數(shù)振蕩器決定。計數(shù)器予置對應(yīng)于-55℃的基數(shù)，如果在門開通期結(jié)束前計數(shù)器達(dá)到零，那么溫度寄存器（它也被予置到-55℃的數(shù)值）將增量。指示溫度高于-55℃。同時，計數(shù)器用斜率累加器電路所決定的值進(jìn)行預(yù)置。為了對遵循拋物線規(guī)律的振蕩器溫度特性進(jìn)行補(bǔ)償，這種電路是必需的。時鐘再次使計數(shù)器計值至它達(dá)到零。如果門開通時間仍未結(jié)束，那么此過程再次重復(fù)。斜率累加器用于補(bǔ)償振蕩器溫度特性的非線性，以產(chǎn)生高分辯率的溫度測量。通過改變溫度每升高一度，計數(shù)器必須經(jīng)歷的計數(shù)個數(shù)來實行補(bǔ)償。因此，為了獲得所需的分辯率，計數(shù)器的數(shù)值以及在給定溫度處每一攝氏度的計數(shù)個數(shù)，二者都必須知道此計算在DS1820內(nèi)部完成以提供0.5℃的分辨率。溫度讀數(shù)以16位、符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供。表中說明輸出數(shù)據(jù)對測量溫度的關(guān)系。數(shù)據(jù)在單線接口上串行發(fā)送。DS1820可以以0.5℃的增量值，在0.5℃至+125℃的范圍內(nèi)測量溫度。對于應(yīng)用華氏溫度的場合，必須使用查找表或變換系數(shù)。注意在DS1820中溫度是以1/2LSB最低有效位形式表示時產(chǎn)生以下9位格式表所示：表3-1格式表MSB（最高有效位）（最低有效位）LSB111001110最高有效（符號）位被復(fù)制到存儲器內(nèi)兩字節(jié)的溫度寄存器中較高M(jìn)SB的所有位，這種符號擴(kuò)展產(chǎn)生了如表中所示的16位溫度讀數(shù)。以下的過程可以獲得較高的分辨率。首先，讀溫度，并從讀得的值截去0.5℃位(最低有效位)。這個值便是TEMP_READ。然后可以讀留在計數(shù)器內(nèi)的值。此值是門開通期停止之后計數(shù)剩余（COUNT_REMAIN）所需的最后一個數(shù)值是在該溫度處每一攝氏度的計數(shù)個數(shù)（COUNT_PER_C）。于是，可以使用下式計算實際溫度：（式3-1）即：實際溫度=讀出溫度-0.25+（該溫度處每一攝氏度的計數(shù)個數(shù)-計數(shù)剩余）/該溫度處每一攝氏度的計數(shù)個數(shù)3.2IH3605型濕度傳感器3.2.1結(jié)構(gòu)、引腳以及主要技術(shù)指標(biāo)介紹由于IH3605內(nèi)部的兩個熱化聚合體層之間形成的平板電容器電容量的大小可隨濕度的不同發(fā)生變化，從而可完成對濕度信號的采集。熱化聚合體層同時具有防御污垢、灰塵、油及其它有害物質(zhì)的功能。IH3605的結(jié)構(gòu)及引腳定義分別如圖3-3所示：圖3-3IH3605型濕度傳感器的結(jié)構(gòu)和引腳圖IH3605濕度傳感器主要技術(shù)指標(biāo)可大致分為一下十點： 1.電源電壓：4~5.8V；2.供電電流：200μA（5VDC）；3.濕度范圍：0～100％RH；4.精度：±2％RH（0～100％RH、25℃、V=5VDC）；5.互換性：±5％RH（0～60％RH）；±8％RH（90％RH）；6.線性度：±0.5％RH（典型）；7.重復(fù)性：±0.5％RH；8.穩(wěn)定度：±1％RH（50％RH、5年內(nèi)）；9.響應(yīng)時間：15s（25℃及空氣緩慢流動環(huán)境下）；10.工作溫度：－40℃～85℃。3.2.2電壓輸出特性IH3605的輸出電壓是供電電壓、濕度及溫度的函數(shù)。電源電壓升高，輸出電壓將成比例升高，在實際應(yīng)用中，通過以下兩個步驟可計算出實際的相對濕度值[13]。1.首先根據(jù)下述計算公式，計算出25℃溫度條件下相對濕度值RH0。（式3-2）其中VOUT為IH3605的電壓輸出值，VDC為IH3605的供電電壓值，RH0為25℃時的相對濕度值。2.進(jìn)行溫度補(bǔ)償，計算出當(dāng)前溫度下的實際相對濕度值RH。（式3-3）其中RH為實際的相對濕度值，t為當(dāng)前的溫度值，單位為℃。3.2.3主要應(yīng)用由于IH3605的輸出電壓較高且線性較好，因此電路無需進(jìn)行信號放大及信號調(diào)整。可以將IH3605的輸出信號直接接到A/D轉(zhuǎn)換器上，完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。由于IH3605的輸出信號范圍為0.8～3.9V（25℃時），所以在選擇A/D轉(zhuǎn)換器時應(yīng)選擇具有設(shè)定最小值和最大值功能的A/D轉(zhuǎn)換器（比如TLC1549）。IH3605的連接電路核心器件采用AT89C51單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換器采用TI公司的TLC1549十位串行A/D轉(zhuǎn)換器，R1、R2、R6設(shè)定A/D轉(zhuǎn)換器的最大輸入電壓，R3、R4、R7設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換器的最小輸入電壓，溫度探頭D2采用DALLAS公司的全數(shù)字式測溫集成電路DS1820，由P10口讀入溫度值，在單片機(jī)內(nèi)將讀到的濕度值進(jìn)行溫度校正，得到實際的相對濕度值。其電路結(jié)構(gòu)如圖3-4所示：圖3-4IH3605型濕度傳感器電路圖3.3O2-A2型氧氣傳感器由于在孵化過程中需要保持所孵化蛋合適的氧氣濃度，因此選擇氧氣傳感器來檢測孵化場所的氧氣含量是極為必要的。本設(shè)計選擇O2-A2型氧氣傳感器。3.3.1相關(guān)參數(shù)1．輸出信號(nA)85-120;2．測量范圍(%)0-30%;3．響應(yīng)時間t90<10,;4．零點電流<2;5．線性度<0.6;6．壽命（月）24+;7．保證期(月)24;8．溫度范圍(℃)-20-55;9．壓力范圍(kPa)80-120;10．濕度范圍(%rh)5–95;11．儲存期(月)6;12．儲存溫度(℃)3-20;13、負(fù)載電阻(W)47–100。3.3.2O2-A2的結(jié)構(gòu)及工作原理O2-A2型氧氣傳感器是由氣體敏感層、電極、加熱線圈、陶瓷管、防爆金屬網(wǎng)、卡環(huán)、基座以及管腳組成。其工作原理電路如圖3-5所示：圖3-5O2-A2的工作電路3.4TLC4052運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器種類很多，在各類儀表及控制電路中要求運(yùn)算放大器必須具有高精度，高共模抑制比和低溫漂等性能。目前采用的精密運(yùn)算放大器都具有外接調(diào)零電位器輸入端，應(yīng)用時首先對其失調(diào)調(diào)零。由于電路復(fù)雜，給調(diào)試帶來不便。美國TI儀器公司研制生產(chǎn)的TLC4502精密型雙運(yùn)算放大器，采用自動校準(zhǔn)技術(shù)，在上電時將輸入失調(diào)電壓自動調(diào)整為零，使用起來十分方便，同時也節(jié)省了PCB板和外部分離元件，所以本設(shè)計采用該器件作為運(yùn)算放大器，其管腳排列如圖3-6所示：圖3-6TLC4502的管腳排列TLC4502自動校準(zhǔn)運(yùn)算放大器在片內(nèi)利用對數(shù)字與模擬信號的處理，可在上電時輸入失調(diào)電壓自動校準(zhǔn)為零。完成自動校準(zhǔn)一般需要300ms的時間，連續(xù)校準(zhǔn)時可在±3μV范圍內(nèi)反復(fù)進(jìn)行。一旦校準(zhǔn)完成，大部分校準(zhǔn)電路將脫離信號通道并被關(guān)斷，這樣，校準(zhǔn)電路對信號通道幾乎無影響，這也使得TLC4502在校準(zhǔn)周期結(jié)束之后可以完全像其他精密運(yùn)算放大器一樣使用[8]。TLC4502具有高精度，高增益，良好的電源抑制比，驅(qū)動能力強(qiáng)等特點，可廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集，數(shù)字音頻，工業(yè)控制等領(lǐng)域。在本系統(tǒng)中，用來放大從傳感器出來的微弱信號，具體電路如圖3-7所示：圖3-7TLC4502的電路圖3.5TLC1549型模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器3.5.1TLC1549型模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡介從放大器出來的電壓信號進(jìn)入到A/D轉(zhuǎn)換器以形成單片機(jī)便于處理的數(shù)字信號。在該設(shè)計中，采用了美國TI公司生產(chǎn)的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC1549。TLC1549是美國德州儀器公司生產(chǎn)的10位、開關(guān)電容、逐次逼近模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。他采用CMOS工藝,具有2個數(shù)字輸入端和1個3態(tài)輸出端(芯片選擇、輸入輸出時鐘和數(shù)據(jù)輸出),他們提供了與主處理器串行端口的3線接口。其主要特點有具有內(nèi)在的采樣和保持;采用差分基準(zhǔn)電壓高阻輸入；片內(nèi)系統(tǒng)時鐘;可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍；總不可調(diào)整誤差達(dá)到±1LSBMax(418mV)。3.5.2主要參數(shù)1.電源電壓范圍:-0.5～6.5V；2.輸入電壓范圍:-0.3～VCC+0.3V；3.輸出電壓范圍:-0.3～VCC+0.3V；4.正基準(zhǔn)電壓:VCC+0.1V；5.負(fù)基準(zhǔn)電壓:-0.1V；6.工作溫度范圍(自然通風(fēng)):0～70℃；7.峰值輸入電流(任何輸入端):±20mA；8.峰值總輸入電流(所有輸入端):±30mA。3.5.3TLC1549的管腳說明TLC1549的引腳圖如圖3-8所示：圖3-8TLC1549的管腳排列ANALOGIN：此引腳為模擬信號輸入端，驅(qū)動源阻抗應(yīng)≤1千歐。接至ANALOGIN的外部驅(qū)動源應(yīng)具有≥10毫安的電流驅(qū)動能力。CS：芯片選擇，端高電平至低電平的跳變將在最大建立時間加內(nèi)部系統(tǒng)時鐘兩個下降沿之內(nèi)復(fù)位內(nèi)部計數(shù)器和控制電路并使能DATAOUT和I/OCLOCK。低電平至高電平的跳變將在建立時間加內(nèi)部系統(tǒng)時鐘兩個下降沿內(nèi)禁止I/OCLOCK。DATAOUT：當(dāng)CS為高電平時，這個A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的3態(tài)串行輸出端處于高組態(tài)。當(dāng)CS為低電平時，此端有效。在芯片選擇有效的情況下，DATAOUT脫離高組態(tài)并被驅(qū)動至與前次轉(zhuǎn)換結(jié)果的MSB值相對應(yīng)的邏輯電平。I/OCLOCK的下一個下降沿把DATAOUT驅(qū)動至與次最高有效位相對應(yīng)的邏輯電平，其余的位被依次移出，LSB出現(xiàn)在I/OCLOCK的第九個下降沿。在I/OCLOCK的第十個下降沿，DATAOUT被驅(qū)動至低邏輯電平，因此，大于10個時鐘的串行數(shù)據(jù)傳送將產(chǎn)生零作為未用的LSB。GND：內(nèi)部電路的地返回端。除非有說明，所有電壓測量值均相對于GND。I/OCLOCK：輸入/輸出時鐘。I/OCLOCK接受串行I/O時鐘并實現(xiàn)下列三個功能：（1）在I/OCLOCK的第三個下降沿，模擬輸入電壓開始對電容陣列充電并一直充電到I/OCLOCK的第十個下降沿；（2）把前次轉(zhuǎn)換結(jié)果的其余九位移出至DATAOUT端上；（3）在第十個時鐘下降沿把轉(zhuǎn)換的控制傳送到內(nèi)部狀態(tài)控制器。REF＋：基準(zhǔn)電壓的高端值加到此。最大輸入電壓范圍加到REF＋的電壓與加至REF－的電壓之間的差值決定。REF－：基準(zhǔn)電壓的低端值加到此。VCC：正電源電壓。3.5.4TLC1549的原理及工作方式在芯片選擇（CS）無效情況下，I/OCLOCK最初被禁止且DATAOUT處于高阻狀態(tài)。當(dāng)串行接口把CS拉至有效時，轉(zhuǎn)換時序開始允許I/OCLOCK工作并使DATAOUT脫離高阻狀態(tài)。串行接口然后把I/OCLOCK序列提供給I/OCLOCK并從DATAOUT接收前次轉(zhuǎn)換結(jié)果。I/OCLOCK從主機(jī)串行接口接收長度在10和16個時鐘之間的輸入序列。開始10個I/O時鐘提供采樣模擬輸入的控制時序。在CS的下降沿，前次轉(zhuǎn)換的MSB出現(xiàn)10個時鐘長度，那么在10個時鐘的下降沿，內(nèi)部邏輯把DATAOUT拉至低電平以確保其余位的值為零。在正常進(jìn)行的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，規(guī)定時間內(nèi)高電平至低電平的跳變可終止改周期，器件返回初始狀態(tài)（輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容保持為前次轉(zhuǎn)換結(jié)果）。由于可能破壞輸出數(shù)據(jù)，所以在接近轉(zhuǎn)換完成時要小心防于止其被拉至低電平。由于它采用串行輸出的方式，占地面積小，方便靈活，與單片機(jī)的接口也簡單。3.6固態(tài)繼電器（SSR）3.6.1固態(tài)繼電器簡介及特點固態(tài)繼電器(SOLIDSTATERELAYS)，簡寫成“SSR”，是一種全部由固態(tài)電子元件組成的新型無觸點開關(guān)器件，它利用電子元件(如開關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體器件)的開關(guān)特性，可達(dá)到無觸點無火花地接通和斷開電路的目的，因此又被稱為“無觸點開關(guān)”，它問世于70年代，由于它的無觸點工作特性，使其在許多領(lǐng)域的電控及計算機(jī)控制方面得到日益廣范的應(yīng)用。SSR成功地實現(xiàn)了弱信號(Vsr)對強(qiáng)電(輸出端負(fù)載電壓)的控制。由于光耦合器的應(yīng)用，使控制信號所需的功率極低(約十余毫瓦就可正常工作)，而且Vsr所需的工作電平與TTL、HTL、CMOS等常用集成電路兼容，可以實現(xiàn)直接聯(lián)接。這使SSR在數(shù)控和自控設(shè)備等方面得到廣泛應(yīng)用。在相當(dāng)程度上可取代傳統(tǒng)的“線圈—簧片觸點式”繼電器(簡稱“MER”)。SSR由于是全固態(tài)電子元件組成，與MER相比，它沒有任何可動的機(jī)械部件，工作中也沒有任何機(jī)械動作；SSR由電路的工作狀態(tài)變換實現(xiàn)“通”和“斷”的開關(guān)功能，沒有電接觸點，所以它有一系列MER不具備的優(yōu)點，即工作高可靠、長壽命(有資料表明SSR的開關(guān)次數(shù)可達(dá)108-109次，比一般MER的106高幾百倍)；無動作噪聲；耐振耐機(jī)械沖擊；安裝位置無限制；很容易用絕緣防水材料灌封做成全密封形式，而且具有良好的防潮防霉防腐性能；在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳。這些特點使SSR可在軍事(如飛行器、火炮、艦船、車載武器系統(tǒng))、化工、井下采煤和各種工業(yè)民用電控設(shè)備的應(yīng)用中大顯身手，具有超越MER的技術(shù)優(yōu)勢。交流型SSR由于采用過零觸發(fā)技術(shù)，因而可以使SSR安全地用在計算機(jī)輸出接口上，不必為在接口上采用MER而產(chǎn)生的一系列對計算機(jī)的干擾而煩惱。此外，SSR還有能承受在數(shù)值上可達(dá)額定電流十倍左右的浪涌電流的特點。3.6.2后向通道設(shè)計SSR按使用場合可以分成交流型和直流型兩大類，它們分別在交流或直流電源上做負(fù)載的開關(guān)，不能混用。SSR只有兩個輸入端(A和B)及兩個輸出端(C和D)，是一種四端器件。工作時只要在A、B上加上一定的控制信號，就可以控制C、D兩端之間的“通”和“斷”，實現(xiàn)“開關(guān)”的功能，其中耦合電路的功能是為A、B端輸入的控制信號提供一個輸入/輸出端之間的通道，但又在電氣上斷開SSR中輸入端和輸出端之間的(電)聯(lián)系，以防止輸出端對輸入端的影響，耦合電路用的元件是“光耦合器”，它動作靈敏、響應(yīng)速度高、輸入/輸出端間的絕緣(耐壓)等級高；由于輸入端的負(fù)載是發(fā)光二極管，這使SSR的輸入端很容易做到與輸入信號電平相匹配，在使用可直接與計算機(jī)輸出接口相接，即受“1”與“0”的邏輯電平控制。觸發(fā)電路的功能是產(chǎn)生合乎要求的觸發(fā)信號，驅(qū)動開關(guān)電路工作，但由于開關(guān)電路在不加特殊控制電路時，將產(chǎn)生射頻干擾并以高次諧波或尖峰等污染電網(wǎng)，為此特設(shè)“過零控制電路”。所謂“過零”是指，當(dāng)加入控制信號，交流電壓過零時，SSR即為通態(tài)；而當(dāng)斷開控制信號后，SSR要等待交流電的正半周與負(fù)半周的交界點(零電位)時，SSR才為斷態(tài)。這種設(shè)計能防止高次諧波的干擾和對電網(wǎng)的污染。吸收電路是為防止從電源中傳來的尖峰、浪涌(電壓)對開關(guān)器件雙向可控硅管的沖擊和干擾(甚至誤動作)而設(shè)計的，一般是用“R-C”串聯(lián)吸收電路或非線性電阻(壓敏電阻器)[12]。具體工作原理框圖如圖3-9所示：圖3-9SSR的工作原理框圖3.6.3主要參數(shù)功率固態(tài)繼電器的特性參數(shù)包括輸入和輸出參數(shù)，根據(jù)輸入電壓參數(shù)值大小，可確定工作電壓大小。如采用TTL或CMOS等邏輯電平控制時，最好采用有足夠帶載能力的低電平驅(qū)動，并盡可能使“0”電平低于0.8V。如在噪聲很強(qiáng)的環(huán)境下工作，不能選用通、斷電壓值相差小的產(chǎn)品，必需選用通、斷電壓值相差大的產(chǎn)品，(如選接通電壓為8V或12V的產(chǎn)品)這樣不會因噪聲干擾而造成控制失靈[2]。輸出參數(shù)的項目較多，現(xiàn)對主要幾個參數(shù)說明如下：1．額定輸入電壓它是指定條件下能承受的穩(wěn)態(tài)阻性負(fù)載的最大允許電壓有效值。如果受控負(fù)載是非穩(wěn)態(tài)或非阻性的，必需考慮所選產(chǎn)品是否能承受工作狀態(tài)或條件變化時(冷熱轉(zhuǎn)換、靜動轉(zhuǎn)換、感應(yīng)電勢、瞬態(tài)峰值電壓、變化周期等)所產(chǎn)生的最大合成電壓。例如負(fù)載為感性時，所選額定輸出電壓必須大于兩倍電源電壓值，而且所選產(chǎn)品的阻斷(擊穿)電壓應(yīng)高于負(fù)載電源電壓峰值的兩倍。如在電源電壓為交流220V、一般的小功率非阻性負(fù)載的情況下，建議選用額定電壓為400V—600V的SSR產(chǎn)品；但對于頻繁啟動的單相或三相電機(jī)負(fù)載，建議選用額定電壓為660V—800V的SSR產(chǎn)品。2．額定輸出電流和浪涌電流額定輸出電流是指在給定條件下(環(huán)境溫度、額定電壓、功率因素、有無散熱器等)所能承受的電流最大的有效值。一般生產(chǎn)廠家都提供熱降額曲線。如周圍溫度上升，應(yīng)按曲線作降額使用。浪涌電流是指在給定條件下(室溫、額定電壓、額定電流和持續(xù)的時間等)不會造成永久性損壞所允許的最大非重復(fù)性峰值電流。交流繼電器的浪涌電流為額定電流的5-10倍(一個周期)，直流產(chǎn)品為額定電流的1.5-5倍(一秒)。在選用時，如負(fù)載為穩(wěn)態(tài)阻性，SSR可全額或降額10%使用。對于電加熱器、接觸器等，初始接通瞬間出現(xiàn)的浪涌電流可達(dá)3倍的穩(wěn)態(tài)電流，因此，SSR降額20%-30%使用。對于白織燈類負(fù)載，SSR應(yīng)按降額50%使用，并且還應(yīng)加上適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)電路。對于變壓器負(fù)載，所選產(chǎn)品的額定電流必須高于負(fù)載工作電流的兩倍。對于負(fù)載為感應(yīng)電機(jī)，所選SSR的額定電流值應(yīng)為電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電流的2-4倍，SSR的浪涌電流值應(yīng)為額定電流的10倍。固態(tài)繼電器對溫度的敏感性很強(qiáng)，工作溫度超過標(biāo)稱值后，必須降熱或外加散熱器，例如額定電流為10A的JGX—10F產(chǎn)品，不加散熱器時的允許工作電流只有10A。

第4章單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計本設(shè)計采用的AT89C52型號單片機(jī)是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。4.1單片機(jī)AT89C52簡介4.1.1AT89C52內(nèi)部組成及工作原理AT89C52單片機(jī)主要包括：兼容MCS51指令系統(tǒng)；8kB可反復(fù)擦寫(大于1000次）FlashROM；32個雙向I/O口；256x8bit內(nèi)部RAM；3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷；時鐘頻率0-24MHz；2個串行中斷，可編程UART串行通道；2個外部中斷源，共8個中斷源；2個讀寫中斷口線，3級加密位；低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能；有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求[3]。AT89C52內(nèi)部為8位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主IC內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd（9腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40腳）和VSS（20腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0~P3為可編程通用I/O腳，其功能用途由軟件定義[4]。4.1.2AT89C52單片機(jī)引腳說明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(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。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(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。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。P1口：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。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)。與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），F(xiàn)lash編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。P2口：P2口是一個帶有內(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。對端口P2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)。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。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。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：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)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。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。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。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。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。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)AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許。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）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。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。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。AT89C52單片機(jī)引腳圖如圖4-1所示：圖4-1AT89C52引腳圖4.2時鐘電路AT89C52單片機(jī)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。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，外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1、C2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，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF±10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF±10pF。用戶也可以采用外部時鐘。這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求[8]。單片機(jī)中的內(nèi)外部時鐘電路如圖4-2與圖4-3所示：圖4-2內(nèi)部時鐘電路圖4-3外部時鐘電路4.3復(fù)位電路復(fù)位的作用是使單片機(jī)初始化，即通過復(fù)位把單片機(jī)內(nèi)部各個部分恢復(fù)到預(yù)先已知的特定狀態(tài)，把它作為編制程序、執(zhí)行程序、調(diào)試程序的起點。AT89C52單片機(jī)通常采用上電自動復(fù)位、按鈕復(fù)位和復(fù)位芯片等方式。最簡單的復(fù)位電路（上電復(fù)位）如圖4-4所示。上電瞬間，RC電路充電，RESET引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RESET保持10ms以上高電平,就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。在實際的應(yīng)用系統(tǒng)中,有些外圍芯片也需要復(fù)位,如果這些復(fù)位端的復(fù)位電平要求與單片機(jī)復(fù)位要求一致,則就可以與之相連[10]。RCRR+5vRCRR+5vRSTAT89C52圖4-4上電復(fù)位圖4-5復(fù)位電路圖在圖4-5所示的簡單電路中，干擾易串入復(fù)位端，在大多數(shù)情況下會引起內(nèi)部某些寄存器錯誤復(fù)位。這時，可在RESET引腳上接一去耦電容。在應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證復(fù)位電路可靠的工作，常將RC電路在接施密特電路過再接入單片機(jī)復(fù)位端。這樣，系統(tǒng)有多個復(fù)位端時，能保證可靠地同步復(fù)位，如圖4-5所示。這樣不僅可以減小電壓波動的干擾，也可保證多芯片的同步復(fù)位。4.4可編程并行I/O擴(kuò)展接口81554.4.18155管腳功能8155的管腳功能如圖4-6所示，各管腳功能示于表4-2中。圖4-6

8155管腳圖表4-28155的管腳功能管腳功能RESET復(fù)位信號線，高電平有效，在該輸入端加一脈沖寬度為600ns的高電平信號，就可使8155可靠復(fù)位，復(fù)位時三個輸入/輸出口預(yù)置為輸入方式。CE片選端,8155為低電平有效，當(dāng)8155上加上一個低電平時，芯片被選中，可以與單片機(jī)交換信息。AD0～AD7三態(tài)地址/數(shù)據(jù)總線，在ALE的下降沿把8位地址鎖存于內(nèi)部地址鎖存器，地址可代RAM或輸入/輸出用，由IO/M信號的極性而定，8位數(shù)據(jù)的流向取決于RD或WR信號的狀態(tài)。ALE:地址鎖存器啟用信號線，高電平有效，其下降沿把AD0～AD7上的地址，片選信號、IO/M信號鎖存起來。IO/MIO和RAM選擇信號線。RD讀信號線，低電平有效，當(dāng)片選信號與RD有效時，開啟AD0～AD7緩沖器，如果IO/M為低電平，則RAM的內(nèi)容讀至AD0～AD7，如果IO/M為高電平，則選中的輸入/輸出口的內(nèi)容讀到AD0～AD7。WR寫信號線，低電平有效，當(dāng)片選信號和WR信號有效時，AD0～AD7上的數(shù)據(jù)將根據(jù)IO/M極性寫入RAM或I/O口。PA口輸入/輸出口A的信號線，通用8位輸入/輸出口，輸入/輸出的方向通過對命令/狀態(tài)寄存器的編程來選擇。PB口輸入/輸出口B的信號線，通用8位輸入/輸出口，輸入/輸出的方向通過對命令/狀態(tài)寄存器的編程來選擇。PC口輸入/輸出口C的信號線，6位可編程輸入/輸出口，也可用作A和B口的控制信號線，通過對命令/狀態(tài)寄存器編程來選擇。INT定時/計數(shù)器輸入信號線，定時/計數(shù)器的時鐘由此線輸入。TOUT定時/計數(shù)器的輸出信號線,輸出信號為方波還是脈沖則由定時/計數(shù)器的工作方式而定。VCC電源線，接＋５V直流電源。VSS接地線，接到公用地線上。4.4.28155的復(fù)位及其狀態(tài)可編程接口芯片8155有一個復(fù)位控制信號輸入端RESET，高電平有效，8155復(fù)位控制信號輸入端RESET高電平存在的時間必須足夠長從而才能使8155可靠位;8155的復(fù)位可以采用和主機(jī)89C52同樣的復(fù)位方式。8155復(fù)位后,256字節(jié)靜態(tài)RAM清零、定時/計數(shù)器內(nèi)部寄存器清零、所有輸出鎖存器都被清除,3個口都處于輸入方式?？删幊探涌谛酒?155在工作以前須對其初始化,也就是通過對8155內(nèi)部狀態(tài)寄存器寫值來設(shè)置其工作狀態(tài),8155的硬件復(fù)位并不能使8155初始化[9]。4.5顯示電路設(shè)計4.5.1HD7279A芯片特點HD7279A是一種管理鍵盤和LED顯示器的專用智能控制芯片。它能對8位共陰極LED顯示器或64個LED發(fā)光管進(jìn)行管理和驅(qū)動，同時能對多達(dá)8×8的鍵盤矩陣的按鍵情況進(jìn)行監(jiān)視，具有自動消除鍵抖動并識別按鍵代碼的功能，從而可以提高CPU工作的效率。HD7279A和微處理器之間采用串行接口，其接口電路和外圍電路簡單，占用口線少，加之它具有較高的性能價格比，因此，在微型控制器、智能儀表、控制面板和家用電器等領(lǐng)域中日益獲得廣泛的應(yīng)用[1]。HD7279A是一片具有串行接口的，可同時驅(qū)動8位共陰式數(shù)碼管的智能顯示驅(qū)動芯片，該芯片同時還可以連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示、鍵盤接口的全部功能。HD7279A內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受BCD碼或者16進(jìn)制碼，并同時具有2種譯碼方式，此外，還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。具有片選信號可方便地實現(xiàn)多于8位的顯示或多于64位的鍵盤接口[11]。此芯片具有以下特點：1.串行接口，無需外圍元件可直接驅(qū)動LED；2.各位獨(dú)立控制譯碼、不譯碼、消隱以及閃爍等屬性；3.左右移動指令；4.具有段尋址指令，方便控制獨(dú)立的LED；5.64鍵鍵盤控制器，內(nèi)含去抖動電路。4.5.2HD7279A芯片指令功能1．HD7279A指令系統(tǒng)由6條純指令、7條帶數(shù)據(jù)指令和1條讀鍵盤指令組成。6條純指令為：（1）復(fù)位指令。指令代碼為A4H，其功能為清除所有顯示，包括字符消隱屬性和閃爍屬性。（2）測試指令。指令代碼為BFH，其功能為將所有的LED點亮并閃爍，可用于自檢。（3）左移指令。指令代碼為A1H，其功能為將所有的顯示左移一位，移位后，最右位空（無顯示），不改變消隱和閃爍屬性。（4）右移指令。指令代碼為A0H，其功能與左移指令相似，只是方向相反。（5）循環(huán)左移指令。指令代碼為A3H，其功能為將所有的顯示循環(huán)左移一位。移位后，最左位內(nèi)容移至最右位，不改變消隱和閃爍屬性。（6）循環(huán)右移指令。指令代碼為A2H，其功能與循環(huán)左移指令相似，只是方向相反。2．帶數(shù)據(jù)指令均由雙字節(jié)組成，它們是：（1）按方式0譯碼下載指令；（2）按方式1譯碼下載指令；（3）不譯碼下載指令；（4）閃爍控制指令；（5）消隱控制指令；（6）段點亮指令；（7）關(guān)閉指令。3.讀取鍵盤指令如表4-3所示：表4-3讀取鍵盤指令簡表00010101d7d6d5d4d3d2d1d0該指令的作用是讀取當(dāng)前的鍵盤代碼。與其他帶數(shù)據(jù)的指令不同，它的第二個字節(jié)不是寫入HD7279A的數(shù)據(jù)，而是從HD7279A讀回的按鍵代碼。如前說述，當(dāng)有鍵按下時其范圍是00H～3FH；而無鍵按下時代碼是FFH。4.5.3HD7279A與單片機(jī)的接口顯示電路由顯示芯片HD7279A和六個LED數(shù)碼管組成，其與單片機(jī)的連接如圖4-7所示：圖4-7HD7279A與單片機(jī)的接口

第5章系統(tǒng)軟件設(shè)計微控制器AT89C52為核心的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化方法。主要包括系統(tǒng)初始化模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、計算輸入量模塊、PID算法模塊、控制量輸出模塊、中斷響應(yīng)模塊和顯示模塊組成。每個模塊具有一定的特定功能，既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，低級模塊可以被高級模塊反復(fù)調(diào)用。本設(shè)計主要是針對孵化器內(nèi)溫度、濕度及含氧量的控制，除了硬件的整體設(shè)計之外，其具體的功能實施就要依靠軟件編程來實現(xiàn)。本章簡要介紹一下軟件編程的基本思想。5.1軟件設(shè)計的總體思想結(jié)構(gòu)程序設(shè)計是用比較短的時間，比較快地編制出功能正確，容易閱讀，方便維護(hù)的程序。結(jié)構(gòu)程序設(shè)計是把大的程序經(jīng)過“自頂向下”逐層分解成許多大小不同的模塊，到底層就把復(fù)雜的問題分解成了功能獨(dú)立的許多小模塊，而這些小模塊按照一定的邏輯結(jié)構(gòu)，層層向上組合起來就實現(xiàn)了原來大程序的功能。因此結(jié)構(gòu)程序設(shè)計歸結(jié)為兩個方面，一是“自頂向下”逐層分解細(xì)化。二是結(jié)構(gòu)化模塊的設(shè)計方法。首先研究整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及各個子系統(tǒng)之間的關(guān)系，編寫及調(diào)試總控制程序，然后再分析各個子系統(tǒng)內(nèi)部的功能，編寫及調(diào)試各個功能模塊。在研究整個系統(tǒng)時暫不考慮子系統(tǒng)內(nèi)部的細(xì)節(jié)。采用“自頂向下”法分析系統(tǒng)，有利于抓住全局，避免過早地陷入細(xì)節(jié)。在設(shè)計系統(tǒng)時，有利于在全局的總目標(biāo)之下，權(quán)衡得失，平衡各個子系統(tǒng)之間有時是互相矛盾的要求，以保證全局最優(yōu)。在實現(xiàn)系統(tǒng)時，有利于保持系統(tǒng)的完整性，避免各個子系統(tǒng)在接口處發(fā)生矛盾或沖突，以保證系統(tǒng)的實現(xiàn)。在實際工作時，也往往需要輔之以“自底向上”的研制方法，以便解決某一局部出現(xiàn)的問題，有時也可能要對全局進(jìn)行某些修改和補(bǔ)充。利用“自頂向下”法編制程序時，首先要完全理解所求解的問題，描述清楚求解問題要做的事情。其次把要編制的程序分成若干部分(如分為輸入部分，控制算法部分，顯示、打印部分等)。這些部分是程序設(shè)計的底下級。通過規(guī)定這些部分所用的數(shù)據(jù)，以便在它們之間傳遞信息，然后寫出每部分的語名，語句可能是程序設(shè)計中的最低一級，它們構(gòu)成求解問題的程序。在大程序令，在頂(完全地理解問題)和底(求解問題的程序)之間、可能有許多中間級。把程序或者大的程序系統(tǒng)按功能分解成模塊，這些模塊既有一定獨(dú)立性，同時又有一定聯(lián)系。是按照模塊進(jìn)行編制或編譯的程序設(shè)計方法。每一模塊的編制要求相對獨(dú)立，以便對各模塊進(jìn)行檢驗、修改、說明和維護(hù)。對大型程序設(shè)計而言，模塊化是一種必然趨勢，使程序易涂，易寫，易調(diào)試，易維護(hù)。根據(jù)以上所闡述的結(jié)構(gòu)化和模塊化的特點，本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計。5.2系統(tǒng)主程序設(shè)計AT89C52的主程序的大部分功能是對檢測的溫濕度信號還有氧含量信號進(jìn)行定時循環(huán)采樣、顯示以及在一定的條件下完成通信功能，它是整個系統(tǒng)的主線，單片機(jī)上電復(fù)位后即進(jìn)入主程序，除了系統(tǒng)的初始化程序和從E2PROM中讀取參數(shù)外，其余部分是個循環(huán)圈。而本設(shè)計的主程序要完成的主要任務(wù)就是采集各個傳感器輸出的溫、濕度及含氧量值，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出命令調(diào)節(jié)各種差值，如果超限則在調(diào)節(jié)的同時發(fā)出聲、光報警。主程序流程圖如圖5-1所示： 開始系統(tǒng)初始化，確定工作狀態(tài)系統(tǒng)初始化，確定工作狀態(tài)循環(huán)采集各個傳感器的檢測量循環(huán)采集各個傳感器的檢測量數(shù)字濾波數(shù)字濾波顯示溫濕度值及氧氣含量值顯示溫濕度值及氧氣含量值與設(shè)定工作值比較N是否在范圍內(nèi)改變工作狀態(tài)Y改變工作狀態(tài)與設(shè)定報警值比較Y是否在范圍內(nèi)報警N報警返回圖5-1主程序流程圖該流程圖中的工作值溫度為37±0.5℃；濕度為70±10%RH；氧氣為18%-21%；報警值溫度為37±0.6℃；濕度為70±15%RH；氧氣為<18%。5.3定時中斷服務(wù)程序及子程序的設(shè)計5.3.1定時中斷服務(wù)子程序的設(shè)計定時中斷子程序流程圖如5-2所示：中斷入口中斷入口接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)接收異或校驗和接收異或校驗和計算異或校驗和計算異或校驗和接受正確？N向發(fā)送端申請數(shù)據(jù)重發(fā)判斷數(shù)據(jù)類型Y向發(fā)送端申請數(shù)據(jù)重發(fā)判斷數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)處理子程序轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)處理子程序返回返回圖5-2中斷子程序流程圖5.3.2顯示子程序顯示子程序主要功能是根據(jù)已經(jīng)計算出來的溫濕度值，并分別調(diào)用段碼查詢子程序得到所需段碼，并送數(shù)碼管進(jìn)行顯示。具體流程如圖5-3所示：圖5-3顯示子程序流程圖結(jié)論本文是依據(jù)家禽實際孵化過程以及以往的科研資料來進(jìn)行設(shè)計的。設(shè)計中在滿足經(jīng)濟(jì)的同時，也有很大的社會效益。同時本文是應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)的快速、準(zhǔn)確、性能較好的特點，來完成育苗箱體內(nèi)部溫度、濕度、氧含量等參數(shù)的控制。孵化器共由檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等幾大部分組成。本次設(shè)計的系統(tǒng)主要由傳感器部分、模數(shù)轉(zhuǎn)換部分、控制部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等幾部分組成。系統(tǒng)把通過傳感器得到的檢測量，經(jīng)運(yùn)算放大器放大信號后，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，經(jīng)過8155輸送給單片機(jī)AT89C52，信號判斷處理后，借助于顯示電路將溫濕度數(shù)值顯示出來，并驅(qū)動控制機(jī)構(gòu)來調(diào)整以滿足其智能控制的目的。因為自己學(xué)識有限，經(jīng)驗不足，該設(shè)計的軟件部分不夠完善，整個系統(tǒng)的保護(hù)措施還有不足之處，希望老師多加指導(dǎo)。

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致謝本設(shè)計對孵化器的控制電路做了初步的論證和設(shè)計，完成了孵化器的溫度、濕度、含氧量的控制及聲、光報警，通風(fēng)和實時顯示的功能，基本上滿足了設(shè)計任務(wù)書的各種要求。雖然該設(shè)計在理論上已經(jīng)形成了比較完善的功能，但在具體實施上還有不足之處，希望各位老師能夠進(jìn)一步加以指導(dǎo)，我將在以后的學(xué)習(xí)和工作中加以完善和改正。本設(shè)計是在侯云海老師的精心指導(dǎo)下完成的。從我接到設(shè)計題目開始，侯老師就一直在設(shè)計構(gòu)思，整體方案以及單片機(jī)知識方面給予了我最大的幫助和最多的鼓勵。使我不僅在專業(yè)上有了很大進(jìn)步，而且開闊了我的視野，明白了更多的知識。在此，我要向候老師表示深深的敬意和衷心的感謝！最后，我向在大學(xué)這四年來，教導(dǎo)過我、幫助過我的老師們以及同學(xué)們表示最誠摯的謝意和最深的祝福！基于C8051F單片機(jī)直流電動機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機(jī)的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號檢測儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機(jī)核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計基于雙單片機(jī)的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測量儀的研制基于單片機(jī)的紅外測油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)HYPERLINK"/detail