《酿酒监控系统的设计与实现论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《酿酒监控系统的设计与实现论文.doc（71页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、毕 业 论 文 题 目：酿酒监控系统的设计与实现 教 学 系：汽车与电子工程学院 年级、 专业： 学 生 姓 名： 学 号： 完 成 时 间：2011年5月25日毕业设计说明书 题 目：酿酒监控系统的设计与实现 教 学 系：汽车与电子工程学院 年级、 专业：07级电子信息工程 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 时 间：2011年5月26日酿酒监控系统的设计与实现（2007级电子信息工程）摘 要：本文介绍一种基于AT89S52单片机并采用数字化技术的集温度、湿度、光照、酒精浓度检测、控制于一体，应用于酿酒房的控制系统。该系统利用DHT11温湿度测量模块测量温度和湿度，并能手动
2、设置温度、湿度范围上下限并进行保存，使酿酒房的各种状态都能处于良好的状态。采用本系统对酿酒房内的温湿度、光照强度以及酒精浓度进行测控，能有效保证在酿酒过程中对温湿度变化以及酒精浓度的工艺要求，提高所酿造的酒的质量。该控制系统结构简单，操作方便，测控精度高，可推广应用于其他温湿度控制场合。关键词： AT89S52单片机 DHT11温湿度测量模块 检测 控制Winemaking monitoring system design and implementationLiu Tao Supervisor : Jiang Chunlei（2007，Electronic Information Engin
3、eering）Abstract : This paper introduces a kind of based on digital technology and using AT89S52 SCM set temperature, humidity, light, alcohol concentration measurement, control at an organic whole, applied to wine room control system. The system USES DHT11 temperature and humidity sensor module of m
4、easurement temperature and humidity, and can manually set temperature, humidity and save upper range, the various states are brewing room can in good shape. Using this system of liquor-making room of temperature and humidity, light intensity and alcohol concentrations, can effectively ensure control
5、 of temperature and humidity in the brewing process changes and alcohol concentration process requirement, improve the quality of the wine is brewed. The control system of simple structure, easy operation, high precision, and can control temperature and humidity control applied on other occasion.Key
6、 Words: AT89S52 SCM DHT11 temperature and humidity measurement modules detection control 目 录1 引言11.1 开发意义11.2 研究内容21.3 研究目的32 方案的选择与论证32.1 温湿度传感器的选择42.2 酒精浓度传感器的选择52.3 光照传感器的选择62.4 人机交互62.5 输出控制部分62.6 电源设计方案73 系统总体设计73.1 总体设计73.2 系统结构组成83.3 主要芯片介绍84 系统硬件设计与实现244.1 电源电路254.2 数据采集输入模块254.3 主控部分264.4 人
7、机交互部分274.5 串口通信部分284.6 输出控制部分284.7 Protel电路图设计与PCB制作294.8 电路板的制作与焊接295 系统的软件设计305.1 主程序流程图305.2 按键检测315.3 各参数（温湿度、光照、酒精浓度）测量程序326 系统测试与分析337 总结35致谢词36独撰声明37参考文献381 引言1.1 开发意义 随着科学技术的飞速发展，自动化技术在工业、农业、医学等各个方面的应用都越来越广泛。我国是一个农业大国，将农业转化为轻工业是提高我国经济发展的重要方式之一。但是轻工业在我国的经济发展中也占着举足轻重的地位。现阶段轻工业自动化程度还比较低。在未来的发展过
8、程中，将自动控制技术应用于轻工业生产当中，有着广阔的发展空间。在四川大部分地区以玉米、高粱、谷物等作为主要的经济作物。农民利用这些农作物自制酿酒，提高收入。如何提高这些农作物的质量，增加酒农经济效益是一个关乎民生的重要问题。除规范化栽培和种植优良品种外，先进的酿酒设备和科学的酿酒技术也是关键的一环。食物的发酵过程是酿酒过程中的一个重要环节。在食物发酵过程中温度、湿度以及光照直接影响酿酒后的色泽和口感，直接决定了酒在销售过程中的单价。因此在酿造过程中，要控制酿酒房内的温度、湿度按一定规律变化，才能保证酿酒质量，提高酒的色泽等级，从而提高收入。因此，改进酿酒设备和引进新的酿酒技术是一项很重要的工作
9、。现阶段农村酿酒生产过程中，绝大多数酒农都是采用传统的发酵方法。在一个密封的容器里，以含淀粉物质为原料，如高粱、玉米、大麦、小麦、大米、碗豆等，其酿造过程大体分为两步：首先是用米曲霉、黑曲霉、黄曲霉等将淀粉分解成糖类，称为糖化过程；第2步由酵母菌再将葡萄糖发酵产生酒精1。这一过程中，都是由食物自发的进行发酵，不能及时准确的测量控制温度和湿度，当农户需要查看温湿度时也不方便。酒的种类有很多，不同的酒要求的酒精浓度也不一样。不同的酒精浓度对温湿度的要求也不一样。这样盲目的酿酒根本不能达到酒农的预期效果。随着水力发电站的不断建设增多，农村电网改造后，供电方便，电价普遍降低，用电相对便宜，为电热型酿酒
10、房打下了基础。传统的自发酿酒房正朝着电能自动监控的新型酿酒房发展，新型酿酒房应运而生。自动监控酿酒房结构简单，操作方便，便于广大酒农的使用。酿酒过程中，必须掌握酿酒房内酿酒容器的实时温湿度以及酿酒房内的光照强度。传统的方法就是采用湿度表、湿度试纸和温度计等测试器进行人工测量。这样不仅浪费人力财力，而且测量不够准确。查看温湿度时经常打开酿酒容器的盖子，导致通风影响容器内温湿度。为避免上述人为因素，设计一套用于酿酒房内酿酒容器的温湿度测量控制系统是很有必要的。结合实际，本文介绍一种基于单片机、传感器和自动控制技术相结合而开发设计的温湿度、光照以及酒精浓度测量控制系统。采用该控制系统后，实时测量酿酒
11、房内的光照以及酿酒容器内的温湿度和酒精浓度，农户可以随时掌握酿酒房内的各种参数。该控制系统能自动判断酿酒容器内的温湿度和酒精浓度是否在预定的范围内。另外可以手动设置酿酒容器内的温度和湿度的上下限，使酿酒容器内的温湿度在酒农要求的合适的范围内。这样可以减少各种人为引起的不利因素，提高测量精度和控制精度，同时节省了大量的人力物力。本控制系统的灵活性比较好，不仅可以作为酿酒监控系统，只要稍加修改就可以作为生物培养液温湿度监控系统、温室大棚控制系统、热水器温度调节系统、实验室温湿度监控系统、电烤箱控制系统等等。1.2 研究内容单片机在检测和控制系统中有着广泛的应用，温湿度、光照强度等是系统经常需要测量
12、、控制和存储的参量，而温湿度、光照强度以及酒精浓度都是模拟量，不能直接与单片机交换信息。采用适当的技术将温湿度、光照强度以及酒精浓度的变化转变为电信号的变化，同时将模拟量转化为数字量在原理上虽然不困难，但是在实际应用中有很多需要解决的问题。因此研究温湿度、光照强度、酒精浓度的测量控制系统有重要的意义。本次设计的主要任务是完成对周围环境温湿度和光照强度的检测以及酒精浓度的测量，利用输出设备输出显示各物理参数并可以手动设置各种参数的上下限。在本测控系统中，采用单片机作为主控芯片。通过外围电路测量环境的温湿度、光照强度以及酒精浓度，经过模数转换送单片机处理，经过数据处理分析，设定各种参数的上下限，利
13、用输出设备输出实时温湿度、光照强度以及酒精浓度，与设定的参数上下限进行比较，看是否能达到预定的值。在设计硬件电路时主要考虑数据采集电路、主控部分电路和输出控制电路。用光敏器件检测光照强度，MQ-3酒精传感器检查酒精浓度，送TLC2543 12位串行AD转换器进行模数转换，转换结束送单片机处理，DHT11采集温湿度信号直接送单片机处理，不需要进行模数转换。然后输出到显示模块，显示出实时的温湿度、光照强度以及酒精浓度。硬件电路的正确设计的是整个设计的前提，当完成硬件电路的设计时，必须要有相应的软件支持，系统方可运行。软件是针对硬件设计的，但是在系统设计的最初有必要将软件和硬件的设计综合考虑，最大程
14、度的降低软硬件的复杂程度。软硬件设计时都采用分块设计的思想。1.3 研究目的本次设计的系统，其核心功能是检测周围环境的温湿度、光照强度以及酒精浓度，并根据要求检测环境的各种参数是否达到预设值以及将环境的各种参数实时的显示出来。该系统是将温湿度等测控系统应用于酿酒房中，实时监测酿酒容器内的温湿度，使酿酒容器内的参数保持在一个良好的范围内。系统可根据实际需要用户可通过键盘自行设定酿酒各阶段的温度、湿度的上下限范围，还可以将酿酒过程中不同阶段的温度、湿度的峰值和谷值进行存储，以供查询参考。该系统通过温湿度、光照强度以及酒精浓度检测电路，测量到各个参数的变化，将其转换为电压信号，经过模数转换，送单片机
15、进行数据处理。并通过液晶显示器显示当前的温湿度、光照强度以及酒精浓度。单片机将当前的温湿度、光照强度以及酒精浓度分别与预设值进行比较，看是否超过预设值的上下限，再决定是否启动执行机构进行报警以便提示管理员检测系统，这样可以使各参数保持在一个良好的范围内，从而达到酿酒过程的自动化。2 方案的选择与论证在单片机作为主控芯片的测控系统中，系统总要有被测信号输入，通过输入通道给单片机输入必要的信号；还应有输出通道，改变被测对象的状态。对于测量模块而言，如何准确快速获得被测信号是其核心任务；而对执行机构来讲，如何改变被控对象状态是设计的重点。同时为了提高测控系统的可用性，人机交互部分也是必不可少的。下面
16、分别对测量模块、输出控制模块、人机交互部分以及电源部分的方案进行讨论，对比论证后确定设计方案和所需元件。2.1 温湿度传感器的选择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，几乎都是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。由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用微处理器实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。传感器主要
17、用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。不仅要掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求。只有了解传感器的应用原理，才能将传感器和信息采集、信息处理技术结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了提高工效和时效，各自都在开发研制适用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度和湿度传感器是其中重要的一类传感器，其发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。了解传感器的性能和参数，对于选择应用传感器有着很大的帮助。方案一：温度测量采
18、用AD590，湿度测量采用HSM-20R湿敏传感器。AD590的测温范围在-55+150之间，而且精度高。M档在测温范围内非线形误差为0.3。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会损坏。可靠性高，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，接口也很简单。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。AD590的测量信号可远传百余米。HSM-20R湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流1V以下，频率为50HZ1KHZ，测量湿度范围为0100%RH，工作温度范围为050，阻抗在75%RH（25）时为1M
19、。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，主要用于判断在一定范围内的湿度电平。然而，这种传感器在一定范围内使用时具有良好的线性特性，可有效地利用其线性特性。方案二：温度测量采用热电阻温度传感器，湿度测量采用HS1100/HS1101湿度传感器。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。现在应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为测量精度高、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测量精度高和测量范围大。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
20、被玷污变脆。按IEC标准测温范围-200650，百度电阻比W（100）=1.3850时，R0为100和10，其允许的测量误差A级为（0.15+0.002 |t|），B级为（0.3+0.005 |t|）。铜电阻的价格相对便宜，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-50180测温。HS1100/HS1101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（HS1100）和侧面接触（HS1101）两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出
21、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1%-100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于2%RH；响应时间小于5S；温度系数为0.04 pF/。可见精度是较高的。方案三：采用数字温湿度DHT11，DHT11相对湿度和温度测量全部校准，输出的是数字信号，卓越的长期稳定性，无需额外部件，超长的信号传输距离，超低能耗，4 引脚安装，完全互换。综合比较上述方案，采用DHT11数字温湿度传感器，其操作方便，而且输出的是位数字信息，便于处理。价格合理，性价比高。所以我们选择DHT11作为温湿度的测量传感器。2.2 酒精浓度传感器的选择方案一：采用气体传感器M
22、Q-2，MQ-2具有广泛的探测范围，快速响应恢复，优异的稳定性以及简单的驱动电路等特点。它可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。MQ-2气敏元件由微型AL2O3陶瓷管。SnO2敏感层，测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。它的使用温度是-1050，存储温度是-2070，相对湿度小于95%RH，其标准工作条件是：温度202，相对湿度65%5%。另外它的预热时间不少于24小时。方案二：采用酒精传感器TP-3
23、C，它的检测范围 30500ppm，酒精工作电压为2.5-3V0.2VDC ，预热时间为10S，其响应时间 5S，静态电流 120mA，工作条件 0+4095%RH，它的测试条件是Tem：202，Hum：65%5%RH；它的贮藏条件是贮藏：-2070，湿度：70%RH。方案三：采用气体传感器MQ-3，MQ-3对乙醇蒸汽有很高的灵敏度和良好的选择性，具有快速响应恢复，长期的寿命和可靠的稳定性以及简单的驱动回路等特性。综合比较上述方案，虽然MQ-2和MQ-3的参数特性都差不多，但是MQ-3对于测量酒精浓度更为敏感，MQ-2则适合其他气体的浓度测量；MQ-3气体传感器灵敏度和各种参数都比较符合本系统
24、的要求，因此酒精传感器就选择MQ-3气体传感器。2.3 光照传感器的选择方案一：采用红外线接收管，利用红外接收管测量光线的强弱，利用LM324四运放进行放大处理。输出数据单片机处理容易，电路相当简单。但是这种方案接收到的只是高低电平。只能测量光线是否超过预定值。不能测量光线的具体大小。方案二：采用光敏电阻，光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。利用光敏电阻测量光线值，再通过TLC2543进行模数转换，经过比较，单片机可以接收到具体的光线大小
25、，适合本设计的要求。综上比较上述方案，决定采用光敏电阻进行光线值测量的方案。2.4 人机交互在系统中，可用数码管和液晶显示模块，数码管只能显示数字和简单的字母。采用液晶显示不仅能显示数字和字母，还能显示汉字，人机交互友好。本系统需要显示实时的温湿度、光照强度及酒精浓度，显示内容较多，采用数码管显示，在硬件和程序上的设计都比较复杂；因此只有选用液晶显示模块才能满足系统的要求，同时也提高了显示含义的清晰度。本系统中用了五个按键，按键较少。因此不采用矩阵式键盘，而采用独立按键的方式，容易编码和简化硬件电路。2.5 输出控制部分由于采用稳压电源电路，直接将12V的直流电压稳压为5V，为系统所用。有两种
26、方式来达到输出控制的目的，一种是采用光耦加可控硅，另一种采用光耦和继电器。本系统采用的是光耦和继电器，这样可以将强电和弱电隔离，避免破坏弱电系统。当系统运行时，检测到温湿度不在预置的的范围内，驱动执行机构进行报警，通过蜂鸣器发声，提醒管理员。2.6 电源设计方案方案一：该系统可采用干电池作为整个控制系统的电源，虽然控制系统耗电量不太大，电池基本能满足，但是在制作电路板时需要另加接口，使用时需更换电池，使用不太方便。方案二：采用12V直流稳压电源作为系统电源，不仅可以为控制系统供电，同时也为外围电路供电。功率上可以满足系统需要，不需要更换电池，一个电源即可为整个控制系统供电，并且比较轻便，使用更
27、加安全可靠。基于以上分析，决定采用方案二。通过上述的方案论证，确定本次设计所采用的方案。为元器件选择和绘制电路原理图提供了可靠的依据。温湿度传感器采用DHT11数字温湿度传感器。光照传感器采用光敏电阻，酒精传感器采用MQ-3气体传感器，将测量的电压信号直接送模数转换器TLC2543进行转换。用AT89S52作为核心芯片。用一个液晶显示模块来显示数据，采用普通按键来调整系统所需参数。输出控制部分采用光耦和继电器的电路来控制外围设备。电源是系统中极其重要的一部分，本次设计的电源是稳压电源电路，通过稳压输出稳定的5V直流电供控制系统使用。3 系统总体设计3.1 总体设计本文介绍一种基于单片机和传感器
28、相结合的技术，而开发设计的温湿度、光照强度以及酒精浓度的监控系统。有必要对温湿度传感器、光敏电阻、酒精传感器进行深入研究，掌握其用法与用途。本系统将传感器理论与单片机实际应用有机结合，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。采用集成温湿度传感器探测环境的温湿度，光敏电阻检测光照强度，酒精传感器检测酒精浓度，实现热电转换和湿电转换的过程。通过单片机分析处理，从而实现对监测范围内温湿度、光照强度、酒精浓度的控制。本系统通过传感器检测当前温湿度、光照强度以及酒精浓度，送单片机进行处理。通过按键设定各个参数的上下限。把检测到的各参数的电信号经过标度变换后送给显示部分，显示实时温湿度、光照强度以及酒精
29、浓度。单片机将采集到的数据与设定的各个参数的上下限进行比较，当各参数超过或者低于预置值，单片机驱动外围控制电路，采取相应措施进行报警，以便通知管理人员。3.2 系统结构组成本控制系统主要由电源模块、数据采集模块、主控模块、人机交互部分、数据存储和输出控制等六部分组成。系统框图如图1所示： 图1 系统框图3.3 主要芯片介绍本系统采用AT89S52单片机作为主控芯片，进行数据处理。用TLC2543进行模数转换，将模拟信号转换为数字信号。用24C08作为存储器，存储测控系统测量到的峰谷值。为了更好、更方便的为该系统提供工作电压，另外本设计增加了串口通信模块设计，使用了单电源电平转换芯片MAX232
30、MJE，提高系统的扩展性。下面分别对以上几种芯片进行介绍。3.3.1.AT89S52单片机如果在一块芯片上，集成了一台微型计算机的四个基本在组成部分，则这种芯片就被称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），简称单片机2。AT89S52单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在线可编程Flash，使得AT89S52单片机为众多
31、嵌入式控制应用系统提供高灵活、高效率的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，一个看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机停止一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89S52引脚图如图2所示：AT89S522120图2 单片机引脚图单片机的
32、引脚结构及功能3：VCC和GND即第40脚和20脚分别接5V直流电的正负。 P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。本设计就利用了P0端口的输入功能。P1 口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉
33、高，此时可以作为输入口使用。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。本设计中P1端口作为输出口使用，与液晶显示器接口相连。P1口引脚第二功能见表1：表1 P1口引脚功能引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O
34、 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。在本设计中，P2端口主要用于数据的采集以及输出控制，它与数据采集模块TLC2453和输出控制模块相连接。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口
35、，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表2所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。在本设计中，采用了P3口的第二功能，即作为外部数据存储器，与存储器24C08相接。P3口引脚的第二功能见表2：表2 P3口引脚功能引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2INT0(外部中断0)P3.3INT0(外部中断0)P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.
36、7RD(外部数据存储器读选通)RST：复位输入。晶振工作时，复位引脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8E
37、H的SFR的第0位置 “1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN：外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flas
38、h编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。单片机的内部定时器：AT89S52单片机内部有2个16 位可编程定时器/计时器-定时器/计器0、1，它们具有四种工作方式，其控制字和状态均在相应的特殊功能寄存器中，通过对控制寄存器的编程，就可以方便地选择适当的工作方式。定时器/计时器0、1内部结构主要由以下几部分组成：16位加1计数器TH0、T0L1和TH0、TL1，定时器控制器（TCON）和工作方式控制寄存器（TMOD），时钟分频器，输入引脚T0、T1、INT0、INT1。TCON：定时器/计数器控制寄存器如
39、表3所示。表3 定时器控制存器位地址位 符功 能8FHTF1定时器/计数器T1溢出标志位8EHTR1定时器/计数器T1运行控制位1启动8DHTF0定时器/计数器T0溢出标志位8CHTR0定时器/计数器T0运行控制位8BHIE1外部中断1请求标志位8AHIT1外部中断1触发类型选择位89HIEO外部中断0请求标志位88HIT0外部中断0触发类型选择位TMOD：工作方式控制寄存器如图3。图3 定时器工作方式控制寄存器M1、M0是工作方式选择位。决定定时器的4种工作方式。 方式0：（M1=0、M0=0）：13位定时/计数器 方式1：（M1=0、M0=1）：16位定时/计数器 方式2：（M1=1、M0
40、=0）：8位定时/计数器（定时常数自动装入）方式2：是将16位加1计数器组成一个可自动重新再装的8位加1计数器方式3：（M1=1、M0=1）：把T0分为两个8位计数器 方式3只适用于定时/计数器0，如果定时/计数器1也设定为方式3时，则它停止计数，其效果与置TR1=0相同，即关闭定时/计数器1。定时/计数器0工作于方式3时，TL0和TH0变成3个分开的8位加1计数器。单片机串行通讯功能：AT89S52串行口是由发送缓冲寄存器是SBUF、发送控制器、发送控制门、接收缓冲寄存器SBUF、接收控制寄存器、移位寄存器和中断等部分组成。与通讯有关的控制寄存器有四个：SBUF、SCON、PCON和IE。S
41、BUF在逻辑上只有一个，即表示发送寄存器又表示接收寄存器，具有用一个单元地址99H。在物理上，SBUF有两个，一个是发送寄存器，一个是接收寄存器。SCON：串行控制寄存器，可进行位寻址，用与串行通讯的控制，单元地址为98H，位地址9FH-98H，位地址和为符号对应如下表4。表4 为地址和符号位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H为符号SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI其中，SM0、SM1用来选择串行口工作方式，可组合四种工作方式如表5。表5 串口通信工作方式SM0、SM1工作方式功能波特率00方式08位同步移位寄存器fosc/1201方式110位UART可变，常用T1
42、控制10方式211位UARTfosc/32或fosc/6411方式311位UART可变，常用T1控制其中是晶振频率。3.3.2.TLC2543 AD转换器 TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源；且价格适中，分辨率较高，因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。 TLC2543的特点：（1）12位分辩率A/D转换器；（2）在工作温度范围内10s转换时间；（3）11个模拟输入通道；（4）3路内置自测试方式；（5）采样率为66kbps； （6）线性误差1LSBmax；（7）有转换结束输出EOC；（8）
43、具有单、双极性输出；（9）可编程的MSB或LSB前导。正是因为TLC2543具有以上功能特点，因此采用TLC2543来完成本设计的模数转换模块。 TLC2543有两种封装形式：DB、DW或N封装以及FN封装4，不同的封装形式其外观和引脚分布也不一样。这两种封装的引脚排列如图4。 图4 TLC2543的封装在本设计中，采用的TLC2543的封装形式，就是N封装，即如图4中的左图所示。 TLC2543引脚分布及其功能说明如下： 引脚1至9以及11、12：AIN0D到AIN10，模拟量输入端，11路输入信号由内部多路器选通。在本设计中只用了端口AIN0和AIN1与MQ-3气体传感器和光敏电阻相连接，
44、作为输入端口；对于4.1MHz的I/OCLOCK，驱动源阻抗必须小于或等于50，而且用60pF电容来限制模拟输入电压的斜率。 引脚15：，片选端；在端由高变低时，内部计数器复位。由低变高时，在设定时间内禁止DATAINPUT和I/O CLOCK。 引脚17：DATAINPUT，串行数据输入端。由4位的串行地址输入来选择模拟量输入通道。引脚16：DATA OUT，A/D转换结果的三态串行输出端。为高时处于高阻抗状态，为低时处于激活状态。引脚19：EOC，转换结束端。在最后的I/OCLOCK下降沿之后，EOC从高电平变为低电平并保持到转换完成和数据准备传输为止。引脚10：GND ，GND是内部电路
45、的地回路端。除另有说明外，所有电压测量都相对GND而言。引脚18：I/O CLOCK，输入/输出时钟端。I/OCLOCK接收串行输入信号并完成以下四个功能：（1）在I/O CLOCK的前8个上升沿，8位输入数据存入输入数据寄存器。（2）在I/OCLOCK的第4个下降沿，被选通的模拟输入电压开始向电容器充电，直到I/OCLOCK的最后一个下降沿为止。（3）将前一次转换数据的其余11位输出到DATA OUT端，在I/OCLOCK的下降沿时数据开始变化。（4）I/OCLOCK的最后一个下降沿，将转换的控制信号传送到内部状态控制位。引脚14：REF+，正基准电压端。基准电压的正端（通常为Vcc）被加到
46、REF+，最大的输入电压范围由加于本端与REF-端的电压差决定。引脚13：REF-，负基准电压端。基准电压的低端（通常为地）被加到REF-。引脚20：Vcc，电源。 TLC2543的接口时序，可以用四种传输方法使TLC2543得到全12位分辩率，每次转换和数据传递可以使用12或16个时钟周期。一个片选（）脉冲要插到每次转换的开始处，或是在转换时序的开始处变化一次后保持为低，直到时序结束。每次转换和数据传递使用16个时钟周期和在每次传递周期之间插入的时序的状态图如图5所示；每次转换和数据传递使用16个时钟周期，仅在每次转换序列开始处插入一次时序的状态图如图6所示。 图5 16时钟传送时序图（使用，MSB在前） 图6 16时钟传送时序图（不使用，MSB在前）3.3.3.存储器AT24CXX系列存储芯片是Atmel公司生产的高度集成的串行EEPROM，可进行电擦除，提供的接口形式是I2C总线。I2C总
