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1、合肥学院单片机原理与应用课程论文 课程论文题目基于单片机的大气参数监测系统的设计院系名称计算机科学与技术系专业（班级）09级计本3班姓名（学号）吴宏 0904013012指导教师2012年 6月 10 日一、引言： 随着科技的迅速发展，气象的预测是靠气象卫星发回的云图和各地气象台站测得的温度、气压、风向、风速等数据，经计算机和精确的仪器处理后得到更准确的信息。要想准确预测气象，必须把上面得到的数据列出几百阶乃至更高阶的线性方程组，若靠人工求解则需几百人用几个星期的时间内才能完成，这时已不是天气预报了，却变成了天气报告了，这无形中就拉长了时间起不到预测预报的目的；而现在有了电子计算机和精确的测量
2、仪器，对大气参数的采集工作已由计算机来担任只要几分钟时间就可完成任务并且准确率也很高。本次设计就是利用单片机和一些传感器以及转换电路组成的一套对大气参数进行多路采集的系统。 二：摘要为了能够准确的了解掌握大气参数的变化，我们必须对此进行采集、测量。温度的变化会随高度的不同而变化因而形成垂直分布，对它的采集和测量有很重要的意义；湿度是表示大气干湿程度的物理；风向、风速的采集也不能忽略，风场建设、运行离不开气象服务，需要对风场的气象参数实时检测，因此它在某种程度上也反映了大气参数中的风向和风速。针对全球的气象形式，本文设计了一个基于单片机控制的大气系统多路采集器。用来测量大气中的温度、湿度、风速和
3、风向等参数。 温度测量精度小于0.5，湿度测量精度小于5%，测量风速的风杯风速计的精度是0.5m/s，测量风向的光电式风向标的精度是5度。以8051单片机作为控制核心，用8155扩展I/O口，采用各种传感器用于检测系统，用ADC0809作为A/D转换元件，采用发光二极管和蜂鸣器作为报警显示元件。三、关键词：传感器，转换器，AD590， HM1500，PH100SX，ADC0809四、芯片使用 大气参数主要有温度、湿度、风速、风向等，我们通过先检测，然后转换变成单片机能识别的信息传送到单片机，再经过处理用一些功能指示和声光报警表示出来，让人们很直观的看到采集到参数的变化。此系统主要由 温度检测传
4、感器、湿度检测传感器、A/D转换电路、风速检测传感器、计数电路、风向传感器、AT80C51单片机、外扩8155芯片、键盘、功能指示、声光报警电路等部分组成。 1、 温度传感器：AD590温度传感器 AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源，它会将温度转换为电流。其输出电流是以绝对温度零度（-273）为基准，每增加1，它会增加1A输出电流，因此在室温25时，其输出电流Iout=（273+25）=298A。 精度高，AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。 AD590M档精度为0.3，且AD590温度传感器具有多点温度测量
5、和远距离温度测量的控制的性能。 2 、湿度传感器：HM1500湿度传感器 基于HS1101HS1101LF的电压输出湿度模块，可靠性高、时间稳定性长，在5VDC供电时，0100RH对应输出14VDC线性电压，温度依赖性非常低。抗静电，防灰尘，可有效抵抗各种腐蚀性气体物质。线性电压输出式集成湿度传感器HM1 5 0 0是HUMIRE L 公司的典型产品 ,外型有3根引线 。 湿度测量范围为 5 %99 %(相对湿度) ;相对湿度精度为 3 %;工作温度为 - 30 60 ;工作湿度范围为 0100 %(相对湿度) ;供电电压为5 V(最大电压DC16 V) ;输出为DC 1 V4 V;响应时间为
6、5 s ;外径约11 mm;长度约58 mm。基于HM1500湿度传感器具有防灰尘，可有量的准确度和稳定性应尽量避免在酸性、碱性及含有机溶剂的气氛中使用，也避免在粉尘较大的环境中使用。有的湿度传感器对供电电源要求比较高，否则将影响测量精度。或者传感器之间相互干扰，甚至无法工作。使用时应按照技术要求提供合适的、符合精度要求的供电电源。3、风速风向传感器 ： PH100SX风速风向传感器 PH100SX风速风向传感器由风速传感器和风向传感器组成。风杯采用碳纤维材，强度高，起动好。风向重锤采用附翼板，提高了动态特性。WC-1风传感器互换性好、量程大、线性好、抗雷击能力强、工作可靠。该传感器广泛用于气
7、象、海洋、环境、机场、港口、工农业计交通等领域。 4、 A/D转换器：ADC0809 ADC0809是带有8位AD转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式AD转换器,可以和单片机直接接口。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。工作温度范围为-4085摄氏度，是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。 5 、外扩芯片：Intel 8155芯片 Intel 8155芯片内包含有256个字节RAM，2个8位、1个6位的可编程并行I/O口和1个14位定
8、时器/计数器。8155可直接与MCS51单片机连接不需要增加任何硬件逻辑。由于8155既有RAM又具有I/O口，因而是MCS51单片机系统中最常用的外围接口芯片之一 。6 、ROM存储器：2764EPROM存储器 2764是8K*8字节的紫外线镲除、电可编程只读存储器，单一+5V供电，工作电流为75mA，维持电流为35mA，读出时间最大为250nS，28脚双列直插式封装,有正常和编程两种工作方式。有读出、维持、编程、禁止编程、校验五种工作状态。 7 、键盘选择 ：非编码式键盘 非编码式键盘将案件排列成矩阵的形势，由硬件或软件随时对矩阵扫描，一旦某一键被按下，该键的行列信息即被转换为位置码并送入
9、主机，再由键盘驱动程序查表，从而得到按键的ASC码，最后送入内存中的键盘缓冲区供主机分析执行。非编码式键盘由于结构简单，按键重定义方便而成为目前最常采用的键盘类型。非编码键盘的键盘处理程序并不需要使用者去编制，它已被计算机厂家固化在计算机内部的ROM中。在使用时，我们感觉不出它和编码键盘有什么区别。另外，因为这种键盘的键盘处理程序放在主机内，所以可以通过各种方法改造、扩充，比如重新定义键盘某些键的功能等。非编码式键盘由于结构简单，按键重定义方便而成为目前最常采用的键盘类型。 8、 显示器 ：LED显示器 LED是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频
10、、录像信号等各种信息的显示屏幕。LED显示器集、以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点，成为最具优势的新一代显示媒体，目前，LED显示器已广泛应用于大型广场、体育场馆、信息传播、新闻发布、等，可以满足不同环境的需要。五、硬件电路设计此系统主要由AT80C51单片机、外扩8155芯片、温度检测传感器、湿度检测传感器、A/D转换电路、风速检测传感器、计数电路、风向传感器、键盘、功能指示、声光报警电路等部分组成。系统框图1、8155的介绍8155有40个引脚，采用双列直插封装，其引脚图和组成框图如图所示。 8155的引脚图和组成框图 (1) 地址/数据线AD0AD7（8条） (
11、2) I/O口总线（22条）：PA0PA7、PB0PB7、 PC0PC5。 (3) 控制总线（8条） 2、8155的RAM和I / O口地址编码8155包括：内RAM-256B对应256个地址 命令/状态寄存器地址1个地址 PA口地址 - 1个地址 PB口地址 - 1个地址 PC口地址 - 1个地址 定时器低8位地址 - 1个地址 定时器高8位地址 - 1个地址 3、8155的工作方式与基本操作8155有三种基本操作： 、作单片机片外256B数据存储器 IO / /M = 0，与其它数据存储器统一编址。用MOVX访问。 、作扩展I / O口使用 IO / /M = 1，PA口、PB口、PC口，
12、可通过编程决定如何使用。 1）命令寄存器（命令控制字） I / O口工作方式 I / O口工作方式有四种： A口、B口 基本I / O口， C口输入； A口、B口 基本I / O口， C口输出； A口选通I / O、B口基本I / O、C口作联络线； A口、B口选通I / O、C口作联络线。 2）状态标志寄存器 PA口、PB口状态标志。 状态标志寄存器： BF 缓冲器满标志；INTR 端口中断请求标志； INTE 端口中断允许标志； TIMER 定时器中断请求。 命令寄存器，只写不读；状态标志寄存器，只读不写；这二者使用同一地址 。、作定时器扩展使用 可以通过编程决定输出4种信号，即有四种工作
13、台方式。 单方波；连续方波；单脉冲； 连续脉冲。 由两个8位寄存器，决定14位定时器计数常数及四种工作方式。 由命令寄存器的最高两位对定时器进行四种控制。 六、 单片机与接口的连接1、 单片机与2764EPROM的连接 单片机与2764EPROM的连接线路图2、温度传感器AD590 AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源，它会将温度转换为电流。 1.AD590温度传感器规格如下： （1）温度每增加1，它会增加1A输出电流 （2） 可测量范围-55至150 （3） 供电电压范围+4V至+30V 2. AD590的输出电流值说明如下： 其输出电流是以绝对温度零度（-273）为基准
14、，每增加1，它会增加1A输出电流，因此在室温25时，其输出电流Iout=（273+25）=298A。 AD590基本应用电路： 注意事项： （1）Vo的值为Io乘上10K，以室温25而言，输出值为10K298A=2.98V （2）测量Vo时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。 （3） 精度高，AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。 3.电路设计 1、 AD590的输出电流I=（273+T）A（T为摄氏温度），因此测量的电压V为（273+T）A10K=（2.73+T/100）V。为了将电压测量出来又务须使输出电流I不分流出来，我们使
15、用电压跟随器其输出电压V2等于输入电压V。 AD590电路设计如图所示 AD590电路设计 3、HM1500湿度传感器（1）、主要特点如下:湿度测量范围为 5 %99 %(相对湿度) ;相对湿度精度为 3 %;工作温度为 - 30 60 ;工作湿度范围为 0100 %(相对湿度) ;供电电压为5 V(最大电压DC16 V) ;输出为DC 1 V4 V;响应时间为5 s ;外径约11 mm;长度约58 mm。HM1500湿度变送器主要应用于加热、 通风和空气调节(HAVC)系统、 环境监控、 洁净空间、 蔬菜大棚、 粮食仓贮等的湿度检测与控制。 （2） 、HM1500湿度传感器的工作原理HM15
16、00采用恒压供电，内置放大电路能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号 ,响应速度快、重复性好、 抗污染能力强。HM1500的测湿元件选用湿敏电容 HS1101 ,在一个有机玻璃或玻璃片上首先用扩散法制作两个电极 ,然后涂上有机膜作为介质 ,形成一个电容器件。当外界相对湿度变化时 ,感湿膜能吸附和释放水汽分子 ,引起其介电常数发生变化 ,从而使元件电容量改变。利用电容量与相对湿度的函数关系即可测量湿度。图 2是 HM1500所反映的湿度与其输出电压间的典型函数关系。运用最小二乘法可以求出其输出电压 Uo 与相对湿度 HR 之间的关系:Uo = 1. 171 1 + 0. 023 77 HR
17、(1) 4、 PH100SX风速风向传感器技术指标 :PH100SX风速风向传感器由风速传感器和风向传感器组成。 工作原理 :风速传感器的感应元件是三杯风组件，由三个碳纤维风杯和杯架组成，转换器为多齿转杯和狭缝光耦。当风杯受水平风力作用而旋转时，通过活轴转杯在狭缝光耦中的转动，输出频率的信号。 风向传感器的变换器为码盘和光电组件。当风标随风向变化而转动时，通过轴带动码盘在光电组件缝隙中转动。产生的光电信号对应当时风向的格雷码输出。 传感器的变换器采用精密导电塑料电位器，从而在电位器的活动端产生变化的电阻信号输出。 计数电路与单片机的连接 5、 ADC0809A/D转换器（1）、ADC0809的
18、内部逻辑结构 ADC0809的内部逻辑结构 ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量。当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 （2）、ADC0809应用说明 1）ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。 2）初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 3）送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 4）在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 5）是否转换完毕，我
19、们根据EOC信号来判断。 6）当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。 6、键盘和显示1）、键盘 非编码键盘由软件、硬件配合完成键盘的工作。利用软件驱动下的硬件来完成诸如扫描、编码、传送等功能，这个程序被称之为键盘处理程序。整个键盘处理程序由查询程序、传送程序、译码程序三部分组成。 (1)主程序首先调用查询程序，通过查询接口逐行扫描键位矩阵，同时检测行列的输出，由行与列的交连信号确定某闭合键的坐标，即得到被按键对应的扫描码。 (2)主程序调用传送程序将得到的扫描码传送给位于主机内的键盘接口电路。 (3)主程序调用译码程序将键盘接口内的扫描码翻译为相应键的编码信息；
20、 (4)在需要的时候，键盘接口电路把上述编码信息传送给主机。 非编码键盘的键盘处理程序并不需要使用者去编制，它已被计算机厂家固化在计算机内部的ROM中。在使用时，我们感觉不出它和编码键盘有什么区别。另外，因为这种键盘的键盘处理程序放在主机内，所以可以通过各种方法改造、扩充，比如重新定义键盘某些键的功能等。 2）、LED显示器LED显示屏的基本工作原理 ：LED显示屏的基本工作原理是动态扫描。动态扫描又分为行扫描和列扫描两种方式，常用的方式是行扫描。行扫描方式又分为8行扫描和16行扫描两种。 在行扫描工作方式下，每一片LED点阵片都有一组列驱动电路，列驱动电路中一定有一片锁存器或移位寄存器，用来
21、锁存待显示内容的字模数据。在行扫描工作方式下，同一排LED点阵片的同名行控制引脚是并接在一条线上的，共8条线，最后连接在一个行驱动电路上；行驱动电路中也一定有一片锁存器或移位寄存器，用来锁存行扫描信号。 七、软件设计 主程序框图 主程序的功能主要是实现初始化、数码管显示初始化后的值、扫描键盘判断是否有键按下，反复对键盘进行扫描从而更新参数设置、显示。 T0计数中断服务：传感器将检测到的信息转换为电脉冲，作为“中断请求”信号送到CPU的8155：8051初始化显示一遍LED 扫描键盘有键按下求取键值键处理程序 NY 中断请求输入线/INT0，供CPU检测和响应（保护现场并开中断），然后，计数器加
22、1，再自动撤除本次中断请求，关中断，在中断服务结束后，恢复现场，以便回到被中断的程序。八、参考文献1何立民. MCS-51系列单片机应用系统设计M.北京：北京航空航天大学出20012马忠梅. 单片机的C语言应用程序设计M. 北京：北京航空 3田景文.用单片机测量脉冲周期和频率的方法.仪表技术1999年第5期. 4徐雁.MCS-51单片机测量频率的两种实用方法.电测与仪表1999.5. 5胡汉才.单片机原理及接口技术.北京：清华大学出版社，2004. 九、源程序 ORG 100H START: MOV SP, #60H CLSMEM: MOV R0, #20H MOV R1, #60H CLSM
23、EM1: MOV R0, #00H INC R0 DJNZ R1, CLSMEM1 MOV TMOD, #00100001B MOV TH0, #TIMEL MOV TL0, #TIMEH SJMP INIT ERROR: NOP LJMP START NOP NOP SETB ET0 SETB TR0 MOV PSW, #00H CLR TEMPONEOK LJMP MAIN TOIT: PUSH PSW MOV PSW, #10H MOV TH0, #TIMEH MOV TL0, #TIMEL INC R7 CJNE R7, #32H, T0IT1 MOV R7, 00H SETB TIM
24、E1SOK;1T0IT1: POP PSW RETI MAIN: LCALL DISP1 JNB TEMPONEOK ; MAIN2 CLR TIME1SOK JNB TEMPONEOK LCALL READTEMP1 LCALL CONVTEMP BCDLCALL DISPBCD BCDLCALL DISP1MAIN2: LCALL READTEMP;LJMP MAIN INITKEY: SETB TEMPDIN NOP NOP CLR TEMPDIN MOV R6, #0AOH DJNZ R6, $ SETB TEMPDIN MOV R6, #32H DJNZ R6 , $ MOV R6
25、, #3CH LOOPKEY: MOV C, TEMPDIN JC INNITKEYOUT DJNZ R6, LOOP1820 MOV R6, #064H DJNZ R6, $ SJMP INITKEY RET INITKEYOUT: SETB TEMPIN RET READKEY: MOV R7, #08H SETB TEMPDIN NOP NOP READKEYLOOP: CLR TEMPDIN NOP NOP NOP SETB TEMPDIN MOV R6, #07H DJNZ R6, $ MOV C, TEMPDIN MOV R6 , #3CH DJNZ R6, $ RRC A SET
26、B TEMPDIN DJNZ R7,READKEYLOOP MOV R6,$ RET WRITE: MOV R7,#08H SETB TEMPDIN NOP NOP WRITELOP: CLR TEMPDIN MOV R6, #07H DJNZ R6, $ RRC A MOV TEMPDIN, C MOV R6, #34H DJNZ R6, $ SETB TEMPDIN DJNZ R7, WRITEKEYLOP RET CONVTEMP: MOV A, TEMPH ANL A, #80H JZ TEMPC1 CLR C MOV A, TEMPL CPL A ADD A, #01H MOV TE
27、MP , A MOV A, TEMP CPL A ADDC A, #00H MOV TEMP, A MOV TEMPHC , #0BH SJMP TEMPC11 TEMPC1: MOV TEMPC, #OAH TEMPC11: MOV A, TEMPHC SWAP A MOV TEMPHC, A MOV A, TEMPL ANL A, #0FH MOV DPTR, #TEMPDOTTAB MOVC A,A+DPTR MOV TEMPLC , A MOV A, TEMPL ANL A, #0FOH SWAP A MOV TEMPL, A MOV A, TEMPH ORL A, #0FH SWAP
28、 A LCALL HEX2BCD1 MOV TEMPL, A ANL A, #0F0H ANL A, #OFOH SWAP A 待添加的隐藏文字内容2ORL A, TEMPHC MOV TEMP, A MOV A, TEMP ANL A, #0FH SWAP A ORL A, TEMPC MOV TEMPLC, A MOV A, R7 JZ TEMPC12 ANL A, #OFH SWAP A MOV R7, A MOV A, TEMPHC ANL A, #OFH ORL A, R7 MOV TEMPHC, A TEMPC12: RET TEMPDOTTAB: DB 00H,01H,02H,0
29、3H,04H,05H,06H,07H,06H,08H,09H DISPBCD: MOV A, TEMPLC ANL A, #OFH MOV 70H, A MOV A, TEMPLC SWAP A ANL A, #0FH MOV 71H, A MOV A, TEMPHC ANL A, #0F0H MOV 72H , A MOV A, TEMPHC SWAP A ANL A, #0FH MOV 73H , A MOV A, TEMPHC ANL A, #0F0H CJNE A, #01H,DISPBCD SJMP DISPBCD2 DISPBCD0: MOV A, TEMPHC ANL A, #0
30、F0H JNZ DISPBCD2 MOV A, TEMPHC SWAP A ANL A, #0FH MOV 73H, #0AH MOV 72H , A DISPBCD2: RET DISP1: MOV R1, #70H MOV R5, #0FEH PLAY: MOV P1, #OFEH MOV A, R5 MOV P3, A MOV A,R1 MOV DPTR, #TAB MOVC A,A+DPTR MOV P1, A MOV A, R5 JB ACC.1, LOOP5 CLR P1.7 LOOP5: LCALL DL1MS INC R1 MOV A, R5 JNB ACC.3, ENDOUT
31、 RL A MOV R5, A AJMP PLAY ENEOUT: MOV P3 , #0FFH RET TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,0BFH DL1MS: MOV R6, #14H DL1: MOV R7, #19H DL2: DJNZ R7, DL2 DJNZ R6, DL1 RET CRC8CAL: PUSH ACC MOV R7, #08H CRC8LOOP1: XRL A, B RRC A MOV A, B JNC CRC8LOOP2 XRL A, #18H CRC8LOOP2: RRC A MO
32、V B, A POP ACC RR A PUSH ACC DJNZ R7, CRC8LOOP1 POP ACC RET END Employment tribunals sort out disagreements between employers and employees.You may need to make a claim to an employment tribunal if: you dont agree with the disciplinary action your employer has taken against you your employer dismiss
33、es you and you think that you have been dismissed unfairly.For more information about dismissal and unfair dismissal, seeDismissal.You can make a claim to an employment tribunal, even if you haventappealedagainst the disciplinary action your employer has taken against you. However, if you win your c
34、ase, the tribunal may reduce any compensation awarded to you as a result of your failure to appeal.Remember that in most cases you must make an application to an employment tribunal within three months of the date when the event you are complaining about happened. If your application is received aft
35、er this time limit, the tribunal will not usually accept it.If you are worried about how the time limits apply to you, take advice from one of the organisations listed underFurther help.Employment tribunals are less formal than some other courts, but it is still a legal process and you will need to
36、give evidence under an oath or affirmation.Most people find making a claim to an employment tribunal challenging. If you are thinking about making a claim to an employment tribunal, you should get help straight away from one of the organisations listed underFurther help.If you are being represented
37、by a solicitor at the tribunal, they may ask you to sign an agreement where you pay their fee out of your compensation if you win the case. This is known as adamages-based agreement. In England and Wales, your solicitor cant charge you more than 35% of your compensation if you win the case.If you ar
38、e thinking about signing up for a damages-based agreement, you should make sure youre clear about the terms of the agreement. It might be best to get advice from an experienced adviser, for example, at a Citizens Advice Bureau. To find your nearest CAB, including those that give advice by e-mail, click onnearest CAB.For more information about making a claim to an employment tribunal, seeEmployment tribunals.T
