1、XX大学淀粉水分控制系统设计I目录第1章绪论111选题背景112设计过程及工艺要求2121基本功能2122主要技术参数2第2章方案的比较和论证321温度传感器的选择3211采用热电阻温度传感器3212采用AD590温度传感器322湿度传感器的选择4221采用HOS201湿敏传感器4222采用HS1100/HS1101湿度传感器423信号采集通道的选择4231采用多路并行模拟量输入通道5232采用多路分时的模拟量输入通道5第3章系统总体设计631信号采集6311温度传感器6312湿度传感器11313多路开关1332信号分析与处理14321A/D转换14322MC14433与AT89S51单片机的
2、接口设计1733单片机AT89S5118331主要特性18332内部结构19333外部特性（引脚功能）21334工作方式22335数据存储器的掉电保护23XX大学淀粉水分控制系统设计II34显示与报警的设计23341显示电路23342报警电路24第4章软件设计25致谢34参考文献35XX大学淀粉水分控制系统设计1第1章绪论11选题背景近几年来随着国内淀粉由供大于求向供不应求方向的转变，淀粉的流通领域亦发生了重大的变化，由过去分散的小规模经营逐步向集中的大规模经营过渡，使高水分淀粉贮存矛盾突出。因此北方淀粉集中产区大量使用淀粉烘干设备，将淀粉烘干后贮存和销售，由于不恰当的使用烘干设备，造成大量的
3、高温烘干淀粉上市，给淀粉深加工业带来不良影响，造成重大经济损失，应该引起淀粉生产行业和加工行业高度重视。提高淀粉烘干效率，降低烘干费用，从而降低成本，以进一步扩大淀粉的工业应用等要求显的日益紧迫。因此淀粉的生产是我国玉米淀粉应用中一个突出的问题。淀粉烘干的质量，直接影响到后道工序淀粉的正常生产，包括淀粉生产的出率、质量和产量。因此，淀粉烘干是淀粉生产工艺中非常重要的工序之一。淀粉烘干的目的是把湿润的淀粉烘干加工来得到干燥的优质淀粉，以便淀粉的存放。烘干时间在整个生产工艺流程中比其它各步使用的时间均长，这就限制了淀粉生产的效率，生产时间长，消耗的能源多。烘干时间的掌握也是至关重要的，烘干时间过短
4、，蛋白质网分散不完全，可溶性物质不能全部提出，影响淀粉的质量和得率时间过长，细胞壁的纤维强度下降，有一部分细小纤维留在淀粉中很难分离。目前，世界各国研究人员正在致力十在保证烘干效果，缩短烘干时间的研究，以期达到提高淀粉烘干效果，缩短烘干时间，提高生产效率，得到干燥的优质淀粉的目的。人工烘干尤其是高温烘干高水分的淀粉对其物理性质、化学组成、营养价值及工业加工价值都有不良的影响。人工烘干后淀粉由于水分不均匀、容重低、及热损率高而降低了淀粉的等级从而降低了淀粉的品质和价格。此外高温烘干的淀粉加工困难降低了工业价值27。为取代人工操作，提高测量温湿度过程及控制过程的自动化程度，本课题研究将单片机技术引
5、入测量与控制过程，实现干燥参数的自动调整。单片机自二十世纪七十年代出现以来，以其具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠的特点，在智能仪器仪表、家用电器和实时工业控制等控制系统领域得到广泛应用。同时，在数据采集处理、外部设备输出控制及作为机电一体化设备核心方面，更好的发挥了性能。计算机的控制应用一般分为两个方面一是计算机在控制系统中的离线应用，另一是计算机在控制系统中的在线应用。在线控制方面，由于计算机身处其中，因此要求计算机体积小、功耗低、系统在淀粉干燥中的应用研究价格低廉以及控制功能强等，这正是单片机的用武之地。单片机的应用不仅在于它的广阔范围以及所带来的经济效益上，更重要的还在于它
6、从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法等的设计。单片机是本系统的核心，它控制本系统的各种功能，因此选择性能可靠的单片机就XX大学淀粉水分控制系统设计2显得尤为重要，考虑到满足功能要求、性价比、货源保证、开发手段等因素,本次设计采用软件技术成熟、性价比高的INTEL公司推出的一种低功耗、高性能的8位单片机89S51。本文的研究是通过控制烘干过程中的烘干温度、烘干时间等因素，来增加淀粉得率，使成品淀粉中蛋白质含量降低，得到最佳的烘干条件。通过对干燥玉米采取不同的烘干条件，来增加淀粉的得率通过添加乳酸来减少烘干时间，来减少淀粉的能量及资金消耗通过对烘干玉米微观结构的分析来进一步了解烘干过程中
7、玉米的微观结构变化，根据淀粉得率确定最佳烘干工艺28。淀粉除直接用十食品、造纸、纺织、医药等领域外，绝大多数用十深加工。随着石油危机的出现及石油化工生产过程严重污染环境，也使淀粉衍生物开发和利用更加引人注目，这一新型产业已发展成为精细化学品和能源工业的一个新领域，具有十分广阔的前景。目前，国内存在的原料品质波动大、烘干工艺参数选择手段落后以及新工艺开发困难等问题，严重制约了淀粉企业产品品质的提高、竞争力的发挥，也限制了企业经济效益的提升，这一状况迫切需要通过技术攻关加以解决。本研究对淀粉企业的技术进步、淀粉的品质、经济效益和环境效益都具有重要的意义29。12设计过程及工艺要求121基本功能检测
8、温度、湿度显示温度、湿度控制温度、湿度过限报警122主要技术参数温度检测范围30150测量精度05湿度检测范围10100RH检测精度2RH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XX大学淀粉水分控制系统设计3第2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
9、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。21温度传感器的选择211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200650，百度电阻比W（100）13
10、850时，R0为100和10，其允许的测量误差A级为（0150002|T|），B级为（030005|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50180测温。212采用AD590温度传感器采用AD590，它的测温范围在55150之间，而且精度高。M档在测温范围内非线形误差为03。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。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。A
11、D590的测量信号可远传百余米。综合比较上述两种方案，得出后者AD590更为适合于本设计系统对于温度传感器的选择1。XX大学淀粉水分控制系统设计422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。221采用HOS201湿敏传感器HOS201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0100RH，工作温度范围为050，阻抗在7
12、5RH（25）时为1M。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8。222采用HS1100/HS1101湿度传感器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
13、对湿度在1100RH范围内；电容量由16PF变到200PF，其误差不大于2RH；响应时间小于5S；温度系数为004PF/。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10150的要求，因此，我们选择方案二来作为本设计的湿度传感器。23信号采集通道的选择在本设计系统中，温度输入信号为8路的模拟信号，这就需要多通道结构。XX大学淀粉水分控制系统设计5231采用多路并行模拟量输入通道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A/D转换器
14、A/D转换器A/D转换器接口接口接口CPU图21多路并行模拟量输入通道这种结构的模拟量通道特点为（1）可以根据各输入量测量的要求选择不同性能档次的器件。总体成本可以作得较低；（2）硬件复杂，故障率高；（3）如果信号处理电路复杂时，接口不够用；（4）软件简单，各通道可以独立编程；232采用多路分时的模拟量输入通道信号调理电路信号调理电路信号调理电路采样/保持器A/D转换器接口CPU多路切换器图22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（1）对ADC、S/H要求高；（2）处理速度慢；（3）硬件简单，成本低；（4）软件比较复杂综合比较两种方案，多路分时的模拟量输入通道硬件简单，更为适合于
15、本设计系统对于模拟量输入的要求，所以选择多路分时的模拟量输入通道作为信号的输入。XX大学淀粉水分控制系统设计6第3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A/D模拟数字转换芯片的性能，我设计了以AT89C51基本系统为核心的一套检测系统，其中包括A/D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。AD590温度检测CD4051多路开关HS1100湿度检测MC14433A/D转换单片机串行口LED显示报警电路CD4051多路开关图31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。信号采
16、集由AD590、HS1100及多路开关CD4051组成；信号分析由A/D转换器MC14433、单片机8031基本系统组成；信号处理由串行口LED显示器和报警系统等组成31信号采集311温度传感器集成温度传感器AD590是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源。（1）主要特性AD590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，AD590的后缀以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密温度测量电路，其电路外形如图32所示，它采用金属壳3脚封装，其中1脚为电源正端V；2脚为电流输出端I0；3脚为管壳，一般不用。XX大学淀粉水分控制系统设计701A
17、D590A图32集成温度传感器的电路流过器件的电流（A）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即IT/T1A/K式中IT流过器件（AD590）的电流，单位A。T热力学温度，单位K。AD590的测温范围55150。AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流IT变化1A，相当于温度变化1K。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。输出电阻为710M。精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在55150范围内，非线形误差03。（2）AD590的工作原理在被测温度一定时，AD590相当于一个恒流源，把它和53
18、0V的直流电源相连，并在输出端串接一个1K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1MVK的电压信号。其基本电路如图33所示。图33AD590内部核心电路图33是利用UBE特性的集成PN结传感器的感温部分核心电路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右两支路的集电极电流I1和I2相等；T3、T4是感温用的晶体管，两个管的材质和工艺完全相同，但T3实质上是由N个晶体管并联而成，因而其结面积XX大学淀粉水分控制系统设计8是T4的N倍。T3和T4的发射结电压UBE3和UBE4经反极性串联后加在电阻R上，所以R上端电压为UBE。因此，电流I1为I1UBER（KTQ）（
19、LNN）R对于AD590，N8，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3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1AK的I值。图34AD590内部电路图34所示是AD590的内部电路，图中的T1T4相当于图33中的T1、T2，而T9，T11相当于图33中的T3、T4。R5、R6是薄膜工艺制成的低温度系数电阻，供出厂前调整之用。T7、T8，T10为对称的WILSON电路，用来提高阻抗。T5、T12和T10为启动电路，其中T5为
20、恒定偏置二极管。T6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。R1，R2为发射极反馈电阻，可用于进一步提高阻抗。T1T4是为热效应而设计的连接防式。而C1和R4则可用来防止寄生振荡。该电路的设计使得T9，T10，T11三者的发射极电流相等，并同为整个电路总电流I的13。T9和T11的发射结面积比为81，T10和T11的发射结面积相等。T9和T11的发射结电压互相反极性串联后加在电阻R5和R6上，因此可以写出UBE（R62R5）I3R6上只有T9的发射极电流，而R5上除了来自T10的发射极电流外，还有来自T11XX大学淀粉水分控制系统设计9的发射极电流，所以R5上的压降是R5的23
21、。根据上式不难看出，要想改变UBE，可以在调整R5后再调整R6，而增大R5的效果和减小R6是一样的，其结果都会使UBE减小，不过，改变R5对UBE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R5以进行粗调，修正R6以实现细调，最终使其在250之下使总电流I达到1AK。（3）基本应用电路图35是AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1K时，输出电压V0随温度的变化为1MV/K。但由于AD590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AD590放于冰水混合物中，调整电位器R2
22、，使V02732252982（MV）。但这样调整只保证在0或25附近有较高的精度16。图35AD590应用电路XX大学淀粉水分控制系统设计10表31AD590温度与电流的对应关系表（4）摄氏温度测量电路如图35所示，电位器R2用于调整零点，R4用于调整运放LF355的增益。调整方法如下在0时调整R2，使输出V00，然后在100时调整R4使V0100MV。如此反复调整多次，直至0时，V00MV，100时V0100MV为止。最后在室温下进行校验。例如，若室温为25，那么V0应为25MV。冰水混合物是0环境，沸水为100环境。（5）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MC14433仅
23、为一路输入，故采用CD4051组成多路分时的模拟量信号采集电路，其硬件接口如图36所示图36八路分时的模拟量信号采集电路硬件接口摄氏温度（单位）AD590电流（单位UA）经10K电压（单位V）102632263202732273210283228322029322932303032303240313231325032323232603332333210037323732XX大学淀粉水分控制系统设计11312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
24、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HS1100/HS1101湿度传感器及其应用。（1）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（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37A为湿敏电容工作的温、湿度范围。图37B为湿度电容响应曲线。10075502502002040406080100温度/长期稳定正常工作区区非正常区24681701618019020相对湿度/RH图37A湿敏电容工作的温、湿度范
25、围图37B湿度电容响应曲线相对湿度在1100RH范围内；电容量由16PF变到200PF，其误差不大于2RH；响应时间小于5S；温度系数为004PF/。可见精度是较高的。（2）湿度测量电路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。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A/D转换为数字信号；另一种是将该湿敏电容置于555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19。频率输出的55
26、5测量振荡电路如图38所示。集成定时器555芯片外接电阻R4、R2与湿敏电容C，构成了对C的充电回路。7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2、6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，R3是防止输出短路的保护电阻，R1用于平衡温度系数。XX大学淀粉水分控制系统设计12图38频率输出的555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R4、R2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067VS，此时输出引脚3端由高电平突降为低电平，然后通过R2放电，经T放电时间后，UC下降到比较器的低触发电平，约03
27、3VS此时输出，此时输出引脚3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（R4R2）LN2T放电CR2LN2因而，输出的方波频率为F1/T放电T充电1/C（R4R2）LN2可见，空气湿度通过555测量电路就转变为与之呈反比的频率信号，表32给出了其中的一组典型测试值。表32空气湿度与电压频率的典型值湿度RH频率HZ湿度RH频率HZ073516066001072247064682071008063003069769061684068531006033506728（3）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CD4051组成多路分时的模拟量信号
28、采集电路，其硬件接口如图39所示XX大学淀粉水分控制系统设计13图39八路分时的模拟量信号采集电路硬件接口313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1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。这里选用的是CD4051多路开关，它是一种单片、COMS、8通道
29、开关。该芯片由DTL/TTLCOMS电平转换器，带有禁止端的8选1译码器输入，分别加上控制的8个COMS模拟开关TG组成16。CD4051的内部原理框图如图310所示。图310CD4051的内部原理框图XX大学淀粉水分控制系统设计14图中功能如下通道线IN/OUT（4、2、5、1、12、15、14、13）该组引脚作为输入时，可实现8选1功能，作为输出时，可实现1分8功能。XCOM（3）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（11、10、9）地址引脚INH（6）禁止输入引脚。若INH为高电平，则为禁止各通道和输出端OUT/IN接至；若INH为低电平，则允许各通道按表
30、32关系和输出段OUT/IN接通。VDD（16）和VSS（8）VDD为正电源输入端，极限值为17V；VSS为负电源输入端，极限值为17V。VGG（7）；电平转换器电源，通常接5V或5V。CD4051作为8选1功能时，若A、B、C均为逻辑“0”（INH0），则地址码00013经译码后使输出端OUT/IN和通道0接通。其它情况下，输出端OUT/IN输出端OUT/IN和各通道的接通关系如下表33各通道的接通关系图输入状态接通通道输入状态接通通道INHCBAINHCBA000000101500011011060010201117001131XXX均不显示0100432信号分析与处理321A/D转换（1
31、）A/D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A/D转换器MC14433，它精度高，分辨率达1/1999。由于MC14433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。MC14433A/D转换器由于双积分方法二次积分时间比较长，所以A/D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。XX大学淀粉水分控制系统设计15目前，国内外双积分A/D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35位双积分A/D装换器MC14433和45位双积分
32、A/D转换器ICL7135（2）MC14433A/D转换器件简介MC14433是三位半双积分型的A/D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110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。MC14433A/D转换器与国内产品5G14433完全相同，可以互换。MC14433A/D转换器的被转换电压量程为1999MV或1999V。转换完的数据以BCD码的形式分四次送出。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DUEOCR1R1/C1C1C01C02Q0Q3DS1D
33、S4实时显示转换周期图311MC14433A/D转换器的内部逻辑框图图312MC14433引脚图MC14433的框图（图311）和引脚（图312）功能说明各引脚的功能如下XX大学淀粉水分控制系统设计16电源及共地端VDD主工作电源5V。VEE模拟部分的负电源端，接5V。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，VX2V时，R1470；VX200MV时，R127K。C1积分电容输入端。C1一般为01F。C01、C02外界补偿电容端，电容取值约01F。R1/C1R1与C1的公共端。CLKI、CLKO外界振荡器时钟调节电阻RC，RC一般取470K左右。转换启动
34、/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A/D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DS4DS1选择个、十、百、千位，正脉冲有效。DS1对应千位，DS4对应个位。每个选通脉冲宽度为18个时钟周期，两个相应脉冲之间间隔为2个时钟周期。1/2CLK周期16400个时钟脉冲周期18个时钟脉冲周期EOCDS1DS2DS3DS4最高位1/2位2个时钟脉冲周期最低位图313MC14433选通脉冲时序图XX大学淀粉水分控制系统设计17BCD码输出线Q0Q3BCD码输出线。其中Q0为最低位，Q
35、3为最高位。当DS2、DS3和DS4选通期间，输出三位完整的BCD码数，但在DS1选通期间，输出端Q0Q3除了表示个位的0或1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34表34DS1选通时Q3Q0表示的结果Q3Q2Q1Q0表示结果1XX0千位数为00XX0千位数为1X1X0结果为正X0X0结果为负0XX1输入过量程1XX1输入欠由表34可知Q3表示1/2位，Q3“0”对应1，反之对应0。Q2表示极性，Q2“1”为正极性，反之为负极性。Q0“1”表示超量程当Q3“0”时，表示过量程；当Q3“1”时，表示欠量程；322MC14433与AT89S51单片机的接口设计由于MC14433
36、的A/D转换结果是动态分时输出的BCD码，Q0Q3HEDS1DS4都不是总线式的。因此，MCS51单片机只能通过并行I/O接口或扩展I/O接口与其相连。对于89S51单片机的应用系统来说，MC14433可以直接和其P1口或扩展I/O口8155/8255相连。下面是MC14433与AT89S51单片机P1口直接相连的硬件接口，接口电路如图314所示【2】XX大学淀粉水分控制系统设计18图314MC14433与89S51单片机P1口直接相连的硬件接口图33单片机AT89S51331主要特性与MCS51单片机产品兼容4K字节在系统可编程FLASH存储器1000次擦写周期全静态工作0HZ33MHZ32
37、个可编程I/O口线2个16位定时器/计数器6个中断源全双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式掉电后中断可唤醒看门狗定时器双数据指针灵活的ISP编程（字或字节模式）4055V电压工作范围XX大学淀粉水分控制系统设计19332内部结构图315是单片机AT89S51的内部结构总框图。它可以划分为CPU、存储器、并行口、串行口、定时/计数器和中断逻辑几个部分。CPU由运算器和控制逻辑构成。其中包括若干特殊功能寄存器（SFR）AT89S51时钟有两种方式产生，即内部方式和外部方式。（如图316所示）AT89S51在物理上有四个存储空间片内/片外程序存储大路、片内/片外数据存储器。片内有256B数据存储
38、器RAM和4KB的程序存储器ROM。除此之外，还可以在片外扩展RAM和ROM，并且和有64KB的寻址范围。AT89S51内部有一个可编程的、全双工的串行接口。它串行收发存储在特殊功能寄存器SFR的串行数据缓冲器SBUF中的数据。图315AT89S51内部结构框图AT89S51共有4个（P0、P1、P2、P3口）8位并行I/O端口，共32个引脚。P0口双向I/O口，用于分时传送低8位地址和8位数据信号；P1、P2、P3口均为准双向I/OXX大学淀粉水分控制系统设计20口；其中P2口还用于传送高8位地址信号；P3口每一引脚还具有特殊功能（图317），用于特殊信号的输入输出和控制信号。AT89S51
39、内部有两个16位可编程定时器/计数器T0、T1。最大计数值为2161。工作方式和定时器或计数器的选择由指令来确定。图316AT89S51的时钟电路表35P3口引脚的特殊功能引脚号第二功能P30RXD串行输入P31TXD串行输出P32INT0外部中断0P33INT0外部中断0P34T0定时器0外部输入P35T1定时器1外部输入P36WR外部数据存储器写选通P37RD外部数据存储器写选通中断系统允许接受5个独立的中断源，即两个外部中断，两个定时器/计数器中断以及一个串行口中断。XX大学淀粉水分控制系统设计21333外部特性（引脚功能）AT89S51芯片有40条引脚，双列直插式封装引脚图如317所示
40、VCC40电源5VVSS20接地XTAL1（19）和XTAL2（18）使用内部振荡电路时，用来接石英晶体和电容；使用外部时钟时，用来输入时钟脉冲。P0口（3932）双向I/O口，既可作地址/数据总线口用，也可作普通I/O口用。P1口（18）准双向通用I/O口。P2口（2128）准双向口，既可作地址总线口输出地址高8位，也可作普通I/O口用。P3口（1017）多用途口，既可作普通I/O口，也可按每位定义的第二功能操作。ALE/PROG（30）地址锁存信号输出端。在访问片外丰储器时，若ALE为有效高电平，则P0口输出地址低8位，可以用ALE信号作外部地址锁存信号。公式FALE1/6FOSC,也可作
41、系统中其它芯片的时钟源。第二功能PROG是对EPROM编程时的编程脉冲输入端。图317AT89S51引脚图RST/VPD（9）复位信号输入端。AT89S51接能电源后，在时钟电路作用下，该脚上出现两个机器周期以上的高电平，使内部复位。第二功能是VPD，即备用电源输入端。当主电源VCC发生故障，降低到低电平规定值时，VPD将为RAM提供备用电源，发保证存储在RAM中的信号不丢失。EA/VPP31内部和外部程序存储器选择线。EA0时访问外部ROM0000HFFFFH；EA1时，地址0000H0FFFH空间访问内部ROM，地址1000HFFFFH空间访问外部ROM。PSEN（29）片外程序存储器选通
42、信号，低电平有效。【3】XX大学淀粉水分控制系统设计22334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。（1）复位方式当MCS5L系列单片机的复位引脚RST全称RESET出现2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318A中左图所示。图中电容C1和电阻R1对电源十5V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R1，也能达到上电复位的操作功能，
43、如图318A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318B所示。上电后，由于电容C3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318单片机的复位电路图318A中CL1030UF，R11KO图318B中C1UF，RLLKO，R210KO（2）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
44、失，使人们丢失珍贵的数据而束手无策，AT89S51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。XX大学淀粉水分控制系统设计23335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。34显示与报警的设计341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AT89S51的串行口实现键盘/显示器接口。当AT89S51的串行口未作它用时，使用AT
45、89S51的串行口来外扩键盘/显示器。应用AT89S51的串行口方式0的输出方式，在串行口外接移位寄存器74LS164，构成键盘/显示器接口，其硬件接口电路如图319所示图319键盘及显示与主机的硬件接口图中下边的8个74LS16474LS164（0）74LS164（7）作为8位段码输出口，74LS138的Y0作为键输入线，Y2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7。XX大学淀粉水分控制系统设计24342报警电路在微型计算机控制系统中，
46、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MCS51的1根口线经驱动器驱动蜂鸣音发声。压电式蜂鸣器约需10MA的驱动电流，可以使用TTL系列集成电路7406或7407低电平驱动，也可以用一个晶体三极管驱动。在图中，P32接晶体管基极输入端。当P32输出高电平“
47、1”时，晶体管导通，压电蜂鸣器两端获得约5V电压而鸣叫；当P32输出低电平“0”时，三极管截止，蜂鸣器停止发声。报警电路如图320所示图320三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AT89C51的P32口，但温湿度过限时，P32口被置0，本系统开始工作。XX大学淀粉水分控制系统设计25第4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T0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
48、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34H3BH。对一般线性仪表来说，标度变换公式为式中A0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；N0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。0000NNNNAAAAMXMXXX大学淀粉水分控制系统设计26主程序流程图清标志开始设堆栈清显示清暂存T0初始化CPU开中断温度采样显示串行口初始化扫描键盘XX大学淀粉水分控制系统设计27T0中断流程图T0中断恢复现场是否越限显示重装时间常数报警程序保护现场设定1S时间计数是否到1S返回NNYY标度变换湿度数据
49、采样XX大学淀粉水分控制系统设计28温度采样子程序流程图返回送采样数据地址送出通道号送通道号初值启动A/D读A/D数据修改地址及通道号采样程序各通道都采样一次NYXX大学淀粉水分控制系统设计29键扫描程序流程图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20MS开始键启动系统工作YYNNY结束键NXX大学淀粉水分控制系统设计30报警子程序流程图主程序单片机温度控制系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不能实现对温度的控制，需要给单片机编写程序，下面给出了温度控制系统的编程方法23。ORG00HSTARTANLP1，00H；显示00JBP34，；T00有键按下CALLDELAY1；消除抖动JNBP34，；T01放下MOVR0，00；计温指针初值L1MOVA，R0；计温指针载入ACCMOVP1，A；输出至P1显示MOVR5，10；延时1秒A1MOVR6，200D1MOVR7，248；05毫秒返回报警置位报警标志启动报警报警持续计数器置初值XX大学淀粉水分控制系统设计31JNBP34DJNZR5，A1INCADAAMOVR0,AJMP
