機電資訊工程學院
自動化系
微控制器系統課程設計報告
1任務分析和效能指標
1.1任務分析
本題目是設計製作乙個濕度測量儀，基本功能是能夠檢測出某一環境的濕度，並且能夠顯示濕度值，並設計濕度上下限實現報警功能。
濕度檢測器主要由濕度感測器hm1500，at89c52微控制器和數碼管顯示電路以及蜂鳴器報警電路四部分組成，採用keil軟體程式設計。使其達到了整個系統的相對濕度測量誤差優於4%的預期指標。
1.2效能指標
設計時，考慮溼濃度是由感測器把非電量轉換為電量，感測器輸出的是0-5伏的電壓且電壓值穩定，外部干擾小等。因此，可以直接把感測器輸出電壓值經過a/d轉換器轉換得到資料送入微控制器進行處理。此外，還需接人led數碼管顯示，乙個按鍵，報警電路等。
其總體框圖如圖1-1所示。
圖1.1總體框圖
濕度感測器是系統的核心器件，其執行精度直接影響產品質量。整個系統的效能指標為：1、相對濕度測量精度和範圍：；檢測範圍0-100%；濕度設限範圍10%-95%；
2、電源：dc5v 10%；
3、工作環境濕度90%；
1.3顯示部分
四位數碼管實時顯示溫濕度。
2總體方案設計
2.1總體方案設計
圖2.1為總體方案系統設計圖
2.1設計過程
2.1.1認真領會設計要求，確定系統功能，包括顯示資訊、報警功能等；
2.1.2樣品外觀設計，確定系統顯示資訊，顯示器種類（液晶、數碼管）、顯示器尺寸等；
2.1.3硬體初步設計，選定hm1500濕度感測器、選定四位數碼管顯示方式，濕度報警裝置。
2.1.4系統原理圖設計：
按照前幾步規劃，設計系統原理圖。此時應認真研究學習hm1500濕度感測器的使用方法正確連線。設計報警及顯示電路。
圖2.2所示為總體方案設計框圖。
該系統主要由at89c52微控制器系統，溫濕度取樣電路，數碼管顯示電路和報警電路三部分組成。
1）.濕度模擬量的資料採集
2）.程式的時序分析
方案：採用傳統的感測器將濕度轉換成模擬的電壓訊號，然後通過ad轉換為數字量。hm1500濕度感測器是一種標準的模擬量濕度採集的感測器，其內部通過採集的電壓訊號放大為標準的輸出電壓，進入adc0809晶元轉換，通過模擬量轉換為數字量以後，數字量輸入微控制器進入顯示電路顯示，期間可以按下按鍵定點顯示此時刻濕度值，若此環境的濕度值低於或者超過設限範圍並進入報警電路，蜂鳴器能響起。
2.2硬體方案
本設計的原理是乙個基於微控制器at89c52與濕度感測器hm1500等技術相結合主體，利用模擬濕度感測器hm1500對某一環境的濕度進行檢測，實現對此環境濕度的測控，並將它的輸出由微控制器的軟體對其進行校正處理，所得到的結果最終送給四位數碼管顯示，切帶有濕度上下限的報警。設計原理圖如下圖2.2：
圖2.2設計原理圖
2.2.1 hm1500濕度感測器
本系統直接測量的是某乙個環境中的濕度，所用的感測器是hm1500濕度感測器，輸出電壓值，再通過adc0809的模數轉換晶元進行轉換，轉換的數字量進入微控制器輸出數碼管顯示。實驗採用的是整合濕度感測器。感測器的敏感元件採用的屬水分子親和力型和高分子材料溼敏元件。
它的原理是採用具有感溼功能的高分子聚合物塗敷在帶有導電電極的陶瓷襯底上，導電機理為水分子的存在影響高分子膜內部導電離子的遷移率，形成阻抗隨相對濕度變化成對數變化轉換成相應的線性電壓訊號輸出以製成濕度感測器模組形式。溼敏感測器實物、原理框圖如圖2.2.
1所示。當感測器的工作電源為+5v±5％時,濕度感測器的輸出電壓為0.9v至2.
7v，濕度為30％至90％rh。因為考慮到周圍空氣中的氣體成分可能影響感測器測量的準確性，所以選擇hm1500濕度感測器，其具有很高的靈敏度、良好的選擇性、長期的使用壽命和可靠的穩定性。如下圖2.
3是hm1500結構和外形，圖2.4是hm1500原理圖，圖2.5是hm1500感測器實物圖，圖2.
6是 hm1500感測器的電壓量和百分值的關係以及演算法。
圖 2.3 hm1500 結構和外形圖2.4 hm1500原理圖
圖2.5 溼敏感測器實物
圖2.6 hm1500感測器的電壓量和百分值的關係以及演算法
2.2.2 a/d轉換電路
（1）在微控制器應用系統中，被測量物件的有關變化量，如溫度、壓力、流量、速度等非電物理量，須經感測器轉換成連續變化的模擬電訊號（電壓或電流），這些模擬電訊號必須轉換成數字量後才能在微控制器中用軟體進行處理。實現模擬量轉換成數字量的器件稱為a/d轉換器（adc）。
a/d轉換器大致分有三類：一是雙積分a/d轉換器，優點是精度高，抗干擾性好，**便宜，但速度慢；二是逐次逼近型a/d轉換器，精度、速度、**適中；三是∑-△a/d轉換器。
該設計中選用的是adc0809屬第二類，是8位a/d轉換器。0809具有8路模擬訊號輸入埠，位址線（23-25腳）可決定那一路模擬訊號進行a/d轉換。22腳為位址鎖存控制，當輸入為高電平時，對位址訊號進行鎖存。
6腳為測試控制，當輸入乙個2μs的高電平脈衝時，就開始a/d轉換。7引腳為a/d轉換結束標誌，當a/d轉換結束時，7腳輸出高電平。9腳為a/d轉換資料輸出允許端，當oe腳為高電平時，a/d轉換資料輸出。
10腳為0809的時鐘輸入端。
（2）adc0809的引腳及功能
逐次比較型a/d轉換器在精度、速度、和**上都適中，是最常用的a/d轉換器件。晶元採用的是adc0809，以下介紹adc0809的引腳及功能。晶元adc0809引腳以及通道選擇表如圖2.
7所示。
圖2.7 adc0809的引腳以及通道選擇表
adc0809是一種逐次比較式8路模擬輸入、8位數字量輸出的a/d轉換器。由圖可見，adc0809共有28個引腳，採用雙列直插式封裝。主要引腳功能如下：
①in0-in7是8路模擬訊號輸入端。
② d0-d7是8位數字量輸入端。
③ a、b、c與ale控制8路模擬通道的切換，a、b、c分別與3根位址線或資料線相連，3位編碼對應8個通道位址埠。
需要注意的是：adc0809雖然有8路模擬通道可以同時輸入8路模擬訊號，但每個瞬間只能換1路，共用乙個a/d轉換器進行轉換，各路之間的切換由軟體改變c、a、b引腳上的**來實現。位址鎖存與解碼電路完成對 a、b、c 3個位址位進行鎖存和解碼，其解碼輸出用於通道選擇，其轉換結果通過三態輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統資料匯流排相連，圖2-1-4為通道選擇表。
④ oe、start、clk為控制訊號端，oe為輸出允許端，start為啟動訊號輸入端，clk為時鐘訊號輸入端。
⑤ vr(+)和vr(-)為參考電壓輸入端。
（3） adc0809的結構及轉換原理
adc0809採用逐次比較的方法完成a/d轉換的，由單一的+5v電源供電。片內有鎖存功能的8路選1的模擬開關，由c、b、a引腳的功能來決定所選的通道。0809完成一次轉換需100μs左右，輸出具有ttl三態鎖存緩衝器，可直接連線到mcs-51的資料匯流排上。
通過適當的外接電路，0809可對0-5v的模擬訊號進行轉換。圖2.8為adc0809的結構框圖。
圖2.8 adc0809的結構框圖
2.2.3 89c51微控制器最小系統
（1）89c51晶元介紹
掌握mcs-51微控制器，應首先了解mcs-51的引腳，熟悉並牢記各引腳的功能，mcs-51系列中各種型號晶元的引腳是互相相容的。製作工藝為hmos的mcs-51的微控制器都採用40只引腳的雙列直插封裝方式，如圖2.9at89c51晶元管腳圖所示。
圖2.9 at89c51晶元管腳圖
40只引腳按其功能來分，可分為如下3類：
⑴ 電源及時鐘引腳：vcc、vss、xtal1、xtal2。
電源引腳接入微控制器的工作電源。vcc接+5v電源，vss接地。
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