土壤湿度检测电路

北方民族大学实训报告系（部、中心）电气信息工程学院姓名莫文涛学号20120588专业电子信息工程班级121班同组人员刘丹20120575、杨文华20120606课程名称专业课程综合实训系列Ⅰ实训题目名称土壤湿度检测电路起止时间2015年3月2日——2015年7月5日成绩指导教师签名北方民族大学教务处制教师评语：报告成绩(30%)平时成绩(50%)答辩成绩(20%)总评成绩土壤湿度检测电路的设计与制作【摘要】本设计主要的内容是土壤湿度检测电路的设计与制作。该电路的工作原理是由AT89C51单片机和ADC0809组成系统的核心部分，湿度传感器将采集到的数据直接传送到ADC0809的IN端作为输入的模拟信号。选用湿度传感器和AD转换，电路内部包含有湿度采集、AD转换、单片机译码显示等功能。单片机需要采集数据时，发出指令启动A/D转换器工作，ADC0809根据送来的地址信号选通IN3通道，然后对输入的模拟信号进行转换，转换结束时，EOC输出高电平，通知单片机可以读取转换结果，单片机通过调用中断程序，读取转换后的数据。最后，单片机把采集到的湿度数据经过软件程序处理后送到LED数码管进行显示。【关键词】湿度传感器\AD\转换\AT89C51目录一、设计方案选择....................................................................................51、方框图.............................................................................................5二、土壤湿度检测电路的单元电路.......................................................61、湿度采集.......................................................................................62、A/D转换与ADC0809...................................................................73、AT89C51单片机.........................................................................10三、源程序...............................................................................................15四、LED数码管.....................................................................................16五、软件调试...........................................................................................17六、安装与调试....................................................................................18七、元器件清单......................................................................................20八、系统仿真...........................................................................................20九、心得体会..........................................................................................22一、设计方案选择方案一：可利用湿度传感器采样土壤中的湿度信号，以提供给显示电路部分，关于湿度含量可采用ADC的方法将模拟信号转换成数字信号，然后再用译码器将转换后的数字信号提给显示电路实现显示，ADC转换电路所需脉冲由555构成的多谐振荡器来提供。1、方框图方案二：根据传感器采集土壤湿度，提供给ADC0809进行模数转换，转换出的数字信号送给AT89C51单片机进行实时处理，同时由单片机控制ADC0809的转换开始与结束，单片机把处理后的数据经过处理送达LED数码管进行显示。方案选择：在以上两种方案中，方案一中的译码器74HC4511存在消隐状态，即当ADC转换后的数据超过1001时，对于1010~1111六个代码，译码器输出均为低电平，显示器不能正常显示出每一单位下的湿度值。所以该方案的精确度不及方案二，而且方案二中单片机控制ADC转化速度远远快于方案一，这种方法的工作速率较高，而且精度较高。所以最终选择方案二作为本次毕业设计的制作方案。二、土壤湿度检测电路的单元电路1、湿度采集传感器是能响应规定的被测物理量，并按照一定的规律转换成为可用信号输出的器件或装置。它通常由直接响应于被测物理量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件及相应的电子电路组成。传感器的分类：按构成分可分为基本型传感器、组合型传感器和应用型传感器；按机理可分为结构型传感器，物理性传感器、混合型传感器和生物型传感器；按作用形式可分为主动型传感器和被动传感器；按变换工作能量的供给形式可分为能量变换型传感器和能量控制型转换器；按输出信号形式分为温度、压力、湿度、流量、流速、磁场和光通量等传感器。湿度的采集可以用湿度传感器来实现。将湿度传感器看作可调变阻器，当湿度传感器采集到湿度时，电阻值发生变化，湿度最小时的电阻值为10K，湿度最大时为0.1Ω。变化的幅度是根据湿度传感器采集到的湿度大小而定。随着电阻值的变化，电路的输出电压也跟着变化。调节电阻值的大小，可得到想要的电压，满足电路的需求。2、A/D转换与ADC0809A/D转换器用来将模拟电压信号转换成一组相应二进制数码输出。由于A/D转换器的输入量是随时间连续变化的模拟信号，而输出是随时间断续变化的离散数字信号，因此在转换过程中，首先要对模拟信号进行采样、保持，再进行量化、编码。所谓采样，就是在一个微小时间内对模拟信号进行取样，把一个时间上是连续的信号变换为对时间离散的信号。采样结束后，再将此取样的模拟信号保持一段时间，使A/D转换器有充分时间进行A/D转换。这就是采样、保持电路的基本作用。任何一个数字量的大小都是以某个最小数量单位的整数倍来表示的。因此，在用数字量表示采样电压时，也必须把它化成这个最小数量单位的整数倍，这个转化过程就叫做量化。位中的“1整除，这种因素引起的误差称为量化误差。量化误差又称为分辨率。ADC输出二进制位数越多，则分辨率越高，转换精度也越高。分辨率常以数字信号最低有效位中的“1”所对应的电压值表示。例如10位ADC，当满度输入模拟电压为5V，则最低有效位“1”所对应的输入电压为：8位ADC为显然，10位ADC的分辨率比8位ADC高。因此，分辨率有时也可用A/D转换器的输出位数n表示。ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。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。1．主要特性1）8路8位A／D转换器，即分辨率8位。2）具有转换起停控制端。3）转换时间为100μs4）单个＋5V电源供电5）模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度7）低功耗，约15mW。2．内部结构ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，内部结构如图13．22所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D／A转换器、逐次逼近3．外部特性（引脚功能）ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图2-1所示。下面说明各引脚功能。IN0～IN7：8路模拟量输入端。2-1～2-8：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。START：A／D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。EOC：A／D转换结束信号，输出，当A／D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A／D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基准电压。Vcc：电源，单一＋5V。GND：地。ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。3、AT89C51单片机单片机是单片微型计算机的简称。所谓单片机，通俗来讲，就是把中央处理器CPU、存储器、定时器、I/O接口电路等一些计算机的主要功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。单片机特别适合控制领域，故又称为微控制器MCU，单片机只要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。(1).单片机的时钟电路时钟电路用于生产单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执行中各地址信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。(2).单片机的复位电路单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。无论是单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位，单片机复位的条件是：必须使RES/Vpd或者RST引脚（9脚）加上持续两个周期以上的高电平。(3).单片机的编程该方案中主要是利用单片机的外部接口电路和单片机软件编程实现的，所以程序的正确可行是实现该方案的必要条件，编写程序时主要利用的软件是KeilC51编程软件，它是集编程、编译、仿真于一体，支持汇编，PLM语言和C语言的程序设计软件。MCS-51单片机研制于1980年，它是一款8位单片机。标准的MCS-51有32个双向I/O口拥有全双工UART，两组16位定时器，片内时钟电路。RAM和ROM都可以扩展至64KB。MCS-51单片机的引脚如图所示，标准的MCS-51单片机是40引脚双列直插式集成电路芯片。（4）单片机最小应用系统图2-3单片机最小应用系统（5）单片机的引脚说明MCS单片机都采用40引脚的双列直插封装方式。图2-4为引脚排列图，40条引脚说明如下：图2-4单片机的引脚排列图1）主电源引脚Vss和Vcc①Vss接地②Vcc正常操作时为+5伏电源2、外接晶振引脚XTAL1和XTAL2①XTAL1内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。②XTAL2内部振荡电路反相放大器的输出端。是外接晶体的另一端。当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。3）控制或与其它电源复用引脚RST/VPD，ALE/PROG，PSEN和EA/Vpp①RST/VPD当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平（由低到高跳变），将使单片机复位在Vcc掉电期间，此引脚可接电源图2-98051引脚排列图，上备用电源，由VPD向内