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毕业设计（论文）毕业设计（论文） I 学校 logo 请输入论文标题请输入论文标题 专业： 请 输 入 专 业 班级： 请 输 入 班 级 学生姓名： 请 输 入 姓 名 指导教师： 请输入指导教师 完成时间： 2019 年 11 月 15 日 毕业设计（论文）毕业设计（论文） I 目录目录 摘 要 .I ABSTRACT .II 第一章 前 言 .1 1.1 课题背景 .1 1.1.1 温室控制技术发展的背景 .1 1.1.2 国内外温室控制技术发展概况 .1 1.1.3 温室控制系统研制与开发的意义 .2 1.1.4 自动控制系统功能及操作说明 .3 1.2 小结 .3 第二章 温室自动控制系统介绍 .4 2.1 单片机应用系统的设计原则 .4 2.1.1 硬件设计的基本原则 .4 2.1.2 软件设计的基本原则 .4 2.2 温室自动控制系统控制原理 .5 2.2.1 温室自动控制系统的控制量与控制措施 .5 2.2.2 控制原理 .6 2.2.3 控制系统特点 .6 2.3 温室自动控制系统的控制方案 .7 2.3.1 总体结构设计 .7 毕业设计（论文）毕业设计（论文） II 2.3.2 控制器功能设计 .9 2.4 小结 .10 第三章 温室自动控制系统硬件设计 .11 3.1 微处理器(MCU)控制单元 .11 3.1.1 P89C54 单片机芯片概述 .11 3.1.2 P89C54 单片机串行通信口 .12 3.1.3 P89C54 单片机的 I/O 口使用 .16 3.1.4 P89C54 单片机的外部扩展存储电路 .17 3.2 RS232/485 接口单元设计 .18 3.2.1 RS232 接口设计 .19 3.2.2 RS232485 接口设计 .19 3.3 测量模块 .20 3.3.1 各种传感器介绍 .21 3.3.2 A/D、D/A 转换 .22 3.4 执行机构.23 3.5 硬件抗干扰技术 .26 3.6 小结 .27 第四章 温室自动控制系统软件设计 .28 4.1 上位机软件设计 .28 4.2 下位机软件设计 .29 毕业设计（论文）毕业设计（论文） III 4.2.1 C 语言的特点 .29 4.2.2 P89C54 的存储器空间分配 .30 4.2.3 主循环程序模块 .31 4.2.4 串行通信程序模块 .34 43 软件抗干扰技术 .35 4.3.1 指令冗余法 .35 4.3.2 软件陷阱法 .35 4.4 小结 .35 第五章 系统的运行和测试 .37 5.1 数据采集功能的实现.37 5.2 历史数据输出 .37 5.3 报警上下限值设置 .37 5.4 小结 .38 第六章 结束语 .39 参考文献 .40 致 谢 .41 毕业设计（论文）毕业设计（论文） I 基于单片机的温室自动控制系统设计基于单片机的温室自动控制系统设计 摘摘 要要 进入 21 世纪以来，我国园艺产业得到迅猛的发展，以花卉为主的作为观赏和礼品的 植物设施栽培在大江南北遍地开花，设施园艺被看作是 21 世纪最具活力的新产业。温室 是观赏植物栽培生产中必不可少的设施之一，不同种类观赏花卉对温度的要求也不尽相 同。 随着现代科技的发展，电子计算机已用于控制温室环境。控制系统由中央控制装置、 终端控制设备、传感器等组成。先编制出温室花卉各生育阶段最适环境条件的管理程序 表，存储于电子计算机的记忆装置中，电子计算机根据程序表确认、修正各栋温室内的参 数，并给终端控制系统指令。终端控制设备向中央控制装置输送检测信息，根据中央控制 装置的指令输出控制信号，使电器机械设备执行动作，实现温室环境调节。该系统可自动 控制加热、降温、加湿、灌溉、通风。根据需要，通过键盘将信息输入中央管理室，根据情 况可随时调节环境。温室环境自动化控制系统在大型现代化温室的利用，是设施栽培高 新技术的体现。 本文将使用 P89C54 型单片机对温度控制的基本原理实例化，设计一个实时控制花 房内的温度的花房温度控制系统。目的是利用毕业设计的这段时间学习一种利用 P89C54 型单片机对花房温度进行控制的方法。 关关键键字字: 单片机、温室、温度、传感器 毕业设计（论文）毕业设计（论文） II Intelligent Greenhouse Control System ABSTRACT Along with get into over 21st century, the our country half-hardy industry gets a fast fierce development, regard flower as principle of conduct and actions appreciate with the plant facilities of the gift educate in the big river south north to bloom all over the place, facilities horticulture is seen make is the new industry which has vitality most for 21 centuries. Glasshouse is appreciating a plant cultivation to produce medium essential to have of one of the facilities, different categorys appreciating flowers request to temperature also doesnt exert a homology. Computers have been used to control the environment of the glasshouse with the further de velopment of computer. Control system is made up of central control system, terminal control equipment and sensors. A management program that contains best conditions for each growing stage should be made first. Then it should be stored in the computer memory. Computer affirm s and mod the character for each glasshouse according to the management program, and then se nd orders to the terminal control equipment. The terminal control equipment sends test informa tion to the central control system, and then sends control signals to make electronic mechanical equipment work by orders from central control system. Finally the control of environment is c ompleted. This system automatically can control heating, cooling, increasing humidity, irrigati ng, and ventilating. Dependent on needs, information is sent to central control part by keyboard so that the environment can be regulated at any time.The use of glasshouse environment autom atic control system in the large modern glasshouse is reflection of high technology in growing. This article will use P89C54 monolithic integrated circuits for the temperature control basic principle example; will design in areal-time control greenhouse the temperature greenhouse temperature control system. The goal is studies one kind using graduation project this period of time to use P89C54 monolithic integrated circuits to carry on the control to the greenhouse temperature the method. Keyword: Single-chip computer 、Glasshouse、Temperature 、 Transducer 潍坊学院专科毕业设计（论文）潍坊学院专科毕业设计（论文） 1 第一章第一章 前前 言言 1.11.1 课题背景课题背景 1.1.11.1.1 温室控制技术发展的背景温室控制技术发展的背景 随着农业现代化的发展，设施园艺工程因其涉及学科广、科技含量高、与人民生活 关系密切，己越来越受到世界各国的重视。这也为我国大型现代化温室的发展提供了极 好的机遇，并产生巨大的推动作用。我国的现代化温室是在引进与自我开发并进的过程 中发展起来的。温室大棚是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避 免外界四季变化和恶劣气候对其影响的理想场所。实现温室大棚环境智能控制的目的是 主动地调节温度、湿度、光照和二氧化碳气体浓度等环境因素，以满足作物最佳生长环 境的要求。其中，温度是最重要的环境因数。目前，我国绝大多数温室大棚设备都比较 简陋，温室大棚环境仍然靠人工根据经验来管理。环境因素的自动调节和控制的研究正 处于起步阶段，已严重影响了设施农业的大力发展。特别是北方地区因其纬度高，寒冷 季节长，四季温差和昼夜温差较大，不利于作物生长，目前应用于温室大棚的温度检测 系统大多采用传统的温度检测。这种温度采集系统需要在温室大棚内布置大量的测温电 缆，才能把现场传感器的信号送到采集卡上，安装和拆卸繁杂，成本也高。同时线路上 传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大，不利于控制者根据温度变化 及时做出决定。在这样的形式下，开发一种实时性高、精度高，能够综合处理多点温度 信息的测控系统就很有必要。 1.1.21.1.2 国内外温室控制技术发展概况国内外温室控制技术发展概况 温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化 和恶劣气候对其影响的场所。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或 其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。温室生产以达到调节产期，促进生长发育， 防治病虫害及提高质量、产量等为目的。而温室设施的关键技术是环境控制，该技术的 最终目标是提高控制与作业精度。随着农业现代化的发展，设施园艺工程因其涉及学科 广、科技含量高、与人民生活关系密切，己越来越受到世界各国的重视。这也为我国大 型现代化温室的发展提供了极好的机遇，并产生巨大的推动作用。我国的现代化温室是 在引进与自我开发并进的过程中发展起来的。国外对温室环境控制技术研究较早，始于 潍坊学院专科毕业设计（论文）潍坊学院专科毕业设计（论文） 2 20 世纪 70 年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。 80 年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子 综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础 上正向着完全自动化、无人化的方向发展。目前，一些经济发达的国家和地区已经研制 并实现计算机自动控制的现代化高科技温室，并且形成了令人惊羡的植物土厂。而我国 的温室系统属于半开放系统，温室内环境控制水平比较低，仍靠人工根据经验来管理。 而且，国内的控制系统主要用于单因子控制，因而设施现代化水平低，对温室环境的调 控能力差，产品的质量和产量难以得到保证。正是这些塑料大棚和日光温室对于解决城 乡人民的蔬菜供应发挥着主力军的作用。 从国内外温室控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术大致经历三个发展阶段: （1） 手动控制 （2） 自动控制 （3） 智能化控制 1 11 13 3 温室控制系统研制与开发的意义温室控制系统研制与开发的意义 温室是植物栽培生产中必不可少的设施之一，温度是影响植物生长发育最重要的 因子之一。植物生长的温度范围以 1535 摄氏度最适。为它们提供一个更适宜其生长 的封闭的、良好的生存环境，以提早或延迟花期，最终将会给我们带来巨大的经济效益。 随着现代科技的发展，电子计算机已用于控制温室环境。控制系统由中央控制装置、终 端控制设备、传感器等组成。先编制出温室花卉各生育阶段最适环境条件的管理程序表， 存储于电子计算机的记忆装置中，电子计算机根据程序表确认、修正各栋温室内的参数， 并给终端控制系统指令。终端控制设备向中央控制装置输送检测信息，根据中央控制装 置的指令输出控制信号，使电器机械设备执行动作，实现温室环境调节。该系统可自动 控制加热、降温、通风。；温室环境自动化控制系统在大型现代化温室的利用，是设施 栽培高新技术的体现。改变传统的控制方式,实施温室环境的计算机监控,开发符合中国 国情的温室自动控制系统,对加快中国温室生产的现代化水平和提高温室的经济效益具 有重要意义。 1.1.41.1.4 自动控制系统功能及操作说明自动控制系统功能及操作说明 本文针对且前国内对温室自动控制水平的要求及自动控制系统的需求情况，采 用中央控制计算机与单片机智能控制器的主从式体系结构，实时多任务操作系统， 潍坊学院专科毕业设计（论文）潍坊学院专科毕业设计（论文） 3 研制了这一套智能型温室控制系统。利用 RS-485 总线在 windows2000 或 WindowsXP 操 作系统下组建的分布式智能温室控制系统，实现了上位主控 PC 机与下位机的数据通信。 实现了计算机分布式集散智能控制。目前，这种基于 PC 的小型分布式智能监控系统， 对于规模不太大的项目非常适合，性能价格比高，有利于推进我国农业现代化进程。 1 12 2 小结小结 本章主要介绍了现代温室自动控制系统的发展过程，以及国内外在这一方面发展的 现状。强调了研发这一课题的重要意义，并且根据目前国内的情况提出了相应的设计思 路。 第二章第二章 温室自动控制系统介绍温室自动控制系统介绍 2 21 1 单片机应用系统的设计原则单片机应用系统的设计原则 在应用系统设计中，软件、硬件紧密相关。多用硬件可减轻 CPU 负担，提高工作速 度。多用软件可降低成本，但软件人员的工作量增大。对于一个应用系统，有些部分必 潍坊学院专科毕业设计（论文）潍坊学院专科毕业设计（论文） 4 须由硬件完成，有些部分必须由软件完成，对于软、硬件都可完成的交叉部分，应根据 具体情况选择最佳方案，以达到最佳性能价格比。 2 21 11 1 硬件设计的基本原则硬件设计的基本原则 1经济合理 系统硬件设计中，一定要注意在满足性能指标的前提下，尽可能地降低价格，以便 得到高的性能价格比，这是硬件设计中优先考虑的一个主要因素，也是一个产品争取市 场的主要因素之一。 2安全可靠 选购设备要考虑环境的温度、湿度、压力、振动、粉尘等要求，以保证在规定的工 作环境下，系统性能稳定、工作可靠。要有超量程和过载保护，保证输入、输出通道正 常工作。要注意对交流市电以及电火花等的隔离。要保证连接件的接触可靠。 3有足够的抗干扰能力 有完善的抗干扰措施，是保证系统精度、工作正常和不产生错误的必要条件。例如 强电与弱电之间的隔离措施，对电磁干扰的屏蔽，高输入阻抗下的防止漏电等。 2 21 12 2 软件设计的基本原则软件设计的基本原则 1结构合理 程序应该采用结构模块化设计。这不仅有利于程序的进一步扩充，而且也有利于程 序的修改和维护。 2操作性能好，使用方便 3具有一定的保护措施系统应设计一定的检测程序，例如状态检测和诊断程序， 以便系统发生故障时，便于查找故障部位。对于重要的参数要定时存储，以防止因掉电 而丢失数据。 4提高程序的执行速度。 5给出必要的程序说明。 2 22 2 温室自动控制系统控制原理温室自动控制系统控制原理 温室自动控制系统应是一种具有良好控制精度、较好的动态品质和良好稳定性的系 统。按照系统的控制目的，温室控制系统主要由气候监控系统和营养液控制系统构 潍坊学院专科毕业设计（论文）潍坊学院专科毕业设计（论文） 5 成气候监控系统对影响作物生长的外界环境因素进行实时、动态的测量与分析，包括 温度、湿度、CO2 含量、光照、风速的检测等，通过控制天窗的开、关角度和遮阳帘开 合、通风、喷淋等措施达到最佳控制状态。营养液控制系统包括在控制室内对无土栽培 营养液的各元素(成分)的配方输入设定，主要控制参数 EC 及 PH 值，来实现对作物各个 生长时期施肥的最佳配比。 2 22 21 1 温室自动控制系统的控制量与控制措施温室自动控制系统的控制量与控制措施 1 温度控制 降温 仲夏季节，室外气温达 36-37时。温室内温度近 40，植物表面温度更高。 在使用遮阳网后，太阳辐射降低，植物表面温度降低，但气温降低较小还应打开天窗、 侧窗、喷淋、风机，则可使气温和植物表面温度降到 30左右能够满足植物生长需要。 加温 冬季保温可采用锅炉热水加热系统。冬季晴天温室内温度可达 20左右，但 夜间温度较低，用热水加热系统使夜间室温增加，基本达到植物生长需求。在设计时， 以室温保持 10以上为目标。 2 湿度控制 增湿 夏季，室内平均湿度在 60左右，这对植物生长不利，而使用喷淋降温系统 时湿度会增加，一般增加到 7585，这较适合作物生长，但又不会造成湿度过大。 降湿 降湿的主要方法是通风。在此靠开天窗和通风机强制通风。 3 光照强度控制 遮光 夏季，中午前后光照强度大，室内可达 58 万 Lx，对植物生长很不利，开 启遮阳网，可以使光照下降到 3 万 lx 左右，这一光照强度对作物来说是较合适的。 补光 当室内光照强度低于 3 万 lx 时要关闭遮阳网。 4 二氧化碳控制 CO2 浓度调节属于辅助调节，只在特殊情况下需要调节温室内夏季气温高、光照 强，植物生长旺盛，CO2 消耗量大，常需要通过 CO2 发生器冲入 CO2 进行调节，使植物 充分地进行光合作用。 增施 CO2 的方法一般采用两种： 短时间通风。一般情况下由于温室作物不断吸收 CO2 进行光合作用，室内的 C02 浓度低于自然界的 CO2 浓度，适当地通风换气可以增加室内 CO2 浓度。 潍坊学院专科毕业设计（论文）潍坊学院专科毕业设计（论文） 6 利用 CO2 发生器人工增施 CO2，保持室内的吸浓度达到 1000pm。 5 营养液控制 主要通过滴灌系统控制参数 EC 及 PH 值，来实现对作物各个生长时期施肥的最佳配 比。 2 22 22 2 控制原理控制原理 控制系统由中心计算机和单片机智能控制仪组成，l 台上位机与多台下位机实现主 从式通信，对温室进行监测、管理和控制单片机智能控制仪对温度、湿度、光照和风 速、风向、雨量、照度等气象环境因子进行监测并对温室设备进行控制，计算机和控制 仪之间采用 RS-485 总线连接，可随时进行系统的调整和扩展。针对智能温室的特点， 智能温室控制系统应是一种具有良好控制精度、较好的动态品质和良好稳定性的系统。 因此，温室控制系统是由 3 个部分组成： 1 信号采集输入部分：包括温度、湿度、光照、风速、风向、雨量等环境要素的 检测。 2 信号转换与显示处理部分：将采集的信号转换为计算机和操作人员可识别的量， 并由计算机进行处理后在 LCD 显示器上显示。 3 输出及控制部分：控制风机、湿帘、遮阳网、天窗的开关等系统。 2 22 23 3 控制系统特点控制系统特点 这种分布式测控系统有以下的特点： 1 采用先进的集散控制方式 温室的计算机自动控制系统采用了比较先进可靠的集散控制方式。在控制室中的上 位计算机可集中统一显示和控制各个温室，用户在控制室中就可了解到全部自控温室的 运行情况；上位计算机把用户设定的各个温室的控制参数下传到现场控制器中后，即使 在上位计算机关机或出现故障，各个温室中的现场控制器还可以继续对温室进行自动控 制，而且各个温室中的现场控制器都可独立工作互不影响，达到分散控制的目的，提高 了整个控制系统的安全可靠性。 2 智能化的控制方式 在控制软件中加入了智能化处理能力，可根据用户的参数设定值选取最优化的控制 方式，有效避免执行机构的频繁启动，延长设备的使用寿命。 潍坊学院专科毕业设计（论文）潍坊学院专科毕业设计（论文） 7 3 具有良好的可扩展性 上位机与各个温室中的现场控制器采用计算机网络通信方式，用户可在此范围内增 加现场控制器来扩展自动控制器的数量，而不用在控制室中增加任何设备。 4 友好的人机界面 总的控制软件采用图形化界面，采集到的各种数据都可用曲线圈、柱状图等方式显 示出来，各种控制参数的设置都直观明了，并且都有明确的提示。入机界面美观友好， 容易操作使用。 5 强大的数据处理功能 上位计算机可对温室中的温度、湿度、光照度、土壤湿度、二氧化碳、PH值、EC值 等数据保存3年以上的时间。对于己保存的数据，用户可方便地随时按时问进行查询和 分析比较，从中寻找出最有利于作物生长的环境参数。 2 23 3 温室自动控制系统的控制方案温室自动控制系统的控制方案 2 23 31 1 总体结构设计总体结构设计 本课题中，整个农业温室分布式测控系统分成两级控制：上位机系统和下位机系统。 1 上位机系统 上位机系统选用个人计算机，主要完成如下功能： 1)对现场情况进行实时监控。实现时间(日期)显示、测量值显示、实时曲线显示、 报警显示、设定值显示以及各执行机构的开闭状态显示。 2)温湿度值、光照数据以及通信故障和报警情况定时进行存储。能以报表及曲线图 形式随时输出历史数据至显示器或打印机。 3)控制参数的设置。接收操作员输入的设定参数。 4)强制操作。当按下强制操作按钮时。允许操作员在屏幕上分别对各执行机构的按 钮进行操作，确定后传给下位机。 2 下位机系统 下位机系统选用单片机智能控制仪(P89C54 单片机)，它主要用于现场实地检测及控 制，完成数据处理每个下位机都有自己的显示、键盘系统。可以独立于上位机来控制 和调整系统的运行状态。显示系统提供系统设备运行参数，系统设备状态等菜单，可以 潍坊学院专科毕业设计（论文）潍坊学院专科毕业设计（论文） 8 通过操作键盘来调整参数。这样使系统可以脱离 PC 机运行由温室内各传感器采集到 的数据通过总线传输到上位机，利用其丰富的指令进行数据处理，再通过 RS232/RS485 转换器传输给下位机和执行机构动作，完成各项控制功能。 3 上位机与下位机的通信 在这种类型的应用系统中，稳定可靠、方便快捷的数据通信是实现系统功能和控制 的基础和保障，因此，根据系统的实际应用环境和特点，选择合适的通信接口和通信协 议就显得十分重要了。PC 机的串行通信接口为 RS232，但 RS232 采用非平衡方式传输数 据。传输距离短、速度慢、抗干扰能力差，不适合于温室的单片机与主机之间远距离通 信而 RS485 是工业界使用最为广泛的准双向、平衡传输线标准串行接口，以半双工方 式通信，采用差动传输方式，传输距离长、抗干扰能力强。因此本控制系统采用 RS485 接口。要实现单片机和 PC 机的通信，还必须进行 RS232/RS485 信号电平转换。 4 传感器信号检测电路 通过各种高性能传感器对外界气候环境进行测量及数据采集，对温室内的温度、湿 度、C02 含量及养分的 PH 值进行实时数据采集，并将测量结果通过接口送至上位机 中上位机根据控制要求对整个温室进行综合控制。为了增强下位机采集子系统的抗干 扰性、简化信号接口，系统优先选用数字输出信号传感器，C02 浓度、EC 值、PH 值等模 拟信号传感器均选用标准 420mA 输出，模拟信号经多路模拟开关选择后送模数转换器 转换，转换后的数据以并行方式送单片机处理。 5 执行部分 执行部分包括天窗开闭电机、遮阳帘开闭电机、通风电机、喷淋阀门、加热阀门、 C02 施放阀门、营养液的施放等，通过单片机输出的控制信号驱动执行机构以实现上述 功能。 控制系统是由一台 IBM-PC 机为上位机，多台 MCS51 系习P89C54 单片机为下位机 组成的温室计算机控制系统。其硬件结构如图 2I 所示。下位机(1)完成整个温室营养 液的配置和供给，下位机(2)实现对温室 1 的环境参数的检测和控制下位机把传感器 采集的有关参量如温度、湿度、CO2 浓度、EC 值、PH 值等模拟信号转换为数字信号，并 把这些数据暂存起来，同给定值进行比较后，给出相应的控制信号进行调控，同时经过 串行通信接口将数据送至上位机。 潍坊学院专科毕业设计（论文）潍坊学院专科毕业设计（论文） 9 2 23 32 2 控制器功能设计控制器功能设计 根据温室种植和温室控制的要求，本控制器应具备以下几大功能： 1 信号检测功能 实时监测空气温度、湿度、光照量、CO2浓度、土壤湿度等室内环境参数。 2 控制参数的设定与修改 为满足不同温室的控制要求，控制参数能够自动或手动修改，手动优先停机后可 以得以保存。 3 通信功能 能够与上位机(PC机)进行标准串行通信，时将当前温室内的各环境参数值送给上位 机，温室控制系统。 4 工作状态监控 能够实时显示温室内各参数的变化曲线，值及各执行机构的工作状态。实时接收上 位机的控制命令，在必要而且方便以后多台控制器构成分布式可数字式实时显示温室内 各点的测量 5 键盘操作功能 应提供键盘操作，保证在脱离上位机独立工作时仍能进行必要的基本操作。 6 软件升级功能 应设置编程口，以便以后进行软件升级 2 24 4 小结小结 影响温室作物生长的环境因子很多，但影响最大的是温度、湿度、光照量和CO2浓 度，本章从整个系统出发。认真分析了这些因子的变化与作物生长之间的关系，从而确 定对温室内温度、湿度、土壤水分、光照量、CO2浓度进行实时监测和有效控制的途径 和方法。在此基础上，确定了本课题的总体方案及控制器的功能，这为后面要进行的硬 件及软件设计做好了准备。 潍坊学院专科毕业设计（论文）潍坊学院专科毕业设计（论文） 10 第三章第三章 温室自动控制系统硬件设计温室自动控制系统硬件设计 温室控制系统硬件主要指的是下位机单片机部分的硬件电路设计，该部分硬件 主要包括以下几个单元： 1)微处理器(MCU)控制单元； 2)RS232/485 通信接口单元; 3)测量单元； 4)执行机构; 5)硬件抗干扰技术。 潍坊学院专科毕业设计（论文）潍坊学院专科毕业设计（论文） 11 3 31 1 微处理器微处理器(MCU)(MCU)控制单元控制单元 微处理器(MCU)控制单元是硬件电路的核心，控制整个硬件系统的工作并和上位机 进行串行通信，传输数据。 3 31 11 1 P89C54P89C54 单片机芯片概述单片机芯片概述 P89C54 单片机是 PHILIPS 公司基于 80C51 内核采用 PHILIPS 高密度 CMOS 技术设计制 造，包含中央处理单元、8k 字节非异失性 Flash 只读程序存储器 EPROM、256 字节内部 数据存储器 RAM、32 个双向输入/输出(I/O)口、3 个 16 位定时/计数器和 6 个中断源， 4 层优先级中断嵌套结构，可用于多机通信的串行 I/O 口，I/O 扩展或全双工 UART，片 内时钟振荡电路。P89C54 采用低功耗静态设计,宽工作频率(DC-33MHz)，宽工作电压范 围(2.7-5.5V)，两种软件方式选择电源空闲和掉电模式。空闲模式下，冻结 CPU 而 RAM 定时器、串行口和中断系统维持其功能。由于是静态设计。所以掉电模式下，时钟振荡 停止，RAM 数据会得以保存，停止芯片内其它功能。CPU 唤醒后，从时钟断点处恢复执 行程序。同时，P89C54 有 PLCC44、DIP40 和 LQFP44 等多种封装形式，以适应不同产品 的需求。 P89C54 单片机主要功能特性： 基于 MCS-51 内核和指令系统 16kFlash 只读程序存储器(ROM) 32 个双向 I/O 口 256x8bit 内部 RAM(可扩充 64kB 外部存储器) 3 个 16 位可编程定时/计数器 时钟频率 0-33MHz 6 个中断源 双 DPTR 数据指针寄存器 电源空闲和掉电模式 布尔处理器 全静态操作 4 层优先级中断嵌套 双数据指示器 潍坊学院专科毕业设计（论文）潍坊学院专科毕业设计（论文） 12 外中断唤醒电源掉电模式 全双工增强 UARL 通道 可编程时钟输出 3 31 12 2 P89C54P89C54 单片机串行通信口单片机串行通信口 P89C54单片机有一个可编程的全双工串行通信接口，可作为通用异步接收发送器 UART，也可作为同步移位寄存器。它的帧格式有8位、10位和1l位，可以设置为固定波 特率和可变波特率，给使用者带来很大的灵活性。 1 串行接口控制 P89C54单片机串行接口内部，有一个发送数据缓冲器和一个接收数据缓冲器，简称 串行数据缓冲器，共用一个地址99H；一个串行口控制寄存器SCON，用来选择串行D-V作 方式、控制数据接收和发送，并标示串行口的工作状态等。当串行口接收数据时外界 的串行信号通过单片机的引脚RXD(P3O串行数据接收端)，进入串行口的接收数据缓冲 器。当串行口发送数据时，CPU将数据写入发送数据缓冲器，由发送数据缓冲器将数据 通过引脚TXD(P31串行数据发送端)，发送至外部的通信设备。特殊功能寄存器PCON控 制串行口的波特率PCON中有一位是波特率倍增位 1)串行口控制寄存器SCON 串行口控制寄存器SCON决定串行口通信工作方式，控制数据的接收和发送，并标示串行 口的工作状态等。 SM2：多机通信控制位，主要用于工作方式2和工作方式3。若SM2=1，则允许多机通 信。 潍坊学院专科毕业设计（论文）潍坊学院专科毕业设计（论文） 13 SM1 串行口方式选择 为 接收中断标志 发送第 9 位数据 接受第 9 位数据 发送中断标志 SM0SM2RENTB8RB8TIRI 接收 1：允许 控制 1：允许 图31 串行口控制寄存器SCON 多机通信规定：第9位数据位为1，说明本帧数据为地址帧：第9位数据O(RPTB8=O)， 则本帧数据为数据帧。当从机接收到第9位数据(在R聃中) 为l时，数据才装入接收缓冲 SBUF，并置RI=1向CPU,请中断；如果接收到的第9位数据(在RB8中)为0，则不置位中断 标志RI信息丢失。当SM2=O时，则不管接收到第9位数据是否为1。都产生中断标志 RI，并将接收到的数据装入SBUF。应用这一特点可以实现多机通信。串行口工作在方式 0时，SM2必须设置为0；工作在方式1时，如SM2=1，则只有接收到有效的停止位时才会 激活RI。 REN：允许接收控制位。当REN=I时，允许接收：当REN=O时，禁止接收。此位由软 件置1或清零。 TB8：在方式2和方式3中，此位为发送数据的第9位，在多机通信中作为发送地址帧 或数据帧的标志TB8=l，说明该发送帧为地址帧；TBS=O，说明该发送帧为数据帧。在 许多通信协议中，它可作为奇偶校验位。此位由软件置1或清零。在方式O和方式1中， 此位未使用。 RB8：接收数据的第9位。在方式2和方式3中，接收到的第9位数据放在RB8中。它或 是约定的奇偶校验位，或是约定的地址数据标志位。在方式2和方式3多机通信中，若 潍坊学院专科毕业设计（论文）潍坊学院专科毕业设计（论文） 14 SM2=1且RB8=1，说明接收到的数据为地址帧。 TI：发送中断标志位在一帧数据发送完时置位。TI=1申请中断，说明发送缓冲 器SBUF己空，CPU可以发送下一帧数据。中断被响应后，TI不能自动清零，必须由软件 清零。 RI：接收中断标志位。在接收到一帧有效数据后，由硬件置位RI=1，申请中断， 表示一帧数据接收结束，并己装入接收缓冲器SBUF中，CPU响应中断，取走数据。RI不 能自动清零，必须由软件清零。串行口发送中断标志TI和接收中断标志RI，共为一个中 断源。因此，CPU接收到中断请求后，不知道是发送中断TI还是接收中断RI，必须用软 件来判别。单片机复位后，控制寄存器SCON的各位均清零。 2)电源控制寄存器PCON 电源控制寄存器PCON只有一位SMOD与串行口工作有关。SMOD：波特率倍增位。串行 口工作在方式l、方式2、方式3时，若SMOD=-I，则波特率提高一倍：若SMOD=O，则波特 率不提高一倍。单片机复位时，SMOD=O。 2 串行通信模式 在串行口的4种工作方式中，串行通信只使用方式1、方式2和方式3，方式0主要用 于扩展并行输入输出口 1)串行口工作方式0 工作在方式0时，串行口为同步移位寄存器的输入或输出方式，主要用于扩展并行 输入或输出口。数据由RXD(P30)端输入或输出，同步移位脉冲由T)RD(P31)端输出， 发送和接收的是8位数据，低位在先，高位在后。 2)串行口工作方式1 方式l真正用于串行发送或接收数据，是10位异步通信接口TXD为发送端，RXD为 接收端。收发一帧数据的帧格式为：1位起始位、8位数据位(低位在前)和1位停止位。 3)串行口工作方式2和工作方式3 串行口方式2和方式3均为11位异步通信接口，由TXD和RXD发送与接收数据。这两种 工作方式除波特率不同外，其它操作完全相同收发一帧数据的帧格式为i l位起始位、 8位数据位(低位在前)，l位可编程的第9数据位和1位停止位发送时，第9数据位(TB8) 可以设置为1或0，也可以将奇偶位装ATBS中，进行奇偶校验；接收时，第9位数据进入 SCON的RB8中。 3 串行通信波特率的计算 潍坊学院专科毕业设计（论文）潍坊学院专科毕业设计（论文） 15 在串行通信中，收发双方对发送或接收的数据的波特率要有一个约定。P89C54单片 机串行口有4种工作方式：方式0和方式2的波特率固定不变；方式1和方式3的波特率可 以变化，由定时器T1的溢出率决定。下面介绍串行口4种工作方式对应的波特率。 1)方式0的波特率 工作方式0时，波特率是固定的，为振荡频率的1/12，不受PCON寄存器中SMOD的影 响。用公式(3-1)表