基于单片机的土壤保湿自动浇灌系统的设计（原创）

基于单片机的土壤保湿自动浇灌系统中文题目：基于单片机的土壤保湿自动浇灌系统的设计外文题目：SYSTEM OF KEEPING SOIL WET AND WATER AUTOMATICALLY BASED ON MICROCONTROLLER 基于单片机的土壤保湿自动浇灌系统摘要随着电子产品向智能化和微型化的不断发展，单片机已经成为电子产品研制和开发中首选的控制器。随着人们生活水平的不断提高，如何实现自动化浇水这一问题也变的尤其突出，传统的人工浇水由于其效率低，费时费力，无法满足人们的需求。因此急需提出一个新的浇水解决方案。从经济使用的角度出发，本文设计了一个新的自动浇灌系统，具有显示功能，可以多次更改设定值。采用美国 ATMEL 公司的单片机 AT89S51 作为主控芯片与数据存储单元，结合外围的键盘输入、显示、传感等电路，用汇编语言编写主控芯片的控制程序，设计了一款可以多次更改设定值具有显示功能的电子浇水器。经试验证明，该系统具有设计方法合理，简单易行，成本低，安全实用等特点，符合自动浇水的要求，具有推广价值。关键词：自动浇灌；单片机；自动化AbstractAs electronic products to intelligent and miniaturization continues to develop, SCM has become the electronic product research and development in the preferred controller. With the continuous improvement of peoples living standards, how to automate watering this problem becomes particularly prominent, the traditional manual watering because of its low efficiency, time-consuming, can not meet the peoples needs. Therefore an urgent need to propose a new watering solutions.From the perspective of economic use of starting, we design a new automatic irrigation system, has a display function, you can change the setting times. By the United States ATMEL Corporation AT89S51 microcontroller as the main chip with a data storage unit, combined with keyboard input peripherals, display, sensing circuit, a control program prepared by the master chip assembly language, we designed a set can be changed several times values having a display device function of an electronic watering.The test proved that the system has reasonable design method is simple, low cost, safe and practical features, with an automatic watering requirements, has promotional value.Keywords: watering; SCM; automation 基于单片机的土壤保湿自动浇灌系统目录前言 .11 土壤保湿自动浇灌系统 .21.1 湿度测量方法及湿度测量方案 .21.1.1 湿度定义 .21.1.2 湿度测量方法 .21.1.3 湿度测量方案的选择 .31.2 论文的主要内容 .42 系统硬件设计 .52.1 系统技术指标 .52.2 系统框图 .52.3 主控芯片 AT89S51.52.3.1 AT89S51 性能简介 .52.3.2 AT89S51 引脚功能说明 .72.4 系统传感电路设计 .92.4.1 土壤湿度传感器 .92.4.2 系统传感电路的设计 .92.4.3 土壤湿度传感器的设计 .92.4.4 土壤湿度信号调理电路 .112.5 A/D 转换部分的设计 .132.6 时钟电路 .162.6.1 时钟电路的设计 .162.6.2 机器周期、指令周期与指令时序 .182.7 复位电路 .182.7.1 复位操作 .182.7.2 复位电路设计 .192.8 键盘电路 .212.8.1 键盘的任务 .212.8.2 键盘输入的特点 .212.8.3 按键的识别 .222.8.4 如何消除按键的抖动 .232.8.5 键盘的工作原理 .232.8.6 键盘的工作方式 .252.9 显示电路 .272.9.1 LED 数码管的结构 .272.9.2 LED 数码管的工作原理 .283 软件设计 .303.1 主程序设计 .303.1.1 主程序流程图 .303.2 键盘程序设计 .313.2.1 键盘流程图 .313.2.2 键盘电路程序 .323.3 传感器电路软件设计 .333.3.1 传感器流程图 .33 基于单片机的土壤保湿自动浇灌系统3.3.2 传感器电路程序 .333.4 其他程序设计 .343.4.1 显示程序的设计 .343.4.2 比较程序 .353.5 总流程图 .364 技术经济分析 .375 结论 .38致谢 .39参考文献 .40附录 A：译文 .41附录 B：外文文献 .45附录 C：主电路图 .51附录 D：系统程序 .52 基于单片机的土壤保湿自动浇灌系统1前言在电力电子技术飞速发展的今天，生活中处处可以见到嵌入式单片机的应用。电子产品的设计与制造是以服务人类为目的的，现代社会人们离不开电子产品，使用电子产品可以让生活生产更加方便与快速，为人们节省精力和时间，让人们的生活更加美好。嵌入式单片机现在已经成为机电产品的核心元件，控制机电产品的工作。根据嵌入式单片机体积小，成本低，功耗少，软件代码少，可靠性高，自动化程度高和响应速度快等优点，适用于对实时性和多任务有要求的应用领域。本设计中的自动浇灌系统就是以上面所说为出发点而设计的。本设计利用土壤湿度传感器，对土壤的实时湿度进行测量，能对农作物的生长环境进行观察统计，准确掌握土壤湿度状态，根据单片机内部处理结果进行浇水处理，这样就可以减轻对农作物的护理工作，让我们从繁琐中解放出来。本产片适合中大型蔬菜种植基地使用，尤其对于员工较少的公司更是一个好帮手。此外，运用此装置，进一步也可为园林，草地，室内花卉进行自动浇灌管理。21 土壤保湿自动浇灌系统1.1 湿度测量方法及湿度测量方案在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天的部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制 1.。对环境湿度、温度的控制以及对工业材料水分的检测与分析已成为比较普遍的技术条件之一，但是在常规的环境参数中，湿度是最不容易准确测量的一个参数值。这是由于测量湿度要比测量温度复杂很多，温度是个独立的值被测量，而湿度却受其他因素例如大气压强、温度的影响。此外，湿度的校准也是一个难题 2。国外制造的湿度标定设备价格比较昂贵。1.1.1湿度定义计量法规定，湿度定义为“物象状态的量”。日常生活中所说的湿度为相对湿度，用 RH%表示。总而言之，即气体中（通常为空气中）所含的水蒸气的量（水蒸气压）与其空气相同情况下饱和水蒸气量（饱和水蒸气压）的百分比。湿度很久以前就和生活存在着密切的关系，但用数量来进行表示是比较困难的。但对湿度的表示办法有绝对湿度、相对湿度、湿气与干气的比值（重量或体积）、露点等等 3。1.1.2 湿度测量方法湿度的测量从原理上来划分有二、三十种之多。但是湿度测量始终是世界计量领域里注明的难题之一。一个看起来很简单的量值，深究起来，涉及到相当复杂的物理-化学理论的分析和计算，初涉者可能会忽略掉在湿度测量中必须注意的众多因素，因而影响传感器的合理运用。常见的湿度测量方法有 4：动态法（双压法、双温法、分流法），静态法（饱和盐法、硫酸法），露点法，干湿球法和电子式传感器法。双压法、双温法是基于热力学 P、V、T 平衡原理，平衡时间较长，分流法时基于绝对湿气和绝对干空气的精确混合。由于采用了现代测控技术，这些设备可以做的相当精密，却因设备复杂，昂贵，运作费时费工，主要作为标准计量之用，其测量精度可达2%RH 以上。静态法中的饱和盐法，是湿度测量中十分常见的方法，简单且易行。但饱和盐法 基于单片机的土壤保湿自动浇灌系统3对气、液两相的平衡要求很严格，对环境温度的稳定要求比较高。用起来要求等待很长时间去平衡，低湿点要求则更长。特别在室内的湿度和瓶内的湿度差值较大时，每次开启时都需要平衡 68 小时。露点法是测量湿空气达到饱和程度时的温度，是热力学直接的结果，准确度高，测量范围较宽。计量用的精密露点仪准确度可达到 0.2甚至更高。但用现代光- 电原理的冷镜式露点仪价格比较昂贵，且常和标准湿度发生器配套使用。干湿球法，这是 18 世纪就发明的测湿的方法。历史悠久，使用最为普遍。 干湿球法是一种间接的方法, 它用干湿球方程以换算出湿度值，而且此方程是有条件的：即在湿球附近风速必须要达到 2.5m/s 以上。普通的干湿球温度计将此条件简化了，所以准确度只有 57%RH,干湿球也不属于静态法，不要简单地去认为只要提高了两支温度计的测量精度就等于提高了湿度计的测量精度。电子式湿度传感器法，电子式湿度传感器产品及湿度测量属于 90 年代才兴起的行业，近些年来， 国内外在湿度传感器研发领域取得了长足的进步。湿敏传感器正在从简单的湿敏元件向智能化、多参数、集成化检测的方向迅速发展， 为开发新一代湿度测控系统创造了十分有利的条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。1.1.3 湿度测量方案的选择现代湿度的测量方案最主要的有两种：一是干湿球测湿法，一是电子式湿度传感器测湿法。下面对这两种方案进行比较，以便选择适合自己的湿度测量方法。干湿球测湿法的维护很简单，在实际使用中，只需要定期给湿球添水及更换湿球的纱布即可。与电子式湿度传感器相比，干湿球测湿法基本不会产生老化、精度下降等一些问题。所以干湿球测湿方法更适合在高温及恶劣环境的场所使用。干湿球测湿法采用的是间接测量方法，通过测量干球、湿球的温度，并经过计算得到湿度值，因此对使用温度并没有严格的限制，而且在高温环境下测湿不会对于传感器造成损坏。干湿球湿度计的特点：在 18 世纪人类就发明了干湿球湿度计。干湿球湿 度计的准确度还受干球、湿球两支温度计本身的精度的影响；湿度计还必须处于通风状态；只有纱布水套、水质、风速都满足了一定要求后，才能达到规定的准确度。干湿球湿度计准确度只有 5 %7 %RH。电子式湿度传感器的特点 5:电子式湿度传感器是近几十年，尤其是在近 20 年才快4速发展起来的。湿度传感器生产商在产品出厂前都要使用标准湿度发生器来逐支测量并标定，电子式湿度传感器准确度可以达到 2 %3 %RH。在实际使用的过程中中，由于尘土、油污及有害气体等的影响，使用时间一长，会产生精度下降、 老化等问题，湿度传感器年漂移量一般都在2%左右，甚至更高。一般情况下，生产商会注明 1 次标定的有效使用时间为 1 年或 2 年，到期需要重新标定。 电子式湿度传感器的精度水平需要结合其长期稳定性去判断，一般的说，电子式湿度传感器的长期稳定性和使用寿命没有干湿球湿度传感器优越。湿度传感器是采用的是半导体技术，因此对使用的环境温度是有要求的，一旦超过其规定的使用温度将对传感器造成损坏。所以电子式湿度传感器测湿法更适合于在干净及常温的场所使用。1.2 论文的主要内容本次设计的工作包括：设计方案的设计和功能实现芯片和传感器的选择设计电路程序的设计模块和程序的调试总程序的调试系统的测试与校正 基于单片机的土壤保湿自动浇灌系统52 系统硬件设计2.1 系统技术指标测量湿度范围：20%80%vol%(m3/m3)供电电压：512VDC精度：非饱和范围内为 3%显 示 方 式 ： LED 显 示 。2.2 系统框图图 2-1 系统框图Fig 2-1 System Block Diagram2.3 主控芯片 AT89C51AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容 MCS-51 指令系统级 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算器的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统的提供的高性价比的解决方案。2.3.1 AT89C51性能简介AT89S51 有如下特点：40 个引脚，5 个中断优先级， 128 bytes 的随机存取数据（RAM），2 个 16 位可编程定时计数器，32 个外部双向输入/输出（I/O）口，4k Bytes Flash 片内程序存储器，2 个全双工串行通信口，2 层嵌套中断，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。土壤湿度传感器A/D 转换模块ADC0808时钟模块AT89C51单片机显示模块键盘执行机构6XTAL218XTAL119ALE30 EA31 PSEN29RST9P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 3P0.7/AD7 32P1.01 P1.12 P1.23P1.34 P1.45 P1.56P1.67 P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD1P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T1 15P2.7/A15 28P2.0/A8 21P2.1/A9 2P2.2/A10 23P2.3/A1 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27U2图2-2AT89C51 芯片引脚图 Fig 2-2 AT89C51Chip pin map其主要功能特性：（1）4k Bytes Flash 片内程序存储器（2）32个外部双向输入/输出（I/O）口（3）128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM）（4）6个中断源（5）2个中断优先级、2层中断嵌套中断（6）2个16位可编程定时器/计数器（7）2个全双工串行通信口（8）片内振荡器和时钟电路（9）看门狗（WDT）电路（10）全静态工作：0Hz-33MHz（11 ） 与 MCS-51兼容（12 ）三级程序存储器保密锁定 基于单片机的土壤保湿自动浇灌系统7（13）低功耗的闲置和掉电模式（14 ）可编程串行通道2.3.2 AT89C51 引脚功能说明VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收8TTL 门电流。当 P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/ 地址的低八位。在 FLASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FLASH 进行校验时，P0输出原码，此时 P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O 口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入 1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL 门电流，当 P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出4个 TTL 门电流。当 P3口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为 AT89C51的一些特殊功能口，如下表2-3所示：8表2-1 P3口的第二功能Table 2-1 P3 port second functionRST：复位。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/Error!：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。Error!：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次Error!有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的Error!信号将不出现。Error!/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，Error!将内部锁定为 RESET；当Error!端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源( VPP)。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。引脚 第二功能P3.0 RDX（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 Error!（外部中断 0请求输入端）P3.3 Error!（外部中断 1请求输入端）P3.4 T0（定时器/计数器0请求脉冲输入端）P3.5 T1（定时器/计数器1请求脉冲输入端）P3.6 Error!（片外数据存储器写选通信号输出端）P3,7 Error!（片外数据存储器读选通信号输出端） 基于单片机的土壤保湿自动浇灌系统92.4系统传感电路设计2.4.1土壤湿度传感器在浇灌系统中，土壤湿度传感器的使用与否是该系统能否达到适量浇灌的关键所在，所以土壤湿度传感器的选择就理所应当的成为了灌溉系统的首要问题。目前市场上主要测量土壤湿度的方法有中子衰减法、张力计测湿法、介点法速测法 6。中子衰减法虽然准确快速，但此种方法如果屏蔽不好的话，容易造成射线的泄漏, 以致污染环境，危害健康，故不能釆纳。张力计式土壤水分传感器是一种广泛用于某些土壤水分测量的传感器。这种仪表有一个多孔瓷头，它通过水的管子与真空表相连接。优点是：原理和结构简单，可以实时在线测量，而且可以确定出水在土壤内的流动的方向和渗透度， 但是缺点也很突出，就是：它的测量范围在很大程度上受土质影响。误差较大，存在滞后和回环，从而影响测量速度。利用土壤的介电特性去测量土壤的含水量是一种行之有效的、简单的、快速的、可靠的方法。对一定几何结构的电容式水分传感器，其电容量与两极间被测物料的介电常数是有正比关系的。水的介电常数比一般物料的介电常数要大，电容式水分传感器的特点是量程宽、可测的物料品种多、精确度高，而且响应速度较快，可以应用于在线监测实现仪器自动化。2.4.2 系统传感电路的设计系统传感电路包括以下三个方面:（1）土壤湿度传感器的选择及参数分析；（2）土壤湿度信号的调理电路的设计。因为传感器的输出信号一般都较小，不能够获得高的 A/D 转换精度，所以此部分由运算放大电路构成 ，是系统的重要部分（3） A /D 转换的处理。2.4.3 土壤湿度传感器的设计土壤湿度传感器在原理与结构上千差万别，根据具体的测量目的、测量对象 以及测量环境合理地选用土壤湿度传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决 的问题 7。当传感器确定了之后，与之相配套的测量方法和设备也就可以随之确定了。土壤湿度测量10结果的成败，在很大程度上取决于土壤湿度传感器的设计和选用是否是合理的。本设计之初，原本是打算选用 FDS-100 土壤水分传感器的，它可以测量土壤的相对含水率，而与土壤本身的机理无关，是目前国际上比较流行的土壤水分的测量方法。FDS-100 土壤水分传感器是一款高灵敏度、高精度的测量土壤水分的传感器。可以深埋土中，可长期测量且性能稳定。但由于 FDS-100 的价格偏贵，动辄就接近一千, 这不符合我们的设计理念。而市场上土壤湿度的型号和资料也比较少，价格也不尽如人意，难以找到合适的土壤湿度传感器，所以我就根据土壤湿度的测量原理，就地取材，从土壤在不同湿度的情况下的湿敏电阻阻值不同的特性。设计了一个简单的湿度传感装置。配合以相应的外围电路，变成了一个简易土壤湿度传感器了。可以从侧面看出，对土壤湿度的测量在技术及成本上还有待突破，不像空气 湿度测量那么成熟。在仿真中我们采用了一个低压电源和一个可调电阻进行模拟，不同的电阻值对应输出不同的电压信号，这点等同于湿敏电阻测土壤湿度，在不同湿度情况下的不同电阻，产生对应于湿度信息的电压信号。如图是系统在 protues 中的仿真模拟。145k+88.8Volts32%135k10k湿 度 电 阻 电 压 u11图 2-3 土壤湿度传感器模拟Fig 2-3 Soil moisture sensor simulation本次设计采用 HR-202 型湿敏电阻，其特点有：采用有机高分子材料的一种新型的书读敏感元件；高湿环境下具有极高的敏感度； 基于单片机的土壤保湿自动浇灌系统11具有开关功能；响应速度快；直流电压下工作；抗污染能力强；高可靠性、稳定性好。其技术参数为：最高使用电压：DC 1V MAX使用温度范围：+160 度使用湿度范围：2080%RH根据其特性曲线可得到其阻值最湿度变化公式为(2-1)(%)25.190)(RHKR则此时输入电压(2-2)Vu25.312.4.4 土壤湿度信号调理电路信号调理电路：土壤湿度传感器的输出电压在 00.5V 左右，我们需要将此电压信号经过信号处理模块，进行电压信号放大。以获得更高的转换精度。信号处理电路：把模拟信号转换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示 读出或其他用途的数字信号。模拟传感器可以测量很多物理量，如压力、温度、光强等等但由于传感器信号不能够直接转换为数字数据，这是因为传感器输出的是相当小的电流、电压或电阻变化，所以，在转换为数字信号之前必须要进行调理。调理，简单来说就是放大，缓冲或定标模拟信号等，使其适合于模/数信号转换器(A DC)的输入。然后，A DC对模拟信号进行数字化处理，并把数字信号送到 MCU 或其他数字器件，以用于系统的数据处理。信号调理，简单来说就是将待测信号通过放大、滤波等一系列操作转换成采集设备能够识别并处理的标准信号。是指利用内部的电路(如滤波器、转换器、放大器等)来改变输入的信号类型并将其输出。信号处理电路，就是把土壤湿度模拟信号转换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他用途的数字信号。我们所使用的土壤湿度传感器是模拟出传感器可测量的土壤湿度信息，但由于湿度传感器的模拟信号不能直接转换为数字信号，这是因为12传感器输出是相当小的电流、电阻或电压变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号等，使其适合于模/数信号转换器( ADC)的输入。然后，A DC 对模拟信号进行数字处理，并把数字信号送到 MCU 或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。信号调理将数据采集设备转换成一套完整的数据采集系统。关键的信号调理技术可将数据采集系统的总体性能和精度提高 10 倍。在本次设计中，考虑到晶体管的放大电路的繁琐及不稳定，因而采用基本的运放电路的形式进行信号放大。因没有外在干扰，所以最基本的运算电路就可满 足系统的基本要求。我们将采用比例运算放大电路。比例运算电路的输出电压与输入电压之间是存在比例关系的，即电路能实现比例运算。比例电路是最为基本的运算电路，是其他各种运算电路的基础，求和电路、积分和微分电路、对数和指数电路等等，都是在比例电路的基础上，加以扩展或演变后得到的。根据输入信号的接法不同，比例电路有三种基本的形式：同相输入、差分输入以及反相输入比例电路。使用单个集成运放构成运算电路时存在两个缺点，一是电阻的选取和调整不 方便，二是对于每个信号源的输入电阻均较小。因此，必要时可釆用两级电路。本次设计中,我们根据实际要求,采用同相比例运算放大电路即可32 184U1:ALM358u11u01+88.8VoltsU1:A(V+)R110kR910kU1:A(V-)图 2-4 同相比例运放电路Fig 2-4 Op-amp circuit with phase ratio根据电路图有(2-3)u10 基于单片机的土壤保湿自动浇灌系统13继而可得(2-4)RHu25.3190*0此时，当湿度 RH 为 20%时V (2-5).4501 当湿度 RH 为 80%时V32.015*839*01此时，传感器部分设计完成。图 2-5 为传感器部分总电路32 184U6:ALM358u11u01R8145k+88.8VoltsU6:A(V+)+88.8Volts R10145k R1310kR1710kU6:A(V-)INT0图 2-5：传感器部分总电路Fig2-5：The total portion of the sensor circuit2.5 A/D转换部分的设计本 系统采用的是 ADC0808 进行转换， 下述是单片机对于 ADC0808 的简介：ADC0808是美国国家半导体公司生产的 CMOS 工艺8通道，8位逐次逼近式 A/D 模数转换器。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。目前已经淘汰。（1）8路输入通道，8位 A/D 转换器，即分辨率为 8位。（2）具有转换起停控制端。（3）转换时间为100s(时钟为640kHz 时)，130 s（时钟为500kHz 时）（4）单个+5V 电源供电14（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。ADC0809是 CMOS 单片型逐次逼近式 A/D 转换器，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 A/D 转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。外部特性（引脚功能）ADC0808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。OUT1 21ADD B24 ADD A25 ADD C23VREF(+)12 VREF(-)16IN31 IN42IN53 IN64IN75START 6OUT5 8EOC 7OE 9CLOCK 10OUT2 20OUT7 14OUT6 15OUT8 17OUT4 18OUT3 19IN228 IN127IN026ALE22U2ADC0808图 2-6：ADC0808 引脚图Fig 2-6：ADC0808Pin FigureIN0IN7：8 路模拟量输入端。2-12-8：8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）。 基于单片机的土壤保湿自动浇灌系统15EOC： A/D 转换结束信号。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。下述是单片机对于 ADC0809的原理简述：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。转换数据的传送 A/D 转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认 A/D 转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。（1）定时传送方式对于一种 A/D 转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz 的 MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D 转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。（2）查询方式A/D 转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如 ADC0809的 EOC 端。因此可以用查询方式，测试 EOC 的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。（3）中断方式把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE 信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接16受。图2-7为 AD 转换部分总电路u12D12 Q9CLK1Q8S10R13U3:B74LS74D03 Q0 2D14 Q1 5D27 Q2 6D38 Q3 9D413 Q4 12D514 Q5 15D617 Q6 16D718 Q7 19OE1 LE1U574LS37312 312 3OUT121AD B24AD A25AD C23VREF(+) 12VREF(-) 16IN3 1IN4 2IN5 3IN6 4IN7 5START6OUT58EOC7OE9CLOCK10OUT220OUT714 OUT615 OUT817OUT418 OUT319IN2 28IN1 27IN0 26ALE2U7ADC0808ALEP0.0P0.7P3.6P2.7P3.7INT0图 2-7：AD 转换部分总电路Fig2-7：AD conversion portion of the total circuit2.6 时钟电路时钟电路用于产生 AT89S51 单片机工作时所必须的的控制信号。 AT89S51 单片机的内部电路正是在时钟信号的控制下，严格的按时