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1、河北大学2009届本科生毕业论文（设计） 基于单片机的自动节水灌溉系统摘 要节水灌溉-农业节水不仅潜力很大而且利国利民。对占消费水80%左右的农业用水的合理使用和发挥最大效益应该说具有非常重要的意义。尤其对于处在干旱、半干旱地区的大半个中国，节水将是可持续发展需要解决的最重要问题。单片机可编程控制节水灌溉系统，该系统可对不同土壤的湿度进行监控，并按照作物对土壤湿度的要求进行适时、适量灌水.本控制器以AT89C51单片机为核心，由传感器，信号处理电路、输出控制电路等构成。以实现数据采集、控制信号输出，通过传感器自动检测土壤水分实现自动灌溉控制。 硬件方面，土壤含水量的测量采用HIH3610湿度传
2、感器；A/D转换采用ADC0809芯片,74LS373芯片等。单片机控制部分采用AT89C51单片机为核心，主要由土壤湿度传感器，信号处理电路，输出控制电路等组成，软件选用汇编语言编程。单片机可将土壤湿度传感器检测到的土壤湿度模拟量转换成数字量，并传输给控制系统检测是否该灌溉。该系统灵活性强，成本低，可靠性高，在实际应用中前景广阔。关键词：单片机 芯片 采样 A/D转换 ABSTRACTStanza water irrigation-agriculture stanza water not only the potential but is very big and benefit peopl
3、e of country.To have to consume water 80% or so agriculture to use aqueous of reasonable usage and develop the biggest efficiency should say having count for much meaning.Particularly for be placed in the greater half inside country of drought, the half dry region, stanza water will be keep on the d
4、evelopment needs to be solved the most important problem.The single slice of machine programmable control stanza water irrigation system, that system can carry on supervision to the degree of humidity of different soil, and Be according to the request of farm crop to soil degree of humidity carry on
5、 in good time and just the right amount infusing water.This controller takes the AT89 C51 single slice of machine as core, from spread a feeling machine, the signal handles electric circuit and output control electric circuit etc. composing.Collect by carrying out a data, control signal output, pass
6、 to spread a feeling machine an auto examination the soil humidity carry out an automatic irrigation control.Hardware, the soil contains the diagraph adoption HIH3610 degree of humidities of amount of water to spread a feeling machine;A|D convert the adoption ADC0809 chips, 74 LS373 chip etc.Single
7、slice of machine control part adoption the AT89 C51 single slice of machine is mainly spread a feeling machine by soil degree of humidity, the signal handles electric circuit and outputs control electric circuit etc. to constitute, the software choice edits collected materials a language plait dista
8、nce.The single slice of machine can spread soil degree of humidity, the feeling machine examines of the soil degree of humidity imitates quantity to convert into a number quantity, and deliver to control system examination whether should irrigate.The systems vivid is strong, the cost is low, High re
9、liability, at physically applied in foreground vast.Keyword: single chip Chip Sample A| D convert目 录一 前言11.1本设计的任务和主要内容1二本系统主要硬件电路设计及介绍22.1本系统主要硬件介绍及总体说明：22.2简介AT89C51内部总体结构及其基本特性如下:22.3湿度传感器介绍32.4 A/D模块介绍42.5电动机介绍62.6电磁阀，喷头7三本系统主要硬件电路设计93.1系统的工作原理93.2单片机主系统电路93.3时钟电路103.4 数据存储器的扩展电路113.数据采集处理电路113.
10、LED显示系统电路12四 系统的软件设计154.1 系统主程序设计1542 采样子程序设计174.3数据处理174.3.1采集数据转换174.3.2 BCD转换194.4 LED动态显示程序19结 论21谢 辞22参考文献23 一 前言水是生命之源，没有了水，地球上的生物都将消失。农业自古是我国重中之重的行业，是各行各业的基础，也是人类得以生存的行业。农业的发展从长远的可持续战略发展来看，节水，高科技农业是二来的趋势。由传统农业向现代化农业转变，由粗放经营向集约经营转变。农业科技要想有大的发展，必须进行一次新的农业技术革命。农业与工业、交通等行业相比仍然比较落后，农业灌溉技术尤其落后。灌溉系统
11、自动化水平较低是制约我国高效农业发展的主要原因之一。传统的灌溉模式自动化程度低，属粗放的人工操作，即便对于给定的量，在操作中也无法进行有效的控制，为了提高灌溉效率，缩短劳动时间和节约水资源，必须发展节水灌溉控制技术。计算机技术和传感器技术的迅猛发展，计算机和传感器的价格日益降低，可靠性日益提高，用信息技术改造农业已经是势在必行。用高新技术改造农业产业，实施节水灌溉已成为我国农业乃至国民经济持续发展带战略性的根本大事。本课题旨在设计一套能对作物生长的土壤湿度进行监控并自动灌溉的系统，它能对作物进行适时、适量的灌水，起到高效灌溉，节水、节能的作用。1.1本设计的任务和主要内容本论文主要讨论单片机控
12、制的节水灌溉系统，分别对土壤湿度与灌水量之间的关系、灌溉控制技术及系统设备的软、硬件各个部分进行了探讨。主要内容如下:1.节水灌溉控制系统的整体说明与设计思路分析。2.单片机的各部件的硬件说明，电路分析及软件编码。3. 据土壤湿度值，在灌水期间以预定的时间进行灌溉。当土壤湿度值低于设定的最低值时，系统便自动灌溉。4.相对于落后的人工灌溉来讲，这种自动化的方式可以控制浇水量的多少，减少人工操作，达到节水的目的。二本系统主要硬件电路设计及介绍2.1本系统主要硬件介绍及总体说明：要实现智能灌溉，系统需要有单片机、传感器、A/D模块，电动机、电磁阀、管网和喷头等设备。单片机：负责发出和接收各种运行程序
13、指令，是整个控制系统的中枢部分。传感器：由于本次设计时间比较仓促，忽略了温度对灌溉的影响，因此没有使用温度传感器，只使用了土壤湿度传感器。通过传感器采集土壤里的湿度信号，判断是否需要灌溉。A/D模块：将传感器采集的信号送到单片机。电动机：从水源抽水，为喷灌系统提供一定的压力。电磁阀：控制喷头的喷灌与否。喷头：实现均匀喷洒，便于充分吸收。管网：灌溉系统输送水的管路。图2-1 系统结构框图2.2简介AT89C51内部总体结构及其基本特性如下:AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。8位CPU、片内振荡器、4k字节ROM、128字节R
14、AM、21个特殊功能寄存器、32根I/O线、可寻址的64k字节外部数据、程序存贮空间、2个16位定时器、计数器中断结构：具有二个优先级、五个中断源一个全双口串行口位寻址功能，适于按位进行逻辑运算的位处理器。除128字节RAM、4k字节ROM和中断、串行口及定时器模块外，还有4组I/O口P0P3，余下的就是CPU的全部组成。如去掉ROM/EPROM部分即为8031，如果将ROM置换为Flash存贮器或EEPROM，或再省去某些I/O，即可得到51系列的派生品种，如89C51等单片机。单片机各部分是通过内部的总线有机地连接起来。图- AT89C51引脚结构图因此，AT89C51构成的单片机系统是具
15、有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。2.3湿度传感器介绍湿敏元件的特性: 由于单总线微网采用寄存电源的方式向单总线器件供电，因此，要求挂接在单总线微网上的器件必须满足低功耗的要求。这里，选用了具有低功耗特性的模拟大信号湿度传感器HIH-3610。HIH-3610是美国Honeywell公司生产的相对湿度传感器。该传器采用热固聚酯电容式传感头，同时在内部集成了信号处理功能电路，因此，可完成将相对湿度值变换成电容值，再将电容传转换成线性的电压输出。同时该传感器还具精度高、响应快速、高稳定性、低温漂、抗
16、化学腐蚀性能强及互换性好等优点，其性能指标如表2-3所列，输出电压与相对湿度的关系如表2-1所示。表2-1 HIH-3610湿度传感器性能指标参 数指 标RH精度2%RH，0100%RH非凝结，25（DC供电电压=5V）RH互换性5%RH，060%RH；8%90%RHRH线性0.5%RH典型值RH迟滞1.2%的RH最大量程RH重复性0.5%RHRH反应时间/s30（慢流动的空气中，1/e25）RH稳定性1%RH典型值，50%RH，5年时间内DC供电电压/V49（传感器在DC5V下标定）消耗电流/mA0.2(DC 5V);2(典型值，DC9V)输出电压Vout=Vsuppl0.0062(sens
17、or%RH)+0.16由性能指标及输出电压与相对湿度的关系曲线，可得出如下结论。HIH-3610在供电电压为5V时，其消耗电流仅为200A，完全可满足单总线微网对器件低功耗的要求。HIH-3610输出电压为 Vout=Vsupply0.0062(sensor%RH)+0.16即输出电压Vout不仅正比于湿度测量值，且与电源电压值Vsupply圾关。若Vsupply固定为5V，则其值仅由相对湿度值决定，但由于单总线上的供电电压值为变量，故要求在进行湿度测量的同时还应测量电源电压Vsupply的值。HIH-3610输出的湿度值还与环境温度有关，故应进行温度补偿，补偿公式为RH=(sensor%RH
18、)/1.0546-0.0216t2.4A/D模块介绍ADC有两大类：一类在电子线路中使用，没有使能控制端；另一类有使能控制端，可以和微机接口直接连接。ADC0809是8位逐次逼近式A/D转换器，可以和微机接口直接相连。内部结构ADC0809由八路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、256电阻阶梯、树状开关、逐次逼近式寄存器SAR、控制电路和三态输出锁存器等组成。 （1）八路模拟开关及地址锁存与译码器八路模拟开关用于输入IN0IN7上八路模拟电压。地址锁存和译码器在ALE信号控制下可以锁存ADDA、ADDB和ADDC上地址信息，经译码后控制IN0IN7上哪一路模拟电压送入比较器。例如：当ADDA
19、、ADDB和ADDC上均为低电平0以及ALE为高电平时，地址锁存和译码器输出使IN0上模拟电压送到比较器输入端VIN。（2）256电阻阶梯和树状开关为了简化问题起见，现以二位电阻阶梯和树状开关为例加以说明。其中，四个分压电阻使A、B、C和D四点分压成2.5V、1.5V、0.5V和0V。SAR中高位D1控制左边两只树状电子开关，低位D0控制右边四只树状开关。各开关旁的0和1表示树状开关闭合条件，由D1D0状态决定。例如：D1=1，则上面开关闭合而下面开关断开，D1=0时的情况正好与此相反。树状开关输出电压VST和D1D0关系列于表2-2。表2-2 VST和D1D0的关系D1 D0VST0 00V
20、0 10.5V1 01.5V1 12.5V对于8位A/D转换器，SAR为八位，电阻阶梯、树状开关和上述情况类似。只是要有256个分压电阻，形成256个标准电压供给树状开关使用。VST送给比较器输入端。（3）逐次逼近寄存器和比较器SAR在A/D转换过程中存放暂态数字量，在A/D转换完成后存放数字量，并可送到“三态输出锁存器”。A/D转移前，SAR为全0。A/D转换开始时，控制电路使SAR最高位为1，并控制树状开关的闭合和断开，由此产生VST送给比较器。比较器对输入模拟电压VIN和VST进行比较。若VINVST，则比较器输出逻辑0而使SAR最高位由1变为0；若VINVST，则比较器输出使SAR最高
21、位保留1。此后，控制电路在保持最高位不变下，依次对次高位、次次高位最低位重复上述过程，就可在SAR中得到A/D转换完成后的数字量。（4）三态输出锁存器和控制电路三态输出锁存器用于锁存A/D转换完成后的数字量。CPU使OE引脚变为高电平就可以从“三态输出锁存器”取走A/D转换后的数字量。控制电路用于控制ADC0809的操作过程。引脚功能ADC0809采用双列直插式封装，共有28条引脚，如图2-3所示，现分为四组简述如下：图2-3ADC0809引脚图（1）IN0IN7（8条）IN0IN7为八路模拟电压输入线，用于输入被转换的模拟电压。（2）地址输入和控制ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当A
22、LE线为高电平时，ADDA、ADDB和ADDC三条地址线上地址信号得以锁存，经译码后控制八路模拟开关工作。ADDA、ADDB和ADDC为地址输入线，用于选择IN0IN7上哪一路模拟电压送给比较器进行A/D转换。ADDA、ADDB和ADDC对IN0IN7的选择如表2-3所列。表2-3 被选模拟量路数和地址的关系被选模拟电压路数ADDCADDBADDAIN0000IN1001IN2010IN3011IN4100IN5101IN6110IN7111（3）数字量输出及控制线START为“启动脉冲”输入线，该线上正脉冲由CPU送来，宽度应大于100ns。EOC为转换结束输出线，该线上高电平表示A/D转换
23、已结束，数字量已锁入“三态输出锁存器”。2-12-8为数字量输出线，2-1为最高位。OE为“输出允许”线，高电平时能使2-12-8引脚上输出转换后的数字量。（4）电源线及其他（5条）CLOCK为时钟输入线，用于为ADC0809提供逐次比较所需640KHZ时钟脉冲序列。VCC为+5V电源输入线，GND为地线。VREF（+）和VREF（-）为参考电压输入线，用于给电阻阶梯网络供给标准电压。VREF（+）常和Vcc相连，VREF（-）常接地。2.5电动机介绍本系统采用最常用的三相异步电动机其运行性能好，可靠性高，成本低。而且结构简单，其内部结构由定子，定子绕组，机座，转子，转子绕组及轴承，风扇等组成
24、。三相异步电动机的基本原理：当电动机接入三相交流电源时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场。电动机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电动机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电动机加一个脉冲信号，电动机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域变的非常的简单。在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流电动机两大类，其主要特点是：当信号电压为零时无自转现象，转速随
25、着转矩的增加而匀速下降，伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。电机的精度决定于编码器的精度（线数）。2.6电磁阀，喷头电磁阀是用来控制流体的方向的自动化基础元件，属于执行器；通常用于机械控制和工业阀门上面，对介质方向进行控制，从而达到对阀门开关的控制。电磁阀的工作原理，电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，
26、而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油刚的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。在选用电阀磁的时候要注意以下特性：一、安全性：腐蚀性介质，宜选用塑料电磁阀和全不锈钢；对于强腐蚀的介质必须选用隔离膜片式。中性介质，也宜选用铜合金为阀壳材料的电磁阀，否则，阀壳中常有锈屑脱落，尤其是动作不频繁的场合。爆炸性环境必须选用相应防爆等级产品，露天安装或粉尘多场合应选用防水，防尘品种。电磁阀公称压力应超过管内最高工作压力。二、适用性： 介质特性，液态或混合状态分别选用不同品种的电磁阀，有液态与气态之分。介质温度不合适，容易使线
27、圈烧掉，密封件老化，严重影响寿命。介质清洁度不高时都应在电磁阀前配装反冲过滤阀。介质流通方向不同，选用的型号也不同。介质温度应选在电磁阀允许范围之内。管道参数，根据介质流向要求及管道连接方式选择阀门通口及型号。根据流量和阀门管径选择不同的型号。最低工作压差在0.04Mpa以上可选用间接先导式；最低工作压差接近或小于零的必须选用直动式或分步直接式。 环境条件，环境的最高和最低温度应选在允许范围之内，如果相对湿度高及有水滴雨淋等场合，应选防水电磁阀，经常有振动，颠簸和冲击等场合应选特殊品种，例如船用电磁阀，在有腐蚀性或爆炸性环境中的使用应优先根据安全性要求选用耐发蚀，环境空间若受限制，可选用多功能
28、电磁阀，因其省去了旁路及三只手动阀且便于在线维修。电源条件，根据供电电源种类，分别选用交流和直流电磁阀。一般来说交流电源取用方便。电压规格用尽量优先选用AC220V.DC24V。电源电压波动通常交流选用+%10%.-15%，直流允许%10左右，如若超差，须采取稳压措施。应根据电源容量选择额定电流和消耗功率。须注意交流起动时VA值较高，在容量不足时应优先选用间接导式电磁阀。 控制精度，普通电磁阀只有开、关两个位置，在控制精度要求高和参数要求平稳时要选用多位电磁阀。三、可靠性：工作寿命：选用质量较高的产品寿命比较长。工作制式：分长期工作制，反复短时工作制和短时工作制三种。对于长时间阀门开通只有短时
29、关闭的情况，宜选用常开电磁阀。工作频率：动作频率要求高时，结构应优选直动式电磁阀，电源优选交流。动作可靠性：对可靠性要求却很高，如消防、紧急保护等。喷头介绍：喷头用于将水分散成水滴，如同降雨一般比较均匀地喷洒在作物种植区域。三本系统主要硬件电路设计3.1系统的工作原理湿度传感器采集到湿度信息，通过变换器，转化为电信号，A/D转换器将模拟电信号转化为离散信号，传给单片机。单片机软件系统根据事先的设定值对采集的信息进行处理，输出离散的控制信号。D/A转换器将离散的控制信号转化为模拟电量。通过模拟电量来控制阀门的动作，从而实现自动控制。系统原理框如图3-1：图-系统原理图通过湿度传感器采集湿度信息，
30、经放大器放大后送到A/D转换器。A/D转换器将连续的模拟量转化为单片机能接受的离散的数字量。单片机收到流量信号后，在控制系统软件的作用下，发出相应的执行命令给进电机。进行控制。3.2单片机主系统电路AT89C51内部自带2K字节可编程FLASH存储器的低电压以及高性能COMS八位微处理器，与Intel MCS-51系列单片机的指令和输出管脚兼容。由于将多功能八位CPU和闪速存储器结合在单个芯片中所以 AT89C51构成的单片机系统具有结构简单、造价低廉、效率高的特点，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比，AT89C51RC片内总共有512字节的用
31、户数据区，而256字节的内部扩展数据区需通过清SFR(8EH)的位1并用MOVX指令访问，片内置通用8位中央处理器和FlASH存储单元，另一个256BytesRAM区与ATMEL之AT89系列8052兼容的单片机是一致的，AT89C51RC结合通用的8位微处理器和Flash存储技术构成功能强大单片微处理器，可提供许多高性能低价位的系统控制应用场合。图3-2 A/D信号变换图CPU的P0口是地址数据复用总线，由锁存器373锁存低8位地址，经译码器译码产生地址为F0H的输出信号作为ADC0809的选通信号，从传感器送来的模拟信号经ADC0809转换为数字信号，对F0H地址的写操作启动A/D转换，然
32、后查询EOC结束信号，直到EOC输出高电平表示A/D转换结束，CPU通过对F0H地址的读操作读取转换结果，CPU经过数据处理后发出控制命令给电机系统，控制发动电机系统抽水打开阀门进行灌溉，传感器不断传送土壤的湿度值给单片机，当土壤湿度值达到了预定设的湿度指数，发出信号关闭阀门停止灌溉。传感器每隔一定时间便给单片机传送土壤湿度值，一但未到到预设的湿度，不适合农作物生长的条件下，主机系统便开始循环自动灌溉。3.3时钟电路单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操时间基准，时钟信号通常有两种电路形式:内部振荡和外部振荡。51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚XTALl和XTAL2
33、分别是此放大电器的输入端和输出端，由于采用内部方式时，电路简单，所得的时钟信号稳定，实际使用中常采用这种方式，如图3-3所示在其外接晶体振荡器(晶振)或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式，片内高增益反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。外接晶体以及电容C2和C1构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为30P左右，晶振频率选6MHz 。图3-3 时钟电路3.4 数据存储器的扩展电路AT89C51单片机外接数据RAM时，P2口输出存储器地址的高8位，PO口分时输出地址的低8位和传送指令字节或数据。PO口先输出低8位地址信号，
34、在ALE有效时将它锁存到外部地址锁存器中，然后PO口作为数据总线使用，地址锁存器选用74LS373.C51 单片机的系统存储器结构及存储器的编址方法 :3.数据采集处理电路ADC0809是一种8位逐次逼近式A/D转换器，内部具有锁存控制的8路模拟开关，外接8路模拟输入端，可同时对8路0-5V的输入模拟电压信号分时进行采集转换，本系统只用到INO和INl两路输入通道。ADC0809转换器的分辨率为8位，采用单一+5V供电，功耗为15mW,不必进行零点和满度调整。由于ADC0809转换器的输出数据寄存器具有可控的三态输出功能，输出具有TTL三态锁存缓冲器，故其8位数据输出引脚可直接与数据总线相连。
35、A/D转换器需外部控制启动转换信号方能进行转换，由CPU提供这一启动转换信号，对启动转换信号的要求不同，A/D转换器型号也不同，有脉冲启动和电平启动两种，ADC0809采用脉冲启动转换，只需给A/D转换器的启动控制转换的输入引脚(START)加入正脉冲信号，就可以启动A/D转换器进行转换。转换开始后，转换结束信号输出端(EOC)信号变低，转换结束时，EOC返回高电平，以通知主机读取转换结果的数字量，这个信号可以作为A/D转换器的状态信号供查询，也可以用作中断请求信号。本系统中ADC0809与AT89C51单片机的接口如图3-2所示，采用等待延时方式。ADC0809的时钟频率范围要求在10-12
36、80kHz , AT89C51单片机的ALE脚的频率是单片机时钟频率的1/6，因此当单片机的时钟频率采用6MHz,ADC0809输入时钟频率为1MHz，发生启动脉冲后需延时100Us才可读取A/D转换数据。ADC0809的8位数据输出引脚可直接与数据总线相连，地址译码引脚A, B, C分别与74LS373的A, B, C相连，以选通INO- IN7中的一个通道。AT89C51的p 2.6作为片选信号，在启动AM转换时，由单片机的写信号控制ADC的地址锁存和转换启动。由于ALE与START连在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同时也启动转换，在读取转换结果时，用单片机的读信号。引脚一级或非
37、门产生的正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。3.LED显示系统电路微机测控系统中常用的测量数据的显示器有发光二极管显示器(LED)和液晶显示器(LCD)。这两种显示器都具有线路简单、耗电少、成本低、寿命长等优点。数码管有共阴共阳之分，本系统采用8段共阴型LED，每位数码管内部有8个发光二极管，公共端由8个发光二极管的阴极并接，正常显示时公共端接低电平(GND)，各发光二极管是否点亮取决于各引脚上是否是高电平。数码管有两种工作方式：静态显示方式和动态扫描显示方式。为了节省端口降低功耗，本系统采用动态扫描显示方式。这种连接方式由于多位字段线连在一起，因此，要想显示不同的内容必然要采取轮流显
38、示的方式，即在某一瞬间，只让其中的某一位的字位线处于选通状态，其它各位的字位线处于断开状态，同时字段线上输出这一位相应要显示字符的字段码。在这一瞬时，只有这一位在显示，其他几位为暗。本系统中字位线的选通与否是通过PNP三极管的导通与截止来控制，即三极管处于“开头”状态。在单片机系统中，LED和键盘是两种很重要外设。键盘用于输入数据、代码和命令；LED用来显示控制过程和运算结果。LED数码显示管分为共阴和共阳两种。为共阴八段LED管时，所有发光二极管阴极共连后接到引脚G，G脚为控制端，用于控制LED是否点亮。若G脚接地，则 LED被点亮；若G脚TTL高电平，则它被熄灭。当共阳八段LED数码显示管
39、时，所有发光二极管阳极共连后接到G脚。正常显示时G脚接+5V，各发光二极管是否点亮取决于各引脚上是否是低电平0伏。因此，共阴和共阳所需字形码正好相反，如表3-1所列。静态显示的特点是各LED管能稳定地同时显示各自字形；动态显示是指各LED轮流一遍一遍显示各自字符，人们因视觉惰性而看到的是各LED似乎在同时显示不同字形。表 3-1 八段LED数码显示管字型码表地址偏移量共阴字形码共阳字形码所显字符SGTB+0H3FHC0H0+1H06HF9H1+2H5BHA4H2+3H4FHB0H3+4H66H99H4+5H6DH92H5+6H7DH82H6+7H07HF8H7+8H7FH80H8+9H6FH9
40、0H9+AH77H88HA+BH7CH83Hb+CH39HC6HC+DH5EHA1Hd+EH79H86HE+FH71H8EHF+10H00HFFH空格+11HF3H0CHP+12H76H89HH+13H80H7FH+14H40HBFH（1）静态显示在单片机应用系统中，常采用MC14495芯片作为LED的静态显示接口，它可以和LED显示器直接连接。MC14495芯片是由4位锁存器、地址译码器和笔段ROM阵列以及带有限流电阻的驱动电路（输出电流为10mA）等三部分电路组成。A、B、C、D为二进制码或BCD码输入端；LE为锁存控制端，LE为低电平时可以输入数据。LE为高电平时锁存输入数据，h+I为输
41、入数据大于等于10指示位，若输入数据大于或等于10，则h+I输出高电平，否则输出为低电平；VCR为输入等于15指示位，若输入数据等于15，则VCR输出高电平，否则为高阻状态。MC14495芯片的作用是输入被显字符的二进制码或BCD码，并把它自动转换成相应字形码，送给LED显示。（2）动态显示为了减少硬件开锁，提高系统可靠性和降低成本，单片机控制系统通常采用动态扫描显示。图中，B口和所有LED的a、b、c、d、e、f、g、SP引线相连，各LED控制端G和8155C口相连，故B口为字形口和C口为字位口，因为CPU可以通过C口控制各LED是否点亮。从表3-4可以很容易看出8155的端口地址分配如下：
42、8000H 命令/状态口8001H A口8002H B口（字形口）8003H C口（字位口）8004H 定时器低8位口8005H 定时器高8位口8000HFFFFH 8155I/O重叠地址区8000H00FFH 8155 RAM 基本地址区8000H7FFFH 8155 RAM 重叠地址区动态显示采用软件法把欲显示十六进制数或BCD码转换为相应字形码，故它通常需要在RAM区建立一个显示缓冲区。显示缓冲区内包含的存储单元个数常和系统中LED显示器个数相等。显示缓冲区的起始地址很重要，它决定了显示缓冲区在RAM中的位置。显示缓冲区中每个存储单元用于存放相应LED显示器欲显示的字形码地址偏移量，故C
43、PU可以根据这个地址偏移量通过查字形码表来找出所需显示字符的字形码，以便送到字形口显示。当显示器位数较少时，采用静态显示的方法比较好。若位数较多，采用静态显示所需的I/O太多，一般采用动态显示方法。因此本课题采用动态的显示方式。图3-4 LED与8155的连接图四 系统的软件设计系统软件程序设计主要包括:主程序设计，采样子程序设计，数据处理程序，显示子程序，串口通信程序等。各芯片地址编码为:RAM6116: OFOOOH-OF7FFH 81551/0口:7FF8H - 7FFDHADC0809: OBFF8H-OBFFFH4.1 系统主程序设计 图- 主程序流程图ADTURNO EQU 21H
44、 ;INO通道A/D转换数据存放首址ADTURN1 EQU 2CH ;IN1通道A/D转换数据存放首址LINEADRO EQU 36H ;1N0采集数据经滤波处理数据存放地址LINEADR1 EQU 37H ;INl采集数据经滤波处理数据存放地址LINEADR EQU 38H ;平均值存放地址HUMID EQU 3BH ;标度变换后的湿度值存放地址BCDADR EQU 3CH ;BCD转换后的湿度值存放地址HUMADR EQU 3DH ;湿度值存放地址T100US EQU 256-50 ;延时参数Cl00US EQU 3FHSHOWADR EQU 40H ;显示区数据存放首址ORG OOOOH
45、SJMP STARTORG OOOBH ;定时器0中断服务程序入口Limp TOINTORG 0023H ;串行I/O中断服务程序入口Limp SERVEORG 0050HSTART: MOV SP #50H ;设置堆栈MOV HUMADR #OFFHSETB OD3H ;选中寄存器3SETS OD4HMOV R0 #HUMADRCLR OD3H ;选中寄存器0CLR OD4HMOV TMOD #22H;主程序初始化MOV TH1 #OF3HMOV TLl #OF3HMOV SCON #50HMOV PCON #80HMOV DPTR #7FF8HMOV A #4DHMOVX DPTR ASETB TR1SETB EASETB ESRUN: LCALL AD;调用A/D转换子程序LCALL TURN;调用湿度转换子程序MOV A HUMID;将湿度值送往单片机MOV SBUF ALCALL TWOSEC;延时等待MOV A HUMIDCJNE A HUMADR COMP; 检测到的湿度值大于预设湿度值时循环采样，否则灌溉DONE: CLR P1.1LCALL RAIN;进行灌溉LCALL TIMEORL P1 #02HLCALL TWMIN;灌水结束等