数字温湿度计—测量电路设计.docx

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1、最好的沉淀整理1 绪论1.1 本课题国内外发展现状随着微型计算机和传感器技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，仓库的温度和湿度自动监测控制方面的研究有了明显的进展。美国、日本的仓库监测设施近 20 年来发展很快，他们结合本国条件做出了具有创新特色的成就，其中仓库环境调控技术均有较高水平，但其监控设备价格昂贵。我国近年引进了多达 16 个国家和地区的仓库环境控制系统，对吸收国外先进经验、 推动仓库温度湿度自动检测产生了积极的作用，但多因能耗过大，造价高，品种未能配套，未能达到很好的效果。中国的仓库环境综合控制系统必须走适合中国国情的发展道路，在引进、消化、 吸收国内外先进技术和科学管理的基

2、础上， 进行总结提高、集成创新、超前示范，既开发适宜我国经济发展水平，又能满足不同气候条件，接近或达到世界先进水平的智能化仓库监测系统。在专用品种、综合配套技术、贮运营销上，应该研制具有中国知识产权的产品和技术。随着现代科技的发展，电子计算机已用于控制仓库环境。控制系统由中央控制装置、终端控制设备、传感器等组成。先编制出仓库存放粮食最优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、修正各仓库的参数，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，实现粮食仓库的环境调节。该种系统可以达到自动

3、控制降温、除湿、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仓库温度。1.2 选题背景及意义温度和湿度的测量和控制是许多行业的重要工作目标之一，不论是粮食仓库、中药材仓库，还是图书保存，都需要有规定的温度和湿度，然而温度和湿度却是最不易保障的指标，针对这一情况，研制可靠且实用的温度和湿度检测与控制系统就显得非常重要。4随着工业的发展，需要对温湿度控制的场合越来越多。对粮仓而言，温湿度的高低对粮食的质量影响很大，温湿度过高会使粮食变质，湿度过大会使霉菌和害虫滋生。由于温湿度的检测控制不当，可能使我们导致无法估计的经济损失。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强粮仓内温度与湿

4、度的监测工作，但传统的方法是用湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。5 61.3 本次设计的主要内容及参数要求1.3.1 基本功能主要实现检测温度、湿度的检测，将温度湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成电信号，再运用单片机进行数据的分析和处理。为显示和报警电路提供信号。1.3.2 主要技术参数温度检测范围 ：-30-+100 测量精度 ： 0.5湿度检测范围 ：1%-10

5、0%RH检测精度 ： 1%RH2重 庆 理 工 大 学 毕 业 论 文数字温湿度计测量电路设计2 系统方案的设计和比较本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号，和 A/D 模拟数字转换芯片的性能，以单片机为核心的一套检测系统，其中包括 A/D 转换、单片机、温度检测、湿度检测、显示、系统软件等部分的设计。温度检测多路开关A/D 转换单片机显示电路湿度检测多路开关报警电路图 2-1 系统总体框图本设计由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的。7 信号采集 由温度传感器、湿度传感器及多路开关组成； 信号分析 由 A/D 转换器、单片机基本系统组成；信号处理 由

6、串行口 LED 显示器和报警系统等组成。2.1 系统总体方案的选择方案 1：基于 MCS-51 系列单片机嵌入式系统的温湿度检测控制系统该系统由温度传感器、湿度传感器、8031 嵌入式系统、加热设备、加湿设备几部分组成。结构原理框图如图 2-2 所示。8 通过温度传感器和湿度传感器测量温室内的温湿度经过 AD 转换送入 8031 进行处理，测量结果通过显示电路进行显示。3键盘传感器现特场输入/输出RAM定接口A/D转换传处理单元感器显示电路电源图 2-2 系统结构原理图方案 2：基于 MSP430F1232 单片机的温湿度检测系统设计9本方案采用分别设计温度和湿度采样电路如图 2-3 所示，将

7、集成温度传感器采集得到的电流信号和湿度传感器采集到的电压信号转换为给定范围内的电压信号。然后由 MSP430F1232 单片机的 AD 采样端口将该电压信号读入，如果温度小于门限值或者湿 度 大 于 门 限 值 就 给 出 报 警 信 号 ， 门 限 值 可 以 通 过 按 键 进 行 设 定 。传感器传感器EPROM信号调理电路MSP430F1232键 盘 和LED 显示正常或告警指示电路通讯模块图 2-3 系统总体结构图方案 1 MCS-51 单片机是美国 INTE 公司于 1980 年推出的产品，与MCS-48 单片机4重 庆 理 工 大 学 毕 业 论 文数字温湿度计测量电路设计相比，

8、它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令, MCS-51 具有比较大的寻址空间，地址线宽达 16 条，同时具备对 I/O 口的访问能力。由于 MCS-51 集成了几乎完善的 8 位中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，这给应用提供了极大的便利。并且 MCS-51 的开发环境要求较低，软件资源十分丰富，介绍其功能特性书籍和开发软件随处可取，在众多的单片机品种中，C51 的环境资源是最丰富的。作为MCS-51 单片机一个型号的 8031 片内没有程序存储器，外部扩展一片或多片含用户程序的 EPROM 后，就相当于一片 8751， 因而使用方便

9、灵活，加之价格低廉，目前是应用最广的机型。方案 2 温湿度检测电路比较繁琐实现起来比较困难，并且 MSP430F1232 系列单片机成本比较高，实现比较困难。综合比较方案 1 系统工作稳定，性能良好，基本符合设计要求。2.2 传感器的选择方案2.2.1 温度传感器的选择方案 1：采用热电阻温度传感器。热电阻传感器的电阻与温度之间具有优异的线性和稳定性。这类传感器主要用于要求高精度、经久耐用和长斯稳定性的工业环境中。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻，铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强， 易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度

10、系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。方案 2：采用 AD590 温度传感器，它的测温范围在-55+150之间，而且精度高。M 档在测温范围内非线形误差为0.3。AD590 可以承受 44V 正向电压和 20V 反向电压，因而器件反接也不会损坏，使用可靠。它只需直流电源就能工作，而且， 无需进行线性校正，所以使用也非常方便，接口也很简单。作为电流输出型传感器的一个特点是，和电压输出型相比，它有很强的抗外界干扰能力，AD590 的测量信号可远传百余米。综合比较方案 1 与方案 2，方案 2 更为适合于本设计系统对于温度传感器的选择。102.2.2 湿度传感器的选择方案 1：采用 HO

11、S-201 湿敏传感器。HOS-201 湿敏传感器为高湿度开关传感器， 它的工作电压为交流 1V 以下，频率为 50HZ1KHZ，测量湿度范围为 0100%RH，工作温度范围为 050，阻抗在 75%RH（25）时为 1M。这种传感器原是用于开关的传感器，不能在宽频带范围内检测湿度，因此，主要用于判断规定值以上或以下的5湿度电平。然而，这种传感器只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。方案 2：采用HM1500 湿度传感器。线性电压输出式集成湿度传感器HM1500 采用获得专利的湿敏电容 HS1101 设计制造，其湿度测量范围为 599(相对湿度)； 相对湿度精度为 3；

12、工作温度为-30+60；工作湿度范围为 0100(相对湿度)；供电电压为 5V(最大电压 DC16V)；可输出DC 电压为 14 V；响应时间为 5s，适用于工业级场合。方案 3：采用 HS1100/HS1101 湿度传感器。HS1100/HS1101 电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。具有完全互换性，高可靠性和长期稳定性，响应时间快速，专门设计的固态聚合物结构，由顶端接触（HS1100）和侧面接触（HS1101）两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。相对湿度在1%-100%RH 范围内

13、；电容量由 16pF 变到 200pF，其误差不大于2%RH；响应时间小于5S；温度系数为 0.04 pF/，可见精度是较高的。11综合比较方案一，方案二和方案三，方案一虽然满足精度及测量湿度范围的要求， 但其只限于一定范围内使用时具有良好的线性，其工作电压为交流 1V 以下，实现叫困难，而且还不能在系统要求的温度条件下工作，方案二测量精度不符合设计系统要求。因此，我们选择方案三来作为本设计的湿度传感器。2.3 信号采集通道的选择 1213在本设计系统中，温度输入信号为多路的模拟信号，这就需要多通道结构。方案 1、采用多路并行模拟量输入通道这种结构的模拟量通道特点为：(1) 可以根据各输入量测

14、量的要求选择不同性能档次的器件。(2) 硬件复杂，故障率高。(3) 软件简单，各通道可以独立编程。 方案 2、采用多路分时的模拟量输入通道这种结构的模拟量通道特点为：(1) 对信号保持和 A/D 转换器要求较高。(2) 处理速度慢。6重 庆 理 工 大 学 毕 业 论 文数字温湿度计测量电路设计(3) 硬件简单，成本低。(4) 软件比较复杂。信号调理电路采样保持器A/D 转换器接口CPU综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于模拟量输入的要求，比较其框图，方案二更具备硬件简单的突出优点，所以选择方案二作为信号的输入通道。信号调理电路采样保持器A/D 转换器接口.信号调理电路采样保

15、持器A/D 转换器接口图 2-4 多路并行模拟量输入通道7信号调理电路多信号调理电路路切信号保持器A/D 转换器接口CPU.换器信号调理电路图 2-5 多路分时的模拟量输入通道8数字温湿度计测量电路设计3 系统硬件设计重 庆 理 工 大 学 毕 业 论 文3.1 信号采集电路的设计3.1.1 温度信号采集3.1.1.1 温度传感器主要特性14AD590 温度传感器是电流型温度传感器，通过对温度的测量可得到所需要的电流值。根据特性分挡，AD590 的后缀以 I，J，K，L，M 表示。AD590L，AD590M 一般用于精密温度测量电路，它采用金属壳 3 脚封装，其中 1 脚为电源正端 V；2 脚

16、为电流输出端 I0；3 脚为管壳，一般不用。1、流过器件的电流（ mA ）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即： ITT = 1mA K 式中： IT 流过器件（ AD590）的电流，单位 mA 。T热力学温度，单位 K。2、 AD590 的测温范围-55+150。3、 AD590 的电源电压范围为 4V-30V。电源电压可在 4V-6V 范围变化，电流I 变T化 1 mA ，相当于温度变化 1K。AD590 可以承受 44V 正向电压和 20V 反向电压，因而器件反接也不会损坏。4、输出电阻为 710M。5、精度高。AD590 共有 I、J、K、L、M 五档，其中 M 档精度最高，

17、在-55+150 范围内，非线形误差0.3。3.1.1.2 温度测量电路1516图 3-1 是 AD590 用于测量热力学温度的基本电路。在被测温度一定时，AD590 相当于一个恒流源，把它和 530V 的直流电源相连，并在输出端串接一个 40k 的恒值电阻，那么，此电阻上流过的电流将和被测温度成正比，此时电阻两端将会有 1mV/K的电压信号。因为流过传感器的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R 的2电阻之和为 40k时，输出电压V0随温度的变化为 1mV/K。但由于AD590 的增益有偏差，电阻也有偏差，因此应对电路进行调整，调整的方法为：把AD590 放于冰水混合物中，调整电位器R

18、，使V20=273.2+25=298.2（mV）。但这样调整只保证在 0或 25附近有较高的精度。9R1R3AD58136K10KR292K3100KR4U12A6R51727KLF355AD59021+15VVo图 3-1AD590 应用电路-15如图 3-1 所示，电位器R2用于调整零点，R4用于调整运放 LF355 的增益。调整方法如下：在0时调整R2，使输出V0=0，然后在100时调整R 使V40=100mV。如此反复调整多次，直至 0时， V0=0mV，100时V0=100mV 为止。最后在室温下进行校验。例如，若室温为 25，那么V0应为 25mV。冰水混合物是 0环境，沸水为10

19、0环境。3.1.1.3 温度多路检测信号的实现17本设计系统为八路的温度信号采集，而 MC14433 仅为一路输入，故采用 CD4051 组成多路分时的模拟量信号采集电路，其硬件接口如图 3-2 所示+15VAD58136K10K92K3100KU12A61727KLF355AD59021+15V-15八路温度检测131415121524U9X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7XAD58136K10K92K3100KU12A66111091INH AB C7727KLF355VEE+5VCD4051AD590213-15图 3-2 八路分时的模拟量信号采集电路硬件接口10重 庆 理

20、工 大 学 毕 业 论 文数字温湿度计测量电路设计3.1.2 湿度信号的采集3.1.2.1 湿度传感器的主要特性HS1100/HS1101 电容传感器具有完全互换性，高可靠性和长期稳定性，响应时间快速的特点，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。其测量的范围相对湿度在 1%-100%RH 内，电容量由 16pF 变到 200pF，其误差不大于2%RH，响应时间小于 5S；温度系数为 0.04 pF/。可见精度是较高的。143.1.2.2 湿度测量电路HS1100/HS1101 电容传感器在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大

21、而增大。将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号，常有两种方法：一是将该湿敏电容置于桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再 A/D 转换为数字信号；另一种是将该湿敏电容置于 555 振荡电路中， 将电容值的变化转为与之成反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集。18频率输出的 555 测量振荡电路如图 3-3 所示。集成定时器 555 芯片外接电阻R 、4R 与湿敏电容 C，构成了对湿敏电容 C 的充电回路。7 端通过芯片内部的晶体管对地2短路又构成了对湿敏电容 C 的放电回路，并将引脚 2、6 端相连引入到片内比较器，便成为一个典型的多谐振荡器，即方波发生器。另外，

22、 R 是防止输出短路的保护电3阻， R 用于平衡温度系数。191R484RC10KU8Q3R1CV1K2TRIGDIS7D5CVoltNGTHR6R2 10KR3 100K5551HS1100图 3-3 频率输出的 555 振荡电路11该振荡电路两个暂稳态的交替过程如下：首先电源Vcc 通过R 、R42向湿敏电容C 充电，经充电时间后，Uc 达到芯片内比较器的高触发电平，此时输出引脚 3 端由高电平突降为低电平，然后通过R2放电，经放电时间后，Uc 下降到比较器的低触发电平，此时输出引脚3 端又由低电平突降为高电平，如此翻来覆去，形成方波输出。其中，充放电时间为T=C( R + R充电42)l

23、n2T=C R放电2ln2因而，输出的方波频率为f=1/( T充电+ T)=1/C( R放电4+2 R2)ln2可见，空气湿度通过555 测量电路就转变为与之呈反比的频率信号，表3-1 给出了其中的一组典型测试值。表 3-1、空气湿度与电压频率的典型值湿度频率湿度频率%RHHZ%RHHZ0735160660010722470646820710080633030697690616840685310060335067283.1.2.3 湿度多路检测信号的实现17本设计系统为八路的湿度信号采集，故采用 CD4051 组成多路分时的模拟量信号采集电路，其硬件接口如图 3-4 所示12重 庆 理 工 大

24、 学 毕 业 论 文R484RCC10KU8Q3R1V1K2TRIGDIS7D5CVolt GNR2 10KTHR6R3 100K5551HS1100八路湿度检测131415121524U9X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7X3R4810KU861110943R1INH AB C1K727+5VVEECD405156R2 10KR3 100K5551HS1100数字温湿度计测量电路设计RC CVQTRIGDISCVoltD NGTHR图 3-4 八路分时的模拟量信号采集电路硬件接口3.1.3 多路开关 CD4051 20多路开关，又称“多路模拟转换器”。多路开关通常有 n 个模拟量

25、输入通道和一个公共的模拟输出端，并通过地址线上不同的地址信号把 n 个通道中任一通道输入的模拟信号输出，实现有 n 线到一线的接通功能。反之，当模拟信号有公共输出端输入时 ，作为信号分离器，实现了 1 线到 n 线的分离功能。因此，多路开关通常是一种具有双向能力的器件。在本设计中，由于采用了温湿度双量控制，所以在信号采集中将有两个模拟量被提取，这时选用多路开关就是很必要的。设计中选用的是 CD4051 多路开关，它是一种单片、CMOS、8 通道开关。该芯片由 DTL/TTL- CMOS 电平转换器，带有禁止端的 8 选 1 译码器输入，分别加上控制的 8 个 COMS 模拟开关组成。CD405

26、1 的内部原理框图如图 3-5 所示。1316XCOM11A10电B有禁止控制的9平8C1选译转码器换6INH78Vdd01234567VssVcc图 3-5 CD4051 的内部原理框图图中功能如下：通道线 IN/OUT（4、2、5、1、12、15、14、13）：该组引脚作为输入时，可实现 8 选 1 功能，作为输出时，可实现 1 分 8 功能。XCOM（3）：该引脚作为输出时，则为公共输出端；作为输入时，则为输入端。A、B、C（11、10、9）：地址引脚 INH（6）：禁止输入引脚。若 INH 为高电平，则为禁止各通道和输出端 OUT/IN 接至；若 INH 为低电平，则允许各通道按表 3

27、-2 关系和输出段 OUT/IN 接通。VDD（16）和 VSS（8）： VDD 为正电源输入端，极限值为 17V；VSS 为负电源输入端，极限值为-17V。VGG（7）；电平转换器电源，通常接+5V 或-5V。CD4051 作为 8 选 1 功能时，若 A、B、C 均为逻辑“0”（INH=0），则地址码 00013 经译码后使输出端 OUT/IN 和通道 0 接通。其它情况下，输出端 OUT/IN 输出端 OUT/IN 和各通道的接通关系如下14数字温湿度计测量电路设计表3-2重 庆 理 工 大 学 毕 业 论 文输入状态接通输入状态接通ICBA通道ICBA通道NH00000NH010150

28、0011011060010201117001131XXX均不显示010043.2 信号分析与处理电路的设计3.2.1 A/D 转换3.2.1.1 A/D 转换器的特点为了把温度、湿度检测电路测出的模拟信号转换成数字量送 CPU 处理，本系统选用了双积分 A/D 转换器 MC14433，它精度高，分辨率达 1/1999。由于 MC14433 只有一路输入，而本系统检测的多路温度与湿度信号输入，故选用多路选择电子开关， 可输入多路模拟量。由于双积分方法二次积分时间比较长，所以 A/D 转换速度慢，但精度可以做得比较高；对周期信号变化的干扰信号积分为零，抗干扰性能也比较好。目前，国内外双积分 A/D

29、 转换器集成电路芯片很多，大部分是用于数字测量仪器上。常用的有 3.5 位双积分 A/D 装换器 MC14433 和 4.5 位双积分 A/D 转换器ICL7135。213.2.1.2 MC14433A/D 转换器件简介13MC14433 是三位半双积分型的 A/D 转换器，具有精度高，抗干扰性能好的优点， 其缺点是转换速率低，约 110 次/秒。在不要求高速转换的场合，例如，在低速数据采集系统中，被广泛采用。MC14433A/D 转换器与国内产品 5G14433 完全相同， 可以互换。MC14433A/D 转换器的被转换电压量程为 199.9mV 或 1.999V。转换完的数据以BCD 码的

30、形式分四次送出（最高位输出内容特殊，详见表 3-3）。1523910V REF VX DUCLKI45678R IN R,C IN C IN CO1CO2Q0 Q1 Q2 Q3 DS1 DS2 DS3 DS4 EOC ORCLKO2021222319181716141511U11MC14433P (24)图 3-6MC14433 引脚图MC14433 引脚（图 3-6）功能说明各引脚的功能如下：电 源 及 共 地 端 VAG：模拟地端。VSS：数字地端。VR：基准电压。外界电阻及电容端RIN：积分电阻输入端，VX=2V 时，R1=470K；VX=200Mv 时，R1=27K。CIN： 积分电容

31、输入端。C 一般为 0.1F。CO1、CO2：外界补偿电容端，电容取值约 0.1F。R1/C1N：R1 与 C1 的公共端。CLKI、CLKO ：外界振荡器时钟调节电阻Rc，Rc 一般取 470 K 左右。转换启动/结束信号端EOC：转换结束信号输出端，正脉冲有效。DU：启动新的转换，若 DU 与 EOC 相连， 每当 A/D 转换结束后，自动启动新的转换。过量程信号输出端OR ：当|Vx|VR，过量程/OR 输出低电平。位选通控制线DS4-DS1：选择个、十、百、千位，正脉冲有效。DS1 对应千位，DS4 对应个位。每个选通脉冲宽度为 18 个时钟周期，两个相应脉冲之间间隔为 2 个时钟周期

32、。BCD 码输出线Q0-Q3：BCD 码输出线。其中Q0 为最低位，Q3 为最高位。当DS2、DS3 和 DS4 选通16重 庆 理 工 大 学 毕 业 论 文数字温湿度计测量电路设计期间，输出三位完整的BCD 码数，但在DS1 选通期间，输出端Q0-Q3 除了表示个位的 0 或 1 外，还表示了转化值的正负极性和欠量程还是过量程其含意见表 3-3表 3-3、DS1 选通时 Q3Q0 表示的结果Q3Q2Q1Q0表示结果1XX0千位数为 00XX0千位数为 1X1X0结果为正X0X0结果为负0XX1输入过量程1XX1输入欠量程由表可知 Q3 表示 1/2 位，Q3=“0”对应 1，反之对应 0。

33、Q2 表示极性，Q2=“1”为正极性，反之为负极性。Q0=“1”表示超量程：当Q3=“0”时，表示过量程；当Q3=“1”时， 表示欠量程；3.2.1.3 MC14433 与 8031 单片机的接口设计由于 MC14433 的 A/D 转换结果是动态分时输出的 BCD 码，Q0Q3HE DS1 DS4 都不是总线式的。因此，MCS-51 单片机只能通过并行 I/O 接口或扩展 I/O 接口与其相连。22 对于 8031 单片机的应用系统来说，MC14433 可以直接和其 P1 口或扩展 I/O 口 8155/8255 相连。下面是 MC14433 与 8031 单片机 P1 口直接相连的硬件接口

34、，接口电路如图 3-7 所示2317+5VU1123V REF9 VX10 DUCLKI300K470K0.1uF456780.1uFR IN R,C IN C IN CO1 CO2MC14433P (24)Q0 Q1 Q2 Q3 DS1 DS2 DS3 DS4 EOC ORCLKO2021222319181716141511803112P103P114P125P136P147P158P16P17P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P07321312INT1 INT01514T1 T031EA/VP21222324252627281918P20 P21 P22

35、 P23 P24 P25 P26 P27X1 X29RESET1716RDWRRXD10TXD11ALE/P30PSEN29图 3-7MC14433 与 8031 单片机 P1 口直接相连的硬件接口80313.2.2 单片机 8031为了设计此系统，本设计采用了 8031 单片机作为控制芯片，在前向通道中是一个非电信号的电量采集过程。它由传感器采集非电信号，从传感器出来经过功率放大过程，使信号放大，再经过模/数转换成为计算机能识别的数字信号，再送入计算机系统的相应端口。由于 8031 中无片内 ROM，且数据存储器也不能满足要求，经扩展2762 和 6264 来达到存储器的要求。3.2.2.1

36、 8031 的片内结构24258031 是有 8 个部件组成，即 CPU，时钟电路，数据存储器，并行口（P0P3） 串行口，定时计数器和中断系统，它们均由单一总线连接并被集成在一块半导体芯片上，即组成了单片微型计算机，18重 庆 理 工 大 学 毕 业 论 文数字温湿度计测量电路设计程序存储器数据存储器定时计数器8031单片机数据总线地址总线时钟控制总线并行 I/O 口串行通信口中断系统图 3-8 8031 基本组成CPU 中央处理器：中央处理器是 8031 的核心，它的功能是产生控制信号，把数据从存储器或输入口送到 CPU 或 CPU 数据写入存储器或送到输出端口。还可以对数据进行逻辑和算术

37、的运算。时钟电路：8031 内部有一个频率最大为 12MHZ 的时钟电路，它为单片机产生时钟序列，需要外接石英晶体做振荡器和微调电容。内存：内部存储器可分做程序存储器和数据存储器，但在 8031 中无片内程序存储器 。定时/计数器：8031 有两个 16 位的定时/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成定时的方式和计数的方式，但只能用其中的一个功能，以定时或计数结果对计算机进行控制。并行 I/O 口：MCS-51 有四个 8 位的并行 I/O 口，P0，P1，P2，P3，以实现数据的并行输出。串行口：它有一个全双工的串行口，它可以实现计算机间或单片机同其它外设之间的通信，该并行口功能较强，可以

38、做为全双工异步通讯的收发器也可以作为同步移位器用。 中断控制系统：8031 有五个中断源，既外部中断两个，定时计数中断两个，串行中断一个，全部的中断分为高和低的两个输出级。193.2.2.2 8031 的引脚介绍2412345678P10 P11 P12 P13 P14 P15P16 P17P00 P01 P02 P03 P04 P05P06 P07393837363534333213INT112INT015T114T031EA/VP1918P20 P21 P22 P23 P24 P25P26 P272122232425262728X1 X29RESET1716RD WRRXD TXD ALE

39、/P PSEN10113029803180313-98031 引脚图8031 采用 40 管脚双列直插 DIP 封装，引脚说明如下：X1（19 引脚），它是一个反向放大器的输入端，该放大器构成了片内的震荡器，可以提供单片机的时钟信号，该引脚也是可以接外部的晶振的一个引脚，如采用外部振荡器时，对于 8031 而言此引脚应该接地。X2（18 引脚），接至上述振荡器的反向输入端，当采用外部振荡器时， 对 MCS51系列该引脚接收外部震荡信号，即把该信号直接接到内部时钟的输入端。RESET（9 引脚）在振荡器运行时，在此引脚加上两个机器周期的电平将单片机复位，复位后应使此引脚电平保持不高于 0.5V

40、的低电平以保证 8031 正常工作。在掉电时，此引脚接备用电源 VDD，以保持 RAM 数据不丢失，当 VCC 低于规定的值时， 而 VPD 在其规定的电压范围内时，VPD 就向内部数据存储器提供备用电源。ALE/PROG（30 引脚）当 8031 访问外部存储器时，包括数据存储器和程序存储器，ALE9 地址锁存允许 0 输入的脉冲的下沿用于锁存 16 位地址的低 8 位，在不访问外部存储器的时候，ALE 仍有两个周期的正脉冲输出，其频率为振荡器的频率的1/6，在访问外存储器的是候，在两个周期中，ALE 只出现一次，ALE 断可驱动 8 个LS TTL 负载，对于有片内 EPROM 的而言，在 EPROM 编程期间，此脚用于输入编程脉冲 PROG。20重 庆 理 工 大 学 毕 业 论 文数字温湿度计测量电路设计（29 引脚）此脚输出为 单片机内访问外部程序存储器的读选通信号，在读取外部指令期间， PSEN 非有两次在每个周期有效，在此期间，每当访问外部存储器时，两个有效的 PSEN 非将不再出现，同样这个引脚可驱动 8 个 LSTTL 负载。/VPP（31 引脚）当 保持高