毕业论文设计：基于单片机控制的风速风向的测量(编辑修改稿)

毕业论文设计：基于单片机控制的风速风向的测量(编辑修改稿)内容摘要：

器，并且是以 8031为核心构成的。 所以，它和 8051系列单片机是兼容的。 AT89S52主要性能： ● 8KB可改编程序 Flash存储器（可经受 1000次的写入 /擦除）。 ●全静态工作： 0Hz～ 33MHz。 ● 3级加密程序存储器。 ● 256字节内部 RAM。 ● 32条可编程 I/O线。 ● 3个 16位定时器 /计数器。 ● 8个中断源。 ●全双工 UART串行通道。 ●低功耗空闲和掉电模式 ●掉电后中断可唤醒 ●看门狗定时器 ●双数据指针 ●掉电标识符 对于双列直插封转方式的 AT89S52，其引脚排列如图 : 8 P 1. 0/ T 21P 2. 021P 1. 1/ T 2E X2P 2. 122P 1. 23V C C40P 1. 34P 1. 78P 0. 039P 3. 0/ R X D10P 3. 1/ T X D11P 1. 45P 0. 138P 3. 4/ T 014P 1. 56P 0. 237P 1. 67X T A L 218X T A L 119V S S20P 0. 336R S T / V P D9P 0. 435P 3. 2/ I N T 012P 0. 534P 3. 3/ I N T 113P 0. 633P 3. 5/ T 115P 0. 732P 3. 6/ W R16E A / V P P31P 3. 7/ R D17A L E / P R O G30P S E N29P 2. 728P 2. 223P 2. 627P 2. 324P 2. 526P 2. 425U1A T 89 S 52C10 u fR10kS W P B+5X T A LC30 p fC30 p f 图 单片机电路 AT89S52是一种低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。 片上 Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节 Flash， 256字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位定时器 /计数器，一个 6向量 2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2种软件可 选择节电模式。 空闲模式下， CPU停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 硬件系统的主电路设计 风速风向系统的主电路设计主要有（ 1）系统时钟电路设计；（ 2）系统复位电路设计；（ 3）电源电路设计；  系统时钟电路设计 系统时钟电路的设计如图 ，于时间要求不是很高的系统，只要按图进行设计就能使系统可靠起振，并稳定运行，但由于图中的 C C2 电容起着系统时钟频率微调和稳定的作用，因此， 在实际应用中一定要注意正确选择参数，一般在 5～ 30pF。 系统时钟电路如图 ： 9 12 M H ZX T A LC130 p fC230 p fGNDX T A L 1X T A L 2 图 系统时钟电路  系统复位电路设计 智能系统一般有开关复位和上电复位电路。 复位电路的实现通常有两种方式：即专用监控电路和 RC复位电路。 前者电路实现简单，成本低，但复位可靠性相对较低；后者成本较高，复位可靠性高，尤其是高可靠重复复位。 对于复位要求高的场合，大多采用这种方式。 本系统采用的是 RC复位电路。 RC复位电路的实质是一阶充放电电路，现结合图 31 所示，说明这种复位电路的特点。 系统按键按下时该电路提供有效的复 位信号 RST（高电平），同时电容被短路放电；按键松开时， VCC 对电容充电，充电电流在电阻上， RST 依然为高电平，仍然复位，充电完成后，电容相当于开路， RST为低电平，正常工作。 单片机复位电路如图 ： 图 RC 复位电路 10  电源电路的设计 在整个单片机系统中，电源的设计是需要首先考虑，这决定了系统式采用是单电源方案还是多电源方案，系统的功耗有无特殊规定等。 不同的电源方案决定了整个系统的方案和器件选择。 单片机的电源设计包含 3 个内容，一方面是如何降低电源的功耗。 二是如何设计外围电路和单片机对不 同电源电压的需要，即电源分配方案的选择；三是如何对电源进行管理和监控。 设计电源首先要解决供电电流，估计供电电源的寿命，确定系统的电源结构。 系统的总电流包括器件电流，分立元件电流和漏电流等，消耗电流 I的计算公式为Ｉ＝Ｖ *Ｃ *f(V 为电压， C 为电容， f为频率 )电流的大小主要取决于系统的硬件情况，包括元件耗电，漏电等。 本文的电源设计除主要考虑到系统的供电外还考虑到电源的方便性，所以本文采用的是市电供电方式，解决了电池供电的麻烦，但是市电所带来的问题主要有电压过高且不稳定，市电是交流电，没办法直接使用，所以本文 设计了专用的电源电路，原理如图 ： 交 流 电 源 变 压 器 整 流 电 路 滤 波 电 路 稳 压 电 源 负 载Ut tttUUU 图 电源设计原理图 为了给系统提供可靠的电流，变压器选用 220V12V2A 的变压器，整流采用二极管全桥整流方式，将负向电流整合成正向，为了整流安全，二极管中流过的最大电流应大于流过的平均电流，二极管的反向电压峰值应比二极管在电路中承受的最高反向电压大一倍左右，因此可以选用 2C12D二极管。 滤波电路的电容器较大，所以一般采用电解电容器，其具有极性，选择时还要考虑耐压。 为了给电路提供一个稳定的 电流这里选用国家半导体开发出来的比较成熟的一种线性半导体器件7805，该芯片为正稳压电路 ,TO220封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广，内含过热，过流 ,过载保护电路。 芯片完成对电源的稳压，本文采用了 7805芯片，输出的电压均能满足系统的需要。 7805主要特点： （ 1）输出电流可达 1A （ 2）输出电压 :+ 5V （ 3）过热保护 （ 4）短路保护 电源电路如图 ： 11 T R A N S220V12V1234B R I D G E1 32V VGNDIN OUT7 8 0 51 U F 1 U F5V+1 0 0 U F 图 电源电路图 风速测量的设计 风速传感器 由于风的压力是小于 2KP的，所以要选用一个微压传感器，这 里选用美国的 SMI系列硅微压传感器SM5551001D。 硅微压传感器是当今传感器发展的前沿技术， 硅半导体传感器因其体积小、重量轻、成本低、性能好、易集成等优点得到广泛的应用。 能敏感微小被测量，可制成血压压力传感器。 SMI硅微压传感器是价位低、线性度在 %到 %范围内的硅微压力传感器，最低满量程 (1KPa)被列为超低压力测量范围。 其以硅为材料制成，具有独特的三维结构，采用轻细微机械加工和多次蚀刻制成惠斯通电桥于硅膜片上，当硅片上方受力时产生变形，电阻产生压阻效应而失去电桥平衡，输 出与压力成比例的电信号。 SM5551001D压力传感器是一种将压力转换成电流 /电压的器件，可用于测量压力、位移等物理量。 此压力传感器的量程是 2KP，输入电压是 5V，最大电压时 10V，最大输出电流是 3mA。 它的输出电压是 25mv到 75mv。 SM5551001D特性： 1）无需校准即能提供线性度优于 1%的传感信号，因此是一种性能优越、集成化的单片硅器件。 2）使用了一套专门设计的软件由计算机对传感器作静态和动态仿真，并进一步计算压力传感器芯片的尺寸，使灵敏度和线性度满足预定要求。 在生产方面，官方采用 双板、 CMOS或 EPROM等成功的工艺，从而提高器件的可靠性、增加成品率并降低成本。 信号放大部分 放大器的选择好坏对提高测量精度也十分关键 ， 这里我选用 LM324。 LM324 系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。 与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。 该四放大器可以工作在低到 伏或者高到 32 伏的电源下，静态电流为 MC1741 的静态电流的五分之一。 共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。 它有5 个引出脚，其中 “+” 、 “ ” 为两个信 号输入端， “V+” 、 “V ” 为正、负电源端， “Vo” 为输出端。 两个信号输入端中， Vi（ ）为反相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的位相反； Vi+（ +）为同相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。 LM324 的引脚排 12 列见图。 图 LM324 引脚图 参数描述： 运放类型 :低功率 放大器数目 :4 带宽 : 针脚数 :14 工作温度范围 :0176。 C to +70176。 C 封装类型 :SOIC 3dB带宽增益乘积 : 变化斜率 : 器件标号 :324 器件标记 :LM324AD 增益带宽 : 工作温度最低 :0176。 C 工作温度最高 :70176。 C 放大器类型 :低功耗 温度范围 :商用 电源电压 最大 :32V 电源电压 最小 :3V 芯片标号 :324 表面安装器件 :表面安装 输入偏移电压 最大 :7mV 运放特点 :高增益频率补偿运算 逻辑功能号 :324 额定电源电压 , +:15V LM324的特点： ： 3V32V 13 ：最大 100nA。 放大器 LM324 电路接线如图 所示： +5R310 0kR210 kR110 kVIVO 图 放大器电路 AD 转化器工作原理 ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种 8 位分辨率、双通道 A/D转换芯片。 由于它体积小，兼容性 强，性价比高而深受 单片机 爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。 学习并使用 ADC0832可是使我们了解 A/D 转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。 串行 AD 转换器 ADC0832 的使用单片机控制系统中通常要用到 AD 转换，根据输出格式，常用的 AD转换方式可分为并行 AD 和串行 AD。 并行方式一般在转换后可直接接收，但芯片的引脚比较多；串行方式所用芯片引脚少，封装小，但需要软件处理才能得到所需要的数据。 可是单片机 I/O引脚本来就不多，使用串行器件可以节省 I/O资源。 ADC0832 是８位逐次逼近模数转换器，可 支持两个单端输入通道和一个差分输入通道。 相同功能的器件还有 ADC0834，ADC0838， ADC0831。 所不同的是它们的输入通道数量不同。 它们的通道选择和配置都是通过软件设置。 ADC0832特点： 8 位分辨率； 双通道 A/D 转换； 输入输出电平与 TTL/CMOS 相兼容； 5V 电源供电时输入电压在 0~5V 之间； 工作频率为 250KHZ，转换时间为 32μS ； 一般功耗仅为 15mW； 8P 、 14P— DIP（双列直插）、 PICC 多种封装； 商用 级芯片温宽为 0176。 C to +70176。 C ，工业级芯片温宽为 −40176。 C to +85176。 C ； 芯片接口说明： CS_ 片选使能，低电平芯片使能 ； CH0 模拟输入通道 0，或作为 IN+/使用 ； 14 CH1 模拟输入通道 1，或作为 IN+/使用 ； GND 芯片参考 0 电位（地 ）； DI 数据信号输入，选择通道控制 ； DO 数据信号输出，转换数据输出 ； CLK 芯片时钟输入 ； Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用） ； ADC0832 为 8 位 分辨率 A/D 转换芯片，其最高分辨可达 256 级，可以适应一般的模拟量转换要求。 其内部电源输入。