淀粉水分控制系统设计.doc

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X X 大 学 淀粉水分控制系统设计
目 录

第1章 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2设计过程及工艺要求 2
1.2.1 基本功能 2
1.2.2 主要技术参数 2
第2章 方案的比较和论证 3
2.1 温度传感器的选择 3
2.1.1采用热电阻温度传感器 3
2.1.2 采用AD590温度传感器 3
2.2 湿度传感器的选择 4
2.2.1 采用HOS-201湿敏传感器 4
2.2.2 采用HS1100/HS1101湿度传感器 4
2.3 信号采集通道的选择 4
2.3.1采用多路并行模拟量输入通道 5
2.3.2采用多路分时的模拟量输入通道 5
第3章 系统总体设计 6
3.1 信号采集 6
3.1.1 温度传感器 6
3.1.2 湿度传感器 11
3.1.3 多路开关 13
3.2 信号分析与处理 14
3.2.1 A/D转换 14
3.2.2 MC14433与AT89S51单片机的接口设计 17
3.3 单片机AT89S51 18
3.3.1主要特性 18
3.3.2内部结构 19
3.3.3外部特性（引脚功能） 21
3.3.4 工作方式 22
3.3.5 数据存储器的掉电保护 23
3.4显示与报警的设计 23
3.4.1 显示电路 23
3.4.2 报警电路 24
第4章 软件设计 25
致 谢 34
参考文献 35

第1章 绪论
1.1 选题背景
近几年来随着国内淀粉由供大于求向供不应求方向的转变，淀粉的流通领域亦发生了重大的变化，由过去分散的小规模经营逐步向集中的大规模经营过渡，使高水分淀粉贮存矛盾突出。因此北方淀粉集中产区大量使用淀粉烘干设备，将淀粉烘干后贮存和销售，由于不恰当的使用烘干设备，造成大量的高温烘干淀粉上市，给淀粉深加工业带来不良影响，造成重大经济损失，应该引起淀粉生产行业和加工行业高度重视。
提高淀粉烘干效率，降低烘干费用，从而降低成本，以进一步扩大淀粉的工业应用等要求显的日益紧迫。因此淀粉的生产是我国玉米淀粉应用中一个突出的问题。淀粉烘干的质量，直接影响到后道工序淀粉的正常生产，包括淀粉生产的出率、质量和产量。因此，淀粉烘干是淀粉生产工艺中非常重要的工序之一。淀粉烘干的目的是把湿润的淀粉烘干加工来得到干燥的优质淀粉，以便淀粉的存放。
烘干时间在整个生产工艺流程中比其它各步使用的时间均长，这就限制了淀粉生产的效率，生产时间长，消耗的能源多。烘干时间的掌握也是至关重要的，烘干时间过短，蛋白质网分散不完全，可溶性物质不能全部提出，影响淀粉的质量和得率;时间过长，细胞壁的纤维强度下降，有一部分细小纤维留在淀粉中很难分离。目前，世界各国研究人员正在致力十在保证烘干效果，缩短烘干时间的研究，以期达到提高淀粉烘干效果，缩短烘干时间，提高生产效率，得到干燥的优质淀粉的目的。人工烘干尤其是高温烘干高水分的淀粉对其物理性质、化学组成、营养价值及工业加工价值都有不良的影响。人工烘干后淀粉由于水分不均匀、容重低、及热损率高而降低了淀粉的等级从而降低了淀粉的品质和价格。此外高温烘干的淀粉加工困难降低了工业价值[27]。为取代人工操作，提高测量温湿度过程及控制过程的自动化程度，本课题研究将单片机技术引入测量与控制过程，实现干燥参数的自动调整。单片机自二十世纪七十年代出现以来，以其具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠的特点，在智能仪器仪表、家用电器和实时工业控制等控制系统领域得到广泛应用。同时，在数据采集处理、外部设备输出控制及作为机电一体化设备核心方面，更好的发挥了性能。计算机的控制应用一般分为两个方面:一是计算机在控制系统中的离线应用，另一是计算机在控制系统中的在线应用。在线控制方面，由于计算机身处其中，因此要求计算机体积小、功耗低、系统在淀粉干燥中的应用研究价格低廉以及控制功能强等，这正是单片机的用武之地。单片机的应用不仅在于它的广阔范围以及所带来的经济效益上，更重要的还在于它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法等的设计。
单片机是本系统的核心，它控制本系统的各种功能，因此选择性能可靠的单片机就显得尤为重要，考虑到满足功能要求、性价比、货源保证、开发手段等因素,本次设计采用软件技术成熟、性价比高的Intel公司推出的一种低功耗、高性能的8位单片机—89S51。
本文的研究是通过控制烘干过程中的烘干温度、烘干时间等因素，来增加淀粉得率，使成品淀粉中蛋白质含量降低，得到最佳的烘干条件。通过对干燥玉米采取不同的烘干条件，来增加淀粉的得率;通过添加乳酸来减少烘干时间，来减少淀粉的能量及资金消耗;通过对烘干玉米微观结构的分析来进一步了解烘干过程中玉米的微观结构变化，根据淀粉得率确定最佳烘干工艺[28]。
淀粉除直接用十食品、造纸、纺织、医药等领域外，绝大多数用十深加工。随着石油危机的出现及石油化工生产过程严重污染环境，也使淀粉衍生物开发和利用更加引人注目，这一新型产业已发展成为精细化学品和能源工业的一个新领域，具有十分广阔的前景。
目前，国内存在的原料品质波动大、烘干工艺参数选择手段落后以及新工艺开发困难等问题，严重制约了淀粉企业产品品质的提高、竞争力的发挥，也限制了企业经济效益的提升，这一状况迫切需要通过技术攻关加以解决。本研究对淀粉企业的技术进步、淀粉的品质、经济效益和环境效益都具有重要的意义[29]。
1.2设计过程及工艺要求
1.2.1 基本功能
检测温度、湿度
显示温度、湿度
控制温度、湿度
过限报警
1.2.2 主要技术参数
温度检测范围 ： -30℃-+150℃
测量精度 ： 0.5℃
湿度检测范围 ： 10%-100%RH
检测精度 ： 2%RH
显示方式 ： 温度：四位显示 湿度：四位显示
报警方式 ： 三极管驱动的蜂鸣音报警
第2章 方案的比较和论证
当将单片机用作测控系统时，系统总要有被测信号懂得输入通道，由计算机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言，如何准确获得被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。
传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。
2.1 温度传感器的选择
2.1.1采用热电阻温度传感器
热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。
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，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。按IEC标准测温范围-200～650℃，百度电阻比W（100）=1.3850时，R0为100Ω和10Ω，其允许的测量误差A级为±（0.15℃+0.002 |t|），B级为±（0.3℃+0.005 |t|）。
铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50～180℃测温。
2.1.2 采用AD590温度传感器
采用AD590，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，借口也很简单。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。
综合比较上述两种方案，得出后者AD590更为适合于本设计系统对于温度传感器的选择[1]。

2.2 湿度传感器的选择
测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。
2.2.1 采用HOS-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50HZ～1KHZ，测量湿度范围为0～100%RH，工作温度范围为0～50℃，阻抗在75%RH（25℃）时为1MΩ。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[8]。
2.2.2 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。不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利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；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。
综合比较方案一与方案二，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，可有效地利用其线性特性。而且还不具备在本设计系统中对温度10～150℃的要求，因此，我们选择方案二来作为本设计的湿度传感器。
2.3 信号采集通道的选择
在本设计系统中，温度输入信号为8路的模拟信号，这就需要多通道结构。
2.3.1采用多路并行模拟量输入通道

图2-1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量的要求选择不同性能档次的器件。总体成本可以作得较低；
（2）硬件复杂，故障率高；
（3）如果信号处理电路复杂时，接口不够用；
（4）软件简单，各通道可以独立编程；
2.3.2采用多路分时的模拟量输入通道

图2-2 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ADC、S/H要求高；
（2）处理速度慢；
（3）硬件简单，成本低；
（4）软件比较复杂
综合比较两种方案，多路分时的模拟量输入通道硬件简单，更为适合于本设计系统对于模拟量输入的要求，所以选择多路分时的模拟量输入通道作为信号的输入。
第3章 系统总体设计
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，我设计了以AT89C51基本系统为核心的一套检测系统，其中包括A/D转换、单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、键盘及显示、报警电路、系统软件等部分的设计。

图3-1 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。
信号采集：由AD590、HS1100及多路开关CD4051组成；
信号分析：由A/D转换器MC14433、单片机8031基本系统组成；
信号处理：由串行口LED显示器和报警系统等组成
3.1 信号采集
3.1.1 温度传感器
集成温度传感器AD590 是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源。
（1）主要特性
AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。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，其电路外形如图3-2所示，它采用金属壳3脚封装，其中1脚为电源正端V＋；2脚为电流输出端I0；3脚为管壳，一般不用。

图3-2 集成温度传感器的电路
流过器件的电流（μA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：
I T/T=1μA /K式中：IT—— 流过器件（AD590）的电流，单位μA。
T——热力学温度，单位K。
AD590的测温范围-55℃- +150℃。
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IT变化1μA，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。
输出电阻为710MΩ。
精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线形误差±0.3℃。
（2）AD590的工作原理

在被测温度一定时，AD590相当于一个恒流源，把它和5～30V的直流电源相连，并在输出端串接一个1kΩ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。其基本电路如图3-3所示。

图3-3 AD590内部核心电路
图3-3是利用ΔUBE特性的集成PN结传感器的感温部分核心电路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右两支路的集电极电流I1和I2相等；T3、T4是感温用的晶体管，两个管的材质和工艺完全相同，但T3实质上是由n个晶体管并联而成，因而其结面积是T4的n倍。T3和T4的发射结电压UBE3和UBE4经反极性串联后加在电阻R上，所以R上端电压为ΔUBE。因此，电流I1为：
     I1＝ΔUBE／R＝（KT／q）（lnn）／R
对于AD590，n＝8，这样，电路的总电流将与热力学温度T成正比，将此电流引至负载电阻RL上便可得到与T成正比的输出电压。由于利用了恒流特性，所以输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。图3中的电阻R是在硅板上形成的薄膜电阻，该电阻已用激光修正了其电阻值，因而在基准温度下可得到1μA／K的I值。

图3-4 AD590内部电路
图3-4所示是AD590的内部电路，图中的T1～T4相当于图3-3中的T1、T2，而T9，T11相当于图3-3中的T3、T4。R5、R6是薄膜工艺制成的低温度系数电阻，供出厂前调整之用。T7、T8，T10为对称的Wilson电路，用来提高阻抗。T5、T12和T10为启动电路，其中T5为恒定偏置二极管。
　　T6可用来防止电源反接时损坏电路，同时也可使左右两支路对称。R1，R2为发射极反馈电阻，可用于进一步提高阻抗。T1～T4是为热效应而设计的连接防式。而C1和R4则可用来防止寄生振荡。该电路的设计使得T9，T10，T11三者的发射极电流相等，并同为整个电路总电流I的1／3。T9和T11的发射结面积比为8：1，T10和T11的发射结面积相等。
　　T9和T11的发射结电压互相反极性串联后加在电阻R5和R6上，因此可以写出：
    ΔUBE＝（R6－2 R5）I／3
　　R6上只有T9的发射极电流，而R5上除了来自T10的发射极电流外，还有来自T11的发射极电流，所以R5上的压降是R5的2／3。
　　根据上式不难看出，要想改变ΔUBE，可以在调整R5后再调整R6，而增大R5的效果和减小R6是一样的，其结果都会使ΔUBE减小，不过，改变R5对ΔUBE的影响更为显著，因为它前面的系数较大。实际上就是利用激光修正R5以进行粗调，修正R6以实现细调，最终使其在250℃之下使总电流I达到1μA／K。
（3）基本应用电路

图3-5是AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1kΩ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R2，使V0=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[16]。

图3-5 AD590应用电路

表3-1 AD590温度与电流的对应关系表
摄氏温度
（单位℃）
AD590电流
（单位：uA）
经10KΩ电压
（单位：V）
-10
263.2
2.632
0
273.2
2.732
10
283.2
2.832
20
293.2
2.932
30
303.2
3.032
40
313.2
3.132
50
323.2
3.232
60
333.2
3.332
100
373.2
3.732

（4）摄氏温度测量电路
如图3-5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R4使V0=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100℃环境。
（5）多路检测信号的实现
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3-6所示

图3-6 八路分时的模拟量信号采集电路硬件接口
3.1.2 湿度传感器
测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。下面 介绍HS1100/HS1101湿度传感器及其应用。
（1）特点
不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利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。
图3-7a为湿敏电容工作的温、湿度范围。图3-7b为湿度-电容响应曲线。

图3-7a 湿敏电容工作的温、湿度范围 图3-7b 湿度-电容响应曲线
相对湿度在1%---100%RH范围内；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。
（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而增大。如何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运方与租蓉组成的桥式振荡电路中，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[19]。
频率输出的555测量振荡电路如图3-8所示。集成定时器555芯片外接电阻R4、R2与湿敏电容C，构成了对C的充电回路。7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对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，R3 是防止输出短路的保护电阻，R1 用于平衡温度系数。

图3-8 频率输出的555振荡电路
该振荡电路两个暂稳态的交替过程如下：首先电源Vs通过R4、R2 向C充电，经t充电时间后，Uc达到芯片内比较器的高触发电平，约0.67Vs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t放电时间后，Uc下降到比较器的低触发电平，约0.33Vs
此时输出，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充电=C（R4+R2）Ln2
t放电=CR2 Ln2
因而，输出的方波频率为
f=1/(t放电+t充电)=1/[ C（R4+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3-2给出了其中的一组典型测试值。
表3-2 空气湿度与电压频率的典型值
湿度(RH%) 频率(HZ) 湿度(RH%) 频率(HZ)
0 7351 60 6600
10 7224 70 6468
20 7100 80 6300
30 6976 90 6168
40 6853 100 6033
50 6728
（3）多路检测信号的实现
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3-9所示

图3-9 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
多路开关，有称“多路模拟转换器”。多路开关通常有n个模拟量输入通道和一个公共的模拟输入端，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。
这里选用的是CD4051多路开关，它是一种单片、COMS、8通道开关。该芯片由DTL/TTL-COMS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TG组成[16]。CD4051的内部原理框图如图3-10所示。

图3-10 CD4051的内部原理框图
图中功能如下：
通道线IN/OUT（4、2、5、1、1215、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3-2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
表 3-3 各通道的接通关系图
输入状态 接通通道 输入状态 接通通道
INH C B A INH C B A
0 0 0 0 0 0 1 0 1 5
0 0 0 1 1 0 1 1 0 6
0 0 1 0 2 0 1 1 1 7
0 0 1 1 3 1 X X X 均不显示
0 1 0 0 4

3.2 信号分析与处理
3.2.1 A/D转换
（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。
MC14433 A/D 转换器
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
（2）MC14433A/D转换器件简介
MC14433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1—10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码的形式分四次送出。

图3-11 MC14433A/D转换器的内部逻辑框图

图3-12 MC14433引脚图
MC14433 的框图（图3-11）和引脚（图3-12）功能说明
各引脚的功能如下：
电源及共地端
VDD： 主工作电源+5V。
VEE: 模拟部分的负电源端，接-5V。
VAG： 模拟地端。
VSS： 数字地端。
VR： 基准电压。
外界电阻及电容端
RI：积分电阻输入端，VX=2V时，R1=470Ω；VX=200Mv时，R1=27KΩ。
C1：积分电容输入端。C1 一般为0.1µF。
C01、C02：外界补偿电容端，电容取值约0.1µF。
R1/C1：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 KΩ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。

图3-13 MC14433选通脉冲时序图
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3-4
表3-4 DS1选通时Q3～Q0表示的结果
Q3
Q2
Q1
Q0
表示结果
1
X
X
0
千位数为0
0
X
X
0
千位数为1
X
1
X
0
结果为正
X
0
X
0
结果为负
0
X
X
1
输入过量程
1
X
X
1
输入欠
由表3-4可知Q3 表示1/2位，Q3=“0”对应1，反之对应0。
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；
3.2.2 MC14433与AT89S51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，Q0～Q3HE 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。对于89S51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AT89S51单片机P1口直接相连的硬件接口，接口电路如图3-14所示【2】

图3-14 MC14433与89S51单片机P1口直接相连的硬件接口图

3.3 单片机AT89S51
3.3.1主要特性
与MCS-51单片机产品兼容
4K字节在系统可编程Flash存储器
1000次擦写周期
全静态工作：0Hz—33MHz
32个可编程I/O口线
2个16位定时器/计数器
6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
灵活的ISP编程（字或字节模式）
4.0---5.5V电压工作范围
3.3.2内部结构
图3-15 是单片机AT89S51的内部结构总框图。它可以划分为CPU、存储器、并行口、串行口、定时/计数器和中断逻辑几个部分。
CPU由运算器和控制逻辑构成。其中包括若干特殊功能寄存器（SFR
AT89S51时钟有两种方式产生，即内部方式和外部方式。（如图3-16所示）
AT89S51在物理上有四个存储空间：片内/片外程序存储大路、片内/片外数据存储器。片内有256B数据存储器RAM和4KB的程序存储器ROM。除此之外，还可以在片外扩展RAM和ROM，并且和有64KB的寻址范围。
AT89S51内部有一个可编程的、全双工的串行接口。它串行收发存储在特殊功能寄存器SFR的串行数据缓冲器SBUF中的数据。

图3-15 AT89S51 内部结构框图
AT89S51共有4个（P0、P1、P2、P3口）8位并行I/O端口，共32个引脚。P0口双向I/O口，用于分时传送低8位地址和8位数据信号；P1、P2、P3口均为准双向I/O口；其中P2口还用于传送高8位地址信号；P3口每一引脚还具有特殊功能（图3-17），用于特殊信号的输入输出和控制信号。
AT89S51内部有两个16位可编程定时器/计数器T0、T1。最大计数值为216-1。工作方式和定时器或计数器的选择由指令来确定。

图3-16 AT89S51的时钟电路

表3-5 P3口引脚的特殊功能
引脚号 第二功能
P3.0 RXD(串行输入)
P3.1 TXD(串行输出)
P3.2 INT0(外部中断0)
P3.3 INT0(外部中断0)
P3.4 T0(定时器0外部输入)
P3.5 T1(定时器1外部输入)
P3.6 WR(外部数据存储器写选通)
P3.7 RD(外部数据存储器写选通)

中断系统允许接受5个独立的中断源，即两个外部中断，两个定时器/计数器中断以及一个串行口中断。
3.3.3外部特性（引脚功能）
AT89S51芯片有40条引脚，双列直插式封装引脚图如3-17所示：
Vcc(40)：电源+5V
Vss(20): 接地
XTAL1（19）和XTAL2（18）：使用内部振荡电路时，用来接石英晶体和电容；使用外部时钟时，用来输入时钟脉冲。
P0口（39—32）：双向I/O口，既可作地址/数据总线口用，也可作普通I/O口用。
P1口（1—8）：准双向通用I/O口。
P2口（21—28）：准双向口，既可作地址总线口输出地址高8位，也可作普通I/O口用。
P3口（10—17）：多用途口，既可作普通I/O口，也可按每位定义的第二功能操作。
ALE/~PROG（30）：地址锁存信号输出端。在访问片外丰储器时，若ALE为有效高电平，则P0口输出地址低8位，可以用ALE信号作外部地址锁存信号。公式fALE=1/6fOSC ,也可作系统中其它芯片的时钟源。第二功能~PROG是对EPROM编程时的编程脉冲输入端。
图3-17 AT89S51引脚图
RST/VPD（9）：复位信号输入端。AT89S51接能电源后，在时钟电路作用下，该脚上出现两个机器周期以上的高电平，使内部复位。第二功能是VPD，即备用电源输入端。当主电源Vcc发生故障，降低到低电平规定值时，VPD将为RAM提供备用电源，发保证存储在RAM中的信号不丢失。
~EA/Vpp(31):内部和外部程序存储器选择线。~EA=0时访问外部ROM 0000H—FFFFH；~EA=1时，地址0000H—0FFFH空间访问内部ROM，地址1000H—FFFFH空间访问外部ROM。
~PSEN（29）：片外程序存储器选通信号，低电平有效。【3】

3.3.4 工作方式
它的工作方式可以分做复位，掉电和低功耗方式等。
（1）复位方式
当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。
根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。常用的上电复位电路如图 (3-18a)中左图所示。图中电容C1和电阻R1对电源十5V来说构成微分电路。上电后，保持RST一段高电平时间，由于单片机内的等效电阻的作用，不用图中电阻R1，也能达到上电复位的操作功能，如图 (3-18a)中所示。上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。常用的上电或开关复位电路如图 (3-18b)所示。上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。
根据实际操作的经验，下面给出这两种复位电路的电容、电阻参考值。

图3-18 单片机的复位电路
图(3-18a)中：Cl＝10-30uF，R1＝1kO
图(3-18b)中：C：＝1uF，Rl＝lkO，R2＝10kO
（2）掉电和低功耗方式
人们往往在程序运行中系统发生掉电的故障，使RAM和寄存器中的数据内容丢失，使人们丢失珍贵的数据而束手无策，AT89S51有掉电保护，是先把有用的数据保存，再用备用电源进行供电。

3.3.5 数据存储器的掉电保护
单片机系统内的RAM数据是非常容易丢失的，特别是一些珍贵的科研数据，一旦丢失后果不堪设想，因此掉电保护是必须要做的，一旦电源发生掉电现象，在掉电的瞬间系统能自动保护RAM中的数据和系统的运行