单片机及温湿度传感器的发展外文翻译资料

Single chip microcomputer and the development of the temperature and humidity sensor

Born in the 1970 s single chip microcomputer, and experience the SCM, MCU, SOC three phases.

（1） SCM namely Single Chip computer stage, main is to seek out the monolithic forms of the embedded system best system structure. 'Innovation mode' success, laid the SCM and general computer completely different development road.

（2） MCU namely Micro Controller (Micro Controller Unit) stage, the main technological development direction is: expanding meet embedded application, the object system requirements of various peripheral circuit and interface circuit, dash forward show its object the intelligent control ability.

（3）MCU is embedded system independent development way, to a key factor to the development of MCU stage, is to seek application system on a chip in the maximization of the solution; Therefore, special MCU development natural form the SOC tendency. With microelectronics technology, IC design, EDA tools development, based on the single chip microcomputer application system SOC design can have larger development.

Temperature is a basic physical quantities, everything in nature is closely related with the process of temperature. The temperature sensor is the earliest development, the most widely used kind of sensor. From 17 th century people began to use temperature measuring. The temperature sensor there are four main types: thermocouple, thermal resistance, resistance temperature detector (RTD) and temperature sensor IC. IC temperature sensor and including analog output and digital output two types. Contact temperature sensor detection part and the tested object has a good contact, and calls the thermometer. The thermometer through the transmission or convection reach thermal equilibrium, thus make the thermometer and value can be measured directly says the temperature of the objects. General measurement precision. In a certain temperature range, the thermometer can also be measuring objects of internal temperature distribution. But for sports body, small target or heat capacity is very small objects will produce larger measurement error, commonly used a thermometer have two-metal thermometer, glass liquid thermometer, pressure type thermometer, resistance thermometers, thermistors and temperature difference electric dipole, etc. Contactless temperature sensor sensitive components and tested object each other is not contact, again say non-contact highlighted.it table. This instrument can be used to measure movement object, small goals and heat capacity small or temperature change quickly (transient) the surface temperature of the object, also can used for the measurement of the temperature distribution.

The main performance: and MCS-51 SCM products compatible, and 8 K bytes in the system programmable Flash memory, 1000 time period, and the static integration.it operation: 0 Hz ~ 33 Hz, level 3 encryption program memory, 32 programmable I/O mouth line, three 16 timer/counters, eight interrupt source, full-duplex UART serial channel, low power dissipation power lost mode, and free after power off interrupt can wake up, the watchdog timer, double data pointer, off the identifier.

Functional characteristics description: AT89C4051 devices is a low power, high-performance CMOS 8-bit microcontrollers, with 8 K in system programmable Flash memory. Atmel company use high-density nonvolatile technology manufacturing, and industry 80 C51 product instructions and pin fully compatible. Chip Flash allow program memory in the system programmable, also suitable for conventional programming console. In a single chip, with clever 8 bits CPU and in the system programmable Flash, make AT89C4051 devices for many embedded control system to provide high flexible application, super efficient solution. AT89C4051 devices has the following standard function: 8 k bytes Flash, 256 bytes RAM, 32 bit I/O mouth line, the watchdog timer, two data pointer, three 16 timer/counter, a 6 vector level 2 interrupt structure, full-duplex serial mouth, within crystals of timely clock circuit. In addition, AT89C4051 devices can be down to 0 Hz series static logic operation, support two software can choose power saving mode. Idle mode, the CPU to stop working, and allow RAM, timer/counter, serial ports, interrupt continue to work for. Power lost protection ways, a RAM content being saved, has been frozen, SCM all work stop, until the next an interrupt or hardware reset so far.

Integrated temperature sensor AD590 to, its temperature resolution for the 0.3 degrees Celsius. The analog signal is output AD590 to, when the temperature of 0 degrees, output current 273.2 microamps, and current variation and temperature variation in a linear relationship, temperature, and once every change, the output current change 1 microamps, the temperature sensor of working temperature range is-30 degrees-150 degrees. If use AD590 to make the temperature sensor, sensor peripheral circuit is simple, just put sampling resistance and AD590 to link and then to amplify the signal, and then using voltage comparator compared to output voltage, voltage comparator output signals can be directly as PLC the input signal.

There are many ways of measuring the air humidity, its principle is based on certain material from the surrounding air absorb water caused by physical or chemical properties of the change, indirectly from the material of water quantity and the surrounding air humidity. Capacitive and resistive and wet go up wet type according to its original susceptibility were macromolecule material moisture absorption after the dielectric constant and resistivity and volume change and humidity measurement

Solution a: the HOS-201 wet sensors. HOS-201 wet sensor for high humidity sensor switches, its the job of the voltage of ac 1 V the following, frequency for frequency 50 HZ ~ 1 KHZ, humidit

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单片机及温湿度传感器的发展

单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。

（1）SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。

（2）MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。

（3）单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SOC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展。

温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。 温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。非接触式温度传感器的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。

主要性能:与MCS-51单片机产品兼容 、8K字节在系统可编程Flash存储器、 1000次擦写周期、 全静态操作：0Hz～33Hz 、 三级加密程序存储器 、 32个可编程I/O口线 、三个16位定时器/计数器、八个中断源 、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 。

功能特性描述:AT89C4051是一种低功耗、高性能 CMOS 8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AT89C4051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。 AT89C4051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，AT89C4051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。

集成温度传感器AD590,其温度分辨率为0.3摄氏度。AD590输出的是模拟信号，当温度为0度时，输出电流273.2微安，并且电流变化量与温度变化量呈线性关系，温度每变化一度，输出电流变化1微安，该温度传感器的工作温度范围是-30度——150度。如采用AD590作温度传感器，传感器外围电路比较简单，只需将采样电阻与AD590连接，然后对信号进行放大，再采用电压比较器对输出电压进行比较，电压比较器输出信号可直接作为PLC的输入信号。

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

方案一：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1MOmega;。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。

方案二：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plusmn;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-30～50℃的要求，因此，我们选择方案二来作为本设计的湿度传感器。

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。

51系列单片机是Intel公司设计的单片机产品。 这家公司于1976年推出8位MCS-48系列之后又在1980年推出了MCS-51系列单片机。它属于这一类型很多行一个芯片的电脑芯片都如8051、8031、8751、80c51bh,80c31bh等,其基本组成、性能和基本教学制度,都是一样的. 8051通常是51系列的代表。

每个单片机系统是由以下几个方面构成: (1)18微处理器(CPU). (2)片中内数据存储器RAM(128B/256B)中如果结果不在操作过程中,结果也要显示出来 (3)存储器存储程序/可擦写可编程只读存储器(4KB/8KB),用于保存程序和数据,初步形成片. 但并不存储器/可擦写可编程只读存储器在一些人的电脑芯片,如8031、8032、80c等. （4)四个8路运行的I/O口，p0,p1,p2,p3,每个口既可用作输入也可用作出口 (5)两个定时/计数器,每个计时器/计数器可设立不同计数方式,用来计数外部事件,可以设置定时方式也可以和根据计算结果或定时控制实现控制计算(6)五个中断控制系统. (7)一个全双工串行UART(异步接收世界/发送(UART)),它是实现一个计算机芯片和一个计算机芯片之间通讯的一种串口. (8)振荡器和时钟产生电路，需要考虑石英晶体微调能力，允许震荡平率位12MHZ，上述每个部分都是通过片内数据总线连接。其中CPU是计算机芯片的核心，他是计算机的指挥中心，由算数单元和控制单元组成算术单元可进行8位算术运算和逻辑运算，ALU单元是一种运算器，18个存储设备，暂存设备进行存储协调，PSW积累了两个输入端等检查时作为一个操作 由人来操纵存储，另有一个操纵的结果回环协调。此外，协调往往是作为对8051的数据传输运转站考虑。作为一般的微处理器，他是最繁忙的。振荡器和定时器是由2个8位计数器组成，总位数为16位。这是一个字节的地址，其实是程序计数器，将在个人电脑内部有运行，从而改变程序的运行顺序。在8051的电路中，只需增加外部石英晶体和频率微调电容，这就保证计算机各部件的工作就像管弦乐队和谐工作。

在8051中有ROM(程序存储器，只能读取)和RAM(数据存储器，可读可写)，他们有各自独立的内存地址空间，也有相同的处理方式。8051和 8751的程序存储器的存储容量为4KB，地址从0000H开始，在使用过程中其中数据不变。8051,8751,8031数据存储器的内存为128B，默认地址是00FH,用于保存中间数据和缓存。在这128B的内存中，有32byteses,被称作工作寄存器，和常用的微处理器不同的是，8051的

RAM是按功能来划分模块的。MCS – 51系列单片机和和一般电脑的处理方式不同。一般电脑会自动分配地址空间，ROM和RAM的计算机可以安排在不同的空间内，地址范围会根据ROM和RAM的位置分配不同的地址空间。在访问的内存，不管是ROM和RAM，只有一个地址对应一个内存单元，都要按这个顺序访问。这种内存结构是所谓的普林斯顿结构。8051的存储结构按物理结构划分可分为程序存储空间和数据存储空间，共有四个内存空间，按结构位置的不同分为内部程序存储空间，外部程序存储空间，内部数据存储空间，外部数据存储空间。但从用户的使用角度来看，8051存储器地址空间可分为三类：（1）片内，安排FFFFH的块，片外的（使用16个地址）串口0000H地址。（2）外部数据存储器地址空间为64KB，地址从0000H到FFFFH（含16个地址）的位置排列。（3）256B的数据存储器（使用8个地址）的地址空间。上述三个重叠的内存空间地址，用8051指令系统的传输不同的数据和使用的功能区分。ＣＰＵ访问内存时，访ＲＯＭ使用ＭＯＶＥＣ语句，访问ＲＡＭ块顺序使用片外操作的ＭＯＶＸ语句，访问内存片段使用ＭＯＶ语句。

8051单片机有四个8并行的I/O端口，分别为p0,p1,p2和p3.每个端口是8位精确的双向口，共占32针。每个I/O线可作为独立的入口和出口。每个端口包括一个锁存器，一个出口驱动器和引进缓冲器，是数据能够锁存输出，数据可以及时缓冲，其余四个具有相同的功能。接外部存储扩大他们的内存时，这四个口就可作为双向口常用的I/O口，这时P2口看到高8位地址，p0口是一个公共两用口，传送输出低8的地址和数据。P3口输出级别小于小于p1口，可以在里面绘制负载电阻，每一个能驱动4个LS型TTL负载输出。作为输入口时，所有的TTL或NMOS电路都可以驱动一个正常的方式。P3口作为单片机的P1口。可以利用改变电阻的输出大小，直接的充当震荡开路，不需要添加外部电阻。其中每个口都是标准的双向口。当在当做输入口时，必须把相应的端口置1来锁闭输出。比如8051单片机，所有端口提供的输出电流只能几毫安，用作输出口时接一个普通的晶体管，要稳定使用，还要接一定电阻。其主要功能是把初始地址设为0000H，使单片机从0000H的地址开始运行程序。除了正常进入系统的初始化，由于操作失误或者操作过程错误，也要能够解决错误，重新运行。在8051中RST引脚是一个输入复位键，复位键高电平信号有效，要保证24倍以上的时钟周期（即2个时钟周期）。如果收到高频的6v输入信号，单片机就会复位。

初始化时，需要两部分外部电路。外部电路采用施密特触发方式触发了复位键（RST），形成了复位信号输出电路，并把信号传送到每个引脚，按顺序到了复位引脚，就会迅速响应信号指令。复位功能的可靠性，适合6v电压的电容震荡电路，复位信号的周期可以大于两个机器周期。虽然复位电路的结构简单，但他的功能是非常重要的。一个单片机系统是否正常运行，应先检查他有没有正确的复位电路。检查和检测启发出的信号，用示波器显示时，结合复位电路很重要，观察波形时，输出口（瞬时）的波动范围很大的，也可以通过复位电路对其进行必要的改变。

传感器一种通过检测某一参数而产生信号的装置。这一参数可以是位置、力、力矩、压力、温度、湿度、速度、加速度或震动。从传统意义上来说，传感器（比如执行器、开关）可用于限制机器参数的极限位置。常见的传感器有(a)限制工作台运动的机床停止开关，(b)具有自动关闭功能的压力仪表和温度仪表，（c）防止速度超限的调速器。传感器技术已成为制造过程和系统的重要方面。它对于数据的正确采集、机器和系统的检测、通讯以及计算机控制是很必要的。 传感器能够将一种物理量转换为另一种物理量，因此，传感器通常（被看作）指转换器。模拟传感器产生信号，比如电压信号，该信号与被测物理力量成一定比例。数字传感器具有数字输出，该数字输出能够直接被传递到计算机上。模数转换器能够在模拟传感器和计算机之间起到接口作用。 传感器的分类 在制造业中，传感器可以分为以下几类：机械类传感器可以用来测量位置、形状、速度、力、力矩、压力、震动、应变和质量。电器类传感器可以用来测量电压、电流、电荷、电传导率。磁传感器可以用来测量磁场、磁通量、磁导率。热传感器可以用来测量温度、热流、热传导率以及特殊热量。其他类型的传感器有声学传感器、超声波传感器、化学传感器、光学传感器、放射传感器、激光传感器、光纤传感器。 根据应用的不同，传感器可以由金属材料、非金属材料、有机材料、无机材料以及流体、气体、等离子体和半导体构成。利用这些材料的不同特性，传感器将被测的物理量或参数转换为模拟信号或数字信号输出。比如，普通的水银温度计的工作原理就是根据水银和玻璃的热膨胀率的不同而工作的。 类似地，当机器某一零件、物体障碍物、被测量与传感器空间中的障碍物遮挡住光束时，就可被光电器件感知并检测到。接近开关（指感知并测量开关与物体或机器的运动之间的距离）可根据声学、磁学、电容、光学原理工作。其他执行器依靠接触物体来执行相应的操作（通常机电一体化的方法）。传感器对于智能机器人的控制是不可缺少的，并且通过模仿人类，传感器的特性得到了很大发展。

SHT1x是一个单芯片的相对湿度和温度的多传感器模块包括校准的数字输出。具有专利的微加工工业CMOS工艺中的应用（cmosensreg;技术）保证shighest

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