原创 基于C8051F330单片机的多路温湿度测控系统

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收集：杨本荣  来源： 网络   发表于 2005-9-3 

The Multi-Channel Measurement and Control System of Temperature and Humidity Based-on Single-chip Microcomputer C8051F330

庞清乐，孙同景,秦伟刚 山东大学控制科学与工程学院

Pang,Qingle Sun,Tongjing Qin,Weigang Control Science & Engineering Dept of ShandongUniversity

摘要：介绍了一种高速、高性能的单片机C8051F330，该单片机内部集成了众多的功能部件，是真正的混合信号在片系统。本文对单片机的功能和特点做了详细的介绍，并以一个实际的多路温湿度测控系统为例，给出了其具体的应用方法。

关键词：C8051F330；单片机；传感器；分布式

中图分类号：TP368.1 文献标识码：B

Abstract: This paper introduces C8051F330 single-chip microcomputer with high-speed and high-capability .It is a genuine mix signal system-on-chip for its numerous integrated function parts.The functions and characteristics of C8051F330 is introduced in this article, and the detail applied methods of practical appliance example of the multi-channel measurement and control system of temperature and humidity also are given.

Keywords：C8051F330；single-chip microcomputer；sensor；distributed

1 前言

随着社会的高速发展，温室、粮库、孵化机等恒温场所对自动化水平的要求也越来越高，对室内温湿度的测量和设备的控制操作要用自动控制系统来完成。本系统采用美国Cygnal公司的C8051F330单片机为控制核心，组成的分布式多点温湿度控制系统。它利用较少的外围器件实现了对温湿度的自动控制。Cygnal C8051F×××系列单片机是完全集成的混合信号系统级芯片（SOC）。其中，C8051F330具有高模拟集成度、体积小、集成的FLASH存储器以及低功耗等特点，可用于很多中、小型控制系统和智能仪表。

2 C8051F330单片机简介

C8051F330使用Cygnal的专利CIP-51微控制器内核，CIP-51与MCS-51指令集完全兼容。它采用流水线结构，与标准的8051结构相比指令执行速度有很大的提高。CIP-51提供了14个中断源，允许大量的模拟和数字外设中断微控制器，因而有更高的执行效率。该单片机有标准的8051程序和数字地址配置，包括768字节的数据RAM和8KB的FLASH程序存储器。它还具有片内Cygnal 2线（C2）接口调试电路，支持使用安装在最终应用系统中的产品器件进行非侵入式、全速的在系统调试。具有17个I/O引脚，每个端口可以被配置为模拟输入或数字I/O。数字交叉开关允许将内部数字资源映射到端口I/O引脚。C8051F330MCU内部有一个SMBUS/I2C接口、一个具有增强型波特率配置的全双工UART和一个增强型SPI接口，每种串行总线完全用硬件实现，都能向CIP-51产生中断。它内部还有可编程计数器阵列，包括一个专用的16位计数器/定时器时间基准和5个可编程的捕捉/比较器。此外捕捉/比较模块4还有提供看门狗定时器（WDT）功能。C8051F330内部有一个10位SAR ADC和一个16通道差分输入多路选择器。该ADC工作在200ksps的最大采样速率时可提供真正的10位线性度。A/D转换可以有6种启动方式，一次转换完成可以产生中断。C8051F330器件内部还有一个电压比较器，可以由用户软件使能/禁止和配置，端口I/O引脚可以通过多路选择器被配置为比较器输入，比较器可以产生中断。C8051F330内部有一个10位电流方式数/模转换器（IDA0）。IIDA0具有灵活的输出更新机制，允许无缝满度变化，支持无抖动波形更新。

3 系统硬件结构

多点温湿度控制系统由PC计算机和C8051F330单片机系统组成，构成小型的分布式控制系统。其结构如图一所示。该系统以C8051F330单片机为核心，主要由以下几部分组成：温度与湿度的检测电路、控制输出电路和数据通讯电路组成。单片机系统的任务是完成现场环境参量的采集、存储与处理，并通过总线同PC机相连。而PC机系统主要承担集中操作管理、通信控制、对每个单片机系统的测控等功能，并协调各从机之间的数据传送，对整个系统进行管理。

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3.1 温度与湿度的检测

温度传感器采用半导体集成温度传感器AD590，将温度转换成4～20mA的电流信号，长距离传输到运算放大器op07，经其放大滤波后，变成电压信号，输入到C8051F330的模拟输入端，经内部的A/D转换器转换成相应的数字量。C8051F330将两路温度采样值取平均后，作为现场温度存入相应的内存单元。湿度传感器采用电容型湿度传感器，型号为HMD1型。湿度采样值经变送器将其变为电压信号输入到单片机的模拟输入端，经内部的A/D转换器转换为数字量。对两路采样值取平均后，作为现场的湿度值。将现场温度和湿度值与系统设定值进行比较，并根据差值来输出相应的控制信号。

3.2 控制输出

控制输出首先经光电隔离器把数字信号与模拟信号隔离开，以避免干扰。再由驱动放大电路驱动中间继电器，通过中间继电器控制执行部件。当温度低于设定值时，则启动加热设备。当湿度低于设定值时，则启动加湿设备。当湿度和温度高于设定值时，启动排气风扇，进行降温和除湿。使温度和湿度保持在设定范围内。

3.3 数据通讯

多个单片机C8051F330的TX0、RX0及P0.2分别通过MAX485与上位机相连，进行串行通信，从而实现多机通信。P0.2控制MAX485的状态或发送，用软件控制。RX0为单片机的串行输入端，接收上位机通过MAX485向单片机发送的数据。TX0为单片机的串行输出端，通过MAX485发送给上位机。

4 系统软件设计

4.1 单片机程序

本系统采用keil μVision2编译器进行编译。

4.1.1 主程序

主程序流程图如图二所示。

a 禁止WDT

WDTE=0；

b 设置系统时钟及复位源

VDM0CN=0x80；//使能VDD监视器

RSTSRC=0x02；//选择VDD监视器为复位源

OSCICN=0x83；//内部振荡器允许，不分频

c I/O端口初始化

P1MDIN=0xF0； //P1.0~P1.3为模拟输入，

//P1.4~P1.7为数字输入

P1MDOUT=0xF0；//P1.0~P1.3为漏极开路输出，

//P1.4~P1.7为推挽输出

XBR0=0x01; //UART0连到P0.4和P0.5

XBR1=0x40； //允许交叉开关和弱上拉

d ADC初始化

ADC0CF=(SYSCLK/5000000)<<3；//ADC转换时钟

//为5MHz，ADC0H:ADC0L中的数//据为右对齐

ADC0CN=0x02； //定时器2溢出启动

//ADC转换

e UART0初始化

REN0=1; //UART0接收允许

TI0=0; //清除发送中断标志

RI0=0; //清除接收中断标志

f 定时器1、定时器2初始化

#define TC_20ms 0x24703 //定时器2在24.5/12MHz

//时对应于20ms的滴答数

TMR2RLH=0xff&((-TC_20ms)>>8)；//初始化重载值

TMR2RLL=0xff&(-TC_20ms)；

TMR2CN=0x04； //定时器2允许，自动重载16位

CKCON=0x02； //定时器2的时钟源为SYSCLK/12, 定时器1的

//时钟源均为SYSCLK/48

TMOD=0x20； //定时器1为8位自动重装载定时器

TH1=0x96； //定时器1初始值

TL1=0x96； //定时器1重载值

TR1=1； //启动定时器1

TR2=1； //启动定时器2

g 开中断

ET1=1；//允许定时器1中断

ET2=1；//允许定时器2中断

ES0=1；//允许UART0中断

EA=1； //允许所有中断

4.1.2 定时器2中断服务子程序

定时器2中断对应的中断为interrupt5，当定时器2产生溢出中断时，转入interrupt5对应的中断处理子程序。首先读入各个模拟通道的值，存入内存。再根据与设定值的差值来输出相应的控制。

4.1.3 UART0中断服务子程序

PC机通过RS-485网络广播自己所要求的下位机地址，所有下位机把收到的地址与自己的地址进行比较，地址相同的下位机为被选中的下位机，其余的下位机暂时与网络隔离。然后按主从双机的通讯过程进行通信。单片机与上位机通讯采用 “2400,N,8,1”方式，使用串行中断方法来实现。与上位机通讯采用中断方式时，中断流程图如图三所示。

4.2 上位机管理软件

上位机管理软件利用VB6.0开发，

系统模块主要包括：

1. 
   
2. 通信模块：实现单片机与上位

机的数据通讯。

2. 
   
3. 数据管理模块：运行于后台，

将通信模块读入的温湿度数据存储于

数据库，以便于查询、统计、打印。

3. 
   
4. 数据分析模块：对温湿度数

据进行显示、查询、处理。

4. 
   
5. 系统维护模块：对温湿度数

据库进行管理和维护。

5 结束语

总之，C8051F330单片机是目前

性价比较高的一款单片机，根据其速度高、体积小、设计简单等特点，无论是用于小型的自动控制系统，还是智能仪表的设计，都是一种非常理想的选择。

参考文献：

1. 
   
2. C8051F330/1混合信号ISP FLASH微处理器数据手册
   
   
3. 胡汉才，单片机原理与接口技术，北京，清华大学出版社，1996
   
   
4. 李刚，林凌，与8051兼容的高性能单片机C8051Fxxx，北京，北京航空航天大学出社 2002

作者简介：庞清乐，男，1971年生，工程师，汉族，专业：计算机控制，在读硕士研究生，邮箱：stefam@163.com，联系电话：（0531）8393284；孙同景，男，1949年生，教授，博士生导师，研究领域：计算机控制及智能系统。