基于C8051F單片機(jī)的光合測定儀

　　本文以C8051F高速單片機(jī)作為處理器，介紹新型智能光合測定儀的設(shè)計(jì)。

　　1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能

　　植株光合作用有四種測定狀態(tài)，分別是單葉閉路、單葉開路、群體閉路、群體開路。光合測定的i幾要目的是通過對CO2濃度、空氣溫度TC、葉片溫度TL、濕度RH和光照強(qiáng)度PAR的測定和轉(zhuǎn)換，再計(jì)算出反映光合作用的四項(xiàng)技術(shù)指標(biāo):光合速率、蒸騰速率、水分利用率和氣孔導(dǎo)度，以便對作物的牛長情況進(jìn)行科學(xué)的分析和判斷。光合測定儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示〔它主要包括卜控制器、鍵盤、人機(jī)界面、數(shù)據(jù)采集、

　　掃印和電源等部分。光合測定儀的主要功能有以下幾方面:

　　(1)可同時(shí)采集5路模擬輸入量，A/D轉(zhuǎn)換精度在12位以上;

　　(2)人機(jī)操作界面友好，顯小信息豐富，，}‘、英文操作界面可選;

　　(3)鍵盤具有設(shè)置參數(shù)、修改數(shù)據(jù)、選擇操作命令等功能;

　　(4)具有高速數(shù)據(jù)運(yùn)算、分析、存儲和管理功能;

　　(5)可根據(jù)需要在工作現(xiàn)場實(shí)時(shí)掃印數(shù)據(jù)，便于分析研究;

　　(6)具有與PC機(jī)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的功能。

　　2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.1 ,主控制器

　　根據(jù)測試儀器小體積、低功耗、高可靠性、低成本的設(shè)計(jì)要求，主控制器選用Cygnal公司C8051F020高速單片機(jī)。C8051F020單片機(jī)突出的特點(diǎn)是高速指令處理能力，它采用C1P-51微控器內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容，在系統(tǒng)時(shí)鐘頻率25MHz工作時(shí)，峰值速度可達(dá)25M1PS。此外，C8051F020除具有標(biāo)準(zhǔn)8051的數(shù)字外設(shè)部件之外，它還內(nèi)嵌了多通道12位A/D ,D/A和2個(gè)增強(qiáng)型U ART串口。該單片機(jī)還集成了4KB RAM存儲器和64KB Flash以及外部數(shù)據(jù)存儲器接口、可編程增益放大器、電壓比較器、電壓基準(zhǔn)、溫度傳感器、看門狗定時(shí)器及電源監(jiān)視器等部件，比常規(guī)51單片機(jī)有更多的定時(shí)計(jì)數(shù)器、中斷、數(shù)字1/O接口。

　　0805111,020配置了標(biāo)準(zhǔn)的，JTAG接口。在上位機(jī)軟件的支持下，通過串行的，JTAG接口可直接對安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的單片機(jī)進(jìn)行非侵入式、不占用片內(nèi)資源、全速在線的調(diào)試，無需另配置編程器和仿真器.

　　2.2、數(shù)據(jù)采集與存儲

　　光合測定需要采集的5路模擬輸入量，經(jīng)信號調(diào)理轉(zhuǎn)換、濾波后送入C8051 H,020內(nèi)置的12位A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣。數(shù)據(jù)采集與存儲器擴(kuò)展電路接口原理圖(略可向作者索取)所示是其中的溫度、濕度A/D轉(zhuǎn)換接口電路原理圖。由于傳感器輸出的信號電壓是0_SV，而單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換工作電壓是。-2.5 V，因此通過R12和Rv20的分壓進(jìn)行電壓調(diào)招。在調(diào)理過程中可能出現(xiàn)負(fù)壓或高壓，二極管D15陰極接++3 V作為高壓保護(hù)，當(dāng)轉(zhuǎn)換后的電壓超過3V時(shí)，將其保護(hù)到3VD16陽極接地作為低壓保護(hù)，當(dāng)轉(zhuǎn)換后的電壓低于OV時(shí)，將其保護(hù)到OV。C8和R12構(gòu)成RC濾波電路。其它三個(gè)模擬量的A/D轉(zhuǎn)換電路與此相同.

　　在圖所示接口電路中，采用8MB的Flash存儲器AT45DB081擴(kuò)展了外部存儲區(qū)。AT45DB081采用了基于SPl總線的串行輸入和串行輸出的操作方式，數(shù)據(jù)的讀寫只需通過C805111,020的P0.3和P0.4進(jìn)行，外圍電路非常簡單一。

　　此外，由74H0573鎖存器和SRAM存儲器1S62LV1024也擴(kuò)展了1MB的存儲區(qū)。0805111,020的P7口作為數(shù)據(jù)地址復(fù)用線，P7口作為地址線時(shí)輸出的低八位地址由D觸發(fā)器74H0573鎖存，而C805111,020的P6口輸出高八位地址。P7口作為數(shù)據(jù)線時(shí)，通過片選使能輸入CE2,/CE1和讀使能/OE、寫使能/WE對1S62LV1024的控制，GIG可實(shí)現(xiàn)P7口對1S62LV1024的數(shù)據(jù)讀寫。

　　2.3時(shí)鐘電路

　　為了獲取各次采樣時(shí)間、當(dāng)前時(shí)間以及便于對歷史數(shù)據(jù)的管理。采用高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片S-3530A獲取年、月、口、時(shí)、分、秒的時(shí)鐘信息。S-3530A內(nèi)置晶振、電壓檢測電路和穩(wěn)壓電路等，并支持總線，從而簡化了電路設(shè)計(jì)。