土壤湿度计设计

据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。 本系统采用的ADC0832原理图如图8所示。

U5ADC0832P34OUTA1234CSCH0CH1GNDADC0832VCCCLKD0D18765VCCP10P11P11

图8 模数转换模块原理图

3.5 MCU模块

所谓的单片机就是把中央处理器CPU、存储器ROM/RAM、输入输出接口电路以及定时器/计数器等部件制作在一块集成电路芯片中，构成一个完整的微型计算机――单片微型计算机。由于单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，因此它的结构紧凑、超小型化、可靠性高、价格低廉、易于开发应用。

AT89S51是美国ATMEL生产的低功耗、高性能CMOS八位单片机，片内含4 Kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程(ISP)也可用传统方法进行编程及通用八位微处理器于单片机芯片中，该单片机的功能强大，出色地表现在以下几方面：①为一般控制应用的八位单芯片；②晶片内部具时钟振荡器，最高工作频率可至12 MHz；③内部程式存储器(ROM)为4 KB；④内部数据存储器(RAM)为128 B；⑤32条双向输入输出线，且每条均可以单独做I／O的控制，五个中断向量源；⑥两组独立的16位定时器；⑦单芯片提供位逻辑运算指令。此外AT系列单片机可以应用到各种领域，基于上述几方面，采用低价位AT89S51单片机为本系统的控制核心。

HMOS制造工艺的MCS-51单片机都采用40引脚的双列直插（DIP）方式，CHMOS制造工艺的80C31/80C51除采用DIP封装方式外，还采用PLCC方形的封装方式。图9是所选用的单片机AT89S51。

U4AT89S51R9R10R11R12R13R14R15R1610K10K10K10K10K10K10K10KP10P11P12P13P14P15P16P17RST1234567891011121314151617181920P1.0VCCP1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RSTP0.7RXD/P3.0EATXD/P3.1ALEINT0/P3.2PSENINT1/P3.3P2.7T0/P3.4P2.6T1/P3.5P2.5WR/P3.6P2.4RD/P3.7P2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.1GNDP2.0AT89S51C1540pC1630p40VCC3938373635343332313029282726252423P2222P2121P20VCCP34Y1GND14M

图9 MCU单片机模块

AT89S51单片机在实际应用中，时钟电路用于产生时钟信号，时钟信号是单片机内部各种各样的微小操作的时间基准，在此基础上，控制器按照指令的功能产生一系列在时间上有一定次序的信号，这些信号用来控制相关的逻辑电路工作，实现指令的功能。复位对单片机来说，是程序还没开始执行，是在做准备工作。

本系统在设计上对复位电路设计成上电复位加手动复位。这样使用起来比较方便，就算是在程序“跑飞”时，也可以手动复位，不用再重起单片机电源。其电路图如图10。

VCCR24K7D1RSTR3100C4104S1

图10 复位电路

3.6 LCD显示模块

显示器件采用微型液晶显示器1602LCD。其性能特点是：工作电压仅需4.5—5.5V：功耗非常低(工作电流只有2.0mA)；且工作可靠；体积小(可显示16x2个字符)。其字符显示功能由内部专用的驱动芯片HD44780实现。该芯片的应用非常简单。只要将待显字符的标准ASCII码放入其内部集成的数据显示用存储器(DDRAM)，内部控制线路就会自动将字符传送到显示器上。单片机和1602LCD之间的数据交换通过P0进行，电阻R9～R16为P0口的上拉电阻。其原理图如图11所示。

U6VCCR9R10R11R12R13R14R15R16 GNDVCCGNDP20P21P22P10P11P12P13P14P15P16P17VCCGND10K10K10K10K10K10K10K10KP10P11P12P13P14P15P16P17LCD1602GNDVCCED1D2D3D4D5D6D7D8+RL12345678910111213141516RL-VLRSRW

图11 LCD显示模块原理图

3.7 系统硬件PCB

印制电路板（PCB）是各个模块、各种元件的载体，PCB板设计得合理与否会直接影响到系统的可靠性。本系统所有的PCB板都使用电路设计软件Protel99 SE，该软件在自动布局、设计规则的确定、叠层的设计、布线方式的设计和信号完整性设计等方面功能强大，能完成复杂的PCB设计，并具有设计检查和人工干预功能，保证电路系统的准确性、功能性和可靠性。

3.7.1 PCB设计理论依据

PCB的设计其实就是电磁兼容性（EMC）设计的过程，因此理解经典的EMC理论至关重要。下面，将介绍两种最基本、最重要的EMC理论，并建立普适性模型进行分析。

在长期的设计实践中，人们已经总结出不少电路板设计的原则。在电路设计的时候，如果能够遵循这些原则，那么将有利于硬件电路的正常工作和电路板控制软件的调试。

电路板布线的基本原则：

（1）引脚间的连线尽量短。由于算法的原因，自动布线最大的缺点就是布线时的拐角

太多，许多连线往往是舍近求远，拐了一个大弯再转回来，这一类布线是手工调整的主要对象。

（2）连线尽量不要从IC片的引脚之间穿过，在焊接元器件时容易造成短路。 （3）连线简洁，同一连线不要重复连接，以免影响布线美观。

（4）输出输入端的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈耦合。 （5）导线的最小宽度主要由导线和绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值来共同

决定。当铝箔厚度为50m、宽度为1~1.5mm时，可流过2A的电流，而温升不会超过3。对于集成电路尤其是数字电路，通常选用0.02~0.03mm的导线宽度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线。电源线和地线的走线宽度不小于1mm。 （6）导线的最小安全间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。一般情

况下，对普通的信号传输导线可设置为0.3~0.5mm，而对于电源和底线则需要适当加宽。如果电路板上存在高压，则其安全间距一般应小于2mm。

（7）电路板布线要注意以下几点：电源线和地线尽可能靠近；要为模拟电路专门提供

一条地线；为减少线间串扰，必要时可增加导线之间的安全距离；导线宽度不要突变；导线不要突然拐角。

（8）电源线设计的原则：根据电路板上的电源线通过电流的大小，尽可能加粗电源线

宽度，并减少环路电阻。

3.7.2 PCB硬件设计

原理图绘制好后，导入到PCB中，经过排版布线设计出其硬件PCB如图12所示，图13为其3D视图。

图12 系统硬件PCB图