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1、 學號 畢業(yè)設(shè)計(論文)題目：蔬菜大棚溫度濕度自動控制系統(tǒng)設(shè)計作 者 屆 別 屆 院 別 信息與通信工程學院 專 業(yè) 自 動 化 指導(dǎo)教師 職 稱 教 授 完成時間 年 月 日 湖南理工學院畢業(yè)設(shè)計論文摘 要蔬菜大棚溫度濕度自動控制系統(tǒng)由主控制器AT89C51單片機、并行口擴展芯片8255、74LS373、A/D轉(zhuǎn)換器0809、濕度傳感器、溫度傳感器DS1820、固態(tài)繼電器、RAM6264、掉電保護和LED顯示器和報警電路等構(gòu)成，實現(xiàn)對蔬菜大棚溫濕度的檢測與控制，從而有效提高蔬菜的產(chǎn)量。文中提出了具體設(shè)計方案，討論了蔬菜大棚溫濕度巡回檢測與控制的基本原理，進行了可行性論證。給出了電路圖和程序流

2、程圖并附有源程序。由于利用了單片機及數(shù)字控制系統(tǒng)的優(yōu)點，系統(tǒng)的各方面性能得到了顯著的提高。關(guān)鍵詞：溫濕度傳感器；濕度傳感器；快速檢測；A/D轉(zhuǎn)換器；LED顯示器；報警電路；固態(tài)繼電器；ABSTRACT Vegetables canopy temperature and humidity automatic control system consists of the main controller AT89C51 single-chip, parallel port expansion chip 8255,74 LS373 and A/D converter 0809, humidity se

3、nsor, the temperature sensor, solid-state relay, the DS1820 RAM6264, power fail safeguard and leds display and alarm circuit, etc .To achieve the vegetable greenhouse temperature and humidity testing and control, to improve the vegetables production.In this paper, the specific design, discussed the

4、detection of vegetable greenhouses temperature and humidity and circuit control principle, carried out a feasibility demonstration.Schematic diagram is given together with source code and procedures.The use of the MCU and the advantages of digital control system, all aspects of the system performanc

5、e is significantly improved.Keywords: temperature and humidity sensors; Humidity sensors; Rapid detection; A/D converter; The LED display; Alarm circuit; Solid state relays.目 錄摘 要1ABSTRACT2目 錄31 概述41.1 溫室計算機控制的概況42 系統(tǒng)的硬件組成電路設(shè)計62.1 系統(tǒng)的硬件組成框圖62.1.1 系統(tǒng)的工作原理62.2 系統(tǒng)主控制器部分設(shè)計62.2.1 AT89C51的工作原理62.2.2 AT89C

6、51的復(fù)位電路82.2.3 AT89C51的引腳功能82.3 數(shù)據(jù)存儲器的擴展102.4 LED顯示器132.5 A/D轉(zhuǎn)換接口142.5.1 A/D轉(zhuǎn)換器的基本工作原理及器件簡介142.5.2 ADC0809與AT89C51單片機的接口設(shè)計163 單總線接口183.1 單總線芯片的硬件結(jié)構(gòu)183.2 單總線芯片的供電183.3 單總通信的ROM命令184 單總線數(shù)字溫度傳感器DS1820和濕度檢測電路204.1DS1820 的主要特性204.2DS1820 內(nèi)部結(jié)構(gòu)204.3 DS1820的工作原理214.4 DS1820使用中注意事項214.5 濕度檢測電路224.6 報警電路225 系統(tǒng)

7、的軟件設(shè)計245.1 設(shè)計方法245.2 主程序的分析與說明246 結(jié) 論25致 謝26參考文獻27附 錄281 概述1.1 溫室計算機控制的概況溫室環(huán)境測控，即根據(jù)植物生長發(fā)育的需要，自動調(diào)節(jié)溫室內(nèi)環(huán)境條件的總稱。現(xiàn)代化溫室，通過傳感器技術(shù)、微型計算機及單片機技術(shù)和人工智能技術(shù)，能自動測控溫室的環(huán)境，其中包括溫度、濕度、光照、C02濃度等，使作物在不適宜生長發(fā)育的反季節(jié)中，獲得比室外生長更優(yōu)的環(huán)境條件，達到早熟、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的目的。在農(nóng)業(yè)種植問題中，溫室環(huán)境與生物的生長、發(fā)育、能量交換密切相關(guān)，進行環(huán)境測控是實現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動化、科學化的基本保證，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合作物生長發(fā)育規(guī)律，

8、控制環(huán)境條件，達到作物優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效盼栽培目的。傳統(tǒng)的環(huán)境測控管理采用模擬控制儀表和人工管理方法，工作效率低。隨著微機技術(shù)的發(fā)展，逐步采用配置靈活、開放式結(jié)構(gòu)、運算能力較強、高可靠性、完善的開發(fā)手段及具有數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析、打印報表等功能的測控系統(tǒng)所代替，取得了較好的經(jīng)濟效益。隨著國民經(jīng)濟的迅速增長，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)得到長足發(fā)展，受控農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視，特別是溫室工程已成為工廠化高效農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分。支持溫室工程的相關(guān)技術(shù)，如溫室環(huán)境復(fù)雜系統(tǒng)的建模技術(shù)與專家決策支持系統(tǒng)、溫室環(huán)境智能測控技術(shù)研究與系統(tǒng)開發(fā)、溫室環(huán)境調(diào)配工程技術(shù)與設(shè)施研究等已成為當前該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)和研究熱點問題

9、。研究溫室環(huán)境信息進行模擬、分析、預(yù)測，研究開發(fā)基于作物成長栽培環(huán)境的溫室環(huán)境多因子智能化綜合測控系統(tǒng)，研究高效生產(chǎn)的溫室環(huán)境綜合測控模式與配套設(shè)施等將是今后主要研究內(nèi)容。目前，我國農(nóng)業(yè)正處在從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向以優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)為目的的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化的新階段。農(nóng)業(yè)環(huán)境控制工程作為農(nóng)業(yè)生物速生、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)手段是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的標志，農(nóng)業(yè)設(shè)施的自動檢測與控制是我國急待發(fā)展的項目。應(yīng)用自動控制和電子計算機實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理的自動化，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標志之一。近年來電子技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，帶來了溫室控制與管理技術(shù)方面的一場革命，隨著“設(shè)施農(nóng)業(yè)”、“虛擬農(nóng)業(yè)”等新名稱的出現(xiàn)，“設(shè)施園藝”、“虛擬溫室”的概

10、念也應(yīng)運而生。溫室計算機控制與管理系統(tǒng)正在不斷吸收自動控制和信息管理領(lǐng)域新的理論和方法，結(jié)合溫室作物種植的特點，不斷創(chuàng)新，逐步完善，從而使溫室種植業(yè)實現(xiàn)真正意義上的現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)化。國內(nèi)外溫室計算機控制技術(shù)的發(fā)展狀況計算機的發(fā)展最早可以追溯到上個世紀的40年代，但將計算機用于環(huán)境控制則開始于20世紀60年代。20世紀80年代初誕生了第一批溫室控制計算機，此后溫室計算機控制及管理技術(shù)便先是在發(fā)達國家得到廣泛應(yīng)用，后來各發(fā)展中國家也都紛紛引進、開發(fā)出適合自己的系統(tǒng)。這在給各國帶來巨大的經(jīng)濟效益的同時，也極大地推動了各國農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化進程。 溫度監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是針對蔬菜大棚溫度監(jiān)測而設(shè)計，同時也可用于糧食

11、倉儲、冷庫及煙葉發(fā)酵等場合的溫度監(jiān)測。塑料大棚是開發(fā)日光資源、充分利用太陽光能的主要形式之一，能避光、增產(chǎn)、保濕，為蔬菜生長創(chuàng)造一個良好環(huán)境。蔬菜大棚作為一個相對封閉的環(huán)境，其內(nèi)部形成了一個小氣候環(huán)境，良好的空氣環(huán)境是蔬菜正常生長的重要條件。為了增產(chǎn)、增收，要注意大棚內(nèi)部的氣體、溫度和濕度3個重要因素。氣體主要是指棚內(nèi)的二氧化碳的含量。當空氣中的二氧化碳濃度提高到0.1%時，可使蔬菜的光合作用速率增加 1 倍以上，增產(chǎn)20%80%；若使二氧化碳濃度降至0.005%時，光合作用幾乎停止。蔬菜生長的適宜溫度為 2030。大棚內(nèi)白天增溫快，當棚外平均氣溫為 15時，棚內(nèi)可達 4050。因此，要適時調(diào)

12、節(jié)棚內(nèi)溫度，避免高溫危害。塑料大棚經(jīng)常處于密閉狀態(tài)，蒸發(fā)量大大減小，內(nèi)部濕度一般在80%90%，濕度過大極易導(dǎo)致病蟲害的發(fā)生。現(xiàn)在對大棚內(nèi)氣體、溫度和濕度的有效調(diào)節(jié)，主要是通過適時的通風來實現(xiàn)。二氧化碳含量過大和濕度過大都會導(dǎo)致溫度升高。通過調(diào)節(jié)溫度可以有效地控制二者的濃度。因此，對棚內(nèi)溫度的控制是非常重要的。本文介紹的分布式單總線蔬菜大棚溫度監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，采用全數(shù)字化設(shè)計，直接監(jiān)測每個棚內(nèi)不同部分的溫度，通過對溫度的良好控制，有效地提高蔬菜的產(chǎn)量。2 系統(tǒng)的硬件組成電路設(shè)計2.1 系統(tǒng)的硬件組成框圖本系統(tǒng)為一個全自動的蔬菜大棚溫濕度巡回檢測與控制系統(tǒng)，由以下幾部分組成：AT89C51單片機，

13、溫濕度傳感器，8255并行口電路A/D轉(zhuǎn)換器變送器，驅(qū)動電路報警和顯示電路組成，其接口部分包括單片機外擴展的數(shù)據(jù)存儲器6264一片和地址鎖存器74LS373，系統(tǒng)的組成如圖1-1所示：圖1-1 硬件組成框圖2.1.1 系統(tǒng)的工作原理在應(yīng)用程序的作用下，首先對8255進行初始化，設(shè)定工作方式0。PA口PB口PC口均為輸出口，PA口PB口為顯示輸出，PC口為報警和相關(guān)設(shè)備驅(qū)動口。由于工藝決定，進大棚之前已經(jīng)將濕度控制在安全限以內(nèi)，測量過程是先溫度后濕度的順序，首先對溫度進行采樣，每一個溫度點采樣5次，計算平均值作為采樣值送入顯示和存儲的相應(yīng)單元進行存儲和傳感器的編號和溫度的顯示，然后判斷溫度是否超

14、過設(shè)定溫度，如果溫度超標則報警并根據(jù)傳感器的位置判斷啟動通風設(shè)備還是加熱設(shè)備，如果不超標就繼續(xù)檢測下一個點的溫度，知道整個大棚的多個點溫度全部測試完成，然后計算和顯示大棚的平均溫度，然后對8個點的濕度進行測量并且顯示，也是按照每個點測量5次然后取平均值的方法計算，來減少干擾因素帶來的誤差，8個點的濕度測量完成后計算并顯示大棚的平均濕度。同樣與設(shè)定的濕度值比較如果超標就報警，并啟動風扇進行通風處理。然后系統(tǒng)返回再進行溫度和濕度的巡回測量和顯示。2.2 系統(tǒng)主控制器部分設(shè)計2.2.1 AT89C51的工作原理 1 CPU的結(jié)構(gòu) CPU是單片機內(nèi)部的核心部分，是單片機的指揮和執(zhí)行機構(gòu)，它決定了單片機

15、的主要功能特性。從功能上看，CPU包括兩個基本部分：運算器和控制器。下面說明控制器和運算器。 1）運算器 運算器包括算術(shù)邏輯運算部件ALU、累加器ACCC、B寄存器、暫存寄存器TMP1和TMP2、程序狀態(tài)寄存器PSW、BCD碼運算調(diào)整電路等。 2）時鐘電路AT89C51芯片內(nèi)部有一個高增益反向放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反向放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2。在TXAL1和XTAL2兩端跨接由石英晶體及兩個電容構(gòu)成的自激振蕩器，如圖2-1所示。電容器C1和C2通常都取30pF左右，選用不同的電容量對振蕩頻率有微調(diào)作用。但石英晶體本身的標定頻率才是單片機振蕩頻率的決定因素。其振蕩頻率范圍

16、是112MHz。圖2-1 時鐘電路本設(shè)計考慮系統(tǒng)的獨立完整性，選用內(nèi)部時鐘方式，石英震蕩頻率選用12MHZ，ALE信號頻率為2MHZ。2 I/O口結(jié)構(gòu)：AT89C51單片機有4個8位并行I/O接口，記作P0、P1、P2和P3，每個端口都是8位準雙向口，共占32根引腳。每一條I/O線都能獨立地用作輸入或輸出。每個端口都包括一個鎖存器（即特殊功能寄存器P0P3），一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器，作輸出時數(shù)據(jù)可以鎖存，作輸入時數(shù)據(jù)可以緩沖，但是這四個通道的功能完全不同。3 程序存儲器及數(shù)據(jù)存儲器1）程序存儲器對AT89C51芯片來說，片內(nèi)有4K字節(jié)ROM/EPROM，片外可擴展60K字節(jié)EPROM，片內(nèi)

17、和片外程序存儲器統(tǒng)一編址。在程序存儲器中，有6個地址單元被保留用于某些特定的地址，如下表2-1所示。2）數(shù)據(jù)存儲器AT89C51數(shù)據(jù)存儲器空間也分為內(nèi)片和外片兩大部分，即片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM和片外數(shù)據(jù)存儲器RAM。如何區(qū)別片內(nèi)、片外RAM空間呢？片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器最大可以尋址256個單元，片外最大可擴展64K字節(jié)RAM，并且片內(nèi)使用的是MOV指令，片外64K ROM空間專門為MOVX指令所用。4 定時器AT89C51單片機的內(nèi)部有兩個16位可變成定時器0（T0）和定時器1（T1），它們都有定時或是事件計數(shù)的功能，可用于定時控制、延時、對外部事件計數(shù)和檢測等場合。表2-1 AT89C51的復(fù)位、中斷

18、入口地址 入口地址 說明 0000H復(fù)位后，PC=0000H 0003H外部中斷 入口 000BH定時器T0溢出中斷入口 0013H外部中斷 入口 001BH 定時器T1溢出中斷口 0023H串行口中斷入口它們具有計數(shù)和定時兩種工作方式以及四種工作模式。定時器T0具有方式0、方式1、方式2和方式3四種工作方式。T1具有方式0、方式1和方式2三種工作方式。5 中斷系統(tǒng)AT89C51單片機有五個中斷請求源。其中，兩個外部中斷源；兩個片內(nèi)定時器/計數(shù)器（T0、T1）的溢出中斷源TE0和TF1；一個片內(nèi)串行口接受或發(fā)送中斷源RI或TI。這些中斷請求分別由單片機的特殊功能寄存器TCON和SCON的相應(yīng)位

19、鎖存。當幾個中斷源同時向CPU請求中斷，要求CPU提供服務(wù)的時候，就存在CPU優(yōu)先響應(yīng)哪一個中斷請求，于是一些微處理器和單片機規(guī)定了每個中斷源的優(yōu)先級別。2.2.2 AT89C51的復(fù)位電路AT89C51單片機通常采用上電自動復(fù)位和開關(guān)手動復(fù)位兩種方式。本設(shè)計采用上電復(fù)位電路，所謂上電復(fù)位，是指單片機只要一上電，便自動地進入復(fù)位狀態(tài)。在通電瞬間，電容C通過電阻R充電，RST端出現(xiàn)正脈沖，用以復(fù)位。2.2.3 AT89C51的引腳功能AT89C51的40條引腳中，有2條專用于主電源的引腳，4條控制和其他電源復(fù)用的引腳，32條輸入/輸出引腳。如圖2-3所示，下面介紹主要引腳的名稱和功能：1）主電源

20、引腳Vcc和VssVcc：接+5V電源。Vss：接電源地。2）時鐘電路引腳XTAL1和XTAL2XTAL1：接外部晶體的一端。在單片機內(nèi)部，它是反相放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。在采用外部時鐘電路時，對于HMOS單片機上，此引腳必須接地；對AT89C51單片機，此引腳作為驅(qū)動端。XTAL2：接外部晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端，振蕩器的頻率是晶體振蕩頻率。若采用外部時鐘電路時，對于HMOS單片機上，該引腳輸入外部時鐘脈沖；對AT89C51單片機，此引腳應(yīng)懸空。圖2-2 復(fù)位電路圖2-3 AT89C51主要引腳圖3）控制信號引腳RST/、ALE/、和/

21、RST/：復(fù)位/備用電源輸入端。單片機商店后，只要在該引腳上輸入24個振蕩周期（2個機器周期）寬度以上的高電平就會使單片機復(fù)位；若在RST與Vcc之間接一個10F的電容，而在RST與Vss之間接一個8.2k的下拉電阻，則可實現(xiàn)單片機上電自動復(fù)位。4）輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2和P3P0.0P0.7：P0口是一個8位雙向I/O端口。在訪問片外存儲器時，它分時提供低8位地址和作8位雙向數(shù)據(jù)總線。在EOROM編程時，從P0口輸入指令字節(jié)；在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)（驗證時，要接上拉電阻）。P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LSTTL負載。P1.0P1.7：P1是8位準雙向I/O端口。在

22、EPROM編程和程序驗證時，它輸入低8位地址。P1口能驅(qū)動4個LSTTL負載。P2.0P2.7：P2是8位準雙向I/O端口。在CPU訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址，在對EPROM編程和程序檢驗時，它輸入高8位地址。P2口可驅(qū)動4個LSTTL負載。P3.0P3.7：P3是8位準雙向I/O端口。它是一個復(fù)用功能口，作為第一功能使用時，為普通I/O口，其功能和操作方法與P1口相同。作為第二功能使用時，各引腳的定義如下表。P3口的每一條條引腳均可以獨立的定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。P3口能驅(qū)動4個LSTTL負載。表2-2 功能表 口線 第二功能 P3.0RXD（串行口輸入） P3.1TXD

23、（串行口輸出） P3.2（外部中斷0輸入） P3.3（外部中斷1輸入） P3.4T0（定時器0的外部輸入） P3.5T1（定時器1的外部輸入） P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器“寫”信號輸出） P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器“寫”信號輸出）2.3 數(shù)據(jù)存儲器的擴展AT89C51片內(nèi)喊有28字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器RAM，主要用工作寄存器、堆棧、軟件標志和數(shù)據(jù)緩沖器。對于簡單的測控系統(tǒng)，用它存放運算的中間結(jié)果，容量是夠用的。但是對于大量數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，則需要在片外擴展RAM。由于本設(shè)計采用大量溫濕度傳感器，所以一片AT89C51芯片是不夠用的，所以要對AT89C51的數(shù)據(jù)存儲器進行擴展，因此，選用6264數(shù)據(jù)存儲器

24、一片。6264可以直接和存儲器的地址線并聯(lián)，數(shù)據(jù)地址線也同樣可以并聯(lián)連接。6264的寫選通信號信號連接到AT89C51的上，讀選通信號連接到AT89C51的上，這樣單片機就能把程序采集來的數(shù)據(jù)。經(jīng)過變換最終轉(zhuǎn)換成數(shù)字溫度量存放到6264中，也可以6264中讀取數(shù)據(jù)7，具體的連接如下圖2-4所示：8255A中的控制寄存器很少，所以初始化程序設(shè)計簡單。對于方式0，如果不要設(shè)定C口的聯(lián)絡(luò)信號，則只需要設(shè)置方式控制字；如果要設(shè)定C口的某些位為聯(lián)絡(luò)信號，則只需設(shè)置C口的位置/復(fù)位控制字。對于方式1和方式2，因為都要用到控制信號，所以必須設(shè)置兩個控制字，即設(shè)置方式選擇控制字和C口復(fù)位控制字。8255有40

25、個引腳，下面根據(jù)功能分類說明。圖2-4 AT89C51與地址6264的連接1） 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線有D7D0，PA7PA0，PB7PB0，PC7PC0，均為雙向三態(tài)，其中D7D0與CPU數(shù)據(jù)總線相連，用于傳遞CPU與8255之間的命令和數(shù)據(jù)；PA7PA0，PB7PB0，PC7PC0，分別與A、B、C三個端口相對應(yīng)，用于8255A與外設(shè)之間的傳送數(shù)據(jù)。2） 尋址線尋址線、和，用于選擇8255的三個端口和控制寄存器。：片選信號，輸入，低電平有效。有效時表示選中本片。和：輸入，通常與系統(tǒng)地址總縣的和對應(yīng)相連。當有效時，和的四種組合00、01、10、11分別選擇A、B、C、口和控制寄存器，所以一片8255A

26、共有4個I/O地址。3） 控制線：讀信號，輸入，低電平有效。當為低電平時，表示CPU對8255A進行讀操作。：寫信號，輸入，低電平有效。當為低電平時，表示CPU對8255A進行寫操作。RESET：復(fù)位信號，輸入，高電平有效。當RESET為高電平時， 8255A內(nèi)部所有寄存器清零。各端口都自動設(shè)置為輸入方式，24條I/O引腳均為高租態(tài)8。4） 電源和地線采用單一+5V電源。8255A的控制信號和傳輸動作之間的關(guān)系如表2-3所示表2-3 8255的控制信號和傳輸動作對應(yīng)關(guān)系 傳輸說明0 0 00 0 10 1 00 0 00 0 10 1 00 1 11 0 1 10 0 1 0 1 0 1 1

27、0 1 0 1 0 1 0 0 11 1A口數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線B口數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線C口數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線A口數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線B口數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線C口數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線控制寄存器進入高阻態(tài)非法進入高阻態(tài) 8255A的引腳信號如圖2-5所示：圖2-5 8255A引腳AT89C51和8255A的接口：8255A可以直接與MCS-51總線接口，其接口電路如圖2-6所示圖2-7中，8255A的片選信號及口地址選擇線A0、A1分別由AT89C51的P2.7和P0.1、P0.0經(jīng)地址鎖存后提供，所以，8255A的A口、B口、C口及控制口的地址分別為6000H、6001H、6002H、6003H。8255A的、分別與A

28、T89C51的、相連，8255A的RESET與AT89C51的RST相連。都接到AT89C51的復(fù)位電路上。對8255初始化的程序如下：MOV A ，#80H ；置方式控制字 方式0MOV DPTR，#6003H 指向8255口地址MOVX DPTR A本設(shè)計采用8255的A口B口連接LED顯示器，用C口進行報警和相應(yīng)設(shè)備的啟動，所以PA口PB口PC口的地址分別為6000H，6001H和6002H。圖2-6 8255A和AT89C51的連接2.4 LED顯示器 LED顯示器的結(jié)構(gòu) LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管。其外形結(jié)構(gòu)如圖2-7所示，由圖可見它由8個發(fā)光二極管

29、（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合來顯示出09、A、B、C、D、E、F以及小數(shù)點“.”等字符。 圖2-7 LED顯示器的結(jié)構(gòu)表2-4列出七段LED顯示器（共陰極）顯示的數(shù)字、字符和對應(yīng)的段碼關(guān)系。共陽極顯示器的段碼與共陰極顯示器的段碼是邏輯非的關(guān)系，所以對表2-4中的共陰極顯示器的段碼求反，即可得到共陽極顯示器的段碼。LED顯示器的顯示方法本設(shè)計顯示需要使用2855和7位共陽極顯示器的接口電路。8255的A作為位掃描口，經(jīng)反向驅(qū)動器75452接顯示器公共陰極；B口作為段數(shù)據(jù)口，經(jīng)同相驅(qū)動器7407接顯示器的各個陽極。表2-4 數(shù)字對應(yīng)的段碼表示字符 DP g f e d c b a段碼（H）

30、0123456789AbcdEFP.空格0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 00 1 0 1 1 0 1 10 1 0 0 1 1 1 10 1 1 0 0 1 1 00 1 1 0 1 1 0 10 1 1 1 1 1 0 10 0 0 0 0 1 1 10 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 1 1 1 10 1 1 1 0 1 1 10 1 1 1 1 1 0 00 0 1 1 1 0 0 10 1 0 1 1 1 1 00 1 1 1 1 0 0 10 1 1 1 0 0 0 10 1 1 1 0 0 1 11 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0

31、 0 0 0 3F065B 4F666D7D077F6F777C395E7971738000對于6位顯示器，在AT89C51RAM存儲器中設(shè)置7個顯示緩沖單元70H76H，分別存放7位顯示器的顯示數(shù)據(jù)。8255的 A 口掃描輸出總是只有1位高電平，即7位顯示器中僅有1位公共陽極為高電平，其他位為低電平8255的B口輸出相應(yīng)位然后對其他6位巡回顯示，如果小數(shù)點位固定可以通過對指定位進行置位或者清零來實現(xiàn)。2.5 A/D轉(zhuǎn)換接口2.5.1 A/D轉(zhuǎn)換器的基本工作原理及器件簡介A/D轉(zhuǎn)換器的種類繁多、特性各異。在設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、測控系統(tǒng)和智能儀器儀表時，應(yīng)選擇性能合適、性能價格比高的A/D轉(zhuǎn)換器芯

32、片。本設(shè)計選擇的A/D轉(zhuǎn)換器芯片為ADC0809。ADC0809是8路8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換CMOS器件，在過程控制和機床控制等應(yīng)用中，能對多路模擬信號進行分時采集和A/D轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號通過三態(tài)緩沖器，可直接與微處理器的數(shù)據(jù)總線相連接。ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如圖2-8所示，芯片的主要組成部分是一個8位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器。為了實現(xiàn)8路模擬信號的分時采集，片內(nèi)設(shè)置了帶有鎖存功能的8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存和圖2-8 ADC0809原理圖譯碼電路，可對8路05V的輸出模擬電壓進行分時轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器。ADC0809的主要特性如下：（1） 分辨率

33、為8位。（2） 最大不可調(diào)誤差小于。（3） 可鎖存三態(tài)輸出，能與8位為處理器接口。（4） 輸出與TTL兼容。（5） 不必進行零點和滿度調(diào)整。（6） 單電源供電，供電電壓為5V。（7） 轉(zhuǎn)換速率取決于芯片的時鐘頻率，時鐘頻率范圍是：101280kHz。當時鐘頻率選為500 kHz時，對應(yīng)的轉(zhuǎn)換時間為128s。ADC0809芯片的引腳如圖2-9所示，引腳功能說明如下；：8路模擬信號輸入端。：8位數(shù)字量輸出端。START：啟動控制輸入端，高電平有效，用于啟動ADC0809內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換過程。ALE：地址鎖存控制輸入端。ALE端可與START端接在一起，通過軟件輸入一個正脈沖，可立即啟動A/D轉(zhuǎn)換。

34、CLK：時鐘信號輸入端。ADDA（ADDB、ADDC）：8路模擬選通開關(guān)的3位地址選通輸入端；其地址碼與輸入通路的對應(yīng)關(guān)系如表2-5所示。圖2-9 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：供電電源輸入端。（+）：參考電壓正端。（）：參考電壓負端。表2-5 地址和通道的對應(yīng)關(guān)系地址碼ADDC ADDB ADDA對應(yīng)的輸入通道 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 1 1 1 IN72.5.2 ADC0809與AT89C51單片機的接口設(shè)計ADC0809與單片機AT89C51的硬件接口方式有：查詢方式、中斷方式

35、和等待延時方式。采用中斷方式不浪費CPU的等待時間，但是如果A/D轉(zhuǎn)換時間較短，也可以用程序查詢方式和等待查詢延時方式。下面介紹兩種最常用的方式：查詢方式和中斷方式。1） 查詢方式ADC0809與單片機AT89C51的硬件接口如圖2-10所示：圖2-10 ADC0809與單片機AT89C51的硬件接口電路由于ADC0809具有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器，其8位數(shù)據(jù)輸出端可以與數(shù)據(jù)總線相連。地址選通端ADDA、ADDB、ADDC分別與AT89C51地址總線的低三位、相連，用于選通中的某一個通道。由于ALE和START連在一起，ALE=START=，ADC0809在鎖存通道地址的同時啟動A/D轉(zhuǎn)換。在讀取

36、A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果時。OE=產(chǎn)生的正脈沖信號用于打開三態(tài)輸出鎖存器。ADC0809的EOC信號與AT89C51的P1.0相連，作為A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的狀態(tài)信號供T89C51查詢。采用查詢方式分別對8路模擬信號順序采樣，并依次把A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)存儲區(qū)，其采樣轉(zhuǎn)換程序如下：MOV TEMPL0 ，#08H ；設(shè)置通道個數(shù)MOV R1 ，2AH ；置數(shù)據(jù)區(qū)首地址MOV DPTR ，#5000H ；指向通道0START： MOVX DPTR ， A ；啟動A/D轉(zhuǎn)換 MOV R3 ， #32 ；設(shè)置延時時間LOOP100：DJNZ R3 ，LOOP100 ；延時完成？TEST： NB P3.3 ，

37、TEST ；標志位為1？不為等待 MOVX A ，DPTR ；取出A/D轉(zhuǎn)換值 MOV R1 ， A ；送入數(shù)據(jù)區(qū) INC R1 ；指針加1 CJNE R1 ，#2FH， START；判斷數(shù)據(jù)區(qū)滿？2） 中斷方式ADC0809作為AT89C51單片機的一個外部擴展并行口I/O口，口地址取決于所連接的中斷口，選通通道取決于地址地位，中斷方式的主要特點是將轉(zhuǎn)換完成信號接在單片機的中斷口上，轉(zhuǎn)換完成A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)出信號單片機把它當作一個中斷來處理。所以本設(shè)計中A/D轉(zhuǎn)換器連接成查詢方式。3 單總線接口3.1 單總線芯片的硬件結(jié)構(gòu)對于單總線器件，為了使每個器件在適當?shù)臅r候都能被驅(qū)動，他們與總線匹配的端

38、口也必須具有開漏輸出或三態(tài)輸出的功能，正如上文所述，系統(tǒng)主設(shè)備的I/O端口也具有類似的結(jié)構(gòu)，由于主機和從機都是開漏輸出，在主設(shè)備的總線惻必須有上拉電阻，系統(tǒng)才能正常操作。此外，單總線器件通常采用3引腳封裝，外型類似于小工率三極管，在三個引腳中有一個公共地端、一個數(shù)據(jù)輸入/輸出端和一個電源端，這個電源端可以為單總線器件提供外部電源，從而免除總線集中饋電。對于大多數(shù)采用總線集中供電的單總線器件，等效于在各期間內(nèi)部有一個約5A的恒流充電源，從而使得單總線器件功耗較低。3.2 單總線芯片的供電單總線接口技術(shù)的另外一個顯著特點是不需要使用獨立的電路，所有的單總線芯片都可以通過單線寄生電源供電。下圖對單總

39、線寄生供電的原理進行了描述。在圖3-1所示中，DQ引腳連接在單線總線上，整個器件的電源來自這條總線上掛接的主機，這種“偷電”式的供電又稱寄生電源。當總線處于高電平時不僅經(jīng)過二極管給芯片提供了電源，同時又給內(nèi)部電容器充電而存儲了能量；當總線變?yōu)榈碗娖綍r二極管截止，芯片改由電容器供電，仍可正常操作，當然維持時間不可能太長。為了解決單總線供電不足問題，使用MOSFET將輸入線的高電平強拉到5.0V，從而可以增加驅(qū)動電流。芯片提供了電源，同時又給內(nèi)部電容器充電而存儲了能量；當總線變?yōu)榈碗娖綍r二極管截止，芯片改由電容器供電，仍可正常操作，當然維持時間不可能太長。為了解決單總線供電不足問題，使用MOSFE

40、T將輸入線的高電平強拉到5.0V，從而可以增加驅(qū)動電流。圖3-1 寄生電源供電3.3 單總通信的ROM命令下面簡要地介紹各個ROM命令的功能，以及使用在何種情況下。1）搜索ROM（代碼為FOH）當系統(tǒng)初始上電時，主機必須找出總線上所有從設(shè)備的ROM代碼，這樣主機就能判斷出從機的數(shù)目和類型。主機通過重復(fù)執(zhí)行搜索ROM循環(huán)（搜索ROM命令跟隨著位數(shù)據(jù)交換），以找出總線上所有的從機設(shè)備。在每次執(zhí)行完搜索ROM循環(huán)后，主機必須返回至命令序列的第一步（初始化）。2） 讀ROM（代碼為33H）該命令僅適用于總線上只有一個從設(shè)備（單節(jié)點）的情況。它允許主機直接讀出從主機的64位ROM代碼，而無需執(zhí)行搜索RO

41、M過程，如果該命令用于多節(jié)點系統(tǒng)，則必然發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，因為每個從機設(shè)備都會影響該命令。3） 匹配ROM（代碼55H）匹配ROM命令跟隨64位ROM代碼，從而允許主機訪問多節(jié)點系統(tǒng)中某個指定的從機設(shè)備。僅當從機完全匹配64為的ROM代碼時，才會響應(yīng)主機隨后發(fā)出的功能命令，而其他設(shè)備將處于等復(fù)位脈沖的狀態(tài)。4）直訪問ROM（代碼CCH）主機能夠采用該命令可時反問總線上的所有從機設(shè)備，而無須發(fā)出任何ROM代碼信號，例如，如果單總線器件采用DS18B20傳感器，主機通過在發(fā)出直訪ROM命令后跟隨準換溫度命令【44H】，就可以同時命令總線上的所有DS18B20開始轉(zhuǎn)換溫度，這樣大大節(jié)省了上機時間。值得注

42、意的是，如果訪ROM命令跟隨的是讀暫存器【BEH】的命令（包括其他讀操作命令），則該命令只能應(yīng)用于單節(jié)點系統(tǒng)，否則將由于多個節(jié)點都響應(yīng)該命令而引起數(shù)據(jù)沖突。5） 單總線器件的ROM搜索Dallas公司的每片單片機器件都是具有唯一的64位注冊碼，他存儲在只讀儲器（ROM）中，在單總線網(wǎng)絡(luò)中注冊碼用于單總線系統(tǒng)主機對從機器件進行逐一尋址。如果單總線網(wǎng)絡(luò)中從機器件的ROMID是未知的，可以通過ROMID搜索算法來找到該注冊碼單總線期間的ROM注冊的數(shù)據(jù)格式如表3-1所示表3-1 單總線器件ROM注冊碼數(shù)據(jù)格式MSB64位ROM注冊碼LSB8位CRC校驗碼MSBLSB48位序列號MSBLSB8位家族碼

43、MSBLSB4 單總線數(shù)字溫度傳感器DS1820和濕度檢測電路4.1DS1820 的主要特性 DS1820 有下列主要特性 : 1）只需一根 I/ O 線就能完成通信 ; 2）多個分散的 DS1820 可以共用一線進行通信; 3）不需外部元器件 ; 4）可以通過數(shù)據(jù)線供電 ; 5）檢測溫度范圍為 - 55 + 125C ,精度在0. 5度 ; 6）用 9bit 數(shù)字量來表示溫度 ; 7）每次將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需 200ms ; 8）可定義一個不變化的溫度設(shè)置為報警溫度; 9）有 PR35 T 和 SSOP 兩種封裝型式。4.2DS1820 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS1820 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 4-1 所示

44、。圖4-1 DS1820內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 由圖4-1 可知 ,DS1820 由以下幾部分組成: 1）64 位激光只讀存貯器。在這里存放著每個 DS1820 的唯一的序號 ,開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號(DS1820 為 10H） ,接著是每個器件的唯一的序號 ,共有 48 位 ,最后 8 位是前 56 位的 CRC 校驗碼這也是多個 DS1820 可以采用一線進行通信的原因。 2）溫度傳感器。它是將溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的關(guān)鍵部分。 3）DS1820 的存貯器。它由高速存貯器RAM和EERAM(高溫TH和低溫TL報警觸發(fā)器）組成,數(shù)據(jù)首先寫入高速存貯器 RAM 中 ,然后通過復(fù)制命令將數(shù)據(jù)寫入 EERAM

45、 中。高速存貯器 RAM 由8 個字節(jié)組成 ,頭兩個字節(jié)存放檢測溫度的值,0號 (LSB） 為存放溫度的值,1 號 (MSB） 存放溫度值的符號 ,如果溫度為負 ,則1號存貯器全為1 ,否則全為0，這也是可用 9bit 來表示溫度的原因。最低位先讀出。若LSB最低位為1 ,則表示為0.5度 ,求值的方法根據(jù)MSB中的值將LSB中的二進制數(shù)求補再轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)除以 2 即得被測溫度的值。表 2是溫度和數(shù)字量的關(guān)系。第二和第三字節(jié)是從TH和TL中復(fù)制的值,當上電被更新;接下來兩個字節(jié)沒用 ,若讀它應(yīng)全為1 ;第六和第七字節(jié)為計數(shù)寄存器;最后一個字節(jié)為 CRC 校驗。4.3 DS1820的工作原理

46、DS1820的引腳排列如圖4-2所示。I/O位數(shù)據(jù)輸入/輸出端（即單線總線），它屬于漏極開路輸出，外接上拉電阻后，常態(tài)下呈高電平。是可供選用的外部+5V電源端，不用時需接地。GND為地，NC為空腳。圖4-2 DS1820的引腳圖DS1820測量溫度時使用特有的溫度測量技術(shù)，其測量溫度框圖如圖4-3所示。內(nèi)部計數(shù)器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計數(shù)，低溫時振蕩器的脈沖可以沖過門電路，而當達到某一設(shè)置高溫時，振蕩器的脈沖無法通過門電路。圖4-3 DS1820測溫原理框圖4.4 DS1820使用中注意事項DS1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意

47、以下幾方面的問題： 1）較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。 2）當單總線上所掛DS1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。 3）在DS1820測溫程序設(shè)計中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號，一旦某個DS1820接觸不好或斷線，當程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)4.5 濕度檢測電路本例中采用8255來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。EL7556由積分電路、基準電路、

48、頻率轉(zhuǎn)換電路及頻率電壓（F/V）轉(zhuǎn)換電路等組成，積分電路及R1、R2、C1用于產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號并從5腳送至8腳。調(diào)節(jié)R2可對該脈沖信號頻率進行調(diào)整，從而使?jié)穸葌鞲衅鞯木€性和靈敏度處于較好狀態(tài)；基準電路和頻率轉(zhuǎn)換電路可將濕度傳感器的電容變化轉(zhuǎn)換成頻率變化，再經(jīng)頻率電壓轉(zhuǎn)換電路后從9腳輸出與頻率成線性的電壓，然后經(jīng)C3等濾波后送入A/D轉(zhuǎn)換器，再進行A/D轉(zhuǎn)換以將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。本設(shè)計的濕敏傳感器為MXS型電容式濕敏傳感器，濕度為76%RH時的電容值為500pF，電容相對變化率為1.7 pF/%。當濕度為0%100%RH時，9腳輸出的相應(yīng)信號頻率為01000Hz，精度為2%，F(xiàn)/V電路輸出

49、的電壓為05V。調(diào)整時，可先設(shè)定濕度為5%RH，然后調(diào)節(jié)R2，使9腳輸出100mV電壓即可。主要特性：1）與MCS-51 兼容 ；2）4K字節(jié)可編程閃爍存儲器；3） 壽命：1000寫/擦循環(huán)；4）數(shù)據(jù)保留時間：10年圖4-4 濕度傳感器外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4.6 報警電路蜂鳴報警電路是的優(yōu)點是能通過不斷的發(fā)出聲音使人便于及時斷定線路的通斷，發(fā)音元件主要就是蜂鳴器，只要將報警電路接到3-5V直流電源上就能產(chǎn)生3Hz左右的震蕩聲響，其電路如圖4-5所示圖4-5 報警電路5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計5.1 設(shè)計方法本溫濕度控制系統(tǒng)在設(shè)計過程中，遵循的是穩(wěn)定化、高效化、簡單化、小型化的特點，最大限度提高系統(tǒng)的性價比

50、。應(yīng)用軟件采用模塊化的程序設(shè)計方法，這種條理清晰的設(shè)計方法免去一部分軟件的重復(fù)編程，然后組合成符合要求的應(yīng)用程序，因此本應(yīng)用軟件分為兩大部分：主程序和子程序設(shè)計。5.2 主程序的分析與說明主程序是調(diào)控系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，它被ROM中，系統(tǒng)上電復(fù)位后執(zhí)行一個跳轉(zhuǎn)指令條通過中斷區(qū)就開始執(zhí)行主程序。6 結(jié) 論經(jīng)過半年的設(shè)計“蔬菜大棚溫濕度檢測與控制系統(tǒng)”的設(shè)計已經(jīng)圓滿結(jié)束，本設(shè)計本著最大限度的節(jié)省人力物力為基礎(chǔ)，方便快捷為目的，加上高效低成本為原則對元件進行了選擇，經(jīng)過半年的設(shè)計本系統(tǒng)以較低的成本和優(yōu)越性得到的廣泛的好評，特別是采用了先進的“一總線”器件進行溫度測量體現(xiàn)了速度快|、精度高、測點多、布線少

51、等諸多優(yōu)點，可以實現(xiàn)溫濕度的巡回測量和顯示，能對超標的溫度和濕度及時準確的報警并同時進行自動選擇性的調(diào)節(jié)處理，大大的提高了蔬菜的成活率以及大幅度減輕管理者的負擔，使蔬菜種植能獲得一種可觀的經(jīng)濟收益，是大棚蔬菜種植者的首選產(chǎn)品。半年的設(shè)計鍛煉了我的分析問題解決問題的能力，雖然本設(shè)計已經(jīng)完成，但其中也難免出現(xiàn)不足和漏洞，希老師和讀者指正。致 謝經(jīng)過半年的資料收集、論證和設(shè)計，我的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)圓滿完成，在此對老師的精心指導(dǎo)和不厭其煩的講解表示衷心的感謝，在設(shè)計中也幫助我收集材料、進行方案論證并時時督促，特別是在軟件設(shè)計方面，老師和同學們給我提出了寶貴意見，在此允許我對精心教導(dǎo)我的老師、同學們再次表示

52、衷心的感謝！參考文獻1 徐偉忠. 計算機技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用.麗水市科技局遠程教育直播中心,20042 胡乾斌. 單片微型計算機原理與應(yīng)用M.華中科技大學出版社,19963 楊振江.A/D D/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)與實用線路M.西安電子科技大學出版社4 黃惠媛,李潤國.單片機原理與接口（自動化控制專業(yè)）M.海軍出版社,20065 楊金巖.8051單片機數(shù)據(jù)傳輸接口擴展技術(shù)與應(yīng)用實例M.人民郵電出版社,20056 胡學海.單片機原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M.電子工業(yè)出版社,20057 沙占友,王彥朋,孟志永.單片機外圍電路設(shè)計M.電子工業(yè)出版社,20038 王新賢,蔣富瑞.實用計算機控制技術(shù)手冊M.山東科學

53、技術(shù)出版社,20049 周繼明，江世明，傳感技術(shù)與應(yīng)用M, 中南大學出版社, 2005，68-8910 求是科技,單片機典型模塊設(shè)計實例導(dǎo)航M,人民郵電出版社, 2004，45-5811 李朝清,單片機原理及接口技術(shù)M,北京航空航天大學出版社, 2003，67-8912 朱延釗，AD7705/7706的應(yīng)用J，國外電子元器件，2002,6:23-2513 王衛(wèi)平，電子工藝基礎(chǔ)M，電子工業(yè)出版社，200514 Ernest O.Doebelin. Measurement Systems: Application and Design M.America: McGraw-HILL BOOK COM

54、PANY,197615 彭其圣 , 劉松齡. 單片機溫室大棚種植參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng). 中南民族大學學報:自然科學版 , 2004附 錄附錄1 系統(tǒng)原理圖附錄2 主程序程序如下：* 常數(shù)定義：*IEMPL EOU 21HIEMPH EQU 22HIEMPLC EQU 23HIEMPHC EQU 24HIEMPHEAD EQU 36HTD1 EQU 40HTD2 EQU 41HTD3 EQU 42HTEMPL0 EQU 2FHTEMPLP1 EQU #04HTEMPLP0 EQU #80HTEMPD1 EQU #02HTEMPD0 EQU #80H* 工作內(nèi)存定義*BITST DATA 20HRS BIT BITST.1C300 BIT BITST.2RST BIT BI