小型倉(cāng)庫(kù)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 作者 學(xué)號(hào) 10619s34 系部 電子信息工程系 專業(yè) 電子信息工程技術(shù)/電子商務(wù) 題目 小型倉(cāng)庫(kù)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 指導(dǎo)教師 評(píng)閱教師 完成時(shí)間： 2010 年 3 月 15 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中文摘要 小型倉(cāng)庫(kù)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 摘要：倉(cāng)庫(kù)內(nèi)要實(shí)現(xiàn)溫濕度的精確控制必須進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量?；谶@ 一要求，本文采用多個(gè)數(shù)字溫濕度傳感器 shtll 來(lái)設(shè)計(jì)倉(cāng)庫(kù)監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)，以達(dá)到簡(jiǎn)化軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高測(cè)量精度的目的。首先介紹 了 shtll 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、接口電路和工作時(shí)序，然后確定了采用多個(gè) shtll 紐成的溫濕度測(cè)量系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方案，最后基于 at89s51

2、單片機(jī)設(shè)計(jì)了電路簡(jiǎn)潔、大大節(jié)省 i/o 口資源、具有現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)立顯示 和遠(yuǎn)距離通信功能的多點(diǎn)溫濕度測(cè)量系統(tǒng)，并編寫了 pc 機(jī)端直觀的 數(shù)據(jù)觀測(cè)界面程序，為現(xiàn)代化倉(cāng)庫(kù)的集中管理提供了條件。 關(guān)鍵詞：sht11；at89s51；串口通信；倉(cāng)庫(kù)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文摘要 titletitle : : small storage temperature 式 12t 中 s()為 t sht11 溫度測(cè)量值，特點(diǎn)系數(shù) d 、d 值見(jiàn)表 2-5。 12 s() t d 2 d 2 14 bit0.010.018 12 bit0.040.072 表 2-5 溫度轉(zhuǎn)換系數(shù) 3. 測(cè)量舉例 vdd

3、d 1 d 1 5v-40.00-40.00 4v-39.75-39.50 3.5v-39.66-39.35 3v-39.60-39.28 2.5v-39.55-39.23 圖 2-11 “0000100100110001” “0000100100110001”=2353 rh=c +c s()+c s() linear12rh3rh 2 =-4+0.04052353+-2.8102353 62 =75.19 %rh(未包含溫度補(bǔ)償) 2.22.2 單片機(jī)單片機(jī) at89s51at89s51 本設(shè)計(jì)采用 atmei 公司的 at89s51 芯片作為微控制器。at89s51 是一個(gè)低 功耗，高性

4、能 cmos 8 位單片機(jī)。 主要性能參數(shù)： 與 mcs-51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4k 字節(jié)在系統(tǒng)編程(isp)flash 閃速存儲(chǔ)器 1000 次擦寫周期 4.05.5v 的工作電壓范圍 全靜態(tài)工作模式： 0hz 33mhz 三級(jí)程序加密鎖 1288 字節(jié)內(nèi)部 ram 32 個(gè)可編程 i /o 口線 2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 6 個(gè)中斷源 全雙工串口 uart 通道 低功耗空閑和掉電模式 中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng) 看門狗(wdt）及雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性 靈活的在系統(tǒng)編程(isp 字節(jié)或頁(yè)寫模式) 2.2.12.2.1 單片機(jī)單片機(jī) at89s51at89s51 的的結(jié)構(gòu)及

5、組成 at89s51 是由 cpu、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ram、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 rom、并行輸入/ 輸出（i/o）口、串口口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、時(shí)鐘電路等部分組成，它 們均由單一總線連接并被集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，即組成了單片微型計(jì)算機(jī)。 結(jié)構(gòu)圖如圖 2-12 圖 2-12 at89s51 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2.2.22.2.2 單片機(jī)單片機(jī) at89s51at89s51 的的引腳 at89s51 采用 40 管腳雙列直插 dip 封裝，如圖 2-13。 圖 2-13 at89s51 引腳圖 引腳功能說(shuō)明： vcc ：電源電壓 vss ：地 p0 口： p0 口是一組 8 位漏極開(kāi)路型雙向 i/0

6、口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù) 用口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) ttl 邏輯門電路，對(duì)端口寫“ l ” 可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分 時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 f1ash 編程時(shí)， p0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn) 時(shí)，要求外接上拉電阻。 p1 口： pl 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口， pl 的輸出緩沖級(jí) 可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) ttl 邏輯門電路。對(duì)端口寫“l(fā)” ，通過(guò)內(nèi)部 的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部 存在上

7、拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ i） 。flash 編 il 程和程序校驗(yàn)期間， pl 接收低 8 位地址。p1.5、p1.6、p1.7 可用于程序固化 （下載）使用，如表 2-6。 表 2-6 p2 口： p2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口， p2 的輸出緩 沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) ttl 邏輯門電路。對(duì)端口寫“ 1 ”，通 過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因 為內(nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（i）。在 il 訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 movxdp

8、tr 指 令） 時(shí)， p2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （如執(zhí)行 movxri 指令）時(shí)， p2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（ sfr ）區(qū)中 p2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， p2 亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。 p3 口： p3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/0 口。 p3 口輸出 緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) ttl 邏輯門電路。對(duì) p3 口寫入“ l ”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低 的 p3 口將用上拉電阻輸出電流（i）。p3 口除了作為一般的 i

9、/0 口線外， il 更重要的用途是它的第二功能，如下表 2-7 所示：p3 口還接收一些用于 flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 表 2-7 rst ：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， rst 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電 平將使單片機(jī)復(fù)位。 wdt 溢出將使該引 腳輸出高電平，設(shè)置 sfr auxr 的 disrt0 位（地址 8eh ）可打開(kāi)或關(guān)閉該 功能。 disrt0 位缺省為 reset 輸出高電平 打開(kāi)狀態(tài)。 aleale/：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),ale(地址鎖存允許）prog 輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器， ale 仍以時(shí) 鐘

10、振蕩頻率的 1 /6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定 時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ale 脈沖。對(duì) f1ash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖(prog)。如有必要，可通 過(guò)對(duì)特殊功能寄存器(sfr)區(qū)中的 8eh 單元的 d0 位置位，可禁止 ale 操作。 該位置位后，只有一條 m0vx 和 m0vc 指令 ale 才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì) 被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ale 無(wú)效。 ：程序儲(chǔ)存允許(）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) psenpsen at89s51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令(或數(shù)據(jù))時(shí)，每個(gè)機(jī)器

11、周期兩次有效，psen 即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒(méi)有兩次有效的信號(hào)。 psen /vpp ：外部訪問(wèn)允許。欲使 cpu 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為ea 0000h ffffh），端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 ea lb1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存端狀態(tài)。如端為高電平（接 vcc 端），eaea cpu 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。f1ash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12v 的編程電壓 vpp 。 xtall ：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 xtal2 ：振蕩器反相放大器的輸出端。 內(nèi)置看門狗電路(wdt) ：由十單片機(jī)的工作常常會(huì)受到來(lái)自

12、外界電磁場(chǎng)的干 擾，造成程序的跑飛而陷入死循環(huán)，這樣會(huì)打斷程序的正常運(yùn)行，從而使單片 機(jī)控制的系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)工作，造成整個(gè)系統(tǒng)陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后 果。為了避免這種情況發(fā)生，本芯片內(nèi)置了看門狗電路。所謂看門狗技術(shù)是一 種程序監(jiān)視技術(shù)，它不斷的監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)程序出現(xiàn)跑飛時(shí)而陷入 死循環(huán)時(shí)，看門狗電路就會(huì)在它和單片機(jī)復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個(gè)復(fù)位 信號(hào)，使單片機(jī)發(fā)生復(fù)位，即程序從程序存儲(chǔ)器的起始位置開(kāi)始執(zhí)行，這樣便 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的自動(dòng)復(fù)位，使單片機(jī)可以在無(wú)人狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。 2.2.32.2.3 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 at89c51 內(nèi)核采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間分開(kāi)的結(jié)構(gòu)，均

13、具有 64kb 外部程序和數(shù)據(jù)的尋址空間。 2.2.3.12.2.3.1 程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器 用于存放編制好的程序和表格。rom 的 0000h-002ah 單元預(yù)留給上電復(fù)位 后引導(dǎo)程序地址及 5 個(gè)中斷服務(wù)程序的入口地址，在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，主程序 的存放從 002bh 單元開(kāi)始。在程序存儲(chǔ)器中有六個(gè)單元有特定的含義： 0000h0002h：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位后，pc=0000h 即從此處開(kāi)始執(zhí)行指令。 0003h000ah：外部中斷 0 入口地址區(qū)。 000bh0012h：定時(shí)器 0 溢出中斷入口地址區(qū)。 0013h001ah：外部中斷 1 入口地址區(qū)。 001bh0022h：定時(shí)器溢出中斷入口

14、地址區(qū)。 0023h002ah：串口口中斷入口地址區(qū)。 使用時(shí)常在這些入口外安放一條絕對(duì)跳轉(zhuǎn)指令，使程序跳轉(zhuǎn)到擁護(hù)安排的 中斷處理程序的起始地址，或從 0000h 外執(zhí)行一跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到用戶設(shè)計(jì)的 初始程序入口。 如果 ea 引腳接地,全部程序均執(zhí)行外部存儲(chǔ)器。 若 ea 接 vcc，程序首先執(zhí)行地址從 0000h-0fffh (4kb)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器， 再執(zhí)行地址為 1000h-ffffh（60kb）的外部程序存儲(chǔ)器。 2.2.3.22.2.3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放運(yùn)算中間的結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存、緩沖、標(biāo)志位、待測(cè)程 序等功能。 片內(nèi)的低 128b 的 ram 地址為 0

15、0h7fh，供用戶做 ram 用，但是在這中間 的前 32 單元，00h1fh 即引用地址尋址做用戶 ram 用，常常做工作寄存器區(qū)， 分做四組，每組由 8 個(gè)單元組成通用寄存器 r0r7，任何時(shí)候都由其中一組作 為當(dāng)前工作寄存器，通過(guò) rs0，rs1 的內(nèi)容來(lái)決定選擇哪一個(gè)工作寄存器。 片內(nèi) ram 不夠用時(shí)，須擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。此時(shí)單片機(jī)通過(guò) p2 口和 p0 口選出 6 位地址，使用 ale 作低 8 位的鎖存信號(hào)，再由 p0 口寫入或讀出數(shù)據(jù)。 寫時(shí)用，讀時(shí)用做外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。 2.2.3.32.2.3.3 特殊功能寄存器特殊功能寄存器 sfrsfr 在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的 8

16、0hffh 的高 128b 單元中有 21 個(gè)特殊功能寄存器 sfr，其余單元現(xiàn)無(wú)定義，用戶不能對(duì)這些單元進(jìn)行讀寫操作。它們用來(lái)管理 cpu 和 i/o 口以及內(nèi)部邏輯部件，在指令中專用寄存器是以存儲(chǔ)單元方式被讀 寫的，專用寄存器雖有名稱，但尋址時(shí)都做專用寄存器用，它們的地址是與片 內(nèi) ram 的地址相連的。下面就專用寄存器作以簡(jiǎn)單的介紹： 累加器 a：在絕大多數(shù)情況下它參與運(yùn)算的一方并存放運(yùn)算的結(jié)果。 寄存器 b：進(jìn)行乘除運(yùn)算時(shí)，寄存器 b 有特定的用途，在乘時(shí)存放一個(gè)乘 數(shù)以及積的最高位，a 中存放另一個(gè)乘數(shù)以及積的低位。除法時(shí)，b 中存放除數(shù) 及余數(shù)，而在 a 中存放被除數(shù)和商，其他情況

17、可作為普通寄存器用。 堆棧指針 sp：在子程序調(diào)用或中斷時(shí)，用來(lái)暫存數(shù)據(jù)和地址，它按先進(jìn) 后出的原則存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，它是一個(gè)八位寄存器它指出堆棧頂部在片內(nèi) ram 中的位 置，系統(tǒng)復(fù)位后，sp 變成 07h，使堆棧從 00 單元開(kāi)始。； 數(shù)據(jù)指針 dptr：由兩個(gè)字節(jié)組成，dph 字地址由 83h，dpl 由 82h，存放 一個(gè) 16 位的二進(jìn)制數(shù)做地址用。 程序狀態(tài)字 psw：8 位寄存器，存放程序執(zhí)行過(guò)程中的各種信息。 2.2.42.2.4flashflash 閃速存儲(chǔ)器的編程閃速存儲(chǔ)器的編程 2.2.4.12.2.4.1 并行編程并行編程 at89s51 單片機(jī)內(nèi)部有 4k 字節(jié)的可快速編程的

18、 flash 存儲(chǔ)陣列。編程方 法可通過(guò)傳統(tǒng)的 eprom 編程器使用高電壓（+12v）和協(xié)調(diào)的控制信號(hào)進(jìn)行編程。 at89s51 的代碼是逐一字節(jié)進(jìn)行編程的。 (一)編程方法：編程前，須按編程模式表（表 2-7）和圖 2-14、圖 2-15 所示設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)，at89s51 編程方法如下： 1 在地址線上加上要編程單元的地址信號(hào)。 2 在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。 3 激活相應(yīng)的控制信號(hào)。 4 將/vpp 端加上 +12v 編程電壓。 ea 5 每對(duì) flash 存儲(chǔ)陣列寫入一個(gè)字節(jié)或每寫入一個(gè)程序加密位，加上一個(gè) ale/編程脈沖。每個(gè)字節(jié)寫入周期是自身定時(shí)的，大多數(shù)約為

19、 50us 。改prog 變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，重復(fù) 1-5 步驟，直到全部文件編程結(jié)束。 (二)數(shù)據(jù)查詢：at89s5l 單片機(jī)用數(shù)據(jù)查詢方式來(lái)檢測(cè)一個(gè)寫周期是否結(jié)束， 在一個(gè)寫周期中，如需讀取最后寫入的那個(gè)字節(jié)，則讀出的數(shù)據(jù)的最高位 (p0.7)是原來(lái)寫入字節(jié)最高位的反碼。寫周期完成后，有效的數(shù)據(jù)就會(huì)出 現(xiàn)在所有輸出端上，此時(shí)，可進(jìn)入下一個(gè)字節(jié)的寫周期，寫周期開(kāi)始后， 可在任意時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。 (三)ready/：字節(jié)編程的進(jìn)度可通過(guò)“rdy/bsy”輸出信號(hào)監(jiān)測(cè)，編程busy 期間，ale 變?yōu)楦唠娖健癶”后 p3.0 端電平被拉低，表示正在編程狀態(tài) （忙狀態(tài)） 。編程完成后，

20、p3.0 變?yōu)楦唠娖奖硎緶?zhǔn)備就緒狀態(tài)。 (四)程序校驗(yàn)：如果加密位 lb1、lb2 沒(méi)有進(jìn)行編程，則代碼數(shù)據(jù)可通過(guò)地 址和數(shù)據(jù)線讀回原編寫的數(shù)據(jù)，各加密位也可通過(guò)直接回讀進(jìn)行校驗(yàn)。 (五)讀片內(nèi)簽名字節(jié)：at89s51 單片機(jī)內(nèi)有 3 個(gè)簽名字節(jié)，地址為 000h、100h 和 200h 。用于聲明該器件的廠商和型號(hào)等信息，讀簽名字節(jié) 的過(guò)程和正常校驗(yàn)相仿，只需將 p3.6 和 p3.7 保持低電平，返回值意義 如下： (000h）=1eh 聲明產(chǎn)品由 atmel 公司制造 (100h）=51h 聲明為 at89s51 單片機(jī) （200h）=06h (六)芯片擦除：在并行編程模式，利用控制信號(hào)

21、的正確組合并保持 ale/ 引腳 200ns-500ns 的低電平脈沖寬度即可完成擦除操作。在串口編 prog 程模式，芯片擦除操作是利用擦除指令進(jìn)行。在這種方式，擦除周期是自 身定時(shí)的，大約為 500ms。擦除期間，用串口方式讀任何地址數(shù)據(jù)，返回 值均為 00h 。 表 2-7 flash 編程模式 注： 1 芯片擦除每一 prog 脈沖為 200ns-500ns 。 2 寫代碼數(shù)據(jù)每一 prog 脈沖為 200ns-500ns 。 3 寫加密位每一 prog 脈沖為 200ns-500ns 。 4 編程期間 p3.0 引腳輸出 rdy/bsy 信號(hào)。 5 “”不需理會(huì)。 圖 2-14 fl

22、ash 存儲(chǔ)器編程(并口模式) 圖 2-15 flash 存儲(chǔ)器校驗(yàn)(并口模式) 數(shù)據(jù)查詢： 2.2.4.22.2.4.2 串口編程串口編程 將 rst 接至 vcc,程序代碼存儲(chǔ)陣列可通過(guò)串口 isp 接口進(jìn)行編程，串口接口 包含 sck 線、mosi（數(shù)據(jù)輸入）和 miso（數(shù)據(jù)輸出）線。將 rst 拉高后，在其 它操作前必須發(fā)出編程使能指令，編程前需將芯片擦除。芯片擦除則將存儲(chǔ)代 碼陣列全寫為 ffh 。外部系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)需接至 xtal1 端或在 xtall 和 xtal2 接上晶體振蕩器。最高的串口時(shí)鐘（sck）不超過(guò) l/16 晶體時(shí)鐘，當(dāng)晶體為 33mhz 時(shí)，最大 sck 頻率為

23、 2mhz 。 (一)編程方法： 1 上電次序：將電源加在 vcc 和 gnd 引腳， rst 置為“ h ” ，如果 xtal 和 xtal2 接上晶體或者在 xtal1 接上 3-33mhz 的時(shí)鐘頻率，等候 10ms 。 2 將編程使能指令發(fā)送到 mosi(pl.5)，編程時(shí)鐘接至 sck(pl.7)，此頻率需 小于晶體時(shí)鐘頻率的 l/16 。 3 代碼陣列的編程可選字節(jié)模式或頁(yè)模式。寫周期是自身定時(shí)的，一般不大 于 0.5ms(5v 電壓時(shí))。 4 任意代碼單元均可 miso(pl.6)和讀指令選擇相應(yīng)的地址回讀數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。 5 編程結(jié)束應(yīng)將 rst 置為“l(fā)”以結(jié)束操作。 6 斷電

24、次序：如果需要的話按這個(gè)方法斷電，假如沒(méi)有使用晶體，將 xatl 置為低,rst 置低,關(guān)斷 vcc 。 (二)數(shù)據(jù)查詢：數(shù)據(jù)校驗(yàn)也可在串口模式下進(jìn)行，在這個(gè)模式，在一個(gè)寫周 期中，通過(guò)輸出引腳 miso 串口回讀一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的最高位將為最后寫入 字節(jié)的反碼。 (三)串口編程指令設(shè)置：串口編程指令設(shè)置為一個(gè) 4 字節(jié)協(xié)議，參見(jiàn)表 2-8 。 (四)并行編程接口：采用控制信號(hào)的正確組合可對(duì) flash 閃速存儲(chǔ)陣列中 的每一代碼字節(jié)進(jìn)行寫入和存儲(chǔ)器的整片擦除，寫操作周期是自身定時(shí)的， 初始化后它將自動(dòng)定時(shí)到操作完成。 圖 2-16 flash 存儲(chǔ)器串口下載 表 2-8 flash 串口編程指令

25、 注： 1. 當(dāng) lb3 和 lb4 加密位已編程時(shí)則不可讀簽名字節(jié)。 2. b1=0 b2=0 ，方式 1 ，無(wú)加密保護(hù) b1=0 b2=l ，方式 2 ，加密位 lbl b1=1 b2=0 ，方式 3 ，加密位 lb2 b1=1 b2=1 ，方式 4 ，加密位 lb3 各加密位在方式 4 執(zhí)行前需按順序逐一操作。 復(fù)位信號(hào)為“ h ”后，建立數(shù)據(jù)前使 sck 為低電平至少為 64 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，復(fù) 位脈沖是必須的。 sck 時(shí)鐘頻率不得大于 xtal1 時(shí)鐘的 1/ 16 。 在頁(yè)讀/寫模式，數(shù)據(jù)總是從地址 00 開(kāi)始直到 255。命令字節(jié)后緊跟著高 4 位地址， 全部數(shù)據(jù)單元 256

26、字節(jié)會(huì)逐一進(jìn)行讀/寫，此時(shí)下個(gè)指令將準(zhǔn)備譯碼。 2.2.52.2.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)的硬件電路單片機(jī)最小系統(tǒng)的硬件電路 單片機(jī)要能正常工作必須要有時(shí)鐘和復(fù)位電路，單片機(jī)芯片+復(fù)位電路+時(shí)鐘電 路，構(gòu)成單片的最小運(yùn)行環(huán)境，如圖 2-17 所示。 圖 2-17 2.2.5.12.2.5.1 復(fù)位電路復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位是使 cpu 和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的狀態(tài)，并 從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作，pc=0000h，從第一單元取指令執(zhí)行。 單片機(jī)復(fù)位電路如圖圖 2-17，圖中提供上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。復(fù) 位條件是：必須使 rst 引腳上加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，點(diǎn)偏激才 有效復(fù)位。

27、2.2.5.22.2.5.2 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路是用來(lái)產(chǎn)生 at89s51 單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘信號(hào)， at89s51 本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為保證工作方式的實(shí)現(xiàn)， at89s51 在唯一的時(shí)鐘信號(hào)的控制下嚴(yán)格的按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作 ，時(shí)鐘 的頻率影響單片機(jī)的速度和穩(wěn)定性。通常時(shí)鐘由于兩種形式：內(nèi)部時(shí)鐘和外部 時(shí)鐘。 我們系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式來(lái)為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。at89s51 內(nèi)部有一個(gè) 用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該放大器的輸入輸出引腳為 xtal1 和 xtal2，它們跨接在晶體振蕩器和用于微調(diào)的電容，便構(gòu)成了一個(gè)自激勵(lì)振蕩 器 電路中的 c1、c2 的選擇

28、在 30pf 左右，但電容太小會(huì)影響振蕩的頻率、穩(wěn)定性 和快速性。晶振頻率為在 1.2mhz12mhz之間，頻率越高單片機(jī)的速度就越 快，但對(duì)存儲(chǔ)器速度要求就高。為了提高穩(wěn)定性我們采用溫度穩(wěn)定性好的 npo 電容，采用的晶振頻率為 12（11.0592）mhz。因此，本設(shè)計(jì)的機(jī)器周期為 1us。 2.32.3 通信模塊通信模塊 通信模塊用于 at89s51 和后臺(tái) pc 間的通信 ，at89s51 通過(guò)串口通信把溫 濕度數(shù)據(jù)傳送給 pc 機(jī)，顯示在用 vc 編輯一個(gè)溫濕度顯示的界面上，從而有利 于后臺(tái) pc 的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)倉(cāng)庫(kù)溫濕度情況。 通信部分主要由一個(gè) max232a 和兩個(gè) max485

29、構(gòu)成：其中 max232a 和一個(gè) max485 共同組成 pc 端的信號(hào)轉(zhuǎn)換部分即 rs232-485 轉(zhuǎn)換器；而另一個(gè) max485 則作為單片機(jī) at89s51 端的信號(hào)轉(zhuǎn)換部分。由于 rs485 傳輸最長(zhǎng)距離達(dá) 1.5km，允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和 沖突保護(hù)特性，所以更好的解決了倉(cāng)庫(kù)分布零散和集中管理的矛盾，也為倉(cāng)庫(kù) 遠(yuǎn)程控制提供了條件。如圖 2-18 通信模塊： 圖 2-18 通信模塊 rs232-485 轉(zhuǎn)換器主要包括了電源、232 電平轉(zhuǎn)換、485 電路三部分。本 電路的 232 電平轉(zhuǎn)換電路直接使用 max232a 集成電路，485 電路采

30、用了 max485 集成電路。為了使用方便，電源部分設(shè)計(jì)成無(wú)源方式，整個(gè)電路的供電直接從 pc 機(jī)的 rs232 接口中的 dtr（4 腳）和 rts（7 腳）竊取。pc 串口每根線可以 提供大約 9ma 的電流，因此兩根線提供的電流足夠供給這個(gè)電路使用了。經(jīng)實(shí) 驗(yàn)，本電路只使用其中一條線也能夠正常工作。使用本電路需注意 pc 程序必須 使串口的 dtr 和 rts 輸出高電平，經(jīng)過(guò) d3 穩(wěn)壓后得到 vcc。 max485 是通過(guò)兩個(gè)引腳 re（2 腳）和 de（3 腳）來(lái)控制數(shù)據(jù)的輸入和輸 出。當(dāng) re 為低電平時(shí)，max485 數(shù)據(jù)輸入有效；當(dāng) de 為高電平時(shí)， max485 數(shù) 據(jù)輸

31、出有效。在半雙工使用中，通常可以將這兩個(gè)腳直接相連，然后由 pc 或者 單片機(jī)輸出的高低電平就可以讓 max485 在接收和發(fā)送狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。由于本電 路 dtr 和 rts（db9 的 4、7 腳）都用于了電路供電，因此使用 max232 的另外一 個(gè)通道（max232 的 9 腳）及 q1 來(lái)控制 max485 的狀態(tài)切換。一般 max232 的 9 腳輸出高電平，q1 導(dǎo)通，使 max485 的 re 和 de 為低電平而處于數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)。 當(dāng) pc 機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，max232 的 9 腳輸出低電平，q1 截止，使 max485 的 re 和 de 為高電平而處于數(shù)據(jù)接受狀態(tài)。 2.3.

32、12.3.1 rs-232rs-232、rs-485rs-485 及其接口電路 rs-232 與 rs-485 都是串口數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)。rs-232 的傳送距離最大約為 15 米，最高速率為 20kb/s，rs-232 是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（即一對(duì)收、發(fā)設(shè)備）通訊而 設(shè)計(jì)的接口標(biāo)準(zhǔn)，rs232 只適合于本地通訊使用。 rs-485 接口標(biāo)準(zhǔn)傳輸最長(zhǎng)距離達(dá) 1.5km，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即 允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保 護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍。 max232a 和 max485 分別是 rs-232 和 rs-485 接口標(biāo)準(zhǔn)的接口電路芯片， 如圖 2-1

33、9、圖 2-20： 圖 2-19 max232 內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分： 第一部分是電荷泵電路。由 1、2、3、4、5、6 腳和 4 只電容構(gòu)成。功能 是產(chǎn)生+12v 和-12v 兩個(gè)電源，提供給 rs-232 串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由 7、8、9、10、11、12、13、14 腳構(gòu)成兩個(gè) 數(shù)據(jù)通道。13 腳（r1in） 、12 腳（r1out） 、11 腳（t1in） 、14 腳（t1out）為第 一數(shù)據(jù)通道。8 腳（r2in） 、9 腳（r2out） 、10 腳（t2in） 、7 腳（t2out）為第 二數(shù)據(jù)通道。ttl/cmos 數(shù)據(jù)從 t1in、t2in 輸入轉(zhuǎn)換

34、成 rs-232 數(shù)據(jù)從 t1out、t2out 送到電腦 db9 插頭；db9 插頭的 rs-232 數(shù)據(jù)從 r1in、r2in 輸入 轉(zhuǎn)換成 ttl/cmos 數(shù)據(jù)后從 r1out、r2out 輸出。 第三部分是供電。15 腳 gnd、16 腳 vcc（+5v） 。 圖 2-20 max485 2 腳(re）:接收器輸出使能端。re 低電平,ro 有效；re 高電平，ro 成高 阻狀態(tài)。 3 腳(de）:驅(qū)動(dòng)器輸出使能端。高電平，a、b 有效，即器件作線驅(qū)動(dòng)器用； 低電平，a、b 成高阻，即器件作線接收器用。 1 腳(ro）:接收器輸出。若 a 比 b 大 200mv，ro 為高；若 a

35、比 b 小 200mv，ro 為低。 4 腳(di）:驅(qū)動(dòng)器輸入。 6 腳(a）:同相接收器輸入和同相接收器輸出 7 腳(b）:反相接收器輸入和反相接收器輸出 5 腳：gnd。 8 腳：vcc（+4.75+5.25v） 。 2.3.22.3.2 串口的基本接線方法 目前較為常用的串口有 9 針串口（db9）和 25 針串口（db25），通信距離 較近時(shí)(15m)，可以用電纜線直接連接標(biāo)準(zhǔn) rs232 端口，若距離較遠(yuǎn)，需附加 調(diào)制解調(diào)器（modem）。最為簡(jiǎn)單且常用的是三線制接法，即地、接收數(shù)據(jù)和發(fā) 送數(shù)據(jù)三腳相連,且直接用 rs232 相連。 1.db91.db9 和和 db25db25 的

36、常用信號(hào)腳說(shuō)明的常用信號(hào)腳說(shuō)明 9 針串口（db9）25 針串口（db25） 針號(hào)功能說(shuō)明縮寫針號(hào)功能說(shuō)明縮寫 1 數(shù)據(jù)載波檢測(cè) dcd8 數(shù)據(jù)載波檢測(cè) dcd 2 接收數(shù)據(jù) rxd3 接收數(shù)據(jù) rxd 3 發(fā)送數(shù)據(jù) txd2 發(fā)送數(shù)據(jù) txd 4 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備 dtr20 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備 dtr 5 信號(hào)地 gnd7 信號(hào)地 gnd 6 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好 dsr6 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 dsr 7 請(qǐng)求發(fā)送 rts4 請(qǐng)求發(fā)送 rts 8 清除發(fā)送 cts5 清除發(fā)送 cts 9 振鈴指示 dell22 振鈴指示 dell 表 2-9 常用信號(hào)腳 2.rs2322.rs232 串口接線方法（三線制）串口接

37、線方法（三線制） 串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實(shí)現(xiàn)： 9 針9 針25 針25 針9 針25 針 233222 322333 557757 表 2-10 接線方法 2.42.4 電源模塊電源模塊 本設(shè)計(jì)需要+5v 電源為整個(gè)系統(tǒng)供電，電源模塊以芯片 lm7805 為核心設(shè)計(jì) 成輸出+5 直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。 電源模塊是有電源變壓器變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。 電源變壓器將交流 220v 變?yōu)?9v 左右交流電壓，然后通過(guò)整流橋?qū)⒔涣麟娮優(yōu)?脈動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)直流電壓還包含較大的紋波，必須通過(guò)濾波電路 加以濾波，c13、c14 分別為輸入端和輸出端濾波電

38、容，并利用芯片 lm7805 進(jìn) 行穩(wěn)壓，當(dāng)輸出電較大時(shí)，7805 應(yīng)配上散熱板。具體電路如圖 2-21 7805 穩(wěn)壓 電源： 如圖 2-21 7805 穩(wěn)壓電源 2.4.12.4.1 芯片芯片 lm7805lm7805 lm7805 系列為 3 端正穩(wěn)壓電路 ,to-220 封裝，能提供多種固定的輸出電 壓，應(yīng)用范圍廣。內(nèi)含過(guò)流、過(guò)熱和過(guò)載保護(hù)電路。帶散熱片時(shí)，輸出電流可 達(dá) 1a 。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。 外形及引腳排列見(jiàn)圖 2-22。 主要特點(diǎn): 輸出電流可達(dá) 1a 輸出電壓有： 5v 過(guò)熱保護(hù) 短路保護(hù) 輸出晶體管 soa 保護(hù) 圖 2-22 圖

39、 2-23 功能框圖 2.52.5 硬件設(shè)計(jì)綜述硬件設(shè)計(jì)綜述 2 總線 串 口 總線 號(hào) 號(hào)號(hào)號(hào) 485 89 51 11 溫濕度傳感器 485 89 51 11 溫濕度傳感器 485 89 51 11 溫濕度傳感器 11 溫濕度傳感器 89 51 485 轉(zhuǎn)換器 圖 2-24 擴(kuò)展系統(tǒng) 根據(jù) rs-485 標(biāo)準(zhǔn)傳輸最長(zhǎng)距離達(dá) 1.5km，多點(diǎn)和雙向通信能力，可以將原 來(lái)的小型倉(cāng)庫(kù)的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展（如圖 2-24） ，擴(kuò)展后的系統(tǒng)可用于 大型倉(cāng)庫(kù)的溫濕度監(jiān)測(cè)。 三、軟件設(shè)計(jì) 本文的溫濕度多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面：一是單片機(jī) at89s51 的軟件編程；二是 pc 機(jī)的數(shù)據(jù)接

40、收界面設(shè)計(jì)。其中，at89s51 的程序 采用 c51 語(yǔ)言編寫，c51 語(yǔ)言具有 c 語(yǔ)言的編程風(fēng)格，模塊化設(shè)計(jì)使程序流程 更加清晰、易懂；而 pc 機(jī)端的數(shù)據(jù)接收界面采用 vc 語(yǔ)言編寫，其中的圖形動(dòng) 態(tài)顯示直觀的反應(yīng)了溫室內(nèi)部溫濕度的變化情況。 3.13.1 at89s51at89s51 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) at89s51 的程序編寫主要有兩方面：一是按照 shtll 的功能時(shí)序?qū)?i/o 口 進(jìn)行操作，讓 shtll 進(jìn)行溫濕度的測(cè)量；另一方面是將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到觀測(cè) 室內(nèi)的 pc 機(jī)上，即通信部分。 3.1.13.1.1 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 下面主要討論 at89s51 向 sh

41、tll 發(fā)送命令和讀取測(cè)量數(shù)據(jù)的軟件實(shí)現(xiàn)。 由前面所述，在 shtll 測(cè)量之前 at89s51 必須先向其發(fā)送命令時(shí)序，即向 shtll 寫入 8 個(gè)數(shù)據(jù)位并在第 9 個(gè) sck 周期讀取 shtll 返回的確認(rèn)位(0 為正確 接收，1 為接收失敗)。根據(jù) shtll 兩線制工作方式，at89s51 應(yīng)該先在 p20 輸出低電平來(lái)觸發(fā) shtll，然后在每條 data 線上輸出一位命令數(shù)據(jù)，再給出 sck 高電平觸發(fā) shtll 鎖存數(shù)據(jù)，當(dāng)然 at89s51 輸出的 sck 周期必須滿足 shtll 數(shù)據(jù)建立和保持最少時(shí)間(110ns)的要求。當(dāng)發(fā)送完命令后要依次讀取各 shtll 數(shù)據(jù)線

42、上的返回位，以作為是否重新發(fā)送的依據(jù)。具體 c51 程序如下：其中 comval 是命令字節(jié)，err 為應(yīng)答返回字節(jié)，datal、data2、data3、data4 分別 是 sht11 的 data，即 p2.1、p2.2、p2.3、p2.4。 啟動(dòng): void start() _nop_()； sck=1； _nop_()； data=0； _nop_()； sck=0； _nop_()； _nop_()；_nop_()； sck=1； _nop_()； data=1； _nop_()； sck=0； 寫命令: char writel(uchar comval) uchar i=8，err

43、=o； while(i-) if(comval&ox80) datal=1；data2=1；data3=1；data4=1； elsedatal=o；data2=o；data3=o；data4=0；/發(fā)完后拉低數(shù)據(jù)線 comval=1；b=1；c=1；d=1； sck=o； datal=!ack；data2=!ack；data3=!ack；data4=!ack； sck=1；_nop_()；sck=0； datal=1；data2=1；data3=1；data4=1； 當(dāng) shtll 完成測(cè)量后，依據(jù)讀寫數(shù)據(jù)規(guī)則 at89s51 通過(guò)以下方式讀取測(cè)量 結(jié)果：先置時(shí)鐘線為低電平使 shtll 內(nèi)

44、的鎖存器輸出數(shù)據(jù)，并延時(shí)一段時(shí)間(大 于數(shù)據(jù)穩(wěn)定輸出時(shí)間 250ns)等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定，然后再讀取數(shù)據(jù)，如此類推直到接 收完一字節(jié)數(shù)據(jù)為止，且要在第 9 個(gè)時(shí)鐘給出應(yīng)答位。讀取數(shù)據(jù)的 c51 程序如 上(讀數(shù)據(jù))，其中程序人口參數(shù) ack 為應(yīng)答位，1 代表繼續(xù)接收后續(xù)數(shù)據(jù)；o 表 示終止通信。 shtll 讀取的 12 位的溫度和 8 位的濕度測(cè)量值（二進(jìn)制數(shù)） ，傳遞給 at89s51,再通過(guò)串口通信發(fā)送給 pc 機(jī)，由 pc 機(jī)后臺(tái)根據(jù)公式 2-1、2-2、2- 3，計(jì)算出實(shí)際值。 3.23.2 pc 機(jī)數(shù)據(jù)接收界面設(shè)計(jì) pc 機(jī)端的軟件設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)正確接收單片機(jī)發(fā)送的測(cè)量數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)

45、以實(shí)時(shí)曲線的形式直觀表現(xiàn)出來(lái)，并設(shè)置 pc 機(jī)蜂鳴報(bào)警等功能。本設(shè)計(jì)利用 具有面向?qū)ο罂梢暬O(shè)計(jì)功能的 vc+編寫 pc 機(jī)接收數(shù)據(jù)的界面程序，通過(guò)其 提供的串口通信控件 mscomm 實(shí)現(xiàn) pc 機(jī)與 at89s51 之間的通信，使測(cè)量數(shù)據(jù)正 確無(wú)誤地重現(xiàn)在 pc 機(jī)的顯示屏上，如圖 3-1 所示。 圖 3-1 pc 機(jī)數(shù)據(jù)觀測(cè)界面（示例） 四、系統(tǒng)調(diào)試 本設(shè)計(jì)是一種嵌入式設(shè)計(jì)，包括軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)調(diào)試也就涉及 到軟件調(diào)試和硬件調(diào)試，在沒(méi)做錯(cuò)實(shí)物之前應(yīng)先利用集成開(kāi)發(fā)環(huán)境和仿真軟件 對(duì)自己所設(shè)計(jì)的電路的軟件進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試主要用到得是 isiskeil 。做出實(shí)物之后，還要利用 at89

46、s51 的 isp 功能對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)物進(jìn)行調(diào)試。具體步驟這 里就不一一說(shuō)明。 結(jié) 論 本文設(shè)計(jì)的倉(cāng)庫(kù)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由于采用了高集成度和高精度的溫濕度 數(shù)字傳感器 shtll 和合理的多片連接方式，既節(jié)省了單片機(jī) i/o 口資源和使 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)成本下降，又避免了逐個(gè)測(cè)量時(shí)造成的整體測(cè)量滯后問(wèn)題和提 高了測(cè)量精度，同時(shí)大大簡(jiǎn)化了單片機(jī)的程序編寫；另外，該系統(tǒng)所具有的 遠(yuǎn)距離通信功能又為現(xiàn)代化溫室群的集散管理提供了必要的條件，可在現(xiàn)代 化倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我要感謝我的指導(dǎo)老師丁寧老師，謝謝丁寧老師給予我的 幫助。 參考文獻(xiàn) 1 shtlx/sht7x humidity&temperat