畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于AT89C52單片機(jī)的測量溫濕度設(shè)計(jì)

1、目 錄1緒論11.1課題背景11.2溫濕度研究現(xiàn)狀11.2.1溫度傳感器11.2.2濕度傳感器21.3課程設(shè)計(jì)目的32方案比較選擇32.1溫度傳感器的選擇32.2濕度傳感器的選擇42.3單片機(jī)的選擇43系統(tǒng)的設(shè)計(jì)53.1數(shù)據(jù)采集53.1.1ds18b20溫度采集53.1.2sht10溫濕度采集73.2數(shù)據(jù)分析83.2.1at89c52內(nèi)部結(jié)構(gòu)83.3數(shù)據(jù)處理114軟件編程仿真114.1主程序114.2測溫度子程序流程圖124.3測濕度子程序流程圖134.4液晶顯示子程序流程圖144.5仿真結(jié)果145 課程設(shè)計(jì)心得15參考文獻(xiàn)16附錄a ds18b20程序17附錄b sht10程序201緒論1.

2、1課題背景濕度，表示大氣干燥程度的物理量。在一定的溫度下在一定體積的空氣里含有的水汽越少，則空氣越干燥；水汽越多，則空氣越潮濕?？諝獾母蓾癯潭冉凶觥皾穸取?。在此意義下，常用絕對濕度、相對濕度、比較濕度、混合比、飽和差以及露點(diǎn)等物理量來表示。濕度表示氣體中的水蒸汽含量，有絕對濕度和相對濕度兩種表示方法。絕對濕度是一定體積的空氣中含有的水蒸氣的質(zhì)量，一般其單位是克/立方米，絕對濕度的最大限度是飽和狀態(tài)下的最高濕度；相對濕度是絕對濕度與最高濕度之間的比，它的值顯示水蒸氣的飽和度有多高。溫度、濕度和人類的生產(chǎn)、生活有著密切的關(guān)系，同時(shí)也是工業(yè)生產(chǎn)中最常見最基本的工藝參數(shù)，例如機(jī)械、電子、石油、化工等各

3、類工業(yè)中廣泛需要對溫度、濕度的檢測與控制。并且隨著人們生活水平的提高，人們對自己的生存環(huán)境越來越關(guān)注，而空氣中溫濕度的變化與人體的舒適度和情緒都有直接的影響，所以對溫度、濕度的檢測及控制就非常有必要了。溫濕度測量儀器不斷發(fā)展，種類多種多樣。傳統(tǒng)的模擬式濕度傳感器需要設(shè)計(jì)信號調(diào)理電路、并需要經(jīng)過復(fù)雜的校準(zhǔn)、標(biāo)定過程，測量精度難以得到保證，且在線性度、重復(fù)性、互換性、一致性等方面往往不能滿足要求，為此傳感器生產(chǎn)廠家需要擁有高昂標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)定設(shè)備；現(xiàn)在的市場上大量存在的是新型智能型濕度傳感器具備了數(shù)字校準(zhǔn)溫濕度功能，而且測量精度有了很大的提高。1.2溫濕度研究現(xiàn)狀1.2.1溫度傳感器現(xiàn)代溫度傳感器正在朝

4、著數(shù)字化、高精度的方向發(fā)展。而集成溫度傳感器是目前應(yīng)用范圍最廣、使用最普及的一種全集成化傳感器。其種類很多，大致可分為以下5類：(1)模擬集成溫度傳感器；(2)模擬集成溫度控制器；(3)智能溫度傳感器；(4)通用智能溫度控制器；(5)微機(jī)散熱保護(hù)專用的智能溫度控制器。集成溫度傳感器的主要應(yīng)用領(lǐng)域有以下3個(gè)方面：(1)溫度測量：可以構(gòu)成數(shù)字溫度計(jì)、溫度變送器、溫度巡回檢測儀、智能化溫度檢測系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)化測溫系統(tǒng)。(2)溫度控制：適用于智能化溫度測控系統(tǒng)、工業(yè)過程控制、現(xiàn)場可編程溫度控制系統(tǒng)、環(huán)境溫度監(jiān)測及報(bào)警系統(tǒng)、中央空調(diào)、風(fēng)扇溫控電路、微處理器及微機(jī)系統(tǒng)的過熱保護(hù)裝置、現(xiàn)代辦公設(shè)備、電信設(shè)備、服

5、務(wù)器中的溫度測控系統(tǒng)、電池充電器的過熱保護(hù)電路、音頻功率放大器的過熱保護(hù)電路及家用電器。(3)特殊應(yīng)用：例如，熱電偶冷端溫度補(bǔ)償、測量溫差、測量平均溫度、測量溫度場、電子密碼鎖(僅對內(nèi)含64位rom的單線總線智能溫度傳感器而言)及液晶顯示器表面溫度監(jiān)測等。模擬集成溫度傳感器是在20世紀(jì)80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用ic。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一(僅測量溫度)、測溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡單。它是目前在國內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種集成傳感器。

6、智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動測試技術(shù)(ate)的結(jié)晶。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、a/d轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(cpu)、隨機(jī)存取存儲器(ram)和只讀存儲器(rom)。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(mcu)；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。新型智能溫度傳感器的測試功能也在不斷增強(qiáng)。例如，ds1629型單線智能溫度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘(rtc)，使其功能更

7、加完善。ds1624還增加了存儲功能，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的e2prom存儲器，可存儲用戶的短信息。另外，智能溫度傳感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線總線、i2c總線、smbus總線和spi總線。1.2.2濕度傳感器溫度是個(gè)獨(dú)立的被測量，而濕度受溫度、大氣壓強(qiáng)的影響，濕度的標(biāo)準(zhǔn)是個(gè)難題。但近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得的長足進(jìn)步突破了這個(gè)難題。濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。濕敏元件主要分為電阻式、電容式兩大類。濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣

8、中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，主要缺點(diǎn)是線性度和產(chǎn)品的互換性差。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酷酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。濕敏電容的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實(shí)現(xiàn)小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測環(huán)境濕度時(shí)，濕敏元件要長期暴露在待測環(huán)境中，很容易被污染而影響其測量精度及長期穩(wěn)定性。濕

9、度傳感器可分成以下三種類型：(1)線性電壓輸出式集成濕度傳感器。其主要特點(diǎn)是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對濕度呈比例關(guān)系的伏特級電壓信號，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，抗污染能力強(qiáng)。(2)線性頻率輸出集成濕度傳感器。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在55%rh時(shí)的輸出頻率為8750hz(型值)，當(dāng)上對濕度從10%變化到95%時(shí)，輸出頻率就從9560hz減小到8030hz。這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強(qiáng)、便于配數(shù)字電路或單片機(jī)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。(3)頻率/溫度輸出式集成濕度傳感器。它除具有hf3223的功能以外，還增加了溫度信號輸出端，利用負(fù)溫度系數(shù)(ntc)熱敏電阻作為溫

10、度傳感器。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，其電阻值也相應(yīng)改變并且從ntc端引出，配上二次儀表即可測量出溫度值。目前，濕度測量大體上三種方法：一是有兩只特性一致的測溫電阻組成的干濕球溫度計(jì)；二是由濕度傳感器組成的濕度測量儀；三是通風(fēng)干濕球溫度計(jì)。經(jīng)試驗(yàn)表明帶有濕度傳感器的測濕儀只適用于穩(wěn)定的濕度場測量，且測量的精度較低；鉑電阻組成的干濕球溫度計(jì)當(dāng)濕度達(dá)到90rh時(shí)誤差較小，最大誤差在2以內(nèi)，但在低濕情況下誤差較大。所以在濕度測量中，大部分采用通風(fēng)干濕表作為濕度標(biāo)準(zhǔn)。由于鉑電阻的非線性會影響到測溫精度，如果選用線性的熱敏電阻作為通風(fēng)干濕球的溫度傳感器件，相對濕度的測量準(zhǔn)確度可優(yōu)于1rh。1.3課程設(shè)計(jì)目的系統(tǒng)整

11、體設(shè)計(jì)方案，綜合比較幾種溫濕度測量方法，確立于溫濕度傳感器和at89c52單片機(jī)技術(shù)結(jié)合的方法，給出了總體設(shè)計(jì)框圖，并且詳細(xì)描述了各部分組成電路的，設(shè)計(jì)原理和方法，包括溫度和濕度傳感器輸入電路、液晶顯示電路以及其他擴(kuò)展電路，完成系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)溫濕度的測量。2方案比較選擇2.1溫度傳感器的選擇方案一：采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件。現(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點(diǎn)為精度高、測量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測量。鉑的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強(qiáng)，易提純，復(fù)制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測中高精密測溫和溫度標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)

12、是價(jià)格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價(jià)格低，也易于提純和加工；但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。在工業(yè)中用于-50-180測溫。方案二：采用ds18b20，溫度測量范圍從-55- +125，-10- +85時(shí)測量精度為0.5，測量分辨率為0.0625，電源電壓范圍從3.3-5v 。它支持“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，可組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。而且，無需進(jìn)行線性校正，使用非常方便，接口簡單，成本低廉。與傳統(tǒng)的熱敏電阻溫度傳感器不同，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，可以分別在93.75ms

13、和750ms內(nèi)將溫度值轉(zhuǎn)化9位和12位的數(shù)字量。它具有體積小、接口方便、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，內(nèi)含寄生電源。 系統(tǒng)有如下特點(diǎn)： (1)使用電壓為3v-5v，不需要備份電源，可通過信號線供電；(2)送串行數(shù)據(jù)，不需要外部元件；(3)零功耗等待；(4)僅適用一條口線；(5)系統(tǒng)的抗干擾性好，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如環(huán)境控制、設(shè)備過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。綜合比較方案一與方案二，成本相差不多，方案二具有更高的抗干擾能力和精度，電路結(jié)構(gòu)簡單，選擇方案二作為本設(shè)計(jì)的溫度傳感器。2.2濕度傳感器的選擇測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，

14、間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測量的。方案一：采用hf3223/htf3223濕度傳感器。hf3223/htf3223采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，相對濕度在0%-99%rh范圍內(nèi)，精度為5%，測量指標(biāo)和精度高，不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程，htf3223在hf3223的基礎(chǔ)上多了一個(gè)溫度傳感器。hf3223濕度傳感模塊將濕度信息

15、轉(zhuǎn)化為頻率信號，傳輸給單片機(jī)進(jìn)行分析、處理和控制顯示。方案二：采用sht10單片數(shù)字溫濕度集成傳感器。sht10溫濕度傳感器采用cmos過程微加工專利技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和出色的長期穩(wěn)定性。該傳感器由1個(gè)電容式聚合體測濕元件和1個(gè)能隙式測溫元件組成，并與1個(gè)14位a/d轉(zhuǎn)換器以及1個(gè)2-wire數(shù)字接口在單芯片中無縫結(jié)合，使得該產(chǎn)品具有功耗低、反應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。sht10的主要特點(diǎn)如下：(1)相對濕度和溫度的測量兼有露點(diǎn)輸出；(2)全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出；(3)接口簡單(2-wire)，響應(yīng)速度快；(4)超低功耗，自動休眠；(5)出色的長期穩(wěn)定性；(6)測濕精度4.5%rh，測

16、溫精度0.5(25)。結(jié)合方案一和方案二，測量精度相差不多，方案二相對來說更加穩(wěn)定，而且相應(yīng)速度快，同時(shí)可測量溫度，便于與之前溫度測量進(jìn)行校準(zhǔn)，而且便于proteus仿真。2.3單片機(jī)的選擇在多數(shù)電子設(shè)計(jì)當(dāng)中，基于性價(jià)比的考慮，8位單片機(jī)仍是首選。目前，8位單片機(jī)在國內(nèi)外仍占有重要地位。在8位單片機(jī)中又以mcs51系列單片機(jī)及其兼容機(jī)所占的份額最大。mcs51的硬件結(jié)構(gòu)決定了其指令系統(tǒng)不會發(fā)生變化，設(shè)計(jì)人員可以很容易的對不同公司的單片機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行選型，他們只需將重點(diǎn)放在芯片內(nèi)部資源的比較上。方案一：采用at89c51芯片作為硬件核心，采用flashrom，內(nèi)部具有4kbrom存儲空間，能于3v的

17、超低壓工作，而且與mcs-51系列單片機(jī)完全兼容，但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備isp在線編程技術(shù)， 當(dāng)在對電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，對芯片的多次拔插會對芯片造成一定的損壞。方案二：采用at89c52是一個(gè)低電壓，高性能cmos8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(ram)，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲單元，方案一是多年前的的產(chǎn)品，因自身設(shè)計(jì)缺陷，已經(jīng)很少被人使用。選擇方案二，而且便于

18、proteus仿真。而對于顯示模塊，液晶顯示屏具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，用戶可以根據(jù)自己的需求，顯示自己所需要的、甚至是自己動手設(shè)計(jì)的圖案。當(dāng)需要顯示的數(shù)據(jù)比較復(fù)雜的時(shí)候，它的優(yōu)點(diǎn)就突現(xiàn)出來了，并且當(dāng)硬件設(shè)計(jì)完成時(shí)，可以通過軟件的修改來不斷擴(kuò)展系統(tǒng)顯示能力。外圍驅(qū)動電路設(shè)計(jì)比較簡單，顯示能力的擴(kuò)展將不會涉及到硬件電路的修改，可擴(kuò)展性很強(qiáng)。字符型液晶顯示屏已經(jīng)成為了單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件之一。3系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本方案以at89c52單片機(jī)系統(tǒng)為核心來對溫度、濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。各檢測單元能獨(dú)立完成各自功能，并根據(jù)主控機(jī)的指令對溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。主控機(jī)負(fù)責(zé)控制指令的發(fā)送，并控

19、制各個(gè)檢測單元進(jìn)行溫度采集，收集測量數(shù)據(jù)，同時(shí)對測量結(jié)果進(jìn)行整理和顯示。其中包括單片機(jī)、溫度檢測、濕度檢測及顯示、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)由信號采集、信號分析和信號處理三個(gè)部分組成的。(1)信號采集：由溫度傳感器、模塊濕度傳感器模塊和1302模塊組成；(2)信號分析：由單片機(jī)atc89c52組成；(3)信號處理：由液晶顯示模塊組成。圖 3.1 系統(tǒng)總方框圖3.1數(shù)據(jù)采集3.1.1ds18b20溫度采集ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻rom、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度觸發(fā)器th和tl、配置寄存器。ds18b20依靠一個(gè)單線端口通訊。在單線端口條件下，必須先建立rom操作協(xié)議，

20、才能進(jìn)行存儲器和控制操作。圖3.2 ds18b20方框圖因此，控制操作必須首先提供下面4個(gè)rom操作指令之一： 讀rom；匹配rom；搜索rom；跳過rom這些指令操作作用在一個(gè)器件的64位光刻rom序列號，可以在掛在一線上多個(gè)器件選定某一個(gè)器件，同時(shí)，總線也可以知道總線上掛有多少什么樣的設(shè)備。若指令成功地使ds18b20完成溫度測量，數(shù)據(jù)存儲在ds18b20的存儲器。一個(gè)控制功能指揮指示ds18b20的演出測溫。測量結(jié)果將被放置在ds18b20內(nèi)存中，并可以讓閱讀發(fā)出記憶功能的指揮，閱讀內(nèi)容的片上存儲器。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換。寫th，tl指令以及配置字節(jié)利用一個(gè)記憶功

21、能的指令完成。通過緩存器讀寄存器。所有數(shù)據(jù)的讀寫都是從最低位開始。(1)ds18b20主要特性ds18b20支持“一線總線”接口，現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等，支持3v-5.5v的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。(2)ds18b20工作原理圖3.3 ds18b20原理圖ds18b20的測溫原理如圖3.3所示，低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和

22、溫度寄存器被預(yù)置在-55所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1計(jì)數(shù)器1 的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。3.1.2sht10溫濕度采集采用cmos過程微加工專利技術(shù)制成的sht10，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和出色的長期穩(wěn)定性。該傳感器由1個(gè)電容式聚合體測濕元件和1個(gè)能隙式測溫元件組成，并與1個(gè)14位a/d

23、轉(zhuǎn)換器以及1個(gè)2-wire數(shù)字接口在單芯片中無縫結(jié)合，使得該產(chǎn)品具有功耗低、反應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。(1)sht10的主要特點(diǎn)如下：相對濕度和溫度的測量兼有露點(diǎn)輸出；全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出；接口簡單(2-wire)，響應(yīng)速度快；超低功耗，自動休眠；出色的長期穩(wěn)定性；超小體積(表面貼裝)；測濕精度45%rh，測溫精度0.5(25)。(2)引腳說明及接口電路典型應(yīng)用電路圖3.4sht10經(jīng)典電路電源引腳(vdd、gnd)sht10的供電電壓為2.4v-5.5v。傳感器上電后，要等待11ms，從“休眠”狀態(tài)恢復(fù)。在此期間不發(fā)送任何指令。電源引腳(vdd和gnd)之間可增加1個(gè)100nf的電容器，用于

24、去耦濾波。串行接口sht10的兩線串行接口(bidirectional2-wire)在傳感器信號讀取和電源功耗方面都做了優(yōu)化處理，其總線類似i2c總線但并不兼容i2c總線。串行時(shí)鐘輸入(sck)。sck引腳是mcu與shtio之問通信的同步時(shí)鐘，由于接口包含了全靜態(tài)邏輯，因此沒有最小時(shí)鐘頻率。串行數(shù)據(jù)(data)。data引腳是1個(gè)三態(tài)門，用于mcu與sht10之間的數(shù)據(jù)傳輸。data的狀態(tài)在串行時(shí)鐘sck的下降沿之后發(fā)生改變，在sck的上升沿有效。在數(shù)據(jù)傳輸期間，當(dāng)sck為高電平時(shí)，data數(shù)據(jù)線上必須保持穩(wěn)定狀態(tài)。為避免數(shù)據(jù)發(fā)生沖突，mcu應(yīng)該驅(qū)動data使其處于低電平狀態(tài)，而外部接1個(gè)上

25、拉電阻將信號拉至高電平。(4)原理與說明crc-8校驗(yàn)。整個(gè)數(shù)據(jù)的傳輸過程都由8位校驗(yàn)保證，確保任何錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)都能夠被檢測到并刪除。為保持自身發(fā)熱溫升小于0.1，sht10的激活時(shí)間不超過10%。如12位精度測量，每秒最多測量2次。轉(zhuǎn)換為物理量輸出相對濕度輸出轉(zhuǎn)換公式為：(3.1) 其中，rhlinear為25時(shí)相對濕度的線性值，sorh為傳感器輸出的相對濕度的數(shù)值，c1，c2,c3為系數(shù)。當(dāng)測量溫度與25相差較大時(shí)，則需要考慮傳感器的溫度系數(shù)： (3.2)其中，rhtrue為溫度不等于25時(shí)相對濕度的實(shí)際值，c為當(dāng)前溫度，t1、t2是系數(shù)。 溫度輸出轉(zhuǎn)換公式為： (3.3)其中，為實(shí)際溫度，

26、so為傳感器輸出的溫度數(shù)值，1,2為系數(shù)。由于濕度與溫度經(jīng)由同一塊芯片測量而得，因此sht10可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的露點(diǎn)測量。3.2數(shù)據(jù)分析3.2.1at89c52內(nèi)部結(jié)構(gòu)at89c52是一個(gè)低電壓，高性能cmos8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(ram)，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲單元，at89c52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。(1)主要功能特性8k可反復(fù)擦寫(大于1000次)flash rom；32個(gè)雙向i/o

27、口；256x8bit內(nèi)部ram；3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷；時(shí)鐘頻率0-24mhz；2個(gè)串行中斷，可編程uart串行通道；2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源；2個(gè)讀寫中斷口線，3級加密位；低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能；兼容mcs51指令系統(tǒng)； (2)引腳功能及管腳電壓at89c52為8位通用微處理器采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的c51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52相同，其主要用于會聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對會聚主ic 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)ram及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號ir的接收解碼及與主板cpu通信等。其管腳圖如右圖3.12: p

28、o口：是一組8 位漏極開路型雙向i/o口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個(gè)ttl邏輯門電路，對端口p0寫1時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時(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，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在flash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：是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4 個(gè)ttl邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(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)部存在上拉電阻，某個(gè)引

29、腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流(iil)。與at89c51不同之處是，p1.0和p1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入(p1.0/t2)和輸入(p1.1/t2ex)，flash編程和程序校驗(yàn)期間，p1接收低8位地址。p2口：是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個(gè)ttl邏輯門電路。對端口p2寫“1”，通過內(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)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流(iil)。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(例如執(zhí)行movx dptr指令)時(shí)，p2口送出高8

30、位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(如執(zhí)行movx ri指令)時(shí)，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。flash編程或校驗(yàn)時(shí)，p2亦接收高位地址和一些控制信號。p3口：是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o 口。p3口輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個(gè)ttl邏輯門電路。對p3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的p3口將用上拉電阻輸出電流(iil)。p3口除了作為一般的i/o口線外，更重要的用途是它的第二功能p3口還接收一些用于flash閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。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)

31、位。xtal1：振蕩器反相放大器的及內(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9。3.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)(1)中斷at89c52共有6個(gè)中斷向量：兩個(gè)外中斷(int0 和int1)，3個(gè)定時(shí)器中斷(定時(shí)器0、1、2)和串行口中斷。這些中斷源可通過分別設(shè)置專用寄存器ie的置位或清0來控制每一個(gè)中斷的允許或禁止。ie 也有一個(gè)總禁止位ea，它能控制所有中斷的允許或禁止。注意表5中的ie.6為保留位，在at89c51中ie.5也是保留位。程序員不應(yīng)將“1”寫入這些位，它們是將來at89系列產(chǎn)品作為擴(kuò)展用的。定時(shí)器2的中斷是由t2con中的tf2和exf2 邏輯或產(chǎn)生的，當(dāng)轉(zhuǎn)向中斷

32、服務(wù)程序時(shí)，這些標(biāo)志位不能被硬件清除，事實(shí)上，服務(wù)程序需確定是tf2或exf2產(chǎn)生中斷，而由軟件清除中斷標(biāo)志位。定時(shí)器0和定時(shí)器1的標(biāo)志位tf0和tf1在定時(shí)器溢出那個(gè)機(jī)器周期的s5p2狀態(tài)置位，而會在下一個(gè)機(jī)器周期才查詢到該中斷標(biāo)志。然而，定時(shí)器2的標(biāo)志位tf2在定時(shí)器溢出的那個(gè)機(jī)器周期的s2p2狀態(tài)置位，并在同一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)查詢到該標(biāo)志。(2)時(shí)鐘振蕩器at89c52中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳xtal1和xtal2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，外接石英晶體(或陶瓷諧振器)及電容c1、c2接在放大

33、器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容c1、c2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pf10pf，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pf10pf。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到xtal1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，xtal2則懸空。由于外部時(shí)鐘信號是通過一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號的，所以對外部時(shí)鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。3.3數(shù)據(jù)處理lcd12864是一種圖形

34、點(diǎn)陣液晶顯示器，它主要采用動態(tài)驅(qū)動原理由行驅(qū)動控制器和列驅(qū)動器兩部分組成了128(列)*64(行)的全點(diǎn)陣液晶顯示。(1)主要特性：作電壓位+5v10%，可自帶驅(qū)動lcd所需的負(fù)電壓；全屏幕點(diǎn)陣，點(diǎn)陣數(shù)位128(列)*64(行)，可顯示8*4個(gè)漢字，也可完成圖形，字符的顯示；與cpu接口采用5條位控制總線和8位并行數(shù)據(jù)總線輸入輸出；內(nèi)部有顯示數(shù)據(jù)鎖存器；簡單的操作指令顯示開關(guān)設(shè)置，顯示起始行設(shè)置，地址指針設(shè)置和數(shù)據(jù)讀/寫等指令。(2)lcd12864與單片機(jī)串行接口實(shí)現(xiàn)顯示。4軟件編程仿真4.1主程序圖4.1 主程序流程圖系統(tǒng)監(jiān)控程序是系統(tǒng)的主程序，它是系統(tǒng)程序的框架，控制著單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定操

35、作方式運(yùn)轉(zhuǎn)。監(jiān)控程序的主要作用是能及時(shí)的響應(yīng)來自系統(tǒng)內(nèi)部的各種服務(wù)請求，有效地管理系統(tǒng)自身軟硬件及人機(jī)對話設(shè)備與系統(tǒng)中其它設(shè)備交換信息，并在系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)作出相應(yīng)處理。該系統(tǒng)控制核心是對單片機(jī)at89c52，其工作過程是：系統(tǒng)通電后，單片機(jī)at89c52進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，同時(shí)完成對各擴(kuò)展端口的初始化工作。在沒有外部控制信息輸入的情況下，系統(tǒng)自動采集溫濕度傳感器數(shù)據(jù)，最后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在lcd顯示器上顯示。4.2測溫度子程序流程圖圖4.2 溫度測量流程圖準(zhǔn)備測溫時(shí)首先要將ds18b20的dq設(shè)置為高電平，接著初始化ds18b20，初始化成功后，ds18b20接收單片機(jī)的命令，然后再次初始化ds

36、18b20在成功后啟動測溫，然后將溫度保存起來，返回。在測得溫度后，ds18b20會將溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)的溫度表示，然后逐位查表(在c語言中是一個(gè)數(shù)組)調(diào)用液晶12864顯示在液晶上。4.3測濕度子程序流程圖圖4.3 sht10測溫濕度流程圖準(zhǔn)備測溫時(shí)首先要對sht10發(fā)送復(fù)位連接命令，然后等待11ms，接著初始化sht10，初始化成功后，sht10接收單片機(jī)的命令，然后再次初始化ds18b20在成功后啟動測溫，啟動溫度傳輸命令，然后將溫度保存起來，再啟動濕度傳輸命令，然后將濕度保存起來，返回。在測得溫濕度后，進(jìn)行溫濕度補(bǔ)償處理，然后sht10會將溫濕度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)的溫濕度表示，然后

37、逐位查表(在c語言中是一個(gè)數(shù)組)調(diào)用液晶12864顯示在液晶上。4.4液晶顯示子程序流程圖圖4.5 lcd12864顯示流程圖液晶顯示模塊在進(jìn)行寫命令、寫數(shù)據(jù)以及讀狀態(tài)等操作時(shí)，都要嚴(yán)格依照給定的時(shí)序，只有嚴(yán)格的按照特定時(shí)序發(fā)送控制信號、使能信號和數(shù)據(jù)等才能正確地完成顯示。使用過程中首先對液晶顯示模塊進(jìn)行初始化，設(shè)置其顯示方式等，然后給出要寫入數(shù)據(jù)的寄存器地址(即要顯示的首地址)，指定字符顯示位置，最后發(fā)送要顯示的數(shù)據(jù)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器。調(diào)用讀、寫操作的子程序，進(jìn)入相應(yīng)函數(shù)之后，首先判別忙標(biāo)志，如果忙碌，控制器正忙于內(nèi)部操作，則等待直到控制器處于空閑狀態(tài)時(shí)，再設(shè)置控制位進(jìn)行相應(yīng)的讀(狀態(tài))、寫

38、(命令/數(shù)據(jù))操作。4.5仿真結(jié)果整體仿真圖，利用ds18b20測出溫度，利用sht10測出濕度以及露點(diǎn)，并且顯示出來。圖4.5 整體仿真圖5 課程設(shè)計(jì)心得（1） 收獲：這次的課程設(shè)計(jì)，讓我體會到設(shè)計(jì)電路、調(diào)測電路過程中的苦與甜。設(shè)計(jì)是我們將來必需的技能，這次實(shí)習(xí)恰恰給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識的機(jī)會，從到圖書館和網(wǎng)站查找相應(yīng)的資料到對電路的設(shè)計(jì)思考，對每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，不斷的試驗(yàn)，這些都對我所學(xué)的理論知識進(jìn)行了實(shí)踐性的檢驗(yàn)。在實(shí)習(xí)的過程中發(fā)現(xiàn)了以前學(xué)的單片機(jī)的知識掌握的不牢。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中，遇到了一些以前沒有見到過的問題。設(shè)計(jì)匯編程序過程是一個(gè)考驗(yàn)人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，馬虎，

39、對程序的調(diào)試要一步一步來，不能急躁，因?yàn)槭窃陔娔X上調(diào)試，比較慢，又要求我們有一個(gè)比較正確的調(diào)試方法。這又要我們要靈活處理，在不影響試驗(yàn)的前提下可以加快進(jìn)度。合理的分配時(shí)間。最重要的是要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)完后，總的感覺是：有收獲。以前上課都是上一些最基本的東西而現(xiàn)在卻可以將以前學(xué)的東西作出有實(shí)際價(jià)值的東西。在這個(gè)過程中，我的確學(xué)得到很多在書本上學(xué)不到的東西。但也遇到了不少的挫折，有時(shí)遇到了一個(gè)錯(cuò)誤怎么找也找不到原因所在。但現(xiàn)在回過頭來看，還是挺有成就感的。我的動手能力又有了進(jìn)一步的提高，我感到十分的高興。通過緊張有序的設(shè)計(jì)實(shí)踐，我覺得自

40、己的動手能力有了很大的提高;自信心也增強(qiáng)了.在課程設(shè)計(jì)中自己動腦子解決遇到的問題，書本上的知識有了用武之地，這又鞏固和深化了自己的知識結(jié)構(gòu)。（2）建議:由于種種原因，我們實(shí)習(xí)之前準(zhǔn)備嚴(yán)重不足，包括心理上和自身能力上，在這之前同學(xué)們對實(shí)習(xí)內(nèi)容了解的并不多，而且由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限，在以前的實(shí)驗(yàn)中不能做到每個(gè)人都真正動手練習(xí)，體驗(yàn)實(shí)踐得出的真知，而且對課程設(shè)計(jì)中必須用到軟件的應(yīng)用更是不熟練，所以自然地就造成了許多不必要的時(shí)間上的浪費(fèi)，我建議以后老師們能夠在課堂外利用空閑的時(shí)間稍微講解一下有關(guān)此方面的知識，讓同學(xué)們提前有所準(zhǔn)備，對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有所了解，而且平時(shí)我們應(yīng)該多給實(shí)驗(yàn)室的老師申請多去實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行練習(xí)，

41、自有自己多動手，得到的，感悟出的理解透的理論實(shí)踐知識才是我們自己的。這樣的話相信大家做類似課程設(shè)計(jì)的時(shí)候會感到更加輕松吧。參考文獻(xiàn)1 何希才.傳感器及其應(yīng)用.國防工業(yè)大學(xué)，20012 sht1x/sht7x application note sample code z.sensirion，2005.3 孫寧，胡兆剛. 基于ds18b20的溫度采集系統(tǒng).空中交通管理，20104 李全利.單片機(jī)原理及接口技術(shù).高等教育出版社，2009.5 史良.lcd12864顯示模塊與微處理器的接口設(shè)計(jì). 中國科學(xué)院上海冶金研究所，2000. 6 譚浩強(qiáng).c程序設(shè)計(jì)(第三版).清華大學(xué)出版社，2005.7 張義

42、和，王敏男等.例說51單片機(jī)(c語言版).人民郵電出版社，2008.8 周潤景.基于proteus的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真.北京航空航天大學(xué)出版社，2006. 附錄a ds18b20程序#ifndef _sensor#define _sensor#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*ds18b20管腳配置*/sbit dq = p2 1; /* 函數(shù)名稱：sensor_delay(uint16 count)/延時(shí)函數(shù)* 功 能：ds18b20軟件延時(shí)專用*/void sensor_delay(uchar count)/延

43、時(shí)函數(shù) while(count-);/* 函數(shù)名稱：sensor_read_byte()* 功 能：從ds18b20讀一個(gè)字節(jié)*/uchar sensor_read_byte(void) uchar i = 0; uchar temp = 0; for(i=8;i0;i-) dq = 0; / 給脈沖信號 temp = 1; dq = 1; / 給脈沖信號 if(dq) temp |= 0x80; sensor_delay(20); return (temp);/* 函數(shù)名稱：sensor_write_byte()* 功 能：向ds18b20寫一個(gè)字節(jié)*/void sensor_write_b

44、yte(uchar temp) uchar i = 0; for(i=8;i0;i-) dq = 0; dq = temp&0x01; sensor_delay(20); dq = 1; temp=1; /* 函數(shù)名稱：ds18b20_init()* 功 能：ds18b20初始化*/uchar sensor_initial(void) uchar i = 0; dq = 1; / dq復(fù)位 sensor_delay(1); / 稍做延時(shí) dq = 0; / 單片機(jī)將dq拉低 sensor_delay(100); / 精確延時(shí)，大于480us dq = 1; / 拉高總線 sensor_dela

45、y(6); / 稍做延時(shí)后 i = dq; / 若x=0則初始化成功，若x=1則初始化失敗 sensor_delay(130); return (i);/* 函數(shù)名稱：sensor_fresh( temperature )* 功 能：讀取并顯示溫度*/void sensor_fresh(uchar * temperature ) sensor_initial(); sensor_write_byte( 0xcc ); / 跳過讀序號列號的操作 sensor_write_byte( 0x44 ); / 啟動溫度轉(zhuǎn)換 sensor_initial(); sensor_write_byte( 0xcc ); / 跳過讀序號列號的操作 sensor_write_byte( 0xbe ); / 讀取溫度寄存器 temperature 0 = sensor_read_byte(); /低位 temperature 1 = sensor_read_byte(); /高位/*/#endif附錄b sht10程序#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define noack 0 #define ack 1 #define status_reg_w 0x06 #define status_reg_r 0x07 #def