基于PROTEUS的溫濕度測量系統(tǒng)設(shè)計

1、河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘要摘 要溫度和濕度是兩個最基本的環(huán)境參數(shù)，與人們的生活息息相關(guān)。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國防、科研等部門，經(jīng)常需要對環(huán)境溫度和濕度進(jìn)行測量和控制。準(zhǔn)確測量溫濕度在生物制藥、食品加工、造紙等行業(yè)更是至關(guān)重要。因此研究溫濕度的測量和控制方法具有重要的意義。本設(shè)計實現(xiàn)的是單片機溫濕度測量和控制系統(tǒng)，通過LCD顯示所測量的溫濕度。系統(tǒng)采用集溫濕度傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器于一體的SHT11芯片，通過單片機進(jìn)行處理顯示，其它模塊包括了實時時鐘/日期產(chǎn)生電路和超限報警處理電路，對測量的值進(jìn)行實時顯示和報警處理。文章介紹了基于ATMEL公司的AT89C51系列單片機的溫濕度實

2、時測量與控制系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)的設(shè)計，包括介紹了硬件結(jié)構(gòu)原理，并分析了相應(yīng)的軟件的設(shè)計及其要點，包括軟件設(shè)計流程及其程序的實現(xiàn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、實用，提高了測量精度和效率。關(guān)鍵詞：AT89C51、SHT11、LCD、DS1302、溫濕度控制ABSTRACTTemperature and humidity are two basic environmental parameters which are closely related to peoples lives. In the industrial and agriculture production, meteorology, environm

3、ental protection, national defense, scientific research and other departments, we often need to measure and control the temperature and humidity of the environment. Accurate measurement of temperature and humidity in the pharmaceutical, food processing, paper making and other sectors is essential. S

4、o the method of temperature and humidity control and measurement is of great significance.The design implementation of measurement and control temperature and humidity is MCU system, through which the temperature and humidity measurement LCD. System adopts set temperature and humidity sensor and A/D

5、 converter for SHT11 chip microcontroller processing, through that other modules including real-time display and alarm. The paper introduces the ATMEL company based on AT89C51 single-chip series of temperature and humidity measurement and control system and real-time display system design, including

6、 the hardware structure and principle, and the corresponding software design, including the design of the software and its key process and procedure. System structure is simple, practical, and improve the measuring precision and efficiency.Key words: AT89c51, SHT11、LCD、DS1302、temperature and humidit

7、y control II河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄目 錄摘 要IABSTRACTII第1章 緒 論11.1 研究的目的及意義11.2 國內(nèi)外研究情況11.3 系統(tǒng)內(nèi)容的設(shè)計21.3.1 系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)21.3.2 主要工作任務(wù)21.4 方案論證2第2章 工具簡介42.1 C語言42.1.1 C語言的優(yōu)點42.1.2 C語言的缺點42.2 Proteus簡介42.3 Keil C51編譯器簡介52.3.1 8051開發(fā)工具52.3.2uVision2集成開發(fā)環(huán)境5第3章 硬件設(shè)計73.1 芯片介紹73.1.1 單片機AT89C5173.1.2 LCD顯示LCD160493.1.3

8、 DS1302原理及應(yīng)用113.1.4溫濕度傳感器SHT11153.2 模塊功能介紹183.2.1 復(fù)位電路部分183.2.2 DS1302時鐘電路模塊193.2.3 SHT11傳感器模塊193.2.4 顯示電路模塊203.2.5 超限處理電路模塊203.3 整體電路圖21第4章 軟件設(shè)計224.1 程序框圖224.1.1 主程序框圖224.1.2 溫濕度采集及處理框圖234.1.3 LCD顯示框圖234.2 主函數(shù)解析24第5章 仿真與調(diào)試26結(jié) 論29致 謝30參考文獻(xiàn)31附錄A 系統(tǒng)源程序32附錄B 系統(tǒng)原理圖55IV河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒論第1章 緒 論1.1 研究的目的

9、及意義溫度和濕度與人們的生活息息相關(guān)。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國防、科研等部門，經(jīng)常需要對環(huán)境溫度與濕度進(jìn)行測量及控制。準(zhǔn)確測量溫濕度在生物制藥、食品加工、造紙等行業(yè)都是至關(guān)重要的。傳統(tǒng)的溫度計是用水銀柱來顯示的，它的精確度不高，不易讀數(shù)。而采用單片機對溫濕度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、簡單和靈活等優(yōu)點，而且可以大幅度提高溫濕度控制的技術(shù)指標(biāo)。用LCD來顯示溫濕度的數(shù)字看起來更加直觀。采用SHT11數(shù)字溫濕度傳感器作為檢測元件，能夠同時測試溫度和濕度。SHT11傳感器可以直接讀出被測的溫濕度值。同時單片機可以把測量出的數(shù)據(jù)通過串口傳到計算機上，來完成工業(yè)中的自動控制，給工業(yè)生產(chǎn)帶來了極大的便

10、利。用單片機控制的溫濕度計不僅硬件電路簡單，而且測量精度比較高。用液晶顯示測量值看起來比較美觀。無論在日常生活中還是在工業(yè)、農(nóng)業(yè)方面都離不開對周圍環(huán)境進(jìn)行溫濕度的測量。因此，研究溫濕度的測量具有非常重要的意義。1.2 國內(nèi)外研究情況測量溫濕度的關(guān)鍵是溫濕度傳感器。過去測量溫度與濕度是分開的。隨著技術(shù)的進(jìn)步和人們生活的需要出現(xiàn)了溫濕度共測的傳感器。溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了3個階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器、模擬集成溫度傳感器、智能集成溫度傳感器。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。溫度傳感器也是經(jīng)歷了這樣一個階段逐漸走向數(shù)字智能化?，F(xiàn)今國內(nèi)外用的最多的溫

11、濕度傳感器是SHTXX系列。SHT11溫濕度傳感器應(yīng)用于專利的工業(yè)COMS過程微加工技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容式聚合體測濕元件和一個能隙式測溫元件，并與一個14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路在同一芯片上實現(xiàn)無縫鏈接，從而具有超快響應(yīng)，抗干擾能力強，性價比極高等優(yōu)點。采用SHT11數(shù)字溫濕度傳感器與單片機AT89C51相連比較容易，而且電路比較簡單，軟件設(shè)計也比較簡單。所以，本設(shè)計以SHT11數(shù)字溫濕度傳感器為例，介紹基于SHT11數(shù)字溫濕度傳感器的設(shè)計，該設(shè)計適用于人們的日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用于溫濕度的測量。1.3 系統(tǒng)內(nèi)容的設(shè)計1.3.1 系統(tǒng)的

12、主要性能指標(biāo)根據(jù)生活和一般工業(yè)環(huán)境，設(shè)計本產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)為：測溫范圍：2080；濕度測量范圍為3090%Rh溫度測量精度：0.5C濕度測量誤差：4%Rh可設(shè)置上、下限報警值，當(dāng)濕度溫度超限時，發(fā)出報警信號電源工作范圍：DC4.55.5V1.3.2 主要工作任務(wù)根據(jù)本畢業(yè)設(shè)計實際的任務(wù)要求，選擇合適的溫濕度傳感器，完成溫濕度的測量，并設(shè)計顯示電路模塊、時鐘電路模塊、超限處理模塊、復(fù)位電路模塊的程序。系統(tǒng)開始工作后，根據(jù)初始條件讀取濕度值和溫度值，測量數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，將其與設(shè)定的溫濕度值比較，如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的溫濕度超限，則發(fā)出報警信號，未超限時，系統(tǒng)顯示正常的濕溫度度值。1.4 方案論證方案一：采

13、用單總線的DS18B20的溫度傳感器和HS110X相對濕度傳感器組成測量和控制系統(tǒng)。方案二：采用集溫濕度傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器于一體的SHT11芯片構(gòu)成溫濕度的測量和控制系統(tǒng)。由于傳統(tǒng)的模擬式溫濕度傳感器一般不僅要設(shè)計信號調(diào)理電路，還要進(jìn)行復(fù)雜的校準(zhǔn)和標(biāo)定過程，其測量精度難以保證，并且使用分立的溫度傳感器和濕度傳感器測量電路比較麻煩。而SHT11是具有二線串行接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式新型相對濕度和溫度傳感器，集溫濕度傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器于一體，可用來測量相對濕度、溫度和露點等參數(shù)，具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換的特點，使用起來比較方便，且電路簡單。該傳感器將CMOS芯片技術(shù)與傳

14、感器技術(shù)融合，為開發(fā)高集成度、高精度、高可靠性的溫濕度測控系統(tǒng)提供了解決方案。因此本設(shè)計采用方案二。本設(shè)計核心部件為AT89C51，信號采集及處理部分由SHT11構(gòu)成，進(jìn)入單片機經(jīng)處理后通過LCD1604顯示溫濕度，信號顯示采用的液晶屏為57點陣，一行可顯示16字，四行。其他組成部分為實時時鐘發(fā)生電路，產(chǎn)生與現(xiàn)在相同的時間和具體日期，通過LCD1604液晶模塊顯示。在軟件設(shè)計部分有對測量的溫濕度進(jìn)行上下值的設(shè)定，當(dāng)測量超過限定值時，通過超限報警處理電路對其進(jìn)行處理，分別顯示不同的二極管燈亮，蜂鳴器產(chǎn)生長鳴。硬件中包括一個開關(guān)，為復(fù)位開關(guān)。開機后，所有器件初始化，DS1302產(chǎn)生實時時間和日期，

15、溫濕度傳感器SHT11開始進(jìn)行溫濕度測量和計算，最后通過兩個LCD液晶顯示器顯示結(jié)果。在測量結(jié)果中有超過設(shè)定的溫濕度上下限的，通過超限模塊做出反應(yīng)。電路主要包括了AT89C51控制模塊、SHT11溫濕度測量模塊、DS1302時間模塊、LCD顯示模塊、超限處理模塊。其他是一些附件，比如復(fù)位、晶振電路。 AT89C51電源DS1302LCD1604信號顯示SHT11晶振電路復(fù)位電路128*64液晶顯示超限模塊 圖1.1 整體電路框圖4河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 工具簡介第2章 工具簡介系統(tǒng)單片機代碼采用C語言編寫，并用Keil軟件檢查程序有無錯誤，在Proteus仿真軟件上進(jìn)行仿真。2.1

16、C語言2.1.1 C語言的優(yōu)點C語言的運算符豐富，它包括的范圍相當(dāng)廣泛，使得C語言的運算類型極其豐富，并且表達(dá)方式的類型多樣化，能夠?qū)崿F(xiàn)在高級語言中不能實現(xiàn)的運算，它有32個關(guān)鍵字，9種控制語句。和匯編語言一樣，它能夠?qū)ξ唬止?jié)和地址進(jìn)行操作；數(shù)據(jù)類型很豐富，能實現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，同時還加入了指針的概念，使得效率更高，同時支持圖形編輯，以及多種顯示器等；它所應(yīng)用的結(jié)構(gòu)式語言，這種方式會讓程序有層次，一目了然，同時語法顯示不嚴(yán)格，設(shè)計自由度高；C語言提供給用戶的方式是一函數(shù)的形式，它們可以方便調(diào)用，使得程序完全結(jié)構(gòu)化；地址的訪問上，能夠訪問物理地址，對硬件進(jìn)行直接操作；適用范圍廣，能夠適用于

17、多種操作，例如：DOS、UNIX等，同時適用于多種機型。2.1.2 C語言的缺點它的缺點主要是數(shù)據(jù)封裝的安全性不高，因此這一點也成為了C語言和C+的最大的區(qū)別，另一方面由于語法以及變量的類型沒有嚴(yán)格限制，也造成了較低的安全性，再者從應(yīng)用角度來說，它比較其他的高級語言來說較為難以掌握。2.2 Proteus簡介Proteus軟件是來自英國Labcenter electronics公司的EDA工具軟件，Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動的，針對微處理器的應(yīng)用，還可以

18、直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等。Proteus組合了高級原理布圖、混合模式SPICE仿真,PCB設(shè)計以及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設(shè)計系統(tǒng)。此系統(tǒng)受益于15年來的持續(xù)開發(fā),被電子世界在其對PCB設(shè)計系統(tǒng)的比較文章中評為最好產(chǎn)品“The Route to PCB CAD”。Proteus 產(chǎn)品系列也包含了革命性的VSM技術(shù),用戶可以對基于微控制器的設(shè)計連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實時采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計進(jìn)行交互仿

19、真。其功能模塊:一個易用而又功能強大的ISIS原理布圖工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真； ARES PCB設(shè)計。PROSPICE 仿真器的一個擴展PROTEUS VSM:便于包括所有相關(guān)的器件的基于微處理器設(shè)計的協(xié)同仿真。此外，還可以結(jié)合微控制器軟件使用動態(tài)的鍵盤,開關(guān)，按鈕，LEDs甚至LCD顯示CPU模型。 支持許多通用的微控制器，如PIC，AVR，HC11以及8051. 最新支持ARM 交互的裝置模型包括：LED和LCD顯示，RS232終端，通用鍵盤，I2C，SPI器件 強大的調(diào)試工具，包括寄存器和存儲器，斷點和單步模式 IAR C-SPY 和Keil uVision2等開發(fā)

20、工具的源層調(diào)試 應(yīng)用特殊模型的DLL界面-提供有關(guān)元件庫的全部文件 最新版支持非常豐富仿真元件共7000多種，還有很多第三方模型。如MMC卡，以太網(wǎng)卡，ATA硬盤，麥克風(fēng)，等等。 2.3 Keil C51編譯器簡介2.3.1 8051開發(fā)工具KEIL C51標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為8051微控制器的軟件開發(fā)提供了C語言環(huán)境,同時保留了匯編代碼高效,快速的特點。C51編譯器的功能不斷增強，使你可以更加貼近CPU本身，及其它的衍生產(chǎn)品。C51已被完全集成到uVision2的集成開發(fā)環(huán)境中，這個集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實時操作系統(tǒng)，項目管理器，調(diào)試器。uVision2 IDE可為它們提供單一而靈活的

21、開發(fā)環(huán)境。2.3.2 uVision2集成開發(fā)環(huán)境 項目管理工程(project)是由源文件、開發(fā)工具選項以及編程說明三部分組成的。一個單一的uVision2工程能夠產(chǎn)生一個或多個目標(biāo)程序。產(chǎn)生目標(biāo)程序的源文件構(gòu)成“組”。開發(fā)工具選項可以對應(yīng)目標(biāo)，組或單個文件。uVision2包含一個器件數(shù)據(jù)庫(device database)，可以自動設(shè)置匯編器、編譯器、連接定位器及調(diào)試器選項，來滿足用戶充分利用特定微控制器的要求。此數(shù)據(jù)庫包含：片上存儲器和外圍設(shè)備的信息，擴展數(shù)據(jù)指針(extra data pointer)或者加速器(math accelerator)的特性。uVision2可以為片外存儲

22、器產(chǎn)生必要的連接選項：確定起始地址和規(guī)模。 編輯器和調(diào)試器uVision2編輯器包含了所有用戶熟悉的特性。彩色語法顯像和文件辯識都對C源代碼進(jìn)行和優(yōu)化?？梢栽诰庉嬈鲀?nèi)調(diào)試程序，它能提供一種自然的調(diào)試環(huán)境，使得可以更快速地檢查和修改程序。 C51編譯器KEIL C51編譯器在遵循ANSI標(biāo)準(zhǔn)的同時，為8051微控制器系列特別設(shè)計。語言上的擴展能讓用戶使用應(yīng)用中的所有資源。1） 存儲器和特殊功能寄存器的存取C51編譯器可以實現(xiàn)對8051系列所有資源的操作。SFR的存取由sfr和sbit兩個關(guān)鍵字來提供。變量可旋轉(zhuǎn)到任一個地址空間。用關(guān)鍵字at還能把變量放入固定的存儲器存儲模式（大，中，小）決定了變

23、量的存儲類型。連接定位器支持的代碼區(qū)可達(dá)32個，這就允許用戶在原有64K ROM的8015基礎(chǔ)上擴展程序。在V2的編譯器和許多高性能仿真器中，可以支持應(yīng)用程序的調(diào)試。2）中斷功能C51允許用戶使用C語言編寫中斷服務(wù)程序，快速進(jìn)、出代碼和寄存器區(qū)的轉(zhuǎn)換功能使C語言中斷功能更加高效。可再入功能是用關(guān)鍵字來定義的。多任務(wù)，中斷或非中斷的代碼要求必須具備可再入功能。 3）靈活的指針C51提供了靈活高效的指針。通用指針用3個字節(jié)來存儲存儲器類型及目標(biāo)地址，可以在8051的任意存儲區(qū)內(nèi)存取任何變量。特殊指針在聲明的同時已指定了存儲器類型，指向某一特定的存儲區(qū)域。由于地址的存儲只需12字節(jié)，因此，指針存取非

24、常迅速。 7河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 硬件設(shè)計7757第3章 硬件設(shè)計3.1 芯片介紹3.1.1 單片機AT89C51AT89C51是一種帶4k字節(jié)可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。89C2051是一種帶2K字節(jié)可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，

25、ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡版本。89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 主要特性：與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 兩個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 管腳說明：VCC：供電電壓GND：接地P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入

26、。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入

27、時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示

28、：表3.1.1 P3口管腳備選功能P3.0 RXD串行輸入口P3.4 T0計時器0外部輸入P3.1 TXD串行輸出口P3.5 T1計時器1外部輸入P3.2 /INT0外部中斷0P3.6 /WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.3 /INT1外部中斷1P3.7 /RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率

29、的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/E

30、A將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE

31、管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。 結(jié)構(gòu)特點： 8位CPU； 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路； 32根I/O線； 布爾處理器； 外部存貯器尋址范圍ROM、RAM64K； 2個16位的定時器/計數(shù)器； 5個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級； 全雙工串行口； 3.1.

32、2 LCD顯示LCD1604 LCD1604原理1604采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：1腳：VSS為地電源2腳：VDD接5V正電源 3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。 4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電

33、平時，液晶模塊執(zhí)行命令714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線 1516腳：空腳1604液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表3.1.2所示，表3.1.2 1604液晶指令表指 令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清顯示0000000001光標(biāo)返回000000001*置輸入模式00000001I/DS顯示開/關(guān)控制0000001DCB光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L*置功能00001DLNF*置字符發(fā)生存儲器地址0001字符發(fā)生存儲器地址（AGG）置數(shù)據(jù)存儲器地址001顯示數(shù)據(jù)存儲器地址（ADD）讀忙標(biāo)志或地址01BF計數(shù)器地址（AC）寫數(shù)到CGRAM或DDRAM10要寫的數(shù)從C

34、GRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H，光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置 指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效指令4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文

35、字，低電平時移動光標(biāo) 指令6：功能設(shè)置命令 DL：低電平時為4位總線，高電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符 指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置 指令8：DDRAM地址設(shè)置 指令9：讀忙信號和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙指令10：寫數(shù)據(jù) 指令11：讀數(shù)據(jù) LCD1604初始化 延時15mS寫指令38H（不檢測忙信號）、延時5mS寫指令38H（不檢測忙信號）、延時5mS寫指令38H（不檢測忙信號）；以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號。

36、寫指令38H：顯示模式設(shè)置 寫指令08H：顯示關(guān)閉 寫指令01H：顯示清屏 寫指令06H：顯示光標(biāo)移動設(shè)置寫指令0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置 3.1.3 DS1302原理及應(yīng)用DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片，內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過簡單的串行接口與單片機進(jìn)行通信。實時時鐘/日歷電路提供秒分時日、日期月年的信息。每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，時鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24或12小時格式。DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信僅需用到三個口線:RES復(fù)位、I/O數(shù)據(jù)線、 SCLK串行時鐘。時鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字

37、節(jié)或多達(dá)31個字節(jié)的字符組方式通信，DS1302工作時功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW。DS1302是由DS1202改進(jìn)而來，增加了以下的特性：雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)；Vcc1為可編程涓流充電電源；附加七個字節(jié)存儲器；它廣泛應(yīng)用于電話傳真便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。下面將主要的性能指標(biāo)作一綜合： 實時時鐘具有能計算2100年之前的秒分時日日期星期月年的能力還有閏年調(diào)整的能力318位暫存數(shù)據(jù)存儲RAM 串行I/O口方式使得管腳數(shù)量最少 寬范圍工作電壓2.0-5.5V 工作電流2.0V時,小于300nA 讀/寫時鐘或RAM數(shù)據(jù)時有兩種傳送方式單字節(jié)傳送和多字

38、節(jié)傳送字符組方式 8腳DIP封裝或可選的8腳SOIC封裝根據(jù)表面裝配 簡單3線接口 與TTL兼容(Vcc=5V) 可選工業(yè)級溫度范圍-40+85 與DS1202兼容 在DS1202基礎(chǔ)上增加的特性 -對Vcc1有可選的涓流充電能力 -雙電源管用于主電源和備份電源供應(yīng) -備份電源管腳可由電池或大容量電容輸入 -附加的7 字節(jié)暫存存儲器 DS1302的基本組成和工作原理DS1302的管腳排列（圖3.1.1）及描述如下：1）管腳描述：X1、X2：32.768KHz晶振管腳GND：地RST：復(fù)位腳I/O：數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳SCLK：串行時鐘 Vcc1、Vcc2:電源供電管腳 12348765Vcc1S

39、CLKI/ORSTVcc2X1X2GND圖3.1.1 DS1302引腳圖2) DS1302內(nèi)部寄存器CH: 時鐘停止位 寄存器2 的第7 位12/24 小時標(biāo)志 CH=0 振蕩器工作允許 bit7=1,12 小時模式 CH=1 振蕩器停止 bit7=0,24 小時模式 WP: 寫保護(hù)位 寄存器2 的第5 位:AM/PM 定義WP=0 寄存器數(shù)據(jù)能夠?qū)懭?AP=1 下午模式 WP=1 寄存器數(shù)據(jù)不能寫入 AP=0 上午模式 TCS: 涓流充電選擇 DS: 二極管選擇位 TCS=1010 使能涓流充電 DS=01 選擇一個二極管 TCS=其它 禁止涓流充電 DS=10 選擇兩個二極管DS=00 或

40、11, 即使TCS=1010, 充電功能也被禁止 DS1302與微控制器的接口軟件及功能應(yīng)用舉例下面首先給出基本的接口軟件然后舉例說明各種功能的應(yīng)用1) 寫保護(hù)寄存器操作 當(dāng)寫保護(hù)寄存器的最高位為0時，允許數(shù)據(jù)寫入寄存器寫保護(hù)，寄存器可以通過命令字節(jié)8E、8F來規(guī)定禁止寫入/讀出寫保護(hù)位不能在多字節(jié)傳送模式下寫入。 Write_Enable： MOV Command，#8Eh；命令字節(jié)為8E MOV ByteCnt，#1；單字節(jié)傳送模式 MOV R0，#XmtDat；數(shù)據(jù)地址覆給R0 MOV XmtDat，#00h；數(shù)據(jù)內(nèi)容為0 寫入允許 ACALL Send_Byte；調(diào)用寫入數(shù)據(jù)子程序 R

41、ET 返回調(diào)用本子程序處 當(dāng)寫保護(hù)寄存器的最高位為1時禁止數(shù)據(jù)寫入寄存器Write_Disable：MOV Command，#8Eh；命令字節(jié)為8E MOV ByteCnt，#1；單字節(jié)傳送模式 MOV R0，#XmtDat；數(shù)據(jù)地址覆給R0 MOV XmtDat，#80h；數(shù)據(jù)內(nèi)容為80h 禁止寫入 ACALL Send_Byte；調(diào)用寫入數(shù)據(jù)子程序 RET 返回調(diào)用本子程序處 2) 時鐘停止位操作 當(dāng)把秒寄存器的第7位時鐘停止位設(shè)置為0時起動時鐘開始。Osc_Enable：MOV Command，#80h；命令字節(jié)為80 MOV ByteCnt，#1；單字節(jié)傳送模式 MOV R0，#Xmt

42、Dat；數(shù)據(jù)地址覆給R0 MOV XmtDat，#00h；數(shù)據(jù)內(nèi)容為0 振蕩器工作允許 ACALL Send_Byte；調(diào)用寫入數(shù)據(jù)子程序 RET 返回調(diào)用本子程序處當(dāng)把秒寄存器的第7位時鐘停止位設(shè)置為1時，時鐘振蕩器停止HT1380進(jìn)入低功耗方式。Osc_Disable：MOV Command，#80h；命令字節(jié)為80 MOV ByteCnt，#1；單字節(jié)傳送模式 MOV R0，#XmtDat；數(shù)據(jù)地址覆給R0 MOV XmtDat，#80h；數(shù)據(jù)內(nèi)容為80h 振蕩器停止 ACALL Send_Byte；調(diào)用寫入數(shù)據(jù)子程序 RET 返回調(diào)用本子程序處 3) 多字節(jié)傳送方式 當(dāng)命令字節(jié)為BE或

43、BF時，DS1302工作在多字節(jié)傳送模式，8個時鐘/日歷寄存器從寄存器0地址開始連續(xù)讀寫從0位開始的數(shù)據(jù)。當(dāng)命令字節(jié)為FE或FF時，DS1302工作在多字節(jié)RAM傳送模式，31個RAM寄存器從0地址開始連續(xù)讀寫從0位開始的數(shù)據(jù)。例如寫入00年6月21日星期三13時59分59秒程序，設(shè)置如下： Write_Multiplebyte： MOV Command，#0Beh；命令字節(jié)為BEh MOV ByteCnt，#8；多字節(jié)寫入模式此模塊為8 個 MOV R0，#XmtDat；數(shù)據(jù)地址覆給R0 MOV XmtDat，#59h；秒單元內(nèi)容為59h MOV XmtDat+1，#59h；分單元內(nèi)容為59

44、h MOV XmtDat+2，#13h；時單元內(nèi)容為13h MOV XmtDat+3，#21h；日期單元內(nèi)容為21h MOV XmtDat+4，#06h；月單元內(nèi)容為06h MOV XmtDat+5，#03h；星期單元內(nèi)容為03h MOV XmtDat+6，#0；年單元內(nèi)容為00h MOV XmtDat+7，#0；寫保護(hù)單元內(nèi)容為00h ACALL Send_Byte；調(diào)用寫入數(shù)據(jù)子程序 RET 返回調(diào)用本子程序處 讀出寄存器0-7的內(nèi)容程序設(shè)置如下:Read_Multiplebyte； MOV Command，#0BFh；命令字節(jié)為BFh MOV ByteCnt，#8；多字節(jié)讀出模式此模塊為

45、8 個 MOV R1，#RcvDat；數(shù)據(jù)地址覆給R1 ACALL Receive_Byte；調(diào)用讀出數(shù)據(jù)子程序 RET返回調(diào)用本子程序處 以上程序調(diào)用了基本數(shù)據(jù)接收(Receive_Byte)模塊及一些內(nèi)存單元定義, 其源程序清單在附錄中給出下面的程序亦使用了這個模塊。 4) 單字節(jié)傳送方式 例如寫入8時12小時模式程序設(shè)置如下： Write_Singlebyte：MOV Command，#84h；命令字節(jié)為84h MOV ByteCnt，#1；單字節(jié)傳送模式 MOV R0，#XmtDat；數(shù)據(jù)地址覆給R0 MOV XmtDat，#88h；數(shù)據(jù)內(nèi)容為88h ACALL Send_Byte；調(diào)

46、用寫入數(shù)據(jù)子程序 RET 返回調(diào)用本子程序處 上面所列出的程序模塊Write_Enable、 Write_Disable 、Osc_Enable 、Osc_Disable與單字節(jié)寫入模塊Write_Singlebyte的程序架構(gòu)完全相同，僅只是幾個入口參數(shù)不同。此介紹是為了強調(diào)功能使用的不同才將其分為不同模塊，另外，與涓流充電相關(guān)的設(shè)定也是單字節(jié)操作方式，這里就不再單獨列出，用戶在使用中可靈活簡略。下面模塊舉例說明如何單字節(jié)讀出小時單元的內(nèi)容： Read_Singlebyte： MOV Command，#85h； 命令字節(jié)為85h MOV ByteCnt，#1；單字節(jié)傳送模式 MOV R1，#

47、RcvDat；數(shù)據(jù)地址覆給R1 ACALL Receive_Byte；調(diào)用讀出數(shù)據(jù)子程序 RET 返回調(diào)用本子程序處 3.1.4溫濕度傳感器SHT11 SHT11簡介SHT11 是瑞士Scnsirion 公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。它集溫度傳感器和濕度傳感器于一體，因此采用SHT11 進(jìn)行溫濕度實時監(jiān)測的系統(tǒng)具有精度高、成本低、體積小、接口簡單等優(yōu)點；另外SHT11 芯片內(nèi)部集成了14位A/D 轉(zhuǎn)換器，且采用數(shù)字信號輸出，因此抗干擾能力也比同類芯片高。該芯片在溫濕度監(jiān)測、自動控制等領(lǐng)域均已得到廣泛應(yīng)用。其主要特點如下： 高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號變換、A/D 轉(zhuǎn)換和加熱器等功

48、能集成到一個芯片上；提供二線數(shù)字串行接口SCK和DATA，接口簡單，支持CRC 傳輸校驗，傳輸可靠性高；測量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置A/D 轉(zhuǎn)換器(分辨率為812位，可以通過對芯片內(nèi)部寄存器編程選擇)；測量精確度高，由于同時集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補償?shù)臐穸葴y量值和高質(zhì)量的露點計算功能；封裝尺寸超小(7.62 mm5.08mm2.5 mm)，測量和通信結(jié)束后，自動轉(zhuǎn)入低功耗模式； 高可靠性，采用CMOSens工藝，測量時可將感測頭完全浸于水中。 SHT11引腳功能 SHT11溫濕度傳感器采用SMD(LCC)表面貼片封裝形式，接口非常簡單，引腳名稱及排列順序如圖3.1.2所示。12348765

49、NCNCNCNCGNDDATASCKVDD圖3.1.2 SHT11引腳圖各引腳的功能如下：腳1和4-信號地和電源，其工作電壓范圍是2.45.5 V； 腳2和腳3-二線串行數(shù)字接口，其中DA-TA為數(shù)據(jù)線，SCK為時鐘線； 腳58-未連接。 SHT11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理溫濕度傳感器SHT11將溫度感測、濕度感測、信號變換、A/D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個芯片上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.1.3所示。該芯片包括一個電容性聚合體濕度敏感元件和一個用能隙材料制成的溫度敏感元件。這兩個敏感元件分別將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號，該電信號首先進(jìn)入微弱信號放大器進(jìn)行放大；然后進(jìn)入一個14位的A/D 轉(zhuǎn)換器；最后經(jīng)過二

50、線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號。SHT11在出廠前，都會在恒濕或恒溫環(huán)境巾進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)存儲在校準(zhǔn)寄存器中；在測量過程中，校準(zhǔn)系數(shù)會自動校準(zhǔn)來自傳感器的信號。此外，SHT11內(nèi)部還集成了一個加熱元件，加熱元件接通后可以將SHT11 的溫度升高5左右，同時功耗也會有所增加。此功能主要為了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以綜合驗證兩個傳感器元件的性能。在高濕(95RH)環(huán)境中，加熱傳感器可預(yù)防傳感器結(jié)露，同時縮短響應(yīng)時間，提高精度。加熱后SHT11溫度升高、相對濕度降低，較加熱前，測量值會略有差異。溫度傳感器濕度傳感器A/D轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)寄存器運算放大器二線串行數(shù)字接口和CRC校驗SCKDATAVCCG

51、ND圖3.1.3 SHT內(nèi)部結(jié)構(gòu)微處理器是通過二線串行數(shù)字接口與SHT11進(jìn)行通信的。微處理器對SHT11的控制是通過5個5位命令代碼來實現(xiàn)的，命令代碼的含義如表3.1.3所列。表3.1.3 SHT11控制命令代碼命令代碼含 義00011測量溫度00101測量濕度00111讀內(nèi)部狀態(tài)寄存器00110寫內(nèi)部狀態(tài)寄存器11110復(fù)位命令，使內(nèi)部寄存器恢復(fù)默認(rèn)值。下一次命令前至少等待11ms其他保留 SHT11傳輸特性1）濕度值輸出SHT11可通過DATA數(shù)據(jù)總線直接輸出數(shù)字量濕度值。該濕度值稱為“相對濕度”，需要進(jìn)行線性補償和溫度補償后才能得到較為準(zhǔn)確的濕度值。由于相對濕度數(shù)字輸出特性呈一定的非線

52、性，因此為了補償濕度傳感器的非線性，可按下式修正濕度值：= 式中：為經(jīng)過線性補償后的濕度值，為相對濕度測量值，C1、C2、C3 為線性補償系數(shù)，取值如表3.1.4所列。 由于溫度對濕度的影響十分明顯，而實際溫度和測試參考溫度25有所不同，所以對線性補償后的濕度值進(jìn)行溫度補償很有必要。補償公式如下：= (T25)()式中：為經(jīng)過線性補償和溫度補償后的濕度值，為測試濕度值時的溫度()，和為溫度補償系數(shù)，取值如表3.1.5所列。表3.1.4 濕度線性補償系數(shù) 表3.1.5 濕度值溫度補償系數(shù) C1C2C312位-40.0405-2.8 8位-40.648-7.22）溫度值輸出12位0.010.000

53、088位0.010.00128由于SHT11是采用PTAT能隙材料制成的溫度敏感元件，因而具有很好的線性輸出。實際溫度值可由下式算得： Temperature=d1+d2SOT 式中：d1和d2為特定系數(shù)，d1取值與SHT11工作電壓有關(guān)，d2的取值則與SHT11內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器采用的分辨率有關(guān)，其對應(yīng)關(guān)系分別如表3.1.6和表3.1.7。 表3.1.6 d1與工作電壓的對應(yīng)關(guān)系 5-40.00-40.004-39.75-39.503.5-39.65-39.353-39.60-39.282.5-39.55-39.23表3.1.7 d2與分辨率的對應(yīng)關(guān)系S014位0.010.01812位0.040.0723）露點計算露點是一個特殊的溫度值，是空氣保持某一定濕度必須達(dá)到的最低溫度。當(dāng)空氣的溫度