基于單片機的數(shù)字濕度傳感系統(tǒng)

1、大連海事大學(xué)裝訂線畢 業(yè) 論 文二一四年六月1基于單片機的數(shù)字濕度傳感系統(tǒng)專業(yè)班級： 電科2班姓 名： 金美紅指導(dǎo)教師： 劉劍橋信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院I摘 要隨著社會信息科學(xué)的發(fā)展，控制理論和電子技術(shù)也在不斷更新，基于微控制器的高度智能化測控技術(shù)逐步成為現(xiàn)實。其中以單片機為核心實現(xiàn)數(shù)字控制器因其體積小、成本低、功能強、簡便易行而得到了廣泛的應(yīng)用。室內(nèi)濕度測控由于其重要性的日益突出，技術(shù)也越來越成熟。本文主要討論基于AT89C52單片機的以HS1101作為前端濕敏元件的室內(nèi)濕度檢測系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用層次化、模塊化設(shè)計，以HS1101濕敏芯片的傳感器作為測量的器件，所得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過NE555振蕩電路處理后

2、，接入到AT89C52單片機，以單片機為核心對數(shù)據(jù)進行記錄、存儲、處理和報警。本文在設(shè)計過程中主要做了以下幾個方面的工作：一是討論并選擇系統(tǒng)的總體設(shè)計方案；二是對傳感器、單片機進行設(shè)計和選擇；三是對各個模塊進行電路及軟件系統(tǒng)的設(shè)計。本系統(tǒng)的設(shè)計還處于理論階段，是在論證了各種方案和搜集了各種的資料后提出的一種切實可行的室內(nèi)濕度監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)完全滿足一般小實驗室的濕度測控系統(tǒng)的要求，實現(xiàn)了對室內(nèi)濕度狀況的全面、實時和長期的監(jiān)測，也實現(xiàn)了室內(nèi)濕度檢測的自動化智能化。關(guān)鍵詞：AT89S51；HS1101；NE555；傳感器ABSTRACTWith the social development of

3、information science, control theory and electronic technology has been updated too, based on the micro-controller, the technology of highly intelligent micro-controller monitoring has gradually become a reality. Among them, single-chip digital controller as the core because of their small size, low

4、cost, powerful, simple and widely used. Indoor humidity measurement and controlling has been growing importance because of the prominent and the more and more mature technology. This thesis focused on a single chip AT89S51 based HS1101 humidity sensor as a front-end indoor humidity detection system.

5、The system has a hierarchical, modular design, and uses HS1101 humidity sensor chip as a measurement device. The data obtained after treatment NE555 oscillator circuit through the AT89C52 micro-controller, a single machine as the core of the data record, storage, processing and alarm. In this paper,

6、 the main job of the design is the following points: First, to discuss the overall design and program so to select the appropriate system; Second, design and selection of the sensor, and a single-chip; third is a Micro Controller Unit to communicate with the PC interface and software systems for cir

7、cuit design.The design of the system is still in the theoretical stage, and it is to demonstrate a variety of programs and collected information on the various proposed a practical indoor humidity monitoring systems. Satisfy the system of small laboratory humidity measurement and control system requ

8、irements, the indoor humidity has been to achieve the status of a comprehensive, real-time and long-term monitoring, and also make the indoor humidity intelligent and automated testing to come true.Keywords: AT89C52, HS1101, NE555, sensorIV目 錄第1章 緒論11.1 課題研究的背景及意義11.1.1 濕度測控的現(xiàn)狀與發(fā)展21.1.2傳統(tǒng)的分立式濕度測量21.

9、1.3模擬集成濕度傳感器測量21.1.4智能濕度傳感器測量21.2 論文主要內(nèi)容3第2章 系統(tǒng)硬件工作原理42.1 傳感器的工作原理42.1.1 傳感器的靜態(tài)特性42.1.2 傳感器的動態(tài)特性52.2 濕度傳感器的工作原理62.2.1 濕度及其表示方法62.2.2 數(shù)字濕度傳感HS110162.3濕度測量電路工作原理82.3.1 NE555時基電路82.3.2基于555振蕩電路的濕度測量電路設(shè)計82.4單片機工作原理102.4.1 MCS-51單片機102.4.2 AT89C52單片機102.4.3 AT89C52單片機功能介紹112.5數(shù)碼管工作原理122.5.1 四位數(shù)碼管簡介122.5.

10、2 四位數(shù)碼管驅(qū)動方式132.5.3 四位數(shù)碼引腳圖132.5.4 四位數(shù)碼區(qū)分共陰陽極的方法14第3章 核心電路的設(shè)計153.1 系統(tǒng)硬件工作原理153.2 單片機頻率檢測模塊的設(shè)計153.3 時鐘晶振電路和復(fù)位電路模塊設(shè)計173.4 數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計183.5 蜂鳴器暴擊模塊設(shè)計193.6 鍵盤掃描模塊設(shè)計203.7系統(tǒng)總電路21第4章 系統(tǒng)調(diào)試234.1 系統(tǒng)調(diào)試用到的工具234.1.1 硬件調(diào)試軟件Proteus軟件234.1.2 軟件調(diào)試軟件Keil軟件244.2 實物測試254.2.1 主要指標(biāo)測試254.2.2電路板設(shè)計254.2.3實物調(diào)試過程26第5章 結(jié)論28參 考 文

11、獻29致 謝30基于單片機的數(shù)字濕度傳感系統(tǒng)基于單片機的數(shù)字濕度傳感系統(tǒng)第1章 緒論濕度，被定義為表示大氣干燥程度的物理量。即在一定的溫度下在一定的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。濕度測量技術(shù)的發(fā)展已有200多年的歷史，人們早就發(fā)現(xiàn)了人的頭發(fā)隨大氣濕度變化而伸長或縮短的現(xiàn)象，因而制成了毛發(fā)濕度計。但是人們對于濕度傳感器中的濕敏元件的認(rèn)識，是從1938年美國F.W.Dunnore研制成功浸涂式氯化鋰濕敏元件才開始的。無論是在科研、實驗生產(chǎn)、糧食儲備、軍火儲備還是植物生長、大學(xué)校園里面的實驗室元器件的保養(yǎng)，濕度的測量、傳輸和控制都跟其有著密不分的關(guān)系。為了確保實驗

12、生產(chǎn)過程中得到很好的質(zhì)量保證，為了確保實驗室的元器件能夠很好延續(xù)使用生命周期，濕度測量的提出已經(jīng)引起了工作者的注意。在現(xiàn)代社會信息科技的不斷迅速發(fā)展中，計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸和濕敏元件的高速更新，使得濕度的測量正朝著自動化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。在實驗室的監(jiān)控中，濕度測量的出現(xiàn)使得元器件的保養(yǎng)達(dá)到更好、使用周期更長、性能保持更好。所以實驗室濕度測控有著廣闊和應(yīng)用發(fā)展空間?，F(xiàn)在技術(shù)中，對濕度的測量有方法多種多樣，也較為容易實現(xiàn)。但精度和反應(yīng)度卻是各種方法中的瓶頸，本系統(tǒng)的設(shè)計就是從精度上和高反應(yīng)度上進行測控、選器件、系統(tǒng)的設(shè)計，盡可能使做出來的系統(tǒng)可以更好更精確更實時地檢測到室內(nèi)濕度的變化，并及時讀取數(shù)據(jù)進

13、行處理，最終顯示在個人電腦終端，使得工作者能夠在最短的時間內(nèi)對環(huán)境不斷發(fā)生變化的濕度有著實時的了解，并可以針對不同的狀況做出不同的反應(yīng)。1.1 課題研究的背景及意義每個實環(huán)境都有著自己的微小氣候，在其中濕度有著非常重要的影響力。高濕容易使人體散熱量增加、容易使人體喪失熱蒸發(fā)機能，導(dǎo)致熱疲勞。實驗室濕度高于70%為高氣濕，人將感到不適；低于30%為低氣濕，人感到口鼻干燥；最舒適的濕度為 40%60%1。在實驗室所使用的各種儀器設(shè)備中，空氣濕度對其影響是非常明顯的，無論是使用過程對精度的影響，還是在保養(yǎng)過程中使得容易老化，容易被侵蝕。綜上所述，無論是從人體健康的角度還是從元器件使用的角度上看，對濕

14、度測控的意義都是非常重大的。1.1.1 濕度測控的現(xiàn)狀與發(fā)展人們研究濕度測量的歷史也算是久遠(yuǎn)，濕度測控也更是隨著實驗信息技術(shù)的發(fā)展而不斷更新?lián)Q代。濕度測控的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段：傳統(tǒng)的分立式濕度測量；模擬集成濕度傳感器測量；智能濕度傳感器測量2。1.1.2 傳統(tǒng)的分立式濕度測量傳統(tǒng)的電阻濕度計、半導(dǎo)體濕敏元器件等，都屬于分立式濕度測量元件，使用這些元器件來進行測量濕度的，統(tǒng)稱為分立式濕度測量。20世紀(jì)50年代以來，隨著傳統(tǒng)的電阻、電容濕度計的出現(xiàn)，濕度測量走向了一個新的臺階。此類測量方法所使用的元件通常不能單獨完成測量任務(wù)，使用時還需要配上二次儀表，才能完成濕度測量及控制功能。其主要缺點

15、是外圍電路比較復(fù)雜、測量精度比較低、分辨力不高，還有就是它們的體積比較大、使用起來不夠方便。所以，傳統(tǒng)的分立式濕度測量方法受到了現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的挑戰(zhàn)，已經(jīng)逐漸被淘汰。到了20世紀(jì)90年代，這種室內(nèi)濕度測控已經(jīng)很難再找到了。1.1.3 模擬集成濕度傳感器測量在20世紀(jì)80年代中，采用硅半導(dǎo)體集成工藝的集成濕度傳感器問世，它是將濕度傳感器集成在一個芯片上、可完成濕度測量及模擬信號輸出功能的專用IC，它屬于最簡單的一種集成濕度傳感器。用這種模擬集成濕度傳感器來進行實驗室室內(nèi)濕度測控，外圍電路是較為簡單，所以這種測量方法最為廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)也是基于這樣集成IC的傳感器HS1101來進行設(shè)計的。1.1

16、.4 智能濕度傳感器測量智能濕度傳感器的未來測量發(fā)展的一個重要的方向，也是室內(nèi)濕度測控的必然發(fā)展，更是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)的結(jié)晶。智能濕度測控器也是在智能濕度傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。智能濕度測控器適配各種微控制器，構(gòu)成智能化濕敏控制系統(tǒng)；它們還可以脫離微控制器單獨工作，自行構(gòu)成一個溫控儀，既可以工作在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，亦可選擇單次轉(zhuǎn)換模式。進入21世紀(jì)的第一個年代，智能濕度測控技術(shù)正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器測量和網(wǎng)絡(luò)傳感器測控、研制單片測量系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展?？傊?，隨著計算機技術(shù)、應(yīng)用電子技術(shù)、傳感器智能化技術(shù)、機械電子一體化技術(shù)和

17、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的發(fā)展，室內(nèi)濕度測控已經(jīng)成為各個國家在保養(yǎng)電子元器件、實時監(jiān)測室內(nèi)濕度等國際市場競爭力的前沿性研究領(lǐng)域。1.2 論文主要內(nèi)容在科研、實驗生產(chǎn)、糧食儲備、軍火儲備還是植物生長、大學(xué)校園里面的實驗室元器件的保養(yǎng)，濕度的測量、傳輸和控制都跟其有著密不分的關(guān)系。環(huán)境的濕度有人們的視野里出現(xiàn)，并其重要性逐漸提高，使?jié)穸鹊臏y控具有與環(huán)境溫度的測控有著相同的重要意義。本文針對以上問題，基于AT89C52單片機，以HS1101傳感器為主要元件，通過幾個電路模塊：單片機電路，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，數(shù)碼管顯示電路，晶振與復(fù)位電路，蜂鳴器報警電路，鍵盤電路等，完成對空氣濕度的測控。電路設(shè)計主要由HS

18、1101數(shù)字濕度傳感器與NE555時基電路工作產(chǎn)生一個方波，將電壓頻率信號傳送到單片機，單片機通過接受方波信號將頻率轉(zhuǎn)為濕度，并通過數(shù)碼管顯示實時濕度。通過按鍵電路設(shè)置報警閥值，可以在超過設(shè)定值的時候完成蜂鳴器報警。第2章 系統(tǒng)硬件工作原理2.1 傳感器工作原理傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中，敏感元件是指傳感器中能夠直接感受被測量的部分，轉(zhuǎn)換元件指傳感器中能將敏感元件輸出轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電信號部分。有些國家和有些科學(xué)領(lǐng)域，將傳感器稱為變換器、檢測器或探測器等。應(yīng)該說明，并不是所有的傳感器都能明顯分清敏感元件與轉(zhuǎn)

19、換元件兩個部分，而是二者全為一體。例如半導(dǎo)體氣體、濕度傳感器等，它們一般都是將感受的被測量直接轉(zhuǎn)換為電信號，沒有中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)3。2.1.1 傳感器的靜態(tài)特性所謂傳感器的靜態(tài)特性，是指在穩(wěn)態(tài)信號作用下，傳感器輸出輸入之間的關(guān)系特性。衡量傳感器靜態(tài)特性的重要指標(biāo)有線性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性。1.線性度傳感器的線性度用傳感器的輸出與輸入之間的線性程度表示。如果不考慮遲滯和蠕變效應(yīng)，一般可用下面的多項式表示。 (2.1) 式中：y輸出量； x輸入物理量； a0零位輸出； a1傳感器線性靈敏度； a2,a3，,an待定常數(shù)。在使用非線性特性的傳感器時，如果非線性項的方次不高，在輸入量變化范圍不大條件下

20、，可以用切線或割線等直線來近似地代表實際曲線的一段。2.靈敏度靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化對輸入變化的比值，一般用Sn來表示，即 (2.2)式中：dy輸出量的變化； dx輸入量的變化。對于線性傳感器，它的靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率。非線性傳感器的靈敏度為一變量。一般希望傳感器的靈敏度高，在滿量程范圍內(nèi)是恒定的，即傳感器的輸出輸入特性為直線。3.遲滯在相同工作條件下做全量程范圍校準(zhǔn)時，下行程（輸入量由小到大）和反行程（輸入量由大到小）所得輸出輸入特性曲線往往不重合。也就是說，對應(yīng)同一大小的輸入信號，傳感器正反行程的輸出信號大小不相等，此即遲滯現(xiàn)象。遲滯（或稱回程誤差）正是用來描述傳感器在正

21、反行程期間特性曲線不重合程度的。遲滯的大小常用正反行程最大輸出差值ymax對滿量程輸出yFS的百分比來表示的4。4.重復(fù)性重復(fù)性是指在相同工作條件下，輸入量按同一方向作全量程多次測試時，所得傳感器特性曲線不一致性的程度。多次重復(fù)測試的曲線重復(fù)性好，誤差也小。重復(fù)特性的好壞是與許多因素有關(guān)的，與產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象具有的原因。其它的特性還有分辨力，傳感器能檢測到的最小輸入增量稱分辨力，在輸入零點附近的分辨力稱為閾值；零漂，傳感器在零輸入狀態(tài)下，輸出值的變化零漂，零漂可用相對誤差表示，也可用絕對誤差表示。2.1.2 傳感器的動態(tài)特性傳感器動態(tài)特性是指輸入量隨時間動態(tài)變化時，其輸出與輸入的關(guān)系。很多傳感器要

22、在動態(tài)條件下檢測，被測量可能以各種形式隨時間變化。只要輸入量是時間的函數(shù)，則其輸出量也將是時間的函數(shù)，其間的關(guān)系要用動態(tài)特性來說明。為研究傳感器的動態(tài)特性，可建立其動態(tài)數(shù)學(xué)模型，用數(shù)學(xué)中的邏輯推理和運算方法，分拆傳感器在動態(tài)變化的輸入量作用下，輸出量如何隨時間改變。實際中，輸入信號隨時間的變化形式多種多樣，無法統(tǒng)一研究，所以通常只分析傳感器在標(biāo)準(zhǔn)輸入信號作用下的輸出。研究動態(tài)特性可以從時域和頻域兩個方面采用瞬態(tài)響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法來分析。由于輸入信號的時候函數(shù)形式是多種多樣的，在時域內(nèi)研究傳感器的響應(yīng)特性時，只能研究幾種特定的輸入時間函數(shù)如階躍函數(shù)、脈沖函數(shù)和斜坡函數(shù)等的響應(yīng)特性。對于任意輸入x

23、(t)所引起的響應(yīng)y(t)，可以利用兩個函數(shù)的卷積關(guān)系，即系統(tǒng)的響應(yīng)y(t)等于沖激響應(yīng)函數(shù)h(t)同激勵x(t)的卷積，即 (2.3)2.2 濕度傳感器工作原理2.2.1 濕度及其表示方法在自然界中，凡是有水和生物的地方，在其周圍的大氣里總是含有或多或少的水汽。大氣中含有水汽的多少，表示大氣中的干、濕程度，用濕度來表示，也就是說，濕度表示大氣干濕程度的物理量。大氣濕度有兩種表示方法：絕對濕度與相對濕度。絕對濕度絕對濕度表示單位體積空氣里所含水汽的質(zhì)量，其表示為 (2.4)式中： 被測空氣的絕對（g/m3，mg/m3）； MV 被測空氣中水汽的質(zhì)量（g，mg）； V被測空氣的體積（m3）。相對

24、濕度：相對濕度是氣體的絕對濕度（v）與同一溫度下，水蒸汽已達(dá)到飽和的氣體的絕對濕度（W）之比，常用%RH來表示。其中 v待測氣體的水汽分壓； W同一溫度下水蒸汽的飽和水汽壓4。2.2.2 數(shù)字濕度傳感器 HS1101濕度傳感器HS1101是基于獨特工藝設(shè)計的電容元件，這些相對濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)?？梢詰?yīng)用于辦公室自動化，車廂內(nèi)空氣質(zhì)量控制，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等。它有以下幾個顯著的特點：1.全互換性，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正2.長時間飽和下快速脫濕3.可以自動化焊接，包括波峰或水浸4.高可靠性與長時間穩(wěn)定性5.專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)6.可用于線性電壓或頻率輸出回路7.快速反應(yīng)時間HS1101的簡單

25、物照圖如圖2.15。圖2.1 HS1101實物照相對濕度在0%100%RH范圍內(nèi)；電容量由162pF變到200pF，其誤差不大于2%RH；響應(yīng)時間小于5s；溫度系統(tǒng)為0.04pF/。可見其精度是較高的。其濕度電容響應(yīng)曲線如圖2.2：圖2.2 HS1101濕度電容響應(yīng)曲線HS1101的一些常用參數(shù)如表2.1：表 2.1 HS1101常用參數(shù)參數(shù)符號參數(shù)值單位工作溫度Ta-40100儲存溫度Tstg-40125供電電壓Vs10Vac濕度范圍RH0100%RH焊接時間=260t10S2.3 濕度測量電路工作原理2.3.1 NE555時基電路NE555是一個能產(chǎn)生精確定時脈沖的高穩(wěn)度控制器，其輸出驅(qū)動

26、電流可達(dá)200mA.。在多諧振蕩器工作方式時，其輸出的脈沖占空比由兩個外接電阻和一個外接電容確定；在單穩(wěn)態(tài)工作方式時，其延時時間由一個外接電阻和一個外接電容確定，它可以延時數(shù)微秒到數(shù)小時。其工作電壓范圍為：4.5VVCC16V。NE555的框圖如圖2.3所示。圖2.3 NE555框圖2.3.2 基于555振蕩電路的濕度測量電路設(shè)計 如圖2.4為系統(tǒng)測濕電路圖。圖2.4 測濕電路圖把HS1101和NE555同時接入電路中的電路設(shè)計原理圖如圖2-4所示。NE555電路功能的簡單概括為：當(dāng)6端和2端同時輸入為“1”時，3端輸出為“0”；當(dāng)6端和2端同時輸入為“0”時，3端輸出為“1”。在此電路中，5

27、55定時器正是根據(jù)這一功能用作多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出頻率信號的。當(dāng)電源接通時，由于6和2端的輸入為“0”，則定時器3腳輸出為“1”；又由于C1 兩端電壓為0，故VCC 通過R2 和R3 對C1充電，當(dāng)C1 兩端電壓達(dá)到2 VCC /3 時，定時電路翻轉(zhuǎn)，輸出變?yōu)椤?”。此時555定時器內(nèi)部的放電BJT的基極電壓為“1”，放電BJT導(dǎo)通，從而使電容C1 通過R3 和內(nèi)部放電BJT 進行放電，當(dāng)C1 兩端電壓降低到VCC /3 時，定時器又翻轉(zhuǎn)，使輸出變?yōu)椤?”，內(nèi)部放電BJT 截止，VCC 又開始通過R2 和R3 對C1 充電，如此周而復(fù)始，形成振蕩。其工作循環(huán)中的充電時間為Th=0.7(R2+R3)

28、C1；放電時間為T1 = 0.7R3*C3； 輸出脈沖占空比為q (R2+R3)/(R2+2R3)，為了使輸出脈沖占空比接近50，R2應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于R3。當(dāng)外界濕度變化時，HS1101 兩端電容值發(fā)生改變，從而改變定時電路的輸出頻率。因此只要測出555的輸出頻率，并根據(jù)濕度與輸出頻率的關(guān)系，即可求得環(huán)境的濕度6。2.4 單片機工作原理2.4.1 MCS-51單片機其所謂的單片機就是把中央處理器CPU、存儲器ROM/RAM、輸入輸出接口電路以及定時器/計數(shù)器等部件制作在一塊集成電路芯片中，構(gòu)成一個完整的微型計算機單片微型計算機。由于單片機把各種功能部件集成在一塊芯片上，因此它的結(jié)構(gòu)緊湊、超小型化、可

29、靠性高、價格低廉、易于開發(fā)應(yīng)用。MCS-51單片機包括8031、8051、8751等很多型，89C52是INTEL公司MCS-51系列單片機中基本的產(chǎn)品。2.4.2 AT89C52單片機 本課題所設(shè)計的系統(tǒng)的核心采用的是89C52單片機，89C52是INTEL公司MCS-51系列單片機中基本的產(chǎn)品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了CMOS的高速和高密度技術(shù)及CMOS的低功耗特征，它基于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51單片機體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，屬于89C51增強型單片機版本，集成了時鐘輸出和向上或向下計數(shù)器等更多的功能，適合于類

30、似馬達(dá)控制等應(yīng)用場合。89C52內(nèi)置8位中央處理單元、512字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、8k片內(nèi)程序存儲器（ROM）32個雙向輸入/輸出(I/O)口、3個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。此外，89C52還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其它功能。89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。圖2.5是89C52的PDIP封裝引腳圖。圖2.5 89C52的PDIP封裝2.4.3 AT8

31、9C52單片機功能介紹（1）引腳功能 電源引腳VCC正常運行和編程校驗時為5V電源，VSS為接地端。 I/O總線P0.0-P0.7（P0口），P1.0-P1.7（P1口），P2.0-P2.7(P2口)，P3.0-P3.7（P3口） 為輸入/輸出引線。XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相器的輸出端，也是內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 控制總線ALE/PROG：地址鎖存允許/編程信號線。當(dāng)CPU訪問外部存儲器時，ALE用來鎖存P0輸出的地址信號的低8位。它的頻率為振蕩頻率的1/6。在對8751編程時，此引腳輸入編程脈沖信號。 PSEN：外接程序存儲器讀選通信號。 EA/VPP：訪問內(nèi)部程序存儲器的控制信號。當(dāng)EA

32、=1時，CPU從片內(nèi)ROM讀取指令；EA=0時，CPU從片外ROM讀取指令。此外，當(dāng)對8751內(nèi)部EPROM編程時，21V編程電源由此端輸入。 RST/VPD：復(fù)位輸入信號。當(dāng)該引腳上出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，可實現(xiàn)復(fù)位操作。此引腳為掉電保護后備電源之輸入引腳。（2）AT89C52單片機功能概述：AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，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

33、，功能強大的AT89C52單片機可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程，但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。（3）主要功能特性： 兼容MCS51指令系統(tǒng) 8k可反復(fù)擦寫(1000次）Flash ROM

34、32個雙向I/O口 256x8bit內(nèi)部RAM 3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷 時鐘頻率0-24MHz 2個串行中斷 可編程UART串行通道 2個外部中斷源 共6個中斷源 2個讀寫中斷口線 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2.5 數(shù)碼管工作原理2.5.1 四位數(shù)碼管簡介四位數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。能顯示4個數(shù)碼管叫四位數(shù)碼管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(

35、COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。2.5.2 四位數(shù)碼管驅(qū)動方式1、靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，

36、缺點是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58=40根I/O端口來驅(qū)動，實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。2、數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分

37、時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。2.5.3 四位數(shù)碼管的引腳圖 四位數(shù)碼管的引腳圖如圖2.6所示。b圖2.6 四位七段數(shù)碼管引腳圖2.5.4 四位數(shù)碼管區(qū)分共陰陽極的方法首先數(shù)碼管有共陰極和共陽極之分，區(qū)別他們的方法是若公共端接地，其他端接電源，若各段測試能亮，說明是共陰的，反之

38、共陽的；若公共端接電源，其他端分別接的，測得各端亮，則說明是共陽的，反之為共陰的。世面上的四位一體的數(shù)碼管一般都沒有datasheet，所以掌握他們管腳的分布是很重要的一個環(huán)節(jié)。第3章 核心電路的設(shè)計3.1 系統(tǒng)硬件工作原理該系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分電路模塊組成：單片機、濕度傳感器檢測電路、數(shù)碼管顯示電路、鍵盤開關(guān)電路、蜂鳴器報警電路等部分。系統(tǒng)硬件框圖如圖3.1所示。STC89C52單片機串行LED顯示報警電路鍵盤HS1101濕度傳感器圖3.1 系統(tǒng)硬件框圖3.2單片機頻率檢測模塊的設(shè)計 本設(shè)計的頻率檢測程序，主要實現(xiàn)對數(shù)字濕度傳感器和NE555時基電路產(chǎn)生的方波頻率，方波將信號傳到單片機

39、的IO端口，由單片機進行技計數(shù)，并通過數(shù)碼管進行顯示。在計數(shù)電路中選用兩個端口實現(xiàn)計數(shù)功能，一個端口控制加數(shù)，另一個端口控制減計數(shù)，從而能夠更完善的實現(xiàn)頻率檢測功能。在主程序的main（）函數(shù)中，首先初始化單片機運行所需的資源，開始兩個終端初始化，開總中斷并設(shè)定定時計數(shù)工作方式為2，提供50kHZ時鐘，由定時器計算公式得出TH0，TL0，然后開啟定時器0中斷，使定時計數(shù)器0開始運行。經(jīng)過規(guī)定計數(shù)周期后，產(chǎn)生一個溢出中斷。在中斷服務(wù)程序中計算當(dāng)前周期的頻率，顯示結(jié)果至數(shù)碼管，重置計數(shù)值并重置計數(shù)器。初始化變量后，開始不斷掃描TH0，TH1。由于在程序中，20微秒為一個測試點，側(cè)波形是否翻轉(zhuǎn)，兩個

40、翻轉(zhuǎn)為一個周期，使單片機50毫秒產(chǎn)生一個中斷，20個中斷即一秒，計算一次波形翻轉(zhuǎn)次數(shù)，從而確定頻率，并計算出實時濕度。主要程序代碼如下：void delay() int i;for(i=0;i10;i+); void timer1() interrupt 1/50毫秒一個中斷，20個中斷即一秒，計算一次波形翻轉(zhuǎn)次數(shù)，確定頻率，計算濕度 TR0=0; count-; if(count=0) count=20; c=(7400-z/2)/24-10; z=0; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; TR0=1; void timer() int

41、errupt 3/20微秒一個測試點，側(cè)波形是否翻轉(zhuǎn)，兩個翻轉(zhuǎn)一個周期 d=AE;if(y!=d)z+;y=d;void main() int b4; ALE=1;/兩個中斷初始化 IE=0x8a; /開總中斷 TMOD=0x21;/設(shè)定定時計數(shù)工作方式為2TH1=0xf6;TL1=0xf6;/提供50kHZ時鐘，由定時器計算公式得出TH0，TL0ET1=1;/開定時器0中斷TR1=1;/定時計數(shù)器0開始運行 TR0=0; TH0=(65536-50000)/256;/50毫秒 TL0=(65536-50000)%256; LED1=1; LED2=1; LED3=1; LED4=1; bee

42、p=0; TR0=1; while(1) 3.3 時鐘晶振電路和復(fù)位電路模塊設(shè)計AT89C52單片機在實際應(yīng)用中，時鐘電路用于產(chǎn)生時鐘信號，時鐘信號是單片機內(nèi)部各種各樣的微小操作的時間基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上，控制器按照指令的功能產(chǎn)生一系列在時間上有一定次序的信號，這些信號用來控制相關(guān)的邏輯電路工作，實現(xiàn)指令的功能。復(fù)位對單片機來說，是程序還沒開始執(zhí)行，是在做準(zhǔn)備工作。單片機XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd（9腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。時鐘晶振和復(fù)位電路如圖3.2所示。b圖3.2 AT89C52時鐘晶振和復(fù)位電路3

43、.4數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計在日常生活中，大家對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器7 。在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口 、體積小、重量輕 、功耗低 、LCD，LED四位七段數(shù)碼管 主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量：162 個字符；芯片工作電壓：4.55.5V；工作電流：2.0mA(5.0V)；模塊最佳工作電壓：5.0V。單片機P0.0P0.7以及P1.3P1.6

44、接數(shù)碼管12個管腳。如圖3.3為數(shù)碼管顯示系統(tǒng)電路圖。b圖3.3數(shù)碼管顯示系統(tǒng)電路圖主要程序代碼如下：#include#include #include int set=0,x=3000,c,y=0,z=0,count=20,d;int code LedData=0x5f,0x06,0x3b,0x2f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/共陰極數(shù)碼管09sbit key1=P10;sbit key2=P11;sbit key3=P12;sbit LED1=P13;sbit LED2=P14;sbit LED3=P15;sbit LED4=P16;sbit beep=P

45、34;sbit CLK=P36;sbit START=P33;sbit EOC=P35;sbit OE=P37; sbit ALE=P31; sbit AE=P27;3.5蜂鳴器報警模塊設(shè)計 本設(shè)計中，在AT89C52單片機的P1.4口外接一個蜂鳴器作為對濕度測控的報警輸出。當(dāng)濕敏元件HS1101對室內(nèi)的濕度檢測時，達(dá)到某個值，就會在P1.4端口輸出高電平，使得蜂鳴器發(fā)出警報，以及時通知工作人員進行相關(guān)的操作。其電路原理圖如圖3.4所示。圖3.4 蜂鳴器報警系統(tǒng)電路圖主要程序代碼如下：if(set!=0)/顯示調(diào)整報警值b0=x/1000; P0=LedDatab0;LED1=0;delay(

46、)；LED1=1;b1=x/100%10;P0=LedDatab1; LED2=0;delay() ;LED2=1; b2=x/10%10;P0=LedDatab2;LED3=0; delay() ;LED3=1; b3=x%10;P0=LedDatab3; LED4=0; delay() ;LED4=1; if(set=0)/顯示濕度值 b0=c/1000; P0=LedDatab0;LED1=0;delay() ;LED1=1;b1=c/100%10;P0=LedDatab1; LED2=0;delay() ;LED2=1; b2=c/10%10;P0=LedDatab2;LED3=0;

47、delay() ;LED3=1; b3=c%10;P0=LedDatab3; LED4=0; delay() ;LED4=1; if(b0*1000+b1*100+b2*10+b3x) beep=1;delay();beep=0; 3.6 鍵盤掃描模塊設(shè)計 本模塊用于對外接鍵盤的識別，通過程序，使按一下K1鍵時，選中第一個數(shù)碼管顯示值，再按一下K1鍵時，選中第二個數(shù)碼管顯示值，以此類推到第四個數(shù)碼管顯示值，并通過K2鍵來對顯示值進行加一位，和K3鍵來對顯示值進行減一位，來完成對報警閥值的設(shè)定。主要程序代碼如下： if(key1=0)/鍵盤掃描 delay();/去抖 if(key1=0) se

48、t+; if(set=5)set=0;/調(diào)整報警值 while(key1=0); if(key2=0) delay(); if(key2=0) switch(set) case 1:if(x/10000)x=x-1000;else x=x+4000;break;/調(diào)整報警值 case 2:x=x-100;break; case 3:x=x-10;break; case 4:x=x-1;break； while(key3=0); 3.7 系統(tǒng)總電路基于AT89C52單片機的HS1101傳感器濕度測控系統(tǒng)，主要由幾個部分組成：單片機電路，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，數(shù)碼管顯示電路，晶振與復(fù)位電路，蜂鳴器報

49、警電路，鍵盤電路等。其程序總電路圖如圖3.5所示。圖3.5 數(shù)字濕度傳感系統(tǒng)原理圖下面對本次設(shè)計的總電路進行說明。首先，AT89C52單片機具有許多特點，其功能強大、I/O接口多，但其內(nèi)部的數(shù)據(jù)暫存存儲器的空間其實是比較小的，當(dāng)用于多位的外圍外接芯片時，會出現(xiàn)內(nèi)部RAM使用不足的狀況。所以，在本系統(tǒng)設(shè)計中，考慮到目前只是計劃應(yīng)用于較小的機房中，監(jiān)測點不多，因此本文沒有對片內(nèi)RAM進行擴展或是改換單片機的型號。在實際編程中實現(xiàn)本系統(tǒng)的功能應(yīng)該沒有太大的障礙。AT89C52具有4個I/O接口，它們分別是P0口、P1口、P2口和P3口。本文進行設(shè)計時只是用到了其中的部分接口，與本系統(tǒng)的其它部分進行連

50、接，分別實現(xiàn)了不同的功能。例如：P3.4口用于蜂鳴器外接；P1.3P1.6和P0所有接口接數(shù)碼管顯示器等等。NE555電路中的參數(shù)選擇為：R11K、R2499K、R3576K、R4909K。其中R1與555的頻率輸出引腳相連，起輸出短路保護作用，防止輸出電流過大。R4是用作555定時器內(nèi)部溫度補償?shù)模鋺?yīng)該具有1%的精度。由于這里采用的是Texas Instruments生產(chǎn)的NE555，所以根據(jù)微調(diào)R4和R3取值分別為909K和576K。另由于本軟件軟件庫中無HS1101傳感元件，所以用激勵源代替。第4章 系統(tǒng)調(diào)試4.1 系統(tǒng)調(diào)試用到的工具4.1.1 硬件調(diào)試軟件Proteus軟件Prote

51、us ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。提供

52、軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。具有強大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大8。Proteus ISIS的工作界面如圖4.1所示。圖4.1 Proteus ISIS的工作界面操作流程：1雙擊桌面上的ISIS 6 Professional圖標(biāo)或者單擊屏幕左下方的”開始”程序”Proteus 6 Professional” ”ISIS 6 Professional”。2Proteus ISIS的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面。包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預(yù)覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編