基于單片機的盆花自動澆水控制系統(tǒng)設(shè)計

1、目 錄摘要1關(guān)鍵詞11前言21.1選題的目的和意義21.2自動澆花器的誕生背景及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀21.3畢業(yè)設(shè)計采用的研究方法和手段42 AT89C51單片機42.1AT89C51單片機的基本組成42.2AT89C51主要特性52.3管腳說明62.4AT89C51單片機的存儲器82.4.1程序存儲器82.4.2數(shù)據(jù)存儲器82.5振蕩電路和時鐘92.6AT89C51的中斷系統(tǒng)102.6.1中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和中斷控制102.6.2中斷響應(yīng)過程112.7定時器/計數(shù)器122.7.1定時器/計數(shù)器0和1的簡介132.7.2定時器/計數(shù)器0和1相關(guān)的特殊功能寄存器133溫濕度傳感器143.1數(shù)字溫濕度傳感器

2、SHT-11143.2SHT-11的特性153.2.1SHT-11的特點153.2.2SHT的詳規(guī)格163.3SHT-11的引腳163.4SHT-11的內(nèi)部命令與接口時序173.4.1SHT-11的命令順序及命令時序173.4.2SHT-11的內(nèi)部命令183.4.3SHT-11的狀態(tài)寄存器183.5硬件接口193.6恢復(fù)處理204DS1302時鐘芯片204.1DS1302時鐘芯片的簡介204.2引腳214.3命令字節(jié)215液晶顯示器LCD245.1液晶顯示器的分類245.2ATMPIRE 128×64255.2.1LCD 128×64 引腳功能265.2.2KSO108 控

3、制器指令功能265.2.3應(yīng)用說明286盆花自動澆水系統(tǒng)的設(shè)計286.1土壤溫濕度檢測與控制286.2 硬件電路的設(shè)計296.3系統(tǒng)軟件的設(shè)計337結(jié)論36參考文獻36 致謝37附錄38基于單片機的盆花自動澆水控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要：本次設(shè)計的盆花自動澆水系統(tǒng)包括土壤溫濕度的檢測與控制和蓄水箱自動上水及水位報警兩大部分。土壤溫濕度的檢測與控制部分又包括了土壤溫濕度的檢測和顯示、自動澆水系統(tǒng)。土壤溫濕度的檢測和顯示以溫濕度傳感器SHT-11為感應(yīng)部件，將檢測到的土壤溫濕度值送入AT89C51單片機，再由其輸出到LCD屏進行顯示。自動澆水系統(tǒng)設(shè)計為智能和手動兩個部分：智能澆水部分是通過單片機程序設(shè)定澆

4、水的上下限值與SHT-11送入單片機的土壤濕度值相比較，當?shù)陀谙孪拗禃r，單片機輸出一個信號控制電磁閥打開，開始澆水，高于上限值時再由單片機輸出一個信號控制電磁閥關(guān)閉，停止?jié)菜?；手動部分是由單片機從時鐘芯片DS1302讀入月份與每天的實時時刻，通過軟件程序設(shè)定定時澆水的時間與澆水的量。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機 SHT-11溫濕度傳感器 LCD DS1302時鐘芯片 C51程序 數(shù)字電路Potted plant watering control system based on PLCAbstract：The design of the automatic watering system inc

5、ludes soil pot humidity detection and display, automatic watering and storage box automatic water and water level alarm three parts. S- oil testing and display of temperature and humidity system takes Temperature and humidity sen- sor SHT - 11 as inductive components, it will detect the soil tempera

6、ture and humidity value and input the value to the AT89C51 microcontroller,then the temperature and humidity value will be output to LCD screen displayed. Automatic watering system design for intelligence and manual two parts.Intelligent watering part through the microcontroller program setting the

7、upper and lo- wer water attained,then comparing this upper and lower water attained with the vale that throug -hing SHT-11 inputting to the microcontroller. When below the limit SCM outputs a signal to o- pening the Electromagnetic valve ,and Start watering .if Above the upper limit value,the SCM wi

8、ll output another signal to Turnning off the Electromagnetic valve ,and Stop watering. Manual part read the time from the clock chip DS1302 by microcomputer. Through software program to setting the regular watering'time and Watering amount.Storage box Water level control system u- ses Pure hardw

9、are control. Keywords: AT89C51 microcontroller; SHT - 11 temperature and humidity sensor; LCD; clock chip DS1302;C51 program; Digital circuit 1 前言1.1 選題的目的和意義隨著社會生活的進步，人們的生活質(zhì)量越來越高。在家里養(yǎng)盆花可以陶冶情操、豐富生活。同時，盆花通過光合作用可吸收二氧化碳，凈化室內(nèi)空氣，在有花木的地方空氣中陰離子聚積較多，所以空氣也特別清新，而且有許多花木還可吸收空氣中的有害氣體，因此，養(yǎng)盆花如今被許多的人所喜愛。盆花澆水量是否能做到適

10、時適量，是養(yǎng)花成敗的關(guān)鍵。但是，在生活中人們總是會有無暇顧及的時候，比如工作太忙或者出差、旅游等?；ú萆L問題80%以上是由花兒澆灌問題引起；好不容易種植幾個月的花草,因為澆水不及時，長勢不好，用來美化家園的花草幾乎成了“雞肋”；不種植了吧，家中沒有綠色襯托感覺沒有生機；保留吧，花草長得不夠旺盛，還影響家庭裝飾效果。雖然目前市面上有賣盆花自動澆水器的，但價格十分的昂貴，并且大多只能設(shè)定一個定時澆水的時間，很難做到給盆花適時適量澆水。也有較經(jīng)濟的盆花缺水報警器，可以提醒人們及時的給盆花澆水?？墒沁@種報警器只能報警，澆水還是需要人們親自動手。當家里無人時，即使報警也無人澆水，就起不到應(yīng)有的作用了。

11、因此，我想通過設(shè)計一種集盆花土壤濕度檢測，自動澆水以及蓄水箱自動供水于一體的盆花自動澆水系統(tǒng)。讓盆花在人們無暇照顧時也能得到及時的澆灌。1.2 自動澆花器的誕生背景及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 微噴系統(tǒng)是近幾年利用國內(nèi)外先進技術(shù)組裝的新型灌溉設(shè)施，主要是利用水流通過低壓管道系統(tǒng)以一定速度從特制的噴頭噴出，在空氣中分散成細小的水滴，著落在花草植物、作物及周圍的地面上，從而達到及時補充水分的目的。該系統(tǒng)具有用水量少、沖擊力小的灌溉特性，適用于栽培密度大、植株柔軟細嫩的植物。自動澆花器的誕生是隨著人們生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快而誕生的一種懶人園藝用品。它把微噴的概念應(yīng)用于家庭盆花澆灌中，通過相應(yīng)的改進，達到

12、合理給盆花自動澆水的目的。早在很多年前，國外就已經(jīng)開始普及，國內(nèi)使用的電子類自動澆花器多數(shù)從國外進口的，價格昂貴，但質(zhì)量比較可靠。不過這并不太適用于國內(nèi)，目前國內(nèi)外比較流行的是玻璃制作的自動澆花器。這種類型的澆花器多數(shù)在我國山西和浙江一帶加工生產(chǎn)的，價格比較低廉，實用性沒有電子類自動澆花器好。隨著國內(nèi)居民消費水平和生活質(zhì)量的提高，居家園藝市場異?；鸨?，但是由于生活節(jié)奏加快，種花容易養(yǎng)花難的問題暴露出來，而養(yǎng)花最重要的問題就是澆水問題，研究表明花草80%以上的死亡由于澆水不及時引起，因此國內(nèi)商家已經(jīng)看到了這種需求潛力。目前這類小居家用品的廠家主要集中在廣東，上海，浙江一帶。現(xiàn)在市面上所出售的自動

13、澆花器主要有以下幾類： 電子類自動澆花器電子類自動澆花器又叫時控噴淋裝置，系統(tǒng)構(gòu)成為：主機（或者控制器）、主管（可以是花園管也可以是4/7mm的微噴淋管）、分水接頭(3通、4通、5通、6通、分水器）、副管(3/5mm)噴淋管（霧化噴頭、旋轉(zhuǎn)噴頭、折射霧化噴頭等）。電子類自動澆花器根據(jù)電源的不同分為交流電自動澆花器和電池自動澆花器兩種?？刂破鞯囊话阈阅苡校弘姶砰y控制；智能時控電路微電腦芯片控制；適用電源為AC220V/50HZ；最適宜水壓0.3-0.6Mpa；待機功率（4VA，澆水時12VA）；可控制連續(xù)作業(yè)時間是1分鐘至168個小時；可每天自動完成十次以上澆水作業(yè)，可每天、隔天、隔多天自動循環(huán)

14、進行澆水，手動自動兩用；每天計時誤差小于正負3秒；電器適應(yīng)環(huán)境溫度為-1050；相對濕度90%RH。 玻璃、陶瓷類自動澆花器玻璃、陶瓷類自動澆花器又叫自動滲水裝置，它由本身材質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)構(gòu)成，根據(jù)器具的物理滲水原理完成自動澆灌，當自動澆水器內(nèi)部存水，自身形成一定的壓力，當遇到干燥的土壤，水就會自上而下的流出，當土壤濕潤以后，會形成一個堵塞壓力，從而導(dǎo)致水流速度變慢或者停止。器具工藝不同，效果也不一樣，當然也因土壤的疏松情況決定器具內(nèi)水流的速度。當前傳感器技術(shù)與單片機技術(shù)發(fā)展迅速，其應(yīng)用逐步由工業(yè)、軍事等領(lǐng)域向其他領(lǐng)域滲透，已經(jīng)和我們的日常生活息息相關(guān)。而且智能家居概念也越來越受人們的推崇，因此

15、，微電腦控制的電子類自動澆花系統(tǒng)有很好的發(fā)展前景。1.3 畢業(yè)設(shè)計所采用的研究方法和手段 本次畢業(yè)設(shè)計是設(shè)計一種單片機控制的自動澆水系統(tǒng),實現(xiàn)室內(nèi)盆花澆水的自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對土壤的溫濕度進行監(jiān)控,并對作物進行適時、適量的澆水。其核心是單片機和溫濕度傳感器以及澆水驅(qū)動電路構(gòu)成的檢測控制部分。主要研究土壤濕度與澆水量之間的關(guān)系、澆灌控制技術(shù)及設(shè)備系統(tǒng)的硬件、軟件編程各個部分。檢測部分，單片機選用AT89C51單片機，溫濕度傳感器選用SHT11溫濕度傳感器。SHT-11采用COMSens專利傳感器技術(shù)將溫度濕度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字接口、校準數(shù)據(jù)存儲器、標準I2C總線等電路全部集成在一個芯片

16、內(nèi)。軟件選用C51語言編程。土壤溫濕度傳感器可將檢測到的土壤溫濕度模擬量放大轉(zhuǎn)換成數(shù)字量通過單片機內(nèi)程序控制精確的將溫度與濕度分別顯示在LCD顯示屏上，同時通過單片機內(nèi)的中斷服務(wù)程序判斷是否要給盆花澆水,若需澆水,則單片機系統(tǒng)發(fā)出澆水信號,并經(jīng)放大驅(qū)動設(shè)備,開啟電磁閥進行澆水,若不需澆水,則進行下一次循環(huán)檢測。在澆水系統(tǒng)中也同時設(shè)計一個手動澆水部分，系統(tǒng)工作時通過設(shè)置鍵的按下與否來選擇澆水系統(tǒng)的工作方式。土壤澆水驅(qū)動電路采用繼電器開關(guān)電路，蓄水箱水位報警以及自動上水部分采用純硬件控制。2 AT89C51單片機AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Pr

17、ogrammable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。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)標準的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，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C51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。2.1 AT89C51單片機的基本組成AT89C51由一個8位的微處理器，128KB片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM，21個特殊功能寄存器SFR，4KB片內(nèi)程序存儲

18、器Flash ROM，64KB可尋址片內(nèi)外統(tǒng)一編址的ROM，64KB可尋址片外的RAM， 4個8位并行I/O接口（P0P3），一個全雙工通用異步串行接口UART，兩個16位的定時器/計數(shù)器，具有位操作功能的布爾處理機及位尋址功能的五個中斷源、兩個優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)以及片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路。其基本組成框圖如圖2-1所示。圖2-1 AT89C51的基本組成2.2 AT89C51主要特性AT89C51主要特性有：·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&#

19、183;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 2.3 管腳說明 此處省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和設(shè)計圖紙等.請聯(lián)系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業(yè)設(shè)計下載！該論文已經(jīng)通過答辯2.4 AT89C51單片機的存儲器在單片機中，存儲器分為程序存儲器ROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM，并且兩個存儲器是獨立編址的。AT89C51單片機芯片內(nèi)配置有8KB（0000

20、H1FFFH）的Flash程序存儲器和256字節(jié)（00HFFH）的數(shù)據(jù)存儲器RAM，根據(jù)需要可外擴到最大64KB的程序存儲器和64KB的數(shù)據(jù)存儲器，因此AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu)可分為4部分：片內(nèi)程序存儲器、片外程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。如果以最小系統(tǒng)使用單片機，即不擴展，則AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu)就較簡單：只有單片機自身提供的8KB Flash程序存儲器和256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器RAM。圖2-3給出了AT89C51單片機的存儲器分布空間。左側(cè)線框中為單片機自身提供的8KB Flash程序存儲器和256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器RAM。右側(cè)為可擴展的64KB的程序存儲器ROM和64KB的數(shù)

21、據(jù)存儲器RAM。2.4.1 程序存儲器AT89C51單片機出廠時片內(nèi)已帶有8KB的Flash程序存儲器，使用時，引腳要按高電平（5V），這時，復(fù)位后CPU從片內(nèi)ROM區(qū)的0000H單元開始讀取指令代碼，一直運行到1FFFH單元，如果外部擴展有程序存儲器ROM，則CPU會自動轉(zhuǎn)移到片外ROM空間2000HFFFFH讀取指令代碼。圖2-3 存儲器空間分布圖2.4.2 數(shù)據(jù)存儲器AT89C51單片機出廠時片內(nèi)已帶有256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器RAM，如果不夠用，可以在片外擴展，最多可擴展64KB RAM。圖2-4 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的結(jié)構(gòu)單片機自帶的數(shù)據(jù)存儲器RAM結(jié)構(gòu)如圖2-4所示，此256字節(jié)單元（00H

22、FFH）的低128字節(jié)（00H7FH）單元為用戶使用區(qū)，高128字節(jié)（80HFFH）單元為特殊功能寄存器SFR區(qū)。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的00H7FH單元又劃分為3塊：00H1FH塊是工作寄存器所用；20H2FH塊是位尋址功能的單元區(qū)；30H3FH是普通RAM區(qū)。工作寄存器又分為4組，在當前的運行程序中只有一組是被激活的，誰被激活有程序狀態(tài)寄存器PSW的RS1，RS0兩位決定。2.5 振蕩電路和時鐘 在AT89C51芯片內(nèi)部，有一個振蕩電路和時鐘發(fā)生器，引腳XTAL1和XTAL2之間接入晶體振蕩器和電容后構(gòu)成內(nèi)部時鐘方式。也可以使用外部振蕩器，由外部振蕩器產(chǎn)生的信號直接加載到振蕩器的輸入端，作為CPU

23、的時鐘源，稱為外部時鐘方式。采用外部時鐘方式時，外部振蕩器的輸出信號接至XTAL1，XTAL2懸空。兩種方式的電路連接如圖2-5所示。大多數(shù)的單片機采用內(nèi)部時鐘方式，本次設(shè)計亦然。 （a）使用片內(nèi)振蕩器接法 （b）使用片外振蕩器接法圖2-5 AT89C51振蕩器的連接方式在AT89C51單片機內(nèi)部，引腳XTAL2和引腳XTAL1連接著一個高增益反相放大器，XTAL1引腳是反相放大器的輸入端，XTAL2引腳是反相放大器的輸出端。芯片內(nèi)部的時鐘發(fā)生器是一個二分頻觸發(fā)器，振蕩器的輸出為其輸入，輸出為兩相的時鐘信號（狀態(tài)時鐘信號），頻率為振蕩器輸出信號頻率的1/2。狀態(tài)時鐘經(jīng)三分頻后為低字節(jié)地址鎖存信

24、號ALE，頻率為振蕩器輸出信號頻率的1/6，經(jīng)六分頻后為機器周期信號，頻率為/12。、一般取2030pF的陶瓷電容器。2.6 AT89C51的中斷系統(tǒng)為了提高系統(tǒng)的工作效率，AT89C51單片機設(shè)置了中斷系統(tǒng)，采用中斷方式與外設(shè)進行數(shù)據(jù)傳送。所謂“中斷”，是指單片機在執(zhí)行某一段程序的過程中，由于某種原因（如異常情況或特殊請求），單片機暫時中止正在執(zhí)行的程序，而去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，待處理結(jié)束后，再返回到被打斷的程序處，繼續(xù)執(zhí)行原程序的過程。2.6.1 中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和中斷控制AT89C51有六個固定的可屏蔽中斷源，分別是三個片內(nèi)定時器/計數(shù)器溢出中斷TF0、TF1和TF2，兩個外部中斷(P3.2

25、)和(P3.3)，一個片內(nèi)串行口中斷TI或RI。6個中斷源有兩級中斷優(yōu)先級，可形成中斷嵌套。它們在程序存儲器中各有固定的中斷入口地址，由此進入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。引起6個中斷源的符號、名稱及產(chǎn)生的條件如下：外部中斷0，由P3.2端口線引入，低電平或下降沿引起；：外部中斷1，由P3.3端口線引入，低電平或下降沿引起；T0：定時器/計數(shù)器0中斷，由T0記滿回零引起；T1：定時器/計數(shù)器1中斷，由T1記滿回零引起；TI/RI：串行口I/O中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送/接收后引起中斷；T2：定時器/計數(shù)器2中斷，由T2記滿回零引起。在本次設(shè)計中采用了定時器/計數(shù)器0中斷，它的中斷控制寄存器包括定時器

26、/計數(shù)器0、1控制寄存器TCON和中斷允許控制寄存器IE。 定時器控制寄存器TCONTCON是定時器/計數(shù)器和外部中斷兩者合用的一個可位尋址的特殊功能寄存器，它的格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0各控制位定義如下：TF1：定時器/計數(shù)器1溢出中斷請求標志位。當定時器/計數(shù)器1計數(shù)產(chǎn)生溢出時，由內(nèi)部硬件置位TF1，向CPU響應(yīng)中斷并轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序執(zhí)行時，由硬件內(nèi)部自動TF1清0。TR1：定時器/計數(shù)器1啟動/停止位。由軟件置位/復(fù)位控制定時器/計數(shù)器1的啟動或停止計數(shù)。TF0：定時器/計數(shù)器0溢出中斷請求標志位。當定時器/計數(shù)器0計數(shù)產(chǎn)

27、生溢出時，由內(nèi)部硬件置位TF0，向CPU響應(yīng)中斷并轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序執(zhí)行時，由硬件內(nèi)部自動TF1清0。TR0：定時器/計數(shù)器0啟動/停止位。由軟件置位/復(fù)位控制定時器/計數(shù)器0的啟動或停止計數(shù)。IE1：外部中斷請求標志位。當CPU檢測到INT0低電平或下降沿且IT1=1時，由內(nèi)部硬件置位IE1標志位（IE1=1）向CPU請求中斷，當CPU響應(yīng)中斷并轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序執(zhí)行時，由硬件內(nèi)部將IE1清0。IE0：外部中斷請求標志位。當CPU檢測到INT0低電平或下降沿且IT0=1時，由內(nèi)部硬件置位IE0標志位（IE0=1）向CPU請求中斷，當CPU響應(yīng)中斷并轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序執(zhí)行時，由硬件內(nèi)部將IE0

28、清0。IT1：用軟件置位/復(fù)位IT1來選擇外部中斷INT1是下降沿觸發(fā)還是電平觸發(fā)中斷請求。當IT1置1時，則外部中斷INT1為下降沿觸發(fā)中斷請求，即INT1端口由前一個機器周期的高電平跳變?yōu)橄乱粋€機器周期的低電平，則觸發(fā)中斷請求；當IT1復(fù)位清0，則INT1的低電平觸發(fā)中斷請求。IT0：由軟件置位/復(fù)位IT0來選擇外部中斷INT0是下降沿觸發(fā)還是低電平觸發(fā)中斷請求，其控制原理同IT1。 中斷允許控制寄存器中斷允許控制寄存器IE的格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D0EAET2ESET1EX1ET0EX0各控制位定義如下：EA：中斷總控制為。EA=1，CPU開中斷，它是CPU是否響應(yīng)中斷的

29、前提，在此前提下，如果某中斷源的中斷允許位置1，才能響應(yīng)該中斷源的中斷請求。如果EA=0，無論哪個中斷源有請求，CPU都不予回應(yīng)。ET2：定時器/計數(shù)器T2中斷控制位，ET2=1，允許T2計數(shù)溢出中斷；ET2=0，禁止T2中斷。ES：串行口中斷控制位，ES=1，允許串行口發(fā)送/接收中斷；ES=0禁止串行口中斷。ET1：定時器/計數(shù)器T1中斷控制位，ET1=1，允許T1計數(shù)溢出中斷；ET1=0，禁止T1中斷。EX1：外部中斷1控制位，EX1=1，允許中斷；EX1=0，禁止外部中斷1中斷。ET0：定時器/計數(shù)器T0中斷控制位，ET0=1，允許T0計數(shù)溢出中斷；ET0=0，禁止T0中斷。EX0：外部

30、中斷0控制位，EX0=1，允許中斷；EX0=0，禁止外部中斷0中斷1。2.6.2 中斷響應(yīng)過程CPU中斷處理從響應(yīng)中斷、控制程序轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的中斷矢量地址入口處執(zhí)行中斷服務(wù)程序，到執(zhí)行返回（RETI）指令為止。中斷響應(yīng)可分為以下幾個步驟： 保護斷點，即保存下一個將要執(zhí)行的指令的地址，把這個地址送入堆棧。 尋找中斷入口，根據(jù)6個不同的中斷源所產(chǎn)生的中斷，中斷系統(tǒng)必須能夠正確地識別中斷源，查找6個不同的入口地址。以上工作是由單片機自動完成的，與編程者無關(guān)。在6個入口地址處存放有中斷處理程序。執(zhí)行中斷處理程序。中斷返回：執(zhí)行完中斷指令后，從中斷處返回到主程序，繼續(xù)執(zhí)行2。2.6.2 中斷響應(yīng)過程CPU中

31、斷處理從響應(yīng)中斷、控制程序轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的中斷矢量地址入口處執(zhí)行中斷服務(wù)程序，到執(zhí)行返回（RETI）指令為止。中斷響應(yīng)可分為以下幾個步驟： 保護斷點，即保存下一個將要執(zhí)行的指令的地址，把這個地址送入堆棧。 尋找中斷入口，根據(jù)6個不同的中斷源所產(chǎn)生的中斷，中斷系統(tǒng)必須能夠正確地識別中斷源，查找6個不同的入口地址。以上工作是由單片機自動完成的，與編程者無關(guān)。在6個入口地址處存放有中斷處理程序。執(zhí)行中斷處理程序。中斷返回：執(zhí)行完中斷指令后，從中斷處返回到主程序，繼續(xù)執(zhí)行2。2.7 定時器/計數(shù)器AT89C51單片機內(nèi)部設(shè)有兩個16位可編程定時器/計數(shù)器，即定時器/計數(shù)器0和定時器/計數(shù)器1。除此之外還有一

32、個可編程定時器/計數(shù)器2。2.7.1定時器/計數(shù)器0和1簡介定時器/計數(shù)器0和1內(nèi)部有一個計數(shù)寄存器（和），它實際上是一個累加寄存器進行加1計數(shù)。定時器和計數(shù)器共用這個寄存器，但定時器/計數(shù)器同一時刻只能工作在其中一種方式下，不可能既工作在定時器方式，同時又工作在計數(shù)器方式。這兩個工作方式的根本區(qū)別是在于計數(shù)脈沖的來源不同。工作在定時器方式時，對振蕩源12分頻的脈沖計數(shù)，即每過一個機器周期（1個機器周期在時間上和12個振蕩周期的時間相等），計數(shù)寄存器中的值就加1。工作在計數(shù)器方式時，計數(shù)脈沖不是來自內(nèi)部的機器周期，而是來自外部輸入。對定時器/計數(shù)器0、定時器/計數(shù)器1，計數(shù)脈沖分別來自T0、T

33、1引腳。當這些引腳上輸入的信號產(chǎn)生高電平至低電平的負跳變時，計數(shù)寄存器的值就加1。單片機每個機器周期都要對對外部輸入進行采樣，如果在第一個周期采得的外部信號為高電平，在下一個周期采得的信號為低電平，則在再下一個機器周期，即第三個機器周期計數(shù)寄存器的值才增加11。2.7.2 與定時器/計數(shù)器0和1相關(guān)的特殊功能寄存器 計數(shù)寄存器TH0、TL0和TH1、TL1計數(shù)寄存器是16位的，再啟動定時器時需要對它設(shè)定初始值。是計數(shù)寄存器的高8位，是計數(shù)寄存器的低8位。TH0、TL0對應(yīng)T/C0，TH1、TL1對應(yīng)T/C1。 定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON的格式如下：TF1T

34、R1TF0TR1IE1IT1IE0IT0TF1為T/C1的溢出標志，溢出時由硬件置1，進入中斷后又由硬件自動清0。TR1為T/C1的啟動和停止位，由軟件控制。置1時啟動T/C1；清0時停止T/C1。TF0和TR0的功能和使用方法以TF1、TR1類似，只是它們針對的是T/C0。 定時器/計數(shù)器方式控制寄存器TMOD定時器/計數(shù)器方式控制寄存器TMOD的格式如下所示。它的控制位都是由軟件控制的，其中高4位是針對T/C1的，低4位是針對T/C0的，其功能和使用方法相似。GATEM1M0GATEM1M0現(xiàn)在以T/C0來說明各控制位的使用方法：GATE是一個選通位，當GATE位置1時，T/C0受到雙重控

35、制，只有為高電平且TR0位置1是T/C0才開始工作，當GATE位清0時，T/C0僅受到TR0的控制。用來選擇工作在定時器方式還是計數(shù)器方式。當該位置1時工作在計數(shù)器方式，清0時工作在定時器方式。M1和M0聯(lián)合起來用于選擇操作模式，一共有四種操作模式，如表2-2所示。表2-2 操作模式M1M0操作模式計數(shù)器配置00模式013位計數(shù)器10模式2自動重轉(zhuǎn)載的8位計數(shù)器10模式2自動重轉(zhuǎn)載的8位計數(shù)器11模式3T0分為兩個8位計數(shù)器，T1停止計數(shù)3 溫濕度傳感器傳統(tǒng)的模擬式濕度傳感器需設(shè)計信號調(diào)理電路并要經(jīng)過復(fù)雜的校準、標定過程,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盡人

36、意。為解決這些問題，瑞士Sensirion 公司推出了新一代基于CMOSensTM技術(shù)的數(shù)字式溫濕度傳感器。它很好地解決了溫濕度傳感器存在的上述問題,實現(xiàn)了數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標定、免外圍電路及全互換功能3。3.1 數(shù)字溫濕度傳感器SHT-11數(shù)字溫濕度傳感器SHT11采用COMSens專利傳感器技術(shù)將溫度濕度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字接口、校準數(shù)據(jù)存儲器、標準I2C總線等電路全部集成在一個芯片內(nèi)（其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示）4。圖3-1 數(shù)字溫濕度傳感器SHT11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖由它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可看出SHT-11具有不同保護的“微型結(jié)構(gòu)”檢測電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層組成了傳感器芯片的電容,這樣除保持

37、了電容式濕敏器件的原有特性外還可抵御來自其它方面的影響。將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起構(gòu)成了一個單一的個體,這就使得測量精度提高并且可以精確得出露點,而不會產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化而引起的誤差。而且將傳感器元件、信號放大器、模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器、OTP 校準數(shù)據(jù)存儲器、I2C 工業(yè)標準串行總線等，電路功能部件全部采用CMOS 技術(shù)與溫濕度傳感器一起放置在一個芯片內(nèi)。這不僅使信號強度增加,更重要的是長期穩(wěn)定性也得到增強,這對傳感器系統(tǒng)是極為重要的。同時,模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換也在一個芯片內(nèi)同時完成,這可使信號對噪聲不敏感,尤其重要的是,在傳感器芯片數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)裝載的針對每一只傳感器的校準數(shù)

38、據(jù)保證了每一只傳感器都有相同的功能,可以實現(xiàn)100%的互換。此外,。該傳感器還具有I2C 二線串行總線接口,這可使傳感器方便的與任何類型的微處理器、微控制器接口相連,為溫濕度的微機化測試帶來極大的方便,這不僅能減少溫濕度測試系統(tǒng)的開發(fā)時間,還可節(jié)約數(shù)字化接口的軟硬件成本。該傳感器還有反應(yīng)迅速、高精度、低功耗等優(yōu)點。3.2 SHT-11的傳感器輸出SHT-11的相對濕度絕對精度、溫度精度和25露點精度如圖3-2(a)(c)所示4。（a）濕度絕對精度（b）溫度精度（C）25露點精度圖3-2 相對濕度、溫度和露點的精度曲線3.2.1 濕度值輸出SHT-11可通過I2C 總線直接輸出數(shù)字量濕度值,其相

39、對濕度輸出特性曲線如圖3-2所示。從中可以看出,SHT11 的輸出特性呈一定的非線性,為了補償濕度傳感器的非線性以獲取準確數(shù)據(jù),可按式（3-1）修正濕度值:= 式中,SORH 表示傳感器相對濕度測量值,系數(shù)取值分別如下:12位時：；8位時： 。3.2.2 溫度值輸出SHT-11溫度傳感器的線性非常好,可用下列公式（3-2）將溫度數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成實際溫度值T : 式中，表示傳感器溫度測量值。當電源電壓為5V，溫度傳感器的分辨率為14位時，；當溫度傳感器的分辨率為12位時，。圖3-3 相對濕度輸出特性曲線3.2.3 露點計算空氣的露點值可根據(jù)相對濕度和溫度值由下面公式計算： 式中，飽和水蒸氣壓強（m

40、mHg） 3.2.4 非線性校正及溫度補償 式（3-1）為相對濕度的非線性補償計算公式,對于單片機系統(tǒng)而言,計算量大而過復(fù)雜,下面給出簡化的計算方法。（1）線性當系統(tǒng)對濕度測量精度要求不高時,可采用以下的線性計算公式。 式中，。（2）2×線性 當系統(tǒng)對濕度測量精度要求較高時,可采用以下的2×線性計算公式,即用最小的計算復(fù)雜性來提高精確度。 式中，為8位濕度傳感器輸出濕度值。當時，；當時，。（3）溫度補償 上述濕度計算公式是按環(huán)境溫度為25進行計算的,而實際的測量溫度值則在一定的范圍內(nèi)變化,所以應(yīng)考慮濕度傳感器的溫度系數(shù),可按式對環(huán)境溫度進行補償。 當為12位時，；當為8位時

41、，3.3 SHT-11的特性3.3.1 SHT-11的特點SHT-11傳感器的特點如下:1）相對濕度和溫度一體測量；2）精確露點測量；3）全量程標定，無需重新標定即可互換使用；4）超快響應(yīng)時間；5）兩線制數(shù)字接口（最簡單的系統(tǒng)集成，較低的價格）；6）超小尺寸（7.5×5×2.5mm）；7）高可靠性（工業(yè)CMOS工業(yè)）；8）優(yōu)化的長期穩(wěn)定性；9）可完全浸沒水中；10）基于請求式測量，因此低能耗；11）具有濕度傳感器元件的自檢測能力；12）傳感器元件加熱應(yīng)用，亦可獲得極高的精度和穩(wěn)定性。3.3.2 SHT的詳細規(guī)格1.相對濕度傳感器（RH）的性能參數(shù)如下：范圍：0100%RH；

42、精度：±3%RH（2080%RH）；響應(yīng)時間：4s；復(fù)現(xiàn)性：±0.1%RH；分辨率：0.03%RH；工作溫度：40120。2.溫度傳感器（T）的性能參數(shù)如下：范圍：40120；精度：±0.5（在25時），±0.9（在040時）；響應(yīng)時間：20s；復(fù)現(xiàn)性：±0.1；分辨率：0.01。3.電器數(shù)據(jù)能耗：典型 30uW（5V，12-bit，測量周期2秒） 典型 1uW（2.4V,8-bit，測量周期2分）；供電范圍：2.4V5.5V；檢測電流：0.5mA；待機電流：0.3uV。3.4 SHT-11的引腳SHT-11的引腳圖如圖3-4所示。圖3-4 S

43、HT-11的引腳圖引腳簡介引腳1GND接地端；SHT-11的供電電壓為0.45.5V，傳感器上電后要等待11ms以越過“休眠”狀態(tài)。在此期間無需發(fā)送任何指令，電源引腳（VDD,GND）之間可增加一個100uF的電容，用以去耦濾波。引腳2DATA雙向串行數(shù)據(jù)線；SHT-11的串行接口，在傳感器的讀取及電源損耗方面都做了優(yōu)化處理。DATA三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。引腳3SCK串行時鐘輸入；用于微處理器與SHT-11之間的通訊同步。由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，因而不存在最小SCK頻率。引腳4VDD電源端，0.45.5V電源引腳58NC空管腳3.5 SHT-11的的內(nèi)部命令與接口時序3.5.1 SHT-1

44、1的內(nèi)部命令SHT-11 傳感器共有5 條用戶命令,具體命令格式見表3-1。在程序編程時根據(jù)命令編號來設(shè)定SHT-11的工作狀態(tài)。例如：0x03設(shè)置SHT-11為溫度測量，0x05是設(shè)置SHT-11為濕度測量5。表3-1 SHT-11傳感器命令列表命令編號說明測量溫度00011溫度測量測量濕度00101濕度測量讀寄存器00111“讀”狀態(tài)寄存器寫寄存器00110“寫”狀態(tài)寄存器軟啟動11110重啟芯片,清除狀態(tài)記錄器的錯誤記錄11 毫秒后進入下一個命令3.5.2 SHT-11的命令順序及命令時序1) 傳輸開始初始化傳輸時,應(yīng)發(fā)出“傳輸開始”命令,具體為SCK是高電平時,DATA 高電平變?yōu)榈碗?/p>

45、平,并在下一個SCK為高時將DATA 升高。接著傳輸開始下一個命令，包含3個地址位(目前只支持“000”) 和5 個命令位,通過DATA 腳的ack 位處于低電位表示SHT11正確收到命令。2) 連接復(fù)位順序如果與SHT11傳感器的通訊中斷,下列信號順序會使串口復(fù)位:當使DATA線處于高電平時,觸發(fā)SCK9 次以上(含9 次) ,并發(fā)一個前述的“傳輸開始”命令。3) 溫濕度測量時序當發(fā)出了溫(濕) 度測量命令后，控制器就要等到測量完成后才開始動作。使用8/ 12/ 14 位的分辨率測量分別需要大約11/ 55/ 210 ms。為表明測量完成，SHT11會使DATA為低電平,此時控制器必須重新啟

46、動SCK，然后SHT11傳送兩字節(jié)測量數(shù)據(jù)與1字節(jié)CRC校驗和到控制器，控制器必須通過使DATA為低來確認每一字節(jié)，通訊在確認CRC數(shù)據(jù)位后停止。如果沒有用CRC28校驗和,則控制器就會在測量數(shù)據(jù)LSB后，保持ack為高時停止通訊,SHT11在測量和通訊完成之后會自動返回睡眠模式。需要注意的是，為使SHT11溫升高低于0.1，則此時工作頻率不能大15%(如:12 位精確度時,每秒最多進行3 次測量)。測量溫度和測量濕度命令所對應(yīng)的時序如圖3-4所示。圖3-4 測量溫濕度時序圖4) 加熱控制將傳感器芯片中的加熱開關(guān)接通，傳感器溫度大約增加5 ，加熱用途如下:其一，通過對啟動加熱器前后的溫、濕度進

47、行比較，可以正確地區(qū)別傳感器的功能；其二，在相對濕度較高的環(huán)境下，傳感器可通過加熱來避免冷凝。5) 低電壓檢測SHT11的工作極限功能可以檢測VDD電壓是否低于2.45V，準確度為±0.1V。3.5.3 SHT-11的狀態(tài)寄存器SHT-11的狀態(tài)寄存器的類型及其說明見表3-2。表3-2 SHT-11狀態(tài)寄存器及說明位類型說明缺省說明7保留06讀工檢限X5保留04保留0續(xù)表位類型說明缺省說明3只用于試驗，不可以使用02讀/寫加熱0關(guān)1讀/寫不從OTP重下載0重下載0讀/寫18位相對濕度，12位溫度分辨率；012位相對濕度，14位溫分辨率012位相對濕度，14溫度3.6 硬件接口SHT-

48、11與單片機接口構(gòu)成的溫濕度測量電路,如圖3-5所示 。因SHT-11內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字接口等，在與單片機連接時就不需要再外接轉(zhuǎn)換部件6。圖3.2 DS1302與單片機連接3.7 恢復(fù)處理置于極限工作條件下或化學(xué)蒸汽中的傳感器，經(jīng)過在8090（176194F）和5RH的濕度條件下保持24小時（烘干），隨后在2030（7090F）和74RH的濕度條件下保持48小時以上（重新水和）的處理后可使其恢復(fù)到剛校準時的狀態(tài)7。通過上面的論述可見SHT-11數(shù)字式溫濕度傳感器完全符合對土壤溫濕度檢測的要求。4 DS1302時鐘芯片DS1302是Dallas公司推出的高性能低功耗涓流充電時鐘芯片?？?/p>

49、通過簡單的串行接口與單片機進行通信，光感應(yīng)用于智能儀器、單片機系統(tǒng)和家用時鐘電路等領(lǐng)域。4.1 DS1302時鐘芯片的簡介DS1302涓流充電計時芯片包含一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)的靜態(tài)RAM。它通過一個簡單的串行接口與微處理器進行通信8。實時時鐘/日歷提供秒，分鐘，小時，周，日期，月份和年的有關(guān)信息。對于少于31天的月份，每月月底的日期是自動調(diào)整的，包括對瑞年進行更正，時鐘運行可采用24小時制或帶AM/PM指示的12小時制。同步串行通信簡化了DS1302與微處理的接口。與時鐘/RAM通信只需三根線:、I/O(數(shù)據(jù)線)及SCLK（串行時鐘）。時鐘/RAM數(shù)據(jù)的讀/寫以每次一個字節(jié)或多達31個

50、字節(jié)的多字節(jié)模式傳輸。DS1302設(shè)計為低功耗工作，保持數(shù)據(jù)和時鐘信息的功耗小于1uF。4.2 引腳 DS1302的引腳（引腳圖如圖4-1所示）及功能簡介如下： 圖4-1 DS1302引腳圖第1、2腳：Vcc1、Vcc2電源。第3腳：復(fù)位輸入端。第4腳：串行時鐘輸入端。第5腳：數(shù)據(jù)輸入/輸出端。第6、7腳：X1、X2是32.768kHz晶振輸入/輸出端。4.3 命令字節(jié) 表4-1所示為命令字節(jié)格式。命令字節(jié)啟動每個字節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸。該MSB（第7位）必須為邏輯1.如果是0，寫入DS1302操作將被禁用。第6位是邏輯1時指定RAM數(shù)據(jù)。第1至第5位規(guī)定特定寄存器作為輸入還是輸出。LSB（第0位）如

51、果是邏輯0，指定一個寫操作（輸入）；如果是邏輯1，執(zhí)行一個讀操作。命令字節(jié)總是從LSB（第0位）輸入。表4-1 DS1302命令字節(jié)765432101RAM SCLKA4A3A2A1A0RD （1）及時鐘控制驅(qū)動輸入高電平可啟動所有的數(shù)據(jù)傳輸。輸入起到兩種功能：第一，啟動控制邏輯，允許地址/字節(jié)序列訪問移位寄存器。第二，信號提供了一種終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?。一個時鐘周期是一個上升沿序列，緊跟著下降沿。對于數(shù)據(jù)輸入，在時鐘周期的上升沿時間，數(shù)據(jù)必須正確；在時鐘周期的下降沿，數(shù)據(jù)位輸出。如果輸入低電平所有數(shù)據(jù)傳輸中止。I/O引腳變成高阻狀態(tài)。數(shù)據(jù)的傳輸如圖4-2所示。在上電時，必須是邏輯0，直到Vcc>2.0V.此外，當被驅(qū)動到邏輯1狀態(tài)時，SCLK必須為邏輯0。 a)單字節(jié)傳送b) 多字節(jié)傳送圖4-2 數(shù)據(jù)傳送時序（2）數(shù)據(jù)輸入 繼輸入寫命令字節(jié)的8個SCLK周期后，在接