西華大學電氣信息學院自動檢測系統(tǒng)課程設計說明書正文

西華大學電氣信息學院自動檢測系統(tǒng)設計報告西華大學電氣信息學院自動檢測系統(tǒng)設計報告 第0頁目錄1前言 12總體方案設計 22.1方案比較 22.2方案論證與選擇 33單元模塊設計 43.1各單元模塊功能介紹及電路設計 43.1.1電源電路 43.1.2濕度傳感器電路 43.1.3單片機最小系統(tǒng)電路 53.1.4外部時鐘電路 63.1.5復位電路 63.1.6LCD1602顯示電路 73.2電路參數(shù)計算及元器件選擇 73.3特殊器件的介紹 83.3.1NE555 83.3.2HS1101濕度傳感器 93.3.3STC89C52單片機 93.3.4LCD1602 123.3.5晶振 133.4各單元模塊的聯(lián)接 174軟件模塊設計 194.1軟件設計原理及所用工具 194.1.1軟件設計原理 194.1.2設計所用編程工具 194.1.3下載工具ISP-STC 204.2系統(tǒng)軟件設計圖及其功能 205系統(tǒng)調(diào)試 225.1調(diào)試內(nèi)容 225.2調(diào)試方法 226系統(tǒng)功能、指標參數(shù) 246.1系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能 246.2系統(tǒng)指標參數(shù)測試 24 第第0頁6.3系統(tǒng)功能及指標參數(shù)分析 247設計總結(jié) 258謝辭 269參考文獻 27附錄1：相關設計圖 28附錄2：元器件清單表 29附錄3：相關設計軟件 29 第第37頁1前言濕度的檢測廣泛應用于工業(yè)過程、農(nóng)業(yè)溫室、倉庫和氣象、環(huán)保、智能建筑等領域，人感覺的舒適程度、物質(zhì)的反應過程以及農(nóng)作物的生長發(fā)育均與周圍環(huán)境的濕度有著密切的關系。例如：在存放水果的倉庫里濕度決定水果的成熟。在存放金屬的倉庫里濕度過高可能導致腐蝕。其它許多貨物比如化學藥劑、煙、酒、香腸、木、藝術品、集成電路等等也必須在一定的濕度或在濕度為零的條件下存放。因此在許多倉庫、博物館、圖書館、計算機中心和一定的工廠（比如微電子工業(yè)）中都有空調(diào)裝置來控制室內(nèi)的濕度隨著社會的發(fā)展和生活水平的提高，小型，快速，靈敏的濕度測量儀表在現(xiàn)代生活中，尤其是在智能辦公大廈和智能居民小區(qū)中有著廣闊的應用前景。

濕度：表示大氣干燥程度的物理量。在此意義下，常用絕對濕度、相對濕度、以及露點等物理量來表示。(1)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。(2)相對濕度是50%的空氣含有達到同溫度的空氣的飽和點的一半的水蒸氣。相對濕度超過100%的空氣中的水蒸氣一般凝結(jié)出來。隨著溫度的增高空氣中可以含的水就越多，也就是說，在同樣多的水蒸氣的情況下溫度升高相對濕度就會降低。因此在提供相對濕度的同時也必須提供溫度的數(shù)據(jù)。通過相對濕度和溫度也可以計算出露點。(3)

露點溫度:當保持壓力一定而降溫,使混合氣體中的水蒸氣達到飽和而開始結(jié)露或結(jié)霜時的溫度稱為露點溫度(

℃)

,簡稱為露點。目前應用最多的是相對濕度。我們的測量儀測量的就是空氣的相對濕度(RH)。現(xiàn)代濕度測量方案最主要的有兩種：干濕球測濕法，電子式濕度傳感器測濕法。干濕球測濕法的維護相當簡單，在實際使用中，只需定期給濕球加水及更換濕球紗布即可。與電子式濕度傳感器相比，干濕球測濕法不會產(chǎn)生老化，精度下降等問題。所以干濕球測濕方法更適合于在高溫及惡劣環(huán)境的場合使用。而電子式濕度傳感器是近幾十年，特別是近20年才迅速發(fā)展起來的。濕度傳感器生產(chǎn)廠在產(chǎn)品出廠前都要采用標準濕度發(fā)生器來標定，電子式濕度傳感器的準確度可以達到2％一3％RH。人工氣候室是在環(huán)境試驗、科學研究諸如種養(yǎng)殖、植保、組培、生物工程等領域應用廣泛的實驗設備。它能模擬自然界的各種氣象條件按照實驗要求精確控制室內(nèi)的溫度、濕度、光照以及CO2等指標復現(xiàn)各種氣候環(huán)境。為研究不同物種的生長、發(fā)育、生理、生化過程創(chuàng)造了環(huán)境條件。因此人工氣候室廣泛應用在科研、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、冶金、化工、林業(yè)、環(huán)境科學及生物遺傳工程等領域。2總體方案設計2.1方案比較 方案一：HS1101電容傳感器，在電路構成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。涉及如何將電容的變化量準確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C易于接受的信號時，將HS1101置于運放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，將電容值的變化轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，此信號經(jīng)處理器處理后再通過串口通信與個人PC機通信，上位機上顯示出空氣濕度值。濕敏元件濕敏元件HS1101振蕩電路NE555模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0809核心處理器MCU-51個人PC電腦終端圖2.1方案一整體構架方案二：HS1101電容傳感器，在電路構成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。涉及如何將電容的變化量準確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C易于接受的信號時，將HS1101置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號，然后將此信號通過單片機處理后，再在LCD1602上顯示出來。外部晶振電路外部晶振電路STC89C52外部晶振電路外部晶振電路STC89C52LCD1602顯示模塊單片機復位單片機復位LCD1602顯示模塊單片機復位單片機復位HS1101傳感器HS1101傳感器信號轉(zhuǎn)換電路信號轉(zhuǎn)換電路 圖2.2方案二整體構架2.2方案論證與選擇方案一與方案二的主要區(qū)別在于信號轉(zhuǎn)換部分與顯示模塊，相比之下，方案二的信號比方案一要精確，而且電路較為簡單。而通常我們測量的是室內(nèi)濕度，顯示也沒有必要顯示在PC機上，所以最好我們決定選擇方案二。3單元模塊設計3.1各單元模塊功能介紹及電路設計3.1.1電源電路圖3.1電源模塊電路該模塊主要由整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路三部分組成，整流電路由4個1N4007構成，用于將交流變壓器輸出地低壓交流電變?yōu)橹绷麟?，由?N4007最大能承受1A的電流，所以該電路可為后級輸出最大2A電流。濾波電路為電容濾波，我們選取470uf，該電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波。穩(wěn)壓電路是由三端集成穩(wěn)壓器7805與一個10uf小電容組成，該電路作用是輸出一個平滑而又穩(wěn)定的5v電壓，總的來說，電源是整個電路的能量源。3.1.2濕度傳感器電路圖3.2傳感器模塊電路555芯片外接電阻R1，R3與HS1101，構成對HS1101的充電回路。7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對地短路實現(xiàn)對HS1101的放電回路，并將引腳2，6端相連引入到片內(nèi)比較器，構成一個多諧波振蕩器，其中，R1相對于R3必須非常的小，但決不能低于一個最小值。R2是防止短路的保護電阻。

HS1101作為一個變化的電容器，連接2和6引腳。引腳作為R2的短路引腳。HS1101的等效電容通過R57和R58充電達到上限電壓（近似于0.67

VCC，時間記為T1），這時555的引腳3由高電平變?yōu)榈碗娖剑缓笸ㄟ^R3開始放電，由于R1被7引腳內(nèi)部短路接地，所以只放電到觸發(fā)界線（近似于0.33

VCC，時間記為T2），這時555芯片的引腳3變?yōu)楦唠娖?。通過不同的兩個電阻R1，R3進行傳感器的不停充放電，產(chǎn)生方波輸出。3.1.3單片機最小系統(tǒng)電路圖3.3單片機最小系統(tǒng)該電路作為空氣濕度測量系統(tǒng)的核心，通過對89C52芯片進行編程檢測及處理濕度信號并將其顯示出來。所有的信號分析和處理都是在這個模塊上實現(xiàn)，該芯片就相當于人的大腦。當各個傳感器將檢測的信號發(fā)送給該模塊時，該模塊就會對收到的信號進行處理，并按照芯片內(nèi)部的程序?qū)ο鄳哪K進行控制，進而去執(zhí)行相應的操作。由于使用單片機片內(nèi)程序存儲器，所以EA引腳接+5v高電平，而單片機P0口用于控制數(shù)碼管的段選，而P0口是開漏輸出，所以需加10k上拉電阻來使P0口能有電流輸出。3.1.4外部時鐘電路圖3.4外部時鐘電路由于本系統(tǒng)使用的STC89C52,針對其工作頻率選用了12M的晶振，該電路可以起振然后為單片機提供時序，為單片機內(nèi)部的定時器/計數(shù)器的工作找到一個基準時序作為參考。兩個22pf電容用于幫助晶振起振和平衡電路中負載電容。3.1.5復位電路圖3.5復位電路單片機復位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，例如復位后PC＝0000H，使單片機從第—個單元取指令。無論是在單片機剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復位。在復位期間（即RESET為高電平的時候），P0口為高組態(tài)，P1－P3口輸出高電平；外部程序存儲器讀選通信號PSEN無效。地址鎖存信號ALE也為高電平。根據(jù)實際情況選擇如圖3.7所示的復位電路。在接通電源的那一瞬間，電容上的只有很小的電壓，因此，下拉電阻上的電壓幾乎接近電源電壓，此時，RESET為高電平。隨著電容的充電，RESET的電壓就會逐漸變小，當它的電壓小于一定的值后，CPU將會脫離復位狀態(tài)。因此需要選用足夠大的電容，以此保證RESET高電平的有效時間大于24個振蕩周期，確保CPU能進行復位。此電路在設計的時候還增加了一個按鍵，用于避免在死機的時候，無法自動復位的情況。當此按鍵按下后電容通過電阻進行放電。當放電結(jié)束后，RESET又重新變?yōu)楦唠娖?，CPU處于復位狀態(tài)。當按下的鍵松開后，電容進行充電，RESET的電壓又開始下降，CPU便脫離復位狀態(tài)。電阻的作用在于限制按鍵按下瞬間電容的放電電流，避免產(chǎn)生火花，以保護按鍵觸電。3.1.6LCD1602顯示電路圖3.6液晶顯示電路此部分由1602液晶構成，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。3.2電路參數(shù)的計算及元器件的選擇在電源模塊電路中，二極管選用1N4007，最大能承受1A的電流，所以該電路可為后級輸出最大2A電流。濾波電路為電容濾波，我們選取470uf，足以濾去整流輸出電壓中的紋波。穩(wěn)壓電路是由三端集成穩(wěn)壓器L7805CV與一個10uf小電容組成，我們選取7805最大輸出電流為1.5A，輸入電壓為5-35v，足夠紅綠燈與數(shù)碼管顯示電路用電。在紅綠燈模塊電路中，led燈選取為5mm直徑，選取500Ω的電阻用來限制通led燈的最大電流，經(jīng)過測試，led的亮度剛好合適。在復位電路中，電容的的大小是10uF，電阻的大小是10k。所以根據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓的0.7倍（單片機的電源是5V，所以充電到0.7倍即為3.5V），需要的時間是10K*10UF=0.1S。也就是說在電腦啟動的0.1S內(nèi)，電容兩端的電壓時在0~3.5V增加。這個時候10K電阻兩端的電壓為從5~1.5V減少（串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓）。所以在0.1S內(nèi)，RST引腳所接收到的電壓是5V~1.5V。在5V正常工作的51單片機中小于1.5V的電壓信號為低電平信號，而大于1.5V的電壓信號為高電平信號。所以在開機0.1S內(nèi)，單片機系統(tǒng)自動復位（RST引腳接收到的高電平信號時間為0.1S左右）。單片機最小系統(tǒng)電路中，單片機選取增強型8051單片機STC89C52RC，其指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。工作電壓為5.5-3.3v，工作平率范圍0-40MHz，相當于普通8051的0-80MHz，用戶程序空間為8K字節(jié)，偏上集成512字節(jié)RAM，且具有EPROM功能，共有3個16位定時計數(shù)器，共有兩個外部中斷，下降沿或低電平觸發(fā)，工作溫度范圍為0-75°，且價格便宜，所以選取STC89C52RC單片機。晶振選取12MHz，理論上來講晶體的負載電容C=C1/2+C0（電路雜容），而在市場中晶體的負載電容C為7PF，12.5PF，16PF，18PF，20PF，33PF，所以C1會更高，如果按芯片的要求C1=5PF的，根據(jù)晶體的理論，實際接電容比晶體的標稱電容小，輸出的頻率就比晶體標稱的頻率要偏高（晶體負載電容對晶體頻率起微調(diào)作用），所以最終還是要看芯片所要求的這實際頻率，C1，C2對晶體的起振沒多大影響，但對輸出頻率會有差別，電路中選取22pf電容。3.3特殊器件的介紹3.3.1NE555圖3.7NE555各腳功能-管腳圖

Pin1(接地)-地線(或共同接地)，通常被連接到電路共同接地。

Pin2(觸發(fā)點)-這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3VCC，下緣須低于1/3VCC。

Pin3(輸出)-當時間周期開始555的輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200mA。

Pin4(重置)-一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。

Pin5(控制)-這個接腳準許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當計時器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。

Pin6(重置鎖定)-Pin6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當這個接腳的電壓從1/3VCC電壓以下移至2/3VCC以上時啟動這個動作。

Pin7(放電)-這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。

Pin8(V+)-這是555個計時器IC的正電源電壓端。供應電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。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)動電流可達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：4.5V16V。NE555的框圖如圖2-3所示[5]。圖3.8：NE555框圖NE555電路功能的簡單概括為:當6端和2端同時輸入為“1”時,3端輸出為“0”；當6端和2端同時輸入為“0”時,3端輸出為“1”。在此電路中,555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,故通過R2和R3對C1充電,當C1兩端電壓達到2/3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導通,從而使電容C1通過R3和內(nèi)部放電BJT進行放電,當C1兩端電壓降低到/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,如此周而復始,形成振蕩。其工作循環(huán)中的充電時間為=0.7(R2+R3)C1；放電時間為=0.7R3*C1；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應遠遠小于R3。當外界濕度變化時,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系,即可求得環(huán)境的濕度[6]。3.3.2HS1101濕度傳感器濕度傳感器HS1101是基于獨特工藝設計的電容元件，這些相對濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)?？梢詰糜谵k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：全互換性，在標準環(huán)境下不需校正長時間飽和下快速脫濕可以自動化焊接，包括波峰或水浸高可靠性與長時間穩(wěn)定性專利的固態(tài)聚合物結(jié)構可用于線性電壓或頻率輸出回路快速反應時間HS1101的簡單物照圖如圖2-1[5]。圖3.9：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；響應時間小于5s；溫度系統(tǒng)為0.04pF/℃?？梢娖渚仁禽^高的。其濕度－電容響應曲線如圖2-2：20406080100相對濕度%20406080100相對濕度%200190180170電容F圖3.10：HS1101濕度－電容響應曲線HS1101的一些常用參數(shù)如表3-1：表3-1：HS1101常用參數(shù)參數(shù)符號參數(shù)值單位工作溫度Ta-40～100℃儲存溫度Tstg-40～125℃供電電壓Vs10Vac濕度范圍RH0～100%RH焊接時間@=260℃t10SHS1101電容傳感器，在電路構成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。涉及如何將電容的變化量準確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C易于接受的信號時，常用兩種方法:一是將HS1101置于運放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號;另一種是將HS1101置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號，可直接被計算機所采集。3.3.3STC89C52單片機圖3.10單片機實物圖STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復位電路，3個16位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構），全雙工串行口。另外STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。特性：8K字節(jié)程序存儲空間；512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間；內(nèi)帶2K字節(jié)EEPROM存儲空間;可直接使用串口下載；參數(shù)：1.增強型8051單片機，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.2.工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機）/3.8V～2.0V（3V單片機）3.工作頻率范圍：0～40MHz，相當于普通8051的0～80MHz，實際工作頻率可達48MHz4.用戶應用程序空間為8K字節(jié)5.片上集成512字節(jié)RAM6.通用I/O口（32個），復位后為：P0/P1/P2/P3是準雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。7.ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RXD/P3.0,TXD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片8.具有EEPROM功能9.共3個16位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、T1、T210.外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒12.工作溫度范圍：-40～+85℃（工業(yè)級）/0～75℃（商業(yè)級）13.PDIP封裝STC89C52引腳功能說明：Vcc：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口，作為輸出口用時，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端口。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1口是一個帶內(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，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號校驗期間，P1口接收低8位地址。P2口：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口的輸出緩沖級可驅(qū)動4個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，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。P3口：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TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端口時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。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。P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RESET：復位輸入。當振蕩工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期上高電平將使單片機復位。WDT益出將使該引腳輸出高電平，設置SFRAUXR的DISRTO位（地址8EH）可打開或關閉該功能。DISRTO位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。ALE/：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目地，PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當STC89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，高有兩次有效的PSEN信號。/VP：外部訪問允許。欲使CPU公訪問外部程序存儲器（地址0000H－FFFFH），端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時,該引腳加上＋12V的編程電壓Vpp。X1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。X2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.3.4LCD1602圖3.11LCD1602實物圖1602采用標準的16腳接口，其中：第1腳：VSS為電源地第2腳：VCC接5V電源正極第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）。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時讀取信息，負跳變時執(zhí)行指令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第15～16腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。特性：3.3V或5V工作電壓，對比度可調(diào)內(nèi)含復位電路提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM內(nèi)建有192個5X7點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM3.3.5晶振圖3.12晶振實物圖石英晶體振蕩器是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，被廣泛應用于彩電、計算機、遙控器等各類振蕩電路中，以及通信系統(tǒng)中用于頻率發(fā)生器、為數(shù)據(jù)處理設備產(chǎn)生時鐘信號和為特定系統(tǒng)提供基準信號。

國際電工委員會（IEC）將石英晶體振蕩器分為4類：普通晶體振蕩（SPXO），電壓控制式晶體振蕩器（VCXO），溫度補償式晶體振蕩（TCXO），恒溫控制式晶體振蕩（OCXO）。目前發(fā)展中的還有數(shù)字補償式晶體損振蕩（DCXO）微機補償晶體振蕩器（MCXO）等等。石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應制成的一種諧振器件，它的構成是從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就組成了石英晶體諧振器，可以稱為石英晶體或晶體；而在封裝內(nèi)部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。應用：1．通用晶體振蕩器，用于各種電路中，產(chǎn)生振蕩頻率。2．時鐘脈沖用石英晶體諧振器，與其它元件配合產(chǎn)生標準脈沖信號，廣泛用于數(shù)字電路中。3．微處理器用石英晶體諧振器。4．CTVVTR用石英晶體諧振器。5．鐘表用石英晶體振蕩器。技術指標：⒈總頻差：在規(guī)定的時間內(nèi)，由于規(guī)定的工作和非工作參數(shù)全部組合而引起的晶體振蕩器頻率與給定標稱頻率的最大頻差。說明：總頻差包括頻率溫度穩(wěn)定度、頻率溫度準確度、頻率老化率、頻率電源電壓穩(wěn)定度和頻率負載穩(wěn)定度共同造成的最大頻差。一般只在對短期頻率穩(wěn)定度關心，而對其他頻率穩(wěn)定度指標不嚴格要求的場合采用。例如：精密制導雷達。⒉頻率溫度穩(wěn)定度：在標稱電源和負載下，工作在規(guī)定溫度范圍內(nèi)的不帶隱含基準溫度或帶隱含基準溫度的最大允許頻偏。f(T=±（fmax-fmin)/(fmax+fmin)fTref=±MAX[|（fmax-fref)/fref|，|(fmin-fref)/fref|]fT：頻率溫度穩(wěn)定度（不帶隱含基準溫度）fTref：頻率溫度穩(wěn)定度（帶隱含基準溫度）fmax：規(guī)定溫度范圍內(nèi)測得的最高頻率fmin：規(guī)定溫度范圍內(nèi)測得的最低頻率fref：規(guī)定基準溫度測得的頻率說明：采用fTref指標的晶體振蕩器其生產(chǎn)難度要高于采用fT指標的晶體振蕩器，故fTref指標的晶體振蕩器售價較高。⒊頻率穩(wěn)定預熱時間：以晶體振蕩器穩(wěn)定輸出頻率為基準，從加電到輸出頻率小于規(guī)定頻率允差所需要的時間。說明：在多數(shù)應用中，晶體振蕩器一直是出于加電狀態(tài)的，但是在一些情況下晶體振蕩器需要經(jīng)常的開、關機，這時頻率的穩(wěn)定預熱時間指標就必須被考慮（尤其是對于在苛刻環(huán)境中使用的軍用通訊電臺，當要求頻率溫度穩(wěn)定度≤±0.3ppm(-45℃～85℃），采用OCXO作為本振，頻率穩(wěn)定預熱時間將不少于5分鐘，而采用DTCXO只需要十幾秒鐘）。⒋頻率老化率：在確定的環(huán)境下進行振蕩器頻率的測量時，其頻率與時間的關系。這種長期的頻率漂移是由于晶體元件本省和振蕩器元件的變化緩慢造成的，可用規(guī)定時限后的最大變化率（如±10ppb/天，加電72小時后），或規(guī)定時間內(nèi)最大總頻率變化（如：±1ppm/（第一年）和±5ppm/（十年））來表示。說明：TCXO的頻率老化率為：±0.2ppm～±2ppm（第一年）和±1ppm～±5ppm（十年）（除特殊情況，TCXO很少采用每天頻率老化率的指標，因為即使在實驗室的條件下，溫度變化引起的頻率變化也將大大超過溫度補償晶體振蕩器每天的頻率老化，因此這個指標失去了實際的意義）。OCXO的頻率老化率為：±0.5ppb～±10ppb/天（加電72小時后），±30ppb～±2ppm（第一年），±0.3ppm～±3ppm（十年）。⒌頻率壓控范圍：將頻率控制電壓從基準電壓調(diào)到規(guī)定的終點電壓，晶體振蕩器頻率的最小峰值改變量。說明：基準電壓為+2.5V，規(guī)定終點電壓為+0.5V和+4.5V，壓控晶體振蕩器在+0.5V頻率控制電壓時頻率改變量為-110ppm，在+4.5V頻率控制電壓時頻率改變量為+130ppm，則VCXO電壓控制頻率壓控范圍表示為：≥±100ppm（2.5V±2V）。⒍壓控頻率響應范圍：當調(diào)制頻率變化時，峰值頻偏與調(diào)制頻率之間的關系。通常用規(guī)定的調(diào)制頻率比規(guī)定的調(diào)制基準頻率低若干dB表示。說明：VCXO頻率壓控范圍頻率響應為0～10kHz。⒎頻率壓控線性：與理想（直線）函數(shù)相比的輸出頻率-輸入控制電壓傳輸特性的一種量度，它以百分數(shù)表示整個范圍頻偏的可容許非線性度。說明：典型的VCXO頻率壓控線性為：≤±10%，≤±20%。簡單的VCXO頻率壓控線性計算方法為（當頻率壓控極性為正極性時）：頻率壓控線性=±（（fmax-fmin)/f0）×100%fmax：VCXO在最大壓控電壓時的輸出頻率fmin：VCXO在最小壓控電壓時的輸出頻率f0：壓控中心電壓頻率⒏單邊帶相位噪聲￡（f）：偏離載波f處，一個相位調(diào)制邊帶的功率密度與載波功率之比。3.4各單元模塊的聯(lián)接圖3.13整體電路圖4軟件設計4.1軟件設計原理及設計所用工具4.1.1軟件設計原理首先分析該基于STC89C52單片機的空氣濕度測量系統(tǒng)所需要的軟件模塊，而該系統(tǒng)需要的有濕度信號處理模塊，LCD液晶顯示模塊，然后對這些模塊分配I/O管腳，然后對硬件電路進行設計。最后進行軟件編程，編程的過程不能隨意的編寫，要按照模塊化的方式進行編寫程序，然后按照該交通燈的工作流程一步一步的組裝調(diào)試程序，直到達到想要的效果。4.1.2設計所用編程工具在本次設計的過程中，除了硬件，還需要用到軟件部分，對其進行編程。在編程時有兩種方法：一種是機器匯編，另一種是手工匯編?，F(xiàn)在，我們普遍應用的都是機器匯編，而手工匯編已經(jīng)很少使用了。機器匯編是一種通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼的形式，在早期，A51曾用于MCS-51單片機。近年來，單片機開發(fā)技術已經(jīng)有了飛速的發(fā)展，高級語言開發(fā)開始逐漸代替曾經(jīng)普遍使用的匯編語言。同時，單片機的開發(fā)軟件也在有了很大的發(fā)展，目前最流行的開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件就是Kiel軟件，這可以從各仿真機廠商都開始決定全面支持Kiel軟件中可看出。Kiel擁有一個完整的開發(fā)方案，包括C編譯器、庫管理、連接器、宏匯編和一個功能強大的仿真調(diào)試器等，它通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將所有這些部分連接到一起。因此，本設計軟件部分使用KEILuVision4.0編程軟件C語言編寫。圖4.1KEILuVision4.0圖4.2KEILuVision4.0編程界面KielC51標準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,同時也保留了匯編代碼以前高效、快速的特點。C51編譯器的功能一直在不斷增強，這就使得編程者可以很好的理解CPU本身以及它的衍生產(chǎn)品?，F(xiàn)在，C51已經(jīng)完全集成到了uVision4.0的集成開發(fā)環(huán)境中，它包含：編譯器，匯編器，實時操作系統(tǒng)，項目管理器，調(diào)試器，uVision4.0可為它們提供一個單一且靈活的開發(fā)環(huán)境。KeilC51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能非常強大的集成開發(fā)調(diào)試工具以及全全的Windows界面。除此之外，只要看一看編譯后所產(chǎn)生的匯編代碼，就能體會到KeilC51生成的目標代碼就效率來說是非常高的，大部分語句所生成的匯編代碼非常緊湊，也很易于理解。如果開發(fā)大型軟件，它的高級語言優(yōu)勢更能充分的體現(xiàn)。4.1.3下載工具ISP-STCSTC-ISP是一款單片機下載編程燒錄軟件，是針對STC系列單片機而設計的，可下載STC89系列、12C2052系列和12C5410等系列的STC單片機，使用簡便，現(xiàn)已被廣泛使用。在使用時此工具時，只要將KeilC51生成的.HEX文件燒進單片機就可以了，操作非常簡單。4.2系統(tǒng)軟件設計圖及其功能外部晶振電路外部晶振電路STC89C52外部晶振電路外部晶振電路STC89C52LCD1602顯示模塊單片機復位單片機復位LCD1602顯示模塊單片機復位單片機復位HS1101傳感器HS1101傳感器信號轉(zhuǎn)換電路信號轉(zhuǎn)換電路圖4.3系統(tǒng)軟件設計圖當各個程序模塊都已經(jīng)初始化之后，CPU左邊的電路都是為單片機返回信號的，右邊部分都是單片機控制的顯示信號的程序。主系統(tǒng)根據(jù)檢測部分的程序返回的信號，來控制顯示部分的程序應該如何運行。信號轉(zhuǎn)換電路主要是將濕度傳感器HS1101的電容信號通過555多諧振蕩電路轉(zhuǎn)換為脈沖信號便于單片機檢測。開始開始報警濕度系統(tǒng)初始化報警濕度系統(tǒng)初始化 N定時器開始定時定時器開始定時Y1602顯示報警1602顯示濕度值檢測脈沖信號1602顯示報警1602顯示濕度值檢測脈沖信號 Y計數(shù)器加1計數(shù)器加1N定時滿一秒計數(shù)器的值處理定時滿一秒計數(shù)器的值處理圖4.4主程序流程圖本程序最重要的就是處理傳感器經(jīng)555電路后的子程序，此程序直接決定了測出來的空氣濕度的準確性，此程序流程如下。開始開始定時滿一秒后停止定時器與計數(shù)器初始化定時滿一秒后停止定時器與計數(shù)器初始化處理計數(shù)器的值開始定時處理計數(shù)器的值開始定時計數(shù)器計數(shù)計數(shù)器計數(shù) 圖4.5傳感器處理子程序流程圖5系統(tǒng)調(diào)試5.1調(diào)試內(nèi)容：（1）組裝調(diào)試單片機最小系統(tǒng)電路。（2）調(diào)試傳感器部分電路。（3）調(diào)試電源部分電路能否正常工作。（4）將所有模塊連入電路中，看系統(tǒng)能否正常顯示空氣濕度值。5.2調(diào)試方法：接上電源，將寫好的程序通過ISP-STC專用下載程序軟件燒寫到單片機中，在室內(nèi)測試出正常濕度值，如下圖所示：圖5.1室內(nèi)正常濕度對著濕度傳感器吹氣10秒鐘后，測出濕度如下圖所示：圖5.2對傳感器吹氣后濕度值6系統(tǒng)功能、指標參數(shù)6.1系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能（1）將220v交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流5v電壓。（2）能把電容式濕度傳感器的信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號。（3）單片機可以正確處理該脈沖信號。（4）能將濕度值顯示在LCD1602液晶屏上。6.2系統(tǒng)指標參數(shù)測試測試方法：用實物與標準濕度測試儀進行各部分參數(shù)測試對比。表5.1測試參數(shù)表 儀器天氣本濕度測試系統(tǒng)標準濕度計誤差晴天室內(nèi)55.60%54.4%2.2%雨天室內(nèi)69.53%69.0%0.7%陰天室內(nèi)66.39%65.5%1.3%6.3系統(tǒng)功能及指標參數(shù)分析基本達到設計要求，電路各部分工作正常，能正常顯示空氣濕度值，并且與標準濕度計誤差不大。7設計總結(jié)通過為期兩周的課程設計，我應用所學模擬電子技術和單片機技術順利得完成了空氣濕度測量系統(tǒng)的設計。期間，我查閱里很多相關書籍，學到了很多知識，并利用它們設計了符合設計要求的電源電路、傳感器信號轉(zhuǎn)換電路、液晶顯示電路等。不僅鞏固了課堂知識，而且有效的和實際結(jié)合在了一起，擴展了所學知識和見識。在設計過程中遇到不少問題，如相關元件運用條件不熟、接口不對應等問題，感覺到書本知識與實際問題及需要結(jié)合的難處，但也激發(fā)了我這方面的興趣，提高了理論結(jié)合實際的意識。由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，所以在這次課程設計過程中，我了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。有一點是在設計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，就是心里老想著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了，而又一下找不出問題所在，只有在查了書上有關這方面的解釋后才有所進展，因此耗費在這上面的時間很多。總體感覺是：通過這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。該設計還是有很多可以完善的地方，比如可以加一個溫度傳感器，這樣就可以同時監(jiān)測空氣溫度與濕度值，單片機與液晶資源也會得到更加充分的利用。8謝辭 首先感謝王老師為我們這個設計付出的心血，為我們一個個的去矯正問題，一點也不厭煩同學們知識上的欠缺，一一為我們指出，這樣的老師是好老師。在這次設計里，我懂得了許多以前未懂或者不太懂的知識，給了同學們一個鍛煉自己的機會和舞臺。在這次設計里面，充分驗證同學們的團結(jié)，積極，主動精神。也要謝謝我們的組員同志們，為我想了很多好主意和好想法，謝謝老師，謝謝他們。9參考文獻[1]康華光．電子技術基礎（模擬部分）．5版.北京：高等教育出版社，2006[2]閻石．模擬電子技術基礎．5版.北京：高等教育出版社，2006[3]康華光.電子技術基礎（模擬部分）.5版.北京：高等教育出版社，2006[4]羅杰.電子線路設計.4版.北京：電子工業(yè)出版社，2008[5]李泉溪.單片機原理與應用實例仿真.北京：北京航天航空大學出版社，2009.8.[6]邱玉鵑.用串行ROM和AT89C51實現(xiàn)電子密碼鎖.江陰職業(yè)技術學院學報，2005[7]丁元杰.單片微機原理及應用.北京：機械工業(yè)出版社，2005[8]張洪潤、劉秀英、張亞凡等.單片機應用設計200例[M]．北京：航空航天大學出版社，2006.[9]劉迎春、葉湘濱.現(xiàn)代新型傳感器原理與應用[M].北京：國防工業(yè)出版社，1998.[10]何希才.傳感器及其應用電路[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.附錄1：相關設計圖附錄2：元器件清單表電阻：10k，620k，51k各1個，1k2個。電容：2200uf，220uf，10uf，103pf各1個，22pf2個。芯片：STC89C52，NE555，L7805CV各一個。其他：開關2個，濕度傳感器1個，led發(fā)光二極管1個，1N4007二極管4個，LCD1602液晶1個，11.0592M晶振1個。附錄3：相關設計軟件#include"reg51.h"#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuchartem0,tem1;uchartemp0,temp1;longintf;longintk,q;sbiten=P1^2;sbitrs=P1^0;sbitrw=P1^1;ucharcodetable1[10]={"humidity="};ucharcodetable2[13]={"0123456789%."};ucharcodetable3[10]={"wait.."};voiddelay(intms){//延時子程序 inti; while(ms--) { for(i=0;i<2;i++); }}voidwritec(unsignedcharcmd){ rs=0; rw=0; en=0; P0=cmd; delay(1); en=1; delay(1); en=0;}voidwrited(unsignedchardate){rs=1;rw=0;en=1;P0=date;delay(1);en=0;}voidInit_timer(){ TMOD=0x51;//01010001定時器0在模式1下工作16位定時器,定時方式定時器1在模式1下工作16位計數(shù)器，T1負跳變加1 TL0=0x00;//定時器0初值定時50000us TH0=0x4C; TL1=0x00;//定時器1清零 TH1=0x00; ET0=1;//使能定時器0中斷 ET1=1;//使能定時器1中斷 EA=1;//使能總中斷 TR0=1;//開始計時 TR1=1;}voidinit(){ writec(0x38); //delay(1); writec(0x0c); //delay(1); writec(0x06); //delay(1); writec(0x01);//清除LCD的顯示內(nèi)容}voiddisplay(intl){ inta,b,c,d,e; a=l/10000; l%=10000; b=l/1000; l%=1000; c=l/100; l%=100; d=l/10; l%=10; e=l; writec(0xc8); if((a==0)&&(b==0)) writed(table2[0]); elseif((a==0)&&(b!=0)) writed(table2[b]); else { writed(table2[a]); writed(table2[b]); } writed(table2[c]); writed(table2[11]); writed(table2[d]); writed(table2[e]); writed(table2[10]); /* writed(table2[a]); writed(table2[b]); writed(table2[11]); writed(table2[c]); writed(table2[d]); 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