數(shù)字式溫濕度傳感器的應(yīng)用設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　數(shù)字式溫濕度傳感器的應(yīng)用設(shè)計(jì)</p><p>　　系 別 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><

2、p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　提交日期 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了基于單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字式溫濕度傳感器在社會(huì)生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用。隨著社會(huì)發(fā)展的日新月異，傳感器在人們的生產(chǎn)和生活中的運(yùn)用也越來越廣泛。由于許多場(chǎng)合需要同

3、時(shí)使用溫度傳感器和濕度傳感器，因此，作為復(fù)合傳感器的數(shù)字式溫濕度傳感器被廣泛運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域和行業(yè)。本設(shè)計(jì)主要介紹以AT89C52單片機(jī)和SHT71溫濕度傳感器為基礎(chǔ)所組成的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度的測(cè)量，并且通過制冷片的使用實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，完成各個(gè)部件的電路搭設(shè)，以及對(duì)各組成部分的編程工作。本設(shè)計(jì)使用了鍵盤控制和LED數(shù)碼管顯示，體現(xiàn)對(duì)應(yīng)的測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和手段。針對(duì)許多場(chǎng)合都要求對(duì)溫濕度的控制，本設(shè)計(jì)以使用制冷片實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制為例，體

4、現(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用。軟件部分采用的并不是傳統(tǒng)的匯編語言編程，而是較為容易和快捷的C語言完成軟件編程。</p><p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)，數(shù)字式溫濕度傳感器，AT89C52，SHT71.</p><p><b>　　Abstract </b></p><p>　　The subject of this article is the

5、application of single-chip microcomputer in production and people’s daily life. As the quick development of our society, Sensor plays a more and more important role in our daily life. As temperature sensor and Humidity s

6、ensor are both required on many occasions, Humidity & Temperature Sensor, as a compound sensor, are now being used in various fields and industries. The design is mainly focused on introduction of the system which is

7、 based on AT89C52 single-chip</p><p>　　Keyword:single-chip microcomputer,Humidity and Temperature Sensor ,AT89C52,SHT71.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I

8、</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄III</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1選題的背景和意義1</p><p>　　1.2本設(shè)計(jì)的內(nèi)容與任務(wù)2<

9、;/p><p>　　第二章 單片機(jī)的選型3</p><p>　　2.1 單片機(jī)系統(tǒng)3</p><p>　　2.1.1 MCS-51單片機(jī)3</p><p>　　2.1.2 MCS-51單片機(jī)特點(diǎn)、功能簡(jiǎn)介3</p><p>　　2.1.3 擴(kuò)展部分4</p><p>　　2.2 AT89C

10、52單片機(jī)特點(diǎn)、功能介紹5</p><p>　　第三章 溫濕度傳感器7</p><p>　　3.1 傳感器的作用和前景7</p><p>　　3.1.1 傳感器的作用7</p><p>　　3.1.2 傳感器技術(shù)的發(fā)展前景7</p><p>　　3.2 溫濕度傳感器8</p><p>

11、;　　3.3溫濕度一體化傳感器8</p><p>　　3.4 SHT71溫濕度傳感器9</p><p>　　3.4.1 SHT71簡(jiǎn)介9</p><p>　　3.4.2 SHT71的性能指標(biāo)9</p><p>　　3.4.3 SHT71接口說明10</p><p>　　3.4.4 SHT71 與微控制器數(shù)據(jù)通

12、訊的校驗(yàn)方法11</p><p>　　第四章 硬件設(shè)計(jì)13</p><p>　　4.1 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖13</p><p>　　4.2 穩(wěn)壓電源13</p><p>　　4.3 單片機(jī)與SHT71傳感器的接口設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.3.1 SHT71的引腳和內(nèi)部構(gòu)成14</p>&

13、lt;p>　　4.3.2 SHT71與微處理器的接口設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.3.3 AT89C52單片機(jī)與SHT71傳感器的接口設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.3.4 時(shí)鐘電路17</p><p>　　4.3.5 復(fù)位電路18</p><p>　　4.4單片機(jī)鍵盤和顯示部分19</p><p&g

14、t;　　4.4.1 鍵盤部分19</p><p>　　4.4.2 單片機(jī)顯示部分20</p><p>　　4.5 單片機(jī)控制接口部分22</p><p>　　4.5.1 報(bào)警燈和蜂鳴器22</p><p>　　4.5.2 制冷片23</p><p>　　第五章 軟件設(shè)計(jì)27</p><p

15、>　　5.1 SHT71傳感器的控制27</p><p>　　5.1.1 SHT71傳感器的基本工作原理27</p><p>　　5.1.2 SHT71傳感器數(shù)據(jù)測(cè)量過程27</p><p>　　5.1.3數(shù)據(jù)處理29</p><p>　　5.2 擴(kuò)展模塊31</p><p>　　5.2.1鍵盤控制3

16、1</p><p>　　5.2.2 LED數(shù)碼管顯示33</p><p>　　5.3 控制部分34</p><p><b>　　結(jié)束語36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　附錄I38</b>

17、</p><p><b>　　附錄II52</b></p><p><b>　　致謝55</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1選題的背景和意義</p><p>　　隨著人類社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，對(duì)自動(dòng)

18、化的要求也越來越高。在生產(chǎn)和生活中對(duì)于溫濕度的控制要求也越來越嚴(yán)格。由于溫度與濕度不管是從物理量本身還是在實(shí)際人們的生活中都有著密切的關(guān)系，所以溫濕度一體的傳感器就會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生。溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測(cè)量處理的電信號(hào)的設(shè)備或裝置。 市場(chǎng)上的溫濕度傳感器一般是測(cè)量溫度量和相對(duì)濕度量。</p><p>　　市場(chǎng)上常見的溫度，濕度傳感器以電壓輸出為主要表現(xiàn)形式，溫度濕度與所表現(xiàn)出來的電壓信號(hào)呈非線

19、性的關(guān)系，且因?yàn)椴牧媳旧淼牟町?，不同的傳感器其非線性曲線也各不相同，缺乏一個(gè)產(chǎn)品應(yīng)具備的通用性和互換性。</p><p>　　實(shí)際中的應(yīng)用的溫濕度傳感器要具備以下特點(diǎn)：</p><p>　　1、敏感材料的特性隨溫濕度的變化有較大的變化，而且該變化易于測(cè)量；</p><p>　　2、材料對(duì)溫濕度的變化有較好一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，即對(duì)除溫濕度外其它物理量的變化不敏感。</

20、p><p>　　3、性能誤差及老化小，重復(fù)性好，尺寸?。?lt;/p><p>　　4、有較強(qiáng)的耐機(jī)械、化學(xué)及熱作用等特點(diǎn)；</p><p>　　5、與被檢測(cè)的溫濕度范圍和精度相適應(yīng)。</p><p>　　溫濕度的測(cè)量在倉儲(chǔ)管理、工業(yè)生產(chǎn)制造、智能化建筑、科學(xué)研究及日常生活中被廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的模擬式濕度傳感器需設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路并需要經(jīng)過復(fù)雜的校準(zhǔn)、標(biāo)定

21、過程，測(cè)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意。SHT71是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSns技術(shù)的新型溫濕度傳感器。該傳感器將CMOS芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合起來，發(fā)揮出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作用。</p><p>　　SHT71智能化數(shù)字傳感器內(nèi)部集成了相對(duì)濕度傳感器、溫度傳感器、放大器、14位A/D轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)存儲(chǔ)器（E2PROM）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、狀態(tài)寄存

22、器、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）寄存器、二線串行接口、控制單元、加熱器及低電壓檢測(cè)電路。這樣就免去了傳感器外圍電路，保證了高可靠性和高穩(wěn)定性，提高了看干擾能力。而且不需要經(jīng)過復(fù)雜的校準(zhǔn)、標(biāo)定過程，測(cè)量精度得到保證，且在線性度、重復(fù)性、互換性、一致性等方面都不錯(cuò)。在未來的大型溫濕測(cè)控系統(tǒng)中將得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1.2本設(shè)計(jì)的內(nèi)容與任務(wù)</p><p>　　目前溫濕度傳感器大多使

23、用傳統(tǒng)的模擬式傳感器，傳統(tǒng)的模擬式濕度傳感器一般不僅要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路，還要經(jīng)過復(fù)雜的校準(zhǔn)和標(biāo)定過程，其測(cè)量精度難以保證。而數(shù)字式傳感器由于具有強(qiáng)抗干擾性，高可靠性和便于計(jì)算機(jī)接口等特點(diǎn)，已經(jīng)被越來越廣泛的應(yīng)用。比較多人使用的是瑞士HOPE MICROELECTRONICS公司生產(chǎn)的FOST02/FOST02A溫濕度傳感器和瑞士SENSIRION公司的SHT7X/SHT1X系列溫濕度傳感器</p><p>　　單

24、片機(jī)方面主要是由51系列單片機(jī)和AVR單片機(jī)多讓人們采用。</p><p>　　本設(shè)計(jì)是利用SHT71傳感器設(shè)計(jì)出一個(gè)可用到環(huán)境監(jiān)測(cè)和控制的溫濕度的控系統(tǒng)。利用SHT71溫濕度傳感器對(duì)環(huán)境溫度和濕度進(jìn)行采集和處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫濕度的實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制。</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要由SHT71溫濕度傳感器、AT89C52單片機(jī)、命令鍵盤、顯示模塊和控制模塊組成。主要任務(wù)是完成上述各個(gè)部分

25、的電路搭設(shè)以及程序編寫。</p><p>　　第二章 單片機(jī)的選型</p><p><b>　　2.1 單片機(jī)系統(tǒng)</b></p><p>　　單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)

26、制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　目前多為使用的是AVR單片機(jī)和51單片機(jī)，兩者相對(duì)而言，51單片機(jī)技術(shù)發(fā)展成熟，一直以來都有很多采用，大眾對(duì)51單片機(jī)更為熟悉。而近年來越來越多人選用AVR單片機(jī)，其原因是AVR單片機(jī)的性能更好，而且C語言編程方面比51單片機(jī)更容易。</p><p>　　由于我本人所熟悉的是5

27、1單片機(jī)，所以本設(shè)計(jì)選用的是51單片機(jī)，下面就介紹一下51單片機(jī)的性能和特點(diǎn)。</p><p>　　2.1.1 MCS-51單片機(jī)</p><p>　　51單片機(jī)是對(duì)目前所有兼容Intel 8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱。該系列單片機(jī)的始祖是Intel的8031單片機(jī)，后來隨著Flash rom技術(shù)的發(fā)展，8031單片機(jī)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，成為目前應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一，其代表型號(hào)是AT

28、MEL公司的AT89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)之中。目前很多公司都有51系列的兼容機(jī)型推出，在目前乃至今后很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)將占有大量市場(chǎng)。51單片機(jī)是基礎(chǔ)入門的一個(gè)單片機(jī)，還是應(yīng)用最廣泛的一種。需要注意的是52系列的單片機(jī)一般不具備自編程能力。</p><p>　　當(dāng)前常用的51系列單片機(jī)主要產(chǎn)品有： 　　</p><p>　　Intel的：80C31、80C51、87C51，80C3

29、2、80C52、87C52等； 　　</p><p>　　ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等； 　　</p><p>　　Philips、華邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的許多產(chǎn)品</p><p>　　2.1.2 MCS-51單片機(jī)特點(diǎn)、功能簡(jiǎn)介</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)是In

30、tel公司1980年推出的高性能的8位單片機(jī)，MCS-51的典型產(chǎn)品為8051.與8048系列相比，MCS-51系列單片機(jī)無論是在片內(nèi)RAM/ROM容量、I/O功能、種類和數(shù)量，還是在系統(tǒng)擴(kuò)展能力方面都有很大的加強(qiáng)。</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)采用模塊化實(shí)際，各種類型的單片機(jī)都是在8051（基本型）的基礎(chǔ)上通過增、減部件的方式獲得的。8051是片內(nèi)ROM型單片機(jī)，內(nèi)部具有4KB掩膜ROM。在此基礎(chǔ)

31、上將掩膜ROM模塊換成EPROM模塊衍生出了8751（EPROM型），去除掩膜ROM模塊衍生出了8031（無ROM型）。上面三種類型稱為MCS-51系列中的51子系列。</p><p>　　MCS-51的存儲(chǔ)器</p><p>　　MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器機(jī)構(gòu)與常規(guī)的微型計(jì)算機(jī)的配置不同，它把程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開，各有自己的尋址系統(tǒng)、控制信號(hào)和功能。系統(tǒng)的存儲(chǔ)器用來存放程序和始終保

32、留的常數(shù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器常用來存放程序運(yùn)行中所需的常數(shù)或變量。</p><p>　　MCS-51的存儲(chǔ)器除了有程序存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM之分外，還有片內(nèi)和片外之分。片內(nèi)存儲(chǔ)器集成在芯片內(nèi)部，是MCS-51的主要組成部分；片外存儲(chǔ)器是外接的專用存儲(chǔ)芯片，MCS-51只提供地址和控制命令，需要通過印刷電路板上的三總線才能聯(lián)機(jī)工作。</p><p><b>　　（2）I/O接口&l

33、t;/b></p><p>　　現(xiàn)在的單片機(jī)系列中普遍都有多種I/O口的型號(hào)，在I/O口的使用應(yīng)從其功能和驅(qū)動(dòng)能力上加以考慮，對(duì)于僅需增加少量的I/O口，最好是選用廉價(jià)的TTL或CMOS電路擴(kuò)展，這樣可提高單片機(jī)口線的利用率。對(duì)于需擴(kuò)展更多的I/O口，則可選用標(biāo)準(zhǔn)的I/O口擴(kuò)展芯片8155、8255和8279等芯片，這些芯片的接口電路簡(jiǎn)單，編程比較方便，使用相對(duì)靈活，而且價(jià)格適中。[5]</p>

34、<p>　　2.1.3 擴(kuò)展部分</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)具有較強(qiáng)的功能，其芯片內(nèi)部集成了計(jì)算機(jī)的基本功能部件，如CPU、RAM、程序存儲(chǔ)器、并行和串行I/O口以及定時(shí)/計(jì)時(shí)器等等。使用非常方便。通常情況下，對(duì)于小型的控制系統(tǒng)及檢測(cè)系統(tǒng)，利用一片單片機(jī)就足夠。但是在許多情況下，對(duì)于一些特殊要求的應(yīng)用系統(tǒng)，要考慮到傳感器、伺候控制接口以及人機(jī)對(duì)話接口等的需要，最小應(yīng)用系統(tǒng)常常不能滿足

35、要求。往往還需要擴(kuò)展一些外圍芯片，以補(bǔ)充片內(nèi)硬件資源的不足。系統(tǒng)擴(kuò)展是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中最常遇到的問題。系統(tǒng)擴(kuò)展就是實(shí)現(xiàn)相應(yīng)芯片的接口和編程。</p><p>　　MCS-51系統(tǒng)擴(kuò)展有程序存儲(chǔ)器（ROM）擴(kuò)展、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）擴(kuò)展、I/O口擴(kuò)展、中斷系統(tǒng)擴(kuò)展以及其他特殊功能擴(kuò)展。</p><p><b>　?。?）鍵盤部分</b></p>&

36、lt;p>　　本設(shè)計(jì)需要通過鍵盤控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)量的控制。鍵盤是十分重要的人機(jī)對(duì)話的組成部分，是人向機(jī)器發(fā)出指令、輸入信息的必需設(shè)備。</p><p>　　鍵盤分編碼和非編碼鍵盤。鍵盤上閉合鍵的識(shí)別由專用的硬件譯碼器實(shí)現(xiàn)并產(chǎn)生鍵編號(hào)或鍵值的稱為編碼鍵盤，如BCD碼鍵盤，ASCII碼鍵盤等；靠軟件識(shí)別的稱為非編碼鍵盤。</p><p><b>　　(a)獨(dú)立式鍵盤</b&g

37、t;</p><p>　　每一個(gè)按鍵的電路是獨(dú)立的，占用一條數(shù)據(jù)線。這種鍵盤占用硬件資源多，適合少量按鍵的情況。</p><p>　　獨(dú)立式按鍵接口有中斷方式的獨(dú)立式按鍵工作狀態(tài)和查詢方式的獨(dú)立式按鍵工作狀態(tài)，都是按鍵直接與微處理器連接，通過讀I/O口，判定個(gè)I/O口的電平狀態(tài)，即可識(shí)別按下的按鍵。</p><p><b>　?。╞）矩陣式鍵盤</b

38、></p><p>　　相對(duì)于獨(dú)立式鍵盤而言，矩陣式鍵盤的應(yīng)用可節(jié)省I/O端口。矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。</p><p>　　一個(gè)3*3的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)由9個(gè)按鍵的鍵盤。同理一個(gè)4*4的行、列可以構(gòu)成一個(gè)含有16個(gè)按鍵的鍵盤等等。</p><p>　　很明顯，在按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，矩陣鍵盤與獨(dú)立

39、按鍵鍵盤相比，要節(jié)省很多的I/O口。矩陣鍵盤的按鍵設(shè)置在行、列線的交點(diǎn)上，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。列線通過上拉電阻接到+5V?！?lt;/p><p>　　平時(shí)無按鍵動(dòng)作時(shí)，列線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)由按鍵按下時(shí)，列線電平狀態(tài)將由與此列線相連的行線電平?jīng)Q定。行線電平如果為低，則列線電平為低；行線電平如果為高，則列線電平亦為高。這一點(diǎn)是識(shí)別矩陣鍵盤按鍵是否被按下的關(guān)鍵所在。</p><p>

40、;　　該電路中還有一個(gè)與門，這個(gè)與門用來產(chǎn)生中斷信號(hào)，當(dāng)鍵盤中沒有鍵按下時(shí)，所有行線的輸出都應(yīng)為低電平，以區(qū)別于列線狀態(tài)，當(dāng)矩陣鍵盤中任何一只鍵按下時(shí)，與門輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?，向CPU申請(qǐng)中斷，由于矩陣鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行、列線信號(hào)配合起來并作適當(dāng)?shù)奶幚恚拍艽_定閉合鍵的位置。[3]</p><p>　　2.2 AT89C52單

41、片機(jī)特點(diǎn)、功能介紹</p><p>　　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(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)單元。 </p><p>　　圖2-1 AT89C52的引腳結(jié)

42、構(gòu)</p><p>　　AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。</p><p>　　AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：

43、8K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量?jī)蓸O中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。[8]</p>

44、<p>　　AT89C52作為51單片機(jī)的一個(gè)經(jīng)典款型，使用面很廣，許多設(shè)計(jì)都采用這款單片機(jī)。本設(shè)計(jì)采用AT89C52，從性能上考慮，AT89C52的技術(shù)成熟，穩(wěn)定性好。而且存儲(chǔ)器容量足夠滿足本設(shè)計(jì)要求。還有一點(diǎn)就是價(jià)格低廉。</p><p>　　第三章 溫濕度傳感器</p><p>　　3.1 傳感器的作用和前景</p><p>　　人們通常將能把被

45、測(cè)物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)化為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的電量輸出的裝置稱為傳感器，這種技術(shù)稱為傳感技術(shù)。傳感器輸出的信號(hào)有不同的形式，有電壓、電流、頻率、脈沖等，以滿足信息的傳輸、處理、記錄、顯示和控制等要求。</p><p>　　3.1.1 傳感器的作用</p><p>　　傳感器是測(cè)量裝置和控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。如果沒有傳感器對(duì)原始參數(shù)進(jìn)行精確可靠的測(cè)量，那么無論是信號(hào)轉(zhuǎn)換或信息處理，或者最佳數(shù)據(jù)的顯

46、示和控制，都將稱為一句空話?？梢哉f，沒有精確可靠的傳感器，就沒有精確可靠的自動(dòng)檢測(cè)和控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代電子技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)為信息轉(zhuǎn)換和處理提供了及其完善的手段，使檢測(cè)和控制技術(shù)發(fā)展到嶄新的階段。但是如果沒有各種精確可靠的傳感器去檢測(cè)各種原始數(shù)據(jù)并提供真實(shí)的信息，那么，電子計(jì)算機(jī)也無法發(fā)揮其應(yīng)有的作用。如果把計(jì)算機(jī)比喻成人的大腦，那么傳感器就是人的五官。</p><p>　　3.1.2 傳感器技術(shù)的發(fā)展前景</p

47、><p>　　傳感器技術(shù)所涉及的知識(shí)非常廣泛，滲透到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。但是它們的共性是利用物理定律和物質(zhì)的物理、化學(xué)和生物特性，將非電量轉(zhuǎn)換成電量。所以如何采用新技術(shù)、新工藝、新材料以及探索新理論，以達(dá)到高質(zhì)量的轉(zhuǎn)換效能，使總的發(fā)展途徑。</p><p>　　由于科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，工藝過程自動(dòng)化程度越來越高，因此對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的精度提出更高的要求。近年來，微型計(jì)算機(jī)組成的測(cè)控系統(tǒng)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用

48、，而傳感器作為微型機(jī)的接口必須解決相容技術(shù)，根據(jù)這些時(shí)代特點(diǎn)，傳感器將向以下幾個(gè)方向發(fā)展。</p><p>　　（1）高精度：為了提高測(cè)控精度，必須使傳感器的精度盡可能的高。</p><p>　?。?）小型化：很多測(cè)試場(chǎng)合要求傳感器具有盡可能小的尺寸。</p><p>　?。?）集成化：集成化傳感器有兩種類型。一種是將傳感器與放大器、溫度補(bǔ)償電路等集成在同一芯片上，

49、既減小體積，又增加抗干擾能力；另外一種是將同一類的傳感器集成在同一芯片上構(gòu)成二維陣列式傳感器，或稱面型固態(tài)圖像傳感器，它可以測(cè)量物體的表面狀況。</p><p>　?。?）數(shù)字化：為了使傳感器與計(jì)算機(jī)直接聯(lián)機(jī)，致力于數(shù)字式傳感器研究是很重要的。</p><p>　?。?）智能化：智能化傳感器是傳感器與微型計(jì)算機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，它兼有檢測(cè)與信息處理功能。與傳統(tǒng)傳感器相比它有很多特點(diǎn)，它的出現(xiàn)時(shí)傳

50、感器技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)飛躍。國外已經(jīng)有商業(yè)化的智能傳感器，我國也開始了智能傳感器的研究工作。</p><p>　　3.2 溫濕度傳感器</p><p>　　溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測(cè)量處理的電信號(hào)的設(shè)備或裝置。市場(chǎng)上的溫濕度傳感器一般是測(cè)量溫度量和相對(duì)濕度量。</p><p>　　熱電式傳感技術(shù)是將溫度變化轉(zhuǎn)換成電量變化的一種技術(shù)。在各種傳感器中

51、，熱電式傳感器是應(yīng)用最為廣泛的一種，如家電、醫(yī)療、國防、科研、航空技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，凡是需要調(diào)溫、控溫、測(cè)溫的地方都要用到它。一般熱電式傳感器有熱敏電阻、熱電偶、銅電阻、熱點(diǎn)開關(guān)、鉑電阻、溫敏二極管、溫敏三極管、溫敏晶閘管、集成溫度傳感器。</p><p>　　濕度是指大氣中的水蒸氣含量，通常采用相對(duì)濕度和絕對(duì)濕度兩種表示方法絕對(duì)濕度是指單位空間中所含水蒸氣的絕對(duì)含量、濃度或者密度，一般用符號(hào)AH表示。相對(duì)濕

52、度是指被測(cè)氣體中蒸氣壓和該氣體在相同溫度下飽和水蒸氣壓的百分比，一般用符號(hào)RH表示。相對(duì)濕度給出大氣的潮濕程度，它是一個(gè)無量綱的量，在實(shí)際使用中多使用相對(duì)濕度這一概念。一般多使用的濕敏傳感器是氯化鋰濕敏電阻和半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻。</p><p>　　3.3溫濕度一體化傳感器</p><p>　　由于溫濕度是人們?nèi)粘＝佑|的兩個(gè)最重要的參數(shù),而且一般彼此不可分離。因此，分成兩個(gè)各自獨(dú)立的傳感器

53、和儀表往往給工作帶來不便,而一體化的溫濕度傳感器與配套儀表甚受用戶歡迎。</p><p>　　曾有人企圖設(shè)計(jì)制造一種既能測(cè)溫度,又能測(cè)濕度的單一敏感元件,但至今仍未見到有一個(gè)能上市的,可見難度之大,問題的關(guān)鍵是如何把兩種功能參數(shù)區(qū)分開來。所以全世界都在同一傳感器內(nèi)分別采用測(cè)溫、測(cè)濕兩種敏感元件。</p><p>　　這樣溫濕度一體化傳感器的發(fā)展方向首先就是選用優(yōu)質(zhì)熱敏、濕敏元件,這點(diǎn)前已論

54、及,于此不再重復(fù)。其次是需要有先進(jìn)的電路和測(cè)量、控制、顯示等配套儀表。在市場(chǎng)上這類商品很多，比較多人使用的是瑞士HOPE MICROELECTRONICS公司生產(chǎn)的FOST02/FOST02A溫濕度傳感器和瑞士SENSIRION公司的SHT7X/SHT1X系列溫濕度傳感器。</p><p>　　3.4 SHT71溫濕度傳感器</p><p>　　3.4.1 SHT71簡(jiǎn)介</p>

55、;<p>　　SHT71是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSens技術(shù)的新型溫濕度復(fù)合傳感器。它是一種全新的基于智能傳感器設(shè)計(jì)理念的新型傳感器, 該傳感器將溫度、濕度傳感器、信號(hào)調(diào)理、數(shù)字變換、串行數(shù)字通信接口、數(shù)字校準(zhǔn)全部集成到一個(gè)高集成度、體積極小的芯片當(dāng)中, 利用它可以同時(shí)測(cè)量目標(biāo)對(duì)象的溫度和濕度, 并實(shí)現(xiàn)數(shù)字式輸出。在現(xiàn)代工業(yè)中,利用微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的工業(yè)控制越來越廣泛。特別是由于傳輸距離、現(xiàn)場(chǎng)狀況等

56、諸多可能出現(xiàn)的因素的影響, 微控制器與傳感器之間的通訊數(shù)據(jù)常會(huì)發(fā)生無法預(yù)測(cè)的錯(cuò)誤。為了防止錯(cuò)誤所帶來的影響, 在數(shù)據(jù)的接收端必須進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn)。本文基于溫濕度內(nèi)漏檢測(cè)系統(tǒng)而編寫的傳感器SHT71和微控制器之間的串行通訊系統(tǒng),介紹了一種軟件差錯(cuò)校驗(yàn)方案—循環(huán)冗余校驗(yàn)法,克服了傳統(tǒng)差錯(cuò)檢驗(yàn)法對(duì)數(shù)據(jù)行或列的偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤不敏感、漏判概率高等缺點(diǎn),使校驗(yàn)過程既簡(jiǎn)單實(shí)用又成本低廉。</p><p>　　它應(yīng)用專利的工業(yè)COMS過

57、程微加工技術(shù)（CMOSens®），確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容式聚合體測(cè)濕元件和一個(gè)能隙式測(cè)溫元件，并與一個(gè)14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路在同一芯片上實(shí)現(xiàn)無縫連接。因此，該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括了相對(duì)濕度傳感器、溫度傳感器、放大器、14位A/D轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)存儲(chǔ)器（E2PROM）、隨機(jī)存取存

58、儲(chǔ)器（RAM）、狀態(tài)寄存器、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）寄存器、二線串行接口、控制單元、加熱器及低電壓檢測(cè)電路。</p><p>　　工作原理：首先利用兩只傳感器分別產(chǎn)生相對(duì)濕度或溫度的信號(hào)，然后經(jīng)過放大，分別送至A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和糾錯(cuò)，最后通過二線串行接口將相對(duì)濕度或溫度的數(shù)據(jù)輸送至微控器。</p><p>　　3.4.2 SHT71的性能指標(biāo)</p><p&g

59、t;　　溫濕度傳感器、信號(hào)放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、I2C總線接口全部集成于一個(gè)芯片上（CMOSens技術(shù)）；</p><p>　　全校準(zhǔn)相對(duì)濕度及溫度值輸出；</p><p>　　工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)I2C總線數(shù)字輸出接口；</p><p>　　具有露點(diǎn)值計(jì)算輸出功能；</p><p><b>　　免外圍元件；</b></p&g

60、t;<p>　　卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性； </p><p>　　濕度值輸出分辨率為14位，溫度值輸出分辨率為12位，可編程降至12位和8位；</p><p>　　可靠的CRC數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)功能；</p><p>　　片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)系數(shù)，保證100%的互換性。</p><p>　　電源電壓：2.4V～5.5V;</p>&l

61、t;p>　　電流消耗:測(cè)量0.55mA，平均0.28mA，睡眠0.3mA。</p><p>　　表3-1 SHT71封裝信息</p><p>　　3.4.3 SHT71接口說明</p><p>　　圖3-1 典型應(yīng)用電路</p><p>　　SHT71 的封裝形式為小體積4 腳單線封裝, 其引腳說明如下:</p><

62、p>　　a）SCK：串行時(shí)鐘輸入；b）VDD：2.4～5.5 V電源端；c）GND：接地端；d)DATA：雙向串行數(shù)據(jù)線。</p><p>　　傳感器通過串行數(shù)字通信接口(SCK和DATA)可與任何種類微處理器、微控制器系統(tǒng)連接, 減少了傳感器接口開發(fā)時(shí)間及降低了硬件成本。</p><p>　　電源引腳：SHT71的供電電壓為 2.4~5.5V。傳感器上電后，要等待 11ms 以越過

63、“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(gè)100nF的電容，用以去耦濾波。</p><p>　　串行接口(兩線雙向)：SHT71的串行接口，在傳感器信號(hào)的讀取及電源損耗方面，都做了優(yōu)化處理；但與I2C 接口不兼容，詳情參見FAQ 。</p><p>　　串行時(shí)鐘輸入(SCK)：SCK 用于微處理器與 SHTxx 之間的通訊同步。由于接口包含了完全靜態(tài)邏

64、輯，因而不存在最小SCK頻率。 </p><p>　　串行數(shù)據(jù)(DATA)：DATA三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。DATA在SCK時(shí)鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在SCK時(shí)鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間，在SCK時(shí)鐘高電平時(shí)，DATA必須保持穩(wěn)定。為避免信號(hào)沖突，微處理器應(yīng)驅(qū)動(dòng)DATA在低電平。需要一個(gè)外部的上拉電阻（例如：10kΩ）將信號(hào)提拉至高電頻。上拉電阻通常已包含在微處理器的I/O 電路中。</p><

65、;p>　　發(fā)送命令：用一組“啟動(dòng)傳輸”時(shí)序，來表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?。它包括：?dāng)SCK時(shí)鐘高電平時(shí)DATA翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著SCK變?yōu)榈碗娖剑S后是在SCK時(shí)鐘高電平時(shí)DATA翻轉(zhuǎn)為高電平。</p><p>　　圖3-2 “啟動(dòng)傳輸”時(shí)序</p><p>　　后續(xù)命令包含三個(gè)地址位（目前只支持“000”），和五個(gè)命令位。SHT71會(huì)以下述方式表示已正確地接收到指令：在第8個(gè)SCK時(shí)鐘

66、的下降沿之后，將DATA下拉為低電頻（ACK位）。在第9個(gè)SCK 時(shí)鐘的下降沿之后，釋放DATA（恢復(fù)高電平）。 [1]</p><p>　　表3-2 SHT71命令集 </p><p>　　3.4.4 SHT71 與微控制器數(shù)據(jù)通訊的校驗(yàn)方法</p><p>　　由于現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境一般較惡劣,存在各種干擾源,為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?在SHT71 內(nèi)部集成了循環(huán)冗余

67、校驗(yàn)(CRC2Cyclic Redundancy Check)硬件電路。CRC是一種強(qiáng)有力的錯(cuò)誤檢測(cè)技術(shù),在傳送信息時(shí),發(fā)送方根據(jù)所發(fā)送的信息的具體內(nèi)容計(jì)算出一個(gè)稱為CRC的值,并連同信息串一起發(fā)送;而接收方則根據(jù)接收到的信息串用同樣的方法生成一個(gè)CRC值,若與收到的CRC值一致,則可以認(rèn)為信息傳送正確。使用CRC不能保證100%檢測(cè)到錯(cuò)誤,但它可以極大地增加發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的機(jī)會(huì),而且它要求極少的硬件消耗就能實(shí)現(xiàn),所以CRC被廣泛作為校驗(yàn)手段

68、。SHT71采用的是CRC碼(又稱為多項(xiàng)式碼),它能檢測(cè)出下列錯(cuò)誤:</p><p>　　所有的雙錯(cuò)、奇數(shù)位錯(cuò)、突發(fā)長(zhǎng)度小于等于8的突發(fā)錯(cuò)、絕大部分突發(fā)長(zhǎng)度較長(zhǎng)的突發(fā)錯(cuò)。測(cè)量完溫度(或濕度)后,根據(jù)測(cè)量的信息生成一個(gè)CRC值,然后一同發(fā)送到微控制器中去。微控制器根據(jù)接收到的信息按照同樣的方法生成一個(gè)CRC值,若與接收到的CRC值一致,則可以認(rèn)為信息傳送正確;否則要求傳感器重新測(cè)量數(shù)據(jù)然后再按同樣的方式發(fā)送。<

69、;/p><p><b>　　計(jì)算算法如下:</b></p><p>　　a)初始化CRC寄存器中的值為00H；</p><p>　　b)將傳輸或接收的數(shù)據(jù)位與bit7 比較；</p><p>　　c)如果該數(shù)據(jù)位與bit7 相同,將CRC寄存器中的值向右移位,bit0 =‘0’。否則將CRC寄存器中的值向右移位,然后將bit

70、4 和bit5 反相,bit0 =‘1’；</p><p>　　d)傳輸或接收新的數(shù)據(jù)位,然后重復(fù)（b）；</p><p>　　SHT71生成的CRC值被完全倒轉(zhuǎn)(bit0 = bit7 ,bit1 = bit6 ,. . . ,bit7 = bit0) 。根據(jù)SHT71 的CRC值生成算法原理,在微控制器中用軟件來實(shí)現(xiàn)CRC 校驗(yàn)。</p><p><b&g

71、t;　　第四章 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖</p><p>　　SHT71傳感器與單片機(jī)的連接只需兩條線。則本系統(tǒng)框圖如下:</p><p>　　圖4-1 硬件設(shè)計(jì)框圖</p><p><b>　　4.2 穩(wěn)壓電源</b></p><p>　　在整個(gè)

72、單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電源設(shè)計(jì)是需要首先考慮的，這決定系統(tǒng)是采用單電源方案還是多電源方案，系統(tǒng)的消耗有無特殊規(guī)定等。不同的電源方案決定整個(gè)系統(tǒng)的方案選擇。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用AMS1117穩(wěn)壓器。AMS1117是一個(gè)正向低壓降穩(wěn)壓器，在1A電流下壓降為1.2V。 </p><p>　　AMS1117有兩個(gè)版本:固定輸出版本和可調(diào)版本,固定輸出電壓為1.5V、1.8V、2.5V、2.

73、85V、3.0V、3.3V、5.0V,具有1％的精度；固定輸出電壓為1.2V的精度為2%。</p><p>　　AMS1117內(nèi)部集成過熱保護(hù)和限流電路,是電池供電和便攜式計(jì)算機(jī)的最佳選擇。 </p><p>　　AMS1117的特點(diǎn)：</p><p>　　1）固定輸出電壓為 1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.0V、3.3V、5.0V和可調(diào)版本， 具有

74、1％的精度 ；</p><p>　　2）固定輸出電壓為1.2V的精度為2％ ；</p><p>　　3）低漏失電壓：1A輸出電流時(shí)僅為1.2V ；</p><p><b>　　4）限流功能；</b></p><p><b>　　5）過熱切斷； </b></p><p>　　6

75、）溫度范圍：-40°C~125°C 。</p><p><b>　　穩(wěn)壓電源電路圖：</b></p><p>　　圖4-2 穩(wěn)壓電源電路圖</p><p>　　AMS1117是一個(gè)低漏失電壓調(diào)整器,它的穩(wěn)壓調(diào)整管是由一個(gè)PNP驅(qū)動(dòng)的NPN管組成的,漏失電壓定義為：VDROP=VBE+VSAT。 </p><

76、;p>　　AMS1117有固定和可調(diào)兩個(gè)版本可用，輸出電壓可以是：1.2V，1.5V，1.8V，2.5V，2.85V，3.0V，3.3V，和5.0V。片內(nèi)過熱切斷電路提供了過載和過熱保護(hù),以防環(huán)境溫度造成過高的結(jié)溫。 </p><p>　　為了確保AMS1117的穩(wěn)定性,對(duì)可調(diào)電壓版本,輸出需要連接一個(gè)至少22μF的鉭電容。對(duì)于固定電壓版本，可采用更小的電容，具體可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用確定。通常，線性調(diào)整器的穩(wěn)定

77、性隨著輸出電流增加而降低。[11] </p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的電源是5V的穩(wěn)壓電源，所以穩(wěn)壓電源輸出端VOUT選擇輸出的電壓為5V。由于AMS1117的輸入電壓是15V以下，所以輸入電壓VIN為15V以下。</p><p>　　穩(wěn)壓電源的輸出端VOUT將接到單片機(jī)系統(tǒng)的輸入端，即圖4-5的輸入端Vcc。</p><p>　　4.3 單片機(jī)與SHT71傳感器的

78、接口設(shè)計(jì)</p><p>　　4.3.1 SHT71的引腳和內(nèi)部構(gòu)成</p><p>　　SHT71傳感器是一款由多個(gè)傳感器模塊組成的單片全校準(zhǔn)數(shù)字輸出相對(duì)濕度和溫度傳感器。</p><p>　　SHT71的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-3所示，主要包括了相對(duì)濕度傳感器、溫度傳感器、放大器、14位A/D轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)存儲(chǔ)器（E2PROM）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、狀態(tài)寄存器、循環(huán)

79、冗余校驗(yàn)碼（CRC）寄存器、二線串行接口、控制單元、加熱器及低電壓檢測(cè)電路等。</p><p>　　SCK是傳感器和微處理器之間同步傳輸時(shí)鐘輸入端。DATA 三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。DATA 在SCK 時(shí)鐘下降沿之后改變狀態(tài), 并僅在SCK時(shí)鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間,在SCK時(shí)鐘高電平時(shí),DATA 必須保持穩(wěn)定。為避免信號(hào)沖突,微處理器應(yīng)驅(qū)動(dòng)DATA 在低電頻。需要一個(gè)外部的上拉電阻(10 kΩ) 將信號(hào)提拉至高

80、電頻。</p><p>　　圖4-3 SHT71內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　圖4-4 SHT71的引腳</p><p>　　SHT71傳感器需要一個(gè)2.4至5.5V的供電電壓。加電后，需要一個(gè)11ms的睡眠延遲時(shí)間，在這之前，不應(yīng)該向傳感器發(fā)送命令，電源（VDD和GND）間接一個(gè)100nF的電容。</p><p>　　4.3.2 SH

81、T71與微處理器的接口設(shè)計(jì)</p><p>　　圖4-5 SHT71與微處理器的接口電路</p><p>　　由于SHT71的集成化設(shè)計(jì)，使得其與微控制器的接口電路及其簡(jiǎn)單。只需2個(gè)處理器端口就能實(shí)現(xiàn)傳感器控制，占微處理器的端口少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。</p><p>　　4.3.3 AT89C52單片機(jī)與SHT71傳感器的接口設(shè)計(jì)</p>

82、<p>　　AT89C52可作為SHT71的控制核心，而且接口電路也十分簡(jiǎn)單。</p><p>　　圖4-6 AT89C52與SHT71的接口電路</p><p>　　P3.0口作為時(shí)鐘脈沖的輸出口</p><p>　　P3.1口作為與SHT71的數(shù)據(jù)交換口</p><p>　　由于AT89C52不具備I2C總線接口，所以使用單片機(jī)

83、通用I/O口線來虛擬I2C總線，利用P3.0來虛擬時(shí)鐘線，利用P3.1口線來虛擬數(shù)據(jù)線DATA，并在DATA端接入一只4.7K的上拉電阻，同時(shí)在VDD及GND端接入一只100nF的去耦電容。</p><p>　　AT89C52是高性能的CMOS8位單片機(jī)，有豐富的引腳和功能，可完全滿足SHT71的控制需求。它有8K的EEPROM，無需擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，掉電依然可保持?jǐn)?shù)據(jù)，方便測(cè)量數(shù)據(jù)的保存，提高了其安全性。SHT7

84、1是采用CMOSENS技術(shù)的智能化溫濕度傳感器，將傳感器元件、信號(hào)放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I2C總線等外圍調(diào)理電路，全部與溫濕度傳感器集成在了一個(gè)只有幾平方毫米的芯片上，這樣就免去了許多的外圍電路的設(shè)計(jì)，也使得總體抗干擾性能增強(qiáng)。</p><p>　　4.3.4 時(shí)鐘電路</p><p>　　MCS-51內(nèi)部有一個(gè)高效益的反向放大器，但是要形成時(shí)鐘，外部還需附加電路。MCS-

85、51的時(shí)鐘產(chǎn)生有兩種方式。</p><p>　　在電子學(xué)上，通常將含有晶體管元件的電路稱作“有源電路”（如有源音箱、有源濾波器等），而僅由阻容元件組成的電路稱作“無源電路”。電腦中的晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振的英文名稱不同，無源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無源晶振是有2個(gè)引腳的無極性元件，需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身

86、無法振蕩起來，所以“無源晶振”這個(gè)說法并不準(zhǔn)確；有源晶振有4只引腳，是一個(gè)完整的振蕩器，其中除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件，因此體積較大。</p><p><b>　?。?）內(nèi)部時(shí)鐘方式</b></p><p>　　利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后再引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接輸入單片機(jī)得內(nèi)部時(shí)鐘

87、電路。</p><p>　　外接晶振時(shí)，電容C1和C2一般為30pF左右。晶體的震蕩頻率范圍是1.2MHz~12MHz。晶體的震蕩頻率高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度也很快。但反過來運(yùn)行速度快對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就高，對(duì)印刷電路板的工藝要求也高（線間寄生電容要?。?。MCS-51在通常情況下，使用震蕩頻率為6MHz的石英晶體，而12HMz主要是在高速串行通訊的情況下使用。</p><p&g

88、t;　　內(nèi)部時(shí)鐘方式也稱無源晶振方式，需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無法振蕩起來 無源晶振需要用單片機(jī)片內(nèi)的振蕩器，在datasheet上有建議的連接方法。無源晶振沒有電壓的問題，信號(hào)電平是可變的，也就是說是根據(jù)起振電路來決定的，同樣的晶振可以適用于多種電壓，可用于多種不同時(shí)鐘信號(hào)電壓要求的單片機(jī)，而且價(jià)格通常也較低，因此對(duì)于一般的應(yīng)用如果條件許可建議用晶體，這尤其適合于產(chǎn)品線豐富批量大的生產(chǎn)者。無源晶振相對(duì)于晶振而言其缺陷是

89、信號(hào)質(zhì)量較差，通常需要精確匹配外圍電路（用于信號(hào)匹配的電容、電感、電阻等），更換不同頻率的晶體時(shí)周邊配置電路需要做相應(yīng)的調(diào)整。使用時(shí)建議采用精度較高的石英晶體，盡可能不要采用精度低的陶瓷晶體。</p><p>　　使用時(shí)，對(duì)于電容的選擇有一定的要求：</p><p>　　當(dāng)外接晶體振蕩器的時(shí)候，接地電容一般選擇。</p><p>　　當(dāng)外接陶瓷振蕩器的時(shí)候，接地電容

90、一般選擇。</p><p>　　在實(shí)際的硬件電路板設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該保證外接的振蕩器和電容盡可能靠近單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳。這樣可以減少寄生電容的影響，是振蕩器穩(wěn)定可靠地為單片機(jī)CPU提供時(shí)鐘信號(hào)。如果振蕩器連接不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致電路不起振，沒有時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生。</p><p><b>　?。?）外部時(shí)鐘方式</b></p><p>　　在由多單

91、片機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了個(gè)單片機(jī)之間時(shí)鐘信號(hào)的同步，應(yīng)當(dāng)引入唯一的共用外部脈沖信號(hào)作為個(gè)=各單片機(jī)的震蕩脈沖，這時(shí)，外部的脈沖信號(hào)時(shí)經(jīng)XTAL2引腳注入。</p><p>　　外部時(shí)鐘信號(hào)通過一個(gè)二分頻的觸發(fā)器而成為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)，要求高、低電平的持續(xù)時(shí)間都大于20ms，且脈沖頻率應(yīng)低于12MHz。</p><p>　　對(duì)于MCS-51單片機(jī)，情況有些不同，外引脈沖信號(hào)需從XTAL1引腳注入，

92、而XTAL2引腳懸空。</p><p>　　外部時(shí)鐘方式也稱有源晶振方式，是一個(gè)完整的振蕩器，里面除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件 。有源晶振不需要DSP的內(nèi)部振蕩器，信號(hào)質(zhì)量好，比較穩(wěn)定，而且連接方式相對(duì)簡(jiǎn)單（主要是做好電源濾波，通常使用一個(gè)電容和電感構(gòu)成的PI型濾波網(wǎng)絡(luò)，輸出端用一個(gè)小阻值的電阻過濾信號(hào)即可），不需要復(fù)雜的配置電路。相對(duì)于無源晶體，有源晶振的缺陷是其信號(hào)電平是固定的，需要選擇好合適輸出電平

93、，靈活性較差，價(jià)格相對(duì)較高。對(duì)于時(shí)序要求敏感的應(yīng)用，還是有源的晶振好，因?yàn)榭梢赃x用比較精密的晶振，甚至是高檔的溫度補(bǔ)償晶振。</p><p><b>　　圖4-7 振蕩電路</b></p><p>　　無論采用內(nèi)部振蕩電路還是外部振蕩電路，振蕩電路的頻率應(yīng)該滿足單片機(jī)的工作頻率要求，AT89C52單片機(jī)的工作頻率為0~33MHz。</p><p&g

94、t;　　相對(duì)有源晶振，采用無源晶振的成本低廉，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。而且本設(shè)計(jì)對(duì)于起振電路的要求不高，所以適合采用無源晶振。</p><p>　　在起振電路設(shè)計(jì)中所采用的的電容為103電容，可滿足起振要求。</p><p>　　4.3.5 復(fù)位電路</p><p>　　復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是吧PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。

95、出了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化意外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或者操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為了擺脫困境，也需按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。</p><p>　　MCS-51單片機(jī)的RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，復(fù)位信號(hào)時(shí)高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期（即兩個(gè)機(jī)器周期以上）。若使用頻率為6MHz的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過4μs才能完成復(fù)位操作。</p><p><b>　　圖4-8

96、 復(fù)位電路</b></p><p>　　在上電瞬間，RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖。只要RST引腳端保持10ms以上高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。</p><p>　　4.4單片機(jī)鍵盤和顯示部分</p><p>　　4.4.1 鍵盤部分</p><p>　　鍵盤實(shí)現(xiàn)向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)，傳送命令等功能，是人工干預(yù)計(jì)算機(jī)的主要手

97、段。</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)中的鍵盤接口電路有編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤兩種,實(shí)現(xiàn)方法通常采用如下四種方式:通過并行接口芯片(8255、8155)與鍵盤接口；通過串行口與鍵盤接口；通過單片機(jī)并行口直接與鍵盤接口；通過8279 芯片與鍵盤接口。</p><p>　　獨(dú)立式按鍵接口：獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀

98、態(tài)，直接通過檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易判斷哪個(gè)按鍵被按下了。</p><p>　　獨(dú)立式按鍵接口有中斷方式的獨(dú)立式按鍵工作狀態(tài)和查詢方式的獨(dú)立式按鍵工作狀態(tài)，都是按鍵直接與微處理器連接，通過讀I/O口，判定個(gè)I/O口的電平狀態(tài)，即可識(shí)別按下的按鍵。</p><p>　　此外，也可以用擴(kuò)展I/O口搭接獨(dú)立式按鍵接口電路。采用8255擴(kuò)展的I/O口 和用三態(tài)緩沖器擴(kuò)展的I/O口兩種典型的

99、方式。這兩種配接方式，都是把按鍵作為外部RAM某一工作單元來對(duì)待，通過讀片外RAM的方法，識(shí)別按鍵的工作狀態(tài)。</p><p>　　上述獨(dú)立式按鍵電路中，各按鍵開關(guān)均采用了上拉電阻，這是為了保證在按鍵開關(guān)斷開時(shí)，各I/O口線有確定的高電平，當(dāng)然如輸入口線內(nèi)部已有上拉電阻，則外電路的上拉電阻可省去。</p><p>　　現(xiàn)在對(duì)圖所示獨(dú)立按鍵盤進(jìn)行編程，采用軟件消抖的方法，以查詢工作方式檢測(cè)各

100、按鍵的狀態(tài)。當(dāng)有且僅有一鍵按下時(shí)才予以識(shí)別，兩個(gè)或多個(gè)鍵同時(shí)按下將不予以處理。</p><p>　　獨(dú)立式按鍵的特點(diǎn)：獨(dú)立式按鍵鍵盤由于按鍵的數(shù)目較少，可根據(jù)實(shí)際需要編碼。而且獨(dú)立式鍵盤的效應(yīng)速度快，效率高，穩(wěn)定性好。</p><p>　　本設(shè)計(jì)需要用到的按鍵不多，獨(dú)立式鍵盤就能滿足要求，而且獨(dú)立式鍵盤相對(duì)于矩陣式鍵盤來說更為簡(jiǎn)單，編程也十分容易，所以本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式鍵盤。</p&g

101、t;<p>　　圖4-9 鍵盤接線圖</p><p>　　鍵盤接線如圖4-9所示，本設(shè)計(jì)只需用到6個(gè)按鍵即可，各個(gè)按鍵的功能在第五章中有所定義。</p><p>　　4.4.2 單片機(jī)顯示部分</p><p>　　在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用的顯示器有：發(fā)光二極管顯示器，簡(jiǎn)稱LED；液晶顯示器，簡(jiǎn)稱LCD；熒光管顯示器。近年來也開始使用簡(jiǎn)易的CRT接口，顯示一

102、些漢字及圖形。前三種顯示器都有兩種顯示結(jié)構(gòu)：段顯示和點(diǎn)顯示。而發(fā)光二極管顯示又分為固定段顯示和可以拼裝的大型字段顯示，此外還有共陽極和共陰極之分等。</p><p>　　三種顯示器中，以熒光管顯示器亮度極高，發(fā)光二極管次之，而液晶顯示器最弱，為被動(dòng)顯示器，必須有外光源。</p><p>　　LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示器，有7段和“米”字段之分。這種顯示塊有共陽極和共陰極兩

103、種。共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽極LED顯示塊的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。</p><p>　　LED的顯示方式：有LED靜態(tài)顯示方式和LED動(dòng)態(tài)顯示方式。</p><p>　　a）L

104、ED靜態(tài)顯示方式</p><p>　　LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極（或共陽極）連接在一起并接地（或+5V）每位的段選端分別與一8位的鎖存輸出相連。之所以稱為靜態(tài)顯示，使由于顯示器中的各位相互獨(dú)立，而且各位的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)的鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示為另一個(gè)字符為止。靜態(tài)顯示器的亮度較高。</p><p>　　靜態(tài)LED顯示電路各位可獨(dú)立顯示，只要在該位的段選

105、上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)得顯示字符。由于每位分別由一個(gè)輸出口控制段選碼，所以在某一時(shí)間里，每位顯示的字符可以各不相同。這種顯示方式接口，編程容易，管理簡(jiǎn)單。但占用的口線資源較多。如果顯示位數(shù)增多，靜態(tài)顯示無法時(shí)應(yīng)，一般都采用動(dòng)態(tài)顯示方式。</p><p>　　b）LED動(dòng)態(tài)顯示方式</p><p>　　在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，通常將所有位的段選線相應(yīng)得并聯(lián)在一起，由一個(gè)

106、或兩個(gè)8位I/O口控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各位的共陽極或共陰極分別由相應(yīng)的I/O口線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。</p><p>　　圖4-10 LED動(dòng)態(tài)顯示器電路</p><p>　　如圖4-10所示是本設(shè)計(jì)的LED動(dòng)態(tài)顯示器的電路原理圖。本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)4位的數(shù)碼管組成的顯示模塊。一個(gè)4位數(shù)碼管溫度顯示，另一個(gè)則濕度顯示。是若要各位LED能夠顯示出與本位相應(yīng)得顯示字符，就必須采用掃

107、描顯示方式，即在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其它各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的字形碼，這樣同一時(shí)刻，4位LED中只有選通的那一位顯示出字符，而其它三位則是熄滅的。同樣，在下一時(shí)刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其它各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)。同時(shí)，在段選線上輸出相應(yīng)位將要顯示字符的字形碼，則同一時(shí)刻，只有選通位顯示出相應(yīng)的字符，而其它各位則是熄滅的。如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯

108、示的字符，雖然這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而且同一時(shí)刻，只有一位顯示，其它各位熄滅，但由于人眼有視覺暫留現(xiàn)象，只要每位顯示間隔時(shí)間足夠短，則可造成多位同時(shí)亮的假象，達(dá)到顯示的目的。在軟件設(shè)計(jì)中有改善顯示效果的程序設(shè)計(jì)。</p><p>　　LED不同位顯示的時(shí)間間隔可以通過定時(shí)中斷完成。如對(duì)8位LED顯示器，掃描顯示頻率為50HZ，假若顯示一位保持1ms時(shí)間，則顯示完所有8位之后，只需8ms,于是另外12ms C

109、PU完全可以處理其它工作。上述保持1ms的時(shí)間應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。不能太小，因?yàn)榘l(fā)光二極管從導(dǎo)通道發(fā)光有一定的延時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間太小，發(fā)光太弱人眼無法看清。但也不能太大，因?yàn)楫吘挂芟抻谂R界閃爍頻率，而且此時(shí)間越長(zhǎng)，占用CPU時(shí)間也越多。另外，顯示位增多，也將占用大量的CPU時(shí)間，因此動(dòng)態(tài)顯示實(shí)質(zhì)是以犧牲CPU時(shí)間換取遠(yuǎn)見和耗能的減少。</p><p>　　4.5 單片機(jī)控制接口部分</p><p

110、>　　4.5.1 報(bào)警燈和蜂鳴器</p><p>　　單片機(jī)不但實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度傳感器SHT71數(shù)據(jù)的采集和處理，并且LED顯示，而且承擔(dān)著對(duì)環(huán)境溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制的任務(wù)。</p><p>　　在溫濕度控制中，我們期望環(huán)境的溫度和濕度都在一個(gè)合適的范圍當(dāng)中，在這個(gè)范圍中，我們的設(shè)備能正常工作，我們的產(chǎn)品的合格率是最高的。所以設(shè)置一個(gè)合適的溫濕度范圍，并且利用單片機(jī)進(jìn)行編成控制，如果