數(shù)字溫濕度計--硬件設計畢業(yè)論文

1、<p>　　本科畢業(yè)論文（設計）</p><p>　　論文題目： 數(shù)字溫濕度計—硬件設計</p><p>　　作 者： 學號： </p><p>　　學 院： 物理與電子工程學院 </p><p>　　年 級： </p><p&

2、gt;　　專 業(yè)： 電子信息科學與技術 </p><p>　　指導教師： 職稱： </p><p>　　日 期： 2011年12月</p><p>　　數(shù)字溫濕度計--硬件設計</p><p><b>　　摘 要</b></p>

3、;<p>　　本論文介紹了一種以單片機STC89C52為主要控制器件，以DHT11為數(shù)字溫濕度傳感器的新型數(shù)字溫濕度計。硬件電路主要包括主控制器，測溫濕控制電路和顯示電路等。主控制器采用單片機STC89C52，溫濕度傳感器采用盛世瑞恩半導體公司生產(chǎn)的DHT11，顯示電路采用8位共陽極LED數(shù)碼管，驅動電路用八個PNP型的小電壓大電流三極管。測溫濕控制電路由溫濕度傳感器和預置溫濕度值比較報警電路組成，當實際測量溫濕度值大于預

4、置溫濕度值時，發(fā)出報警。</p><p>　　本次設計采用的DHT11數(shù)字溫濕度傳感器。具有超快響應，抗干擾能力強，性價比高等優(yōu)點。用DHT11與STC89C52做的數(shù)字溫濕度計不僅外圍電路簡單，而且測量精度比較高。</p><p>　　關鍵字：DHT11；STC89C52；溫度測量；濕度測量</p><p>　　THE DESIGN OF DIGITAL <

5、/p><p>　　THERMOMETERS AND HYGROMETER</p><p>　　Abstract: This paper presents a new design of digital thermometers and hygrometer. This design includes hardware and system software .The hardware desi

6、gn includes a main controller circuit, Temperature and Humidity measurement and control circuits and show circuit. Main controller uses STC89C52.temperature and humidity sensor uses DHT11 which is yielded by Sensirion (a

7、 Semiconductor Corp). Show circuit is a total of eight circuits using digital LED of the anode. Driver show circuit uses eight of</p><p>　　The digital temperature and humidity sensor (DHT11) . As well as ser

8、ial interface circuits in the same chip on the realization of a Gap link to a super-fast response, anti-interference capability and cost-effective advantages. The design of digital thermometers and hygrometer with STC89C

9、52 and DHT11 not only has a simple external circuit, but also has a high-precision measurement. </p><p>　　KeyWords: DHT11;STC89C52; temperature measurement; humidity measurements</p><p><b>

10、;　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　2 設計任務的要求和溫濕度計的發(fā)展史1</p><p>　　2.1設計任務及要求1</p><p>　　2.2 設計數(shù)字溫濕度計的依據(jù)和意義2</p><p>　　2.3溫濕度計的發(fā)展史

11、3</p><p>　　2.4濕度計的由來4</p><p>　　3 系統(tǒng)的硬件設計4</p><p>　　3.1設計總體方案及方案論證4</p><p>　　3.2單片機的選擇5</p><p>　　3.2.1 單片機的概述5</p><p>　　3.2.2單片機的引腳說明6&

12、lt;/p><p>　　3.2.3單片機的最小系統(tǒng)9</p><p>　　3.3溫濕度傳感器的選擇10</p><p>　　3.3.1 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器概述10</p><p>　　3.3.2 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器性能說明11</p><p>　　3.3.3 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器使用注意事項

13、12</p><p>　　3.4 顯示模塊13</p><p>　　3.4.1 顯示模塊的介紹13</p><p>　　3.4.2 LED數(shù)碼管的主要特點13</p><p>　　3.5溫濕度的測量及分析14</p><p>　　4 系統(tǒng)的電路設計15</p><p>　　4.1主控

14、制電路和測溫時控制電路15</p><p>　　4.2驅動顯示電路16</p><p>　　4.3報警電路17</p><p>　　5 軟件的設計17</p><p>　　5.1 Keil C 軟件概述17</p><p>　　5.1.1 系統(tǒng)概述18</p><p>　　5.1.2

15、 Keil C51單片機軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結構18</p><p>　　5.2 整體系統(tǒng)設計20</p><p><b>　　6總結20</b></p><p><b>　　參考文獻21</b></p><p><b>　　致謝22</b></p>&l

16、t;p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　溫濕度的檢測已廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防科技、生活等各個領域，溫濕度對人們生活的影響無處不在，如倉庫、實驗室環(huán)境、水果的保鮮、家禽的孵化過程等都需要對溫濕度進行監(jiān)測和控制，如果溫濕度控制不當，將會帶來許多不必要的經(jīng)濟損失。</p><p>　　傳統(tǒng)的濕度測量方法，如十七世紀發(fā)明的毛發(fā)濕度計和十九世紀發(fā)明的干

17、濕球濕度計等，由于它們響應時間長、精度不高、使用不方便，而且無法將濕度值轉換成電信號，因此不能適應現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求，同時也不能滿足人們日常生活的需要。傳統(tǒng)的溫度計是用水銀柱來顯示的，雖然結構簡單、價格便宜，但是它的精確度不高，不易讀數(shù)。而采用單片機對溫濕度進行測量控制，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度控制的技術指標。用LED數(shù)碼管來顯示溫濕度的數(shù)值，看起來更加直觀。</p><p>　

18、　本論文介紹了一種以單片機STC89C52為主要控制器件，以DHT11為數(shù)字溫濕度傳感器的新型數(shù)字溫濕度計。本設計主要包括硬件電路的設計和系統(tǒng)軟件的設計。硬件電路主要包括主控制器，測溫濕控制電路、顯示電路、報警電路等。主控制器采用單片機STC89C52，溫濕度傳感器采用盛世瑞恩半導體公司生產(chǎn)的DHT11，顯示電路采用8位共陽極LED數(shù)碼管，驅動電路用八個PNP型的小電壓大電流三極管（S9012）。測溫濕控制電路由溫濕度傳感器和預置溫濕度

19、值比較報警電路組成，當實際測量溫濕度值大于預置溫濕度值時，發(fā)出報警信。軟件部分主要包括主程序，測溫濕度子程序，顯示子程序和按鍵子程序等。</p><p>　　采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器與單片機STC89C52相連外圍電路比較簡單。 所以，本次設計以DHT11數(shù)字溫濕度傳感器為例，介紹基于單片機的數(shù)字溫濕度計的設計。</p><p>　　2 設計任務的要求和溫濕度計的發(fā)展史</p&

20、gt;<p>　　2.1設計任務及要求</p><p>　　設計一個以單片機為核心的溫濕度測量系統(tǒng)，可實現(xiàn)的功能為：</p><p>　　（1）測量溫度值精度為±1℃，測量濕度值精確1%；</p><p>　?。?）系統(tǒng)允許的誤差范圍為1℃和1%以內；（3）系統(tǒng)可由用戶預設溫度值和濕度值，測溫范圍0℃—＋100℃， 測濕范圍 0 —100

21、%； </p><p>　?。?）超過預設值時系統(tǒng)會自動報警；</p><p>　?。?）系統(tǒng)采用數(shù)碼管顯示，能顯示設定溫濕度值和測得的實際溫濕度值。</p><p>　　2.2 設計數(shù)字溫濕度計的依據(jù)和意義</p><p>　　溫濕度是與人類關系密切的物理量之一，隨著現(xiàn)代工業(yè)技術的發(fā)展，紡織、食品、電子、制藥、軍火等工業(yè)以及糧食、水果、蔬菜

22、的貯存等都提出了測量溫濕度和控制溫濕度的要求。適當?shù)臏貪穸炔坏茏屓藗兊纳罡邮孢m，也是生產(chǎn)優(yōu)質產(chǎn)品的重要保障，而良好的溫濕度測量儀器則是實現(xiàn)這一目標的手段。</p><p>　　傳統(tǒng)的溫度計是用水銀柱來顯示的，雖然結構簡單、價格便宜，但是它的精確度不高，不易讀數(shù)。傳統(tǒng)的濕度測量方法，如十七世紀發(fā)明的毛發(fā)濕度計和十九世紀發(fā)明的干濕球濕度計等，由于它們響應時間長、精度不高、使用不方便，而且無法將濕度值轉換成電信號

23、，因此不能適應現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求，同時也不能滿足人們日常生活的需要。而采用單片機對溫濕度進行控制，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度控制的技術指標。 </p><p>　　隨著科學技術不斷進步，溫濕度傳感器也得到迅速發(fā)展，采用DHT11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。這類傳感器不僅易于焊接，而且只有四針管腳，減少了外圍電路的設計。DHT系列的集成濕度傳感器性精度高、

24、響應速度快、功耗小、 性價比高、抗干擾能力強等優(yōu)點。所以本次課題采用芯片為DHT11的集成濕度傳感器設計開發(fā)一款基于單片機的實用電子濕度計。總之，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)境進行溫濕度的測量。因此，研究溫濕度的控制和測量具有非常重要的意義。</p><p>　　傳感器作為檢測元件，能夠同時測試溫度和濕度。這類傳感器不僅易于焊接，而且只有四針管腳，減少了外圍電路的設計。DHT系列的集成濕度

25、傳感器性精度高、響應速度快、功耗小、 性價比高、抗干擾能力強等優(yōu)點。所以本次課題采用芯片為DHT11的集成濕度傳感器設計開發(fā)一款基于單片機的實用電子濕度計?？傊?，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)境進行溫濕度的測。 因此，研究溫濕度的控制和測量具有非常重要的意義。</p><p>　　2.3溫濕度計的發(fā)展史</p><p>　　溫度

26、計是測溫儀器的總稱。根據(jù)所用測溫物質的不同和測溫范圍的不同，有煤油溫度計、酒精溫度計、水銀溫度計、氣體溫度計、電阻溫度計、溫差電偶溫度計、輻射溫度計和光測溫度計等。 </p><p>　　最早的溫度計是在1593年由意大利科學家伽利略(1564～1642)發(fā)明的。他的第一只溫度計是一根一端敞口的玻璃管，另一端帶有核桃大的玻璃泡。使用時先給玻璃泡加熱，然后把玻璃管插入水中。隨著溫度的變化，玻璃管中的水面就會上下移動

27、，根據(jù)移動的多少就可以判定溫度的變化和溫度的高低。這種溫度計，受外界大氣壓強等環(huán)境因素的影響較大，所以測量誤差大。 </p><p>　　后來伽利略的學生和其他科學家，在這個基礎上反復改進，如把玻璃管倒過來，把液體放在管內，把玻璃管封閉等。比較突出的是法國人布利奧在1659年制造的溫度計，他把玻璃泡的體積縮小，并把測溫物質改為水銀，這樣的溫度計已具備了現(xiàn)在溫度計的雛形。以后荷蘭人華倫海特在1709年利用酒精，在1

28、714年又利用水銀作為測量物質，制造了更精確的溫度計。他觀察了水的沸騰溫度、水和冰混合時的溫度、鹽水和冰混合時的溫度；經(jīng)過反復實驗與核準，最后把一定濃度的鹽水凝固時的溫度定為0℉，把純水凝固時的溫度定為32℉，把標準大氣壓下水沸騰的溫度定為212℉，用℉代表華氏溫度，這就是華氏溫度計。 </p><p>　　在華氏溫度計出現(xiàn)的同時，法國人列繆爾(1683～1757)也設計制造了一種溫度計。他認為水銀的膨脹系數(shù)太小

29、，不宜做測溫物質。他專心研究用酒精作為測溫物質的優(yōu)點。他反復實踐發(fā)現(xiàn)，含有1/5水的酒精，在水的結冰溫度和沸騰溫度之間，其體積的膨脹是從1000個體積單位增大到1080個體積單位。因此他把冰點和沸點之間分成80份，定為自己溫度計的溫度分度，這就是列氏溫度計。</p><p>　　華氏溫度計制成后又經(jīng)過30多年，瑞典人攝爾修斯于1742年改進了華倫海特溫度計的刻度，他把水的沸點定為零度，把水的冰點定為100度。后來

30、他的同事施勒默爾把兩個溫度點的數(shù)值又倒過來，就成了現(xiàn)在的百分溫度，即攝氏溫度，用℃表示。華氏溫度與攝氏溫度的關系為： </p><p>　　℉＝9/5℃+32，或℃＝5／9(℉-32)</p><p>　　現(xiàn)在英、美國家多用華氏溫度，德國多用列氏溫度，而世界科技界和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，以及我國、法國等大多數(shù)國家則多用攝氏溫度。隨著科學技術的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)技術的需要，測溫技術也不斷地改進和提高。由

31、于測溫范圍越來越廣，根據(jù)不同的要求，又制造出不同需要的測溫儀器。</p><p><b>　　2.4濕度計的由來</b></p><p>　　濕度計是測量空氣內含水分多少的儀器?！妒酚?#183;天官書》中即有測濕的記載。我國漢朝初年就已出現(xiàn)濕度計，它是利用天平來測量空氣干燥或潮濕的。天平濕度計的使用方法，是把兩個重量相等而吸濕性不同的物體，例如灰和鐵，分別掛在天平兩

32、端。當空氣濕度發(fā)生變化時，由于兩個物體吸入的分水不同，重量也就起了變化，于是天平發(fā)生偏差，從而指示出空氣潮濕的程度。 這就是濕度計的由來。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)的硬件設計</b></p><p>　　3.1設計總體方案及方案論證</p><p>　　按照系統(tǒng)設計功能的要求，確定系統(tǒng)由5個模塊組成：主控制器，數(shù)字溫濕度傳感器，報警

33、電路，按鍵電路及顯示電路。</p><p><b>　　如圖3.1所示：</b></p><p>　　圖3.1 總體電路框圖</p><p>　　主控制器的功能由STC89C52來完成，主要負責處理由數(shù)字溫濕度傳感器送來數(shù)據(jù)，并把處理好的數(shù)據(jù)送向顯示模塊。數(shù)字溫濕傳感器主要用來采集周圍環(huán)境參數(shù)，并把所采集來的參數(shù)送向主控制器。按鍵電路主要用來完

34、成單片機的復位操作和溫濕度初始值的設定。這里需要四個按鍵，一個用來完成單片機的復位操作，一個用來切換顯示的數(shù)據(jù)（是設定值還是實際測得的值），另外兩個分別用來設定初始溫度和初始濕度的個位和十位。報警電路就是用一個蜂鳴器來實現(xiàn)的，用來判斷周圍環(huán)境的溫度或者濕度是否超出設定值了，任何一個超出設定值時蜂鳴器就會發(fā)出報警聲音。驅動顯示電路主要用來驅動八位數(shù)碼管發(fā)光的。由于單片機的輸出電流太?。ㄖ挥袔譵A）不能驅使數(shù)碼管發(fā)光，所以這里必須增加一個驅

35、動顯示模塊。</p><p><b>　　3.2單片機的選擇</b></p><p>　　3.2.1 單片機的概述</p><p>　　單片微型計算機簡稱單片機，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計算機。它把中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口電路以及定時器計數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價格低廉、抗干擾能力強且可靠

36、性高等特點，因此，適合應用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測控系統(tǒng)的前端裝置。正是由于這一原因，國際上逐漸采用微控制器(MCU)代替單片微型計算機(SCM)這一名稱?！拔⒖刂破鳌备芊从硢纹瑱C的本質，但是由于單片機這個名稱已經(jīng)為國內大多數(shù)人所接受，所以仍沿用“單片機”這一名稱。</p><p>　　1、單片機的主要特點有:</p><p>　　(1) 具有優(yōu)異的性能價格比；</p>

37、;<p>　　(2) 集成度高、體積小、可靠性高；</p><p>　　(3) 控制功能強；</p><p>　　(4) 低電壓，低功耗。</p><p>　　2、單片機的主要應用領域:</p><p><b>　　(1) 工業(yè)控制；</b></p><p><b>　　(

38、2) 儀器儀表；</b></p><p><b>　　(3) 電信技術；</b></p><p>　　(4) 辦公自動化和計算機外部設備；</p><p>　　(5) 汽車和節(jié)能；</p><p>　　(6) 制導和導航；</p><p><b>　　(7) 商用產(chǎn)品；<

39、;/b></p><p><b>　　(8) 家用電器。</b></p><p>　　因此，在本課題設計的溫濕度測控系統(tǒng)中，采用單片機來實現(xiàn)。在單片機選用方面，由于STC89系列單片機與MCS-51系列單片機兼容，所以，本系統(tǒng)中選用STC89C52單片機。</p><p>　　3.2.2單片機的引腳說明</p><p&

40、gt;　　圖3.2 STC89C52單片機引腳圖</p><p>　　芯片引腳如圖3.2所示：</p><p><b>　　VCC : 電源。</b></p><p><b>　　GND: 地。</b></p><p>　　P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個

41、TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有內部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。</p><p>　　P1口： 是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內部

42、上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表1所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。</p><p>　　P2口：P2口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅動

43、4個TTL 邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時，P2口送出高八位地址。在這種應用中，P2口使用很強的內部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。在flash編程和校驗時，P2口

44、也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。</p><p>　　P3口：P3口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如上表2-1所示。在flash編程和校驗時，P3口也接

45、收一些控制信號。</p><p>　　RST: 復位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位。看門狗計時完成后，RST 腳輸出96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。</p><p>　　ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸

46、出脈沖。在flash編程時，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。</p><p>　　在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作將無效。這一位置 “1”，ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個AL

47、E 使能標志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。</p><p>　　PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當STC89C52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。</p><p>　　EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H

48、到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內部程序指令，EA應該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。</p><p>　　XTAL1:振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。</p><p>　　XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　程序存儲器：如果EA引腳接地，程序讀取只從外部存儲器開始。對于

49、89C52，如果EA 接VCC，程序讀寫先從內部存儲器（地址為0000H～1FFFH）開始，接著從外部尋址，尋址地址為：2000H~FFFFH。</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲器：STC89C52 有256 字節(jié)片內數(shù)據(jù)存儲器。高128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。也就是說高128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。當一條指令訪問高于7FH 的地址時，尋址方式?jīng)Q定CPU 訪問高128 字節(jié)RAM 還是

50、特殊功能寄存器空間。直接尋址方式訪問特殊功能寄存器（SFR）</p><p>　　定時器2：定時器2是一個16位定時/計數(shù)器，它既可以做定時器，又可以做事件計數(shù)器。其工作方式由特殊寄存器T2CON中的C/T2位選擇（如表2所示）。定時器2有三種工作模式：捕捉方式、自動重載（向下或向上計數(shù)）和波特率發(fā)生器。工作模式由T2CON中的相關位選擇。定時器2 有2 個8位寄存器：TH2和TL2。在定時工作方式中，每個機器周

51、期，TL2 寄存器都會加1。由于一個機器周期由12 個晶振周期構成，因此，計數(shù)頻率就是晶振頻率的1/12。</p><p>　　中斷：STC89C52 有6個中斷源如表3.1所示：兩個外部中斷（INT0 和INT1），三個定時中斷（定時器0、1、2）和一個串行中斷每個中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器IE 中的相關中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。IE還包括一個中斷允許總控制位EA，它能一次禁止所有中斷。

52、定時器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或邏輯觸發(fā)。程序進入中斷服務后，這些標志位都可以由硬件清0。實際上，中斷服務程序必須判定是否是TF2 或EXF2激活中斷，標志位也必須由軟件清0。</p><p>　　表3.1 中斷控制寄存器</p><p>　　3.2.3單片機的最小系統(tǒng)</p><p>　　圖3.3 晶振電路</p><

53、p><b>　　圖3.4 復位電路</b></p><p>　　如圖3.3、圖3.4所示，復位電路和時鐘電路是維持單片機最小系統(tǒng)運行的基本模塊。單片機最小系統(tǒng)是在以51單片機為基礎上擴展，使其能更方便地運用于測試系統(tǒng)中，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被測試的技術指標，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質量和數(shù)量。單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短

54、等優(yōu)點，稱為在實時檢測和自動控制領域中廣泛應用的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中稱為必不可少的器件，尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大。</p><p>　　3.3溫濕度傳感器的選擇</p><p>　　3.3.1 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器概述</p><p>　　DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準熟悉信號輸出的溫濕度復合傳感器，它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度

55、傳感技術，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在即為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式存在OTP內存中，傳感器內部在檢測型號的處理過程中要調用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，

56、使其成為給類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選擇。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝，連接方便。其內部結構及參數(shù)下圖所示：</p><p>　　圖 3.5 DHT11內部結構</p><p>　　3.3.2 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器性能說明</p><p>　　表3.2 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器性能</p><p>　　圖3.6 DHT11典型

57、應用電路</p><p>　　如圖3.6，建議連接線長度短于20米時用5K上拉電阻,大于20米時根據(jù)實際情況使用合適的上拉電阻。DHT11的供電電壓為3－5.5V。傳感器上電后，要等待 1s 以越過不穩(wěn)定狀態(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100nF 的電容，用以去耦濾波。</p><p>　　DATA 用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步,采用單

58、總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,具體格式在下面說明,當前小數(shù)部分用于以后擴展,現(xiàn)讀出為零.操作流程如下:</p><p>　　一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出,數(shù)據(jù)格式:8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù),+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗和數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫

59、度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結果的末8位。</p><p>　　用戶MCU發(fā)送一次開始信號后,DHT11從低功耗模式轉換到高速模式,等待主機開始信號結束后,DHT11發(fā)送響應信號,送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號采集,用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù).從模式下,DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號,DHT11不會主動進行溫濕度采集.采集數(shù)據(jù)后轉換到低速模式。</p><p&

60、gt;　　總線空閑狀態(tài)為高電平,主機把總線拉低等待DHT11響應,主機把總線拉低必須大于18毫秒,保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機的開始信號后,等待主機開始信號結束,然后發(fā)送80us低電平響應信號.主機發(fā)送開始信號結束后,延時等待20-40us后, 讀取DHT11的響應信號,主機發(fā)送開始信號后,可以切換到輸入模式,或者輸出高電平均可, 總線由上拉電阻拉高。</p><p>　　總線為低電平,說

61、明DHT11發(fā)送響應信號,DHT11發(fā)送響應信號后,再把總線拉高80us,準備發(fā)送數(shù)據(jù),每一bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時隙開始,高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是0還是1.格式見下面圖示.如果讀取響應信號為高電平,則DHT11沒有響應,請檢查線路是否連接正常.當最后一位數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50us,隨后總線由上拉電阻拉高進入空閑狀態(tài)。</p><p>　　測量分辨率分別為 8bit（溫度）、8bit（濕度）

62、。</p><p>　　3.3.3 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器使用注意事項</p><p>　　表3.3 DHT11電氣特性</p><p>　　DHT11電器特性如表3.3所示，超出建議的工作范圍可能導致高達3%RH的臨時性漂移信號。返回正常工作條后，傳感器會緩慢地向校準狀態(tài)恢復。</p><p>　　電阻式濕度傳感器的感應層會受到化學蒸汽

63、的干擾，化學物質在感應層中的擴散可能導致測量值漂移和靈敏度下降。在一個純凈的環(huán)境中，污染物質會緩慢地釋放出去。下文所述的恢復處理將加速實現(xiàn)這一過程。高濃度的化學污染會導致傳感器感應層的徹底損壞。</p><p>　　置于極限工作條件下或化學蒸汽中的傳感器，通過如下處理程序，可使其恢復到校準時的狀態(tài)。在50-60℃和< 10%RH的濕度條件下保持2 小時（烘干）；隨后在20-30℃和>70%RH的濕度條

64、件下保持 5小時以上。</p><p>　　氣體的相對濕度，在很大程度上依賴于溫度。因此在測量濕度時，應盡可能保證濕度傳感器在同一溫度下工作。如果與釋放熱量的電子元件共用一個印刷線路板，在安裝時應盡可能將DHT11遠離電子元件，并安裝在熱源下方，同時保持外殼的良好通風。為降低熱傳導，DHT11與印刷電路板其它部分的銅鍍層應盡可能最小，并在兩者之間留出一道縫隙。長時間暴露在太陽光下或強烈的紫外線輻射中，會使性能降低

65、。DATA信號線材質量會影響通訊距離和通訊質量,推薦使用高質量屏蔽線。手動焊接，在最高260℃的溫度條件下接觸時間須少于10秒。避免結露情況下使用。而且長期保存在溫度10－40℃，濕度60％以下。</p><p><b>　　3.4 顯示模塊</b></p><p>　　3.4.1 顯示模塊的介紹</p><p>　　顯示模塊選用八位共陽極數(shù)碼

66、管和八個小功率放大三極管S9012。由于單片機的端口輸出電流太小，這里必須由外界電路來驅動數(shù)碼管顯示。S9012就是用來驅動這八位數(shù)碼管顯示的。</p><p>　　LED數(shù)碼管也稱半導體數(shù)碼管，是目前數(shù)字電路中最常用的顯示器件。它是以發(fā)光二極管作段并按共陰極方式或共陽極方式連接后封裝而成的。圖3.7所示是兩種LED數(shù)碼管的外形與內部結構，＋、－分別表示公共陽極和公共陰極，a～g是7個段電極，DP為小數(shù)點。LED

67、數(shù)碼管型號較多，規(guī)格尺寸也各異，顯示顏色有紅、綠、橙等。</p><p>　　3.4.2 LED數(shù)碼管的主要特點</p><p>　　(1)能在低電壓、小電流條件下驅動發(fā)光，能與CMOS、ITL電路兼容。</p><p>　　(2)發(fā)光響應時間極短(小于0．1μs)，高頻特性好，單色性好，亮度高。 </p><p>　　(3)體積小，重量輕

68、，抗沖擊性能好。 </p><p>　　(4)壽命長，使用壽命在10萬小時以上，甚至可達100萬小時。成本低。</p><p>　　因此它被廣泛用作數(shù)字儀器儀表、數(shù)控裝置、計算機的數(shù)顯器件。</p><p>　　圖3.7 LED數(shù)碼管外形和內部結構圖</p><p>　　小電壓大電流的小功率放大三極管S9012的放大倍數(shù)共分六級：</

69、p><p><b>　　D級：64-91 </b></p><p>　　E級：78-112 </p><p>　　F級：96-135 </p><p>　　G級：112-166 </p><p>　　H級：144-220 </p><p>　　I級：190-300</p&

70、gt;<p>　　3.5溫濕度的測量及分析</p><p>　　DHT11是一個兩線串行接口的數(shù)字溫濕度傳感器，一個接口是時鐘線，一個接口是數(shù)據(jù)線（支持雙向傳輸）。它是四針單排封裝，一個接電源，一個接地線，另兩個直接和單片機的P0_5和P0_6相連。不過數(shù)據(jù)線和時鐘線上需要接兩個10K的上拉電阻，因為STC89C52的P0口內部沒有上拉電阻。因為STC89C52的P0口內部沒有上拉電阻。單片機通過P

71、0_5和P0_6向DHT11發(fā)送命令，DHT11接收到命令后做出相應的應答。由于DHT11內部包含一個14位A/D轉換器，所以單片機接收到就是數(shù)字信號，只需要做相應的處理就能得到所需要的數(shù)據(jù)，這里減少了很多外部的電路的連接，用起來比較方便。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)的電路設計</b></p><p>　　4.1主控制電路和測溫時控制電路</p>

72、<p>　　本次硬件設計的核心就是STC89C52，其他部件都是圍繞它設計的。數(shù)字溫濕度傳感器DHT11的DATA口與STC89C52的P11口相連。由于P0口內部沒有上拉電阻，所以這里在DATA傳輸線上加上一個5.1K的上拉電阻。為了降低STC89C52的功耗在按鍵和單片機的端口間加了個10K的限流電阻。當有按鍵按下時單片機收到有效的信號，S1鍵用來切換顯示的模式（分別顯示實際所測得的溫濕度，預置的溫度值和預置的濕度值）

73、，S2鍵用來設置初始溫度或者濕度的十位，S3鍵用來設置初始溫度或者濕度的個位。單片機復位有兩種：一種是上電復位，一種是按鍵復位。下圖用的就是按鍵復位，當按鍵按下時單片機的RST口從低電平變?yōu)楦唠娖剑瑥亩M入復位狀態(tài)。當按鍵松開后，VCC給電容C7充電，從而把RST口拉至電平，單片機進入工作狀態(tài)。只要把下圖的RESET按鍵和R5電阻去掉就成了上電復位了。</p><p>　　STC89C52中有一個用于構成內部振蕩

74、器的高增益反相放大器，引腳X1和X2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器構成自激振蕩器。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路，對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF士10pF，而如果使用陶瓷諧振器，建議選擇40

75、pF士l0pF。這里用到的是12M的石英晶體振蕩器和兩個30pF的電容。具體原理圖如下圖4.1所示：</p><p>　　圖4.1主控制電路和測溫濕電路原理圖</p><p><b>　　4.2驅動顯示電路</b></p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)設計中，一般都是把鍵盤和顯示器放在一起考慮。本設計是利用STC89C52 的串行口實現(xiàn)鍵盤/顯

76、示器接口。當STC89C52 的串行口未作它用時，使用STC89C52 RC的串行口來外擴鍵盤/顯示器。應用STC89C52RC串行口方式0 的輸出方式，在串行口外接移位寄存器74HC595，構成鍵盤/顯示器</p><p>　　接口，其硬件接口電路如圖4.2，圖4.3所示：</p><p><b>　　圖4.2鍵盤</b></p><p>&

77、lt;b>　　圖4.3數(shù)碼管</b></p><p>　　圖中下邊的6 個74HC595：74HC595（U7）～74HC595（U12）作為6 位段碼輸出口，74HC595 的Y0 作為鍵輸入線，Y2 作為同步脈沖輸出控制線。這種靜態(tài)顯示方式亮度大，很容易作到顯示不閃爍。靜態(tài)顯示的優(yōu)點是CPU 不必頻繁的為顯示服務，因而主程序可不必掃描顯示器，軟件設計比較簡單，從而使單片機有更多的時間處理其他

78、事務。</p><p><b>　　4.3報警電路</b></p><p>　　在微型計算機控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設有緊急狀態(tài)報警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計算機采集的數(shù)據(jù)或記過計算機進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進行報警，否則就作為

79、采樣的正常值，進行顯示和控制。本設計采用峰鳴音報警電路。峰鳴音報警接口電路的設計只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過MCS-51 的1 根口線經(jīng)驅動器驅動蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA 的驅動電流，可以使用TTL 系列集成電路7406 或7407 低電平驅動，也可以用一個晶體三極管驅動。在圖中，P10 接晶體管基極輸入端。當P10 輸出高電平“1”時，晶體管導通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V 電壓而鳴叫；當P10 輸出低電平“0”時

80、，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。</p><p>　　圖4.4三極管驅動的峰鳴音報警電路</p><p>　　本設計是為在溫濕度測量中對溫濕度的上下限超出是的提示報警，接口位于單片機STC89C52RC 的P10 口，但溫濕度過限時，P10 口被置0，本系統(tǒng)開始工作。</p><p><b>　　5 軟件的設計</b></p>&l

81、t;p>　　5.1 Keil C 軟件概述</p><p>　　單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于MCS-51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發(fā)技術的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)

82、軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。運行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系

83、統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選（目前在國內你只能買到該軟件、而你買的仿真機也很可能只支持該軟件），即使不使用C語言而僅用</p><p>　　5.1.1 系統(tǒng)概述 </p><p>　　Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語

84、言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。 </p><p>　　Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。下面詳細介紹

85、Keil C51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 </p><p>　　5.1.2 Keil C51單片機軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結構 </p><p>　　C51工具包的整體結構，其中uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分

86、別由C51及A51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉換成標準的Hex文件，以供調試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。 </p><p>　　使用獨立的Keil仿真器時，注意事項: <

87、/p><p>　　仿真器標配11.0592MHz的晶振，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。 </p><p>　　仿真器上的復位按鈕只復位仿真芯片，不復位目標系統(tǒng)。 </p><p>　　仿真芯片的31腳已接至高電平，所以仿真時只能使用片內ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插針中的31腳并不與仿真芯片的31腳相連，故該仿真器仍可插入到擴展有外部R

88、OM（其CPU的/EA引腳接至低電平）的目標系統(tǒng)中使用。</p><p>　　以下是Keil軟件的基本應用：</p><p>　?。?）安裝好了Keil軟件以后，我們打開它。</p><p>　?。?） 我們先新建一個工程文件，點擊“Project->New Project…”菜單。</p><p>　?。?）選擇工程文件要存

89、放的路徑 ,輸入工程文件名 xdch 最后單擊保存。</p><p>　?。?）選擇好STC89C52芯片，接著點擊確定，彈出對話框。</p><p>　?。?）新建一個 C51 文件, 單擊左上角的 New File，保存為DS18B20_4.C，（注意后綴名必須為.C），再單擊“保存”。</p><p>　?。?）存好后把此文件加入到工程中方法如下:用鼠標在 S

90、ource Group1 上單擊右鍵, 然后再單擊 Add Files to Group Source Group 1。</p><p>　?。?） 選擇要加入的文件, 找到 MAIN.C后, 單擊 Add, 然后單擊 Close。</p><p>　?。?）在編輯框里輸入代碼。</p><p>　?。?）生成 .hex 燒寫文件,先單擊Options for Ta

91、rget。</p><p>　?。?0）在下圖中,我們單擊 Output, 選中 Create HEX F，再單擊“確定”。</p><p>　　5.2 整體系統(tǒng)設計</p><p>　　圖5.1 系統(tǒng)整體框圖</p><p><b>　　6總結</b></p><p>　　以單片機STC89C

92、52RC為核心實現(xiàn)對溫度、濕度的檢測及其控制，運行可靠，操作簡單，精度高，響應速度快。同時，通過LED數(shù)碼管直觀的顯示通過控制系統(tǒng)后的溫、濕度值。當出現(xiàn)異常現(xiàn)時，通過報警裝置發(fā)出警告，及時得到處理．從而滿足現(xiàn)場需要，具有廣泛的應用前景。  這次作品設計與制作不僅是對我們所學知識的一種檢驗，也是對自身能力的一種提高，通過這次作品設計使我們明白了自身掌握的知識非常欠缺，所要學習的東西還很多。在整個設計過程中使我們懂得了許多

93、知識，也培養(yǎng)了獨立思考和設計的能力，樹立了對知識應用的信心，相信會對今后的學習工作和生活有非常大的幫助，并且提高了自己的動手實踐操作能力， 使自己充分體會到了在設計過程中的成功喜悅。</p><p><b>　　[參考文獻]</b></p><p>　　[1].王法能.單片機原理及應用（簡明修訂版）[M].科學出版社出版發(fā)行,2001.</p><

94、p>　　[2].趙偉軍.PROTEL 99 SE 教程[M].人民郵電出版社,2004.</p><p>　　[3].黃強.模擬電子技術[M].科學出版社,2003.</p><p>　　[4].徐正惠,胡海影.單片機原理與應用實訓教程[M].北京科學出版社,2004.       </p><p>

95、　　[5].陳曉文.電子電路課程設計[M].北京電子工業(yè)出版社, 2004.</p><p>　　[6].孫育才.MCS-51系列單片微型計算機及其應用（第四版）[M].東南大學出版社,2004.</p><p>　　[7].康華光.電子技術基礎-模擬部分（第四版）[M].北京高等教育出版社,1999.</p><p>　　[8].康華光.電子技術基礎-數(shù)字部分（第

96、四版）[M].北京高等教育出版社,1999.</p><p>　　[9]. 夏路易.電路原理圖與電路板設計教程PROTEL99SE(1CD)[M].北京:北京希望電子出版社,2000.</p><p>　　[10].劉文濤.單片機語言C51典型應用設計[M].人民郵電出版社,2001.</p><p><b>　　[致謝]</b></p&

97、gt;<p>　　經(jīng)過這段時間的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及同學們的支持和幫助，想要完成這個設計是難以想象的。 </p><p>　　在這里首先要感謝我的導師**工程師。方文舉平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，裝配草圖等整個過程中都給