基于单片机仓库温湿度检测系统方案

1、摘要：仓库是人们用于存放重要物品的地方，它内部环境的好换直接决定着 存放物品的质量， 仓 库温湿度直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠 性。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度与湿度的监 测工作。随着现代化的发展以及现代生产要求，人们发现需要实现仓库的 智能化管理，而仓库温室度监测系统是一种性能良好的调控方式，主要应 用于仓库、温室以及一些对温湿度有一定要求的区域。本文设计了一种以 AT89S51 单片机为核心的低成本、高精度、微型 化 LED 显示温湿度监测系统，并使用一些常用芯片。系统由单片机、温 湿度检测电路、报警电路以及显示电路构成。由芯片 AT89S51 控制温湿 度

2、传感器检测到温湿度值进行存储转换，从而在显示电路中数码管中显示 出来。本系统具有易安装检测、软件功能完善，工作可靠、准确度高等优 点。本文讲述了单片机技术研制成功的温湿度的监测系统的基本原理，温 湿度传感器信号采集通过单片机来实现方案。采用软件校正，提高了测量 精度和整机的可靠性。实现使用表明，极大的调高了安全性、可靠性和准 确度。关键词 ：仓库，温湿度传感器，单片机 AT89S51 ，报警，软件校正AbstractThe warehouse is people is used at important items for the place where the internal enviro

3、nment of good change directly determine the deposit quality of the item, warehouse temperature and humidity directly affect the reserve service life and supplies the working reliability. To ensure the smooth implementation of the work of daily, the main issue was to strengthen the temperature and hu

4、midity in the warehouse of the monitoring work. Along with the development of modern and modern productionrequirements, people found that need to realizeintelligentmanagementof the warehouse, and warehousegreenhouse degrees monitoring system is a kind of the good performance of regulation and contro

5、l methods, mainly used in warehouse,greenhouse and some of the temperature andhumidity with special demands of the area.This paper introduces a design AT89S51 as the core to the low cost, high precision, miniaturization LED display temperature and humidity monitoring system, and use some commonly us

6、ed chip. By single-chip microcomputer system, temperature and humidity detection circuit, alarm circuit and display a circuit. By chip AT89S51 control temperature and humidity sensor detection to temperature and humidity value store conversion, thus in the display circuit digital tube display. This

7、system is easy to install detection, software function is perfect, reliable and advantages of accuracy.This article tells of the single chip computer technology research and the temperature and humidity of the success of the monitoring system, the basic principles of temperature and humidity sensor

8、signal acquisition through the single chip microcomputerto scheme. The softwarecorrection and improvethe measuring precision and reliabilityof the whole machine.Implementations use show that great raised safety, reliability and accuracy.Key words:Warehouse, temperature and humidity sensor,microcontr

9、oller AT89S51, alarm, software correction目录第一章 绪论 11.1 课题背景 11.2 温湿度监测系统的应用 11.3 温湿度检测系统的意义 1第二章 系统整体设计 32.1 系统的设计过程及要求 32.2 系统具体方案 32.3 本课题的研究内容 42.4 关键技术介绍 42.4.1 温湿度传感器 DHT11 42.4.2 单片机 8051 12第三章 系统硬件设计 193.1 系统工作原理图 193.2 系统的各模块电路设计 203.2.1 时钟电路设计 203.2.2 复位电路的设计 213.2.3 温湿度检测电路 223.2.4 显示电路设计

10、233.2.5 报警电路设计 243.2.6 电路元器件功能分析 26第四章 系统软件设计 284.1 系统软件分析 284.2 系统软件设计 28第五章 总结 30致谢 31参考文献 32附录 33附录 1 基于单片机控制的仓库温湿度的监测系统的设计 C 语言程序 33第一章 绪论1.1 课题背景 在现代工业现场，随着科技的进步和自动化发展，温湿度监测系统在 某些行业中要求越来越高，特别是在大中型的仓库管理系统中，防潮、防 霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容，是衡量仓库管理质量的重要 指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作 的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度与

11、湿度的监测工作。但传统的方 法是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材， 通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降 温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误 差大，随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温 湿度测量仪。本课题即以上述问题为出发点，设计实现仓库温湿度监测系统，该系 统不仅采集各抽样点的温度值与湿度值，而且能够迅速处理，友好的将数 据结果显示给用户，并储存结果以便以后的对比研究。1.2 温湿度监测系统的应用 温湿度监测系统广泛应用于工农业、医疗和科研领域。温度与湿度测 量是生产和研究工作环境中，至

12、关重要的两项参数，直接关系到产品的质 量和试验工作的成败。在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门, 经常需要对环境温湿度进行测量及控制。 但在常规的环境参数中 ,湿度是最难准确测量的 一个参数。 用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法,早已无法满足现代科技发展的需要。 这是因为测量温湿度要比测量温度复杂的多, 温度是个独立的被测量 ,而湿度却受其他因素 （大气压强、温度 ）的影响。此外 , 湿度 的校准也是一个难题。国外生产的湿度标定设备价格十分昂贵。从目前的发展现状来看，最热门的研究领域也许是各种类型的仿生传 感器了，而且在感触、刺激以及视听辨别等方面已有最新研究成果问世。 从

13、实用的角度考虑，多功能传感器中应用较多的是各种类型的多功能触觉 传感器，譬如人造皮肤触觉传感器就是其中之一， 这种传感器系统由 PVDF 材料、无触点皮肤敏感系统以及具有压力敏感传导功能的橡胶触觉传感器 等组成。据悉，美国 MERRITT 公司研制开发的无触点皮肤敏感系统获得 了较大的成功，其无触点超声波传感器、红外辐射引导传感器、薄膜式电 容传感器、以及温度、气体传感器等在美国本土应用甚广。1.3 温湿度检测系统的意义 温湿度监测系统无疑是当前单片机传感器技术发展中一个全新的研究 方向，日前有许多学者正在积极从事于该领域的研究工作。如将某些类型 的传感器进行适当组合而使之成为新的传感器，如用

14、来测量流体压力和互 异压力的组合传感器。又如，为了能够以较高的灵敏度和较小的粒度同时 探测多种信号，微型数字式三端口传感器可以同时采用热敏元件、光敏元 件和磁敏元件；这种组配方式的传感器不但能够输出模拟信号，而且还能 够输出频率信号和数字信号。近年来，国内外在温湿度监测系统研发领域取得了长足进步。温湿敏 传感器正从简单的温湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速 发展，为开发新一代湿度 / 温度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量 技术提高到新的水平。第二章 系统整体设计当将单片机用作测控系统时，系统总要有被测信号懂得输入通道，由 计算机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言，如何准确获得

15、被测信号 是其核心任务，而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件 的监察也是不可缺少的环节。传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果 没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量 和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠 各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行 在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。计算机程序也可以分解为小的子程序或模块，而这些子程序或模块可 以分别进行开发和测试。这种方法就称为模块化程序设计 （modular programming） 。模块最重要的属性是它们应该尽可能的独

16、立和自包含。 另外，一般将它们设计成执行一个特定的、定义好的函数，它有一个入口 点和一个退出点。同时，模块常常很短 （通常只有 50 到 100 条指令 ） 和高 度内聚的。模块化程序设计有很多优点。不管对于开发者还是用户来说， 小的、自包含的单元都更易于设计和理解底层的逻辑。模块化程序设计使 开发更方便，这是因为每个模块都可以独自得以完善。2.1 系统的设计过程及要求具体来说该学生的主要任务是在系统硬件电路的基础上，利用 MCS-51 单片机 C 语言编写程序，连接硬件电路并驱动系统运行。单片机控制仓库温湿度监测系统运行时要实现以下功能：首先，系统 能实现仓库的温度、湿度实时测量功能；其次，

17、将测量到的温湿度含量显 示在数码管上；然后，实现系统温度、湿度超限报警功能（设置有一定的 温湿度范围） 。单片机控制仓库温湿度监测系统在设计时对其测量的数据要求：温度 检测范围 ：-30 -+50 ；测量精度 ： 0.5 ；湿度检测范围： 10%-100%RH ；检测精度： 1%RH ；显示方式 ：温度用三位数码管显 示湿度用三位数码管；显示报警方式：三极管驱动的蜂鸣音报警。2.2 系统具体方案系统的温度采集利用温度传感器 DHT11 采集数据送给单片机，单片 机将采集的数据送给数码管显示以便操作人员直观方便的了解当前的温湿 度条件，系统正常工作时设定了一个温湿度范围温度检测范围： -30 -

18、+50 ，湿度检测范围： 10%-100%RH ，如果采集的温度在这个设定范 围内，则单片机控制系统正常工作；如果采集的温度不在设定的温度范围 内，则说明环境温度条件不满足工作需求，这时单片机控制一个蜂鸣器发出警报，停止工作；当采取措施后环境温度变化到设定范围时，蜂鸣器停止警报，重新正常工作，此过程，通过温湿度传感器采集信息，单片机控 制主流程使整个系统运作起来。其系统具体方案流程如图 2.1 所示。电源温湿度传感器 DHT11单片机报警显示电路图 2.1 系统具体方案流程2.3 本课题的研究内容1. 设计相应的信号采集电路、执行电路等硬件电路。2. 实现各环境要素的自动监测。3. 通过单片机

19、 C 语言编制数据采集、分析处理、显示、修改、参数设 置、控制等程序功能模块。4. 研究装置的软硬件抗干扰措施，提高系统工作的可靠性和稳定性。2.4 关键技术介绍2.4.1 温湿度传感器 DHT11 为了消弱由于环境温度造成的系统误差，实现更精确的测量计算，在 设计到时候，我们也同样需要温度补偿电路，通过单片机进行控制。这里 我们就选用一种比较简单好用的温度补偿系统 DHT11 数字温湿度传 感器。DHT11 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度 复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产 品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件

20、和一个 NTC 测温元件，并与一个高性能 8位单片机相连接。因此该产品 具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。超小的体 积、极低的功耗，信号传输距离可达 20 米以上，暖通空调、测试及检测设 备、汽车、数据记录、器消费品、自动控制、气象站、家电、湿度调节、 医疗、除湿器等方面。 DHT11 数字温湿度传感器实物如图 2.2 所示。图 2.2 DHT11 数字温湿度传感器 DHT11 数字温湿度传感器性能如表 2.1参数条件MinTypMax单位湿度分辨率111%RH16Bit重复性1%RH精度25 4%RH050 5%RH互换性可完全互换量程范 围03090%RH25 209

21、0%RH50 2080%RH响应时 间1/e(63 %)25 ，1m/s 空气61015S迟滞1%RH长期稳定性典型值1%RH/y r温度分辨率111161616Bit重复性1精度12量程范 围050响应时 间1/e(63%)630S表 2.1 DHT11 数字温湿度传感器性能 DHT11 数字温湿度传感器外部封装： 每个 DHT11 传感器都在极为 精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP 内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串 行接口，使系统集成变得简易快捷。使其成为各类应用甚至最为苛刻的应 用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。连

22、接方便，特殊封装形 式可根据用户需求而提供。DHT11 的供电电压为 3 5.5V 。传感器上电后， 要等待 1s 以越过不 稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（ VDD ， GND ）之间可 增加一个 100nF 的电容，用以去耦滤波。 DHT11 数字温湿度传感器引脚 如图 2.3 及各引脚的功能如表 2.2 所示。1 2 3 4 1 2 3 4图 2.3 DHT11 数字温湿度传感器引脚Pi n名称注释1VDD供电 3 5.5VDC2DATA串行数据，单总线3NC空脚，请悬空4GND接地，电源负极表 2.2 引脚的功能 DHT11 数字温湿度传感器特点：（ 1 ）相对湿度和温度测

23、量（ 2） 全部校准，数字输出（ 3 ）卓越的长期稳定性（ 4 ）无需额外部件（ 5 ）超 长的信号传输距离（ 6）超低能耗（ 7 ）4 引脚安装（ 8）完全互换。 DHT11 数字温湿度接口说明 ：建议连接线长度短于 20 米时用 5K 上拉电阻，大于 20 米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。DHT11 的供电电压为 3 5.5V 。传感器上电后， 要等待 1s 以越过不 稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（ VDD ， GND ）之间可 增加一个 100nF 的电容，用以去耦滤波。温湿度传感器与单片机控制部 分的连接原理图 2.3 所示。图 2.3 温湿度传感器与单片机连接图 D

24、HT11 数字温湿度串行接口（单线双向 ）DATA 用于微处理器与DHT11 之间的通讯和同步 ,采用单总线数据格式 ,一次通讯时间 4ms 左右 , 数据分小数部分和整数部分 ,具体格式在下面说明 , 当前小数部分用于以后 扩展 ,现读出为零 .操作流程如下 : 一次完整的数据传输为 40bit, 高位先出。数据格式 :8bit 湿度整数数据 +8bit 湿度小数数据+8bi 温度整数数据 +8bit 温度小数数据+8bit 校验和数据传送正确时校验和数据等于“ 8bit8bit 湿度整+数8b数it据湿度小数数据 +8bi 温度整数数据 +8bit 温度小数数据”所得结果的末 8位即校验和

25、 数据为前四个字节相加。传感器数据输出的十位编码的二进制数据。数据 （湿度、温度、证书、小数）之间应分开处理。如果，某次从传感器上读取如下 5Byte 数据：Byet4Byet3Byet2Byet1Byet000101101 0000000000011100 00000000整数01001001小数整数小数校验和湿度温度校验和由以上数据就可得到温度和湿度的值，计算方法：Humi （湿度） = Byet4* Byet3=45.0 （ %RH ）Temp （温度） = Byet2* Byet1 =28.0（ ）Jiaoyan （校验） = Byet4+ Byet3+ Byet2+ Byet1=73

26、（ = Humi+Temp ）（校验正确）注意： DHT11 一次通讯时间最大 3ms ，主机连续采样间隔建议不小 于 100ms 。用户 MCU 发送一次开始信号后， DHT11 从低功耗模式转换到高速模 式，等待主机开始信号结束后， DHT11 发送响应信号 ,送出40bit 的数据 , 并触发一次信号采集， 用户可选择读取部分数据。 从模式下， DHT11 接收 到开始信号触发一次温湿度采集，如果没有接收到主机发送开始信号， DHT11 不会主动进行温湿度采集。采集数据后转换到低速模式。（ 1）通讯过程 DHT11 开始发送数据流程图如图 2.5 所示、主机复位 信号和 DHT11 响应

27、信号流程图如图 2.6 所示。图 2.5 DHT11 开始发送数据 总线空闲状态为高电平，主机把总线拉低等待 DHT11 响应，主机把 总线拉低必须大于 18 毫秒，保证 DHT11 能检测到起始信号。 DHT11 接收 到主机的开始信号后， 等待主机开始信号结束， 然后发送 80us 低电平响应 信号。主机发送开始信号结束后 ,延时等待 20-40us 后, 读取 DHT11 的响 应信号，主机发送开始信号后，可以切换到输入模式，或者输出高电平均 可 , 总线由上拉电阻拉高。图2.6 主机复位信号和 DHT11 响应信号号，总线为低电平， 说明 DHT11 发送响应信号， DHT11 发送响

28、应信号后， 再把总线拉高 80us ，准备发送数据，每一 bit 数据都以 50us 低电平时隙开 始，高电平的长短定了数据位是 0还是 1 。如果读取响应信号为高电平，则 DHT11 没有响应，请检查线路是否连接正常。当最后一 bit 数据传送完毕 后， DHT11 拉低总线 50us ，随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。数 字0 信号表示方法如图 2.7 所示。图 2.7 数字 0 信号表示方法 数字 1 信号表示方法如图 2.8 所示。图 2.8 数字 1 信号表示方法 注:采样周期间隔不得低于 1 秒钟。2.4.2 单片机 805151 单片机是基础入门的一种单片机，还是应用最广泛的

29、一种，目前很 多公司都有 51 系列的兼容机型推出， 目前乃至今后很长一段时间内将占有 大量市场。国产宏晶 STC 单片机以其低功耗、廉价稳定性能，占据着国内 51 单片机较大市场。单片机 8051 是 51 系列单片机的一种。（1） 8051 片内结构：8051 是有 8 个部件组成，即 CPU ，时钟电路，数据存储器，并行口 （ P0 P3 ）串行口， 定时计数器和中断系统， 它们均由单一总线连接并被 集成在一块半导体芯片上，即组成了单片微型计算机， 8051 内部结构如 图 2.9 所示。图 2.9 8051 内部结构 CPU 中央处理器： 中央处理器是单片机的控制核心， 完成运算和控

30、制功能。 CPU 中央处理器由运算器和控制器组成。 运算器包括一个 8 位算 术逻辑单元（ Arithmetic Logical Unit ，简称 ALU ）、 8 位累加器 （ Accumulator ，简称 ACC ）、8 位暂存器、寄存器 B 和程序状态寄存器 （ Program Status Word ，简称 PSW ）等。控制器包括程序计数器 （ Program Counter ，简称 PC ）、指令寄存器（ Instruction Resgister ， 简称 IR ）指令译码器（ Instruction decoder ，简称 ID ）及控制电路。它 还可以产生控制信号， 把数据

31、从存储器或输入口送到 CPU 或 CPU 数据写 入存储器或送到输出端口。 时钟电路： 8051 内部有时钟电路，只需要外接石英晶体做振荡器 和微调电容即可。晶振频率可选择 6MKHz 、 12 MKHz 或 11.0592 MKHz 。 内存：内部存储器可分做程序存储器 ROM 和数据存储器 RAM 。 定时 / 计数器： 8051 有两个 16 位的定时 / 计数器， 每个定时器 / 计 数器都可以设置成定时的方式和计数的方式，但只能用其中的一个功能， 以定时或计数结果对计算机进行控制。 并行 I/O 口：8051 有四个 8 位的并行 I/O 口，P0 ，P1 ，P2，P3， 以实现数据

32、的并行输出。 串行口： 8051 内部有一个全双工的串行口，它可以实现单片机与 其它设备之间的串行数据通信，该并行口功能较强，既可以做为全双工异 步通讯的收发器也可以作为同步移位器用，扩展外部 I/O 端口。 中断控制系统： 8031 有五个中断源，既外部中断 1 ，外部中断 0， 定时计数中断 1，定时计数中断 1 ，串行中断，全部的中断分为高和低的两个优先级。（ 2 ） 8051 的外部结构及引脚8051 外部结构如图 2.10 所示。 8051 引脚如图 2.11 所示。图 2.10 8051 外部结构图图 2.11 8051 引脚图8051 单片机采用 40 管脚双列直插 DIP 封装

33、，引脚说明如下：VCC （40 引脚）正常运行时提供电源。VSS （ 20 引脚）接地。XTAL1 （ 19 引脚）在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端， 该放大器构成了片内的震荡器，可以提供单片机的时钟信号，该引脚也是 可以接外部的晶振的一个引脚，如采用外部振荡器时，对于 8051 而言此 引脚应该接地。XTAL2 （ 18 引脚）在内部，接至上述振荡器的反向输入端，当采用 外部振荡器时， 对 MCS51 系列该引脚接收外部震荡信号，即把该信号 直接接到内部时钟的输入端。RST/VPD （ 9 引脚）在振荡器运行时，在此引脚加上两个机器周期 的电平将单片机复位，复位后应使此引脚电平保持不

34、高于 0.5V 的低电平 以保证 8051 正常工作。在掉电时， 此引脚接备用电源 VDD ，以保持 RAM 数据不丢失，当 BVCC 低于规定的值时，而 VPD 在其规定的电压范围内 时， VPD 就向内部数据存储器提供备用电源。ALE/PROG （ 30 引脚）当 8051 访问外部存储器时，包括数据存储 器和程序存储器， ALE9 地址锁存允许 0 输入的脉冲的下沿用于锁存 16 位地址的低 8 位，在不访问外部存储器的时候， ALE 仍有两个周期的正脉 冲输出，其频率为振荡器的频率的 1/6 ，在访问外存储器的是候，在两个 周期中， ALE 只出现一次， ALE 断可驱动 8 个 LS

35、 TTL 负载，对于有片 内 EPROM 的而言，在 EPROM 编程期间，此脚用于输入编程脉冲 PROG 。（ 29 引脚）此脚输出为 单片机内访问外部程序存储器的读选通信号， 在读取外部指令期间， PSEN 非有两次在每个周期有效， 在此期间， 每当 访问外部存储器时，两个有效的 PSEN 非将不再出现，同样这个引脚可驱 动 8 个 LSTTL 负载。/VPP （ 31 引脚）当保持高电平时，单片机访问内部存储器，当 PC 值超过 0FFFH 时，将自动转向片外存储器。当保持低电平时，则只访问 外部程序存储器，对 8051 而言，此脚必须接地。P0，P1 ，P2，P3：8051 有四个并行

36、口，在这四个并行口中，可以 在任何一个输出数据，又可以从它们那得到数据，故它们都是双向的，每 一个 I/O 口内部都有一个 8 位数据输出锁存器和一个 8 位数据输入缓冲 器，各成为 SFR 中的一个， 因此 CPU 数据从并行 I/O 口输出时可以得到 锁存，数据输入时可以得到缓冲，但他们在功能和用途上的差异很大， P0 和 P2 口内部均有个受控制器控制的二选一选择电路，故它们除可以用做 通用 I/O 口以外还具有特殊的功能， P0 口通常用做通用 I/O 口为 CPU 传送数据， P2 口除了可以用做通用口以外，还具有第一功能，除 P0 口以 外其余三个都是准双向口。8051 有一个全双

37、工串行口， 这个串行口既可以在程序下把 CPU 的 8 位并行数据变成串行数据一位一位的从发送数据线发送出去，也可以把串 行数据接受进来变成并行数据给 CPU ，而且这种串行发送和接收可以单独 进行也可以同时进行。8051 的 串行发送和接收利用了 P3 口的第二功能，利用 P3.1 做串 行数据接收线，串行接口的电路结构还包括了串行口控制寄存器 SCON ， 电源及波特率选择寄存器 PCON 和串行缓冲寄存器 SBUF ，他们都属于 SFR ，PCON 和 SCON 用于设置串行口工作方式和确定数据发送和接收， SBUF 用于存放欲发送的数据起到缓冲的作用。 P3 口各引脚的第二功能 如表

38、2.3 所示。第一功能第二功能第二功能信号名称P3.0RXD串行数据接受P3.1TXD串行数据发送P3.2INT0外部中断 0 请求P3.3INT1外部中断 1 请求P3.4T0定时 / 计数器 0 的部输入P3.5T1定时 / 计数器 1 部输入P3.6WR外部 RAM 或 I/O 写选通P3.7RD外部 RAM 或 I/O 读选通表 2.3 P3 口各引脚的第二功能（3） 8051 程序存储器8051 没有片内的 ROM ， 8051 有 4K 的 ROM ，而 8751 则是 4K 光可擦写 EPROM ， 89C51 片内有 4KB 的光可擦写 EPROM 。MCS-51 系列单片机片

39、外最多能扩展 64K 的片外程序存储器，外内 外的 ROM 是统一编址的。如保持高电平， 8051 的程序计数器 PC 在 0000H0FFFH 地址范围内（即前 4KB 地址），则执行片内 ROM 中程序； 如 PC 在 1000HFFFFH 地址范围时，则自动执行片外程序存储器中的 程序。如保持低电平，则只能寻址外部程序存储器，片外存储器可以从 0000H 开始编址。单片机有一个程序计数器 PC ，它始终存着 CPU 要读取的机器码的所 在地址，单片机工作时， PC 自动加一，此时程序开始顺序执行，寻址范 围为是 64K ，PC 没有地址，是不可寻址的，因此用户无法对它进行读写。 但可以通

40、过转移，调用，返回等指令改变内容，以实现程序的转移。程序存储器中有一组特殊单元是 0000H002H 。系统复位后， PC=0000H, 表示单片机从 0000H 单元开始执行程序。还有一组特殊但愿是 0003H002AH, 共 40 个单元。 这 40 个单元被均匀地分为 5 段，作为以下 5 个中断程序入口地址区。0003H000AH ：000BH0012H0013H001AH ：001BH0022H0023H002AH ：外部中断 0 入口地址。 ：定时器 0 溢出中断入口地址。外部中断 1 入口地址。 ：定时器溢出中断入口地址。串行口中断入口地址。使用时常在这些入口外安放一条绝对跳转指

41、令，使程序跳转到拥护安 排的中断处理程序的起始地址，或从 0000H 外执行一跳转指令，跳转到 用户设计的初始程序入口。（4） 8051 数据存储器8051 的内部 RAM 共有 256 个单元通常把这 256 个单元按其功能划 分为两个部分：低 128 单元（单元地址 00H7FH ）和高 128 单元（单 元地址 80HFFH ）。数据存储器用于存放运算中间的结果、 数据暂存、 缓 冲、标志位、待测程序等功能。片内的 128B 的 RAM 地址为 00H 7FH ，供用户做 RAM 用，但是 在这中间的前 32 单元， 00H 1FH 即引用地址寻址做用户 RAM 用，常 常做工作寄存器区

42、， 分做四组， 每组由 8 个单元组成通用寄存器 R0 R7， 任何时候都由其中一组作为当前工作寄存器，通过 RS0 ，RS1 的内容来决定选择哪一个工作寄存器。低 128 字节中的 20H 2FH 共 16 字节可用位寻址方式访问各位， 共 128 个位地址， 30H 7FH 共 80 个单元为用户 RAM 区，作堆栈或数 据缓冲用，片内 RAM 不够用时，须扩展片外数据存储器。此时单片机通 过 P2 口和 P0 口选出 6 位地址，使用 ALE 作低 8 位的锁存信号，再由 P0 口写入或读出数据。写时用，读时用做外部数据存储器的选通信号（ 5）特殊功能寄存器 SFR8051 片内 RAM

43、 的高 128 单元地址为 80HFFH ，是供给专用寄存 器 SFR （ Special Function Register，也称特殊功能寄存器）使用的。8051 有 21 个专用寄存器， 他们是用来管理 CPU 和 I/O 口以及内部 逻辑部件的，在指令中专用寄存器是以存储单元方式被读写的，专用寄存 器虽有名称，但寻址时都做专用寄存器用，它们的地址是与片内 RAM 的 地址相连的。下面就专用寄存器作以简单的介绍：累加器 A ：在绝大多数情况下它参与运算的一方并存放运算的结果。寄存器 B ：进行乘除运算时，寄存器 B 有特定的用途，在乘时存放一 个乘数以及积的最高位， A 中存放另一个乘数以

44、及积的低位。除法时， B 中存放除数及余数，而在 A 中存放被除数和商，其他情况可作为普通寄存 器用。堆栈指针 SP：在子程序调用或中断时，用来暂存数据和地址，它按 先进后出的原则存储数据，它是一个八位寄存器它指出堆栈顶部在片内 RAM 中的位置，系统复位后， SP 变成 07H ，使堆栈从 00 单元开始。数据指针 DPTR ：由两个字节组成， DPH 字地址由 83H ，DPL 由 82H ， 存放一个 16 位的二进制数做地址用。程序状态字 PSW ：七位用来表征各种标志。C：进位标志位，用于表示加减运算时最高位有无进位和借位，在加 法运算中，若累加器最高位有进位则 CY=1 ，否则 C

45、Y=0 ，在减法时则有 借位 CY=1 ，否则 CY=0 ，在执行算术逻辑运算时可以被硬件或软件置位 或清除， CPU 在进行移位操作也会影响该位。AC：当进行加法或减法运算时并产生由低四位向高四位的进位或借位 时，AC 置1，否则清 0。若 AC=0 时则在加减过程中 A3 没有向 A4 进位 或借位，否则正好相反。F0 ：F0 常不是由机器来指令执行中形成的，而是用户根据程序的需 要进行设置的， 这个位一经确定就可通过软件测试来决定用户程序的流向。RS1 ，RS0 ：8031 有四个 8 位工作寄存器 R0R7 ，用户可以改变 RS1 和 RS0 的状态来决定 R0 R7 的物理地址。OV

46、 ：用以指示运算是否发生溢出， 由机器执行指令自动形成， 若机器 在执行指令过程中累加器 A 超过 8 位，则 OV=1 否则为 0 。P：用来来表示累加器 A 中的值为 1 的二进制位的奇偶数，若 1 的个数为奇数 P=1 ，为偶数 P=0 。在串行通信中常用奇偶校验数据传输结 果的正确性。(6)工作方式它的工作方式可以分做复位，掉电和低功耗方式等。 复位方式当 MCS-5l 系列单片机的复位引脚 RST( 全称 RESET) 出现 2 个机器 周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果 RST 持续为高电平， 单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复

47、位和上电或 开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。常用的上电复 位电路如图 2.12a) 中左图所示。图中电容 C1 和电阻 R1 对电源十 5V 来 说构成微分电路。 上电后， 保持 RST 一段高电平时间， 由于单片机内的等 效电阻的作用，不用图中电阻R1 ，也能达到上电复位的操作功能，如图(2.12a) 中所示。上电或开关复位要求电源接通后， 单片机自动复位，并且 在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。常用的上电或开关复 位电路如图 (2.12b) 所示。上电后， 由于电容 C3 的充电和反相门的作用， 使 RST 持续一段时间的高电平。 当单片机已在运行当中时，

48、按下复位键 K 后松开， 也能使 RST 为一段时间的高电平， 从而实现上电或开关复位的操 作。根据实际操作的经验， 下面给出这两种复位电路的电容、 电阻参考值。图 2.12 单片机的复位电路图(2.12a) 中：Cl 10-30uF ，R1 1kO图(2.12b) 中： C： 1uF ，Rl lkO ， R2 10kO 掉电和低功耗方式人们往往在程序运行中系统发生掉电的故障，使 RAM 和寄存器中的 数据内容丢失，使人们丢失珍贵的数据而束手无策， 8051 有掉电保护， 是先把有用的数据保存，再用备用电源进行供电。第三章 系统硬件设计 经分析，将系统分为两个部分，一个是由温湿度传感器组成的检

49、测部 分，另一个是由单片机和 LED 数码管组成的主控与显示部分。 如图 DHT11 温湿度检测电路将检测到的数送到单片机，单片机对接收到的数据进行处 理并送到 LED 数码管， 5V 稳压电源给各个部分供电。系统整体组成框图 如图 4.1 所示：图 3.1 系统整体组成框图3.1 系统工作原理图本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可 以对外界温度发生感应并能记录，我设计了以 8051 基本系统为核心的一 套检测系统， 其中包括单片机最小系统 （复位电路、时钟电路） 、温湿度检 测电路、数码显示电路、报警电路、系统软件等部分的设计。因此，基于 单片机控制的仓库温度监控系统

50、的电路原理图如图 3.2 所示：图 3.2 基于单片机控制的仓库温度监控系统的电路原理图 电路原理图分析：单片机：进行 C 语言编写程序控制整个系统；温湿 度传感器 DHT11 ：采集外界环境温湿度并分析处理温湿度；数码管：把 所测到的温湿度用数字形式显示在数码管上；蜂鸣器：当温湿度传感器测 量到的数据超过预设值时进行报警。3.2 系统的各模块电路设计3.2.1 时钟电路设计时钟电路是用来产生 8051 单片机工作时所必须的时钟信号， 8051 本身就是一个复杂的同步时序电路，为保证工作方式的实现， 8051 在唯 一的时钟信号的控制下严格的按时序执行指令进行工作 ，时钟的频率影响 单片机的速

51、度和稳定性。通常时钟由于两种形式：内部时钟和外部时钟。我们系统采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号。 8051 内部有一 个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该放大器的输入输出引脚为 XTAL1 和 XTAL2 ，它们跨接在晶体振荡器和用于微调的电容，便构成了一个自激励振荡器。电路中的 C1 、C2 的选择在 30PF 左右，但电容太小会影响振荡的频 率、稳定性和快速性。晶振频率为在 1.2MHZ 12MHZ 之间，频率越高 单片机的速度就越快，但对存储器速度要求就高。为了提高稳定性我们采 用温度稳定性好的 NPO 电容， 采用的晶振频率为 12MHZ 。时钟电路如图 3.3 所示：图 3.3

52、 系统时钟电路3.2.2 复位电路的设计 无论是在单片机刚接上电源是时，还是断电后或者发生故障后都要复 位。单片机复位是使 CPU 和系统的其他功能部件都恢复到一个确定的初 始状态，并从这个状态开始工作，使单片机从程序存储器的第一个单元指 令执行。单片机复位电路的条件是：必须使 RST（第 9 引脚）加上持续两个周 期（即 24 个震荡脉冲周期）以上接高电平。若时钟频率为 122MHz ，每 个机器周期为 1us ，为需要加上持续 2us 以上时间高电平， 其系统的复位 电路如图 3.4 所示：图 3.4 系统的复位电路3.2.3 温湿度检测电路 温湿度监测电路是有数字温湿度传感器 DHT11

53、 与单片机系那个连 接，数字温湿度传感器 DHT11 来检测外界环境的温湿度进行数据采集处 理分析信号， 单片机用来编写程序， 系统的温湿度检测电路如图 3.5 所示。图 3.5 系统温湿度监测电路3.2.4 显示电路设计 在单片机应用系统设计中，一般都是把键盘和显示器放在一起考虑。本设计是利用 8051 的串行口实现数码管显示器接口。当 8051 的串行口未作它用时，使用 8051 的串行口来外扩键盘 / 显 示器。应用 8051 的串行口方式 0 的输出方式， 其数码管显示电路如图 3.6 所示。图 3.6 数码管显示电路3.2.5 报警电路设计在微型计算机控制系统中， 为了安全生产， 对

54、于一些重要的参数或系 统部位，都设有紧急状态报警系统，以便提醒操作人员注意，或采取紧急 措施。其方法就是把计算机采集的数据或记过计算机进行数据处理、数字 滤波，标度变换之后，与该参数上下限给定值进行比较，如果高于上限值 （或低于下限值）则进行报警，否则就作为采样的正常值，进行显示和控 制。本设计采用峰鸣音报警电路。 峰鸣音报警接口电路的设计只需购买市 售的压电式蜂鸣器，然后通过 MCS-51 的 1 根口线经驱动器驱动蜂鸣音 发声。压电式蜂鸣器约需 10mA 的驱动电流，可以使用 TTL 系列集成电 路 7406 或 7407 低电平驱动，也可以用一个晶体三极管驱动。在图中， P3.2 接晶体

55、管基极输入端。当 P3.2 输出高电平“ 1 ”时，晶体管导通，压电蜂鸣器两端获得约 +5V 电压而鸣叫；当 P3.2 输出低电平“ 0 ”时，三 极管截止，蜂鸣器停止发声，图 3.7 是一个简单的使用三极管驱动的峰鸣 音报警电路。图 3.7 报警电路3.2.6 电路元器件功能分析 由系统的硬件设计以及电路原理图的基于单片机的仓库温度监控系统 元件清单表如表 3.1 所示。序号名称参数数量1单片机AT89C511个2晶振12KMHz1个3温湿度传感器DHT111个4八段数码管6个5三极管80507个6电容30pf2个7电容1041个8电容22pf1个9电阻10K7个10电阻5K1个11蜂鸣器1个表 3.1 基于单片机的仓库温度监控系统元件清单表电路元器件的作用功能分析：单片机：编写 C 语言程序；晶振：构成 了片内的震荡器；信号；温湿度传感器：检测环境温湿度；八段数码管： 显示温湿度；三极管：驱动蜂鸣器或数码管；电容 : 充放电；电阻：上电 或阻抗；蜂鸣器：报警。第四章 系统软件设计4.1 系统软件分析单片机应用系统的程序设计，