基于单片机温湿度测量系统的研究与设计

1、 综合实训河南机电高等专科学校综合实训论文实训题目：基于单片机温湿度测量系统的研究与设计 系部：电子通信工程系 专业：应用电子技术 班级：应电113班 姓名：苏宝华 学号：110415230 2013年10月日 摘 要 温湿度的测量应用范围是很广的，对温湿度测量系统的研究也具有深远意义，本课题针对国内外对温湿度测量系统的研究与发展状况，分析了目前温湿度测量系统存在的主要问题，设计了一种基于单片机的温湿度测量系统，对某些有着特殊要求温度和湿度的场合实现长期、稳定、定时、自动的检测。本设计主要由硬件电路和软件电路两部分组成，系统通过温湿度检测电路，把采集到的信号传给单片机，通过单片机来处理采集到的

2、信号并通过LCD显示出来，如果温湿度过高或过低，报警电路会自动报警。它以AT89C52单片机为核心，采用SHT11集成温湿度传感器实现一种智能、快捷、方便的温湿度测量系统，整个系统由温湿度检测电路、时钟电路、LCD显示电路、键盘电路、报警电路和单片机等组成。设计的系统结构简单紧凑、功耗较低、抗干扰能力强、总体性能比较好，符合了智能仪器仪表小型化的潮流，为今后开发高性能和商品化的温湿度测量仪器奠定了良好的基础。关键词 单片机，温湿度，SHT11传感器I目 录摘要.目录绪论. 1第1章. 1 1.1 概述. 1 1.2 国内外研究现状.1 1.2.1 国外研究现状1 1.2.2 国内研究现状1 1

3、.3 温湿度检测的发展状况以及存在的问题1 1.4 课题研究的主要内容2第2章 系统硬件部分设计. .4 2.1 AT89C52单片机介绍.4 2.2 温湿度测量电路的设计.9 2.2.1 SHT11简介9 2.2.2 SHT11主要性能特点9 2.2.3 SHT11工作原理10 2.2.4 SHT11输出特性10 2.2.5 运行条件11 2.2.6 安装注意事项11 2.2.7 SHT11与单片机连接12 2.3 LCD显示电路设计12 2.3.1 LCD1602简介12 2.3.2 LCD1602的特性12 2.3.3 LCD1692引脚功能13 2.3.4 指令集13 2.3.5 LC

4、D1602与单片机连接14 2.4 时钟电路设计15 2.4.1 DS1302简介15 2.4.2 DS1302工作原理15 2.4.3 DS1302结构及引脚功能15 2.4.4 DS1302与单片机连接16 2.5 键盘电路设计17 2.5.1 键盘工作原理17 2.5.2 独立式键盘与单片机的连接18 2.6 报警电路设计18 2.7 抗干扰措施19第3章 系统软件设计21 3.1 系统总体流程图21 3.2 温湿度采集模块软件设计22 3.3 LCD显示模块软件设计24 3.4 时钟模块软件设计28 3.5 报警电路软件设计28第4章 仿真与调试30 4.1 电气原理图30 4.2 部

5、分参考程序30 4.3 仿真结果44结束语49致谢50参考文献51III 第1章 绪论1.1 概述温湿度测量是现代检测技术的重要组成部分，在保证产品质量，提高产品量，节约资源和安全生产方面起着非常重要的作用。因此，能够确保快速、准确的测量温湿度的技术及其装置受到各国的重视。随着信息产业的发展及其工业化的进步，温度和湿度不仅仅变现在以上几个方面直接或间接影响人类基本生活条件，还表现在对生物用品、医药卫生、科学研究、国防建设等方面的影响。针对以上情况，实现对温湿度的准确可靠测量显的尤其重要。近年来，利用智能化数字式温湿度传感器以及实现温湿度信息的在线检测已成为温湿度检测技术的一种发展趋势。本文介绍

6、的温湿度检测系统，以智能化数字化温湿度传感器与52单片机有机结合，构成一种温湿度检测系统。该系统具有性能可靠、测温准确、结构简单、价格低廉、抗干扰能力强等优点，可在工程实际中得到广泛应用。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状国外对温湿度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪器，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温湿度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。1.2.2 国内研究现状我国对于温湿度测控技术的研究较晚，

7、始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温湿度测控技术的基础上，才掌握了温湿度室内微机控制技术，该技术权限于对温湿度的单项环境因子的控制。我国温湿度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温湿度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中任然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性等特点。1.3 温湿度检测的发展状况以及存在的问题传统的温度和湿度检测系

8、统主要有以下几种：（1） 水汽压（e）：是水汽在大气总压力中的分压力。它表示了空气中水汽的绝对含量的大小，以毫巴为单位。（2） 相对湿度（rh）：湿空气中实际水汽压e与同温度下饱和水汽压E的百分比，相对湿度的大小能直接表示空气距离饱和的相对程度。空气完全干燥时，相对湿度为零。相对湿度越小，表示当时空气越干燥。当相对湿度接近于100%时，表示空气很潮湿，越接近于饱和。（3） 露点（或霜点）温度：指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。（4） 干湿球温度表：用一对并列装置、形状完全相同的温度表，一支测气温，称干球温度表，另一支包有保持浸透蒸馏水的脱脂纱布，称湿球温度表。（5）

9、湿度表（计）：利用脱脂人发（或牛的肠衣）具有空气潮湿时伸长，干燥时缩短的特性，制成毛发湿度表或湿度自记仪器，它的测湿精度较差，毛发湿度表通常在气温低于10时使用。（6） 电阻式湿度片：利用吸湿膜片随湿度变化改变其电阻值的原理，常用的有碳膜湿敏电阻和氯化锂湿度片两种。前者用高分子聚合物和导电材料碳黑，加上粘合剂配成一定比例的胶状液体，涂覆到基片上组成的电阻片；后者是在基片上涂上一层氯化锂酒精溶液，当空气湿度变化时，氯化锂溶液浓度随之改变从而也改变了测湿膜片的电阻。（7） 薄膜湿敏电容：是以高分子聚合物为介质的电容器，因吸引（或释放）水汽而改变电容值。它制作精巧，性能优良，常用在探空仪和遥测中。（

10、8） 露点仪：能直接测出露点温度的仪器。使一个镜面处在样品湿空气中降温，直到镜面上隐现露滴（或冰晶）的瞬间，测出镜面平均温度，即为露（霜）点温度。它测湿精度高，但需光洁度很高的镜面，精度很高的温控系统，以及灵敏度很高的露滴（冰晶）的光学探测系统。使用时必须使吸入样本空气的管道保持清洁，否则管道内的杂质将吸收或放出水分造成测量误差。随着智能检测系统的飞速发展，基于单片机的温湿度检测系统将多传感器系统结合在一起。如何把多传感器集中于一个检测控制系统，综合利用来自多传感器的信息，获得对被测对象的可靠了解和解释，以利于系统做出正确的响应、决策和控制，是智能检测控制系统中需要解决的首要问题。在温湿度要求

11、严格的场合，利用多传感技术可以提高系统的可靠性和精度，亦可以提高系统的时间空间的覆盖范围。1.4 课题研究的主要内容本设计主要作了如下几个方面：一是确定系统的总体功能设计方案；二是进行自能传感器的硬件电路和软件系统的设计；三是单片机及通信接口的硬件电路及软件系统设计。本课题针对这些弱点，利用52单片机为核心，连接电源模块（USB接口）、温湿度采集与转换模块、LCD显示模块、键盘控制模块、时钟模块、报警模块及其附属电路，以实现对温湿度的精度、稳定的测量。本系统具有温、湿度测量精度高、功能高、体积小、价格低、简单灵活等优点，能很好的满足工农业工艺要求。第2章 系统硬件部分设计本系统硬件部分：AT8

12、9C52单片机、温湿度测量电路、键盘电路、时钟电路、LCD显示电路、报警电路以及其它附属电路的设计。系统设计的整体框图如下图所示。 系统设计的整体框图2.1 AT89C52单片机介绍AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8K bytes的可反复檫写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。AT89C52提供以下标准功能：8K字节Flash闪速存储器，256字节内部

13、RAM，32个I/O口线，3个16为定时计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信接口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节点工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM、定时/计数器、串行通信口和中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部门工作直到下一个硬件复位。主要特征：·与MCS52兼容·8K字节可重复擦写FLASH闪速存储器·1000次写/擦循环周期 ·全静态工作：0Hz24MHz·三级加密程序存储器锁存·256×

14、8位内部RAM·32个可编程I/O线·3个16位定时器/计数器·8个中断源·可编程串行UART通道·低功耗的闲置和掉电模式管脚说明：VCC：供电电压GND：接地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作用输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校检时，输出指令字节，校检时，要求外接上拉电阻。P1口

15、： P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL，逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），参见下表Flash编程和程序校检期间，P1接收低8位地址。引脚号功能特性P1.0T2，时钟输出P1.1T2EX（定时、计数器2）P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O，P2的输出缓冲级可

16、驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI）时，P2口输出P2锁存器的内容。Flash编程或校检时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们

17、被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能。P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校检的控制信号。RST：复位输出。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟震荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该

18、引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

19、需注意的事：如果加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。外接晶体引脚XTAL1、XTAL2：当使用单片机内部振荡器电路时，这两个引脚用来外接石英晶体和微调电容，如下图所示。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，XTAL1引脚接地，XTAL2接片外振荡

20、脉冲输入（带上拉电阻）；对于CHMOS单片机，XTAL2引脚接地，XTAL1接片外振荡脉冲输入（带上拉电阻），如下图所示。外接晶体电路复位方式 MCS52单片机有一个复位引脚RET，高电平有效。在时钟电路工作以后，当外部电路使得RST端出现2个机器周期（24个时钟周期）以上的高电平，系统内部复位。复位有两种方式：上电复位和按钮复位，如下图。MCS52复位电路2.2 温湿度测量电路的设计2.2.1 SHT11简介SHT11时瑞士Sensirion公司推出的基于COMSEnsTM技术的新型温湿度传感器。该传感器将CMOS芯片技术与传感器技术结合起来，从而发挥出它们强大的优势互补作用。2.2.2 S

21、HT11主要性能特点·将温湿度传感器、信号放大调理、A/D转换、I2C总线接口全部集成于一芯片（COMSEnsTM技术）·可给出全校准相对湿度和温度值输出·带有工业标准的I2C总线数字输出接口·具有露点值计算输出功能·具有卓越的长期稳定性·湿度值输出分辨率为14位，温度值输出分辨率为12位，并可编程为12位和8位·小体积（7.65×5.08×23.5mm），可表面贴装 ·具有可靠的CRC数据传输校验功能 ·片内装载的校准系数可保证100%互换性·电源电压范围2.4-5.5V&

22、#183;电流消耗，测量时550uA，平均为28uA，休眠时为3uASHT11温湿度传感器采用SMD（Lcc）表面贴片封装形状，管脚排列如下图，其引脚说明如下：由于将传感器与电路部分结合在一起。该传感器具有比其它的温湿度传感器优越得多的性能。首先是传感器信号强度的增加增强了传感器的抗干扰性能，保证了传感器的长期稳定性，而A/D转换的同时完成，则降低了传感器对干扰噪声的敏感程度。其次在传感器芯片内装载的校准数据保证了每一只温湿度传感器都具有相同的功能，即具有100%的互换性。最后，传感器可直接通过I2C总线与任何类型的微处理器、微控制器系连接，节省了单片机的I/O接口线，降低了成本。 （1）GN

23、D：接地端 （2）DATA：双向串行数据线 （3）SCK：串行时钟输入 （4）VDD：0.4V5.5V电源端 （5）NC：空管脚 2.2.3 SHT11工作原理 SHT11的湿度检测运用电容式结构，并采用具有不同保护的微型结构检测电极系统与聚合物覆盖层来组成传感器芯片的电容，除保持电容式湿敏器件的原有特性外，还可抵御来自外界的影响。由于它将温度传感器与湿度传感器结合在一起而构成了一个单一的个体，因而测量精度较高且可精确得出露点，同时不会产生由于温度与湿度传感器之间随温度梯度变化引起的误差CMOSensTM技术不仅将温湿度传感器结合在一起，而且还将信号放大器、模/数转换器、校准数据存储器、标准I

24、2C总线等电路全部集成在一个芯片内。SHT11传感器的内部结构图如下图示。SHT11的每一个传感器都是在极为精确的湿度室中校准的。SHT11传感器的校准系数预先存在OTP内存中。经校准的相对湿度和温度传感器与一个14位的A/D转换器相连，可将转换后的数字温湿度值送给二线I2C总线器件，从而将数字信号转换为符合I2C总线协议的串行数字信号。 SHT11传感器的内部结构框图2.2.4 SHT11输出特性（1） 湿度值输出SHT11可通过I2C总线直接输出数字量湿度值，其相对湿度数字输出特性曲线。可看出SHT11的输出特性呈一定的非线性，为了补偿湿度传感器的非线性，可按如下公式修正湿度值：RHIin

25、ear=c1+c2S0RH+C3S0RH式中，SORH为传感器相对测量值，系数取值如下：12位：SORH：c1=-4，c2=0.0405,c3=-2.8×10-68位：SORH：c1=-4,c2=0.648,c3=-7.2×10-4（2） 温度值输出 由于SHT11温度传感器的线性非常好，故可用下列公式将温度数字输出转换成实际温度值：T=d1+d2SOT当电源电压为5V，且温度传感器的分辨率为14位时，d1=-40,d2=0.01,当温度传感器的分辨率为12位时，d1=-40,d2=0.04.（3） 露点计算空气的露点值可根据相对湿度和温度值来得出，具体的计算公式如下：Lo

26、gEW=(0.66077+7.5T/(237.3+T)+log10(RH)-2)Dp=(0.66077-logEW)×237.3/(logEW-8.16077)2.2.5 运行条件测量量程以外的温度会使湿度信号暂时地偏移+3%。然后传感器会慢慢返回到校准调教。若将芯片在湿度小于5%环境下加热24小时到90，芯片就会迅速恢复高相对湿度、高温度环境的影响，但是，延长强度条件会加速芯片的老化。2.2.6 安装注意事项由于大气的相对湿度与温度的关系比较密切，因此，测量大气温度时的要点是将传感器与大气保持同一温度，如果传感器线路板上有发热元件，SHT11应与热源保持良好的通风，为减少SHT11

27、和PCB之间的热传达，应使铜导线最细并在其中加上窄缝，同时应避免使传感器在强光或UV下曝晒。传感器在布线时，SCK和DATA信号平坦且相互接近，或信号线长于10cm时，均会产生干扰信息，此时应在两组信号之间放置VDD或GND。2.2.7 SHT11与单片机连接 SHT11与单片机连接电路图2.3 LCD显示电路设计2.3.1 LCD1602简介1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5×7或者5×11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作

28、用，正因为如此所以他不能显示图形。2.3.2 LCD1602的特性·1602液晶显示器为若干5×8或5×11的点阵显示字符。每个点阵块为一个字符位，字符间距和行距都为一个点的宽度·1602液晶主控制驱动电路为HD44780或其他全兼容电路·提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能·具有字符发生器的ROM可显示192种字符（160个5×7点阵字符和32个5×10点阵字符）·有80字节显示数据存储器DDRAM·内建有192个5×7点阵的字型的字符发生器CGROM&

29、#183;8个可由用户自定义的5×7的字符发生器CGROM2.3.3 LCD1602引脚功能引脚号引脚名电平输入/输出作用1Vss电源地2Vcc电源（+5V）3Vee对比调整电压4RS0/1输入0=输入指令1=输出数据5R/W0/1输入0=向LCD写入指令或数据1=从LCD读取数据6E1，10输入使能信号，1时读取信号，10（下降沿）执行指令7DB00/1输入/输出数据总线Line0（最低位）8DB10/1数据总线Line19DB20/1输入/输出数据总线Line210DB30/1输入/输出数据总线Line311DB40/1输入/输出数据总线Line412DB50/1输入/输出数据总

30、线Line513DB60/1输入/输出数据总线Line614DB70/1输入/输出数据总线Line7（最高位）15DB8+VccLCD背光电源负极16DB9接地LCD背光电源正极2.3.4 指令集1602通过D0-D7的8位数据端传输数据和指令。显示模式设置：（初始化） 0011 00000×38设置16×2显示，5×7点阵，8位数据接口；显示开关及光标设置：（初始化） 0000 1DCB D显示（1有效）、C光标显示（1有效）、B光标闪烁（1有效） 0000 01NS N=1（读或写一个字符后地址指针加1&光标加1）， N=0（读或写一个字符后地址指针减

31、1&光标减1）， S=1 且 N=1（当写一个字符后，整屏显示不移动） S=0 当写一个字符后，整屏显示不移动数据指针设置： 数据首地址为80H，所以数据地址为80H+地址码（0-27H，40-67H）其他设置： 01H（显示清屏，数据指针=0，所有显示=0）；02H（显示回车，数据指针=0）。2.3.5 LCD1602与单片机连接LCD1602与单片机连接2.4 时钟电路设计2.4.1 DS1302简介DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低消耗、带RAM的实时时钟电路，附加31字节静态RAM，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2

32、.5V-5.5V。采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。2.4.2 DS1302工作原理DS1302工作时为了对任何数据传送进行初始化，需要将复位脚（RST）置位高电平且将8位地址和命令信息装入移位寄存器。数据在时钟（SCLK）的上升沿串行输入，前8位指定访问地址，命令字装入移位寄存器后，在之后的时钟周期，读操作时输入数据，写

33、操作时输出数据，时钟脉冲的个数在单字节方式下为8+8（8位地址+8位数据），在多字节方式下最多可达248位的数据。2.4.3 DS1302结构及引脚功能下图（a）为DS1302引脚排列图，(b)为其内部结构图 （a） (b)·Vcc1为后备电源，Vcc2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。·X1和X2是振荡源，外接32.768KHz晶振。·RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，R

34、ST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高组态。上电运行时，在Vcc2.0V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置位高电平。·SCLK：串行时钟，输入，控制数据的输入和输出·I/O：三线接口时的双向数据线·CE：输入信号，在读、写数据期间必须为高，该引脚有两个功能：第一，CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；第二，CE提供结束单字

35、节或多字节数据传输的方法。2.4.4 DS1302与单片机连接DS1302与CPU的连接需要三条线，即SCLK（7）、I/O（6）、RST（5）。Vcc2为备用电源，外接一个32.768KHz的晶振。下图为DS1302与52单片机的连接图。 DS1302与52单片机的连接2.5 键盘电路设计2.5.1 键盘工作原理键盘实际上是一组按键开关的集合，平时按键开关总是处于断开状态，当按下键时它才闭合。它的结构和产生的波形如下图所示。 键盘开关及波形2.5.2 独立式键盘与单片机的连接独立式键盘就是个按键相互独立，每个按键各接一根I/O接口线，每根I/O接口线都不会影响其它I/O接口线。因此，通过检测

36、I/O接口线的电平状态就可以容易的判断出哪个按键被按下了。本次设计只需用到五个键，所以采用独立式键盘，在程序设计中采用查询方式来判别是否有键按下。SH为湿度限设置键、ST为温度限设置键、V+为加一键、V-为减一键、RE为返回键。如下图 独立式键盘2.6 报警电路设计在微型计算机控制系统中，为了生产的安全，在紧急情况或参数指标超限时要进行及时的报警，以便操作人员及时修改一些重要的参数或系统部位，采取紧急措施，确保生产的安全性。其方法是将检测值与设定值进行比较，如果高于上限值或低于下限值则进行报警，否则就正常显示。本报警系统的设计由发光二极管和蜂鸣器组成，如下图所示，当P3.1输出高电平，则蜂鸣器

37、鸣叫，当P3.1输出低电平，则蜂鸣器停止。TH为温度上限指示灯，当温度超过设定的上限值，P3.3输出高电平，TH发光，同时P3.1输出高电平，蜂鸣器鸣叫；TL为温度下限提示灯，当温度超过设定的下限值，P3.4输出高电平，TL发光，同时P3.1输出高电平，蜂鸣器鸣叫；HH为湿度上限提示灯，当湿度超过设定的上限值，P3.5输出高电平，HH发光，同时P3.1输出高电平，蜂鸣器鸣叫；HL为湿度下限提示灯，当湿度超过设定的下限值，P3.6输出高电平，HL发光，同时P3.1输出干电平，蜂鸣器鸣叫。 报警电路与单片机接口2.7 抗干扰措施 单片机应用系统的工作环境往往都是具有多种干扰源的场所，为提高系统的可

38、靠性和精确性，抗干扰措施在硬件系统设计中显得的尤为重要。根据干扰源引入的途径，抗干扰措施可以从以下几个方面考虑：（1） 电源供电系统为了克服电网及系统自身的干扰，可采用隔离变压器、交流稳压、线滤波器、稳压电路各级滤波等抗干扰措施。（2） 电路上的考虑为进一步提高系统的可靠性，在硬件电路设计时，应采取一系列的抗干扰措施：a） 大规模IC芯片电源供电端都应加高高频滤波电容，根据负载电流的情况，在各级供电节点还应加足够容量的退耦电容；b） 开关量I/O通道与外界的隔离可采用光电耦合器件，特别是与继电器、可控硅等连接的通道，一定要采取隔离措施；c） 可采用CMOS器件提高工作电压（如+15V），这样干

39、扰门限也相应提高；d） 传感器后缀的变送器尽量采用电流式传输方式，因电流型比电压型抗干扰能力强；e） 电路应有合理的布线及接地方法；f） 与环境干扰的隔离可采用屏蔽措施。本章中确定了系统的设计总体方案，温湿度测量所用到的方法，单片机应用系统的研制方案。还具体介绍了各模块设计方案，初步明确了系统的研制方法。此处还考虑到了系统设计中所遇到的干扰和消除干扰的方式，为系统进一步的设计做好了准备。 第3章 系统软件设计在单片机系统中，软件系统与硬件系统紧密结合，为提高设计的通用性，必须根据具体的硬件电路来设计与之相对应的软件，硬件设计的优劣直接关系到软件设计的难易，软件设计的优劣又直接影响到硬件的发挥。

40、本课题软件部分设计方法与硬件部分设计相对应，同样采用模块化的思路，将该部分设计分成不同的程序模块，分别进行编译、调试、最后通过主程序将各模块连接起来。这样有利于程序的修改和调试，增强了程序的可移植性。本系统软件设计主要包括：温湿度采集转换模块、时钟模块、LCD显示模块、键盘模块等。3.1 系统总体流程图 系统总体流程图当单片机上电复位后，LCD会显示当前的时间和温度、湿度，按下相应的功能按键，可以调整时间和温湿度的设定值。系统的总体流程图如上图示。3.2 温湿度采集模块软件设计SHT11传感器共有5条用户命令，具体命令格式见下表所列。下面介绍一下具体的命令顺序及命令时序。表1 SHT11传感器

41、命令列表命令编码说明测量温度00011温度测量测量湿度00101湿度测量读寄存器状态00111“读”寄存器状态写寄存器状态00110“写”寄存器状态软启动11110重启芯片，清除状态记录器的错误记录11毫秒后进入下一个命令（1） 传输开始初始化传输时，应首先发出“传输开始”命令，该命令可在SCK为高时使DATA由高电平变为低电平，并在下一个SCK为高时将DATA升高。接下来的命令顺序包含三个地址位（目前只支持“000”）和5个命令位，当DATA脚的SCK位处于低电平时，表示SHT11正确收到命令。（2） 连接复位顺序如果与SHT11传感器的通讯中断，下列信号顺序会使串口复位：即当DATA线处于

42、高电平时，触发SCK9次以上（含9次），次后应该看发一个“传输开始”命令。表2 SHT11状态寄存器类型及说明位类型说明缺省7保留06读工检限（低电压检查）X5保留04保留03只用于试验，不可以使用02读/写加热0关1读/写不从OTP重下载0重下载0读/写1=8相对湿度，12位温度分辨率。0=12位相对湿度，14位湿度分辨率（3） 温湿度测量时序当发生了温（湿）度测量命令后，控制器就要等到测量完成。使用8/12/14位的分辨率测量分别需要大约11/55/210ms的时间。为表明测量完成，SHT11会使数据线为低，此时控制器必须重新启动SCK。然后传送两字节的测量数据与1字节的CRC校检和。控制

43、器必须通过使DATA为低来确认每一个字节，所有的量均从右算MSB列于第一位。通讯在确认CRC数据位后停止。如果没有用CRC-8校验和，则控制器就会在测量数据LSB后保持ack为高来停止通讯，SHT11在测量和通讯完成后会自动返回睡眠模式。需要注意的是，为使SHT11的温度低于0.1。此时的工作频率不能大于标定值的15%（如：12位精确度时，每秒最多进行3次测量）。温湿度采集模块程序流程如下图示。 温湿度采集模块程序流程图3.3 LCD显示模块软件设计LCD控制器总共有11条指令，它们的格式和功能如下：（1） 清屏命令 格式：RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000000

44、0001 功能：清除屏幕，将显示缓冲区DDRAM的内容全部写入空格（ASCII20H） 光标复位，回到显示器的左上角 地址计数器AC清零（2） 光标复位命令 格式：RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000000001X 功能：光标复位，回到显示器的左上角 地址计数器AC清零 显示缓冲区DDRAM的内容不变（3） 输入方式设置命令 格式：RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000000001I/DS 功能：设定当写入一个字节后，光标的移动方向以及后面的内容是否移动 当I/D=1时，光标从左向右移动；当I/D=0时，光标从右向左移动 当S=1，内容移动；

45、当S=0，内容不移动（4） 显示开关控制命令 格式：RSR/WDBDBDBDBDBDBDBDB0000001DCB 功能：控制显示的开关，当D=1时显示，D=0时不显示 控制光标开关，当C=1时光变显示，C=0时光标不显示 控制字符是否闪烁，当B=1时字符闪烁，B=0时字符不闪烁（5） 光标移位置命令 格式：RSR/WDBDBDBDBDBDBDBDB000001S/CR/LXX 功能：移动光标或整个显示字幕移位 当S/C=1时整个显示字幕移位，S/C=0时只光标移位 当R/L=1时光标右移，R/L时光标左移（6） 功能设置命令 格式：RSR/WDBDBDBDBDBDBDBDB00001DLNF

46、XX 功能：设置数据位数，当DL=1时数据位为8位，DL=0时数据位为4位 设置显示行数，当N=1时双行显示，N=0时单行显示 设置字形大小，当F=1时5×10点阵，F=0时5×7点阵（7） 设置字库CGRAM地址命令 格式： 功能：设置用户自定义CGRAM的地址，对用户自定义CGRAM访问时，要先设 定CGRAM的地址，地址范畴为063（8） 显示缓冲区DDRAM地址设置命令 格式： 功能：设置当前显示缓冲区DDRAM的地址，对DDRAM访问时，要先设定DDRAM 的地址，地址范畴为0127（9） 读忙标志及地址计数器AC命令 格式： 功能：读忙标志及地址计数器AC命令 当BF=1时表示忙，这时不能接收命令和数据，BF=0时表示不忙 低7位为读出的AC的地址，值为0127（10） 写DDRAM或CG