基于单片机的温湿度检测毕业论文.docx

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1、仅供学习参考基于单片机环境温湿度基于单片机环境温湿度测量系统设计测量系统设计课程：课程： 现代检测技术现代检测技术学院：学院： 信息工程学院信息工程学院专业：专业： 计算机科学与技术计算机科学与技术学号学号: :xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx：xxxxxx老师：老师： 冯晓明冯晓明仅供学习参考I基于单片机环境温湿度测量系统设计基于单片机环境温湿度测量系统设计摘要摘要在工农业生产和日常生活中，需要了解温湿度等各种参数。一此对环境温度要求比拟高的场合，都必须严格的控制环境的温度与湿度，让其保持在一定的范围内。本次设计选用的温湿度传感器为 DHT11，时间处理芯片为 DS1302，采用AT

2、89S52 作为系统的控制核心， 4 位 7 段数码管作为系统的显示， 并有报警电路，当系统超过设定的温度范围时，启动报警。用户可以通过按键自行设定报警温度的范围。关键字关键字：温湿度传感器DHT11AT89S52IIAbstractsIn the industrial and agricultural production and daily life, need to know variousparameters such as temperature and humidity. One of the environment temperaturemore demanding occasi

3、ons, must be strictly control the environment temperature andhumidity, let it in a certain range. This design selection the temperature and humidityDHT11,and use the chip DS1302 to process the time .As the control system usingAT89S52 devices core, four 7 period of digital tube as system shows, and h

4、ave thealarming circuit, when the system more than set temperature range, start alarm. Theuser can through the keys set alarm temperature range.Key words:Temperature and humidity sensorDHT11DS1302 AT89S52IIIII1 绪论绪论.11.1 温度、湿度简介温度、湿度简介.11.2 温度与湿度与人们日常生活的关系温度与湿度与人们日常生活的关系.11.3 温湿度的行业应用温湿度的行业应用.11.4 温

5、湿度传感器使用考前须知温湿度传感器使用考前须知. 2二、系统总体方案二、系统总体方案.22.1 系统总体方案原理框图系统总体方案原理框图.22.2 系统方案简介系统方案简介.3三、硬件电路设计三、硬件电路设计.43.1 电源电路设计电源电路设计.43.2 单片机最小系统设计单片机最小系统设计.63.3 显示电路设计显示电路设计. 83.4 温湿度传感器电路设计温湿度传感器电路设计.113.5DS1302 电路设计电路设计.133.6 按键输入电路设计按键输入电路设计.153.7 报警电路设计报警电路设计.17四、程序设计四、程序设计.184.1 系统程序流程图系统程序流程图.184.2 DHT

6、11 程序设计程序设计.194.3 DS1302 程序设计程序设计.20五、系统仿真与调试五、系统仿真与调试.225.1 protues 简介简介.225.2 DHT11 仿真图仿真图.235.3 DS1302 仿真仿真.24III5.4 系统调试系统调试.24六、数据的获取与分析六、数据的获取与分析.256.1 实验内容实验内容.256.2 实验结果与讨论实验结果与讨论.25III6.2.1 测量测量.256.2.2 温度特性研究温度特性研究.266.2.3 温度特性研究温度特性研究.28七、结论七、结论.3011 绪论绪论1.1 温度、湿度简介温度、湿度简介由于温度与湿度不管是从物理量本身

7、还是在实际人们的生活中都有着密切的关系，所以温湿度一体的传感器就会相应产生。 温湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。 市场上的温湿度传感器一般是测量温度量和相对湿度量。温度：度量物体冷热的物理量，是国际单位制中 7 个根本物理量之一。在生产和科学研究中，许多物理现象和化学过程都是在一定的温度下进行的，人们的生活也和他密切相关。湿度：湿度很久以前就与生活存在着密切的关系,但用数量来进行表示较为困难。对湿度的表示方法有绝对湿度、相对湿度、露点、湿气与干气的比值重量或体积等等。日常生活中最常用的表示湿度的物理量是空气的相对湿度。用%RH 表示。在物理量的导出上相

8、对湿度与温度有着密切的关系。一定体积的密闭气体，其温度越高相对湿度越低，温度越低，其相对湿度越高。其中涉及到复杂的热力工程学知识。1.2 温度与湿度与人们日常生活的关系温度与湿度与人们日常生活的关系冬天温度为 18 至 25，湿度为 30%至 80%；夏天温度 为 23 至 28，湿度为 30%至 60%。在此范围内感到舒适的人占 95%以上。在装有空调的室内，室温为 19 至 24，湿度为 40%至 50%时，人会感到最舒适。如果考虑到温、湿度对人思维活动的影响，最适宜的室温度应是工作效率高。18，湿度应是 40%至 60%，此时，人的精神状态好，思维最敏捷。1.3 温湿度的行业应用温湿度的

9、行业应用食品行业：温湿度对于食品储存来说至关重要，温湿度的变化会带来食物变质，引发食品平安问题温湿度的监控有利于相关人员进行及时的控制。档案管理：纸制品对于温湿度极为敏感，不当的保存会严重降低档案保存年限利用如 LTM8901 系列+LTM8662+LTM8520 即可组成环境监控系统，配上排风机，除湿器，加热器，即可保持稳定的温度，防止虫害，潮湿等问题。温室大棚：植物的生长对于温湿度要求极为严格，不当的温湿度下，植物会停止生长、甚至死亡利用 LTM8901C+LTM85202，配合气体传感器，2光照传感器等可组成一个数字化大棚温湿度监控系统，控制农业大棚内的相关参数，从而使大棚的效率到达极致

10、。动物养殖：各种动物在不同的温度下会表现出不同的生长状态，高质高产的目标要依靠适宜的环境来保障。药品储存：根据国家相关要求，药品保存必须按照相应的温湿度进行控制。根据最新的 GMP 认证，对于一般的药品的温度存储范围为 0-30。烟草行业：烟草原料在发酵过程中需要控制好温湿度，在现场环境方便的情况下可利用 LTM8590 等无线温湿度传感器监控温湿度，在环境复杂的现场内， 可利用 RS-485 等数字量传输的 LTM8901C 进行检测控制烟包的温湿度，防止发生虫害，如果操作不当，那么会造成原料的大量损失。工控行业：主要用于暖通空调、机房监控等。楼宇中的环境控制通常是温度控制，对于用控制湿度到

11、达最正确舒适环境的关注日益增多。1.4 温湿度传感器使用考前须知温湿度传感器使用考前须知湿度传感器是非密封性的，为保护测量的准确度和稳定性， 应尽量防止在酸性、碱性及含有机溶剂的气氛中使用。也防止在粉尘较大的环境中使用。为正确反映欲测空间的湿度，还应防止将传感器安放在离墙壁太近或空气不流通的死角处。如果被测的房间太大，就应放置多个传感器。有的湿度传感器对供电电源要求比拟高，否那么将影响测量精度。或者传感器之间相互干扰，甚至无法工作。使用时应按照技术要求提供适宜的、符合精度要求的供电电源。传感器需要进行远距离信号传输时，要注意信号的衰减问题。当传输距离超过200m 以上时，建议选用频率输出信号的

12、湿度传感器。在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间一长，电子式湿度传器会产生老化，精度下降，电子式湿度传器年漂移量一般都在2%左右，甚至更高。一般情况下，生产厂商会标明 1 次标定的有效使用时间为 1 年或 2 年，到期需重新标定。2 系统总体方案系统总体方案2.1 系统总体方案原理框图系统总体方案原理框图3图 2-1 系统原理框图2.2 系统方案简介系统方案简介单片机89S52DHT11数码管显示报警按键输入电源DS13024该系统要以为 89S52 单片机为控制核心，读取温湿度传感器 DHT11 的值和DS1302 的值再对其进行处理，并显示。按键输入温湿度的范围，如果温湿

13、度传感器检测得的值超过了按键输入设定的范围，就启动报警。以保持环境的温度在一定的范围。其中系统电源为正 5V 供电。3 硬件电路设计硬件电路设计3.1 电源电路设计电源电路设计供电电路采用的是直流线性稳压器组成。一般直流稳压电源的组成如下列图：电子设备的直流稳压一般是由交流电网供电，经变压、整流、滤波、稳压等环节变成稳定的直流电，如图 2-1 所示就是直流稳压电源的组成框图。图 3-1 电源电路设计图5图 3-2直流稳压电源框图直流稳压电源由变压、 整流、 滤波和稳压电路 4 局部组成。 各局部作用如下：变压：将电网供电的 220V 交流电压通过变压器或其它电路变换成所需要的交流电压。整流：将

14、正弦交流电变成单方向脉动直流电，电路一般由二极管构成。滤波：将脉动的直流电变成脉动很小的平直的直流电，电路一般由电容、电感及电阻元件构成。稳压：一般由稳压管、三极管或稳压器构成电路，进一步减少直流电源的脉动，并保证输出的直流电压在交流电压或负载变动时能根本保持稳定。三端集成稳压器稳压直流稳压电源电路。图中 CW7812 为输出+12V 的三端集成稳压器，该电路具有结构简单、输出电压稳定的特点。集成稳压器是将取样电路、基准电路、比拟放大电路、调整电路、启动电路和保护电路集成在一个硅片上的稳压电路。它体积小、重量轻、价格低廉，具有使用方便、功能体系完整、保护功能健全、工作平安可靠的特点，因此得到了

15、广泛的应用。集成稳压器的种类很多，其中以三端集成稳压器应用最为普遍，三端集成稳压器又分为固定式和三端可调式两种。 。图 3-3 三端稳压器应用电路图中 C1 的作用是旁路高频干扰信号，在输入线路较长时抵消线路产生的电感效应，防止电路形成自激振荡；C2 的作用是消除负载电流跃变时引起输出6电压的较大波动。接线时，应使 C1 和 C2 尽量靠近稳压器，引脚不能接错，公共端不能悬空，以免损坏变压器。二极管的选用:在半波整流电路中，二极管的电流与负载的电流相等，即ID=I03-1所以在选用二极管时，二极管的最大整流电流 IF应大于负载电流 I0。二极管在电路中承受的最高反向电压 URmax为交流电压的

16、最大值，即URmax=U2m=2U23-2所以，二极管的最高反向工作电压 URM 应大于 URmax。所以我们选用 1A/100V的整流桥。3.2 单片机最小系统设计单片机最小系统设计本系统主要采用 AT89C51 单片机，AT89C51 是一种低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。 在单芯片上， 拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统 可编程 Flash，使得 AT89C51 为众多嵌

17、入式控制应用系统提 供高灵活、有效的解决方案。AT89C51 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89C51 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。7图 3-4 单片机最小系统最小系统构成的根本条件

18、是:1.电源89S52 单片机的电压为 4.0V-5.5V。我们采用电脑的 USB 进行供电，电脑以及充电器一般输出电压为 5V，可以为单片机正常供电。2.晶振晶振结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个根底上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。本系统主要采用的是 12M 晶振，配合 2 个 30pF 的电容构成晶体振荡电路。3 复位8为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一局部，复位电路的第一功能是上电复位，复位电路通过电容加给 RST 端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着 Vcc 对电容的充电过程而逐渐

19、回落，即 RST 端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l态。如果系统在上电时得不到有效的复位，那么程序计数器 PC 将得不到一个适宜的初值，因此，CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。3.3 显示电路设计显示电路设计显示电路主要采用 4 位共阳 8 段数码管，采用动态扫描方式显示。其原理图如下所示。数码管主要有共阳、和共阴两种类型。在这里我们先用的是共阳数码管，主要是由于单片机 I/0 的驱动能力有限，无法直接驱动 4 位 8 段数码管，所以必须采用共阳的数码管，并接上四个三极极管 8550。此处三极管主要起开关作用

20、。控制数码管的哪一位导通。在实际的单片机系统中，往往需要多位显示。动态显示是一种最常见的多位显示方法，应用非常广泛。用数码管显示信息时，由于每个数码管至少需要 8 个 I/O 口，如果需要多个数码管，那么需要太多 I/O 口，而单片机的 I/O 口是有限的。在实际应用中，一般采用动态显示的方式解决此问题。所有数码管的段选全部连接在一起，如何能显示不同的内容呢？动态显示是多个数码管， 交替显示， 利用人的视觉暂留作用使人看到多个数码管同时显示。在编程时，需要输出段选和位选信号，位选信号选中其中一个数码管，然后输出段码，使该数码管显示所需要的内容，延时一段时间后，再选中另一个数码管，再输出对应的段

21、码，高速交替。在动态显示程序中，各个位的延时时间长短是非常重要的，如果延时时间长，那么会出现闪烁现象；如果延时时间太短，那么会出现显示暗且有重影。9图 3-5 显示电路以前在学习单片机时，写程序由于没有控制好延时的时间，导致数码管显示有重影，后面经过反复的调试，发现当延时的时间取到 1-3ms 时，数码管重影与闪烁现象消失。 所以在处理数码管的程序时， 应该把各个位的延时设置成 2ms。这样才能让数码管显示清楚。10图 3-6 数码管内部接法8 个发光二极管的阳极共同接到正电源上，阴极接到单片机。单片机正常工作时，给接单片机的 I/O 口置低电平，发光二极管亮，显示管上面显示出数字。假设数码管

22、全亮时，即 8 个 LED 全亮，这时的电流可达Imax=48ILED=32ILED公式一一般 LED 正常工作时的电流为 3mA.所以最大驱动电流为Imax=48ILED=32ILED=323=96mA公式二而我们所选用的单片机无法提供 96mA 的驱动电流，所以此处不能用共阻数码管。必须用共阳的数码管。数码管限流电阻计算静态驱动就是给单独每 4 位数码管中的每一位供电。这样每个 LED 都有足够的电流，亮度也相应的比拟高。动态扫描驱动就是把本来供应一个 LED 灯的电流，同时分给了 N 个灯，所以它的亮度会有所降低。 当然在同时供应两个led灯电流时不是平均的分配电流，而是电流不断地在两

23、led 间扫描，其扫描频率到达了每秒钟 100 次，也就是说电流在 1/100 秒内是供个其中一个 led，在下一 1/100 秒内是供应了另一个 led。其实这两个 led 是在不断的亮灭，只是人眼的视觉暂留效果让我们发觉不到它们在不断的亮灭，只要扫描频率到达了每秒 64 次以上，人眼就分辨不出来了。由上面的分析可以得到限流电阻 R 的值1LEDLEDUURIN11公式三假设我们想让这个4位数码管的每位工作时的电流 ILED为8mA.Uled为正常工作时的电压取 1.7V。那么我们可以得出限流电阻的取值为公式四所以我们选取 100 欧的限流电阻。这样 4 位中的每一位工作时的电流约为8mA.

24、在保证 LED 能亮的同时不会被烧坏。3.4 温湿度传感器电路设计温湿度传感器电路设计温湿度传感器 DHT11 简介：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，它应用专用数字模块采集技术和温度传感器技术。产品特性1.湿温度传感器的一体化结构能相对的同时对相对湿度和温度进行测量 。2.数字信号输出，从而减少用户信号的预处理负担。3.单总线结构输出有效的节省用户控制器的 I/O 口资源。并且，不需要额外电器元件。4.独特的单总数据传输线协议使得读取传感器的数据更加便捷。全部校准。5.编码方式为8位二进制数。 40bit 二进制数据输出。 其中湿度整数局部占1Byt

25、e，小数局部 1Byte；温度整数局部 1Byte，小数局部 1Byte。其中，湿度为高 16位。最后 1Byte 为校验和。6.卓越的长期稳定性，超低功耗。4 引脚安装，超小尺寸。7.各型号管脚完全可以互换。测量湿度范围从 20RH 到 90RH；测量温度范围从 0到 50。8.适用范围包括恒湿控制，消费家电类产品，温湿度计等领域。5 1.71=103.1251000.0084R12图 3-7 DHT11 引脚图13图 3-8 温湿度检测电路上图所示为温湿度传感器 DHT11 的应用电路，其中 1 脚接到电源端，二脚接单片机的 IO 口，三脚为空脚，4 脚接地。DHT11 的供电电压为 3.

26、55.5V。传感器上电后，要等待 1s 以越过不稳定状态在此期间不要发送任何指令。电源引脚VDD，GND之间可增加一个 100nF 的电容，用以去耦滤波。DHT11 数字湿温度传感器连接电路简单， 只需要占用控制器一个 I/O 口即可完成上下位的连接。另外， 建议连接线长度短于 20 时用 5K 上拉电阻,大于 20 米时根据实际情况使用适宜的上拉电阻。3.5DS1302 电路设计电路设计DS1302 时钟芯片简介DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片， 内含一个实时时钟/日历和 31 字节静态 RAM，可以通过串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日

27、、星期、月、年的信息，每个月的天数和闰年的天数可自动调整， 时钟操作可通过AM/PM标志位决定采用24或12小时时间格式。 DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需三根 I/O 线：复位RST、I/O 数据线、串行时钟SCLK。时钟/RAM 的读/写数据以一字节或多达 31 字节的字符组方式通信。 DS1302 工作时功耗很低， 保持数据和时钟信息时，功耗小于 1mW。DS1302 的引脚结构图 3-9 DS1302 引脚结构DS1302 含充电电路，可以对作为后备电源的可充电电池充电，并可选择充电使能和串入的二极管数目，以调节电池充电电压。DS1302 的工作原理：1

28、4DS1302 工作时为了对任何数据传送进行初始化，需要将复位脚RST置为高电平且将 8 位地址和命令信息装入移位存放器。数据在时钟SCLK的上升沿串行输入，前 8 位指定访问地址，命令字装入移位存放器后，在之后的时钟周期，读操作时输出数据，写操作时输出数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为 8+88 位地址+8 位数据，在多字节方式下为 8 加最多可达 248 的数据。DS1302 硬件电路设计图 3-10 DS1302 硬件电路设计图 3-10 中， 其中 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

29、者中的较大者供电。 当 Vcc2 大于 Vcc1+0.2V 时，Vcc2 给 DS1302 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，RST 接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位存放器；其次，RST 提供终止单字节或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。15如果在传送过程中 RSTS 置为低电平，那么会终止此次数据传送，I/O 引

30、脚变为高阻态。上电动行时，在 Vcc 大于等于 2.5V 之前，RST 必须保持低电平。假设其中有在 SCLK 为低电平时，才能将 RST 置为高电平，I/O 为串行数据输入端双向 。SCLK 始终是输入端。3.6 按键输入电路设计按键输入电路设计按键电路主要采用了点触式的机械按钮，此种按键在按下时会有抖动现像，所以在设计电路时，在按按键上面加了一个电容，当按下按键时对此电容充电，只有在电容充满电时，连接到单片机的 IO 口的电平才会变化。防止了按键的抖动。16图 3-11 按键输入电路按键抖动现象不管是按钮开关还是闸刀开关，在操作时，并不是想像中的那么理想。实际上，操作开关时会有很多不确定状

31、态，也就是噪声。在此将介绍开关操作的实际状态，以及防止不确定状态的对策。图 3-12 电路的抖动图中所示，这种非预期状态称为抖动而这种忽高忽低的情况就是噪声。按键抖动消除17如果要防止这种抖动现象，可以利用一个简单的 RC 电路来抑制。开关第一次接触时即将电容短路，使电容快速度充放电放电电阻为 0 ，电容两端电压迅速为 0；开关弹回开路时，整个电路形成 RC 充路，其时间常数为 RC，电容两端的电压 VC为公式 6通常低电平可以定义为 0.3VCC 以下，如果电容两端的电压主 Vc 低于0.3Vcc，即可视为低电平，而抖动的效应自然消失，因为此t/1RCe0.3,两边减 1 可得t/RCe0.

32、7.两边取对数可得。-t/RCln0.7=-0.035公式 8抖动的时间约在 10ms 到 20ms 之间，以 10ms 为例，假设我们选取 R=10K，那么C(110-6)/0.03572.8uF公式 9故我们选取相近的 3.3uF 电容。软件抖动消除硬件去抖动会增加电路的本钱，而我们只要在软件上下点功夫，可以避开那10-20ms 的抖动。 我们通常只要在读入第一个状态的输入信号 时即执行 10-20ms的延迟函数，内容如下Void debouncer(void)int ifor(i=0;i2400;i+);采用软件去抖动的方式，当按键比拟多时，我们可以节约大量的硬件电路本钱 同时也可以增加

33、系统的可靠性。3.7 报警电路设计报警电路设计t/(1)RCCCCVVe18图 3-13 报警电路此模块为单片机的报警提示局部，当单片机检测到过超过设定值时，程序控制连接报警电路的那个引脚输出低电平，此时三极管 8550 导通，蜂鸣器发出报警声，提示用户所测得的温湿度超过了设定的范围。4 程序设计程序设计4.1 系统程序流程图系统程序流程图读取 DHT11DS1302 值超出设定范围保存按键值19图 4-1 系统软流程图程序设计主要分为以下几个子程序，DHT11 数据读取，DS1302 数据读取，数码管显示，按键输入，报警。程序开始后，首先对各模块进行初始化，然后读取按键数值，假设此时没有输入

34、数据范围，那么读取 DHT11 与 DS1302 的数值。读取数值之后，判断 DHT11 数值的范围是否超出设定的范围，假设没有超出，那么显示 DS1302 与 DHT11 的数值。假设超出，那么启动报警电路。4.2 DHT11 程序设计程序设计20用户主机发送一次开始信号低电平DHT从低速模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束拉高后,DHT发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取局部数据。注意：总线线空闲状态为高电平，主机把总线线拉低等待DHT响应,主机把总线线拉低必须大于18毫秒，保证DHT能检测到起始信号。DHT 接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号结

35、束,然后发送低电平响应信号。主机发送开始信号结束后,延时等待 20-40us 后, 读取 DHT 的回应信号,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，总线线由上拉电阻拉高。4.3 DS1302 程序设计程序设计读时间开始初始化变量21NOYESDS1302 在每次进行读、写程序前都必须初始化，先把 SCLK 端置 “0，接着把 RST 端置“1，最后才给予 SCLK 脉冲； DS1302 的控制字的位 7 必须置1，假设为 0 那么不能把对 DS1302 进行读写数据。对于位 6，假设对程序进行读/写时 RAM=1，对时间进行读/写时，CK=0，位 1 至位 5 指操作单元

36、的地址。位0 是读/写操作位， 进行读操作时， 该位为 1； 该位为 0 那么表示进行的是写操作。控制字节总是从最低位开始输入/输出的。S1302 控制字节的高有效位位 7必须是逻辑 1，如果它为 0，那么不能把数据写入 DS1302 中，位 6 如果 0，那么表示存取日历时钟数据，位 1 表示存取RAM 数据；位 5 至位 1 指示操作单元的地址；最低有效位位 0如为 0 表示要进行写操作，位 1 表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出22数据输入输出I/O在控制指令字输入后的下一个 SCLK 时钟的上升沿时，数据被写入 DS1302，数据输入从低位即位 0 开始。同样，在紧跟 8 位

37、的控制指令字后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿读出 DS1302 的数据，读出数据时从低位 0位到高位 7。5 系统仿真与调试系统仿真与调试5.1 protues 简介简介Protues 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真

38、，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件 三 合 一 的 设 计 平 台 ， 其 处 理 器 模 型 支 持 8051 、 HC11 、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2021 年即将增加 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持 IAR、Keil 和 MPLAB 等多种编译1.Protues 软件具有其它 EDA 工具软件例：multisim的功能。这些功能是：1原理布图2PCB 自动

39、或人工布线3SPICE 电路仿真2.特点：1互动的电路仿真。用户甚至可以实时采用诸如 RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，局部 SPI 器件，局部 IIC 器件。2仿真处理器及其外围电路。可以仿真 51 系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显23示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Protues 建立了完备的电子设计开发环境。5.2 DHT11 仿真图仿真图图 5-1 DHT11 仿真图24由于 protues 里面没有 DHT11 这个传感器，所以我选用了与它相近的型号SH

40、T11，SHT11 与 DHT11 类似，只是命名不一样。利用 Protues 仿真软件，我们对温湿度传传感器进行了仿真，并在 LCD1602 上进行显示。如上图所示。5.3 DS1302 仿真仿真图 5-2 DS1302 仿真图上图所示为 DS1302 仿真图，仿真中由于要显示时间和星期日期等，显示的信息量比拟大，而如果用数码管显示，必定很复杂，所以我们采用了 LCD1602对其进行显示不，显示的效果如上图所示。5.4 系统调试系统调试系统调试主要分为软件调试与硬件调试。25硬件调试：硬件调试中首先检测电源电路，在焊接完电源电路图后，先不通电。然后用万用表测电源电路中 VCC 与 GND 有

41、没有短路。假设没有短路，再检测各个元件是否放置正确。 假设全部放置正确， 通电， 那么各点的电压是否与设计中的一致，假设电压不正常，那么立即断电，查找原因。电源电路检测无故障之后，通电，各芯片先不装上，测量各芯片的工作电压否正常。假设正常，那么装上芯片，再测量各点的电压。在以上这些都检测无误后，开始写程序，测量这些元件是否能正常工作。软件调试：软件调试主要根据流程图，确定好软件的流程。然后开始写程序中的一些子程序。先把程序中的子程序调试通过。然后再对这些子程序进行合并。在调试的过程中应当分步合并程序，不可一下子将全部程序合并在一起调试。在完成程序后，再对数据进行获取。6 数据的获取与分析数据的

42、获取与分析6.1 实验内容实验内容(1)对冰水混合物和沸水进行温度测量;(2)温度范围控制在室温到 100之间。基于实验数据给出该器件的电阻温度曲线，并研究温度系数随温度的变化关系;(3)用类似的方法研究电阻温度关系， 结合实验数据寻找实验室提供的器件的电阻温度关系的经验公式，并研究其温度系数。6.2 实验结果与讨论实验结果与讨论6.2.1 测量测量观察电阻关于温度的函数关系式，发现电阻与温度近似成线性关系。因此，将其分别浸入冰水混合物和沸水中，读出测得的温度，完成测量温度与实际温度之间的换算。经测量，有如下结果：26实际温度/0100测温元件示数/1.396.46.2.2 温度特性研究温度特

43、性研究改变温度，测量电阻变化，得到如下数据：/T/KR/k/25.625.51298.664.5458.42183.348330.030.13303.283.8448.25433.297335.035.38308.533.1708.06153.241240.040.63313.782.6407.87853.187045.045.88319.032.2027.69713.134550.051.13324.281.8387.51643.083855.056.38329.531.5467.34343.034660.061.63334.781.3057.17402.987065.066.88340.0

44、31.1007.00312.940970.072.13345.280.9416.84692.896275.077.38350.530.8076.69332.852880.082.63355.780.68926.53552.810785.087.88361.030.59276.38472.769990.093.13366.280.50796.23032.730295.098.38371.530.43896.08432.6916100103.6376.750.38275.94732.6543运用数学软件画出关于的图像，如下列图所示：27运用数学软件，可画出温度系数随温度的变化曲线：28由图可得，温

45、度系数为负，说明电阻随温度的升高而减小，又温度系数的绝对值不断减小，说明电阻的电阻减小幅度不断减小。6.2.3 温度特性研究温度特性研究电阻关于温度的测量数据如下：/T/KR/25.625.51298.66400.430.030.13303.28402.035.035.38308.53407.240.040.63313.78416.845.045.88319.03431.650.051.13324.28454.055.056.38329.53486.560.061.63334.78530.165.066.88340.03595.670.072.13345.28690.875.077.38350

46、.538432980.082.63355.78108285.087.88361.03142090.093.13366.28233095.098.38371.534720100103.6376.7510490运用作图软件可将这些点在图上描绘出来：运用拟合的手段，可得出 PTC 电阻的大致表达式：30由图可得：电阻随温度的升高而增大。7 结论结论本次设计主要包括硬件原理图的绘制，程序的编写，系统的仿真三个方面。其中在硬件原理图的绘制中，主要把整个系统分成了以下几个局部：电源，单片机最小系统，数码管显示，DHT11 检测电路，DS1302 时间电路，按键输入，报警。 在硬件的设计过程中，对每个局部进行了详细的说明并给出了一些理论的计算。31在程序的编写中首先画出了总程序的流程图，定出程序的大体框架，再画出子程序的流程图， 编写子程序。 在编写子程序的过程中， 查阅了相关的芯片资料，并对其进行分析，然后进行编程。对系统的仿真与调试主要是依据仿真软件 protues 进行了。 首先在 protues 中画出电路原理图，然后再运行程序，在仿真中发现硬件电路与软件的缺乏之处，并改正。最后完成整个系统的调试。