大型粮仓温湿度检测系统的设计.pdf

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1、大型粮仓温湿度检测系统的设计 武汉理工大学华夏学院毕业设计论文 学号 武汉理工大学华夏学院毕业设计论文 毕业设计(论文)任务书 学生姓名 专业班级 自动化 1081 班 指导教师 工作单位 华夏学院信息系 设计(论文)题目 大型粮仓温湿度采集系统的设计 设计(论文)主要内容:查阅相关资料,了解课题的相关背景,应用以及研究的意义和目的.大型粮仓温湿度采集系统的设计方案的确定与论证,画出系统的整体框图。控制系统原理图的硬件设计。系统软件框图设计。撰写符合学校相关要求(字数、格式、图表)的毕业论文。要求完成的主要任务及其时间安排:1)主要任务:设计一种单片机过程控制系统，实现温湿度采集的功能。2)时

2、间安排:第 1-2 周:毕业实习，下达毕业设计任务书，查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需元件的规格及其价格;第 3 周:确定方案，完成开题报告;第 4-6 周:完成系统硬件电路的设计。第 7-10 周:系统各组成部分的选型;第 11,12 周:系统软件框图设计。第 13,15 周:完成并修改毕业论文。第 15 周:准备论文答辩。必读参考资料:1 陈明荧编著.8051 单片机课程设计实训教材M.清华大学出版社,2004 2 房小翠等编著.单片微型计算机与机电接口技术M.国防工业出版社,200 3 翟春艳,岳修正,肖宏,夏涛.基于单片机的温湿度感测系统的实现J.电子设计工程.2011(1

3、2)4 钟晓伟,宋蛰存.基于单片机的实验室温湿度控制系统设计J.林业机械与木工设备.2010(01)5 王武礼,杨华.基于 SHT11 的粮仓温湿度测控系统的设计J.仪表技术与传感器.2010(09)指导教师签名:教研室主任签名:武汉理工大学华夏学院毕业设计论文 毕业设计(论文)开题报告 题目 大型粮仓采集系统的设计 1(目的及意义(含国内外的研究现状分析):目的:粮食储藏是国家为防备战争，灾荒或其它突发性事变而采取的有效措施，因此粮食的储藏有重要意义。影响粮食安全储存的主要参数是粮食的温度和湿度。这两者之间又是相互关联的。粮食在正常储藏过程中，含水量一般在 12%以下是安全的，不会发生温度突

4、变，一旦粮库进水，结露是粮食的含水量达到 20%以上时，由于粮粒受潮胚芽萌发，新陈代谢加快而产生呼吸热是局部粮食温度突然升高，必然引起粮食霉变，可能造成无法挽回的损失因此设计出一种经济适用的粮仓温湿度智能采集系统是非常有必要的。单片机自诞生以来给全世界人类的生活和工作起到了剧烈的作用，利用单片机进行温湿度采集、处理和显示具有实时性好、成本低、稳定性高等优点。通过该系统的设计，这样他们的就业面会更加宽广，也可以满足当今社会对单片机开发人才的大量需求.。2(基本内容和技术方案:设计内容: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采集。3:通过单片机汇编语言编制数据采集

5、，分析采集，显示，修改。参数设计，控制等程序功能模块 设计方案:1 采用模拟温湿度传感器，转换结果需要运算放大器传给单片机，它控制虽然简单但电路复杂，不容易实现对多点温湿度监控，容易出现误差，导致测量结果不准确。2 进行传感器的硬件电路的设计。3 数码管显示，及报警电路的设计。3(进度安排:第 1-2 周:毕业实习，下达毕业设计任务书，查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需元件的规格及其价格;第 3 周:确定方案，完成开题报告;第 4-6 周:完成系统硬件电路的设计。第 7-10 周:系统各组成部分的选型;第 11,12 周:系统软件框图设计。第 13,15 周:完成并修改毕业论文。第

6、15 周:准备论文答辩。4(指导教师意见:指导教师签名:年 月 日 武汉理工大学华夏学院毕业设计论文 郑 重 声 明 本人郑重声明:所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的成果作品。本人签字:日期:武汉理工大学华夏学院毕业设计论文 目 录 摘 要1 Abstract 7 1.绪论 8 1.1 选题背景 8 1.2 设计目标 8 1.2.1 基本功能 8 1.2.2 主要技术参数 8 2 设计方案 9 2.1 系统的总体框图 9 2.2 温湿度传感器的选择 9 2.3 信号采集通道的选择

7、 10 2.4 本章小结10 3 主要芯片简介11 3.1 DHT11 数字传感器 11 3.1.1 主要特性11 3.1.2 应用领域11 3.1.3 接口说明11 3.1.4 电源引脚11 3.1.5 封装信息11 3.1.6 DHT11 引脚图 12 3.1.7 注意事项12 3.2 ADC0832 与单片机89C5113 3.2.1 A/D 转换 13 3.2.2 单片机89c51 15 3.3 本章小结22 4 硬件设计23 4.1 显示与报警的设计23 武汉理工大学华夏学院毕业设计论文 4.1.1 显示电路23 4.1.2 报警电路24 4.2 本章小结25 5 软件设计26 5.

8、1 标度变换的实现 26 5.2 主程序流程图26 5.3 T0 中断流程图27 5.4 报警子程序流程图28 5.5 温湿度采样子程序流程图29 6 结论30 6.1 总结30 6.2 改进思路30 6.2.1 软件方面 30 6.2.2 硬件方面 30 参考文献33 附录A 33 附录 B 汇编程序34 附录 C proteus 仿真总电路图.致 谢44 武汉理工大学华夏学院毕业设计论文 摘 要 本毕业设计是应用单片机作为控制器设计的温湿度采集系统，由要由温度、湿度采集、AD 转换、单片机控制、数码管显示、USB 连接器六部分组成。本设计是以 89C51 单片机为控制中心，这种控制芯片具有

9、 4KB 的快擦写可编程/擦除只读存储器 EEPROM、256KB 片内 RAM、3 个 16 位定时计数器、5 个中断源，无需进行系统扩展既可满足任务要求，能较大幅度提高系统的性价比。而温湿度传感器我采用的是 DHT11 数字温湿传感器，它性价比比较高。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。另外该系统除了能显示温

10、湿度以外，还能设置温湿度报警阀值。关键词:温湿度;89C51 单片机;DHT11 传感器;温湿度报警阀 6 武汉理工大学华夏学院毕业设计(论文)Abstract The graduation project is based on the single chip design temperature and humidity monitoring system,mainly by temperature,humidity acquisition,AD conversion,microprocessor control,digital display,usb connector composed

11、 of six parts.The design of the control center using 89c51 microcontroller,the chip has 4KB of flash programmable/erasable read only memory EEPROM,256 KB on-chip RAM,3 16-bit timer counters,six interrupt sources,both without the need for system expansion to meet mission requirements,can greatly impr

12、ove the systems cost.The temperature and humidity sensor I use is dht11,he cost effective.DHT11 digital temperature and humidity sensor is a calibrated digital signal output with the temperature and humidity combined sensor.Its application-specific digital modules acquisition and temperature and hum

13、idity sensor technology,to ensure that products with high reliability and excellent long-term stability.Sensor includes a resistive element and a sense of wet NTC temperature components and with a high-performance 8-bit microcontroller connected.So the product has excellent quality,fast response,ant

14、i-interference ability,high cost performance advantages.In addition the system in addition to showing the outside temperature and humidity,but also set the temperature and humidity alarm threshold.Keywords:Temperature and humidity;89C51 microcontroller;dht11 Sensor 7 武汉理工大学华夏学院毕业设计(论文)1.绪论 1.1 研究背景

15、由古至今，粮仓粮食的存储是否得当对国家的经济能否正常合理的运行有很大的影 响。但是在以前的经济和科技水平有限，所以我国粮食的存储的环境很差，管理落后。粮库管理的重点之一就是要合理布置测温点，经常检查温度变化，以便及时发现粮食的 发热点，减少粮食的损失。然而，粮堆的热传递又是那样的缓慢，使人感知极差，需要 管理人员经常进入闷热、呛人的仓房内观察温、湿度，不断进行翻仓、通风，这种繁重 的体力劳动，不仅对人体有极大地伤害，而且不科学、不及时。所以，粮食虫蛀、霉变 的情况时有发生。1.2 设计目标 1.2.1 基本功能 1.采集温度、湿度 2.显示温度、湿度 3.过限报警 1.2.2 主要技术参数 1

16、.温度采集的范围:-30?55?,2.测量精度:2?3.湿度采集的范围:20%-90%RH ,4.采集精度:5%RH 5.显示方式:温度:四位显示 湿度:四位显示;报警方式:三极管驱动的蜂鸣音报警 8 武汉理工大学华夏学院毕业设计(论文)2 设计方案 温湿度采集系统要满足以下条件:温湿度采集系统能完成数据采集和处理、显示、串行通信、输出控制信号等多种功能。由数据采集、数据调理、单片机、数据显示等 4 个大的部分组成。该测控系统具有实时采集(采集粮库内的温湿度)、实时显示(对监测到的进行显示)、实时警报(根据监测的结果，超出预设定的值的进行蜂鸣警告)的功能。传感器是实现测量首要环节，是监测系统的

17、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采集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。2.1 系统的总体框图 系统的总体设计框图如图 3-1 所示。串行 口与 LED 多 路 单片机 AD dht11 模 式 C 温湿度、选 择 08 报警采集 开 关 32 电路 图 3-1 系统总体框图 本设计由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的。(一)信号采集 由 dht11 温湿度传感器和多路模式选择开关组成;(二)信号分析 由 A/D

18、 转换器和单片机 80c51 组成;(三)信号处理 由串行口 LCD 显示器和报警系统等组成。2.2 温湿度传感器的选择 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。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，传感器内部在采集信号的处理过程中要调用这些校准系

19、数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 9 武汉理工大学华夏学院毕业设计(论文)20 米以上，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。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。2.3 信号采集通道的选择 在本设计系统中，温度输入信号为 4 路的模拟信号，这就需要多通道结构采用多路分时的模拟量输入通道。这种结构的模拟量通道特点为:对 ADC、S/H 要求高。处理速度慢。硬件简单，成本低。软件比较复杂。如图 2-1 所示。多 信号调理电路 路 切 CPU A/D 换 采样/转换接信号调理电路 保持器 器 器 口 信

20、号调理电路 图 2-1 多路分时的模拟量输入通道 2.4 本章小结 在本章中，主要讲了温湿度传感器的硬件选择和信号采集通道的选择。这些选择是在实用性和价格低廉方面考虑的，如果条件允许可以选择性能更加强大的传感器和一个专门的多路选择的的模块。在下一章中，介绍系统的总体设计所用到主要芯片。10 武汉理工大学华夏学院毕业设计(论文)3 主要芯片简介 3.1 DHT11 数字传感器 数字温湿度传感 DHT11 是由广州奥松有限公司生产的一款温湿度一体化的数字传感器。3.1.1 主要特性 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

21、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。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，传感器内部在采集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。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 20 米以上，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。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。3.1.2 应用

22、领域 该 DHT11 可以用于暖通空调、测试及采集设备、汽车、数据记录器、消费品、自动控制、湿度调节器及医疗等应用领域。3.1.3 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。图 3-2 DHT11 应用电路 11 武汉理工大学华夏学院毕业设计(论文)3.1.4 电源引脚 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。3.1.5 封装信息 图 3-3 dht11 封装图 3.1.6 DHT11

23、 引脚图 图 3-4 引脚图 3.1.7 注意事项 温度影响 气体的相对湿度，在很大程度上依赖于温度。因此在测量湿温时，应尽可能保证湿度传感器在同一温度下工作。如果与释放热量的电子元件共用一个印刷线 路板，在安装 12 武汉理工大学华夏学院毕业设计(论文)时应尽可能将 DHT11 远离电子元件，并安装在热源下方，同时保持 外壳的良好通风。为降低热传导，DHT11 与印刷电路板其它部分的铜镀层应尽可 能最小，并在两者之间留出一道缝隙。光线长时间暴露在太阳光下或强烈的紫外线辐射中，会使性能降低。配线注意事项 DATA 信号线材质量会影响通讯距离和通讯质量,推荐使用高质量屏蔽线。3.2 ADC083

24、2 与单片机 89C51 3.2.1 A/D 转换 3.2.1.1 A/D 转换器的特点 ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种 8 位分辨率、双通道 A/D 转换 芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用 ADC0832 可是使我们了解 A/D 转换器 的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。ADC0832 具有以下特点:8 位分辨率;双通道 A/D 转换;输入输出电平与 TTL/CMOS 相兼容;5V 电源供电时输入电压在 05V 之间;工作频率为 250KHZ，转换时间为 32S;一般功耗仅为 15mW;8P、14P

25、DIP(双列直插)、PICC 多种封装;商用级芯片温宽为 0?C to+70?C，工业级芯片温宽为?40?C to+85?C;3.2.1.2 ADC0832 元件说明 ADC0832 为 8 位分辨率 A/D 转换芯片，其最高分辨可达 256 级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟 电压输入在 05V 之间。芯片转换时间仅为 32S，据有双数据输出可作为数据 校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使 多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过 DI 数据输入端，可以轻易的实现 通道功能的选择。13 武汉理工大学华夏学院毕业设计

26、(论文)3.2.1.3 芯片顶视图 图 3-5 ADC0832 芯片顶视图 芯片接口说明:GND 芯片参考 0 电位(地)。DI 数据信号输入，选择通道控制。DO 数据信号输出，转换数据输出。CLK 芯片时钟输入。VCC/REF 输入及参考电压输入(复用)。CS 片选使能，低电平芯片使能。CH0 模拟输入通道 0，或作为 IN+/-使用。CH1 模拟输入通道 1，或作为 IN+/-使用。3.2.1.4 ADC0832 与单片机的接口电路 ADC0832 与单片机的接口电路如图 3-7 所示 图 3-6 接口电路图 3.2.1.5 单片机对 ADC0832 的控制原理 14 武汉理工大学华夏学院

27、毕业设计(论文)正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4 条数据线，分别是 CS、CLK、DO、DI。但由于 DO 端与 DI 端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双 向的，所以电路设计时可以将 DO 和 DI 并联在一根数据线上使用。(见图 3-7)当 ADC0832 未工作时其 CS 输入端应为高电平此时芯片禁用，CLK 和 DO/DI 的电平可任意。当要进行 A/D 转换时须先将 CS 使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端 CLK 输入时钟脉冲，DO/DI 端则使用 DI 端输入通道功能选择的 数据信号。在第 1

28、 个时钟脉冲的下沉之前 DI 端必须是高电平，表示启始信号。在第 2、3 个脉冲下沉之前 DI 端应输入 2 位数据用于选择通道功能，其功能项见表 3-1。表 3-1 ADC0832 单端 MUX 模式 Mux 地址 频道 Sgl/dif Odd/sign 0 1 1 0+1 1+表 3-2 ADC0832 多端 MUX 模式 Mux 地址 频道 Sgl/dif Odd/sign 0 1 0 0+-0 1-+如表 3-1，表 3-2 所示，当此 2 位数据为“1”、“0”时，只对 CH0 进行单通道转换。当 2 位数据为“1”、“1”时，只对 CH1 进行单通道转换。当 2 位数据为“0”、“

29、0”时，将 CH0 作为正输入端 IN+，CH1 作为负输入端 IN-进行输入。当 2 位 数据为“0”、“1”时，将 CH0 作为负输入端 IN-，CH1 作为正输入端 IN+进行 输入。到第 3 个脉冲的下沉之后 DI 端的输入电平就失去输入作用。此后 DO/DI 端则开始利用数据输出 DO 进行转换数据的读取。从第 4 个脉冲下沉开始由 DO 端输出转换数据最高位 DATA7，随后每一个脉冲下沉 DO 端输出下一位数据。直到第 11 个脉冲时发出最低位数据 DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是 从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第 11 个字节的下沉输出 DATD0。随后输出

30、 8 位数据，到第 19 个脉冲时数据输出完成也标志着一次 A/D 转换的结束。最后将 CS 置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。更详细的时序说明请见图 3-7。15 武汉理工大学华夏学院毕业设计(论文)作为单通道模拟信号输入时 ADC0832 的输入电压是 05V 且 8 位分辨率时的电压精度为 19.53mV。如果作为由 IN+与 IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行 IN+与 IN-的输入时如果 IN-的电压大于 IN+的电压则转换后的数据结果始终为 00H。3.2.2 单片机 89c51 为了设计此系统，

31、我们采用了 80c51 单片机作为控制芯片。89C51 是 MCS-51 系列单片机中 CHMOS 工艺的一个典型品种;其它厂商以 8951 为基核开发出的 CMOS 工艺单片机产品统称为 89C51 系列。该系列单片机是采用高性能的静态 89C51 设计 由先进 CMOS 工艺制造并带有非易失性 Flash 程序存储器 全部支持 12 时钟和 6 时钟操作 P89C51X2 和 P89C52X2/54X2/58X2 分别包含 128 字节和 256 字节 RAM 32 条 I/O 口线 3 个 16 位定时/计数器 6 输入 4 优先级嵌套中断结构 1 个串行I/O 口可用于多机通信 I/O

32、 扩展或全双工 UART 以及片内振荡器和时钟电路。此外，由于器件采用了静态设计，可提供很宽的操作频率范围，频率可降至 0。可实现两个由软件选择的节电模式，空闲模式和掉电模式，空闲模式冻结 CPU 但 RAM定时器，串口和中断系统仍然工作掉电模式保存 RAM 的内容 但是冻结振荡器 导致所有其它的片内功能停止工作。由于设计是静态的时钟可停止而不会丢失用户数据 运行可从时钟停止处恢复。图 3-7 ADC0832 时序图 3.2.2.1 89C51 的基本结构 89C51 的微处理器(CPU)运算器 累加器 ACC;寄存器 B;程序状态字寄存器 PSW。16 武汉理工大学华夏学院毕业设计(论文)控

33、制器 程序计数器 PC;指令寄存器 IR;定时与控制逻辑。89C51 的片内存储器 内部 ROM 容量 4K 字节 内部 RAM 容量 128 字节 89C51 的 I/O 口及功能单元 四个 8 位的并行口，即 P0P3。它们均为双向口，既可作为输入，又可作为输出。每个 口各有 8 条 I/O 线。有一个全双工的串行口(利用 P3 口的两个引脚 P3.0 和 P3.1);有 2 个 16 位的定时/计数器;有 1 套完善的中断系统。89C51 的特殊功能寄存器(SFR)低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 XTAL2XTAL1 VCC ROM/EPROM/FLASHRAM 128 字

34、节定时/计数器时钟电路 4K 字节 SFR 21 个 2 个 CPU VSS 中断系统串行口并行口总线控制 5 中断源、2 优先级全双工 2 个 4 个 P0P1P2P3RSTEAALEPSEN 图 3-8 89C51 结构图 17 武汉理工大学华夏学院毕业设计(论文)3.2.2.2 89C51 的引脚图 图 3-9 89C51 引脚图 89C51 的制作工艺为 CMOS，采用 40 管脚双列直插 DIP 封装，引脚说明如下:VCC:供电电压。GND:接地。P0 口:P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入

35、。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1 口:P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。P2 口:P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出4 个 TTL 门电流，当 P2

36、 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。18 武汉理工大学华夏学院毕业设计(论文)P3 口:P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电

37、平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示:口管脚 备选功能 P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2/INT0(外部中断 0)P3.3/INT1(外部中断 1)P3.4 T0(记时器 0 外部输入)P3.5 T1(记时器 1 外部输入)P3.6/WR(外部数据存储器写选通)P3.7/RD(外部数据存储器读选通)P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST:复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/P

38、ROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可 ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该在 SFR8EH 地址上置 0。此时，引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周

39、期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。/EA/VPP:当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH)，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET;当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V编程电源(VPP)。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。3.2.2.3 89C51 的存储器配置 19 武汉理工大学华夏学院毕业设计(论文)图 3-10 89C51 存储器配置 程序存储

40、器 与 ROM 密切相关的两个引脚 地址锁存允许信号端 外部程序存储器允许输出信号端 当 ROM 容量不够时,尽量选择高容量存储器空间的单片机,如89C52,89C54,89C58 等,应避免外扩程序存储器,因为会增加硬件负担.通过 16 位 PC 寻址,最大可寻址 64kB 地址空间 数据存储器 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，分做四组，每组由 8 个单元组成通用寄存器 R0,R

41、7，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 特殊功能寄存器 SFR 20 武汉理工大学华夏学院毕业设计(论文)表 3-3 特殊功能寄存器 SFR 的位置 3.2.2.

42、4 89C51 的工作模式 有四种工作模式:模式 0，模式 1，模式 2，模式 3 模式 0:选择定时器的高 8 位和低 5 位组成一个 13 位定时器/计数器。TL 低 5位溢出时向 TH 进位，TH 溢出时向中断标志位 TF 进位，并申请中断。定时时间 t=(213-初值)振荡周期12;计数长度位 213=8192 个外部脉冲 模式 1:与模式 0 的唯一差别是寄存器 TH 和 TL 以全部 16 位参与操作。定时时间 t=(216-初值)振荡周期12;计数长度位 216=65536 个外部脉冲 模式 2:把 TL0 和 TL1 配置成一个自动重装载的 8 位定时器/计数器。TL 用作 8

43、位计数器，TH 用以保存初值。TL 计数溢出时不仅使 TF0 置 1，而且还自动将 TH 中的内容重新装载到 TL 中。定时时间 t=(28-初值)振荡周期12;计数长度位 28=256 个外部脉冲 模式 3:对 T0 和 T1 不大相同 若设 T0 位模式 3，TL0 和 TH0 被分为两个相互独立的 8 位计数器。TL0 为 8 位计数器，功能与模式 0 和模式 1 相同，可定时可计数。TH0 仅用作简单的内部定时功能，它占用了定时器 T1 的控制位 TR1 和中断标志位 TF1，启动和关闭仅受 TR1 控制。定时器 T1 无工作模式 3，但 T0 在工作模式 3 时 T1 仍可设置为 0

44、2。21 武汉理工大学华夏学院毕业设计(论文)3.2.2.5 89C51 的系统时钟的设计 时钟电路是用来产生 89c51 单片机工作时所必须的时钟信号，89c51 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，89c51 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。89c51 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、

45、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。图 3-11 系统时钟 3.3 本章小结 本章主要介绍了主要芯片的简介，其中重点介绍了 dht11 温湿度传感器和89c51 的元件结构及其各自的工作原理。22 武汉理工大学华夏学院毕业设计(论文)4 硬件设计 4.1 显示与报警的设计 4.1.1 显示电路 该设计中我们采用显示驱动接口芯片方式。即用 MAX7219 LED 显示驱动芯片与单

46、片机 89c51 和 4 位阴极数码管组成显示电路。MAX7219 是 Maxim 公司推出的 8 位 LED 串行显示驱动器，它采用 3 线串口传送数据，占用资源少且硬件简单，只需一个外部电阻即可方便地调节LED 的亮度;可灵活地选择显示器的个数(1,8 个,级联可成倍增加);可进行译码或不译码显示;内含硬件动态扫描控制，可设置低功耗停机方式。显示电路的电路连接图如图 4-1,图 4-2,图 4-3 所示 图 4-1 MAX7219 引脚连接图 图 4-2 4LED 引脚连接图 23 武汉理工大学华夏学院毕业设计(论文)图 4-3 89C51 引脚连接图 4.1.2 报警电路 在微型计算机控

47、制系统中，为了安全生产，对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

48、接晶体管基极输入端。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 4-4 是一个简单的使用三极管驱动的峰鸣音报警电路:24 武汉理工大学华夏学院毕业设计(论文)图 4-4 三极管驱动的峰鸣音报警电路 本设计是为在温湿度测量中对温湿度的上下限超出是的提示报警，接口位于单片机 AT89C51 的 P3.2 口，但温湿度过限时，P3.2 口被置 0，本系统开始工作。4.2 本章小结 本章介绍了硬件系统的设计部分，包括显示电路和报警电路两部分。而下一章我将讲解软件设计部分。25 武汉理工大学华夏学

49、院毕业设计(论文)5 软件设计 5.1 标度变换的实现 温湿度主程序的设计应考虑以下问题:(1)温度显示;(2)温湿度采样，数字滤波;(3)越限报警(5)温度标度转换。通常，符合上述功能的温湿度监测程序由主程序和 T0 中断服务程序两部分组成。这里所需要注意的是标度变换，下面简单的介绍一下标度变换:标度变换的目的是要把实际采样的二进制值转换成 BCD 形式的温度值，然后存放到显示缓冲区 34H-3BH。对一般线性仪表来说，标度变换公式为:,NNX0,，,AA(AA)X0m0,NNm0 式中:A0 为一次测量仪表的下限;Am 为一次测量仪表的上限;AX 为实际测量值;N0 为仪表下限所对应的数字

50、量;Nm 为仪表上限所对应的数字量;NX 为测量所得数字量。软件部分除主程序外，还包含有中断服务、测量、显示、A/D 转换等功能模块。由于系统控制过程是由中断服务程序实现的，本文给出了中断服务程序流程图(见图 4-2),从中可以看到整个程序设计的思路和概貌。5.2 主程序流程图 软件设计的主程序流程图如图 5-1 所示。第一步，先设置堆栈，堆栈完后清标志，清除暂时存储的数据，最后再清显示的数字。第二步进行 T0 初始化，然后进行串行口初始化。第三步进行 CPU 开中断。第四步进行扫描键盘之后进行温湿度采样。第五步显示采集所得到的温湿度数据。第六步循环进行温湿度采样，使得可以隔一段时间进行温湿度