【正文】 不高時，可選擇使用內部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，應認為是4MHz ～ 8MHz。 STC12C5410AD 單片機內部共2 個16 位定時器/ 計數器，但可用PCA 模塊再產生4 個定時器；還具有PWM(4 路）/ P C A（可編程計數器陣列）；10 / 8位精度ADC，共8 路。STC12C5410AD單片機的時鐘電路采用的是內部的時鐘電路，利用單片機內部的振蕩電路，并在XLAT1和XLAT2兩引腳間外接石英晶體和電容構成的并聯諧振電路，使內部振蕩器產生自激振蕩。，C1和C2是30pf。圖21 STC12C5410AD單片機的引腳排列和基本外圍電路圖STC12C5410AD單片機的復位電路采用的開關復位電路，開關S9未按下是上電復位電路，上電復位電路在上電的瞬間，由于電容上的電壓不能突變，電容處于充電（導通）狀態(tài)，故RST腳的電壓與VCC相同。隨著電容的充電，RST腳上的電壓才慢慢下降。選擇合理的充電常數，就能保證在開關按下時是RST端有兩個機器周期以上的高電平從而使STC12C5410AD內部復位。SW1按下時是按鍵手動復位電路，RST端通過R1與VCC電源接通，通過電阻的分壓就可以實現單片機的復位。基于STC12C5410AD單片機的溫濕度檢測儀的原理圖見附錄。167。 溫濕度檢測儀的硬件電路設計該溫濕度檢測儀的硬件系統(tǒng)由以下部分組成：電源部分、相對濕度測量電路、溫度測量電路、鍵盤掃描電路、LED顯示電路、與PC機通信的RS232轉換電路，各部分設計如下。167。 溫度檢測電路溫度檢測電路主要由AD590傳感器、電阻和放大器組成，具體電路圖如圖12所示。AD590是一種電流輸出型二端式集成溫度傳感器，其主要技術參數：測溫范圍－55℃～+150℃；工作電壓+4V～+30V；精度177。℃；靈敏度1μA/℃，溫度每變化1℃，其輸出電流變化1μA；輸出零點為熱力學溫標零點。即－273℃時AD590的輸出電流為0μA，0℃時輸出約為273μA。通過AD590的參數可以看出，它完全適合本設計的需要，同時AD590性能穩(wěn)定，即便經過很長一段時間它的漂移量也很小，而且工作電路簡單直觀。溫度檢測電路如圖22所示： 圖22 溫度檢測電路工作過程：因為流過AD590的電流與熱力學溫度成正比，電流經電阻R43轉換為電壓信號，所以電阻R43上的電壓也將隨環(huán)境中溫度的變化而變化。電阻上的電壓信號經放大器放大后輸入到STC12C5410AD單片機帶有A/，單片機通過采集這個端腳的電壓，然后根據電壓值，通過軟件處理修訂后就可以得出實際的溫度值。 167。 濕度檢測電路相對濕度測量電路如圖23所示，它由NE555構成的振蕩器組成，濕度傳感器THS11的電容隨環(huán)境相對濕度的變化而變化，從而導致振蕩器的振蕩頻率變化。濕度檢測電路通過濕度傳感器THS11采集環(huán)境中的相對濕度。THS11是一種電容式濕度傳感器，它的電容值隨環(huán)境濕度的變化而變化，它具有：測量范圍廣（0～100%）RH；適用性好，可在（－40℃～100℃）溫度下工作；精度高（2%）；響應速度快（5s），恢復時間短（10s）；長期穩(wěn)定好（年漂移量僅為177。%RH）；具有極好的線性輸出等特性。綜合以上優(yōu)點本設計采用次傳感器作為濕度檢測的傳感器。應用電路如下圖所示：圖23 濕度檢測電路濕度檢測電路的工作過程為：環(huán)境相對濕度的變化導致濕度傳感器THS11的電容變化，從而引起RC振蕩回路的震蕩頻率的變化，由于THS11的容值的變化和環(huán)境中相對濕度的變化接近線性關系，那么在震蕩回路中R的阻值固定的情況下，振蕩頻率也就和相對濕度有一個近似的線性關系，震蕩回路的頻率通過NE555后形成一個穩(wěn)定的、頻率跟相對濕度由近似線性關系的波，單片機通過測量該頻率的變化，經應用軟件的溫度補償和線性化處理可獲得環(huán)境相對濕度值。該測量電路的測量精度為 177。3℅RH，分辨力 ℅RH，使得相對濕度傳感器THS11的測量范圍大，長期穩(wěn)定性好，響應時間短，溫度系數低，線性度較好，體積小。不足之處是相對濕度傳感器THS11及其它元件的離散性導致了調試困難，需進一步研究解決。167。 其它模塊電路設計鍵盤模塊采用動態(tài)掃描的方式，鍵盤掃描電路輸出端和LED顯示器段碼控制端口共用74HC164的輸出Q0~Q7。本設計中采用五個數碼管進行靜態(tài)顯示，所以要用五個74HC164分別控制五個數碼管的顯示和選通，前一個74HC164的QH與后一個74HC164的輸入端相連，74HC164的輸出端QA~QH通過電阻連到數碼管上，控制數碼管選通的信號為P1。2口通過電阻、三極管與數碼管的共陽極連接。 P1。1口控制CLOCK脈沖信號。74HC164的CLEAR端都始終接高電平，74HC164的A、。用LED 顯示器顯示十六進制數和空白及小數點的顯示段碼。從LED 顯示器的顯示原理可知，為了顯示字母數字，必須最終轉換成相應段選碼。這種轉換可以通過硬件譯碼器或軟件進行譯碼。其中的共陽極接法在設計中得以應用，單片機信號通過移位寄存器74HC164輸出，經過八個電阻在LED數碼管上顯示出來。LED顯示電路圖如圖212所示。圖212 LED顯示電路圖 由于設計中用到AD轉化器，AD轉化器的參考電壓的穩(wěn)定對于采集數據的準確性有著直接的關系，本設計采用了從USB接口取電和通過變壓器供電兩種方式，前者是為了在下程序和做一些基本測試的方便，但USB接口的電壓不是很穩(wěn)定，所以如果僅用這一種供電方式是不夠的，再加上溫度傳感器AD590的工作電壓必須要超過5V的要求，本設計還采用了后者通過變壓電源供電。 通過簡單變壓器輸出的電壓首先經過CC2的濾波后，再經過集成穩(wěn)壓塊7805的電壓變換后又濾波一下，形成穩(wěn)定的5V電源，可以共單片機使用，經過7805之前的部分可以接到AD590的正端就可以使AD590正常的工作，從而實現了本設計的用電需求。第2章 溫濕度檢測儀的軟件設計167。 主程序模塊設計主程序是控制和管理的核心，主要完成在系統(tǒng)上電后進行定時和中斷圖31 主程序流程圖處理操作的初始化。它的內容包括主程序的起始地址，中斷服務程序的起始地址，有關內存單元及相關部件的初始化和一些子程序調用等等。主程序設計框圖如上圖31。主程序初始化的具體內容包括：時間中斷的初始化、外部中斷源的初始化、單片機I/O口初始化、RAM初始化、LED初始化、對各個子程序的調用，然后對溫度和濕度進行檢測并將結果顯示在LED上。初始化對單片機的工作非常重要，因為單片機經過復位以后一些狀態(tài)字，寄存器的初值可能是隨機分配的值也可能是全置0或置1，程序在運行過程中，程序狀態(tài)字起著重要的作用，為了不影響程序的正常運行初始化是十分必要的。167。 溫濕度檢測模塊程序設計167。 溫度檢測模塊程序設計該檢測儀的溫度檢測部分使用的AD590是一種由所在環(huán)境溫度決定的恒流輸出器件，其輸出特性為：I=Ktt式中I為AD590輸出電流信號，單位為1uA電流。t為絕對溫度，單位為K。Kt為轉換系數，單位為1uA/K。AD590輸出電流信號經電阻R轉換為電壓信號，其電壓為：VR = KtRtVR從ADC口輸入到單片機中，進行A/D轉換，成為數字量VT。溫度檢測模塊程序如圖32，首先讀取測量電路的溫度電壓VT，并將這一電壓信號作為溫度轉換參數進行電壓→溫度轉換，具體轉換方法為：把經過A/D的所得的數字電壓值VT作如下計算T = KT（VTV0）式中T為需要測量的環(huán)境實際溫度值，參數 V0為環(huán)境溫度為0℃時A/D轉換的數字量電壓值，參數KT為環(huán)境溫度與A/D轉換的數字量電壓的轉換系數：KT = 1/( KtR15)。它們均作為常量存儲在單片機的片內數據EEPROM中。由于V0、KT準確與否直接影響溫度測量的精度，可通過以下方法進行校正：用其它高精度的測溫儀測量環(huán)境溫度T1，輸入本儀表，單片機同時記錄下相應的A/D轉換的數字量V1。當環(huán)境溫度從T1變化到T2時，重復以上過程，單片機同時記錄下相應的A/D轉換的數字量V2。為保證校準精度，環(huán)境溫度應在25℃左右變化，并且變化的范圍盡可能大一些。儀表的應用軟件根據KT=（T1T2）/（V1V2）和V0=VT1T1/KT計算出KT和V0 的值，并存儲在單片機的EEPROM數據存儲器中，既完成該儀表的溫度測量精度的校正。儀表的應用軟件系統(tǒng)配置有專用的服務子程序完成此項工作，僅僅需按儀表的LED顯示器的提示完成有關操作。 本設計中所用的單片機自帶AD轉換器，無需再另加轉換器。只需按照手冊中所說明的ADC的用法即可完成AD轉換功能。由于本單片機可以提供8位和10位兩種AD轉化，但是在本設計中為求檢測結果的精確性本設計選用了10位AD轉換器，其轉化精度要比8位高出數倍，同時又采用穩(wěn)定的5V電源為單片機供電，進一步確保了檢測的準確性。模擬/ 數字轉換結果計算公式如下：結果 ( ADC_DATA[7:0],ADC_LOW2[1:0] ) = 1024 x Vin / VccVin 為模擬輸入通道輸入電壓，Vcc 為單片機實際工作電壓，用單片機工作電壓作為模擬參考電壓。取ADC_DATA 的8 位為ADC 轉換的高8 位,取ADC_LOW2 的低2 位為ADC 轉換的低2 位,則為10 位精度。如果舍棄ADC_LOW2 的低2 位,只用ADC_DATA 寄存器的8 位,則A/D 轉換結果為8 位精度。結果 ADC_DATA[7:0] = 256 x Vin / Vcc。STC12C5410AD 系列帶A/D 轉換的單片機在P1 口，有8 路10 位高速A/D 轉換器, 速度可達100KHz。 共8 路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。上電復位后P1 口為弱上拉型I/O 口，用戶可以通過軟件設置將8 路中的任何一路設置為A/D 轉換，不需作為A/D 使用的口可繼續(xù)作為I/O 口使用。需作為A/D 使用的口需先將其設置為高阻輸入或開漏模式。在P1M0、P1M1中對相應的位進行設置。由于單片機對數據的采集只能是電壓或者頻率，AD590對溫度的檢測是電路的大小來反映的，要將這個電流值讀到單片機里面來就必須先把這個電流轉變成電壓，本設計中是通過一個電阻將這個值變成電壓的，而單片機的AD采樣范圍必須是它的工作電壓范圍內，即0~5 V，所以通過計算就可以確定電阻的值，這個過程是經過反復的實驗確定的，如果阻值過小就使得采樣值不精確，如果阻值過大則完全不能進行采樣過程后面的數據處理就更沒法進行。 本設計中為了使編程盡量簡潔所選取的阻值非常特殊：AD590變化的電流通過這個特定阻值的電阻時，轉變?yōu)橐粋€變化的電壓，這個電壓變化一個毫安對應溫度變化一度，這樣大大化簡了程序中對的溫度的算法。當AD轉換器將采樣的電壓值轉變?yōu)閿底种岛?，單片機將這個數字值進行簡單的處理就可以得到要檢測的溫度值，本設計將溫度對電壓的變化大體堪為近似的線性關系，把采集到的數字量是將5V的電壓分成1024個等分，則每變化一個溫度就可以對應一個數字電壓量的變化，就可以通過這個數字量直接對應出環(huán)境溫度，當然這里的溫度值是熱力學溫度值，還要進一步的轉化常用的攝氏度溫度來顯示。本設計中用的是靜態(tài)LED顯示，所以可以在顯示送完數以后繼續(xù)做別的事情不會相互影響。由于單片機中數據的處理全部是用二進制數表示的，這種表示方法不適合我們平時的讀數習慣，還得先將十六進制數轉變?yōu)閷氖M制數來顯示，到此時一次溫度檢測才算完成，程序可以返回進行重復檢測來實現實時反應環(huán)境溫度的功能。圖32溫度檢測模塊程序流程圖溫度檢測模塊程序流程如圖32，該模塊程序最后將計算得到的溫度值送入數據存儲器，并調用LED顯示程序將環(huán)境溫度顯示出來，然后返回主程序繼續(xù)下面的操作。167。 濕度檢測模塊程序設計1. 程序欲解決問題分析濕度測量電路是由濕度傳感器THS11和NE555構成的振蕩電路組成。濕度傳感器THS11的電容值隨溫度的變化導致振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化，所以可以通過測量振蕩器輸出頻率，獲得相對濕度值。實驗得出振蕩電路的輸出頻率（f）與環(huán)境溫度（T）的關系曲線，如圖33所示：圖33 振蕩頻率f與溫度T的關系曲線由上圖可知，在環(huán)境相對濕度不變的條件下，溫度和振蕩頻率呈近似的線性關系，所以忽略非線性誤差不影響測量的精度。當環(huán)境中的相對濕度不同時，相同溫度條件下的振蕩頻率差異比較大，且這種差異是非線性的。要準確地測量濕度，必須對振蕩頻率作溫度補償。從圖33可以看出，對于不同的環(huán)境濕度，振蕩頻率的溫度補償系數也是不同的。研究表明，相對濕度為X%RH時振蕩頻率的溫度補償系數（ΔfRHX）與相對濕度為0%RH時振蕩頻率的溫度補償系數（Δf RH0）具有如下關系：ΔfRHX=Δf RH0(fRH/fRH0)式中Δf RH0的值為297/65（Hz/℃）；fRH0是溫度為0℃時相對濕度為0%RH的振蕩頻率，其值為7588（Hz）；fRHX是溫度為0℃時相對濕度為X%RH的振蕩頻率。 實驗得出相對濕度（RH）與濕度傳感電路輸出的振蕩頻率（f）在環(huán)境溫度為25℃時的關系曲線，如圖34所示：圖34 在25℃時相對濕度RH與振蕩率f的關系曲線表31給出了該關系曲線上的10個點的數據。從圖3可以看出，相對濕度在20%RH—80%RH范圍內線性度較好，兩端的線性較差。表31 在25℃環(huán)境溫度時相對濕度（RH）與振蕩頻率（f）的關系顯然，振蕩頻率受環(huán)境濕度的影響比較大。當相對濕度值升高時，振蕩器輸出頻率會隨之降低，而且它們之間的這種變化是非線性的。如果本設計將檢測到頻率直接送給顯示器顯示的話，得到的結果將與環(huán)境中的實際濕度值存在很大差別，無法達到性能指標中所要求的測量精度和分辨力。但是由上面的關系，可以采用軟件的方法進行溫度補償和線性化處理，來實現高精度地測量相對濕度。2. 程序設計方案經過以上分析可知，濕度檢測模塊程序需要完成將來自傳感電路的