【正文】 選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，應(yīng)認(rèn)為是4MHz ～ 8MHz。 STC12C5410AD 單片機(jī)內(nèi)部共2 個(gè)16 位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器，但可用PCA 模塊再產(chǎn)生4 個(gè)定時(shí)器；還具有PWM(4 路）/ P C A（可編程計(jì)數(shù)器陣列）；10 / 8位精度ADC，共8 路。STC12C5410AD單片機(jī)的時(shí)鐘電路采用的是內(nèi)部的時(shí)鐘電路，利用單片機(jī)內(nèi)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(gòu)成的并聯(lián)諧振電路，使內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩。，C1和C2是30pf。圖21 STC12C5410AD單片機(jī)的引腳排列和基本外圍電路圖STC12C5410AD單片機(jī)的復(fù)位電路采用的開關(guān)復(fù)位電路，開關(guān)S9未按下是上電復(fù)位電路，上電復(fù)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(dǎo)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(shù)，就能保證在開關(guān)按下時(shí)是RST端有兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平從而使STC12C5410AD內(nèi)部復(fù)位。開關(guān)按下時(shí)是按鍵手動(dòng)復(fù)位電路，RST端通過電阻與VCC電源接通，通過電阻的分壓就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位?；赟TC12C5410AD單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀的原理圖見附錄。167。 溫濕度檢測(cè)儀的硬件電路設(shè)計(jì)該溫濕度檢測(cè)儀的硬件系統(tǒng)由以下部分組成：電源部分、相對(duì)濕度測(cè)量電路、溫度測(cè)量電路、鍵盤掃描電路、LED顯示電路、與PC機(jī)通信的RS232轉(zhuǎn)換電路，各部分設(shè)計(jì)如下。167。 溫度檢測(cè)電路溫度檢測(cè)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(shù)參數(shù)：測(cè)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(diǎn)為熱力學(xué)溫標(biāo)零點(diǎn)。即－273℃時(shí)AD590的輸出電流為0μA，0℃時(shí)輸出約為273μA。通過AD590的參數(shù)可以看出，它完全適合本設(shè)計(jì)的需要，同時(shí)AD590性能穩(wěn)定，即便經(jīng)過很長一段時(shí)間它的漂移量也很小，而且工作電路簡(jiǎn)單直觀。溫度檢測(cè)電路如圖22所示： 圖22 溫度檢測(cè)電路工作過程：因?yàn)榱鬟^AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，電流經(jīng)電阻R43轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，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(hào)經(jīng)放大器放大后輸入到STC12C5410AD單片機(jī)帶有A/，單片機(jī)通過采集這個(gè)端腳的電壓，然后根據(jù)電壓值，通過軟件處理修訂后就可以得出實(shí)際的溫度值。167。 濕度檢測(cè)電路相對(duì)濕度測(cè)量電路如圖23所示，它由NE555構(gòu)成的振蕩器組成，濕度傳感器THS11的電容隨環(huán)境相對(duì)濕度的變化而變化，從而導(dǎo)致振蕩器的振蕩頻率變化。濕度檢測(cè)電路通過濕度傳感器THS11采集環(huán)境中的相對(duì)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(cè)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(yīng)速度快（5s），恢復(fù)時(shí)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(diǎn)本設(shè)計(jì)采用次傳感器作為濕度檢測(cè)的傳感器。應(yīng)用電路如下圖所示：圖23 濕度檢測(cè)電路濕度檢測(cè)電路的工作過程為：環(huán)境相對(duì)濕度的變化導(dǎo)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(duì)濕度的變化接近線性關(guān)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(duì)濕度有一個(gè)近似的線性關(guān)系，震蕩回路的頻率通過NE555后形成一個(gè)穩(wěn)定的、頻率跟相對(duì)濕度由近似線性關(guān)系的波，單片機(jī)通過測(cè)量該頻率的變化，經(jīng)應(yīng)用軟件的溫度補(bǔ)償和線性化處理可獲得環(huán)境相對(duì)濕度值。該測(cè)量電路的測(cè)量精度為 177。3℅RH，分辨力 ℅RH，使得相對(duì)濕度傳感器THS11的測(cè)量范圍大，長期穩(wěn)定性好，響應(yīng)時(shí)間短，溫度系數(shù)低，線性度較好，體積小。不足之處是相對(duì)濕度傳感器THS11及其它元件的離散性導(dǎo)致了調(diào)試?yán)щy，需進(jìn)一步研究解決。167。 其它模塊電路設(shè)計(jì)鍵盤模塊采用動(dòng)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(shè)計(jì)中采用五個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行靜態(tài)顯示，所以要用五個(gè)74HC164分別控制五個(gè)數(shù)碼管的顯示和選通，前一個(gè)74HC164的QH與后一個(gè)74HC164的輸入端相連，74HC164的輸出端QA~QH通過電阻連到數(shù)碼管上，控制數(shù)碼管選通的信號(hào)為P1。2口通過電阻、三極管與數(shù)碼管的共陽極連接。 P1。1口控制CLOCK脈沖信號(hào)。74HC164的CLEAR端都始終接高電平，74HC164的A、。用LED 顯示器顯示十六進(jìn)制數(shù)和空白及小數(shù)點(diǎn)的顯示段碼。從LED 顯示器的顯示原理可知，為了顯示字母數(shù)字，必須最終轉(zhuǎn)換成相應(yīng)段選碼。這種轉(zhuǎn)換可以通過硬件譯碼器或軟件進(jìn)行譯碼。其中的共陽極接法在設(shè)計(jì)中得以應(yīng)用，單片機(jī)信號(hào)通過移位寄存器74HC164輸出，經(jīng)過八個(gè)電阻在LED數(shù)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(shè)計(jì)中用到AD轉(zhuǎn)化器，AD轉(zhuǎn)化器的參考電壓的穩(wěn)定對(duì)于采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有著直接的關(guān)系，本設(shè)計(jì)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(cè)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(shè)計(jì)還采用了后者通過變壓電源供電。 通過簡(jiǎn)單變壓器輸出的電壓首先經(jīng)過CC2的濾波后，再經(jīng)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(jī)使用，經(jīng)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(shí)現(xiàn)了本設(shè)計(jì)的用電需求。26第2章 溫濕度檢測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)167。 主程序模塊設(shè)計(jì)主程序是控制和管理的核心，主要完成在系統(tǒng)上電后進(jìn)行定時(shí)和中斷圖31 主程序流程圖處理操作的初始化。它的內(nèi)容包括主程序的起始地址，中斷服務(wù)程序的起始地址，有關(guān)內(nèi)存單元及相關(guān)部件的初始化和一些子程序調(diào)用等等。主程序設(shè)計(jì)框圖如上圖31。主程序初始化的具體內(nèi)容包括：時(shí)間中斷的初始化、外部中斷源的初始化、單片機(jī)I/O口初始化、RAM初始化、LED初始化、對(duì)各個(gè)子程序的調(diào)用，然后對(duì)溫度和濕度進(jìn)行檢測(cè)并將結(jié)果顯示在LED上。初始化對(duì)單片機(jī)的工作非常重要，因?yàn)閱纹瑱C(jī)經(jīng)過復(fù)位以后一些狀態(tài)字，寄存器的初值可能是隨機(jī)分配的值也可能是全置0或置1，程序在運(yùn)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(yùn)行初始化是十分必要的。167。 溫濕度檢測(cè)模塊程序設(shè)計(jì)167。 溫度檢測(cè)模塊程序設(shè)計(jì)該檢測(cè)儀的溫度檢測(cè)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(hào)，單位為1uA電流。t為絕對(duì)溫度，單位為K。Kt為轉(zhuǎn)換系數(shù)，單位為1uA/K。AD590輸出電流信號(hào)經(jīng)電阻R轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，其電壓為：VR = KtRtVR從ADC口輸入到單片機(jī)中，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，成為數(shù)字量VT。溫度檢測(cè)模塊程序如圖32，首先讀取測(cè)量電路的溫度電壓VT，并將這一電壓信號(hào)作為溫度轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行電壓→溫度轉(zhuǎn)換，具體轉(zhuǎn)換方法為：把經(jīng)過A/D的所得的數(shù)字電壓值VT作如下計(jì)算T = KT（VTV0）式中T為需要測(cè)量的環(huán)境實(shí)際溫度值，參數(shù) V0為環(huán)境溫度為0℃時(shí)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量電壓值，參數(shù)KT為環(huán)境溫度與A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量電壓的轉(zhuǎn)換系數(shù)：KT = 1/( KtR15)。它們均作為常量存儲(chǔ)在單片機(jī)的片內(nèi)數(shù)據(jù)EEPROM中。由于V0、KT準(zhǔn)確與否直接影響溫度測(cè)量的精度，可通過以下方法進(jìn)行校正：用其它高精度的測(cè)溫儀測(cè)量環(huán)境溫度T1，輸入本儀表，單片機(jī)同時(shí)記錄下相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量V1。當(dāng)環(huán)境溫度從T1變化到T2時(shí)，重復(fù)以上過程，單片機(jī)同時(shí)記錄下相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量V2。為保證校準(zhǔn)精度，環(huán)境溫度應(yīng)在25℃左右變化，并且變化的范圍盡可能大一些。儀表的應(yīng)用軟件根據(jù)KT=（T1T2）/（V1V2）和V0=VT1T1/KT計(jì)算出KT和V0 的值，并存儲(chǔ)在單片機(jī)的EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，既完成該儀表的溫度測(cè)量精度的校正。儀表的應(yīng)用軟件系統(tǒng)配置有專用的服務(wù)子程序完成此項(xiàng)工作，僅僅需按儀表的LED顯示器的提示完成有關(guān)操作。 本設(shè)計(jì)中所用的單片機(jī)自帶AD轉(zhuǎn)換器，無需再另加轉(zhuǎn)換器。只需按照手冊(cè)中所說明的ADC的用法即可完成AD轉(zhuǎn)換功能。由于本單片機(jī)可以提供8位和10位兩種AD轉(zhuǎn)化，但是在本設(shè)計(jì)中為求檢測(cè)結(jié)果的精確性本設(shè)計(jì)選用了10位AD轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)化精度要比8位高出數(shù)倍，同時(shí)又采用穩(wěn)定的5V電源為單片機(jī)供電，進(jìn)一步確保了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。模擬/ 數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果計(jì)算公式如下：結(jié)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(jī)實(shí)際工作電壓，用單片機(jī)工作電壓作為模擬參考電壓。取ADC_DATA 的8 位為ADC 轉(zhuǎn)換的高8 位,取ADC_LOW2 的低2 位為ADC 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換結(jié)果為8 位精度。結(jié)果 ADC_DATA[7:0] = 256 x Vin / Vcc。STC12C5410AD 系列帶A/D 轉(zhuǎn)換的單片機(jī)在P1 口，有8 路10 位高速A/D 轉(zhuǎn)換器, 速度可達(dá)100KHz。 共8 路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測(cè)、電池電壓檢測(cè)、按鍵掃描、頻譜檢測(cè)等。上電復(fù)位后P1 口為弱上拉型I/O 口，用戶可以通過軟件設(shè)置將8 路中的任何一路設(shè)置為A/D 轉(zhuǎn)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(shè)置為高阻輸入或開漏模式。在P1M0、P1M1中對(duì)相應(yīng)的位進(jìn)行設(shè)置。由于單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的采集只能是電壓或者頻率，AD590對(duì)溫度的檢測(cè)是電路的大小來反映的，要將這個(gè)電流值讀到單片機(jī)里面來就必須先把這個(gè)電流轉(zhuǎn)變成電壓，本設(shè)計(jì)中是通過一個(gè)電阻將這個(gè)值變成電壓的，而單片機(jī)的AD采樣范圍必須是它的工作電壓范圍內(nèi)，即0~5 V，所以通過計(jì)算就可以確定電阻的值，這個(gè)過程是經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)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(jìn)行采樣過程后面的數(shù)據(jù)處理就更沒法進(jìn)行。 本設(shè)計(jì)中為了使編程盡量簡(jiǎn)潔所選取的阻值非常特殊：AD590變化的電流通過這個(gè)特定阻值的電阻時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)變化的電壓，這個(gè)電壓變化一個(gè)毫安對(duì)應(yīng)溫度變化一度，這樣大大化簡(jiǎn)了程序中對(duì)的溫度的算法。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換器將采樣的電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字值后，單片機(jī)將這個(gè)數(shù)字值進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理就可以得到要檢測(cè)的溫度值，本設(shè)計(jì)將溫度對(duì)電壓的變化大體堪為近似的線性關(guān)系，把采集到的數(shù)字量是將5V的電壓分成1024個(gè)等分，則每變化一個(gè)溫度就可以對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)字電壓量的變化，就可以通過這個(gè)數(shù)字量直接對(duì)應(yīng)出環(huán)境溫度。單片機(jī)中數(shù)據(jù)的處理全部是用二進(jìn)制數(shù)表示的，這種表示方法不適合我們平時(shí)的讀數(shù)習(xí)慣，還得先將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)來顯示，此時(shí)一次溫度檢測(cè)才算完成，程序返回進(jìn)行重復(fù)檢測(cè)來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境溫度。圖32溫度檢測(cè)模塊程序流程圖溫度檢測(cè)模塊程序流程如圖32，該模塊程序最后將計(jì)算得到的溫度值送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并調(diào)用LED顯示程序?qū)h(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(cè)模塊程序設(shè)計(jì)1. 程序欲解決問題分析濕度測(cè)量電路是由濕度傳感器THS11和NE555構(gòu)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(dǎo)致振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化，所以可以通過測(cè)量振蕩器輸出頻率，獲得相對(duì)濕度值。實(shí)驗(yàn)得出振蕩電路的輸出頻率（f）與環(huán)境溫度（T）的關(guān)系曲線，如圖33所示：圖33 振蕩頻率f與溫度T的關(guān)系曲線由上圖可知，在環(huán)境相對(duì)濕度不變的條件下，溫度和振蕩頻率呈近似的線性關(guān)系，所以忽略非線性誤差不影響測(cè)量的精度。當(dāng)環(huán)境中的相對(duì)濕度不同時(shí)，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(zhǔn)確地測(cè)量濕度，必須對(duì)振蕩頻率作溫度補(bǔ)償。從圖33可以看出，對(duì)于不同的環(huán)境濕度，振蕩頻率的溫度補(bǔ)償系數(shù)也是不同的。研究表明，相對(duì)濕度為X%RH時(shí)振蕩頻率的溫度補(bǔ)償系數(shù)（ΔfRHX）與相對(duì)濕度為0%RH時(shí)振蕩頻率的溫度補(bǔ)償系數(shù)（Δf RH0）具有如下關(guān)系：ΔfRHX=Δf RH0(fRH/fRH0)式中Δf RH0的值為297/65（Hz/℃）；fRH0是溫度為0℃時(shí)相對(duì)濕度為0%RH的振蕩頻率，其值為7588（Hz）；fRHX是溫度為0℃時(shí)相對(duì)濕度為X%RH的振蕩頻率。 實(shí)驗(yàn)得出相對(duì)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(shí)的關(guān)系曲線，如圖34所示：圖34 在25℃時(shí)相對(duì)濕度RH與振蕩率f的關(guān)系曲線表31給出了該關(guān)系曲線上的10個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。從圖3可以看出，相對(duì)濕度在20%RH—80%RH范圍內(nèi)線性度較好，兩端的線性較差。表31 在25℃環(huán)境溫度時(shí)相對(duì)濕度（RH）與振蕩頻率（f）的關(guān)系顯然，振蕩頻率受環(huán)境濕度的影響比較大。當(dāng)相對(duì)濕度值升高時(shí)，振蕩器輸出頻率會(huì)隨之降低，而且它們之間的這種變化是非線性的。如果本設(shè)計(jì)將檢測(cè)到頻率直接送給顯示器顯示的話，得到的結(jié)果將與環(huán)境中的實(shí)際濕度值存在很大差別，無法達(dá)到性能指標(biāo)中所要求的測(cè)量精度和分辨力。但是由上面的關(guān)系，可以采用軟件的方法進(jìn)行溫度補(bǔ)償和線性化處理，來實(shí)現(xiàn)高精度地測(cè)量相對(duì)濕度。2. 程序設(shè)計(jì)方案經(jīng)過以上分析可知，濕度檢測(cè)模塊程序需要完成將來自傳感電路的濕度頻率f轉(zhuǎn)換為相對(duì)濕度的工作。由于振蕩頻率隨環(huán)境相對(duì)濕度變化是非線性的，這給濕度轉(zhuǎn)換帶來了困難，因此需要對(duì)其進(jìn)行線性化處理。同時(shí)，相對(duì)濕度受環(huán)境溫度的影響比較大。不同溫度條件下，在同一測(cè)量場(chǎng)合測(cè)得的濕度差異很大，