【正文】 isplay，取每字的第一個字母組成。其工作原理就是利用液晶的物理特性：通電時排列變得有序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過。 LCD的優(yōu)點主要包括零輻射、低功耗、散熱小、體積小、圖像還原精確、字符顯示銳利等。 通過比較，LED與LCD有著根本的區(qū)別，首先是發(fā)光光源的不同，其次是顯示效果的區(qū)別，LCD可顯示精致畫面，LED卻不能。由于本設計應用于家庭環(huán)境，所以最好不要有輻射，不改變周圍溫度并且還要直觀的多顯示信息等。因此選擇LCD。 LCD芯片模型其中D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線，與單片機的I/O接口相連；VSS為電源地，VDD接5V正電源；VEE為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”；RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器；RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作，當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)；E為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 按鍵的選擇本次設計中設置有參數(shù)設置部分，此部分由按鍵輸入。常用的按鍵有獨立式按鍵和行列式按鍵。獨立式按鍵就是各鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易地判斷哪個按鍵被按下。在按鍵數(shù)目較多時，獨立式按鍵電路需要較多的輸入口線且電路結構繁雜，故此種按鍵適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。獨立式按鍵是直接用I/O口線構成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O口線的狀態(tài)。即一個按鍵對應著一個端口輸入，每一個按鍵都有一個按鍵電路來判斷其是否按下。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結構簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時，I/O口線浪費較大，不宜采用。行列式按鍵，也稱矩陣式按鍵，用于按鍵數(shù)目較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行，列的交叉點上。在按鍵數(shù)目較多的場合，行列式按鍵與獨立式按鍵相比，要節(jié)省很多的I/O口線。由于此次設計需要設置參數(shù)上下限，需要輸入對應的數(shù)字，需要一個類似手機鍵盤的輸入系統(tǒng)，因此選擇行列式4x3按鍵。對于一組鍵或一個鍵盤，總有一個接口電路與CPU相連。CPU可以采用查詢或中斷方式了解是否有按鍵輸入并檢查是哪一個鍵按下，通過跳轉指令轉入執(zhí)行該鍵的功能程序，執(zhí)行完后再返回主程序。 設計語言的選擇軟件設計的主要任務就是對單片機的控制程序，實現(xiàn)課題所要求的各項功能。匯編語言作為單片機課程學習時所強化的一門語言，由于時序上很嚴謹，便于計算運行時間等優(yōu)點，曾經(jīng)廣泛使用。但是隨著單片機開發(fā)技術的不斷發(fā)展，目前越來越多的人從使用匯編語言轉向使用高級語言進行開發(fā)工作，尤以C語言為主，目前市場上常見的幾種單片機均有C語言開發(fā)環(huán)境。下面簡單介紹一下匯編語言和C語言。匯編語言是一種以處理器指令系統(tǒng)為基礎的低級程序設計語言，它采用助記符表達指令操作碼，采用表示符號表示指令操作數(shù)。利用匯編語言編寫程序的主要優(yōu)點是可以直接、有效地控制計算機硬件，因而容易創(chuàng)建代碼序列短小、運行快速的可執(zhí)行程序。匯編語言有以下特點：直接和簡捷，可有效地訪問、控制計算機的各種硬件設備，如磁盤、存儲器、CPU、I/O端口等，目標代碼簡短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設計語言。C語言是高級語言。它把高級語言的基本結構和語句與低級語言的實用性結合起來。C 語言可以像匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進行操作，而這三者是計算機最基本的工作單元。C是結構式語言。結構式語言的顯著特點是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此獨立。這種結構化方式可使程序層次清晰，便于使用、維護以及調(diào)試。C 語言是以函數(shù)形式提供給用戶的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向，從而使程序完全結構化。C語言適用范圍大。適合于多種操作系統(tǒng)，也適用于多種機型。C語言對編寫需要硬件進行操作的場合也明顯優(yōu)于其它語言。 綜合考慮，C語言對我們以后的學習和工作有很大的幫助，所以，最終決定用C語言完成本次設計的軟件工作。第3章 硬件設計根據(jù)單片機對家庭環(huán)境監(jiān)測要實現(xiàn)的功能，設計了基于ATMEL公司的AT89C51芯片的室內(nèi)監(jiān)測系統(tǒng)。這是一種低成本的利用單片機I/O口實現(xiàn)的溫濕度、有害氣體濃度檢測電路。整個系統(tǒng)硬件部分包括溫濕度檢測系統(tǒng)、A/D轉換、單片機、I/O設備、按鍵系統(tǒng)、報警系統(tǒng)等。溫濕度控制部分用SHT11溫濕度傳感器、AT89C51單片機及LCD顯示的硬件電路完成對家庭環(huán)境的實時監(jiān)測及顯示。 系統(tǒng)的硬件簡介硬件大致構成：核心控制器件AT89C51，溫濕度傳感器SHT11，A/D轉換器TLC1543，顯示器LCD1602，鍵盤，顯示及報警電路。 硬件設計思想本設計是以AT89C51為單片機作為控制核心，提出了一種基于溫濕度傳感器SHT1A/D轉換器TLC1543的家庭環(huán)境測控系統(tǒng)。單片機通過實時監(jiān)控溫濕度和有害氣體濃度的變化，通過LCD1602字符型液晶顯示溫濕度的數(shù)值，當溫濕度或者有害氣體濃度值超出所設定的值時，報警器開始報警，從而實現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)的管理和控制。這種測量系統(tǒng)具有成本低廉、傳感精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定、易于管理等優(yōu)點。 核心控制器件AT89C51AT89C51 有40個引腳，4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。AT895C51有PDIP、TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。主要功能特性： 兼容MCS51指令系統(tǒng)。32個雙向I/O口。2個16位可編程定時剛／計數(shù)器中斷。 2個串行中斷。 2個外部中斷源。 2個讀寫中斷口線。低功耗空閑和掉電模式。 AT89C51引腳圖概述：AT89C52為40 腳雙列直插封裝的8 位通用微處理器，主要管腳有：XTAL1（19 腳）為接外部晶體的一個引腳，該引腳內(nèi)部是一個反相放大器的輸入端，如果采用外接晶體振蕩器，該引腳應該接地。XTAL2（18 腳）接外部晶體的另一端，該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸出端，若采用外部時鐘振蕩器時，該引腳接收時鐘震蕩的信號，即把此信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。RESET（9 腳）為復位輸入端口，高電平有效，外接電阻電容組成的復位電路，當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE（30腳）為地址鎖存信號，當單片機上電正常工作后，ALE引腳不斷輸出正脈沖信號。當單片機訪問外部存儲器時，ALE輸出信號的負跳沿作用單片機發(fā)出的低8位地址的鎖存控制信號。PSEN（29腳）為程序存儲器允許輸出控制端，在單片機訪問外部程序存儲器時，此引腳輸出脈沖負跳沿作為讀外部程序存儲器的選通信號。EA（31腳）為程序存儲器選擇控制端，當EA為高電平時，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器，當EA為低電平時，單片機則只訪問外部程序存儲器。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負端。P0~P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義。P0 口：P0 口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口， 也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8 個TTL邏輯門電路，對端口P0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash 編程時，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1 口：P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。P2 口：P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對端口P2 寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。在訪問外部程序存儲器或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX @RI 指令）時，P2 口輸出P2 鎖存器的內(nèi)容。Flash 編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對P3 口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3 口除了作為一般的I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能。 P3端口引腳兼用功能表P3引腳兼用功能串行通訊輸入（RXD）串行通訊輸出（TXD）外部中斷0（INT0）外部中斷1（INT1）定時器0輸入（T0）定時器1輸入（T1）外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通輸出（WR）外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通輸出（RD） AT89C51單片機最小系統(tǒng)設計單片機最小系統(tǒng)是指能維持單片機運行的最簡單的配置系統(tǒng)。本次設計單片機最小系統(tǒng)以AT89C51為核心，配以一定的外圍電路和軟件，實現(xiàn)單片機的最小系統(tǒng)功能。AT89C51單片機內(nèi)部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，引腳X1和X2分別是該放大器的輸入端和輸出端，這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器。外接石英晶體及電容接在放大器反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容雖然沒有嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。CPU振蕩器采用了12MHz的石英晶體，33pF的電容。 AT89C51組成的最小系統(tǒng)電路圖復位電路采用自動上電復位和按鍵手動復位相結合的復位電路接法，即在Vcc和RST端接一個容量為10μF的電解電容，其兩端并接一個輕觸按鈕，利用RESET內(nèi)部復位下拉電阻便構成復位電路。這種接法不僅可以在上電時自動復位，也可以在程序運行時手動進行復位，只需按下復位電路中的復位鍵即可。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的，當電源VCC接通時只要電壓上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位。而手動的好處在于能避免死機時關機復位。其復位過程為：接通電源瞬間，電容C1上的電壓很小，RST端上的電壓接近電源電壓，在電容C1充電過程中，RST端電位逐漸下降，當RST端電位小于某一數(shù)值后，CPU脫離復位狀態(tài)；當按鈕按下時，電容通過R1放電，當電容放完電后，RST端的電位由VCC電壓決定。因此RST為高電平，CPU進入復位狀態(tài)，松手后，電容C1開始充電，RST端電位下降，CPU脫離復位狀態(tài)。 SHT11工作原理SHT11是瑞士Sensirion公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應用于暖通空調(diào)、汽車、消費電子、自動控制等領域。其主要特點如下：高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號變換、A/D轉換和加熱器等功能集成到一個芯片上；提供二線數(shù)字串行接口SCK和DATA，接口簡單，支持CRC傳輸校驗，傳輸可靠性高；測量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置A/D轉換器（分辨率為8～12位，可以通過對芯片內(nèi)部寄存器編程米選擇）；測量精確度高，由于同時集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補償?shù)臐穸葴y量值和高質(zhì)量的露點計算功能；封裝尺寸超?。?mm mm），測量和通信結束后，自動轉入低功耗模式；高可靠性，測量時可將感測頭完全浸于水中。 SHT11引腳圖。 SHT11引腳功能表序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DATA串行數(shù)據(jù)雙向接口3SCK串行時鐘輸入接口4VDD可選擇的VDD引腳,當工作于寄生電源時,該引腳必須接地微處理器是通過二線串行數(shù)字接口與SHT11進行通信的。通信協(xié)議與通用的I2C總線協(xié)議是不兼容的，因此需要用通用微處理器I/O口模擬該通信時序。微處理器對SHT11的控制是通過5個5位命令代碼來實現(xiàn)的。 SHT11控制命令代碼命令代碼含義00011測量溫度00101測量濕度00111讀內(nèi)部狀態(tài)寄存器00110寫內(nèi)部狀態(tài)寄存器11110復位命令，使內(nèi)部狀態(tài)寄存器恢復默認值，下一次命令前至少等待11ms其他保留下面介紹一下SHT11的命令順序及命令時序。 （1）傳輸開始初始化傳輸時，應發(fā)出“傳輸開始”命令，具體為SCK是高電平，DATA由高電平變?yōu)榈碗娖?，并在下一個SCK為高時將DATA升高。接著傳輸開始下一個命令包含三個地址位（目前只支持“000”）和5個命令位，通過DATA腳的ACK（確認字符）位處于低電位表示SHT11正確接收到命令。（2）連接復位順序如果與SHT11傳感器的通訊中斷，下列信號順序會使串口復位：當使DATA線處于高電平時，出發(fā)SCK9次以上（含9次），并發(fā)一個前述的“傳輸開始”命令。（3）溫濕度測量時序當發(fā)出了溫（濕）度測量命令后，控制器就要等到測量完成后才開始動作。使用8/12/14位的分辨率測量分別需要大約11/55/210ms。為表明測量完成，SHT11會使DATA為低電平，此時控制器必須重新啟動SCK，然后SHT11傳送兩字節(jié)測量數(shù)據(jù)與