【正文】 機上顯示。單片機采 用 C 語言編程 [7]。 溫濕度檢測電路 （ 溫 濕 度 傳 感DHT11) AT89C52 單片 機 NRF2401無線模塊 數(shù)據(jù)顯示電路（ LCD1602) 報警電路 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 共 48 頁 Y N 圖 流程框圖 溫濕度檢測 報警 89C52 單片機 LCD 液晶顯示 終止 不報警 LCD 液晶顯示 判斷 是否滿足設(shè)定值 系統(tǒng)初始化 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 共 48 頁 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 單片機系統(tǒng)設(shè)計 通過 上面 地總 體方案和實施措施的 議論 后 就應(yīng)該最先 著手硬件系統(tǒng)的設(shè)計，軟件系統(tǒng)設(shè)計的 基礎(chǔ) 、 硬件系統(tǒng)是應(yīng)用系統(tǒng)的 根本， 根據(jù)性價比 、 運行 地 速度 還有部分 功能 地實現(xiàn) 等因素的考慮 后 ，選用 AT89C52 單片機 是一個比較合理的選擇 。 AT89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。AT89C52 使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 89C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 [8]。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上， AT89C52擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng) 用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案 [9]。 AT89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， AT89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式 [10]?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 其引腳排列如圖 所示： 圖 a AT89C52 引腳圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 48 頁 圖 （ 1）電源及時鐘引腳（ 4 個） VCC:電源接入引腳； GND:接地引腳； XTAL1:晶體振蕩器接入的一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳接 地）； XTAL2:晶體振蕩器接入的另一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳作為外部振蕩信號的輸入端）。 （ 2）控制線引腳（ 4 個） RST/VPD:復(fù)位信號輸入引腳 /備用電源輸入引腳； ALE/PROG:地址鎖存允許信號輸出引腳 /編程脈沖輸入引腳 (低電平有效）； EA/Vpp:內(nèi)外存儲器選擇引腳（低電平有效） /片內(nèi) EPROM（或 FlashROM）編程電壓輸入引腳； PSEN:外部存儲器選通信號輸出引腳（低電平有效）。 (3) 并行 I/O 引腳（ 32 個，分成 4 個 8 位口） ～ :一般 I/O 引腳或數(shù)據(jù) /低位地址總線服用引腳； ～ :一般 I/O 引腳； ～ :一般 I/O 引腳或高位地址總線引腳； ～ :一般 I/O 引腳或第二功能引腳。 其內(nèi)部主要由 CPU、 RAM、 ROM、通用 I/O 及 總線構(gòu)成 。 CPU：由運算和控制邏輯組成，同時還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器； RAM：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)； ROM：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格； 單片機的寄存器 MCS51 器件有單獨的 程序存儲器 、 數(shù)據(jù)存儲器。外部 程序 存儲器 、 數(shù)據(jù)存儲器都可以 64K尋址。 程序存儲器 ：如果 EA 引腳 接地，程序 讀取只 能 從外部存儲器開始 讀取 。 對于 89C52，如果 EA 接 VCC， 程序 讀寫先從內(nèi)部 存儲器 （地址為 0000H～ 1FFFH）開始，然后 從外部尋址，尋址地址為： 20xxH~FFFFH。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 共 48 頁 數(shù)據(jù) 存儲器 ： AT89C52 有 256 字節(jié) 的 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。高 128 字節(jié)與 特殊功能寄存器 重疊。 意思 就是說高 128 字節(jié) 和 特殊 地 功能寄存器 有 一樣 的地址，而 在 物理上 卻 是分開的。 當(dāng)一條指令訪問高于 7FH 的地址時， 尋址方式 決定 著 CPU 訪問高 128 字節(jié) RAM 還是特殊 地 功能寄存 器 的 空間。 直接尋址方式 訪問 特殊功能寄存器 （ SFR） [11]。 機器周期和指令周期 (1) 振蕩周期 : 也稱時鐘周期 , 是指為單片機提供時鐘脈沖信號的振蕩源的周期。 (2) 狀態(tài)周期 : 每個狀態(tài)周期為時鐘周期的 2 倍 , 是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。 (3)機器周期 : 一個機器周期包含 6 個狀態(tài)周期 S1~S6, 也就是 12 個時鐘周期。在一個機器周期內(nèi) , CPU 可以完成一個獨立的操作。 (4) 指令周期 : 它是指 CPU 完成一條操作所需的全部時間。 每條指令執(zhí)行時間都是有一個或幾個機器周期組成。 中斷 AT89C52 有 6 個中斷源：兩個外部中斷（ INT0 和 INT1），三個定時中斷（定時器 0、 2）和一個串行中斷。每 一 個中斷源都可以通過清除 或 置位特殊 地 寄存器 IE 中的相關(guān)中斷 允許控制位分別使得 中斷源無效 或 有效。 IE 包括一個中斷允許總控制位 EA ，它 可以 一次禁止 全部 中斷。 位是不可 以 用 地 ，對于 AT89C52， 位也是不 可以 用 地 。用戶 的 軟件不應(yīng) 該 給這些位寫 1 。 因為它 們 是 為 AT89 系列新產(chǎn)品 得 預(yù)留 [12]。 定時器 2 能 被寄存器 T2CON 中的 EXF2 和 TF2 的或邏輯觸發(fā)。 當(dāng) 程序進(jìn)入 到 中斷服務(wù) 之 后，這些標(biāo)志位 就 可 能 由硬件清 0。 事實上 ， 由 中斷服務(wù)程序必須判定是 不 是 EXF2 或 TF2 激活 中斷， 因此 標(biāo)志位 也 必須由軟件清 為 0。 定時器 0 和 定時器 1 標(biāo)志位 TF0 和 TF1 在計數(shù) 中 溢出 地 那 一 個周期的 S5P2 被置位 后 。它們 的 值一直到下一個周期被電路捕捉下來。然而，定時器 2 的標(biāo)志位 TF2 在計數(shù)溢出的那 一 個周期的 S2P2 被置位 后 ，在 相 同一個周期 就 被電路捕捉下來 了 。 復(fù)位電路 本系統(tǒng)采用上電 +按鍵復(fù)位，是上電復(fù)位和按鍵電平復(fù)位的組合，無論是上電還是按動按鍵都能使單片機復(fù)位。如圖 所示： 圖 復(fù)位電路 R2 1K R3 10K C3 10uf RESET 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 48 頁 在 AT89C52 單片機 的 系統(tǒng)中， 單片機 系統(tǒng)上電啟動的 時候 復(fù)位一次，當(dāng)按鍵按下的時候系統(tǒng)再次復(fù)位，如果釋放后再按下，系統(tǒng) 依然 還會復(fù)位。所以可以通過按鍵的閉合 與 斷開在運行 地 系統(tǒng)中控制其復(fù)位。 復(fù)位電路的原理是單片機 RST 引腳接收到 2US 以上的電平信號，只要保證電容的充放電時間大于 2US，即可實現(xiàn)復(fù)位，所以電路中的電容值是可以改變的。按鍵按下系統(tǒng)復(fù)位，是電容處于一個短路電路中，釋放了所有的電能，電阻兩端的電壓增加引起的。 時鐘電路 時鐘引腳為 XTAL1 、 XTAL2 ，時鐘引腳外接 一個 晶體與片內(nèi) 地 反向放大器構(gòu)成了一個振蕩器，它 給 單片機 提供 時鐘控制信號，時鐘 引腳也 能外 接 一個 晶體振蕩器。 XTAL 1（ 19 腳）：接外部晶體的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它 其實就 是一個反向放大器的輸入端。 因此 放大器構(gòu)成了 一個 片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外接晶體振蕩器 的 時 候 ，此引腳應(yīng) 該 接地。 XTAL 2（ 18 腳）：接外部晶體 地 另 一端，在單片機內(nèi)部接 到 內(nèi)部反向放大器 得 輸出端。若采用外部振蕩器時，該引腳接收振蕩器的信號，即把此信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端[13]。 本系統(tǒng)采用晶振時鐘電路。外部晶振以及電容 C1 和 C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格要求，但 電容的大小多少會影響振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性，起振的快速性和穩(wěn)定性 [13]。外接晶振時， C1 和 C2 通常選擇 30pf,晶振采用12MHz。本設(shè)計時鐘電路如下圖 所示： 圖 時鐘電路 溫濕度傳感器設(shè)計 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器 是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合 傳感器，它應(yīng)用專門地模擬轉(zhuǎn)換為 數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保 傳感器擁 有極高的可靠性 、 卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個 NTC 測溫元件 、 一個電阻式感濕元件，并 且與 一個高性能 8 位 單片機 相連 。因此該 傳感器 具有品質(zhì)卓越 和 超快響應(yīng) 與 抗干擾能力強 和 性價比極高等優(yōu)點。每個 DHT11 傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn) 的 系數(shù) 應(yīng)以 程序 地 形式存在 于 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 48 頁 OTP 內(nèi)存中， 由于 傳感器 的 內(nèi)部在檢測型號 得 處理過程中 需要 調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù) [14]。單線制 串 行口，使系統(tǒng) 的 集成變得簡易 而 快捷。超小的體積 和 極低的功耗 ， 使 它 成為 了 給類應(yīng)用甚至最為 嚴(yán)格 的應(yīng)用場合的最 好 選擇。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝，連接方便。 DHT11 的簡介 相對濕度和溫度測量 全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出 卓越的長期穩(wěn)定性 無需外加器件 超長的信號傳輸距離 超低能耗 4 引腳安裝 完全互換 圖 DHT11 引腳說明 建議接線長度短于 20 米時，用 5K 上拉電阻，大于 20 米時根據(jù)實際情況使用合適的上拉電阻。 引腳 1： VDD 供電 引腳 2： DATA 串行數(shù)據(jù)，單總線 引腳 3： NC 空腳，懸空 引腳 4： GND 接地，電源負(fù)極 圖 典型應(yīng)用 電源引腳 DHT11 的供電電壓為 3－ 。傳感器上電后，要等待 1s 以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（ VDD， GND）之間可增加一個 100nF 的電容，用以去耦濾波。 串行接口（單線雙向） DHT11 器件采用簡化的單總線通信。單總線即 僅 有一根數(shù)據(jù) 總 線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換 和 控制 全 由單總線完成。設(shè)備（ 主機或從機 ）通過一個漏極開路 、 三態(tài)端口連至 到該 數(shù)據(jù)線 上 ，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時 ， 能夠釋放總線，而讓其它 的 設(shè)備使用 該 總線；單總線通常要求外接一個約 的上拉電阻 ， 這樣，當(dāng)總線閑置時，其狀態(tài) 自然就 為高電平。由于它們是主從結(jié)構(gòu)，只有主機呼叫從機 的 時 候 ，從機 方可以 應(yīng)答，因此主機訪問器件 時， 都必須嚴(yán)格 的 遵循單總線序列，如果出現(xiàn) 了 序列混亂，器件將不 能 響應(yīng)主機。 DATA 用于微處理器與 DHT11 之間的通訊和同步 ,采用單總線 的 數(shù)據(jù)格式，一次傳送 40 位 數(shù)據(jù)高位先出 [15]。 數(shù)據(jù)格式 : 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 共 48 頁 8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit 溫度小數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit 校驗位。 “ 8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit 溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”8bit 校驗位等于所得結(jié)果的末 8 位。 用戶 MCU 發(fā)送一次開始信號 之 后 , DHT11 傳感器 從低功耗模式轉(zhuǎn) 為 高速模式 ,等待主機 ，開始信號結(jié)束后 ,DHT11傳感器 發(fā) 出 響應(yīng)信號 ,送出 40bit的數(shù)據(jù) ,并觸發(fā)一次信號采集 ,用戶可以 選擇 性的 讀取部分?jǐn)?shù)據(jù) .從模式下 ,DHT11 傳感器 接收到開始信號 并且 觸發(fā)一次溫濕度 的 采集 ,如果沒有接收到