【正文】 畢業(yè)設計（論文）低功耗溫濕度檢測儀的硬件設計畢業(yè)論文目 錄摘 要 1Abstract 21 緒論 52 系統(tǒng)總體方案設計 63 系統(tǒng)硬件設計 7 7 7 8 AT89C52芯片性能與引腳介紹 9 單片機最小系統(tǒng)的實現(xiàn) 13 模數(shù)轉換的選擇與簡介 16 按鍵選擇與簡介 18 時鐘芯片選擇與簡介 19 上拉電阻 21 液晶顯示器簡介 214 軟件設計部分 23 Proteus軟件介紹 23 Keil C軟件介紹 245 系統(tǒng)低功耗設計 25 設計思路 25 AT89C52的低功耗措施 25 分塊間斷供電 266 系統(tǒng)仿真 267 結束語 29致 謝 30參考文獻 31附 錄 32附錄一 硬件設計主電路圖 32附錄二 檢測主程序程序 33附錄三 溫度采集程序 37附錄四 A/D轉換程序 42附錄五 英語文獻翻譯 491 緒論溫濕度和人類的生活、生產有著密切的關系，同時還是工業(yè)生產中最常見的最基本的工藝參數(shù)。而溫濕度集散控制技術通常是利用溫濕度傳感器采集溫濕度信號，然后將模擬信號進行A/D變換，傳送給微處理器(下位機)進行處理、運算，最后下位機將運算結果上傳給控制中心(上位機)，并由控制中心控制驅動空調機、去濕機等設備進行自動控溫控濕，從而達到最終控溫控濕精度上的要求。本文介紹了一種通用型低功耗溫濕度檢測儀，它運用AT89C52單片機、A/D轉換、溫濕度傳感器和放大電路，區(qū)別于傳統(tǒng)的“溫阻”法和“濕阻”法測量儀由于體積龐大、操作不方便、消耗功率高而很難適用，該設計設計的檢測儀具有造價低、性能穩(wěn)定、控制精度高、使用靈活、操作簡便等特點，既可獨立作為一臺一般的溫濕度測量儀表使用，也可多臺聯(lián)網(wǎng)，配合PC機作為一套集數(shù)據(jù)采集、控制及存儲于一體的高性能的溫濕度控制系統(tǒng)使用。低功耗溫濕度檢測儀充分利用單片機自身的資源，具有高性能、低功耗、可編程、小型便攜等優(yōu)點，可廣泛應用于諸多領域的濕溫度一體化測量。它測量精度高、簡單實用而且攜帶方便、成本低，推廣性很高。性能優(yōu)良的溫濕度檢測儀產品功能正日益完善，隨著智能傳感器等一些高科技含量的電子器件的不停問世，相信低功耗智能溫濕度檢測儀的前景將是十分寬闊的。2 系統(tǒng)總體方案設計 本設計設計了一個只能化的低功耗溫濕度測量應用系統(tǒng)。該系統(tǒng)以單片機AT89C52作為控制核心，以數(shù)字式溫度傳感器DS18B電容式濕度傳感器HS1101作為測量元件，構成溫濕度測量系統(tǒng)，同時設計了能給系統(tǒng)提供穩(wěn)定工作電壓的電源電壓。除此之外，采集到的數(shù)據(jù)是通過RS232總線上傳給工業(yè)控制計算機進行進一步處理的。系統(tǒng)設計方案如下圖所示：AT89C52時鐘電路復位電路濕度傳感器及A/D轉換溫度傳感器按鍵設置數(shù)據(jù)顯示（ 系統(tǒng)方案圖)3 系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)硬件設計主要包括傳感檢測和單片機外圍電路設計。其中傳感檢測部分的設計包括溫度測量電路和濕度測量電路。單片機外圍電路部分的設計包括時鐘電路、復位電路、電源電路、獨立式鍵盤輸入電路、顯示電路等?！鞲衅鳈z測部分的設計 溫度測量電路本設計采用的是Dallas公司1W ire系列的高精度數(shù)字式溫度傳感器DS18B20,可直接與單片機相連,采用電源供電方式,。此時,DS18B20的第1腳接地,第2腳作為信號線,第3腳接電源,AT89C52通過P2. 7口對DS18B20進行控制,讀取DS18B20所測得的溫度。單片機與DS18B20之間進行應答來采集溫度參數(shù),先將與DS18B20的連線電平拉低480μs以上,將DS18B20復位,再進行操作。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉換操作時,總線上必須有上拉電阻Rp,上拉開啟時間最長為500ms,即先向DS18B20發(fā)送指令,跳過ROM后發(fā)出轉換溫度的指令,然后初始化后讀取溫度,將讀到的溫度通過液晶顯示顯示出來。電路圖如下：（ 溫度測量電路)一、DS18B20單片機的技術性能描述 1． 獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；2. 測溫范圍：－55℃～＋125℃，℃；3. 工作電源: 35V/DC；4. 在使用中不需要任何外圍元件；5. 測量結果以912位數(shù)字量方式串行傳送。二、DS18B20的特點DS18B20具有獨特的一線接口、只需要一條口線通信多點能力，大大簡化了分布式溫度傳感應用，無需外部元件，可用數(shù)據(jù)總線供電， V 無需備用電源測量溫度范圍為55 ℃至+125 ℃。溫度傳感器可編程的分辨率為912位 ，溫度轉換為12位數(shù)字格式，最大值為750毫秒， 用戶可定義非易失性溫度報警設置 ，應用范圍包括恒溫控制工業(yè)系統(tǒng)、消費電子產品溫度計或任何熱敏感系統(tǒng)。三、DS18B20的溫度的讀取DS18B20在出廠時以配置為12位，讀取溫度時共讀取16位，還需要判斷正負。前5個數(shù)字位為符號位,當前5位為1時，讀取的溫度為負數(shù)；當前5位為0時，讀取的溫度為正數(shù)。16位數(shù)字擺放是從低位到高位。 濕度測量電路HS1101是一個電容式濕敏元件,在電路中可等效成一個電容器件,其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。本系統(tǒng)中將該濕敏電容置于555振蕩電路中,將電容值的變化轉為與之反比的電壓頻率信號,可直接被計算機所采集。其測量電路如下所示：（ 濕度測量電路)濕度傳感器 HS1101是基于獨特工藝設計的電容元件，這些相對濕度傳感器可以大批量生產?？梢詰糜谵k公自動化，車廂內空氣質量控制，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等。在需要濕度補償?shù)膱龊纤部梢缘玫胶艽蟮膽脻穸葌鞲衅鱄S1101的特點：　　 在標準環(huán)境下不需校正；　　；　　，包括波峰焊或水浸；　??；　　%RH；　　；　　；　　。 （Ta=25℃ 除非特別標定） AT89C52芯片性能與引腳介紹AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，片內振蕩器及時鐘電路，AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。同時，AT89C52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中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。AT89C52的引腳圖如下所示：（ AT89C52的引腳圖)AT89C52引腳功能：Vcc：電源電壓 GND：接地 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，在訪問器件激活內部上拉電阻。 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，要求接上拉電阻。 P1口：P1是一個帶有內部上拉電阻的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（I）。 與AT89C51不同之處是，（）和輸入()，參見表31。Flash編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。表31為 （表31 ）引腳號功能特性：T2（定時/計數(shù)器2外部計數(shù)脈沖輸入），時鐘輸出T2EX（定時/計數(shù)2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制）P2口：P2是一個帶有內部上拉電阻的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”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，同時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，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（例如執(zhí)行MOV@DPTR指令）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MOV@RI指令）時，P2口輸出P2鎖存器的內容。 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口時一組帶有內部上拉電阻的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口作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表32所示:此外，P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。（表32 P3口第二功能）端口引腳第二功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）INT0（外中斷0）INT1（外中斷1）T0（定時/計數(shù)器0）T1（定時/計數(shù)器1）WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）RD (外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通) 對Flash存儲器編程器件，改引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位復位，可禁止ALE操作。該位置復位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE禁止位無效。 PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在次期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。 EA/VPP外部訪問允許。欲使CPU訪問外部程序存儲器（地址為 0000HFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需要注意如果加位 LB1被編程， 復位時內部會鎖存EA端狀態(tài)。 如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。 Flash存儲器編程時，該引腳加上＋12V的編程允許電源Vpp,當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 單片機最小系統(tǒng)的實現(xiàn)介紹完以上的單片機系統(tǒng)的核心芯之后，我們采用AT89C52來實現(xiàn)一個單片機系統(tǒng)能運行起來的需求最小的系統(tǒng)，電路圖如下所示：（ 單片機的最小系統(tǒng)圖）上圖由晶振電路和復位電路，AT89C52芯片組成，構成最小的單片機系統(tǒng)， 下面詳細介紹其中的兩個電路。（1）晶振電路部分設計單片機工作的過程中各指令的微操作在時間上有嚴格的次序，這種微操作的時間次序稱作時序，單片機的時鐘信號用來為單片機芯片內部各種微操作提供時間基準，89C52的時鐘產生方式有兩種，一種是內部時鐘方式，一種是外部時鐘方式。內部時鐘方式即在單片機的外部接一個晶振電路與單片機里面的振蕩器組合作用產生時鐘脈沖信號，外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內，此方式常用于多片89C52單片機同時工作，以便于各單片機的同步。對于CHMOS工藝的單片機，外部時鐘要由XTAL1端引入，而XTAL2端應懸空。本系統(tǒng)中為了盡量降低功耗的原則，采用了內部時鐘方式。：（ 晶振電路圖） 在89C52單片機的內部有一個震蕩電路，只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（簡稱晶振）就構成了自激振蕩器并在單片機內部產生時鐘脈沖信號，圖中電容器C1和C2穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5—30pF，典型值是22pF，晶振選擇的是12MHz。（2）復位電路部分設計單片機開始工作的時候，必須處于一種確定的狀態(tài)，否則，不知哪是第一條程序和如何開始運行程序。端口線電平和輸入輸出狀態(tài)不確定可能使外圍設備誤動作，導致嚴重事故的發(fā)生；內部一些控制寄存器（專用寄存器）內容不確定可能導致定時器溢出、程序尚未開始就要中斷及串口亂傳向外設發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，任何單片機在開始工作前，都必須進行一次復位過程，使單片機處于一種確定的狀態(tài)。這便是復位電路的意義。復位電路原理：當在89C52單片機的RST引腳引入高電平并保持2個機器周期時，單片機內部就執(zhí)行復位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)）。實際應用中，復位操作有兩種基本形式：一種是上電復位，另一種是上電與按鍵均有效的復位，要求接通電源后，單片機自動實現(xiàn)復位操作。常用的上電復位電路如下圖所示。上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容C1的充電，