【正文】 CS51 系列單片機中多指令周期的出現(xiàn)。但沒有地址總線，不適宜做大系統(tǒng)，而且只能使用匯編指令，雖然筒單，但不適合寫大程序。 系統(tǒng)硬件設(shè)計方案 微控制器的選擇 目前，再電子系統(tǒng)研究與設(shè)計中，常用的微控器有 MC51 單片機、 PIC 單片機、AVR 單片機和 ARM 芯片。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 4 第 2 章 系統(tǒng)概述 本章分為三個部分，主要介紹本次設(shè)計的系統(tǒng)的主要設(shè)計原理，給出硬件選擇以及軟件設(shè)計的最終方案。 （ 4）上位機程序設(shè)計 : 該部分的主要任務(wù)是用 PC 機為上位機提供一個可視的操作界面， 實現(xiàn)串口通信，數(shù)據(jù)保存、查詢 以及備份 等 功能。并且用 PC 機作為上位機為系統(tǒng)提供一個可視的操作界面，實現(xiàn)串口通信，數(shù)據(jù) 庫 保存、查詢 以及備份等功能。本課題融知識性與趣味性于一體，提供了一個有力的了解小家電設(shè)計技術(shù)的平臺，能提高檢索文獻資料的能力、電子系統(tǒng)設(shè)計的能力、實際動手的能力。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛 機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象機、攝象機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。 課題的目的及意 義 數(shù)據(jù)采集是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中進行監(jiān)控所必需的環(huán)節(jié)，本課題是對嵌入式技術(shù)與數(shù)據(jù)采集技術(shù)的應(yīng)用，即用流行的 AVR 單片機平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與顯示。在建筑物理中露點是一個非常重要的量。在生物學(xué)中，尤其是在生態(tài)學(xué)中空氣濕度是一個非常關(guān)鍵的量 ， 它決定一個生態(tài)系統(tǒng)的組成。在一定的濕度下氧氣比 較容易通過肺泡進入血液。它對不同的氣候區(qū)的產(chǎn)生起決定性的作用。空氣的干濕程度叫做 “濕度 ”。 38 附錄 2 系統(tǒng)設(shè)計部分程序 33 總結(jié) 32 微控制器測試 18 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 IV LED 數(shù)碼管的顯示電路設(shè)計 16 晶振電路設(shè)計 15 電源設(shè)計 8 微控器軟件設(shè)計方案 6 系統(tǒng)軟件設(shè)計方案 2 第 2 章 系統(tǒng)概述 1 課題的目的及意義 在目前的試用中 ， 該系統(tǒng) 能夠可靠、穩(wěn)定、安全的測量 現(xiàn)場濕度 ， 具有推廣應(yīng)用價值。為了創(chuàng)造舒適的生活環(huán)境和理想的生產(chǎn)條件 ， 必須對空氣濕度進行 精確檢測 和調(diào)整 控制 。 本文論述了基于測控技術(shù)的空氣濕度檢測報警裝置的硬件和監(jiān)控軟件的設(shè)計與實現(xiàn)。 關(guān)鍵詞： 濕度傳感器 ； AVR 單片機 ； 濕度檢測；聲光報警 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 II Design of the Electronic Hygrometer Based on ATmega16 AVR Microcontroller Abstract： Humidity is closely related with industrial and agricultural production， as well as people39。 1 課題背景 4 微控制器的選擇 9 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計實現(xiàn) 12 主控器最小系統(tǒng) 13 ATmega16 簡介 15 復(fù)位電路設(shè)計 18 濕度傳感器檢測模塊電路設(shè)計 20 聲光報警電路設(shè)計 21 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計實現(xiàn) 27 串行通信模塊程序設(shè)計 27 上位機程序設(shè)計 28 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 42 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 1 第 1 章 緒 論 本章主要介紹本次畢業(yè)設(shè)計的研究的背景、目的與作用，以及在本次設(shè)計的主要內(nèi)容和設(shè)計技術(shù)指標。在此意義下，常用絕對濕度、相對濕度、比較濕度、混合比等物理量來表示。而在天氣預(yù)報中，更常用到相對濕度。一般人在 45—55％的相對濕度下感覺最舒適。在存放水果的倉庫里濕度決定水果的成熟。假如一座建筑內(nèi)的溫度不一樣的話，那么從高溫部分流入低溫部分的潮濕的空氣中的水就可能凝結(jié) ， 在這些地方可能會發(fā)霉，在建筑設(shè)計時必須考慮到這樣的現(xiàn)象。 近年來隨著計算機在社會領(lǐng)域的滲透 ， 單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。而且可以通過這次設(shè)計，很好的掌握系統(tǒng)設(shè)計的工作流程、開發(fā)步驟；熟悉單片機開發(fā)的通用編程語言。 系統(tǒng)設(shè)計詳細任務(wù)如下： （ 1）整體方案的確定：包括單片機、傳感器的選型，用 AVR 單片機作為主控器，西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 3 分析 ATmegal16 單片機與溫濕度傳感器等部件實現(xiàn)軟、硬件接口的技術(shù)以及數(shù)據(jù)顯示方案濕度傳感器模塊設(shè)計：熟悉濕度傳感器工作原理，確定其與 AVR 單片機的接口設(shè)計方案。 （ 5） AVR 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計。 系統(tǒng)設(shè)計主要原理 空氣濕度檢測是生活和工業(yè)測量中很重 要的部分，根據(jù)采用的測量元件和測量方法的不同，其精度也不同，因而對數(shù)據(jù)采集（ A/D 轉(zhuǎn)換）的精度也不同，對測量結(jié)果的定標要到專業(yè)的計量部門才能進行，這樣就給現(xiàn)場測量帶來了很大的不便，我們在空氣濕度測量的研究和設(shè)計過程中查閱了大量的資料和成果，結(jié)合測控專業(yè)的特點，提出了能夠?qū)崿F(xiàn)空氣濕度檢測和報警的系統(tǒng)設(shè)計方案。 方案一： 采用 ARM 作為微控器 ARM 微處理器已遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，基于 ARM 技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了 32 位 RISC 微處理器75％以上的市場份額。 CPU 采用 RISC 結(jié)構(gòu)，分別僅有 33， 35， 58 條指令，采用 Harvard 雙總線結(jié)構(gòu)，運行速度快，低工作電壓，低功耗，較大的輸入輸出直接驅(qū)動能 力，一次性編程，小體積，適用于用量大、檔次低、價格敏感的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的 MCS51 系列單片機所有的數(shù)據(jù)處理都是基于一個累加器的，因此累加器與程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就成了單片機的瓶頸；在 AVR單片機中，寄存器由 32 個通用工作寄存器組成，并且任何一個寄存器都可以充當累加器，從而有效地避免了累加器的瓶頸效應(yīng)，提高了系統(tǒng)的性能。 濕度傳感器的選擇 目前，市場上有許多類型的濕度傳感器，其參數(shù)及適用場合等各不相同，現(xiàn)就幾種常用的濕度傳感器進行比較。 方案 二 ： 采用 HS1101 濕度傳感器 用濕度傳感器 HS1101 做成的電壓輸出濕度模塊，高可靠性與長時間穩(wěn)定性，在5VDC 供電時， 0～ 100%RH 對應(yīng)輸出 1~4VDC 線性電壓，溫度依賴性非常低；寬量程： 0~100%RH，工作溫度范圍寬； 5VDC 恒壓供電， 14VDC 放大線形電壓輸出；抗靜電，防灰塵，有效抵抗各種腐蝕性氣體物質(zhì)常溫使用無需溫度補償；無需校準；電容與濕度變化 。 方案 三 ： 采用 CHTM02/N 系列濕度傳感器 CHTM02/N 系列濕度傳感器的敏感元件為 LM35（或 NTC）及 CHR01 高分子濕敏電阻，輸出線性電壓信號。價格 約為 人民幣 10 元 左右 。 方案一： 采用 LCD 顯示技術(shù) LCD 是液晶顯示屏的全稱，主要有 TFT、 UFB、 TFD、 STN 等幾種類型的液晶顯示屏。 方案二： 采用 LED 顯示技術(shù) LED 是發(fā)光二極管（ Light Emitting Diode）的英文縮寫，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠等特點。有機 LED 顯示屏的單個元素反應(yīng)速度是 LCD 液晶屏的1000 倍，在強光下也可以照看不誤，并且適應(yīng)零下 40 度的低溫。所以，在本設(shè)計中，采用LED 顯示技術(shù) [5]。其中主程序的功能是完成系統(tǒng)的初始化、信號采集及處理、信息顯示、濕度超限報警。因此在功能比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，通常以 PC 機為上位機，單片機為下位機，由單片機完成數(shù)據(jù)的采集及對裝置的控制，而由上位機完成各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理及對單片機的控制。而 VB 的 MSComm 通信控件提供了標準的事件處理函數(shù)、事件、方法，并通過控件屬性對串口參數(shù)進行設(shè)置，比較容易地解決了串口通信問題。由于 C++的事實標準的存在，即各個編譯器總存在差異，所以或多或少存在不兼容。 VC保留了對底層操作系統(tǒng) API 的直接調(diào)用和指針。 方案一： 使用匯編語言 匯編 語言（ Assembly Language）是面向機器的程序設(shè)計語言。匯編語言像機器指令一樣，是硬件操作的控制信息，因而仍然是面向機器的語言，使用起來還是比較繁瑣 費時，通用性也差。 方案二： 使用 C 語言 C 語言的語法限制不太嚴格，對變量的類型約束不嚴格，影響程序的安全性，對數(shù)組下標越界不作檢查等 [6]。 C 語言可以象匯 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。 （ 3） 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 豐富 C 的數(shù)據(jù)類型有：整型、實型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 11 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(jié)構(gòu)化。 綜合比較之后，本次設(shè)計采用方案二，即使用 C 語言作為微控制器的編程語言。也就是說，現(xiàn)場溫度經(jīng)溫度傳感器采樣后變換為模擬電壓信號，經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號后送放大器，信號放大后送單片機，在要求的濕度達到一定的上界或者下界時，報警電路開始工作。該單片機具有 AVR 高性能、低功耗 RISC 結(jié)構(gòu)， 工作在 8MHz 時具有 8MIPS 的性能，同時片內(nèi) 16KB 的在線可編程 FLASH 存儲器，可擦除 1000 次以上，并且集成了 512B 的 SRAM 和 512 B 在線可編程 EEPROM。 AVR單片機還支持 Basic、 C 等高級語言編程。 ATmega16 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：空閑方式停止 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，但是振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作到下一個硬件復(fù)位。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。 端口 D(PD7～ PD0) 端口 D 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 RESET 復(fù)位輸入引腳。 XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。 AREF A/D 的模擬基準輸入引腳。 AVR 單片機最常用的電源電壓是 5V。 VCC達到上電門限電壓后觸發(fā)延遲計數(shù)器。外部復(fù)位由外加于 RESET引腳的低電平產(chǎn)生。 （ 3） 看門狗復(fù)位 看門狗使能并且看門狗定時器溢出時復(fù)位發(fā)生。 BOD電路的開關(guān)由熔絲位 BODEN控制。 JTAG通過復(fù)位寄存器 mcur，復(fù)位寄存器為 1時 MCU復(fù)位。為了可靠，可以加上一只 ， 如 下圖 圖 35所示： 晶振電路設(shè)計 單片機內(nèi)部的各種功能電路絕大多數(shù)是由數(shù)字電路構(gòu)成的。在本設(shè)計中，由于需要考慮到通信時的波特率的設(shè)置，所以選用能 產(chǎn)生較精確時鐘的晶體振蕩器（ ）。 濕度傳感器檢測模塊電路設(shè)計 傳感器是準確檢測濕度的關(guān)鍵， 本次設(shè)計采用 CHTM02/N 作為濕度檢測元件，其特點如下： XTAL2 XTAL1 GND 外部時鐘信號