【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖 21多路分時(shí)的模擬量輸入通道 本章小結(jié) 在本章中，主要講了溫濕度傳感器的硬件選 擇和信號(hào)采集通道的選擇。這些選擇是在實(shí)用性和價(jià)格低廉方面考慮的，如果條件允許可以選擇性能更加強(qiáng)大的傳感器和一個(gè)專(zhuān)門(mén)的多路選擇的的模塊。在下一章中，介紹系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)所用到主要芯片。 信號(hào)調(diào)理電路 信號(hào)調(diào)理電路 信號(hào)調(diào)理電路 多 路 切 換 器 采樣 / 保持器 A/D轉(zhuǎn)換器 接口 CPU 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 3 主要芯片簡(jiǎn)介 DHT11 數(shù)字傳感器 數(shù)字溫濕度傳感 DHT11是由廣州奧松有限公司生產(chǎn)的一款溫濕度一體化的數(shù)字傳感器 。 主要特性 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專(zhuān)用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一 個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè) NTC 測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能 8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性?xún)r(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè) DHT11傳感器都在極為精確的 濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在 OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集 成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá) 20 米以上，使其成為各類(lèi)應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。產(chǎn)品為 4針單排引腳 封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶(hù)需求而提供。 應(yīng)用領(lǐng)域 該 DHT11可以用于暖通空調(diào)、測(cè)試及檢測(cè)設(shè)備、汽車(chē)、數(shù)據(jù)記錄器、消費(fèi)品、自動(dòng)控制、濕度調(diào)節(jié)器及醫(yī)療等應(yīng)用領(lǐng)域。 接口說(shuō)明 建議連接線長(zhǎng)度短于 20米時(shí)用 5K上拉電阻 ,大于 20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻。 圖 32 DHT11應(yīng)用電路 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 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(guò) 不穩(wěn) 定 狀態(tài) 在 此期 間 無(wú)需發(fā)送任何指令 。 電 源引 腳（ VDD， GND） 之間可增加一 個(gè) 100nF的電容，用以去耦濾波 。 封裝信息 圖 33 dht11封裝圖 DHT11 引腳圖 圖 34 引腳圖 注意事項(xiàng) 溫 度 影響 氣體的相對(duì)濕度 ， 在 很大程度上依賴(lài)于溫度 。 因此在測(cè)量濕溫時(shí) ， 應(yīng) 盡可能保證濕度傳感器在同一溫度下工作 。如 果與釋放熱量的電子元件共用一個(gè)印刷線 路板，在安裝武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 時(shí)應(yīng)盡可能將 DHT11遠(yuǎn)離電子元件，并安裝在熱源下方，同時(shí)保持 外殼的良好通風(fēng)。為降低熱傳導(dǎo)， DHT11與印刷電路板其它部分的銅鍍層應(yīng)盡可 能最小，并在兩者之間留出一道縫隙。光線長(zhǎng)時(shí)間暴露在太陽(yáng)光下或強(qiáng)烈的紫外線輻 射中，會(huì)使性能降低。配 線 注 意 事項(xiàng) DATA信號(hào)線材質(zhì)量會(huì)影響通訊距離和通訊質(zhì)量 ,推薦使用高質(zhì)量屏蔽線 。 ADC0832 與單片機(jī) 89C51 A/D 轉(zhuǎn)換 A/D 轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn) ADC0832 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D轉(zhuǎn)換 芯片。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性?xún)r(jià)比高而深受單片機(jī)愛(ài)好者及企業(yè)歡迎， 其目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用 ADC0832 可是使我們了解 A/D轉(zhuǎn)換器 的原理，有助于我們單片機(jī)技術(shù)水平的提高。 ADC0832 具有以下特點(diǎn)： 8位分辨率； 雙通道 A/D轉(zhuǎn)換； 輸入輸出電平與 TTL/CMOS相兼容； 5V電源供電時(shí)輸入電壓在 0~5V之間； 工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32μS ； 一般功耗僅為 15mW； 8P、 14P— DIP（雙列直插）、 PICC 多種封裝； 商用級(jí)芯片溫寬為 0176。C to +70176。C ，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為 ?40176。C to +85176。C ； ADC0832元件說(shuō)明 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá) 256 級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用， 使得芯片的模擬 電壓輸入在 0~5V 之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為 32μ S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù) 校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使 多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過(guò) DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn) 通道功能的選擇 。 芯片頂視圖 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 圖 35 ADC0832 芯片頂視圖 芯片接口說(shuō)明： GND 芯片參考 0 電位（地）。 DI 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。 DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 CLK 芯片時(shí)鐘輸入。 VCC/REF 輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。 CS 片選使能，低電平芯片使能。 CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用 。 ADC0832 與單片機(jī)的接口電路 ADC0832與單片機(jī)的接口電路如圖 37所示 圖 36 接口電路圖 單片機(jī)對(duì) ADC0832 的控制原理 正常情況下 ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為 4 條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、 CLK、 DO、 DI。但由于 DO 端與 DI 端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙 向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。（見(jiàn)圖 37） 當(dāng) ADC0832未工作時(shí)其 CS輸入端應(yīng)為高電平此時(shí)芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)須先將 CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端 CLK 輸入時(shí)鐘脈沖， DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的 數(shù)據(jù)信號(hào)。在第 1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是 高武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 電平，表示啟始信號(hào)。在第 3個(gè)脈沖下沉之前 DI 端應(yīng)輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能項(xiàng)見(jiàn)表 31。 表 31 ADC0832 單端 MUX 模式 Mux 地址 頻道 Sgl/dif Odd/sign 0 1 1 0 + 1 1 + 表 32 ADC0832 多端 MUX 模式 Mux地址 頻道 Sgl/dif Odd/sign 0 1 0 0 + 0 1 + 如表 31，表 32所示，當(dāng)此 2 位數(shù)據(jù)為 “1” 、 “0” 時(shí)，只對(duì) CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn) 換。當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為 “1” 、 “1” 時(shí)，只對(duì) CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng) 2位數(shù)據(jù)為 “0” 、 “0” 時(shí)，將 CH0作為正輸入端 IN+， CH1 作為負(fù)輸入端 IN進(jìn)行輸入。 當(dāng) 2 位 數(shù)據(jù)為 “0” 、 “1”時(shí)，將 CH0 作為負(fù)輸入端 IN， CH1 作為正輸入端 IN+進(jìn)行 輸入。到第 3個(gè)脈沖的下沉之后 DI 端的輸入電平就失去輸入作用 。 此后 DO/DI 端則開(kāi)始利用數(shù)據(jù)輸出 DO 進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第 4個(gè)脈沖下沉開(kāi)始由 DO 端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位 DATA7，隨后每一個(gè)脈沖下沉 DO端輸出下一位數(shù)據(jù) 。 直到 第 11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是 從此位開(kāi)始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第 11個(gè)字節(jié)的下沉輸出 DATD0。隨后輸出 8 位數(shù)據(jù)，到第 19個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成也標(biāo)志著一次 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束 。 最后將 CS 置高電平禁用芯片 ， 直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了 。 更詳細(xì)的時(shí)序說(shuō)明請(qǐng)見(jiàn) 圖 37。 作為單通道模擬信號(hào)輸入時(shí) ADC0832 的輸入電壓是 0~5V 且 8 位分辨率時(shí)的電壓精度為 。如果作為由 IN+與 IN輸入的輸入時(shí)，可是將電壓值設(shè)定在某 一個(gè)較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進(jìn)行 IN+與 IN的輸入時(shí)如果 IN的電壓大于 IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為 00H。 單片機(jī) 89c51 為了設(shè)計(jì)此系統(tǒng)，我們采用了 80c51單片機(jī)作為控制芯片。 89C51是 MCS51系列單片機(jī)中 CHMOS工藝的一個(gè)典型品種 ；其它廠商以 8951為基核開(kāi)發(fā)出的 CMOS工藝單片機(jī)產(chǎn)品武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 統(tǒng)稱(chēng)為 89C51系列。 該系列 單片機(jī) 是采用高性能的靜態(tài) 89C51 設(shè)計(jì) 由先進(jìn) CMOS 工藝制造并帶有非易失性 Flash 程序存儲(chǔ)器 全部支 持 12時(shí)鐘和 6 時(shí)鐘操作 P89C51X2 和P89C52X2/54X2/58X2 分別包含 128 字節(jié)和 256 字節(jié) RAM 32條 I/O 口線 3 個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 6 輸 入 4優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu) 1 個(gè)串行 I/O 口可用于多機(jī)通信 I/O 擴(kuò)展或全雙工UART以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 。 此外，由于器件采用了靜態(tài)設(shè)計(jì)，可提供很寬的操作頻率范圍，頻率可降至 0 。 可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)由軟件選擇的節(jié)電模式，空閑模 式和掉電模式，空閑模式凍結(jié) CPU但 RAM定時(shí)器，串口和中斷系統(tǒng)仍然工作掉電模式保存 RAM的內(nèi)容 但是凍結(jié)振蕩器 導(dǎo)致所有其它的片內(nèi)功能停止工作。由于設(shè)計(jì)是靜態(tài)的時(shí)鐘可停止而不會(huì)丟失用戶(hù)數(shù)據(jù) 運(yùn)行可從時(shí)鐘停止處恢復(fù) 。 圖 37 ADC0832 時(shí)序圖 89C51的基本結(jié)構(gòu) 89C51的微處理器（ CPU） 運(yùn)算器 累加器 ACC ； 寄存器 B ； 程序狀態(tài)字寄存器 PSW。 控制器 程序計(jì)數(shù)器 PC ； 指令寄存器 IR ； 定時(shí)與控制邏輯。 89C51的片內(nèi)存儲(chǔ)器 內(nèi)部 ROM容量 4K字節(jié) 內(nèi)部 RAM容量 128字節(jié) 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 89C51的 I/O口及功能單元 四個(gè) 8位的并行口，即 P0~P3。它們均為雙向口，既可作為輸入，又可作為輸出。每個(gè)口各有 8條 I/O線。 有一個(gè)全雙工的串行口（利用 P3口的兩個(gè)引腳 ）； 有 2個(gè) 16位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ； 有 1套完善的中斷系統(tǒng)。 89C51的特殊功能寄存器（ SFR） 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 圖 38 89C51結(jié)構(gòu)圖 時(shí) 鐘 電 路總 線 控 制C P UR O M / E P R O M / F L A S H4 K 字 節(jié)R A M 1 2 8 字 節(jié)S F R 2 1 個(gè)定 時(shí) / 計(jì) 數(shù) 器2 個(gè)中 斷 系 統(tǒng)5 中 斷 源 、 2 優(yōu) 先 級(jí)串 行 口全 雙 工 2 個(gè)并 行 口4 個(gè)R S TE A A L E P S E NX T A L 2 X T A L 1P 0 P 1 P 2 P 3V C CV S S武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 89C51 的引腳圖 圖 39 89C51引腳圖 89C51的制作工藝為 CMOS，采用 40管腳雙列直插 DIP封裝，引腳說(shuō)明如下： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口： P0口為一個(gè) 8位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL門(mén)電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1時(shí)，被定義為高阻輸入 。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL門(mén)電流。 P1口管腳寫(xiě)入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL門(mén)電流，當(dāng) P2口被寫(xiě) “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1 ” 時(shí)，它利用內(nèi)