【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 /D 轉(zhuǎn)換器以及脈寬調(diào)制器等），這樣一塊集成電路芯片具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)的屬性 ，叫做單片機(jī)。 89C51 單片機(jī) 是一種常用的 51 單片機(jī) .51 單片機(jī)性能強(qiáng)大。是一種低功耗、高性能的芯片。擴(kuò)展功能強(qiáng)大方便，可以通過 I/O 口進(jìn)行擴(kuò)展。單片機(jī)的引腳圖為如圖 . 圖 單片機(jī)引腳圖 引腳 功能的 說明： ① 電源引腳 Vcc（ 40 腳）：典型值＋ 5V。 Vss（ 20 腳）：接低電平。 ② 外部晶振 X X2 分別與晶體兩端相連接。當(dāng)采用外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)， X2 接振蕩信號(hào)，X1接地。 ③ 輸入輸出口引腳 ： P0 口： I/O 雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置 “ 1” 。 P1 口： I/O 雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置 “ 1” 。 P2 口： I/O 雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置 “ 1” 。 P3 口： I/O 雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置 “ 1” 。 ④ 控制引腳： RST/Vpd、 ALE/PROG、 PSEN、 EA/Vpp 組成了 MSC51的控制總線。 RST/Vpd重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 （ 9 腳）：復(fù)位信號(hào)輸 入端（高電平有效）。 [2] 第二節(jié) 各模塊電路設(shè)計(jì) 一、 電源電路設(shè)計(jì) 51 單片機(jī)的工作電壓在 5V 左右， 5V 的電源 可以有多種 設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn) 。如干電池供電、繼電器供電、普通變壓器供電、還有 USB 供電等等。這些供電都是很常用的供電方式。 由于 USB 接口的使用非常方便 ，它可以直接的于計(jì)算機(jī)相連或者用變壓器相連供電。雖然 USB 接口的功能非常強(qiáng)大 ，它可以用作各種通信接口； 但是當(dāng)我們只是單一的用作電源接口時(shí)它的使用就非常簡(jiǎn)單。 接口的 4 兩線分別表示電源的正極和接地接口。 我們使用的電壓為 5V，但是電壓是指有效值。為了 使該檢測(cè)儀工作更加穩(wěn)定。所以必須設(shè)計(jì) 電源濾波電路，常用的濾波電路為電容濾波。本設(shè)計(jì)的濾波電路社如圖 。 [3] 圖 濾波電路 二、溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器， 采用 3 引腳 TO－ 92小體積封裝形式；溫度測(cè)量范圍為－ 55℃ ～＋ 125℃ ,可編程為 9 位～ 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá) ℃ ，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16位數(shù)字量方式串行輸重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生； CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用微處 理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點(diǎn)使 DS18B20 非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。，主要由 以下 4 部分組成 ， 64 位 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器。 DS18B20 的管腳排列 如圖 所示， DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入／輸出端；GND 為電源地； VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地 ）。 圖 DS18B20的管腳排列 DS18B20 為數(shù)字式傳感器， 1 引腳接地， 3 引腳為電路的電源引腳， 2引腳為數(shù)字信號(hào)的于單片機(jī)的接口。具體的設(shè)計(jì)電路如 圖 .[4] 圖 MCS電路 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 三 、 濕度 檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 本檢測(cè)儀 的關(guān)鍵在于 數(shù)字溫濕度傳感器 DHT11，下面是關(guān)于 DHT11 說明： 表 DHT11簡(jiǎn)介 型號(hào) 測(cè)量范圍 測(cè)濕精度 測(cè)溫精度 分辨力 封裝 DHT11 20－ 90％ RH 0－ 50℃ 177。5 ％ RH 177。2 ℃ 1 4 針單排直插 傳感器性能說明 表 傳感器性能說明 參數(shù) 條件 Min Typ Max 單位 濕度 分辨率 1 1 1 %RH 16 Bit 重復(fù)性 177。1 %RH 精度 25℃ 177。4 %RH 0－ 50℃ 177。5 %RH 互換性 可完全互換 量程范圍 0℃ 30 90 %RH 25℃ 20 90 %RH 50℃ 20 80 %RH 響應(yīng)時(shí)間 1/e(63%)25℃ ， 1m/s 空氣 6 10 15 S 遲滯 177。1 %RH 長(zhǎng)期穩(wěn)定性 典型值 177。1 %RH/yr 溫 度 分辨率 1 1 1 ℃ 16 16 16 Bit 重復(fù)性 177。1 ℃ 精度 177。1 177。2 ℃ 量程范圍 0 50 ℃ 響應(yīng)時(shí)間 1/e(63%) 6 30 S 接口 說明 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 。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 DHT11接口電路 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(gè) 100nF 的電容，用以去耦濾波。 [5] 四、顯示電路設(shè)計(jì) 一、顯示器的選擇 在單片機(jī)最小系統(tǒng)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)完檢測(cè)電路 。接著將設(shè)計(jì)顯示電路 。 常用的小系統(tǒng)顯示器有 LEDL 和 LCD 兩種， LCD 液晶顯示是很常用的顯示器，由于它的顯示功能比 LED 強(qiáng)大，它可以顯示各種字符 漢字圖形等等， 所以使用就比較復(fù)雜，同時(shí)價(jià)格也比較高。 但是 LED 數(shù)碼管的功能單一，控制簡(jiǎn)單，同時(shí)價(jià)格也比較便宜。當(dāng)我們?cè)谧龉δ軉我坏男∠到y(tǒng)顯示時(shí)，通常就選擇 LED 數(shù)碼管顯示。 LED 數(shù)碼管的使用根據(jù)使用要求的不同，選擇不同的數(shù)碼管。數(shù)碼管分為共陰和共陽兩種 。這方面可以 根據(jù)自己的習(xí)慣進(jìn)行選擇 。他們的區(qū)別是使用時(shí)候的需要通不同的電平，將其控制。數(shù)碼管的控制輸出是通過數(shù)碼管的位 選 和段 選 來控制。 比如我們使用共陰數(shù)碼管 ，其顯示控制為位選端輸入低電平，通過段選給需要顯示的數(shù)碼管斷碼輸入高電平。 我們常見的使用數(shù)碼管有一位、兩位、四位、六位、八位等等。我們?cè)谑褂玫倪^程中我們可以根據(jù)我們檢測(cè)精度的需要等等方面的 的要求進(jìn)行選擇。例如本系統(tǒng)我們就選擇了四位的共陰極數(shù)碼管。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 二、顯示電路設(shè)計(jì) 不管將極為數(shù)碼管連在一起，數(shù)碼管的顯示原理都是一樣的，都是靠點(diǎn)亮里面到的發(fā)光二級(jí)管實(shí)現(xiàn)顯示。 數(shù)碼 管的內(nèi)部電路如圖 （ a）所示可以看出，一位一位數(shù)碼管的引腳是十個(gè)顯示一個(gè) 8 子需要 7 個(gè)小段另外還有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)， 3和 8 為公共端共陰極原理圖如圖 （ b）所示。 圖 數(shù)碼管內(nèi)部原理圖 數(shù)碼管 電路的顯示必須有相應(yīng)的所存器， 在 LED 和數(shù)碼管顯示方面，要維持一個(gè)數(shù)據(jù)的顯示，往往要持續(xù)的快速的刷新。尤其是在四段八位數(shù)碼管等這些要選通的顯示設(shè)備上。在人類能夠接受的刷新頻率之內(nèi)，大概每三十毫秒就要刷新一次。這就大大占用了處理器的處理時(shí)間，消耗了處理器的處理能力，還浪費(fèi)了處理器的功耗。 鎖存器的使用可以大大的 緩解處理器在這方面的壓力。當(dāng)處理器把數(shù)據(jù)傳輸?shù)芥i存器并將其鎖存后，鎖存器的輸出引腳便會(huì)一直保持?jǐn)?shù)據(jù)狀態(tài)直到下一次鎖存新的數(shù)據(jù)為止。這樣在數(shù)碼管的顯示內(nèi)容不變之前，處理器的處理時(shí)間和 IO引腳便可以釋放?？梢钥闯?，處理器處理的時(shí)間僅限于顯示內(nèi)容發(fā)生變化的時(shí)候，這在整個(gè)顯示時(shí)間上只是非常少的一個(gè)部分。而處理器在處理完后可以有更多的時(shí) 間來執(zhí)行其他的任務(wù)。這就是鎖存器在 LED 和數(shù)碼管顯示方面的作用 :節(jié)省了寶貴的 MCU 時(shí)間。 常用于輸出電路的有 74LS16 74LS24 74HC37 74HC573 等等。本系統(tǒng)直 接用單片機(jī)的 P0 口控制數(shù)碼管的段選。所以我選擇了八位輸入和八位輸出的74LS245 鎖存器， 74LS245的使用非常簡(jiǎn)單 1控制腳接高電平， 19 控制 腳 接低電平。 設(shè)計(jì)電路如圖 。 [6] 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 。 五、時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘控制信號(hào)。單片機(jī)的內(nèi)部電路在時(shí)鐘信號(hào)的控制下按照時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作。時(shí)序研究是指令執(zhí)行中各個(gè)信號(hào)在時(shí)間上的關(guān)系。 知心指令是 CPU 首先要到程序儲(chǔ)存器中取出需要 執(zhí)行的指令操作碼，燃火譯碼，并由時(shí)序電路產(chǎn)生一系列控制信號(hào)去完成指令所規(guī)定的操 作，時(shí)序信號(hào)有兩種，一是用于片內(nèi)對(duì)各個(gè)功能部件的控制，二是片外儲(chǔ)存器或 I/O 端口的控制，這部分時(shí)序?qū)τ诜治龊驮O(shè)計(jì)硬件電路非常重要。 常用的時(shí)鐘電路有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種。 本設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)部時(shí)鐘電路。晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率就越高單片機(jī)的運(yùn)行熟讀就越快。為了提高系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性，才用溫度穩(wěn)定性能好的電容。常用的是 6MHz 或12MHz 的石英晶振。所以本檢測(cè)儀選擇了 12MHz 的晶振。 51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè) 構(gòu)成振蕩器的放大器，該高增益反相放大的輸入端為XTAL1 引腳，輸出端為 XTAL2 引腳。這兩腳 之間接 12MHz 的晶振 C2 和 C3為 30pF的電容。具體的電路設(shè)計(jì)如圖 .[2] 圖 單片機(jī)的時(shí)鐘電路 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 六、復(fù)位電路設(shè)計(jì) 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作 ，只需給單片機(jī)的復(fù)位引腳加上大于兩個(gè)機(jī)器周期的高電平就可以了。復(fù)位時(shí) PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 開始執(zhí)行程序。 51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)用施密特觸發(fā)器來構(gòu)成。復(fù)位電路通常采用的兩種方式 的上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。 本檢測(cè)儀采用的是按鍵電平復(fù)位方式。其中電平復(fù)位是通過 RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc 接通而實(shí)現(xiàn)的，按 鍵手動(dòng)電平復(fù)位電路如圖 所示。 [2] 圖 復(fù)位電路 七．報(bào)警 電路設(shè)計(jì) 在檢測(cè)到相應(yīng)的溫濕度的時(shí)候 該檢測(cè)儀能將其顯示出來， 完成正常的檢測(cè) 。當(dāng)檢測(cè)到環(huán)境有危情時(shí)，檢測(cè)儀 設(shè)計(jì)了蜂鳴器報(bào)警電路。 蜂鳴器俗稱喇叭，是廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品的一種元器件，它用于提示、報(bào)警、音樂等許多應(yīng)用場(chǎng)合。 蜂鳴器與家用電器上面的喇叭在用法上也有相似的地方，通常工作電流比較大，電路上的 TTL 電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，需要增加一個(gè)電流放大的電路才可以，這一點(diǎn)與家用電器中的功放有相似之處。 學(xué)習(xí)板采用了一個(gè)很簡(jiǎn)單的電路來 實(shí)現(xiàn)蜂鳴器的聯(lián)接，由上所述，一個(gè)管腳很難驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音，所以增加了一個(gè)三極管來增加通過蜂鳴器的電流，見重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 下方原理圖。 蜂鳴器的正極性的一端聯(lián)接到 5V 電源上面，另一端聯(lián)接到三極管的集電極，三極管的基級(jí)由單片機(jī)的 ，當(dāng) ，與非門輸出高電平，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。當(dāng) 管腳為高時(shí)，與非門輸出低電平，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音。在這里與非門是作為非門來用的，這里采用一個(gè)非門的作用是為了防止系統(tǒng)上電時(shí)峰鳴器發(fā)出聲音，以為系統(tǒng)復(fù)位以后， I/O 口輸出的是高電平。 用戶可以通過程序控制 管腳的置低和置高來使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉。 蜂鳴器的聲音大小及音調(diào)可以通過調(diào)整 管腳的置高時(shí)間及輸出的波形進(jìn)行控制，這一點(diǎn)可以在調(diào)試程序的時(shí)候來試驗(yàn)。 蜂鳴器的報(bào)警電路設(shè)計(jì)如圖 所示。 [7] 圖 第三章 本章小結(jié) 本檢測(cè)儀的硬件的設(shè)計(jì) 中，運(yùn)用了以下方面的知識(shí)。 51 單片機(jī)的原理， 51系列單片機(jī)中單片機(jī)各個(gè)引腳的基本用途，單片機(jī)最小系統(tǒng)的構(gòu)成。傳感器方面的知識(shí)。 本檢測(cè)儀使用的兩個(gè)傳感器都是數(shù)字式的傳感器，所以設(shè)計(jì)的檢測(cè)電 路非常簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)的 時(shí)鐘、復(fù)位、電源電路都是常用的電路。找到其相應(yīng)的參考書就能完成其硬件電路的設(shè)計(jì)。顯示電路采用的是四位共陰極數(shù)碼管顯示，分別用單片機(jī)的 P0 和 P2 口控制數(shù)碼管的段和位。本檢測(cè)儀運(yùn)用以上相應(yīng)的知識(shí)成功的完成了所需要實(shí)現(xiàn)功能的設(shè)計(jì)。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 三 章 軟件設(shè)計(jì) 第一節(jié) 主程序設(shè)計(jì) 完成本檢測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)以后，將進(jìn)行軟件的操作。軟件操作就是要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程。本檢測(cè)儀選擇了用 C 語言對(duì)其進(jìn)行軟件編程。 C 語言是我們運(yùn)用的最多也最廣泛的編程語言。 根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件電路，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作原理為。首先通過傳感器對(duì)環(huán) 境 的溫濕度 進(jìn)行檢測(cè)，然后通過單片機(jī)對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，再通過單片機(jī)的 I/O 將處理后的信號(hào)送到數(shù)碼管顯示出來。由于該檢測(cè)儀我只設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)碼管，所以我設(shè)計(jì)了一個(gè)按鍵方式對(duì)其分別進(jìn)行檢測(cè) 顯示。 設(shè)計(jì)本檢測(cè)儀主程序的框圖如圖 所示 。 開始 調(diào)用濕度檢測(cè)子函數(shù) 調(diào)用溫度檢測(cè)子函數(shù) 是否超限 是否超限 是否有按鍵 是否有按鍵 濕度檢測(cè) 溫度檢測(cè) 結(jié)束 報(bào)警 是 是 是