【文章內(nèi)容簡介】 個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“1”時，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，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)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P 2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P 2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P 2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。圖 AT89C51 引腳圖P3 口：P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入口。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P 3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為AT89C51 的一些特殊功能口，如表 所示。同時，P3 口為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。表 P3 口的特殊功能引腳 名稱 功能說明 引腳 名稱 功能說明 RXD 串行輸入口 T0 記時器 0 外部輸入 TXD 串行輸出口 T1 記時器 1 外部輸入太 原 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )8 /INT0 外部中斷 0 /WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 /INT1 外部中斷 1 /RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA：當(dāng)/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲（0000HFFFFH ），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) 端保持高電EAEA平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 AT89C51 單片機(jī)的存儲器在單片機(jī)中，存儲器分為程序存儲器 ROM 和數(shù)據(jù)存儲器 RAM，并且兩個存儲器是獨(dú)立編址的。AT89C51 單片機(jī)芯片內(nèi)配置有 8KB（0000H～1FFFH）的 Flash 程序存儲器和 256字節(jié)（00H～FFH）的數(shù)據(jù)存儲器 RAM，根據(jù)需要可外擴(kuò)到最大 64KB 的程序存儲器太 原 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )9和 64KB 的數(shù)據(jù)存儲器，因此 AT89C51 的存儲器結(jié)構(gòu)可分為 4 部分：片內(nèi)程序存儲器、片外程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。如果以最小系統(tǒng)使用單片機(jī)，即不擴(kuò)展，則 AT89C51 的存儲器結(jié)構(gòu)就較簡單：只有單片機(jī)自身提供的 8KB Flash 程序存儲器和 256 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器 RAM。圖 給出了 AT89C51 單片機(jī)的存儲器分布空間。左側(cè)線框中為單片機(jī)自身提供的 8KB Flash 程序存儲器和 256 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器 RAM。右側(cè)為可擴(kuò)展的 64KB 的程序存儲器 ROM 和 64KB 的數(shù)據(jù)存儲器 RAM。圖 存儲器空間分布圖 程序存儲器AT89C51 單片機(jī)出廠時片內(nèi)已帶有 8KB 的 Flash 程序存儲器，使用時，引腳 要EA按高電平（5V），這時，復(fù)位后 CPU 從片內(nèi) ROM 區(qū)的 0000H 單元開始讀取指令代碼，一直運(yùn)行到 1FFFH 單元，如果外部擴(kuò)展有程序存儲器 ROM，則 CPU 會自動轉(zhuǎn)移到片外 ROM 空間 2022H～FFFFH 讀取指令代碼。 數(shù)據(jù)存儲器太 原 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )10AT89C51 單片機(jī)出廠時片內(nèi)已帶有 256 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器 RAM，如果不夠用，可以在片外擴(kuò)展，最多可擴(kuò)展 64KB RAM。圖 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的結(jié)構(gòu)單片機(jī)自帶的數(shù)據(jù)存儲器 RAM 結(jié)構(gòu)如圖 所示，此 256 字節(jié)單元（00H～FFH）的低 128 字節(jié)（00H～7FH ）單元為用戶使用區(qū)，高 128 字節(jié)（80H～FFH）單元為特殊功能寄存器 SFR 區(qū)。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的 00H～7FH 單元又劃分為 3 塊： 00H～1FH 塊是工作寄存器所用；20H～2FH 塊是位尋址功能的單元區(qū)；30H～3FH 是普通 RAM 區(qū)。工作寄存器又分為4 組，在當(dāng)前的運(yùn)行程序中只有一組是被激活的，誰被激活有程序狀態(tài)寄存器 PSW 的RS1， RS0 兩位決定。 振蕩電路和時鐘 太 原 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )11 在 AT89C51 芯片內(nèi)部，有一個振蕩電路和時鐘發(fā)生器，引腳 XTAL1 和 XTAL2之間接入晶體振蕩器和電容后構(gòu)成內(nèi)部時鐘方式。也可以使用外部振蕩器，由外部振蕩器產(chǎn)生的信號直接加載到振蕩器的輸入端，作為 CPU 的時鐘源，稱為外部時鐘方式。采用外部時鐘方式時，外部振蕩器的輸出信號接至 XTAL1，XTAL2 懸空。兩種方式的電路連接如圖 (a)～(b)所示。大多數(shù)的單片機(jī)采用內(nèi)部時鐘方式，本次設(shè)計(jì)亦然。 （a）使用片內(nèi)振蕩器接法 （b）使用片外振蕩器接法圖 AT89C51 振蕩器的連接方式在 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部，引腳 XTAL2 和引腳 XTAL1 連接著一個高增益反相放大器，XTAL1 引腳是反相放大器的輸入端，XTAL2 引腳是反相放大器的輸出端。芯片內(nèi)部的時鐘發(fā)生器是一個二分頻觸發(fā)器，振蕩器的輸出 為其輸入，輸出為oscf兩相的時鐘信號（狀態(tài)時鐘信號），頻率為振蕩器輸出信號頻率 的 1/2。狀態(tài)時鐘經(jīng)三分頻后為低字節(jié)地址鎖存信號 ALE，頻率為振蕩器輸出信號頻率 的 1/6，經(jīng)六oscf分頻后為機(jī)器周期信號，頻率為 /12。 、 一般取 20～30pF 的陶瓷電容器。oscf1C2太 原 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )123 溫濕度傳感器傳統(tǒng)的模擬式濕度傳感器需設(shè)計(jì)信號調(diào)理電路并要經(jīng)過復(fù)雜的校準(zhǔn)、標(biāo)定過程,測量精度難以得到保證,且在線性度、重復(fù)性、互換性、一致性等方面往往不盡人意。為解決這些問題，瑞士Sensirion 公司推出了新一代基于CMOSensTM技術(shù)的數(shù)字式溫濕太 原 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )13度傳感器。它很好地解決了溫濕度傳感器存在的上述問題,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換功能[3]。 數(shù)字溫濕度傳感器 SHT11數(shù)字溫濕度傳感器 SHT—11 采用 COMSens 專利傳感器技術(shù)將溫度濕度傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換器、數(shù)字接口、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲器、標(biāo)準(zhǔn) I2C 總線等電路全部集成在一個芯片內(nèi)（其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示）[4]。圖 數(shù)字溫濕度傳感器 SHT11 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖由它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可看出SHT11具有不同保護(hù)的“ 微型結(jié)構(gòu)”檢測電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層組成了傳感器芯片的電容,這樣除保持了電容式濕敏器件的原有特性外還可抵御來自其它方面的影響。將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起構(gòu)成了一個單一的個體,這就使得測量精度提高并且可以精確得出露點(diǎn),而不會產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化而引起的誤差。而且將傳感器元件、信號放大器、模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器、OTP 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲器、I 2C 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)串行總線等，電路功能部件全部采用CMOS技術(shù)與溫濕度傳感器一起放置在一個芯片內(nèi)。這不僅使信號強(qiáng)度增加,更重要的是長期穩(wěn)定性也得到增強(qiáng),這對傳感器系統(tǒng)是極為重要的。同時,模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換也在一個芯片內(nèi)同時完成,這太 原 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )14可使信號對噪聲不敏感,尤其重要的是,在傳感器芯片數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)裝載的針對每一只傳感器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保證了每一只傳感器都有相同的功能,可以實(shí)現(xiàn)100%的互換。此外,。該傳感器還具有I 2C 二線串行總線接口,這可使傳感器方便的與任何類型的微處理器、微控制器接口相連,為溫濕度的微機(jī)化測試帶來極大的方便,這不僅能減少溫濕度測試系統(tǒng)的開發(fā)時間,還可節(jié)約數(shù)字化接口的軟硬件成本。該傳感器還有反應(yīng)迅速、高精度、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。 SHT11 的傳感器輸出SHT11 的相對濕度絕對精度、溫度精度和 25℃露點(diǎn)精度如圖 (a)～(c)所示。（a）濕度絕對精度太 原 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )15（b）溫度精度（C）25℃露點(diǎn)精度圖 相對濕度、溫度和露點(diǎn)的精度曲線 濕度值輸出SHT11 可通過 I2C 總線直接輸出數(shù)字量濕度值,其相對濕度輸出特性曲線如圖 所示。從中可以看出,SHT11 的輸出特性呈一定的非線性,為了補(bǔ)償濕度傳感器的非線性以獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù),可按式 修正濕度值:太 原 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )16= ()??linearRH2321RHSOcc?式中,SORH 表示傳感器相對濕度測量值 ,系數(shù)取值分別如下:12 位時： 6321 108.,045., ?????cc8 位時： 4276 溫度值輸出SHT11溫度傳感器的線性非常好,度值T : (式 ) TSOd21??式中， 表示傳感器溫度測量值。當(dāng)電源電壓為 5V，溫度傳感器的分辨率為 14 位時，TSO， ；當(dāng)溫度傳感器的分辨率為 12 位時， ， 。401?? 401??圖 相對濕度輸出特性曲線 露點(diǎn)計(jì)算： ()????????????RHTEW (式 )????EWEDP太 原 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )17式中， ——飽和水蒸氣壓強(qiáng)（mmHg）??EW 非線性校正及溫度補(bǔ)償 ,對于單片機(jī)系統(tǒng)而言,計(jì)算量大而過復(fù)雜,下面給出簡化的計(jì)算方法。（1）線性　當(dāng)系統(tǒng)對濕度測量精度要求不高時,。 ??RHSOcsimpleRH???21式中， 。 （）?c（2）2線性 當(dāng)系統(tǒng)對濕度測量精度要求較高時,即用最小的計(jì)算復(fù)雜性來提高精確度。 ????256????bSOarelRH式中， 為8位濕度傳感器輸出濕度值。 （）SO當(dāng) 時， ， ；當(dāng) 時， ， 。107?143a5b108?143?a52b（3）溫度補(bǔ)償 上述濕度計(jì)算公式是按環(huán)境溫度為25℃進(jìn)行計(jì)算的,而實(shí)際的測量溫度值則在一定的范圍內(nèi)變化,所以應(yīng)考慮濕度傳感器的溫度系數(shù),溫度進(jìn)行補(bǔ)償。 （）???????linearRHSOtTtureRH???215當(dāng) 為 12 位時， ， ；當(dāng) 為 8 位時， ， 。 01.? SHT11 的特性和性能參數(shù) SHT11 的特點(diǎn)SHT11 傳感器的特點(diǎn)如下:（1）相對濕度和溫度一體測量；（2）精確露點(diǎn)測量；（3）全量程標(biāo)定，無需重新標(biāo)定即可互換使用；（4）超快響應(yīng)時間；太 原 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )18（5）兩線制數(shù)字接口（最簡單的系統(tǒng)集成，較低的價(jià)格）；（6）超小尺寸（5）；（7）高可靠性（工業(yè) CMOS 工業(yè)）；（8）優(yōu)化的長期穩(wěn)定性；（9）可完全浸沒水中；（10）基于請求式測量，因此低能耗；（11）具有濕度傳感器元件的自檢測能力；（12）傳感器元件加熱應(yīng)用，亦可獲得極高的精度和穩(wěn)定性。 SHT 的詳細(xì)規(guī)格（1）相對濕度傳感器（RH）的性能參數(shù)如下：范圍：0—100%RH；精度：177。3%RH（20—80%RH）； 響應(yīng)時間：≤4s；復(fù)現(xiàn)性：177。%RH；分辨率：%RH；工作溫度：－40℃—＋120℃。（2）溫度傳感器的性能參數(shù)如下：范圍：－40℃—＋120℃；精度：177?！妫ㄔ?25℃時），177。℃（在 0—40℃時）；響應(yīng)時間：≤20s；復(fù)現(xiàn)性：177。℃；分辨率：℃。（3）電器數(shù)據(jù)能耗：典型 30uW（@5V，12bit，測量周期 2 秒） 典型 1uW（@,8bit，測量周期 2 分）；供電范圍：—；太 原 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )19檢測電流：；待機(jī)電流：。 SHT11 的引腳SHT11 的引腳圖如圖 所示。圖 SHT11 的引腳圖引腳簡介GND 接地端：SHT11 的供電電壓為 ～，傳感器上電后要等待 11ms 以越過“