【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的分辨率測(cè)量分別需要大約11/55/210ms。為表明測(cè)量完成，SHT11會(huì)使DATA為低電平，此時(shí)控制器必須重新啟動(dòng)SCK，然后SHT11傳送兩字節(jié)測(cè)量數(shù)據(jù)與1字節(jié)CRC校驗(yàn)和到控制器，控制器必須通過(guò)使DATA為低來(lái)確認(rèn)每一字節(jié)，通訊在確認(rèn)CRC數(shù)據(jù)位后停止。如果沒(méi)有用CRC8校驗(yàn)和，則控制器就會(huì)在測(cè)量數(shù)據(jù)LSB后，保持SCK為高時(shí)停止通訊。SHT11在測(cè)量和通訊完成之后會(huì)自動(dòng)返回睡眠模式。需要注意的是，℃，則此時(shí)工作頻率不能大于15%（如：12位精度時(shí)，每秒最多進(jìn)行3次測(cè)量）。（4）加熱控制將傳感器芯片中的加熱開(kāi)關(guān)接通，傳感器溫度大約增加5℃，加熱用途如下：其一，通過(guò)對(duì)啟動(dòng)加熱器前后的溫、濕度進(jìn)行比較，可以正確地區(qū)別傳感器的功能；其二，在相對(duì)濕度較高的環(huán)境下，傳感器可以通過(guò)加熱來(lái)避免冷凝。 TLC1543工作原理TLC1543是由TI公司開(kāi)發(fā)的開(kāi)關(guān)電容式A/D轉(zhuǎn)換器，該芯片具有如下特點(diǎn)：10位精度、11通道、三種內(nèi)建的自測(cè)模式、提供EOC（轉(zhuǎn)換完成）信號(hào)等。該芯片與單片機(jī)的接口采用串行接口方式，引線很少，與單片機(jī)連接簡(jiǎn)單。其中AIN0~AIN10是11路輸入，REF+和REF分別是參考電源的正負(fù)引腳，使用時(shí)一般將REF接到系統(tǒng)的地，達(dá)到一點(diǎn)接地的要求，以減少干擾。其余引腳是TLC1543與CPU的接口，其中CS為片選端，如不需片選，可直接接地。CLK是芯片的時(shí)鐘端，ADDR是地址選擇端，SDO是數(shù)據(jù)輸出端，這三根引腳分別接到CPU的三個(gè)I/O端即可。EOC用于指示一次A/D轉(zhuǎn)換已完成，CPU可以讀取數(shù)據(jù)，該引腳是低電平有效，根據(jù)需要，該引腳可接入CPU的中斷引腳，一旦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成，向CPU提出中斷請(qǐng)求。此外，也可以將該引腳接入一個(gè)普通的I/O引腳，CPU通過(guò)查詢?cè)撘_的狀態(tài)來(lái)了解當(dāng)前的狀態(tài)，甚至該引腳也可以不接，在CPU向TLC1543發(fā)出轉(zhuǎn)換命令后，過(guò)一段固定的時(shí)間去讀取數(shù)據(jù)即可。 TLC1543引腳圖TLC1543的工作時(shí)序：其工作過(guò)程分為兩個(gè)周期：訪問(wèn)周期和采樣周期。工作狀態(tài)由CS使能或禁止，工作時(shí)CS必須置低電平。CS為高電平時(shí)，I/O CLOCK、ADDRESS被禁止，同時(shí)DATA OUT為高阻狀態(tài)。當(dāng)CPU使CS變低時(shí)，TLC1543開(kāi)始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，I/O CLOCK、ADDRESS使能，DATA OUT脫離高阻狀態(tài)。隨后，CPU向ADDRESS端提供4位通道地址，控制14個(gè)模擬通道選擇器從11個(gè)外部模擬輸入和3個(gè)內(nèi)部自測(cè)電壓中選通1路送到采樣保持電路。同時(shí)，CLK端輸入時(shí)鐘時(shí)序，CPU從DATA OUT端接收前一次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。I/O CLOCK從CPU接受10個(gè)時(shí)鐘長(zhǎng)度的時(shí)鐘序列。前4個(gè)時(shí)鐘用4位地址從ADDRESS端裝在地址寄存器，選擇所需的模擬通道，后6個(gè)時(shí)鐘對(duì)模擬輸入的采樣提供控制時(shí)序。模擬輸入的采樣起始于第4個(gè)I/O CLOCK的下降沿，而采樣一直持續(xù)6個(gè)I/O CLOCK周期，并一直保持到第10個(gè)I/O CLOCK的下降沿。轉(zhuǎn)換過(guò)程中，CS的下降沿使DATA OUT引腳脫離高阻狀態(tài)并且啟動(dòng)一次I/O CLOCK的工作過(guò)程。CS的上升沿終止這個(gè)過(guò)程并在規(guī)定的延遲時(shí)間內(nèi)使DATA OUT引腳返回高阻狀態(tài)，經(jīng)過(guò)兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期后禁止I/O CLOCK和ADDRESS端。 溫濕度測(cè)量電路本系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫濕度的測(cè)量，在溫濕度測(cè)量系統(tǒng)中，二線數(shù)字傳感器SHT11因體積小、精度高、構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。溫濕度傳感器SHT11將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、A/D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上。該芯片包括一個(gè)電容性聚合體濕度敏感元件和一個(gè)用能隙材料制成的溫度敏感元件。這兩個(gè)敏感元件分別將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)首先進(jìn)入微弱信號(hào)放大器進(jìn)行放大；然后進(jìn)入一個(gè)14位的A/D轉(zhuǎn)換器；最后經(jīng)過(guò)二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號(hào)。SHT11在出廠前，都會(huì)在恒濕或恒溫環(huán)境中進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)存儲(chǔ)在校準(zhǔn)寄存器中；在測(cè)量過(guò)程中，校準(zhǔn)系數(shù)會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)來(lái)自傳感器的信號(hào)。SHT11通過(guò)二線數(shù)字串行接口來(lái)訪問(wèn)，所以硬件接口電路非常簡(jiǎn)單。需要注意的地方是：DATA數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻，時(shí)鐘線SCK用于微處理器和SHT11之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對(duì)SCK最低頻率沒(méi)有要求；，SCK頻率最高為10 MHz， V時(shí)，SCK最高頻率則為1 MHz。 溫濕度測(cè)量電路圖 LCD1602內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 LCD內(nèi)部結(jié)構(gòu)：由CGRAM（自建字型產(chǎn)生器）、DDRAM（數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)器）、CGROM(內(nèi)含字型產(chǎn)生器)、指令寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、地址計(jì)數(shù)器、指令譯碼器等組成。 LCD顯示原理：利用旋光效應(yīng)對(duì)光進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，再利用偏振片濾去不需要透過(guò)光的相應(yīng)像素，從而實(shí)現(xiàn)圖像顯示。 LCD驅(qū)動(dòng)原理：分成兩大步，即寫(xiě)指令，寫(xiě)數(shù)據(jù)，其中寫(xiě)數(shù)據(jù)之前要找到顯示的位置。本實(shí)驗(yàn)所采用的液晶型號(hào)為L(zhǎng)CD1602A。它位數(shù)多，可顯示32位，32個(gè)數(shù)碼管體積相當(dāng)龐大了，顯示內(nèi)容豐富，可顯示所有數(shù)字和大、小寫(xiě)字母，程序簡(jiǎn)單，如果用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，會(huì)占用很多時(shí)間來(lái)刷新顯示，而LCD1602A自動(dòng)完成此功能。 LCD1602引腳圖第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度（建議接地，弄不好有的模塊會(huì)不顯示）第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15～16腳：空腳（有的用來(lái)接背光）1602A液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有，阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，其中數(shù)字與字母同ASCII碼兼容。其內(nèi)部還有自定義字符（CGRAM），可用于存儲(chǔ)自己定義的字符。 顯示電路電路圖 按鍵及報(bào)警電路本次設(shè)計(jì)的溫度報(bào)警上下限可以由開(kāi)關(guān)和按鍵來(lái)設(shè)定，當(dāng)按下S2開(kāi)關(guān)時(shí)，LCD屏跳轉(zhuǎn)顯示輸入溫度上下限的畫(huà)面，此時(shí)可以通過(guò)行列式鍵盤(pán)輸入需要設(shè)定的上下限的數(shù)值，當(dāng)設(shè)置完溫度上下限之后，畫(huà)面會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到設(shè)定濕度上下限的畫(huà)面，同理設(shè)置完濕度上下限后，畫(huà)面會(huì)跳轉(zhuǎn)回到溫濕度傳感器上顯示的測(cè)量數(shù)值。若此時(shí)顯示的溫濕度數(shù)值不在設(shè)定范圍之內(nèi)，LED燈會(huì)自動(dòng)亮起提示報(bào)警。而有害氣體濃度的上限設(shè)定則在程序中完成。TLC1543是一個(gè)10位精度的A/D轉(zhuǎn)換器，與TLC1543連接的氣體傳感器用一個(gè)連接5V電源的10K滑動(dòng)變阻器代替，LED燈點(diǎn)亮報(bào)警。 按鍵及報(bào)警電路圖其中S1為單片機(jī)復(fù)位開(kāi)關(guān)，用于整個(gè)單片機(jī)的復(fù)位；S2為設(shè)置溫濕度范圍跳轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，用于設(shè)置溫濕度上下限；0~9為數(shù)字按鍵，對(duì)應(yīng)顯示數(shù)字0~9；D1（Yellow）為濕度報(bào)警燈；D2（Green）為溫度報(bào)警燈；D3（Red）為有害氣體濃度報(bào)警燈。單片機(jī)最小系統(tǒng)是使用單片機(jī)必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，本章首先對(duì)其作了詳細(xì)的介紹，并且對(duì)設(shè)計(jì)中用到的單片機(jī)作了充分介紹。在本章中，我們還對(duì)設(shè)計(jì)中的溫濕度測(cè)量電路、顯示電路、按鍵報(bào)警電路等作了說(shuō)明。第4章 軟件設(shè)計(jì) 為使程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，任務(wù)明確，易于編寫(xiě)、調(diào)試和修改，本系統(tǒng)軟件采用模塊化程序設(shè)計(jì)，這樣，不僅程序可讀性好，而且便于功能擴(kuò)充和版本升級(jí)，對(duì)于使用頻繁的子程序，可以建立子程序庫(kù)，便于多個(gè)模塊調(diào)用，從而加快了軟件設(shè)計(jì)進(jìn)度。根據(jù)課題的要求，在軟件設(shè)計(jì)中，應(yīng)該包括以下幾個(gè)功能模塊：主程序模塊、溫濕度測(cè)量模塊、按鍵及報(bào)警模塊。 軟件設(shè)計(jì)總體思路及主流程圖主程序的功能是，實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD的初始化，然后進(jìn)行溫濕度測(cè)量和顯示，通過(guò)按鍵設(shè)置報(bào)警溫濕度的上下限，當(dāng)超出界限時(shí)顯示報(bào)警，對(duì)有害氣體濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，超出設(shè)定上限時(shí)顯示報(bào)警。主程序的作用是對(duì)各個(gè)功能模塊的初始化，然后據(jù)任務(wù)的需要對(duì)各個(gè)功能模塊的函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，完成數(shù)據(jù)處理的任務(wù)。本系統(tǒng)采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，主程序主要由四部分構(gòu)成,系統(tǒng)通電后首先初始化系統(tǒng)，依次完成溫濕度采集、溫濕度處理、數(shù)據(jù)顯示、鍵盤(pán)處理等四項(xiàng)功能。溫濕度采集部分主要完成溫濕度測(cè)試點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)；溫濕度處理部分主要是將采集到的溫濕度數(shù)據(jù)與用戶設(shè)定的各點(diǎn)上下限溫度值進(jìn)行比較處理，并判斷是否超出設(shè)定的上下限值，如果超出則led燈亮報(bào)警；數(shù)據(jù)顯示部分主要實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)的顯示；鍵盤(pán)處理部分主要實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，結(jié)合顯示部分，實(shí)現(xiàn)用戶與系統(tǒng)之間的人機(jī)接口。NNYY開(kāi)始初始化判斷有害氣體濃度是否超標(biāo)溫度采集有害氣體傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換濕度采集溫度、濕度的補(bǔ)償溫度、濕度數(shù)據(jù)處理顯示判斷溫度、濕度是否超標(biāo)報(bào)警報(bào)警 系統(tǒng)軟件總流程圖 溫濕度測(cè)量模塊設(shè)計(jì)溫濕度測(cè)量子程序主要是SHT11的采集溫濕度與轉(zhuǎn)換溫濕度并且傳給單片機(jī)。SHT11內(nèi)有2個(gè)敏感元件，它們將溫度和濕度轉(zhuǎn)成電信號(hào)，通過(guò)信號(hào)放大器將信號(hào)放大后，經(jīng)原件內(nèi)的14位A/D轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最后經(jīng)過(guò)二線串口輸出。YYYN寫(xiě)命令、傳輸開(kāi)始等待讀取數(shù)據(jù)讀取高溫度字節(jié)讀取低溫度字節(jié)判斷數(shù)據(jù)傳送是否正常等待讀取數(shù)據(jù)讀取高溫度字節(jié)讀取低溫度字節(jié)返回寫(xiě)命令、傳輸開(kāi)始判斷數(shù)據(jù)傳送是否正常YN啟動(dòng)元件SHT11測(cè)溫模式測(cè)濕模式開(kāi)始N 溫濕度測(cè)量子程序流程圖 A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)該模塊用于監(jiān)測(cè)有害氣體濃度。通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)送給單片機(jī)，然后由系統(tǒng)判斷是否超過(guò)設(shè)定的值，超過(guò)則表示有害氣體濃度超標(biāo)，啟動(dòng)報(bào)警。A/。開(kāi)始打入AD轉(zhuǎn)換通道地址數(shù)，填充6個(gè)時(shí)鐘至AD和地址寄存器啟動(dòng)A/D及延時(shí)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束數(shù)據(jù)提取、處理及數(shù)據(jù)返回系統(tǒng)初始化返回YN A/D轉(zhuǎn)換模塊流程圖 按鍵掃描模塊的設(shè)計(jì)按鍵及報(bào)警主要是上下限的調(diào)節(jié)及上下限與當(dāng)前溫度的比較和當(dāng)超過(guò)界限時(shí)發(fā)出相關(guān)報(bào)警信號(hào)與顯示信號(hào)。讓按鍵的一端引腳為低電平，當(dāng)按下按鍵時(shí)，若另一端引腳同樣為低電平，則表示掃描到該按鍵。由于這是一個(gè)4x3行列式鍵盤(pán)，因此可以參照4x4行列式鍵盤(pán)來(lái)設(shè)計(jì)。例如按鍵“0”，以反相先列后行來(lái)編碼就是0111 1101，就是0x7d，也就是說(shuō)當(dāng)鍵盤(pán)掃描到0x7d這個(gè)按鍵的時(shí)候，就會(huì)在LCD顯示屏上顯示“0”這個(gè)數(shù)值。建立有效標(biāo)志返回Y找到閉合鍵計(jì)算鍵值閉合鍵釋放建立無(wú)效標(biāo)志YNN開(kāi)始是否有鍵閉合延時(shí)去鍵盤(pán)抖動(dòng)NY 按鍵模塊子程序流程圖 判斷及報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)當(dāng)設(shè)置好上下限后，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行判斷，如果當(dāng)前顯示的溫濕度不在設(shè)置的范圍之內(nèi)，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。若溫濕度在設(shè)置的范圍之內(nèi)，則正常顯示當(dāng)前溫濕度。本流程圖主要是判斷上下限是否設(shè)置有誤，例如下限大于上限，然后判斷實(shí)測(cè)值是否在上下限范圍內(nèi)。YYYNNYNNYNYN溫度不在正常范圍內(nèi)，LED報(bào)警溫度在正常范圍內(nèi)，正常顯示濕度不在正常范圍內(nèi)，LED報(bào)警濕度在正常范圍內(nèi)，正常顯示溫度是否在正常范圍內(nèi)開(kāi)始測(cè)溫模式測(cè)濕模式溫度最大值是否大于最小值顯示ERROR濕度最大值是否大于最小值溫度是否在正常范圍內(nèi)返回顯示ERROR 判斷及報(bào)警流程圖第5章 調(diào)試與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試，包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，是一個(gè)很重要的步驟。硬件調(diào)試和軟件調(diào)試并不能完全分開(kāi)，許多硬件錯(cuò)誤就是在軟件調(diào)試過(guò)程中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。一般方法是先排除明顯的硬件故障和軟件錯(cuò)誤，然后進(jìn)行軟硬件聯(lián)合調(diào)試。硬件調(diào)試主要是對(duì)硬件的每個(gè)部分進(jìn)行調(diào)試，包括最小系統(tǒng)、按鍵部分、報(bào)警部分、溫度采集部分和顯示部分。軟件調(diào)試主要是對(duì)所編寫(xiě)的程序的各個(gè)部分，包括主程序、溫度子程序、顯示子程序等的編譯，測(cè)試其語(yǔ)法錯(cuò)誤，從邏輯上測(cè)試程序的可行性。這章主要介紹了在調(diào)試中所使用的工具：Keil C51軟件、Proteus軟件，并且詳細(xì)描述了他們聯(lián)合使用的方法。 Keil與Proteus軟件簡(jiǎn)介Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更深刻。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。 Keil軟件界面Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然