【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 連接只需兩條線。則本系統(tǒng)框圖如下:圖41 硬件設(shè)計(jì)框圖 穩(wěn)壓電源在整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電源設(shè)計(jì)是需要首先考慮的，這決定系統(tǒng)是采用單電源方案還是多電源方案，系統(tǒng)的消耗有無特殊規(guī)定等。不同的電源方案決定整個(gè)系統(tǒng)的方案選擇。本設(shè)計(jì)采用AMS1117穩(wěn)壓器。AMS1117是一個(gè)正向低壓降穩(wěn)壓器。 AMS1117有兩個(gè)版本:固定輸出版本和可調(diào)版本,、、,具有1％的精度；%。AMS1117內(nèi)部集成過熱保護(hù)和限流電路,是電池供電和便攜式計(jì)算機(jī)的最佳選擇。 AMS1117的特點(diǎn)：1）固定輸出電壓為 、、 具有 1％的精度 ；2）％ ；3）低漏失電壓： ；4）限流功能；5）過熱切斷； 6）溫度范圍：40176。C~125176。C 。穩(wěn)壓電源電路圖：圖42 穩(wěn)壓電源電路圖AMS1117是一個(gè)低漏失電壓調(diào)整器,它的穩(wěn)壓調(diào)整管是由一個(gè)PNP驅(qū)動(dòng)的NPN管組成的,漏失電壓定義為：VDROP=VBE+VSAT。 AMS1117有固定和可調(diào)兩個(gè)版本可用，輸出電壓可以是：，，，。片內(nèi)過熱切斷電路提供了過載和過熱保護(hù),以防環(huán)境溫度造成過高的結(jié)溫。 為了確保AMS1117的穩(wěn)定性,對(duì)可調(diào)電壓版本,輸出需要連接一個(gè)至少22μF的鉭電容。對(duì)于固定電壓版本，可采用更小的電容，具體可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用確定。通常，線性調(diào)整器的穩(wěn)定性隨著輸出電流增加而降低。[11] 本設(shè)計(jì)采用的電源是5V的穩(wěn)壓電源，所以穩(wěn)壓電源輸出端VOUT選擇輸出的電壓為5V。由于AMS1117的輸入電壓是15V以下，所以輸入電壓VIN為15V以下。穩(wěn)壓電源的輸出端VOUT將接到單片機(jī)系統(tǒng)的輸入端，即圖45的輸入端Vcc。 單片機(jī)與SHT71傳感器的接口設(shè)計(jì) SHT71的引腳和內(nèi)部構(gòu)成SHT71傳感器是一款由多個(gè)傳感器模塊組成的單片全校準(zhǔn)數(shù)字輸出相對(duì)濕度和溫度傳感器。SHT71的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖43所示，主要包括了相對(duì)濕度傳感器、溫度傳感器、放大器、14位A/D轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)存儲(chǔ)器（E2PROM）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、狀態(tài)寄存器、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）寄存器、二線串行接口、控制單元、加熱器及低電壓檢測(cè)電路等。SCK是傳感器和微處理器之間同步傳輸時(shí)鐘輸入端。DATA 三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。DATA 在SCK 時(shí)鐘下降沿之后改變狀態(tài), 并僅在SCK時(shí)鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間,在SCK時(shí)鐘高電平時(shí),DATA 必須保持穩(wěn)定。為避免信號(hào)沖突,微處理器應(yīng)驅(qū)動(dòng)DATA 在低電頻。需要一個(gè)外部的上拉電阻(10 kΩ) 將信號(hào)提拉至高電頻。圖43 SHT71內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖圖44 SHT71的引腳。加電后，需要一個(gè)11ms的睡眠延遲時(shí)間，在這之前，不應(yīng)該向傳感器發(fā)送命令，電源（VDD和GND）間接一個(gè)100nF的電容。 SHT71與微處理器的接口設(shè)計(jì)圖45 SHT71與微處理器的接口電路由于SHT71的集成化設(shè)計(jì)，使得其與微控制器的接口電路及其簡(jiǎn)單。只需2個(gè)處理器端口就能實(shí)現(xiàn)傳感器控制，占微處理器的端口少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。 AT89C52單片機(jī)與SHT71傳感器的接口設(shè)計(jì)AT89C52可作為SHT71的控制核心，而且接口電路也十分簡(jiǎn)單。圖46 AT89C52與SHT71的接口電路由于AT89C52不具備I2C總線接口，所以使用單片機(jī)通用I/O口線來虛擬I2C總線，，同時(shí)在VDD及GND端接入一只100nF的去耦電容。AT89C52是高性能的CMOS8位單片機(jī)，有豐富的引腳和功能，可完全滿足SHT71的控制需求。它有8K的EEPROM，無需擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，掉電依然可保持?jǐn)?shù)據(jù)，方便測(cè)量數(shù)據(jù)的保存，提高了其安全性。SHT71是采用CMOSENS技術(shù)的智能化溫濕度傳感器，將傳感器元件、信號(hào)放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I2C總線等外圍調(diào)理電路，全部與溫濕度傳感器集成在了一個(gè)只有幾平方毫米的芯片上，這樣就免去了許多的外圍電路的設(shè)計(jì)，也使得總體抗干擾性能增強(qiáng)。 時(shí)鐘電路MCS51內(nèi)部有一個(gè)高效益的反向放大器，但是要形成時(shí)鐘，外部還需附加電路。MCS51的時(shí)鐘產(chǎn)生有兩種方式。在電子學(xué)上，通常將含有晶體管元件的電路稱作“有源電路”（如有源音箱、有源濾波器等），而僅由阻容元件組成的電路稱作“無源電路”。電腦中的晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振的英文名稱不同，無源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無源晶振是有2個(gè)引腳的無極性元件，需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無法振蕩起來，所以“無源晶振”這個(gè)說法并不準(zhǔn)確；有源晶振有4只引腳，是一個(gè)完整的振蕩器，其中除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件，因此體積較大。（1）內(nèi)部時(shí)鐘方式利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后再引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接輸入單片機(jī)得內(nèi)部時(shí)鐘電路。外接晶振時(shí)，電容C1和C2一般為30pF左右。~12MHz。晶體的震蕩頻率高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度也很快。但反過來運(yùn)行速度快對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就高，對(duì)印刷電路板的工藝要求也高（線間寄生電容要?。?。MCS51在通常情況下，使用震蕩頻率為6MHz的石英晶體，而12HMz主要是在高速串行通訊的情況下使用。內(nèi)部時(shí)鐘方式也稱無源晶振方式，需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無法振蕩起來 無源晶振需要用單片機(jī)片內(nèi)的振蕩器，在datasheet上有建議的連接方法。無源晶振沒有電壓的問題，信號(hào)電平是可變的，也就是說是根據(jù)起振電路來決定的，同樣的晶振可以適用于多種電壓，可用于多種不同時(shí)鐘信號(hào)電壓要求的單片機(jī)，而且價(jià)格通常也較低，因此對(duì)于一般的應(yīng)用如果條件許可建議用晶體，這尤其適合于產(chǎn)品線豐富批量大的生產(chǎn)者。無源晶振相對(duì)于晶振而言其缺陷是信號(hào)質(zhì)量較差，通常需要精確匹配外圍電路（用于信號(hào)匹配的電容、電感、電阻等），更換不同頻率的晶體時(shí)周邊配置電路需要做相應(yīng)的調(diào)整。使用時(shí)建議采用精度較高的石英晶體，盡可能不要采用精度低的陶瓷晶體。使用時(shí)，對(duì)于電容的選擇有一定的要求：a） 當(dāng)外接晶體振蕩器的時(shí)候，接地電容一般選擇。b） 當(dāng)外接陶瓷振蕩器的時(shí)候，接地電容一般選擇。在實(shí)際的硬件電路板設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該保證外接的振蕩器和電容盡可能靠近單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳。這樣可以減少寄生電容的影響，是振蕩器穩(wěn)定可靠地為單片機(jī)CPU提供時(shí)鐘信號(hào)。如果振蕩器連接不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致電路不起振，沒有時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生。（2）外部時(shí)鐘方式在由多單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了個(gè)單片機(jī)之間時(shí)鐘信號(hào)的同步，應(yīng)當(dāng)引入唯一的共用外部脈沖信號(hào)作為個(gè)=各單片機(jī)的震蕩脈沖，這時(shí)，外部的脈沖信號(hào)時(shí)經(jīng)XTAL2引腳注入。外部時(shí)鐘信號(hào)通過一個(gè)二分頻的觸發(fā)器而成為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)，要求高、低電平的持續(xù)時(shí)間都大于20ms，且脈沖頻率應(yīng)低于12MHz。對(duì)于MCS51單片機(jī)，情況有些不同，外引脈沖信號(hào)需從XTAL1引腳注入，而XTAL2引腳懸空。外部時(shí)鐘方式也稱有源晶振方式，是一個(gè)完整的振蕩器，里面除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件 。有源晶振不需要DSP的內(nèi)部振蕩器，信號(hào)質(zhì)量好，比較穩(wěn)定，而且連接方式相對(duì)簡(jiǎn)單（主要是做好電源濾波，通常使用一個(gè)電容和電感構(gòu)成的PI型濾波網(wǎng)絡(luò)，輸出端用一個(gè)小阻值的電阻過濾信號(hào)即可），不需要復(fù)雜的配置電路。相對(duì)于無源晶體，有源晶振的缺陷是其信號(hào)電平是固定的，需要選擇好合適輸出電平，靈活性較差，價(jià)格相對(duì)較高。對(duì)于時(shí)序要求敏感的應(yīng)用，還是有源的晶振好，因?yàn)榭梢赃x用比較精密的晶振，甚至是高檔的溫度補(bǔ)償晶振。圖47 振蕩電路無論采用內(nèi)部振蕩電路還是外部振蕩電路，振蕩電路的頻率應(yīng)該滿足單片機(jī)的工作頻率要求，AT89C52單片機(jī)的工作頻率為0~33MHz。相對(duì)有源晶振，采用無源晶振的成本低廉，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。而且本設(shè)計(jì)對(duì)于起振電路的要求不高，所以適合采用無源晶振。在起振電路設(shè)計(jì)中所采用的的電容為103電容，可滿足起振要求。 復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是吧PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。出了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化意外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或者操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為了擺脫困境，也需按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。MCS51單片機(jī)的RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，復(fù)位信號(hào)時(shí)高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期（即兩個(gè)機(jī)器周期以上）。若使用頻率為6MHz的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過4μs才能完成復(fù)位操作。圖48 復(fù)位電路在上電瞬間，RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖。只要RST引腳端保持10ms以上高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。 鍵盤部分鍵盤實(shí)現(xiàn)向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)，傳送命令等功能，是人工干預(yù)計(jì)算機(jī)的主要手段。單片機(jī)系統(tǒng)中的鍵盤接口電路有編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤兩種,實(shí)現(xiàn)方法通常采用如下四種方式:通過并行接口芯片(8258155)與鍵盤接口；通過串行口與鍵盤接口；通過單片機(jī)并行口直接與鍵盤接口；通過8279 芯片與鍵盤接口。獨(dú)立式按鍵接口：獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)，直接通過檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易判斷哪個(gè)按鍵被按下了。獨(dú)立式按鍵接口有中斷方式的獨(dú)立式按鍵工作狀態(tài)和查詢方式的獨(dú)立式按鍵工作狀態(tài)，都是按鍵直接與微處理器連接，通過讀I/O口，判定個(gè)I/O口的電平狀態(tài)，即可識(shí)別按下的按鍵。此外，也可以用擴(kuò)展I/O口搭接獨(dú)立式按鍵接口電路。采用8255擴(kuò)展的I/O口 和用三態(tài)緩沖器擴(kuò)展的I/O口兩種典型的方式。這兩種配接方式，都是把按鍵作為外部RAM某一工作單元來對(duì)待，通過讀片外RAM的方法，識(shí)別按鍵的工作狀態(tài)。上述獨(dú)立式按鍵電路中，各按鍵開關(guān)均采用了上拉電阻，這是為了保證在按鍵開關(guān)斷開時(shí)，各I/O口線有確定的高電平，當(dāng)然如輸入口線內(nèi)部已有上拉電阻，則外電路的上拉電阻可省去?，F(xiàn)在對(duì)圖所示獨(dú)立按鍵盤進(jìn)行編程，采用軟件消抖的方法，以查詢工作方式檢測(cè)各按鍵的狀態(tài)。當(dāng)有且僅有一鍵按下時(shí)才予以識(shí)別，兩個(gè)或多個(gè)鍵同時(shí)按下將不予以處理。獨(dú)立式按鍵的特點(diǎn)：獨(dú)立式按鍵鍵盤由于按鍵的數(shù)目較少，可根據(jù)實(shí)際需要編碼。而且獨(dú)立式鍵盤的效應(yīng)速度快，效率高，穩(wěn)定性好。本設(shè)計(jì)需要用到的按鍵不多，獨(dú)立式鍵盤就能滿足要求，而且獨(dú)立式鍵盤相對(duì)于矩陣式鍵盤來說更為簡(jiǎn)單，編程也十分容易，所以本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式鍵盤。圖49 鍵盤接線圖鍵盤接線如圖49所示，本設(shè)計(jì)只需用到6個(gè)按鍵即可，各個(gè)按鍵的功能在第五章中有所定義。 單片機(jī)顯示部分在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用的顯示器有：發(fā)光二極管顯示器，簡(jiǎn)稱LED；液晶顯示器，簡(jiǎn)稱LCD；熒光管顯示器。近年來也開始使用簡(jiǎn)易的CRT接口，顯示一些漢字及圖形。前三種顯示器都有兩種顯示結(jié)構(gòu)：段顯示和點(diǎn)顯示。而發(fā)光二極管顯示又分為固定段顯示和可以拼裝的大型字段顯示，此外還有共陽極和共陰極之分等。三種顯示器中，以熒光管顯示器亮度極高，發(fā)光二極管次之，而液晶顯示器最弱，為被動(dòng)顯示器，必須有外光源。LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示器，有7段和“米”字段之分。這種顯示塊有共陽極和共陰極兩種。共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽極LED顯示塊的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。LED的顯示方式：有LED靜態(tài)顯示方式和LED動(dòng)態(tài)顯示方式。a）LED靜態(tài)顯示方式LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極（或共陽極）連接在一起并接地（或+5V）每位的段選端分別與一8位的鎖存輸出相連。之所以稱為靜態(tài)顯示，使由于顯示器中的各位相互獨(dú)立，而且各位的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)的鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示為另一個(gè)字符為止。靜態(tài)顯示器的亮度較高。靜態(tài)LED顯示電路各位可獨(dú)立顯示，只要在該位的段選上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)得顯示字符。由于每位分別由一個(gè)輸出口控制段選碼，所以在某一時(shí)間里，每位顯示的字符可以各不相同。這種顯示方式接口，編程容易，管理簡(jiǎn)單。但占用的口線資源較多。如果顯示位數(shù)增多，靜態(tài)顯示無法時(shí)應(yīng)，一般都采用動(dòng)態(tài)顯示方式。b）LED動(dòng)態(tài)顯示方式在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，通常將所有位的段選線相應(yīng)得并聯(lián)在一起，由一個(gè)或兩個(gè)8位I/O口控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各位的共陽極或共陰極分別由相應(yīng)的I/O口線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。圖410 LED動(dòng)態(tài)顯示器電路如圖410所示是本設(shè)計(jì)的LED動(dòng)態(tài)顯示器的電路原理圖。本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)4位的數(shù)碼管組成的顯示模塊。一個(gè)4位數(shù)碼管溫度顯示，另一個(gè)則濕度顯示。是若要各位LED能夠顯示出與本位相應(yīng)得顯示字符，就必須采用掃描顯示方式，即在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其它各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的字形碼，這樣同一時(shí)刻，4位LED中只有選通的那一位顯示出字符，而其它三位則是熄滅的。同樣，在下一時(shí)刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其它各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)。同時(shí)，在段選線上輸出相應(yīng)位將要顯示字符的字形碼，則同一時(shí)刻，只有選通位顯示出相應(yīng)的字符，而其它各位則是熄滅的。如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而且同一時(shí)刻，只有一位顯示，其它各位熄滅，但由于人眼有視覺暫留現(xiàn)象，只要每位顯示間隔時(shí)間足夠短，則可造成多位同時(shí)亮的假象，達(dá)到顯示的目的。在軟件設(shè)計(jì)中有改善顯示效果的程序設(shè)計(jì)。LED不同位顯示的時(shí)間間隔可以通過定時(shí)中斷完成。如對(duì)8位LED顯示器，掃描顯示頻率為50HZ，假若顯示一位保持1ms時(shí)間，則顯示完所有8位之后，只需8ms,于是另外12ms CPU完全可以處理其它工作。上述保持1ms的時(shí)間應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。不能太小，因?yàn)榘l(fā)光二極管從導(dǎo)通道發(fā)光有一定的延時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間太小，發(fā)光太弱人眼無法看清。但也不能