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正文內(nèi)容

自動溫濕度控制系統(tǒng)設計畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2025-07-16 13:39 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 。?帶有工業(yè)標準的總線數(shù)字輸出接口。?具有露點值計算輸出功能。?具有卓越的長期穩(wěn)定性。?濕度值輸出分辨率為14位,溫度值輸出分辨率為12位,并可編程為12位和8位。?小體積(**),可表面貼裝。?具有可靠的CRC數(shù)據(jù)傳輸校驗功能。?片內(nèi)裝載的校準系數(shù)可保證100%互換性。?。?測量時為55uA,平均為2uA,休眠時為3uA。SHT11的實物及引腳圖分別如圖2—2—11所示。 圖2—10 SHT11的實物圖 圖2—11 SHT11的引腳圖引腳說明:(電源引腳)~。傳感器上電后,要等待11ms以越過“休眠”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100nF的電容,用以去耦濾波。2. SCK(串行時鐘輸入)SCK用于單片機與SHT11之間的通訊同步。由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯,因此不存在最小SCK頻率。3. DATA(串行數(shù)據(jù))DATA三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。DATA在SCK時鐘下降沿之后改變狀態(tài),并僅在SCK時鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間,在SCK時鐘高電平時,DATA必須保持穩(wěn)定。為避免信號沖突,微處理器應驅(qū)動DATA在低電平。需要一個外部的上拉電阻(例如:10k)將信號提拉至高電平上拉電阻通常已包含在微處理器的I/O電路中。SHT11的內(nèi)部結構如圖2—12所示。圖2—12 SHT11的內(nèi)部結構由圖可知道,SHT11的內(nèi)部結構主要包括:相對濕度傳感器、溫度傳感器、放大器、14位A/D轉換器、校準存儲器(EEPROM)、隨機存取存儲器(RAM)、狀態(tài)寄存器、循環(huán)冗余校驗碼(CRC)寄存器、兩線串行接口、控制單元、加熱器及低電壓檢測電路。對照內(nèi)部結構可以知道該傳感器的測量原理,首先利用溫度和濕度傳感器分別測得溫度和相對濕度,經(jīng)過放大器放大以后,分別送至A/D轉換器進行模/數(shù)轉換、校準和糾錯,最后通過二線串行接口將溫度和相對濕度的數(shù)據(jù)送給單片機。顯然,在本設計中,SHT11只需要完成相對濕度的檢測。 SHT11的應用圖2—13是單片機與SHT11的接口電路。由于單片機不具備總線接口,故采用單片機通過I/O口線來虛擬總線,。同時在VDD和GND端接一只100nF的電容,起到去耦濾波的作用。圖2—13 SHT11與單片機的連接 鍵盤電路設計鍵盤的分類多種多樣:鍵盤按結構形式可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤;按組成形式可分為獨立式、矩陣式和撥碼式;按硬件接口可分為直接I/O端口和鍵盤接口芯片;按程序?qū)崿F(xiàn)方法可分為中斷方式、程序控制掃描方式、定時掃描方式和中斷掃描方式。上文已經(jīng)敘述,本設計采用的鍵盤方式為矩陣式非編碼鍵盤,硬件接口方式為直接I/O端口,程序?qū)崿F(xiàn)方法為中斷掃描方式。 非編碼鍵盤的介紹在單片機中以使用非編碼鍵盤最為常見,因為非編碼鍵盤結構簡單,成本低,鍵盤上的按鍵是按行列式的形式構成,在行與列的交點處對應一個鍵,也就是一個機械開關,按下時交點處的行線列線的接通,鍵功能啟用。為了實現(xiàn)鍵盤上數(shù)據(jù)的輸入和命令處理功能,每一個鍵都有一個處理子程序,每一個鍵和一個鍵碼相對應,根據(jù)鍵碼可以轉到與其相對應的處理子程序中。下面分別從鍵盤的工作原理、按鍵識別以及消抖動三方面對鍵盤電路進行說明。(1)鍵盤工作原理鍵盤實際上就是一組按鍵,在單片機外圍電路中,通常采用的按鍵都是機械彈性開關。當開關閉合時,線路導通,開關斷開時,線路斷開。本文按鍵采用的是機械彈性小按鍵,被按下時閉合,松手后自動斷開。(2)按鍵檢測單片機的I/O接口既可以作為輸出也可以作為輸入使用,當檢測按鍵時用的就是它的輸入功能。對于獨立鍵盤,只需要把按鍵的一端接地,另一端與單片機的某個I/O口相連,開始時先賦給該I/O口一高電平,然后讓單片機不斷地檢測該I/O口是否變?yōu)榈碗娖健.敯存I閉合時,即相當于該I/O口的通過按鍵與地相連,變?yōu)榈碗娖?,程序一旦檢測到I/O口變?yōu)榈碗娖絼t說明按鍵被按下,然后執(zhí)行相應的指令。對于矩陣鍵盤,其識別方法其實還是基于上面的方式,只是更加的復雜,具體的方法可以在軟件部分進行說明。(3)按鍵消抖電信號通過機械觸點閉合斷開的電壓過程如圖2—14所示。圖2—14 電壓變化圖由上圖可以知道,理想波形與實際波形之間是有區(qū)別的,實際波形在按下和釋放的瞬間都有抖動現(xiàn)象,抖動時間的長短和按鍵的機械特性有關,一般為5~10ms。通常手動按下鍵然后立即釋放,這個動作中穩(wěn)定閉合的時間超過20ms。因此單片機在檢測鍵盤是否按下時都要加上去抖動操作,有專用的去抖動電路,也有專用的去抖動芯片。本文采用的是軟件延時的方法解決抖動問題,沒有添加多余的硬件電路。在判斷是否有鍵按下時,先執(zhí)行一個大于10ms的延時子函數(shù)再去判斷按下的鍵是哪一個,從而消除按下抖動的影響;對于釋放抖動,只需在接收一個按鍵后,經(jīng)過一個延遲函數(shù),再去檢測有無按鍵按下,這樣自然跳過了釋放時間消除了釋放抖動。需要說明的是本設計中的鍵盤并不考慮兩個或兩個以上的鍵按下去的情況,因此不會對這種情況進行處理,所以在鍵輸入的過程中必需要做到一個接著一個的往下按,并且要在中間停頓一會的時間,這樣才能實現(xiàn)按鍵的正確識別。(4)鍵盤接口的工作過程鍵盤接口的工作過程如下:。,判別是哪一個鍵按下,即按鍵檢測。確定被按鍵的位置(即獲得按鍵的特征值——行、列的編碼),這就叫讀鍵值。每個按鍵都有一定的功能定義,將讀取的鍵值,解釋為定義鍵的功能過程稱為鍵值譯碼。讀取的鍵值理應是一個穩(wěn)定的讀數(shù),而實際上,按鍵從最初接通到穩(wěn)定接通要經(jīng)過數(shù)毫秒的抖動,按鍵釋放時也同樣存在抖動的問題,抖動會引起一次按鍵的多次讀數(shù),所以必須消除按鍵抖動。 鍵盤的接口電路本文鍵盤采用的44矩陣式結構,將16個按鍵排成4行4列,第一行將每個按鍵的一端連接在一起構成行線,第一列的每個按鍵的另一端連接在一起構成列線,這樣便一共有4行4列共8根線,將這8根線連接到單片機的8個I/O口上,通過程序掃描鍵盤就可以檢測16個按鍵,接口電路圖如下圖所示。鍵盤與單片機的連接方法如圖2—15所示。圖2—15 鍵盤與單片機的連接鍵盤的行線和列線接到單片機的P0口,由于P0口做輸出口使用的時候,為漏極開路輸出(因為此時上拉場效應晶體管截止),必須接上拉電阻才能有高電平輸出。鍵盤的列線上也加了上拉電阻,主要是增加上拉電流,使得其抗干擾能力加強,從而可以防止單片機的誤動作。 顯示電路設計顯示電路是為了給使用者提示而設置的??紤]到顯示電路可讀性和直觀性,并且能使用戶更方便的執(zhí)行儲存溫濕度、顯示溫濕度等操作,在本次設計中將采用12864液晶顯示屏,其中LCD的英文全稱是Liquid Crystal Display,即為液態(tài)晶體顯示。在市場上,常用的點陣型LCD有12231286240320等。本章重點講述12864點陣顯示屏的基本應用。12864點陣顯示屏有三種控制器,分別是KS010T6963C和ST7920。三種控制器的主要區(qū)別是:KS0107不帶任何字庫,T6963C帶ASCⅡ碼,ST7920帶國家二級字庫。本章節(jié)以帶字庫的ST7920控制器LCD為例,介紹漢字的基本顯示方法。 12864的概述帶中文字庫的12864是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式,內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊;其顯示分辨率為12864,內(nèi)置8192個16*16點漢字,和128個16*8點ASCII字符集。每屏可顯示4行8列共32個1616點陣的漢字,每個顯示RAM可顯示1個中文字符或2個168點陣全高ASCII碼字符,即每屏最多可實現(xiàn)32個中文字符或64個ASCII碼字符的顯示。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令,可構成全中文人機交互圖形界面??梢燥@示84行1616點陣的漢字(共32個漢字),也可完成圖形顯示。低電壓低功耗是其又一顯著特點。(1)12864的基本參數(shù)?低電源電壓VDD:+~+;?顯示分辨率:12864點;?內(nèi)置漢字字庫,提供8192個1616點陣漢字(簡繁體可選);?內(nèi)置 128個168點陣字符;?2MHZ時鐘頻率;?顯示方式:STN、半透、正顯;?驅(qū)動方式:1/32DUTY,1/5BIAS;?視角方向:6點;?背光方式:側部高亮白色LED,功耗僅為普通LED的1/5~1/10;?通訊方式:串行、并口可選;?內(nèi)置DCDC轉換電路,無需外加負壓;?無需片選信號,簡化軟件設計;?工作溫度: 0℃ +55℃,存儲溫度: 20℃+60℃。(2)模塊接口說明串行接口表2—5 串行接法管腳號名稱LEVEL功能1VSS0V電源地2VDD+5V電源正3VO對比度調(diào)整4CSH/L模組片選端,高電平有效5SIDH/L串行數(shù)據(jù)輸入端6CLKH/L串行同步時鐘:上升沿時讀取SID數(shù)據(jù)15PSBL串行方式(見注釋1)17/RESETH/L復位端,低電平有效(見注釋2)19AVDD背光源電壓+5V(見注釋3)20KVSS背光源電壓0V(見注釋3)注釋1:如在實際應用中僅使用串口通訊模式,可將PSB接固定低電平;注釋2:模塊內(nèi)部接有上電復位電路,因此在不需要經(jīng)常復位的場合可將該端懸空;注釋3:如背光和模塊共用一個電源,可以將模塊上的JA、JK用焊錫短接。并行接口表2—6 并行接法管腳號名稱LEVEL功能1VSS0V電源地2VDD+5V電源正3VO對比度調(diào)整4RS(CS)H/LRS=“H”,表示DB7—DB0為顯示數(shù)據(jù);RS=“L”,表示DB7—DB0為顯示指令5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到DB7—DB0R/W=“L”,E=“H→L”, DB7—DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信號7DB0H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線8DB1H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線9DB2H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線10DB3H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線11DB4H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線12DB5H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線13DB6H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線14DB7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線15PSBH/LH:8位或4位并口方式,L:串口方式(見注釋1)16NC空腳17/RESETH/L復位端,低電平有效(見注釋2)18VOUTLCD驅(qū)動電壓輸出端19AVDD背光源電壓+5V(見注釋3)20KVSS背光源電壓0V(見注釋3)雖然并行方式所需要的接口比較多,而且硬件電路也是比較復雜的,但是使用并行方式數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋容^快,可以同時進行傳輸,提高效率。還有,就是本設計中單片機的引腳還有空余。綜合上述的原因,本設計采用并行方式。 12864的應用說明(1)控制接口介紹數(shù)據(jù)/命令選擇RS、讀/寫選擇R/W的配合選擇決定控制界面的4種模式,見表2—7。表2—7 模式列表RSR/W功能說明LLMPU寫指令到指令暫存器(IR)LH讀出忙標志(BF)及地址記數(shù)器(AC)的狀態(tài)HLMPU寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器(DR)HHMPU從數(shù)據(jù)暫存器(DR)中讀出數(shù)據(jù)使能信號E信號作用時。表2—8 使能端信號E狀態(tài)執(zhí)行動作結果高——低I/O緩沖——DR配合W進行寫數(shù)據(jù)或指令高DR——I/O緩沖配合R進行讀數(shù)據(jù)或指令低/低——高無動作忙標志BF=1表示模塊在進行內(nèi)部操作,=0時,模塊為準備狀態(tài),隨時可接受外部指令和數(shù)據(jù)。利用STATUS RD 指令,可以將BF讀到DB7總線,從而檢驗模塊之工作狀態(tài)。字型產(chǎn)生ROM(CGROM)字型產(chǎn)生ROM(CGROM)提供8192個觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關的控制。DFF=1為開顯示(DISPLAY ON),DDRAM的內(nèi)容就顯示在屏幕上,DFF=0為關顯示(DISPLAY OFF)。DFF 的狀態(tài)是指令DISPLAY ON/OFF和RST信號控制的。顯示數(shù)據(jù)RAM(DDRAM)模塊內(nèi)部顯示數(shù)據(jù)RAM提供642個位元組的空間,最多可控制4行16字(64個字)的中文字型顯示,當寫入顯示數(shù)據(jù)RAM時,可分別顯示CGROM與CGRAM的字型;此模塊可顯示三種字型,分別是半角英數(shù)字型(16*8)、CGRAM字型及CGROM的中文字型,三種字型的選擇,由在DDRAM中寫入的編碼選擇,在0000H—0006H的編碼中(其代碼分別是0000、0000000006共4個)將選擇CGRAM的自定義字型,02H—7FH的編碼中將選擇半角英數(shù)字的字型,至于A1以上的編碼將自動的結合下一個位元組,組成兩個位元組的編碼形成中文字型的編碼BIG5(A140—D75F),GB(A1A0F7FFH)。字型產(chǎn)生RAM(CGRAM)字型產(chǎn)生RAM提供圖象定義(造字)功能,可以提供四組1616點的自定義圖象空間,使用者可以將內(nèi)部字型沒有提供的圖象字型自行定義到CGRAM中,便可和CGROM中的定義一樣地通過DDRAM顯示在屏幕中。地址計數(shù)器AC地址計數(shù)器是用來貯存DDRAM/CGRAM之一的地址,它可由設定指令暫存器來改變,之后只要讀取或是寫入DDRAM/CGRAM的值時,地址計數(shù)器的值就會自動加一,當RS為“0”時而R/W為“1”時,地址計數(shù)器的值會被讀取到DB6——DB0中。光標/閃爍控制電路此模塊提供硬體光標及閃爍控制電路,由地址計數(shù)器的值來指定DDRAM中的光標或閃爍位置。(2)字符顯示帶中文字庫的12864內(nèi)部提供1282字節(jié)的字符顯示RAM緩沖區(qū)(DDRAM)
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