【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能 RAM區(qū)。由此可見(jiàn)，MCS51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類(lèi)全、功能強(qiáng)等特點(diǎn)。 振蕩電路單片機(jī)的定時(shí)控制功能是由片內(nèi)的時(shí)鐘電路和定時(shí)電路來(lái)完成的，時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍的工作，因此時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，常用的單片機(jī)時(shí)鐘電路有兩種方式：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式，如圖 31（a）、（b）所示。北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文6采用內(nèi)部時(shí)鐘方式時(shí)，如圖 31（a）所示。MCS51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2，這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，向內(nèi)部時(shí)鐘電路提供振蕩時(shí)鐘。電路中的電容 C1和 C2 典型值一般都選為 30pf 左右，對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求, 但是電容的大小會(huì)影響振蕩頻率的高低和振蕩器的穩(wěn)定性以及起振的快速性，晶體的振蕩頻率的范圍通常是在 ～12MHz 之間,晶體的振蕩頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。但是反過(guò)來(lái)運(yùn)行速度快對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求越高，對(duì)印刷電路板的工藝要求也高，即要求線間的寄生電容要小，MCS51 單片機(jī)常選擇振蕩頻率 6MHz 或 12MHz 的石英晶體。（a） 內(nèi)部振蕩器方式 （b）外部振蕩器方式圖 31 MCS51 單片機(jī)時(shí)鐘產(chǎn)生方式采用外部時(shí)鐘方式時(shí)，如圖 33（b）所示。外部振蕩信號(hào)通過(guò) XTAL2 端直接接至內(nèi)部時(shí)鐘電路，這時(shí)內(nèi)部反相放大器的輸入端 XTAL1 端應(yīng)接地。通常外接振蕩信號(hào)為低于 12MHz 的方波信號(hào)。本次設(shè)計(jì)中本電路選用內(nèi)部振蕩器方式，晶體振蕩器頻率為 12MHz，如圖 33（a）所示。選用內(nèi)部振蕩器比選用外部時(shí)鐘電路簡(jiǎn)單并且易于實(shí)現(xiàn)，最重要的是此電路易于調(diào)試，而且精度高。 復(fù)位電路復(fù)位電路可分為上電復(fù)位和外部復(fù)位兩種方式。電路如圖 34 所示，通過(guò)某種方式，使單片機(jī)內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱(chēng)為復(fù)位。MCS51 單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后，在 RST/VPD 端持續(xù)給出 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平就可以完成復(fù)位操作（一般復(fù)位正脈沖寬度大于 10ms）。12MHz北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文7上電復(fù)位是在單片機(jī)接通電源時(shí)，對(duì)單片機(jī)的復(fù)位。上電復(fù)位電路如圖 32（a）所示，在上電瞬間 RST/VPD 端與 VCC 電位相同，隨著電容上電壓的逐漸上升，RST/VPD 端電位逐漸下降。上電復(fù)位所需的最短時(shí)間是振蕩器振蕩建立時(shí)間加 2 個(gè)機(jī)器周期。復(fù)位電路的阻容參數(shù)通常由實(shí)驗(yàn)調(diào)整。圖 32（a）參考電路中，電路參數(shù) C 取 22uF，R 取 1KΩ，可在 RST/VPD 端提供足夠的高電平脈沖，使單片機(jī)能夠可靠地上電自動(dòng)復(fù)位。圖 32（b）所示既可進(jìn)行上電自動(dòng)復(fù)位，也可外部手動(dòng)復(fù)位的電路示意圖，R1 可取 200Ω 左右。當(dāng)需要外部復(fù)位時(shí)，按下復(fù)位按鈕即可達(dá)到復(fù)位目的。本文采用的是上電/外部復(fù)位電路，如圖 32（b）所示。復(fù)位電路比上電復(fù)位電路在應(yīng)用上更加實(shí)用、易于隨時(shí)對(duì)單片機(jī)復(fù)位。 （a）上電復(fù)位電路 （b）上電/外部復(fù)位電路 圖 32 復(fù)位電路的兩種方式此外，基于 89S51 設(shè)計(jì)有穩(wěn)態(tài)邏輯，以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU 停止工作。但 RAM、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文8 溫濕度采集與傳輸模塊 選用 SHT11 的原因本 設(shè) 計(jì) 共 涉 及 兩 類(lèi) 數(shù) 據(jù) ——溫 度 和 濕 度 ， 因 此 需 要 兩 個(gè) 傳 感 器 芯 片 ， 一個(gè) 負(fù) 責(zé) 溫 度 采 集 ， 另 一 個(gè) 負(fù) 責(zé) 濕 度 采 集 。 若 采 用 獨(dú) 立 式 傳 感 器 芯 片 ， 會(huì) 給 程序 帶 來(lái) 不 變 ， 也 會(huì) 給 單 片 機(jī) 增 加 負(fù) 擔(dān) 。 因 此 ， 本 設(shè) 計(jì) 選 用 一 款 集 溫 度 、 濕 度測(cè) 量 于 一 體 的 復(fù) 合 式 傳 感 器 ——SHT11。數(shù) 字 溫 濕 度 傳 感 器 是 一 款 含 有 已 校 準(zhǔn) 數(shù) 字 信 號(hào) 輸 出 的 復(fù) 合 式 傳 感 器 。 芯片 內(nèi) 部 主 要 由 相 對(duì) 濕 度 傳 感 器 ， 溫 度 傳 感 器 ， 校 準(zhǔn) 存 儲(chǔ) 器 ， 14 位 A/D 轉(zhuǎn) 換器 ， 信 號(hào) 放 大 器 和 I178。C 總 線 接 口 構(gòu) 成 。 SHT11 具 有 溫 度 和 相 對(duì) 濕 度 測(cè) 量 ， 露點(diǎn) 值 計(jì) 算 輸 出 、 全 部 校 準(zhǔn) 、 數(shù) 字 輸 出 、 免 外 圍 電 路 、 低 功 耗 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 是 本 設(shè)計(jì) 理 想 的 溫 濕 度 測(cè) 量 與 傳 輸 芯 片 。 SHT11 溫濕度傳感器（1）SHT11 簡(jiǎn)介SHT11 是瑞士 Ssirion 公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、汽車(chē)、消費(fèi)電子、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。其主要特點(diǎn)如下：◆高度集成，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；◆提供二線數(shù)字串行接口 SCK 和 DATA，接口簡(jiǎn)單，支持 CRC 傳輸校驗(yàn)，傳輸可靠性高；◆測(cè)量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置 A/D 轉(zhuǎn)換器(分辨率為 8～12 位，可以通過(guò)對(duì)芯片內(nèi)部寄存器編程來(lái)選擇)；◆測(cè)量精確度高，由于同時(shí)集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葴y(cè)量值和高質(zhì)量的露點(diǎn)計(jì)算功能；◆封裝尺寸超小( mm mm)，測(cè)量和通信結(jié)束后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入低功耗模式；◆高可靠性，采用 CMOSens 工藝，測(cè)量時(shí)可將感測(cè)頭完全浸于水中。北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文9（2）SHT11 的引腳功能SHT11 溫濕度傳感器采用 SMD(LCC)表面貼片封裝形式，接口非常簡(jiǎn)單，引腳名稱(chēng)及排列順序如圖 33 所示：圖 33 SHT11 引腳圖◇腳 1 和 4—信號(hào)地和電源，其工作電壓范圍是 —；◇腳 2 和腳 3二線串行數(shù)字接口，其中 DATA 為數(shù)據(jù)線，SCK 為時(shí)鐘線；◇腳 5～8—空腳。（3）SHT11 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理溫濕度傳感器 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)境內(nèi)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)。此外，SHT11 內(nèi)部還集成了一個(gè)加熱元件，加熱元件接通后可以將 SHT11 的溫度升高 5℃左右，同時(shí)功耗也會(huì)有所增加。此功能主要為了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以綜合驗(yàn)證兩個(gè)傳感器元件的性能。在高濕(95％RH)環(huán)境中，加熱傳感器可預(yù)防傳感器結(jié)露，同時(shí)縮短響應(yīng)時(shí)間，提高精度。加熱后 SHT11 溫度升高、相對(duì)濕度降低，較加熱前，測(cè)量值會(huì)略有差異。 微處理器是通過(guò)二線串行數(shù)字接口與 SHT11 進(jìn)行通信的。通信協(xié)議與通用的 I178。C 總線協(xié)議是不兼容的，因此需要用通用微處理器 I／O 口模擬該通信時(shí)序。微處理器對(duì) SHT11 的控制是通過(guò) 5 個(gè) 5 位命令代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的，命令代碼的含義如表 31 所示：表 31 SHT11 控制命令代碼命令代碼 含義00011 測(cè)量溫度00101 測(cè)量濕度北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文1000111 讀內(nèi)部狀態(tài)寄存器00110 寫(xiě)內(nèi)部狀態(tài)寄存器11110 復(fù)位命令，是內(nèi)部狀態(tài)寄存器恢復(fù)默認(rèn)值，下一次命令前至少等待11ms其他 保留 SHT11 與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)由于 SHT11 是一個(gè)串行器件，而 AT89S51 不具備 I178。C 總線接口，故需要用單片機(jī)通用 I/O 口線來(lái)虛擬 I178。C 總線，本設(shè)計(jì)利用 口線來(lái)模擬時(shí)鐘線，口線來(lái)模擬數(shù)據(jù)線。為避免信號(hào)沖突，單片機(jī)應(yīng)驅(qū)動(dòng) DATA 在低電平，需要加一個(gè)外部上拉電阻將信號(hào)拉至高電平，本設(shè)計(jì)采用兩個(gè) 10K 的電阻分別作為時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線的上拉電阻；另外，為了達(dá)到去耦濾波的目的，應(yīng)在 VCC 和 GND 端接入一個(gè) 的電容；SHT11 有三個(gè)地址位，由于目前只支持“000” ，4 個(gè)NC 引腳懸空。SHT11 與單片機(jī)的接口電路如圖 34 所示：圖 34 SHT11 與單片機(jī)接口電路 顯示模塊 —LCD12864 LCD 接口液晶顯示器件（LCD）獨(dú)具的低壓、微功耗特性使他在單片機(jī)系統(tǒng)中特得到了廣泛的應(yīng)用，常用的液晶顯示模塊分為數(shù)顯液晶模塊、點(diǎn)陣字符液晶模塊和北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文11點(diǎn)陣圖形液晶模塊，其中圖形液晶模塊在我國(guó)應(yīng)用較為廣泛，因?yàn)闈h字不能像西文字符那樣用字符模塊即可顯示，要想顯示漢字必須用圖形模塊。本課設(shè)所選擇的LCD是1602的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，圖形液晶顯示顯示器接口如圖35所示。 圖35 LCD電路圖北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文12 表 LGM12641 接口說(shuō)明表管腳號(hào) 管腳 電平 說(shuō)明 1 CS1 H/L 片選擇信號(hào)，高電平時(shí)選擇前 64 列2 CS2 H/L 片選擇信號(hào)，高電平時(shí)選擇后 64 列3 GND 0V 邏輯電源地4 VCC 邏輯電源正5 V0 LCD 驅(qū)動(dòng)電壓，應(yīng)用時(shí)在 VEE 與 V0 之間加一2K 可調(diào)電阻6 RS H/L 數(shù)據(jù)\指令選擇：高電平：數(shù)據(jù) D0D7 將送入顯示 RAM； 低電平：數(shù)據(jù) D0D7 將送入指令寄存器執(zhí)行7 R/W H/L 讀\寫(xiě)選擇： 高電平：讀數(shù)據(jù)；低電平：寫(xiě)數(shù)據(jù)8 E H/L 讀寫(xiě)使能，高電平有效，下降沿鎖定數(shù)據(jù)9 DB0 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳10 DB1 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳11 DB2 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳12 DB3 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳13 DB4 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳14 DB5 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳15 DB6 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳16 DB7 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳17 RST L 復(fù)位信號(hào)，低電平有效18 VOUT 10V LCD 驅(qū)動(dòng)電源 指令描述 （1） 顯示開(kāi)/關(guān)設(shè)置CODE：R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 功能：設(shè)置屏幕顯示開(kāi)/關(guān)。 DB0=H，開(kāi)顯示；DB0=L，關(guān)顯示。不影響顯示 RAM(DD RAM)中的內(nèi)容。 （2） 設(shè)置顯示起始行 L L L L H H H H H H/L北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文13CODE：R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0L L H H 行地址（0～63）功能：執(zhí)行該命令后，所設(shè)置的行將顯示在屏幕的第一行。顯示起始行是由 Z 地址計(jì)數(shù)器控制的，該命令自動(dòng)將 A0A5 位地址送入 Z 地址計(jì)數(shù)器，起始地址可以是 063 范圍內(nèi)任意一行。Z 地址計(jì)數(shù)器具有循環(huán)計(jì)數(shù)功能，用于顯示行掃描同步，當(dāng)掃描完一行后自動(dòng)加一。（3） 設(shè)置頁(yè)地址 CODE：R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 L L H L H H H 頁(yè)地址（0～7）功能：執(zhí)行本指令后，下面的讀寫(xiě)操作將在指定頁(yè)內(nèi)，直到重新設(shè)置。地址就是 DD RAM 的行地址，頁(yè)地址存儲(chǔ)在 X 地址計(jì)數(shù)器中，A2A0 可表示 8 頁(yè)，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)對(duì)頁(yè)地址沒(méi)有影響，除本指令可改變頁(yè)地址外，復(fù)位信號(hào)(RST)可把頁(yè)地址計(jì)數(shù)器內(nèi)容清零。DDRAM 地址映像表如表 所示。 表 RAM 地址映像表 Y 地址 0 1 2 ……… 61 62 63 DB0 ∫ PAGE0 DB7 X=0 DB0 ∫ PAGE1 DB7 X=1 ……………… ……DB0 ∫ PAGE6 DB7 X=6 DB0 ∫ PAGE7 DB7 X=7 （4） 設(shè)置列地址 CODE：R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0L L L H 列地址（0～63） 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文14功能：DDRAM 的列地址存儲(chǔ)在 Y 地址計(jì)數(shù)器中，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)對(duì)列地址有影響在對(duì)DDRAM 進(jìn)行讀寫(xiě)操作后，Y 地址自動(dòng)加一。 （5）狀態(tài)檢測(cè) CODE：R/W RS D