【文章內(nèi)容簡介】 新啟動SCK，然后SHT11傳送兩字節(jié)測量數(shù)據(jù)與1字節(jié)CRC校驗和到控制器，控制器必須通過使DATA為低來確認每一字節(jié)，通訊在確認CRC數(shù)據(jù)位后停止。如果沒有用CRC8校驗和，則控制器就會在測量數(shù)據(jù)LSB后，保持SCK為高時停止通訊。SHT11在測量和通訊完成之后會自動返回睡眠模式。需要注意的是，℃，則此時工作頻率不能大于15%（如：12位精度時，每秒最多進行3次測量）。（4）加熱控制將傳感器芯片中的加熱開關(guān)接通，傳感器溫度大約增加5℃，加熱用途如下：其一，通過對啟動加熱器前后的溫、濕度進行比較，可以正確地區(qū)別傳感器的功能；其二，在相對濕度較高的環(huán)境下，傳感器可以通過加熱來避免冷凝。 TLC1543工作原理TLC1543是由TI公司開發(fā)的開關(guān)電容式A/D轉(zhuǎn)換器，該芯片具有如下特點：10位精度、11通道、三種內(nèi)建的自測模式、提供EOC（轉(zhuǎn)換完成）信號等。該芯片與單片機的接口采用串行接口方式，引線很少，與單片機連接簡單。其中AIN0~AIN10是11路輸入，REF+和REF分別是參考電源的正負引腳，使用時一般將REF接到系統(tǒng)的地，達到一點接地的要求，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提出中斷請求。此外，也可以將該引腳接入一個普通的I/O引腳，CPU通過查詢該引腳的狀態(tài)來了解當前的狀態(tài)，甚至該引腳也可以不接，在CPU向TLC1543發(fā)出轉(zhuǎn)換命令后，過一段固定的時間去讀取數(shù)據(jù)即可。 TLC1543引腳圖TLC1543的工作時序：其工作過程分為兩個周期：訪問周期和采樣周期。工作狀態(tài)由CS使能或禁止，工作時CS必須置低電平。CS為高電平時，I/O CLOCK、ADDRESS被禁止，同時DATA OUT為高阻狀態(tài)。當CPU使CS變低時，TLC1543開始數(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個模擬通道選擇器從11個外部模擬輸入和3個內(nèi)部自測電壓中選通1路送到采樣保持電路。同時，CLK端輸入時鐘時序，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個時鐘長度的時鐘序列。前4個時鐘用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個時鐘對模擬輸入的采樣提供控制時序。模擬輸入的采樣起始于第4個I/O CLOCK的下降沿，而采樣一直持續(xù)6個I/O CLOCK周期，并一直保持到第10個I/O CLOCK的下降沿。轉(zhuǎn)換過程中，CS的下降沿使DATA OUT引腳脫離高阻狀態(tài)并且啟動一次I/O CLOCK的工作過程。CS的上升沿終止這個過程并在規(guī)定的延遲時間內(nèi)使DATA OUT引腳返回高阻狀態(tài)，經(jīng)過兩個系統(tǒng)時鐘周期后禁止I/O CLOCK和ADDRESS端。 溫濕度測量電路本系統(tǒng)要求實現(xiàn)對室內(nèi)溫濕度的測量，在溫濕度測量系統(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)簡單等優(yōu)點，應(yīng)用越來越廣泛。溫濕度傳感器SHT11將溫度感測、濕度感測、信號變換、A/D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個芯片上。該芯片包括一個電容性聚合體濕度敏感元件和一個用能隙材料制成的溫度敏感元件。這兩個敏感元件分別將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號，該電信號首先進入微弱信號放大器進行放大；然后進入一個14位的A/D轉(zhuǎn)換器；最后經(jīng)過二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號。SHT11在出廠前，都會在恒濕或恒溫環(huán)境中進行校準，校準系數(shù)存儲在校準寄存器中；在測量過程中，校準系數(shù)會自動校準來自傳感器的信號。SHT11通過二線數(shù)字串行接口來訪問，所以硬件接口電路非常簡單。需要注意的地方是：DATA數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻，時鐘線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SCK最低頻率沒有要求；，SCK頻率最高為10 MHz， V時，SCK最高頻率則為1 MHz。 溫濕度測量電路圖 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、地址計數(shù)器、指令譯碼器等組成。 LCD顯示原理：利用旋光效應(yīng)對光進行偏轉(zhuǎn)，再利用偏振片濾去不需要透過光的相應(yīng)像素，從而實現(xiàn)圖像顯示。 LCD驅(qū)動原理：分成兩大步，即寫指令，寫數(shù)據(jù)，其中寫數(shù)據(jù)之前要找到顯示的位置。本實驗所采用的液晶型號為LCD1602A。它位數(shù)多，可顯示32位，32個數(shù)碼管體積相當龐大了，顯示內(nèi)容豐富，可顯示所有數(shù)字和大、小寫字母，程序簡單，如果用數(shù)碼管動態(tài)顯示，會占用很多時間來刷新顯示，而LCD1602A自動完成此功能。 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為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度（建議接地，弄不好有的模塊會不顯示）第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，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（有的用來接背光）1602A液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了不同的點陣字符圖形，這些字符有，阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，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），可用于存儲自己定義的字符。 顯示電路電路圖 按鍵及報警電路本次設(shè)計的溫度報警上下限可以由開關(guān)和按鍵來設(shè)定，當按下S2開關(guān)時，LCD屏跳轉(zhuǎn)顯示輸入溫度上下限的畫面，此時可以通過行列式鍵盤輸入需要設(shè)定的上下限的數(shù)值，當設(shè)置完溫度上下限之后，畫面會自動跳轉(zhuǎn)到設(shè)定濕度上下限的畫面，同理設(shè)置完濕度上下限后，畫面會跳轉(zhuǎn)回到溫濕度傳感器上顯示的測量數(shù)值。若此時顯示的溫濕度數(shù)值不在設(shè)定范圍之內(nèi)，LED燈會自動亮起提示報警。而有害氣體濃度的上限設(shè)定則在程序中完成。TLC1543是一個10位精度的A/D轉(zhuǎn)換器，與TLC1543連接的氣體傳感器用一個連接5V電源的10K滑動變阻器代替，LED燈點亮報警。 按鍵及報警電路圖其中S1為單片機復位開關(guān)，用于整個單片機的復位；S2為設(shè)置溫濕度范圍跳轉(zhuǎn)開關(guān)，用于設(shè)置溫濕度上下限；0~9為數(shù)字按鍵，對應(yīng)顯示數(shù)字0~9；D1（Yellow）為濕度報警燈；D2（Green）為溫度報警燈；D3（Red）為有害氣體濃度報警燈。單片機最小系統(tǒng)是使用單片機必不可少的一個重要環(huán)節(jié)，本章首先對其作了詳細的介紹，并且對設(shè)計中用到的單片機作了充分介紹。在本章中，我們還對設(shè)計中的溫濕度測量電路、顯示電路、按鍵報警電路等作了說明。第4章 軟件設(shè)計 為使程序結(jié)構(gòu)簡單，任務(wù)明確，易于編寫、調(diào)試和修改，本系統(tǒng)軟件采用模塊化程序設(shè)計，這樣，不僅程序可讀性好，而且便于功能擴充和版本升級，對于使用頻繁的子程序，可以建立子程序庫，便于多個模塊調(diào)用，從而加快了軟件設(shè)計進度。根據(jù)課題的要求，在軟件設(shè)計中，應(yīng)該包括以下幾個功能模塊：主程序模塊、溫濕度測量模塊、按鍵及報警模塊。 軟件設(shè)計總體思路及主流程圖主程序的功能是，實現(xiàn)對LCD的初始化，然后進行溫濕度測量和顯示，通過按鍵設(shè)置報警溫濕度的上下限，當超出界限時顯示報警，對有害氣體濃度進行監(jiān)測，超出設(shè)定上限時顯示報警。主程序的作用是對各個功能模塊的初始化，然后據(jù)任務(wù)的需要對各個功能模塊的函數(shù)進行調(diào)用，完成數(shù)據(jù)處理的任務(wù)。本系統(tǒng)采用C語言編寫，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、鍵盤處理等四項功能。溫濕度采集部分主要完成溫濕度測試點的數(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)定的各點上下限溫度值進行比較處理，并判斷是否超出設(shè)定的上下限值，如果超出則led燈亮報警；數(shù)據(jù)顯示部分主要實現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)的顯示；鍵盤處理部分主要實現(xiàn)用戶對系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，結(jié)合顯示部分，實現(xiàn)用戶與系統(tǒng)之間的人機接口。NNYY開始初始化判斷有害氣體濃度是否超標溫度采集有害氣體傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換濕度采集溫度、濕度的補償溫度、濕度數(shù)據(jù)處理顯示判斷溫度、濕度是否超標報警報警 系統(tǒng)軟件總流程圖 溫濕度測量模塊設(shè)計溫濕度測量子程序主要是SHT11的采集溫濕度與轉(zhuǎn)換溫濕度并且傳給單片機。SHT11內(nèi)有2個敏感元件，它們將溫度和濕度轉(zhuǎn)成電信號，通過信號放大器將信號放大后，經(jīng)原件內(nèi)的14位A/D轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后經(jīng)過二線串口輸出。YYYN寫命令、傳輸開始等待讀取數(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)返回寫命令、傳輸開始判斷數(shù)據(jù)傳送是否正常YN啟動元件SHT11測溫模式測濕模式開始N 溫濕度測量子程序流程圖 A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計該模塊用于監(jiān)測有害氣體濃度。通過A/D轉(zhuǎn)換，將電壓信號轉(zhuǎn)換成模擬信號送給單片機，然后由系統(tǒng)判斷是否超過設(shè)定的值，超過則表示有害氣體濃度超標，啟動報警。A/。開始打入AD轉(zhuǎn)換通道地址數(shù)，填充6個時鐘至AD和地址寄存器啟動A/D及延時轉(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)計按鍵及報警主要是上下限的調(diào)節(jié)及上下限與當前溫度的比較和當超過界限時發(fā)出相關(guān)報警信號與顯示信號。讓按鍵的一端引腳為低電平，當按下按鍵時，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4x3行列式鍵盤，因此可以參照4x4行列式鍵盤來設(shè)計。例如按鍵“0”，以反相先列后行來編碼就是0111 1101，就是0x7d，也就是說當鍵盤掃描到0x7d這個按鍵的時候，就會在LCD顯示屏上顯示“0”這個數(shù)值。建立有效標志返回Y找到閉合鍵計算鍵值閉合鍵釋放建立無效標志YNN開始是否有鍵閉合延時去鍵盤抖動NY 按鍵模塊子程序流程圖 判斷及報警模塊的設(shè)計當設(shè)置好上下限后，系統(tǒng)會進行判斷，如果當前顯示的溫濕度不在設(shè)置的范圍之內(nèi)，則發(fā)出報警信號。若溫濕度在設(shè)置的范圍之內(nèi)，則正常顯示當前溫濕度。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，然后判斷實測值是否在上下限范圍內(nèi)。YYYNNYNNYNYN溫度不在正常范圍內(nèi)，LED報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)開始測溫模式測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 判斷及報警流程圖第5章 調(diào)試與實現(xiàn)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試，包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，是一個很重要的步驟。硬件調(diào)試和軟件調(diào)試并不能完全分開，許多硬件錯誤就是在軟件調(diào)試過程中被發(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誤，然后進行軟硬件聯(lián)合調(diào)試。硬件調(diào)試主要是對硬件的每個部分進行調(diào)試，包括最小系統(tǒng)、按鍵部分、報警部分、溫度采集部分和顯示部分。軟件調(diào)試主要是對所編寫的程序的各個部分，包括主程序、溫度子程序、顯示子程序等的編譯，測試其語法錯誤，從邏輯上測試程序的可行性。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，并且詳細描述了他們聯(lián)合使用的方法。 Keil與Proteus軟件簡介Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更深刻。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(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Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Prote