【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 和 SPI 串行總線，應(yīng)用者可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行擴(kuò)展 [5]。C52 單片機(jī)的主要功能特性如表 所示：表 STC89C52 功能特性表主要功能特性可應(yīng)用 MCS51 的指令編譯 8K 可編譯 Flash ROM32 個(gè)雙向 I/O 口 512 字節(jié) RAM看門狗定時(shí)器 內(nèi)置 4K BEEPROM3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 MAX8101 個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu) 全雙工串行口系統(tǒng)的掉電或空閑模式低功耗 可以設(shè)置休眠和喚醒功能在實(shí)際電路中用到了 STC89C52 的部分引腳，其主要的引腳和功能為：（1）電源管腳(2 根)VCC:正極，接 +5V 電源。GND:負(fù)極，接地線。（2）外接晶振管腳(2 根)XTALl:時(shí)鐘電路的輸入腳。XTAL2: 時(shí)鐘電路的輸出腳。（3）控制管腳(2 根)RSTNPP:復(fù)位管腳，當(dāng)端口信號(hào)為‘1’時(shí)單片機(jī)會(huì)執(zhí)行復(fù)位操作。EA:程序存儲(chǔ)器選擇端口。接低電平時(shí)，ROM 讀操作只能在在外部程序存儲(chǔ)器中進(jìn)行；接高電平時(shí)，對(duì) ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始，并可延至外部程序存儲(chǔ)器。在該電路中，將其接負(fù)極。（4）可編程 I/O 管腳(32 根)STC89C52 單片機(jī)有 P0、PPP3 四個(gè) 8 位的并行輸入/ 輸出口，每個(gè)端口可以按字節(jié)或位進(jìn)行輸入輸出，4 個(gè)并行口一共有 32 根端口線。P0 口：P0 口是一個(gè)漏極開路型雙向輸入 /輸出口，輸出能力較強(qiáng)能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 門電路，經(jīng)常被作為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用總線使用。內(nèi)部沒有上拉電阻，使用時(shí)需添加外部上拉電阻?；趩纹瑱C(jī)的智能加濕器設(shè)計(jì)9P1 口：Pl 口的輸入/輸出口為 8 位的雙向輸入/輸出口，通常作為通用輸入/輸出口使用，在 4 個(gè) I/O 口中，它的功能比較單一，只能作為輸入/ 輸出使用。電路的內(nèi)部有上拉電阻，與場(chǎng)效應(yīng)管共同組成輸出驅(qū)動(dòng)電路。因此，P1 口作為輸出口使用時(shí)，已經(jīng)能向外提供推拉電流負(fù)載，無需再外接上拉電阻。P2 口：P2 口是內(nèi)部自帶上拉電阻，功能復(fù)用口。P3 口：P3 口是和 P2 口功能基本一樣。P3 口不僅可以用作通用輸入 /輸出口，還具備第二功能，當(dāng) P3 口的部分口作為第二功能時(shí)，剩下的引腳可以單獨(dú)作為輸入/輸出口使用 [6]。 單片機(jī)最小系統(tǒng)（1）時(shí)鐘電路 STC89C52 內(nèi)部擁有一個(gè)振蕩器，它是由高增益反相放大器構(gòu)成的，但是要形成時(shí)鐘脈沖，在擁有振蕩器的同時(shí)外部還需要增加電路。引腳 XTAL1 連接到內(nèi)部放大器的輸入端，引腳 XTAL2 連接到放大器的輸出端。時(shí)鐘信號(hào)是由自激振蕩器發(fā)出的。引腳 XTAL1 與引腳 XTAL2 連接到外部晶體振蕩器，且與電容和晶振組成的并聯(lián)諧振回路相連，構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。晶體振蕩器的震蕩頻率不是固定值，它的頻率范圍為 ～12MHz，常用的晶振頻率是12MHz。電路中的電容值在 5~30pF 范圍內(nèi)都可以選擇，電容的大小在時(shí)鐘電路中起到對(duì)頻率的微調(diào)作用。在本次設(shè)計(jì)中采用振蕩頻率為 12MHz 的晶體振蕩器，使用 22pF 的電容。 時(shí)鐘電路如圖 所示：XTAL218XTAL119ALE30 EA31 PSEN29RST9 U1AT89C52R410kX1CRYSTALC12pFC22pFC310uF 圖 時(shí)鐘電路（2）復(fù)位及復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把 PC 地址初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元重新開始執(zhí)行程序。復(fù)位是單片機(jī)系統(tǒng)的初始化操作，基于單片機(jī)的智能加濕器設(shè)計(jì)10單片機(jī)系統(tǒng)在上電啟動(dòng)后都需要先進(jìn)行復(fù)位操作，使系統(tǒng)處于一個(gè)確定的初始化狀態(tài)。當(dāng)單片機(jī)因?yàn)楦鞣N因素導(dǎo)致系統(tǒng)死機(jī)時(shí)，可以按下復(fù)位鍵進(jìn)行復(fù)位，使單片機(jī)系統(tǒng)回歸到初始狀態(tài)，且從初始狀態(tài)開始工作 [7]。如圖 所示電路的復(fù)位電路：XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0./U1AT89C52R410kC22pFC310uFR220圖 復(fù)位電路RST 引腳的功能是控制復(fù)位信號(hào)輸入。當(dāng) RET 管腳信號(hào)為‘1’且維持 2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，復(fù)位信號(hào)有效，單片機(jī)系統(tǒng)才會(huì)完成復(fù)位操作。如果選擇使用的晶振頻率為 12MHz，想要成功完成復(fù)位的話，RET 端的高電平就應(yīng)該維持超過 2us 即兩個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間。單片機(jī)的復(fù)位方式有兩種：上電復(fù)位和按鍵復(fù)位。上電加按鍵復(fù)位電路比上電復(fù)位多了一個(gè)復(fù)位開關(guān)。本次設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位電路，其復(fù)位電路如圖 所示。按下復(fù)位按鈕后，電流經(jīng)過 220 歐的電阻與 RET 端口直接相連，復(fù)位端引腳信號(hào)變?yōu)椤?’；當(dāng)復(fù)位按鈕彈起后，電流從 10K? 電阻和 10uF 的電容所在的電路通過，電容恢復(fù)到充電狀態(tài)，復(fù)位端發(fā)出復(fù)位正脈沖信號(hào)，該信號(hào)持續(xù)的時(shí)間與電阻與電容電路的時(shí)間常數(shù)有關(guān)。 傳感器模塊 溫濕度傳感器選擇方案方案一：一般情況下，我們檢測(cè)溫度的時(shí)候都會(huì)用熱敏元器件來檢測(cè)，如熱電阻和熱敏電阻。其中熱電阻的工作原理為：熱電阻的電阻值會(huì)隨溫度的變化出現(xiàn)大的波動(dòng)，當(dāng)溫度升高時(shí)電阻的大小也會(huì)增大，并且電阻值會(huì)隨著溫度按照近似的線性關(guān)系而緩慢變化。熱敏電阻的工作原理是熱敏電阻的電阻值與溫度成非線性關(guān)系，并隨著溫度的升高而迅速變化。一般情況下電阻值與溫度呈負(fù)指數(shù)關(guān)系，溫度越高電阻值下降的越快，只有少量才具有正溫度系數(shù) [8]?；趩纹瑱C(jī)的智能加濕器設(shè)計(jì)11有許多方法來檢測(cè)濕度，其中用濕敏元器件檢測(cè)空氣中濕度是人們常用的方法，濕敏元件分為電容式濕度敏感元件和電阻式濕度敏感元件兩種類型。我們經(jīng)常使用的濕度傳感器有高分子電容式和高分子電阻式兩種類別。其中高分子電容式濕度傳感器的工作原理為：水和高分子材料的介電常數(shù)是不一樣的，它們的介電常數(shù)之和為高分子電容式濕度傳感器的介電常數(shù)，電容式濕度傳感器的介電常數(shù)在不同的環(huán)境下會(huì)受到很大的影響。當(dāng)被測(cè)的霧氣狀態(tài)的水分子通過帶有多個(gè)孔洞的上電極，擴(kuò)散到感應(yīng)濕度的薄膜表面時(shí)，薄膜上的極性官能團(tuán)會(huì)吸收這些水分子，進(jìn)而誘發(fā)電容式濕度傳感器的介電常數(shù)發(fā)生變化，改變了濕敏電容器的容量值。高分子電阻型濕度傳感器的工作原理為：通常情況下，聚合物膜上的極性基團(tuán)會(huì)對(duì)水會(huì)產(chǎn)生吸附力。濕度低，由于吸附量很小，不會(huì)產(chǎn)生帶電離子，其電阻值是比較高的。當(dāng)空氣相對(duì)濕度增加，吸附量增大，吸附水的連通性成為導(dǎo)電通道，正、負(fù)離子聚合物電解質(zhì)主要起載體作用。此外，這些被吸附到薄膜上的水分子會(huì)解離出氫離子和質(zhì)子，增強(qiáng)電荷導(dǎo)通性，減小濕度傳感器的電阻。濕敏電阻和熱敏電阻的在可靠性和精度方面效果不是很好，如果溫濕度傳感器需要高精度的檢測(cè)數(shù)據(jù)的話，選用濕敏電阻和熱敏電阻就不是太適合。方案二：采用集成溫濕度傳感器。集成溫濕度傳感器最大的優(yōu)點(diǎn)就是它檢測(cè)數(shù)據(jù)的精度高，自帶 A/D 轉(zhuǎn)換功能，可以把檢測(cè)到的溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并且存放到自身攜帶的 RAM 存儲(chǔ)器中，單片機(jī)系統(tǒng)能夠很快的從中讀取到數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制就是可以得到我們需要的溫濕度數(shù)值，使用起來十分快捷、便利。DHT11 溫濕度傳感器市面上最流行的，它響應(yīng)迅速、抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比很高。因此，我選擇方案二。 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器本系統(tǒng)選用 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器作為溫濕度檢測(cè)元件，DHT11 由一個(gè) NTC 檢測(cè)溫度的元器件與一個(gè)電阻式的檢測(cè)濕度的元器件組成，該傳感器可以與高性能的 8 位單片機(jī)相連，是一塊可以同時(shí)檢測(cè)溫度和濕度的數(shù)字傳感器。通過單片機(jī)和一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，它可以檢測(cè)室內(nèi)的溫度和濕度采集并實(shí)時(shí)比較，具有性能穩(wěn)定，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)。DHT11通過一個(gè) I/O 口就可以與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信，傳感器內(nèi)部的溫濕度數(shù)據(jù)可以基于單片機(jī)的智能加濕器設(shè)計(jì)12一次性的傳給單片機(jī)。DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器不需要太大的工作電流，一般情況下最大電流為 。它的工作電壓和單片機(jī)的工作電壓一樣，都是+5V。DHT11 外形及引腳說明和描述，如圖 所示：圖 DHT11 外形及引腳排列VCC 連接到正電壓，電壓輸入范圍為 到 ；DOUT 為數(shù)據(jù) I/O 口也是 DATA 口；NC 為空腳，因?yàn)闆]有擴(kuò)張，所以引腳未啟用；GND 為負(fù)極。DHT11 能夠同時(shí)對(duì)相對(duì)溫濕度進(jìn)行檢測(cè)。DHT11 數(shù)字傳感器輸出的是數(shù)字信號(hào)，減少了預(yù)處理信號(hào)這一步驟，降低了單片機(jī)系統(tǒng)的工作量，提高了系統(tǒng)的使用率。輸出為單總線結(jié)構(gòu)，能夠有效減少對(duì)單片機(jī)的 I/O 口的占用，節(jié)省資源并且不用再額外的增加電器元件。濕度測(cè)量范圍 20%—90%RH，溫度測(cè)量范圍 0~50℃；應(yīng)用范圍廣泛，在濕度控制、溫濕度檢測(cè)、消費(fèi)領(lǐng)域的家電市場(chǎng)都有應(yīng)用。單片機(jī)系統(tǒng)與 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器通過 DATA 進(jìn)行通信，DATA 選擇單總線的數(shù)據(jù)傳輸格式，通訊時(shí)間為 4MS。數(shù)據(jù)被分為兩部分：整數(shù)和小數(shù)。在本次設(shè)計(jì)中只用到數(shù)據(jù)的整數(shù)部分，所以小數(shù)部分的數(shù)值始終為‘0’。具體的數(shù)據(jù)傳輸流程如下：數(shù)字溫濕度傳感器 DHT11 在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，可以一次性的傳輸高達(dá) 40 位的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的傳輸樣式為：8bit 濕度整數(shù)部分+8bit 濕度小數(shù)部分+8bit 溫度整數(shù)部分+8bit 溫度小數(shù)部分 +8bit 校驗(yàn)和 [9]。單片機(jī)向 DHT11 溫濕度傳感器發(fā)送低電平信號(hào)（開始信號(hào)）后，DHT11開始工作，等到單片機(jī)發(fā)出高電平信號(hào)（開始信號(hào)結(jié)束）后，DHT11 發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，發(fā)送 40 位數(shù)據(jù)，并開始收集信號(hào)，用戶可以有選擇的讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)?；趩纹瑱C(jī)的智能加濕器設(shè)計(jì)13單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出開始信號(hào)，并被 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器接收到后，會(huì)激活傳感器對(duì)溫度和濕度信號(hào)進(jìn)行采集，DHT11 溫濕度傳感器只有在接收到單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的開始信號(hào)后，才可以采集空氣中的溫濕度信號(hào)。采集信號(hào)結(jié)束后，傳感器會(huì)主動(dòng)把運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換到低速運(yùn)行模式。通信流程如圖 所示：圖 DHT11 的通訊過程在單片機(jī)系統(tǒng)中，總線電平是‘1’時(shí)為空閑狀態(tài)，單片機(jī)把總線電平拉低等待 DHT11 響應(yīng)時(shí)，總線被拉低的持續(xù)時(shí)間必須大于 18 毫秒，在本次設(shè)計(jì)的程序中拉低 20MS，保證 DHT11 能夠檢測(cè)到起始信號(hào)。單片機(jī)系統(tǒng)拉高電平后，需要維持 20us 到 40us 的時(shí)間對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行延時(shí)，在本次的設(shè)計(jì)程序中延時(shí)的時(shí)間為 40us。發(fā)送數(shù)據(jù)過程如圖 所示：圖 數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)總線的狀態(tài)為低電平時(shí)，表明 DHT11 溫濕度傳感器發(fā)出應(yīng)答信號(hào)，應(yīng)答信號(hào)發(fā)出后，溫濕度傳感器把總線的電平拉高等待 80us，做好傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。每次開始傳輸 1bit 數(shù)據(jù)都會(huì)拉低電平 50us，數(shù)據(jù)傳輸過程中，數(shù)字‘0’和‘1’用高電平的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)區(qū)分。數(shù)字‘0’信號(hào)的表示方法如圖 所示。傳輸數(shù)據(jù)結(jié)束后，溫濕度傳感器把總線的電平變?yōu)榈碗娖?，且持續(xù) 50us，最后上拉電阻把總線電平從低電平變?yōu)楦唠娖?，使溫濕度傳感器轉(zhuǎn)換到空閑狀態(tài)。基于單片機(jī)的智能加濕器設(shè)計(jì)14圖 數(shù)字‘0’信號(hào)傳輸方法 信號(hào)‘0’的傳輸方式是：數(shù)據(jù)傳輸開始階段結(jié)束后，總線電平被拉高，如果該高電平持續(xù)的時(shí)間為 26us 到 28us，此階段傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就是信號(hào)‘0’。數(shù)字‘1’的信號(hào)表示方法如圖 所示：圖 數(shù)字‘1’信號(hào)表示方法信號(hào)‘1’傳輸方式是：數(shù)據(jù)傳輸開始階段結(jié)束后，總線電平被拉高，如果該高電平持續(xù)的時(shí)間為 116us 到 118us，此階段傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就是信號(hào)‘1’。 傳感器電路DHT11 溫濕度傳感器能夠在 3V 到 的電壓下正常工作，結(jié)合一些輔助電路可以檢測(cè)信號(hào)，并且能夠?qū)z測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理。上電后，DHT11傳感器為了通過不穩(wěn)定的狀態(tài)，需要等待一秒鐘，在這段時(shí)間不發(fā)送任何指令。DHT11 與單片機(jī)間的通信和同步是通過數(shù)據(jù)端口來實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)端口與計(jì)算機(jī)連接到 端口，使用 上拉電阻，防止干擾，提高穩(wěn)定性。因?yàn)闄z測(cè)濕度時(shí)會(huì)受到環(huán)境溫度的影響，所以我們應(yīng)該在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境下進(jìn)行濕度基于單片機(jī)的智能加濕器設(shè)計(jì)15檢測(cè)，在測(cè)量濕度的過程中，濕度傳感器應(yīng)在同一溫度中。因此，在安裝DHT11 溫濕度傳感器時(shí)，我們應(yīng)該注意把溫濕度傳感器放置到離發(fā)熱快的元件較遠(yuǎn)的地方，同時(shí)能夠保證傳感器可以正常的工作。傳感器電路如圖 所示。在本次仿真中，由于仿真軟件里沒有 DHT11 溫濕度傳感器的仿真圖，所以在圖 中的 DHT11 元器件，只是本人在仿真軟件里找的一個(gè)與 DHT11有著相似管腳的元器件。在實(shí)際焊接時(shí)，僅僅按照這個(gè)仿真圖里的管腳連接方式進(jìn)行連接，元器件還是 DHT11 傳感器，與此沒有太大的關(guān)系。圖 DHT11 傳感器連接電路 液晶顯示模塊 顯示器的設(shè)計(jì)方案方案一：采用數(shù)碼管顯示。在該設(shè)計(jì)中我們需要顯示很多的信息，數(shù)碼管數(shù)量少的話就很難達(dá)到要求，這樣的話會(huì)加大我們?cè)诤附雍团虐鏁r(shí)會(huì)增加很大的負(fù)擔(dān)。方案二：采用 LCD 顯示屏。我們常用的是 1602LCD，它可以同時(shí)輸出 32個(gè)字符，比一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)碼管顯示出的內(nèi)容要多得多。該方案不僅滿足系統(tǒng)功能要求，降低系統(tǒng)復(fù)雜度。綜合考慮，我決定采用方案二。 1602 字符型液晶顯示屏1602 液晶顯示屏按照其結(jié)構(gòu)可以分為兩種類型：有背光與沒有背光。兩種類型的顯示屏在系統(tǒng)應(yīng)用上沒有多大的區(qū)別，只不過有背光的顯示屏比沒有背光的厚一些?？傮w來說，兩者可以通用的。兩者尺寸差別如下圖 所示：基于單片機(jī)的智能加濕器設(shè)計(jì)16圖 1602LCD 尺寸圖本系統(tǒng)選用的顯示屏是 160