【正文】 后釋放總線，由上拉電阻拉高。圖 DHT21 數(shù)字 1 信號表示法 DHT21數(shù)字0信號表示法東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文）第 21 頁為了提高系統(tǒng)監(jiān)控的靈活性，在下位機的設計中加入了鍵盤和顯示功能，這樣不僅可以通過上位管理機對參數(shù)進行設置、顯示，下位機也可直接進行設置和顯示，然后通 過 CAN 網(wǎng)絡通信給上位管理機，進行同步控制。鍵盤是由若干個按鍵組成的開關或開關矩陣，它是一種廉價而常用的輸入設備。常 用的鍵盤電路分為兩種：獨立鍵盤和矩陣鍵盤。獨立鍵盤適合于單個輸入，一個鍵盤對 應一個 I/O 口，可以通過查詢 I/O 口的高低電平確定按鍵的狀態(tài)。矩陣鍵盤用于按鍵數(shù) 量較多的場合，它有行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上，行線、列線分別連 接到按鍵開關的兩端，按鍵個數(shù)等于行數(shù)乘以列數(shù)，所以可大大節(jié)省 I/O 口的使用。查 詢按鍵的狀態(tài)時，常用的方法有：行掃描法、列掃描法和線翻轉法。使用按鍵時，必須要考慮的消除按鍵抖動的影響，消除按鍵抖動簡稱按鍵消抖，其 方法分為硬件消抖和軟件消抖。硬件消抖有用 RC 濾波電路，單穩(wěn)態(tài)電路和雙穩(wěn)態(tài)電路, 用的最多且效果最好的是雙穩(wěn)態(tài)的 RS 觸發(fā)器電路。軟件消抖也就是延時消抖，節(jié)省硬 件資源，使用廣泛。在本系統(tǒng)中，由于不需要很多按鍵，I/O 口又有大量剩余，系統(tǒng)采用了一個撥碼開 關 K1 和四個獨立按鍵開關 KKKK5。為了防止在單片機引腳在懸空狀態(tài)下外 界的干擾可能會導致單片機的誤動作，而給每一個開關加上了 上拉電阻來提高抗干 擾能力。判讀按鍵是否按下，等待按鍵釋放以及按鍵去除抖動都是在軟件里實現(xiàn)的。鍵盤電路原理圖如圖 所示。 鍵盤電路原理圖 LCD 顯示電路 電路概述系統(tǒng)中，采用了工業(yè)字符型液晶 1602 做信息顯示器件，1602 上下兩行共可顯示 32 個字符，1602 有體積小，重量輕，壽命長，功耗低，顯示信息清晰穩(wěn)定的優(yōu)點。系統(tǒng)工 作時，LCD1602 顯示如圖 所示。圖 LCD1602 顯示的信息 LCD1602 引腳1602 采用標準的 16 腳接口，各引腳說明如表 所示。在系統(tǒng)中，單片機 P P1P12 分別連接著 RS、R/W、E，P2 口連接著數(shù)據(jù)總線 D0～D7。通過這些接口， 單片機控制著 LCD1602 的工作。 LCD1602引腳功能說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地6E使能信號2VDD電源正極（典型值 5V）714D0～D7Data I/O 數(shù)據(jù)線3VL液晶顯示偏壓信號（可調(diào)）15BLA背光源正極4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）16BLK背光源負極5R/W讀/寫選擇端（H/L） LCD1602 控制器整個 1602 模塊主要由 LCD 顯示屏、控制器、列驅(qū)動器和偏壓產(chǎn)生電路構成?？刂?器主要由指令寄存器 IR、數(shù)據(jù)寄存器 DR、忙標志位 BF、地址計數(shù)器 AC、字符顯示緩 沖區(qū) DDRAM、標準字模區(qū) CGROM、自建字模區(qū) CGRAM 及時序發(fā)生電路組成。指令寄存器 IR，內(nèi)部存儲 DDRAM 和 CGRAM 中的數(shù)據(jù)顯示的指令代碼和地址信東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文）第 23 頁數(shù)據(jù)寄存器 DR，內(nèi)部暫時存儲單片機與模塊內(nèi)部 DDRAM 和 CGRAM 之間的傳送數(shù)據(jù)，內(nèi)部操作使 DR 與 DDRAM 或者 CGRAM 之間的數(shù)據(jù)傳送自動進行。忙標志位 BF，為“1”表明模塊正在進行內(nèi)部操作，此時不接受任何外部指令和數(shù) 據(jù)；只有 BF 為“0”時，單片機才能訪問模塊。地址計數(shù)器 AC，是 DDRAM 或者 CGRAM 的地址指針。隨著 IR 中指令碼的寫入， 指令碼中攜帶的地址信息自動送入 AC 中，并確定 AC 做 DDRAM 還是 CGRAM 的地址 指針。DR 與 DDRAM 或者 CGRAM 之間完成一次數(shù)據(jù)傳送后，AC 會自動加 1 或減 1。字符顯示緩沖區(qū) DDRAM，存儲顯示字符的字符碼，直接和屏幕上的點相對應，屏 幕上的一個點和 DDRAM 中的一個位對應，共 80 個字節(jié)。標準字模區(qū) CGROM，保存了廠家生產(chǎn)時固化的 192 個不同字符字模，字符字模是 與顯示字符點陣相對應的 58 矩陣位圖數(shù)據(jù)。每組字模都有一個由其在 CGROM 中存 放的高八位數(shù)據(jù)組成的字符碼對應，字符碼的地址范圍為 00h~BFh。自建字模區(qū) CGRAM，是留給用戶自己定義字符的字模組的。共有地址為 00h～3Fh的 64 個字節(jié)空間，最多可自己定義 8 個 58 點陣的字模數(shù)據(jù)，相應的字符碼地址為00h～07h 或 08h～0Fh，其中 00h 與 08h 對應同一個字模，01h 與 09h 對應同一個字模， 以次類推。 LCD1602 基本操作對 1602 的控制，共有四種基本方式，如表 所示。表 LCD1602 基本操作控制功能ERSR/W說明讀狀態(tài)101讀取由 AC 和 BF 的內(nèi)容組成的狀態(tài)字 D0~D7讀數(shù)據(jù)111將 DR 內(nèi)的數(shù)據(jù)讀到 D0~D7，模塊內(nèi)部操作自動將 DDRAM 或CGRAM 中的數(shù)據(jù)送入 DR 中寫指令1→000將 D0~D7 的指令碼寫入指令寄存器 IR 中寫數(shù)據(jù)1→010將 D0~D7 的數(shù)據(jù)寫入 DR 中，模塊內(nèi)部操作自動將 DR 中的數(shù) 據(jù)寫到 DDRAM 或 CGRAM 中 實時時鐘電路 電路及芯片概述為了使記錄的溫濕度更清晰，也便于以后查詢，設計中系統(tǒng)采用了時鐘芯片 DS1302，在記錄各溫濕度值的同時把其對應的測量時間也記錄了下來，這種記錄對長時 間的連續(xù)測控系統(tǒng)結果的分析及對異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因的查找具有重要意義。DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一款高性能、低功耗、帶 RAM 及涓流充電功 能的時鐘芯片。該芯片是 DS1202 的升級產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，內(nèi)含有一個實時時鐘/ 日歷和 31 個字節(jié)靜態(tài) RAM，能提供 2100 年之前的年、月、日、時、分、秒及星期的 信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整。時鐘/RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)可以一次一個字節(jié)， 也可以采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的字符組方式通信，通過對時鐘/RAM 讀/寫數(shù)據(jù) 來查詢時間信息和控制芯片的工作狀態(tài)。DS1302 工作時功耗很低，保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于 1mW；DS1302 工作溫 度范圍在可選工業(yè)級溫度范圍(40℃~ +85℃）內(nèi)；DS1302 采用 8 腳 DIP 封裝形式。該 芯片的接口簡單、價格低廉、使用方便，被廣泛應用于電話、傳真、便攜式儀器以及電 池供電的儀器儀表等領域。 DS1302 引腳DS1302 的 RST 復位線、I/O 數(shù)據(jù)線和 SCLK 串行時鐘用來與單片機之間進行通信。 X1 和 X2 是振蕩源接口，外接普通 晶振； VCC2 和 VCC1 分別為 DS1302 的主 電源和備用電源管腳。 VCC1 為備用電源，有可編程涓流充電能力，附加七個字節(jié)暫存存儲器，VCC2 為主電源，工作電壓范圍較寬（~），能兼容 TTL 電平，芯片由VCC1 或 VCC2 兩者中的較大者供電。DS1302 在系統(tǒng)中的電路原理圖如圖 所示圖 DS1302 電路原理圖東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文）第 25 頁DS1302有關日歷、時間的寄存器共有12個，其中有7個寄存器，存放的數(shù)據(jù)格式為BCD碼形式。 DS1302有關日歷、時間的寄存器讀地址寫地址bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0數(shù)據(jù)范圍81h80hCH10秒秒005983h82h10分分005985h84hTT0AP時時112/02387h86h0010日日13189h88h00010月月1128Bh8Ah00000周日178Dh8Ch10年年00998Fh8EhWP0000000注 1：秒寄存器（81h、80h）的位 7 定義為時鐘暫停標志（CH）。當該位置為 1 時，時鐘振蕩器停止，DS1302處于低功耗狀態(tài)；當該位置為 0 時，時鐘開始運行。注 2：小時寄存器（85h、84h）的位 7（TT）用于定義 DS1302 是運行于 12 小時模式還是 24 小時模式。當為高 時，選擇 12 小時模式。在 12 小時模式時，位 5（AP）是 ，當為 1 時，表示 PM。在 24 小時模式時，位 5 是第二個10 小時位。注 3：控制寄存器（8Fh、8Eh）的位 7 是寫保護位（WP），其它 7 位均置為 0。在任何的對時鐘和 RAM 的寫 操作之前，WP 位必須為 0。當 WP 位為 1 時，寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。 DS1302 控制字DS1302 是 SPI 總線驅(qū)動方式，它不僅要向寄存器寫入控制字，還需要讀取相應寄存 器的數(shù)據(jù)。要想與 DS1302 通信，首先要先了解 DS1302 的控制字，控制字的具體信息 如表 所示。bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit01RAM / CKA4A3A2A1A0RD / WR DS1302的控制字位 7（最高有效位）：必須是邏輯 1，如果它為 0，則禁止寫 DS1302。 位 6：如果為 0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為 1 表示存取 RAM 數(shù)據(jù)。位 5 至位 1（A4～A0）：指示操作單元的地址。31 個字節(jié) RAM 的地址為 00000 到11110。位 0（最低有效位）：如為 0，表示要進行寫操作，為 1 表示進行讀操作。 DS1302 時序進行單字節(jié)傳送時，控制字總是從最低位開始輸出，在控制字指令輸入后的下一個 SCLK 脈沖的上升沿，寫入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸入是從最低位（0 位）開始。同樣，在緊跟 8 位的控制字指令后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿，讀出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸出也是從最低位到最高位，DS1302 單字節(jié)讀寫時序分別如圖 和 所示。圖 DS1302 單字節(jié)讀時序圖 DS1302 單字節(jié)寫時序東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文）第 27 頁系統(tǒng)中，為了防止突然掉電導致數(shù)據(jù)丟失，可以采用外部存儲器把那些要保護的數(shù)據(jù)存儲起來。前面提到 DS1302 的 RAM 可以當作外部存儲器來用，但是由于數(shù)據(jù)采集 是實時進行的，那么相應時間也是實時記錄的，考慮到系統(tǒng)工作效率，系統(tǒng)采用了 AT24C02A 芯片組成的掉電保護電路，如 所示。由于 AT24C02A 的容量有限，可 以采用環(huán)形存儲，即按存儲單元地址順序存入數(shù)據(jù)，當存滿時，用最新的數(shù)據(jù)覆蓋在最 舊的數(shù)據(jù)，以次類推。但是由于這些數(shù)據(jù)都已傳到上位機，所以只需要用前四個字節(jié)就 可以了。圖 AT24C02A 電路原理圖AT24C02A 是 Atmel 公司生產(chǎn)的 2K 位串行 CMOS EEPROM，內(nèi)部含有 256 個 8 位 字節(jié)。采用 8 腳 DIP、SOIC 或 TSSOP 封裝，其引腳描述如表 所示。 AT24C02A引腳描述引腳名稱A0A1A2GNDSDASCLWPVCC功能器件地址選擇地串行數(shù)據(jù)/地址串行時鐘寫保護工作電壓A0、AA2 ：這些輸入引腳用于多個器件級聯(lián)時設置器件地址，當被懸空時默認 值為0，使用時最大可級聯(lián)8個器件，如果只有一個器件被總線尋址，這三個地址輸入腳 A0、AA2可懸空或連接到GND。SCL：輸入引腳，提供器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的串行時鐘。 SDA：開漏輸出引腳，雙向串行數(shù)據(jù)/地址管腳用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。 WP：當該引腳連接到VCC時，所有的內(nèi)容都被寫保護，只能讀；當WP管腳連接到GND或懸空時，允許器件進行正常的讀/寫操作。GND和VCC：芯片電源引腳，提供電源，構成回路，維持正常工作。AT24C02A通過 I2C 總線接口進行操作， I2C 總線協(xié)議定義如下：① 只有在總線空閑時才允許啟動數(shù)據(jù)傳送。② 數(shù)據(jù)傳送過程中當時鐘線為高電平時數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)定狀態(tài)不允許有跳變（因 為在時鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從高到低的跳變?yōu)槠鹗夹盘枺瑥牡偷礁叩奶?為停止信號）。圖 AT24C02A 總線時序單片機作為主器件通過發(fā)送一個起始信號啟動發(fā)送過程，接著發(fā)送它所要尋址的從 器件AT24C02A的地址，然后AT24C02A監(jiān)視總線并當