【導(dǎo)讀】現(xiàn)代生產(chǎn)生活中，溫度和濕度的監(jiān)測與控制有著十分重要的意義。傳統(tǒng)的測試溫度和濕。本文介紹的檢測裝置不僅具有可以自動檢測溫度和濕度的功能，而且還可以通過鍵。盤選擇需要檢測點對應(yīng)的通道進行顯示，報警調(diào)節(jié)等功能。用于溫濕度要求較高的場所，例如實驗室，生產(chǎn)車間，倉庫等使用都非常方便。系統(tǒng)是以單片機為核心，配合溫度和濕度傳感器，以及相關(guān)的電路組成。所有的測量操作都可以通過主機控制軟件來實現(xiàn)。濕度達到標準范圍之內(nèi)為止。

　　

【正文】 真值表 輸入 輸出 MR/ CLK A B QA QB QC QD QE QF QG QH L X X X L L L L L L L L H L X X QA0 QB0 QC0 QD0 QE0 QF0 QG0 QH0 H H H H QAn QBn QCn QDn QEn QFn QGn H L X L QAn QBn QCn QDn QEn QFn QFn H X L L QAn QBn QCn QDn QEn QFn QFn 在使用時將 A、 B 并接作為數(shù)據(jù)的串行輸入端 DIO， CLK 作為時鐘端。串行輸入時，先將數(shù)據(jù)在 A、 B 端準備好，在 CLK 端產(chǎn)生一上升沿，則一位數(shù)據(jù)移至最低位 Q0；再將下一位數(shù)據(jù)準備好后，在 CLK 端產(chǎn)生下一上升沿，則下一位數(shù)據(jù)移至次低位 Q1，其余位順次從低位 到高位移動。這種時序符合串行器件特性，即把 74LS164 當成一典型串行外設(shè)，用具有串行外設(shè)接口的單片機很簡單地傳入數(shù)據(jù)，也可以用普通 I/O 口模擬其時序?qū)?shù)據(jù)移入。 74LS164 為一般 TTL 器件，其并行輸出端 (Q0~Q7)帶拉電流負載能力很弱 (約400uA )，在帶電流負載時，每位可允許最大電流 8mA，所以在電路連接時，用其并出端連 LED的“段”，而“位”則需要驅(qū)動控制。 （ 2） 74LS164 與 AT89S52 連接 74LS164 與 AT89S52 219所示，圖中由于 P0 口的驅(qū)動能力有限，在此我們采用二極管來 增加其驅(qū)動能力。 LED 動態(tài)顯示的原理：首先以串行方式向 LED 顯示器數(shù)據(jù)端口臨沂師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)論文 25 發(fā)送第一個 8位數(shù)據(jù)，這時發(fā)送位碼數(shù)據(jù)到 P0 口，此時由于 位低電平而其他口都為高電平，因此 LED1 數(shù)碼管顯示該數(shù)碼。這樣我們可以發(fā)送第二個數(shù)據(jù)，同樣我們應(yīng)使其對應(yīng)的位碼為低電平且保證其它位為高電平。以此類推對各顯示器進行掃描，顯示器分時輪流工作。顯然每次只有一個顯示器顯示，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象我們?nèi)詴杏X所有的顯示器都在同時顯示。它的優(yōu)點是：硬件電路簡單，占用較少的 I/O 口，但其傳輸數(shù)速度較慢 A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713C L K8MR974L S 164ab fcgde8 7 6 5 4 3 2abcdefg1dpdpab fcgdedpab fcgdedpab fcgdedpL19L210L311L412D P Y _7 S E G _D PD S ?vc cR 10R9R8R7R6V C CV C CP P 4.7K4.7K4.7K4.7K4.7K4.7K4.7K4.7KR 11R 12R 13Q1Q2Q3Q4P P P P 圖 219 顯示電路的連接 鍵盤的設(shè)計 前面設(shè)計的控制面板中帶一個鍵盤，這里的鍵盤我并沒有用專業(yè)的鍵盤。因為如果利用通訊接口連接上了帶有專業(yè)鍵盤的上位機，這里設(shè)計的專業(yè)鍵盤就顯得華而不實，因此我用了幾個簡單的按鍵將它們拼成了一個簡易的鍵盤。為提高 CPU 的效率，鍵盤采用中斷方式。按鍵對單片機的接口電路圖如圖 220 所示 。 臨沂師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)論文 26 + 5V KR2 KR3 KR4S W P BS1S W P BS2S W P BS3P P P 圖 220 按鍵對單片機的接口電路圖 輸出驅(qū)動接口電路 將繼電器接到單片機 AT89S52 的 、 口，開關(guān)輸出控制加濕或者加溫裝置電路，單片機將采集到的溫濕度數(shù)字量與預(yù)設(shè)的進行基準 上下限進行運算比較處理后，從 、 口輸出驅(qū)動電磁繼電器，對溫濕度裝置進行調(diào)節(jié)，以及電源通斷等控制。驅(qū)動電路與單片機的連接電路如圖 221 所示 D I O D ED0R E L A Y S P S TK0N P NQ0V C CP 2. 0A C 22 0 R 17 圖 221驅(qū)動電路與單片機的連接 臨沂師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)論文 27 3 軟件程序設(shè)計 單片機的程序設(shè)計有其自身的特點。在單片機系統(tǒng)中，硬件與軟件緊密結(jié)合，由于硬件電路的設(shè)計不具有通用性，所以必須根據(jù)具體的硬件電路來設(shè)計對應(yīng)的軟件，硬件設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到軟件設(shè)計的難易，軟件設(shè)計的優(yōu)劣又直接影響到硬件的發(fā)揮。在很多時候，軟件可以替代硬件的功能，當然，需要付出額外占用 CPU 時間 的代價。 軟件程序的設(shè)計是根據(jù)硬件電路圖的連接和各個元器件的功能進行設(shè)計。在編寫軟件時，可以按各個程序的功能將軟件細分為各個功能模塊，再通過主程序的調(diào)用來實現(xiàn)整個軟件系統(tǒng)。 主程序流程圖 整個軟件部分的主程序包含有以下子程序： 讀實時 DS18B20 子程序模塊，看門狗電路子程序， A/D 轉(zhuǎn)換子程序， A/D 處理程序模塊 (PID 算法 )。 LED 顯示子程序，鍵盤掃描子程序利用中斷來實現(xiàn)。主流程圖如圖 31所示。 系統(tǒng)初始化 調(diào)用看門狗子程序 讀實時 18B20 調(diào)用實時溫濕度與設(shè)定值比較程序模塊（ PID算法）置相應(yīng)標志位 調(diào)用根據(jù)標志位輸出 繼電器動作程序模塊 結(jié)束 調(diào)用 A/D轉(zhuǎn)換子程序 調(diào)用 A/D處理程序 圖 3－ 1主程序流程圖 臨沂師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)論文 28 定時器中斷服務(wù)程 序流程圖設(shè)計 在本次設(shè)計的系統(tǒng)中使用了兩個中斷服務(wù)程序：定時器 T0 中斷和定時器 T1中斷。T0 中斷服務(wù)程序則是處理鍵盤設(shè)定子程序。 T1 中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)的功能是動態(tài)顯示時點亮 LED 數(shù)碼管。 T0中斷服務(wù)子程序 在 T0中斷程序中，調(diào)用鍵盤掃描子程序，如有按鍵按下，就進入鍵值處理子程序，執(zhí)行完畢后就重裝 T0 計數(shù)初值，然后中斷返回。 鍵盤所用開關(guān)通常為機械性開關(guān)，利用了機械觸點的閉合和斷開來描述不同的工作狀態(tài)，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，抖動時間一般為 10ms~20ms。鍵盤的抖動會引起一次按鍵被誤讀多次，為了確保CPU 對一次按鍵動作只確認一次按鍵，必須消除抖動的影響。 消除抖動的措施有硬件和軟件兩種方法。本設(shè)計采用軟件延時的方法進行消除抖動。在第一次檢測到有按鍵按下時，執(zhí)行一段 10ms 左右的延時子程序，再確認該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平則確認為真正有鍵按下，從而消除了抖動的影響。其鍵盤掃描流程圖如圖 32所示。 圖 32 鍵盤中斷流程圖 入棧保護 有鍵按下 ？ 調(diào)延時 20ms子程序 有鍵閉合？ 轉(zhuǎn)各鍵處理子程序 恢復(fù)現(xiàn)場返回 N N Y 讀鍵值 鍵盤掃描 臨沂師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)論文 29 T1中斷服務(wù)程序設(shè)計 本次設(shè)計采用的是動態(tài)顯示，其原理為：首先以 串行方式由 DAT 口向 LED 顯示器數(shù)碼端口發(fā)送第一個 8位數(shù)據(jù)，這時發(fā)送位碼數(shù)據(jù)到 P0 口，此時由于 P0為低電平而其它口都為高電平，因此只有 8 個發(fā)光二極管工作。這樣我們可以發(fā)送第二個數(shù)據(jù)，同樣我們應(yīng)使其對應(yīng)的位碼為低電平且保證其它位為高電平。依次類推對 8 個發(fā)光二極管和四位 LED顯示器進行掃描，顯示器分時輪流工作。雖然每次只有一個顯示器工作，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象我們?nèi)詴杏X所有的顯示器都在同時顯示。它的優(yōu)點是：硬件電路簡單，占用較少的 I/O口，但其傳送速度較慢。 T1 中斷程序的主要任務(wù)就是 LED 顯示程序，且每進一 次中斷只讓一個數(shù)碼管工作，下次進中斷時再讓下一位數(shù)碼管工作，依次輪流循環(huán)下去。中斷程序框圖如下所示。 臨沂師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)論文 30 保護現(xiàn)場 重裝定時器 T1初值 取顯示數(shù)據(jù)，查段碼表得到顯示段碼 將顯示位碼送 R2 調(diào)串行發(fā)送子程序 送位碼至掃描 口 四位顯示完？ Y N 顯示緩沖區(qū)首址送 R0，位碼賦初值給 R2 恢復(fù)現(xiàn)場 中斷返回 顯示緩沖 區(qū) R0加 1，位碼左移一位 圖 33 T1 中斷服務(wù)程序流程圖 臨沂師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)論文 31 DS18B20 子 程序 流程圖 根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫前都要對 DS18B20 進行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20 進行預(yù)定的操作。復(fù) 位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒，然后釋放， DS18B20 收到信號后等待 16～ 60 微秒后發(fā)出 60～ 240微秒的存在低脈沖，主CPU 收到此信號表示復(fù)位成功。 DS18B20 的初始化流程圖如圖 33所示 。 DS18B20 的讀程序流程圖如圖 34所示 。 DS18B20 的寫程序 其流程如圖 35 所示。 溫度采集程序流程圖如圖 所示 。 N 開始 拉低數(shù)據(jù)線 500181。s延時 置 18B20出錯 拉高數(shù)據(jù)線 18b20正常 ? 置 18B20存在信號 初始化結(jié)束 Y 圖 34 18B20初始化流程 開 始 延時 數(shù)據(jù)寫入寄存器 C 發(fā)出讀信號脈沖 延時 數(shù)據(jù)寫入寄存器 A 數(shù)據(jù)移完了嗎？ 數(shù)據(jù)寫入存儲器 返 回 N Y 圖 35 DS18B20的讀程序流程圖 臨沂師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)論文 32 看門狗程序流程圖的設(shè)計 X5045芯片提供了 EEPROM存貯數(shù)據(jù)及看門狗功能。它必須通過微處理器加以控制方可實現(xiàn)。在前面已經(jīng)詳細介紹了 X5045與單片機的接口電路，其功能的實現(xiàn)還是要靠軟件來實現(xiàn)。 X5045 讀 /寫操作時序 （ 1） 讀時序 ① 把 CS 拉低以選擇芯片 ② 發(fā)送 8位的讀 (READ)指令 ③ 送 8位的字節(jié)地址 ④ 將所選定地址的存儲器中的數(shù)據(jù)移到期 SO 線上 （ 2） 寫時序 在寫時序之前，必須先發(fā)出 WREN 指令使“寫使能”鎖存器置位。具體置位“寫使能”鎖存器 操作為 : ① CS 先被拉到低電平 ② 由時鐘同步送入 WREN 指令 ③ 將 CS 變?yōu)楦唠娖? 寫數(shù)據(jù)到 EEPROM 操作為： 開始 拉低數(shù)據(jù)線 延時 數(shù)據(jù)移置為數(shù)據(jù)線上 返回 延時 八位移完了嗎？ N Y 圖 36 DS18B20的寫程序 其流程圖 開始 復(fù)位 DS18B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換指令 復(fù)位 DS18B20 發(fā)出讀溫度指令 DS18B20 出錯 DS18B20正常？ 延時 結(jié)束 Y N 圖 37 溫度采集程序流程圖 臨沂師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)論文 33 ① 拉低 CS并保持在低電平 ② 發(fā)送寫指令 (WRITE) ③ 寫數(shù)據(jù)，可以連續(xù)寫多達 4個字節(jié)的數(shù)據(jù)，但必須是這 4個字節(jié)在同一頁上 。 X5045讀寫程序流程圖如圖 37所