【導(dǎo)讀】現(xiàn)代生產(chǎn)生活中，溫度和濕度的監(jiān)測(cè)與控制有著十分重要的意義。傳統(tǒng)的測(cè)試溫度和濕。本文介紹的檢測(cè)裝置不僅具有可以自動(dòng)檢測(cè)溫度和濕度的功能，而且還可以通過(guò)鍵。盤(pán)選擇需要檢測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的通道進(jìn)行顯示，報(bào)警調(diào)節(jié)等功能。用于溫濕度要求較高的場(chǎng)所，例如實(shí)驗(yàn)室，生產(chǎn)車(chē)間，倉(cāng)庫(kù)等使用都非常方便。系統(tǒng)是以單片機(jī)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(cè)量操作都可以通過(guò)主機(jī)控制軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。濕度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)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(shí)將 A、 B 并接作為數(shù)據(jù)的串行輸入端 DIO， CLK 作為時(shí)鐘端。串行輸入時(shí)，先將數(shù)據(jù)在 A、 B 端準(zhǔn)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(zhǔn)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(dòng)。這種時(shí)序符合串行器件特性，即把 74LS164 當(dāng)成一典型串行外設(shè)，用具有串行外設(shè)接口的單片機(jī)很簡(jiǎn)單地傳入數(shù)據(jù)，也可以用普通 I/O 口模擬其時(shí)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(fù)載能力很弱 (約400uA )，在帶電流負(fù)載時(shí)，每位可允許最大電流 8mA，所以在電路連接時(shí)，用其并出端連 LED的“段”，而“位”則需要驅(qū)動(dòng)控制。 （ 2） 74LS164 與 AT89S52 連接 74LS164 與 AT89S52 219所示，圖中由于 P0 口的驅(qū)動(dòng)能力有限，在此我們采用二極管來(lái) 增加其驅(qū)動(dòng)能力。 LED 動(dòng)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(gè) 8位數(shù)據(jù)，這時(shí)發(fā)送位碼數(shù)據(jù)到 P0 口，此時(shí)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(gè)數(shù)據(jù)，同樣我們應(yīng)使其對(duì)應(yīng)的位碼為低電平且保證其它位為高電平。以此類(lèi)推對(duì)各顯示器進(jìn)行掃描，顯示器分時(shí)輪流工作。顯然每次只有一個(gè)顯示器顯示，但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象我們?nèi)詴?huì)感覺(jué)所有的顯示器都在同時(shí)顯示。它的優(yōu)點(diǎn)是：硬件電路簡(jiǎn)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(pán)的設(shè)計(jì) 前面設(shè)計(jì)的控制面板中帶一個(gè)鍵盤(pán)，這里的鍵盤(pán)我并沒(méi)有用專(zhuān)業(yè)的鍵盤(pán)。因?yàn)槿绻猛ㄓ嵔涌谶B接上了帶有專(zhuān)業(yè)鍵盤(pán)的上位機(jī)，這里設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)鍵盤(pán)就顯得華而不實(shí)，因此我用了幾個(gè)簡(jiǎn)單的按鍵將它們拼成了一個(gè)簡(jiǎn)易的鍵盤(pán)。為提高 CPU 的效率，鍵盤(pán)采用中斷方式。按鍵對(duì)單片機(jī)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(duì)單片機(jī)的接口電路圖 輸出驅(qū)動(dòng)接口電路 將繼電器接到單片機(jī) AT89S52 的 、 口，開(kāi)關(guān)輸出控制加濕或者加溫裝置電路，單片機(jī)將采集到的溫濕度數(shù)字量與預(yù)設(shè)的進(jìn)行基準(zhǔn) 上下限進(jìn)行運(yùn)算比較處理后，從 、 口輸出驅(qū)動(dòng)電磁繼電器，對(duì)溫濕度裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，以及電源通斷等控制。驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī)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(dòng)電路與單片機(jī)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(jì) 單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)有其自身的特點(diǎn)。在單片機(jī)系統(tǒng)中，硬件與軟件緊密結(jié)合，由于硬件電路的設(shè)計(jì)不具有通用性，所以必須根據(jù)具體的硬件電路來(lái)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的軟件，硬件設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到軟件設(shè)計(jì)的難易，軟件設(shè)計(jì)的優(yōu)劣又直接影響到硬件的發(fā)揮。在很多時(shí)候，軟件可以替代硬件的功能，當(dāng)然，需要付出額外占用 CPU 時(shí)間 的代價(jià)。 軟件程序的設(shè)計(jì)是根據(jù)硬件電路圖的連接和各個(gè)元器件的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。在編寫(xiě)軟件時(shí)，可以按各個(gè)程序的功能將軟件細(xì)分為各個(gè)功能模塊，再通過(guò)主程序的調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟件系統(tǒng)。 主程序流程圖 整個(gè)軟件部分的主程序包含有以下子程序： 讀實(shí)時(shí) DS18B20 子程序模塊，看門(mén)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(pán)掃描子程序利用中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。主流程圖如圖 31所示。 系統(tǒng)初始化 調(diào)用看門(mén)狗子程序 讀實(shí)時(shí) 18B20 調(diào)用實(shí)時(shí)溫濕度與設(shè)定值比較程序模塊（ PID算法）置相應(yīng)標(biāo)志位 調(diào)用根據(jù)標(biāo)志位輸出 繼電器動(dòng)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(shí)器中斷服務(wù)程 序流程圖設(shè)計(jì) 在本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中使用了兩個(gè)中斷服務(wù)程序：定時(shí)器 T0 中斷和定時(shí)器 T1中斷。T0 中斷服務(wù)程序則是處理鍵盤(pán)設(shè)定子程序。 T1 中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)的功能是動(dòng)態(tài)顯示時(shí)點(diǎn)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(pán)掃描子程序，如有按鍵按下，就進(jìn)入鍵值處理子程序，執(zhí)行完畢后就重裝 T0 計(jì)數(shù)初值，然后中斷返回。 鍵盤(pán)所用開(kāi)關(guān)通常為機(jī)械性開(kāi)關(guān)，利用了機(jī)械觸點(diǎn)的閉合和斷開(kāi)來(lái)描述不同的工作狀態(tài)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)在閉合及斷開(kāi)的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間一般為 10ms~20ms。鍵盤(pán)的抖動(dòng)會(huì)引起一次按鍵被誤讀多次，為了確保CPU 對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵，必須消除抖動(dòng)的影響。 消除抖動(dòng)的措施有硬件和軟件兩種方法。本設(shè)計(jì)采用軟件延時(shí)的方法進(jìn)行消除抖動(dòng)。在第一次檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段 10ms 左右的延時(shí)子程序，再確認(rèn)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(rèn)為真正有鍵按下，從而消除了抖動(dòng)的影響。其鍵盤(pán)掃描流程圖如圖 32所示。 圖 32 鍵盤(pán)中斷流程圖 入棧保護(hù) 有鍵按下 ？ 調(diào)延時(shí) 20ms子程序 有鍵閉合？ 轉(zhuǎn)各鍵處理子程序 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回 N N Y 讀鍵值 鍵盤(pán)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(jì) 本次設(shè)計(jì)采用的是動(dòng)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(gè) 8位數(shù)據(jù)，這時(shí)發(fā)送位碼數(shù)據(jù)到 P0 口，此時(shí)由于 P0為低電平而其它口都為高電平，因此只有 8 個(gè)發(fā)光二極管工作。這樣我們可以發(fā)送第二個(gè)數(shù)據(jù)，同樣我們應(yīng)使其對(duì)應(yīng)的位碼為低電平且保證其它位為高電平。依次類(lèi)推對(duì) 8 個(gè)發(fā)光二極管和四位 LED顯示器進(jìn)行掃描，顯示器分時(shí)輪流工作。雖然每次只有一個(gè)顯示器工作，但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象我們?nèi)詴?huì)感覺(jué)所有的顯示器都在同時(shí)顯示。它的優(yōu)點(diǎn)是：硬件電路簡(jiǎn)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(jìn)一 次中斷只讓一個(gè)數(shù)碼管工作，下次進(jìn)中斷時(shí)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(hù)現(xiàn)場(chǎng) 重裝定時(shí)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(chǎng) 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(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)前都要對(duì) DS18B20 進(jìn)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(duì) DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù) 位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線(xiàn)下拉 500 微秒，然后釋放， DS18B20 收到信號(hào)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(hào)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(xiě)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(kāi)始 拉低數(shù)據(jù)線(xiàn) 500181。s延時(shí) 置 18B20出錯(cuò) 拉高數(shù)據(jù)線(xiàn) 18b20正常 ? 置 18B20存在信號(hào) 初始化結(jié)束 Y 圖 34 18B20初始化流程 開(kāi) 始 延時(shí) 數(shù)據(jù)寫(xiě)入寄存器 C 發(fā)出讀信號(hào)脈沖 延時(shí) 數(shù)據(jù)寫(xiě)入寄存器 A 數(shù)據(jù)移完了嗎？ 數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)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(mén)狗程序流程圖的設(shè)計(jì) X5045芯片提供了 EEPROM存貯數(shù)據(jù)及看門(mén)狗功能。它必須通過(guò)微處理器加以控制方可實(shí)現(xiàn)。在前面已經(jīng)詳細(xì)介紹了 X5045與單片機(jī)的接口電路，其功能的實(shí)現(xiàn)還是要靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。 X5045 讀 /寫(xiě)操作時(shí)序 （ 1） 讀時(shí)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(chǔ)器中的數(shù)據(jù)移到期 SO 線(xiàn)上 （ 2） 寫(xiě)時(shí)序 在寫(xiě)時(shí)序之前，必須先發(fā)出 WREN 指令使“寫(xiě)使能”鎖存器置位。具體置位“寫(xiě)使能”鎖存器 操作為 : ① CS 先被拉到低電平 ② 由時(shí)鐘同步送入 WREN 指令 ③ 將 CS 變?yōu)楦唠娖? 寫(xiě)數(shù)據(jù)到 EEPROM 操作為： 開(kāi)始 拉低數(shù)據(jù)線(xiàn) 延時(shí) 數(shù)據(jù)移置為數(shù)據(jù)線(xiàn)上 返回 延時(shí) 八位移完了嗎？ N Y 圖 36 DS18B20的寫(xiě)程序 其流程圖 開(kāi)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(cuò) DS18B20正常？ 延時(shí) 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(xiě)指令 (WRITE) ③ 寫(xiě)數(shù)據(jù)，可以連續(xù)寫(xiě)多達(dá) 4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，但必須是這 4個(gè)字節(jié)在同一頁(yè)上 。 X5045讀寫(xiě)程序流程圖如圖 37所