【正文】 次設(shè)計(jì)中的 LCD顯示程序包括 LCD 設(shè)置程序即 TC1602 初始化程序與 濕 顯示程序，溫度顯示程序。將功能程 序段寫成子程序的形式，除了方便調(diào)用之外，還有一個(gè)好處那就是以后寫程序的時(shí)候如果要用到，就可以直接調(diào)用這個(gè)單元功能模塊，主程序流程圖如下圖 所示。因?yàn)樘D(zhuǎn)指令使得程序難以看懂各程序段之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。 主程序方案 將各個(gè)功能程序以子程序的形式寫好，當(dāng)寫主程序的時(shí)候，只需要調(diào)用子程序，然后在寄存器的分配上作一下調(diào)整，消除寄存器沖突和 I/O 沖突即可。 首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后 根據(jù)實(shí)時(shí)性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測(cè)量、計(jì)算、顯示、通訊等。系統(tǒng)顯示電路如下圖 所示： 圖 23 4 系統(tǒng) 軟件 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)程序概 述 整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。它們的驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)且價(jià)格低廉，因此，得到了廣泛應(yīng)用。 本次設(shè)計(jì)中串口充當(dāng)了兩個(gè)角色：一為實(shí)現(xiàn)程序下載功能；二為讀出 DS18B20 的序列號(hào)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，串口電路設(shè)計(jì)如下圖 所示 22 ： 圖 下載 口電路原理圖 顯示電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)最常用的顯示器是 LED（發(fā)光二極管顯示器）、 LED（液晶顯示器）。此次設(shè)計(jì)只有 4個(gè)按鍵，因此采用獨(dú)立式鍵盤。在 CPU工作任務(wù)十分繁重的情況下，為提高 CPU 的效率，可采用中斷控制方式。這種方式為編程掃描方式。鍵盤的工作方式可分為編程控制方式和中斷控制方式。 4行 4列共 21 16 個(gè)鍵，只占用 8 根 I/O 口線，故鍵數(shù)目較多時(shí)，可節(jié)省口線。 獨(dú)立式鍵盤每個(gè)鍵單獨(dú)占用一根 I/O 口線，每根 I/O 口線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他 I/O 口線上的狀態(tài)。溫度傳感器與單片機(jī)接口電路如下圖 所示： 20 圖 DS18B20接口電路原理圖 濕度傳感器接口電路結(jié)構(gòu) HS1100/HS1101 電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。 因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)所需電源的模塊有單片機(jī)最小系統(tǒng)，液晶顯示器， 線溫度傳感器 DS18B20， 濕度傳感器 HS1100,它們所需電源都為 +5V，因而電源設(shè)計(jì)只需設(shè)計(jì)一 +5V 電源 。 本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位電路，其原理： 按鈕 沒有按下時(shí)，RESET 端為低電平，單片機(jī)正常運(yùn)行；按鈕按下后，電容的負(fù)端被充電到 Vcc(負(fù)端積累電荷 )，按鈕松開后，電容負(fù)端積累的電荷緩慢放電到低電平，高電平會(huì)在這個(gè)過程中維持一段時(shí)間，從而完成單片機(jī)復(fù)位。 單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī) RESET 引腳上出現(xiàn) 24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。 對(duì)外接電容 C1 和 C2的值雖然沒有嚴(yán)格要求 ， 但電容的大小多少會(huì)影響振蕩器的頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性 。 把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接 ， 就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖 。 內(nèi)部時(shí)鐘方式 ， 它采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路 ， 晶體可以在～ 12Hz 之間任選 ， 電容可以在 20pF～ 60pF 之間選擇 。 基本特性 : 低電源電壓（ VDD:++） 顯示分辨率 :12864 點(diǎn) 內(nèi)置漢字字庫，提供 8192 個(gè) 1616 點(diǎn)陣漢字 (簡(jiǎn)繁體可選 ) 2MHZ 時(shí)鐘頻率 顯示方式： STN、半透、正顯 驅(qū)動(dòng)方式： 1/32DUTY， 1/5BIAS 視角方向： 6 點(diǎn) 背光方式：側(cè)部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED的 1/5— 1/10 通訊方式：串行、并口可選 內(nèi)置 DCDC轉(zhuǎn)換電路，無需外加負(fù)壓 無需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì) 工作溫度 : 0℃ +55℃ , 存儲(chǔ)溫度 : 20℃ +60℃ 18 單片機(jī) 控制 電路 時(shí) 鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào) ?？梢燥@示 84 行 1616 點(diǎn)陣的漢字 . 也可完成圖形顯示 .低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。 圖 、頻率輸出的 555振蕩電路 17 該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源 Vs 通過 R R2 向 C 充電，經(jīng) t 充電時(shí)間后， Uc 達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約 ，此時(shí)輸出引腳 3 端由高電平突降為低電平，然后通過 R2放電，經(jīng) t 放電時(shí)間后 ， Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，約 此時(shí)輸出，此時(shí)輸出引腳 3 端又由低電平突降為高電平，如此翻來覆去，形成方波輸出。 7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì) C 的放電回路，并將引腳 6 端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)方與租蓉組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流 、 直流放大 、 再 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；另一種是將該濕敏電容置于 555 振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集 頻率輸出的 555 測(cè)量振蕩電路如圖 ?？梢娋仁禽^高的。 16 1 0 07 55 02 50 2 002 0 4 04 06 08 01 0 0溫 度 /℃長(zhǎng) 期 穩(wěn) 定正常工作區(qū)區(qū)非正常區(qū) 246817016018019020相對(duì)濕度/%RH 圖 濕敏電容工作的溫、濕度范圍 圖 濕度 電容響應(yīng)曲線 相對(duì)濕度在 1%100%RH 范圍內(nèi)；電容量由 16pF 變到 200pF，其誤差不大于 177。 圖 、 濕度范圍。下面 介紹 HS1100/HS1101濕度傳感器及其應(yīng)用。 濕度傳感器 測(cè)量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。因此，在用 DS18B20 進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá) 150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一 步加長(zhǎng)。 連接 DS18B20 的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。 在 DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS18B20 數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。 DS18B20 的引腳定義： DQ為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端 GND 為電源地 VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地） 圖 DS18B20引腳圖 （ 3） DS18B20 使用中注意事項(xiàng) ： DSB1820 雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： 較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS18B20 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì) DS18B20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。不同的器件地址序列號(hào)不同。 負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 在 9 位分辨率時(shí)最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12位分辨率時(shí)最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。 ℃ 。 DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 14 獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 控制總線 CB：由 P3 口的第二功能狀態(tài)和 4 根獨(dú)立控制線 RESET， EA ，PSEN ， ALE 組成 。16 位地址總線由 P0 口經(jīng)地址鎖存器提供 8 位地址 A0~A7， P2 口直接提供高 8位地址 A8~A15。 引腳功能分類如圖 所示 。 (3)三總線結(jié)構(gòu) 單片機(jī)的引腳除了電源、復(fù)位、時(shí)鐘接入和用戶 I/O 口外 ， 其余引腳都是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的 。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。注意加密方式 1 時(shí)， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。另外，該引腳被略微拉高。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0外部輸入） T1（記時(shí)器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn) 接收一些控制信號(hào)。當(dāng) P3 口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P1 口 ： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P0 口 ： P0 口為一個(gè) 8位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 12 圖 引腳圖 圖 總線結(jié)構(gòu)圖 40 條引腳的功能分別是： VCC：供電電壓。 (2) 引腳功能 8051 芯片采用 40 引腳的雙列直插封裝，如圖 ，分為地址總線，數(shù)據(jù)總線，控制總 線 3類見圖 。 根據(jù)設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求， 控制器采用單片機(jī) AT89C51，溫度傳感 器采用 DS18B20，濕度傳感器采用 HS1100，用 LCD 實(shí)現(xiàn)溫度和濕度顯示。原理框圖如下 圖 所示： 采用 PC 機(jī)作為主控制器 ,溫度信號(hào)的輸入處理過程 上一方案 是相同的， 但采 用鼠標(biāo)代替鍵盤，在主控端更直觀的觀察多路測(cè)量結(jié)果 ,但是使用 PC作為主控器，必須有配套的軟件相適應(yīng)，增加了編程的難度， PC 主控方案的 框圖如下 圖 所示 ： 圖 PC機(jī)主控方案框圖 由單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有有體積小、功耗低控制功能強(qiáng)的特點(diǎn)，它用利于產(chǎn)品的小型化、多功能化和智能化 ，因此采用第一種方案。 9 主控方案 方案一：?jiǎn)?片機(jī)主控方案 采用集成的單片機(jī)主控，通過溫度傳感器 ， 經(jīng)過含有單片機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)，將結(jié)果傳送到單片機(jī)控制的主控器，數(shù)據(jù)通過顯示器顯示。而且還不具備在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中對(duì)溫度 30～ 50℃的要求。可見精度是較高的。相對(duì)濕度在 1%100%RH 范圍內(nèi)；電容量由 16pF 變到 200pF，其誤差不大于 177。 HS1100/HS1101 電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性，可有效地利用其線性 特性。 HOS201濕敏傳感器為高濕度開關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流 1V 以下，頻率為 50HZ～ 1KHZ，測(cè)量濕度范圍為 0～100%RH，工作溫度范圍為 0～ 50℃，阻抗在 75%RH（ 25℃）時(shí)為 1MΩ 。電容式 、 電阻 式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù) 、 電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測(cè)量的。本方案應(yīng)用這一溫度檢測(cè)芯片，也是順應(yīng)這一趨勢(shì)。而且集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測(cè)量電路的精確度。 采用溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢(shì)。1 ／ 2℃ ，而在整個(gè)溫度測(cè)量范圍內(nèi)具有 177。 1Wire 總線技術(shù)具有節(jié)省 I／ O 資源，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成 8 本低廉，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等特點(diǎn)。