【正文】 計算鍵值閉合鍵釋放建立無效標志YNN開始是否有鍵閉合延時去鍵盤抖動NY 按鍵模塊子程序流程圖 判斷及報警模塊的設計當設置好上下限后，系統(tǒng)會進行判斷，如果當前顯示的溫濕度不在設置的范圍之內，則發(fā)出報警信號。由于這是一個4x3行列式鍵盤，因此可以參照4x4行列式鍵盤來設計。開始打入AD轉換通道地址數(shù)，填充6個時鐘至AD和地址寄存器啟動A/D及延時轉換是否結束數(shù)據(jù)提取、處理及數(shù)據(jù)返回系統(tǒng)初始化返回YN A/D轉換模塊流程圖 按鍵掃描模塊的設計按鍵及報警主要是上下限的調節(jié)及上下限與當前溫度的比較和當超過界限時發(fā)出相關報警信號與顯示信號。通過A/D轉換，將電壓信號轉換成模擬信號送給單片機，然后由系統(tǒng)判斷是否超過設定的值，超過則表示有害氣體濃度超標，啟動報警。NNYY開始初始化判斷有害氣體濃度是否超標溫度采集有害氣體傳感器數(shù)據(jù)轉換濕度采集溫度、濕度的補償溫度、濕度數(shù)據(jù)處理顯示判斷溫度、濕度是否超標報警報警 系統(tǒng)軟件總流程圖 溫濕度測量模塊設計溫濕度測量子程序主要是SHT11的采集溫濕度與轉換溫濕度并且傳給單片機。溫濕度采集部分主要完成溫濕度測試點的數(shù)據(jù)采集任務；溫濕度處理部分主要是將采集到的溫濕度數(shù)據(jù)與用戶設定的各點上下限溫度值進行比較處理，并判斷是否超出設定的上下限值，如果超出則led燈亮報警；數(shù)據(jù)顯示部分主要實現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)的顯示；鍵盤處理部分主要實現(xiàn)用戶對系統(tǒng)參數(shù)的設置，結合顯示部分，實現(xiàn)用戶與系統(tǒng)之間的人機接口。主程序的作用是對各個功能模塊的初始化，然后據(jù)任務的需要對各個功能模塊的函數(shù)進行調用，完成數(shù)據(jù)處理的任務。根據(jù)課題的要求，在軟件設計中，應該包括以下幾個功能模塊：主程序模塊、溫濕度測量模塊、按鍵及報警模塊。在本章中，我們還對設計中的溫濕度測量電路、顯示電路、按鍵報警電路等作了說明。 按鍵及報警電路圖其中S1為單片機復位開關，用于整個單片機的復位；S2為設置溫濕度范圍跳轉開關，用于設置溫濕度上下限；0~9為數(shù)字按鍵，對應顯示數(shù)字0~9；D1（Yellow）為濕度報警燈；D2（Green）為溫度報警燈；D3（Red）為有害氣體濃度報警燈。TLC1543是一個10位精度的A/D轉換器，與TLC1543連接的氣體傳感器用一個連接5V電源的10K滑動變阻器代替，LED燈點亮報警。若此時顯示的溫濕度數(shù)值不在設定范圍之內，LED燈會自動亮起提示報警。第15～16腳：空腳（有的用來接背光）1602A液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經存儲了不同的點陣字符圖形，這些字符有，阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，其中數(shù)字與字母同ASCII碼兼容。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 LCD1602引腳圖第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度（建議接地，弄不好有的模塊會不顯示）第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。它位數(shù)多，可顯示32位，32個數(shù)碼管體積相當龐大了，顯示內容豐富，可顯示所有數(shù)字和大、小寫字母，程序簡單，如果用數(shù)碼管動態(tài)顯示，會占用很多時間來刷新顯示，而LCD1602A自動完成此功能。 LCD驅動原理：分成兩大步，即寫指令，寫數(shù)據(jù)，其中寫數(shù)據(jù)之前要找到顯示的位置。 溫濕度測量電路圖 LCD1602內部結構及工作原理 LCD內部結構：由CGRAM（自建字型產生器）、DDRAM（數(shù)據(jù)顯示存儲器）、CGROM(內含字型產生器)、指令寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、地址計數(shù)器、指令譯碼器等組成。SHT11通過二線數(shù)字串行接口來訪問，所以硬件接口電路非常簡單。這兩個敏感元件分別將濕度和溫度轉換成電信號，該電信號首先進入微弱信號放大器進行放大；然后進入一個14位的A/D轉換器；最后經過二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號。溫濕度傳感器SHT11將溫度感測、濕度感測、信號變換、A/D轉換和加熱器等功能集成到一個芯片上。CS的上升沿終止這個過程并在規(guī)定的延遲時間內使DATA OUT引腳返回高阻狀態(tài)，經過兩個系統(tǒng)時鐘周期后禁止I/O CLOCK和ADDRESS端。模擬輸入的采樣起始于第4個I/O CLOCK的下降沿，而采樣一直持續(xù)6個I/O CLOCK周期，并一直保持到第10個I/O CLOCK的下降沿。I/O CLOCK從CPU接受10個時鐘長度的時鐘序列。隨后，CPU向ADDRESS端提供4位通道地址，控制14個模擬通道選擇器從11個外部模擬輸入和3個內部自測電壓中選通1路送到采樣保持電路。CS為高電平時，I/O CLOCK、ADDRESS被禁止，同時DATA OUT為高阻狀態(tài)。 TLC1543引腳圖TLC1543的工作時序：其工作過程分為兩個周期：訪問周期和采樣周期。此外，也可以將該引腳接入一個普通的I/O引腳，CPU通過查詢該引腳的狀態(tài)來了解當前的狀態(tài)，甚至該引腳也可以不接，在CPU向TLC1543發(fā)出轉換命令后，過一段固定的時間去讀取數(shù)據(jù)即可。CLK是芯片的時鐘端，ADDR是地址選擇端，SDO是數(shù)據(jù)輸出端，這三根引腳分別接到CPU的三個I/O端即可。其中AIN0~AIN10是11路輸入，REF+和REF分別是參考電源的正負引腳，使用時一般將REF接到系統(tǒng)的地，達到一點接地的要求，以減少干擾。 TLC1543工作原理TLC1543是由TI公司開發(fā)的開關電容式A/D轉換器，該芯片具有如下特點：10位精度、11通道、三種內建的自測模式、提供EOC（轉換完成）信號等。需要注意的是，℃，則此時工作頻率不能大于15%（如：12位精度時，每秒最多進行3次測量）。如果沒有用CRC8校驗和，則控制器就會在測量數(shù)據(jù)LSB后，保持SCK為高時停止通訊。使用8/12/14位的分辨率測量分別需要大約11/55/210ms。（2）連接復位順序如果與SHT11傳感器的通訊中斷，下列信號順序會使串口復位：當使DATA線處于高電平時，出發(fā)SCK9次以上（含9次），并發(fā)一個前述的“傳輸開始”命令。 （1）傳輸開始初始化傳輸時，應發(fā)出“傳輸開始”命令，具體為SCK是高電平，DATA由高電平變?yōu)榈碗娖?，并在下一個SCK為高時將DATA升高。微處理器對SHT11的控制是通過5個5位命令代碼來實現(xiàn)的。 SHT11引腳功能表序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DATA串行數(shù)據(jù)雙向接口3SCK串行時鐘輸入接口4VDD可選擇的VDD引腳,當工作于寄生電源時,該引腳必須接地微處理器是通過二線串行數(shù)字接口與SHT11進行通信的。該芯片廣泛應用于暖通空調、汽車、消費電子、自動控制等領域。因此RST為高電平，CPU進入復位狀態(tài)，松手后，電容C1開始充電，RST端電位下降，CPU脫離復位狀態(tài)。而手動的好處在于能避免死機時關機復位。這種接法不僅可以在上電時自動復位，也可以在程序運行時手動進行復位，只需按下復位電路中的復位鍵即可。對外接電容雖然沒有嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。AT89C51單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，引腳X1和X2分別是該放大器的輸入端和輸出端，這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器。 P3端口引腳兼用功能表P3引腳兼用功能串行通訊輸入（RXD）串行通訊輸出（TXD）外部中斷0（INT0）外部中斷1（INT1）定時器0輸入（T0）定時器1輸入（T1）外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通輸出（WR）外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通輸出（RD） AT89C51單片機最小系統(tǒng)設計單片機最小系統(tǒng)是指能維持單片機運行的最簡單的配置系統(tǒng)。此時，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3 口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。Flash 編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。在訪問外部程序存儲器或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。對端口P2 寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。P1 口：P1 是一個帶內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。P0 口：P0 口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口， 也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負端。PSEN（29腳）為程序存儲器允許輸出控制端，在單片機訪問外部程序存儲器時，此引腳輸出脈沖負跳沿作為讀外部程序存儲器的選通信號。ALE（30腳）為地址鎖存信號，當單片機上電正常工作后，ALE引腳不斷輸出正脈沖信號。XTAL2（18 腳）接外部晶體的另一端，該引腳內部接至內部反相放大器的輸出端，若采用外部時鐘振蕩器時，該引腳接收時鐘震蕩的信號，即把此信號直接接到內部時鐘發(fā)生器的輸入端。 2個讀寫中斷口線。 2個串行中斷。32個雙向I/O口。AT895C51有PDIP、TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 核心控制器件AT89C51AT89C51 有40個引腳，4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。單片機通過實時監(jiān)控溫濕度和有害氣體濃度的變化，通過LCD1602字符型液晶顯示溫濕度的數(shù)值，當溫濕度或者有害氣體濃度值超出所設定的值時，報警器開始報警，從而實現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)的管理和控制。 系統(tǒng)的硬件簡介硬件大致構成：核心控制器件AT89C51，溫濕度傳感器SHT11，A/D轉換器TLC1543，顯示器LCD1602，鍵盤，顯示及報警電路。整個系統(tǒng)硬件部分包括溫濕度檢測系統(tǒng)、A/D轉換、單片機、I/O設備、按鍵系統(tǒng)、報警系統(tǒng)等。第3章 硬件設計根據(jù)單片機對家庭環(huán)境監(jiān)測要實現(xiàn)的功能，設計了基于ATMEL公司的AT89C51芯片的室內監(jiān)測系統(tǒng)。C語言對編寫需要硬件進行操作的場合也明顯優(yōu)于其它語言。C語言適用范圍大。這種結構化方式可使程序層次清晰，便于使用、維護以及調試。C是結構式語言。它把高級語言的基本結構和語句與低級語言的實用性結合起來。匯編語言有以下特點：直接和簡捷，可有效地訪問、控制計算機的各種硬件設備，如磁盤、存儲器、CPU、I/O端口等，目標代碼簡短，占用內存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設計語言。匯編語言是一種以處理器指令系統(tǒng)為基礎的低級程序設計語言，它采用助記符表達指令操作碼，采用表示符號表示指令操作數(shù)。但是隨著單片機開發(fā)技術的不斷發(fā)展，目前越來越多的人從使用匯編語言轉向使用高級語言進行開發(fā)工作，尤以C語言為主，目前市場上常見的幾種單片機均有C語言開發(fā)環(huán)境。 設計語言的選擇軟件設計的主要任務就是對單片機的控制程序，實現(xiàn)課題所要求的各項功能。對于一組鍵或一個鍵盤，總有一個接口電路與CPU相連。在按鍵數(shù)目較多的場合，行列式按鍵與獨立式按鍵相比，要節(jié)省很多的I/O口線。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結構簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時，I/O口線浪費較大，不宜采用。獨立式按鍵是直接用I/O口線構成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨立式按鍵就是各鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易地判斷哪個按鍵被按下。 按鍵的選擇本次設計中設置有參數(shù)設置部分，此部分由按鍵輸入。因此選擇LCD。 通過比較，LED與LCD有著根本的區(qū)別，首先是發(fā)光光源的不同，其次是顯示效果的區(qū)別，LCD可顯示精致畫面，LED卻不能。其工作原理就是利用液晶的物理特性：通電時排列變得有序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過。通過七個發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號。它采用低電壓掃描驅動，具有：耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠等特點。發(fā)光二極管是由半導體發(fā)光材料做成的PN結，只要在發(fā)光二極管兩端通過正向電流520mA就能達到正常發(fā)光，發(fā)光顏色通常有紅、綠、黃、白等顏色。LED應用可分為兩大類：一是LED單管應用，包括背光源LED，紅外線LED等；另外就是LED顯示屏，目前，中國在LED基礎材料制造方面與國際還存在著一定的差距，但就LED顯示屏而言，我國的設計和生產技術水平基本與國際同步。此外，也可以將該引腳接入一個普通的I/O引腳，CPU通過查詢該引腳的狀態(tài)來了解當前的狀態(tài)，甚至該引腳也可以不接，在CPU向TLC1543發(fā)出轉換命令后，過一段固定的時間去讀取數(shù)據(jù)即可。CLK是芯片的時鐘端，ADDR是地址選擇端，SDO是數(shù)據(jù)輸出端，這三根引腳分別接到CPU的三個I/O端即可。其中AIN0~AIN10是11路輸入，REF+和REF分別是參考電源的正負引腳，使用