【正文】 了不同用戶在不同場合的不同需求，并且借鑒了國內(nèi)外同類儀表設(shè)計的經(jīng)驗，經(jīng)研究之后，采用了以帶有 A/D 轉(zhuǎn)換器的STC12C5410AD 單片機(jī)為核心控制器件， 采用集溫濕度傳感器于一體的SHT11 芯片為主要芯片的溫濕度計 作為數(shù)據(jù)獲取元件的方案。 167。 主要性能指標(biāo) 1．相對濕度測量精度： 177。 2．溫度測量精度：177。 3．可有用戶自行校準(zhǔn)儀表的測量精度，無需硬件調(diào)整。 5． LCD 顯示。 10%。 167。 167。該檢測儀采用 STC12C5410AD 單片機(jī)為核心，整個硬件系統(tǒng)分為以下幾個部件，具體如圖 11 所示： 圖 11 硬件電路框圖 溫濕度傳感器由 SHT11 構(gòu)成， 鍵盤輸入電路實現(xiàn)人機(jī)對話的功能，可通過鍵盤設(shè)置是否進(jìn)行溫度和濕度的檢測。 電源電路部分為單片機(jī)的正常工作提供穩(wěn)定可靠的電壓。 溫濕度 檢測儀的軟件設(shè)計方案概述 該儀表的軟件設(shè)計采用模塊化的程序設(shè)計方法，其結(jié)構(gòu)見圖 12： 鍵 盤 掃 描 L C D 顯 示 主 模 塊S H T 1 1 溫 濕 度 檢 測L C D 顯 示 驅(qū) 動 圖 12 軟件設(shè)計模塊圖 檢測儀的應(yīng)用軟件系統(tǒng)包括：主程序模塊、溫 濕 度檢測模塊、鍵盤和顯示模塊以及串行通信模塊。 溫 濕 度檢測模塊主要是完成溫 濕 度數(shù)據(jù)的存儲 和 顯示 。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第 2章 溫濕度檢測儀硬件電路的設(shè)計 此系統(tǒng)采用了以含有 A/D 轉(zhuǎn)換器的 STC12C5410AD 單片機(jī)為核心控制器件 ,以高靈敏度傳感器 SHT11 為溫濕度獲取元件 ,用 LCD 作為顯示設(shè)備。 167。擁有 4 路 PWM， 8 路高速 10 位A/D 轉(zhuǎn)換 ,針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 圖 21 STC12C5410AD 單片機(jī)的引腳排列及基本外圍電路圖 運用 STC12C5410AD 單片機(jī)的輸入 /輸出接口 和 定時采集溫度測量電路電壓信號和相對濕度測量電路輸出的頻率信號，并對濕度的頻率進(jìn)行線性化處理和溫度補(bǔ)償，從而獲得溫度和相對濕度數(shù)據(jù)，分別將這些數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)存儲器中，然后再通過 和 口把芯片處理的數(shù)據(jù)送入顯示模塊電路進(jìn)行顯示。 STC12C5410AD 單片機(jī)的 、 口與 RS232串行接口相 連實現(xiàn)與 PC 機(jī)的串行通信。震蕩器的頻率主要取決于晶體的振蕩頻率，一般晶體可在 ～ 12MHz 之間任選。本設(shè)計中晶體的振蕩頻率取 ，電容的值取30pF。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng) 一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分 合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。隨著電容的充電， RS T 腳上的電壓才慢慢下降。 SW1 按下時是按鍵手動復(fù)位電路， RST 端通過R1 與 VCC 電源接通，提供足夠時間的復(fù)位電平，使單片機(jī)復(fù)位。 167。這些部分組合起來協(xié)調(diào)工作，從而達(dá)到溫濕度檢測的目的，各部分設(shè)計如下。 溫濕度檢測電路的設(shè)計 本設(shè)計共 涉及兩類數(shù)據(jù) —— 溫度和濕度，因此需要兩個傳感器芯片，一個負(fù)責(zé)溫度采集，另一個負(fù)責(zé)濕度采集。因此，本設(shè)計選用一款集溫度、濕度測量于一體的復(fù)合式傳感器 —— SHT11。芯片內(nèi)部主要由相對濕度傳感器，溫度傳感器，校準(zhǔn)存儲器， 14 位A/D 轉(zhuǎn)換器，信號放大器和 I178。 SHT11 具有溫度和相對濕度測量，露點值計算輸出、全部校準(zhǔn)、數(shù)字輸出、免外圍電路、低功耗等優(yōu)點。 SHT11 簡介： （ 1） SHT11 是瑞士 Ssirion 公司推出的一款數(shù)字 溫濕度傳 感器 芯 片。其 主要特點如下： ◆高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號變換、 A/D 轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個芯片上； ◆提供二線數(shù)字串行接口 SCK 和 DATA，接口簡單，支持 CRC 傳輸校驗，傳輸可靠性高； ◆測量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置 A/D 轉(zhuǎn)換器 (分辨率為 8～ 12 位， 可以通過對芯片內(nèi)部寄存器編程來 選擇 )； ◆測量精確度高，由于同時集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葴y量值和高質(zhì)量的露點計算功能； 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 ◆封裝尺寸超小 ( mm mm)，測量和通信結(jié)束后，自動轉(zhuǎn)入低功耗模式； ◆高可靠性，采用 CMOSens 工藝，測量時可將感測頭完全浸于水中。 （ 3） SHT11 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理 溫濕度傳感器 SHT11 將溫度感測、濕度 感測、信號變換、 A/D 轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個芯片上，該芯片包括一個電容性聚合體濕度敏感元件和一個用能隙材料制成的溫度敏感元件。 SHT11 在出廠前，都會在恒濕或恒溫環(huán)境內(nèi) 進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)存儲在校準(zhǔn)寄存器中；在測量過程中，校準(zhǔn)系數(shù)會自動校準(zhǔn)來自傳感器的信號。此功能主要為了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以綜合驗證兩個傳感器元件的性能。加熱后 SHT11 溫度升高、河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 相對濕度降低，較加熱前，測量值會略有差異。通信協(xié)議與通用的 I178。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，命令代碼的含義如表 31 所示： 表 31 SHT11 控制命令代碼 命令代碼 含義 00011 測量溫度 00101 測量濕度 00111 讀內(nèi)部狀態(tài)寄存器 00110 寫內(nèi)部狀態(tài)寄存器 11110 復(fù)位命令，是內(nèi)部狀態(tài)寄存器恢復(fù)默認(rèn)值，下一次命令前至少等待 11ms 其他 保留 對于 SHT11 與單片機(jī)的接口電路設(shè)計 ， 由于 SHT11 是一個串行器件，而STC12C5410AD 不具備 I178。C 總線，本設(shè)計利用 口線來模擬時鐘線， 口線來模擬數(shù)據(jù)線。 SHT11 與單片機(jī)的接口電路如圖 36 所示： 圖 36 SHT11 與單片機(jī)接口電路 167。 RS232 接口電路與 PC 機(jī)的串行口聯(lián)接，實現(xiàn)通信功能。 1． LCD 顯示電路 LCD 顯示電路用于實現(xiàn)中文窗口菜單和測量結(jié)果顯示功能，可通過鍵盤掃描電路完成參數(shù)輸入、菜單選擇等操作。 顯示模塊電路如圖 24 所示?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示 8 4個 (16 16 點陣 )漢字。 (2).顯示內(nèi)容： 128(列 ) 64(行 )點 (3).全屏幕點陣 (4).七種指令 (5).與 CPU 接口采用 8 位數(shù)據(jù)總線并行輸入輸出和 8 條控制線 (6).占空比 1/64 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 (7).工作溫度： 10℃～ +50℃，存儲溫度： 20℃～ +70℃ 在顯示電路中，單片機(jī)的 、 、 端口通過由“與非門”構(gòu)成的輔助電路與 HS12864 的 E 端口相連，來控制顯示模塊對單片機(jī)送來數(shù)據(jù)的操作；而 口控制顯示器顯示內(nèi)容，即數(shù)據(jù)或指令；來自 ， 的指令選擇顯示器左右半 屏的信號。 RS232 是 PC 機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口，它被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。由于其發(fā)送電平與接收電平的差僅為 2V 至 3V 左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約 15 米，最高速率為 20kb/s。 RS232 是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)的，而 TTL 是用高低電平來表示邏輯狀態(tài)的，因此，為了能夠同 PC 機(jī)接口或終端的 TTL 器件連接，必須在RS232 與 TTL 電平之間進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。 MAX232 產(chǎn)品是由德州儀器公司（ TI）推出的一款兼容 RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。 MAX232 的引腳如圖 28 所示， 該器件符合TIA/EIA232F 標(biāo) 準(zhǔn) ， 每 一 個 接 收 器 將 TIA/EIA232F 電平轉(zhuǎn)換 成5VTTL/CMOS 電平。 其工作溫度范圍為 0℃至 70℃，適用于各種 EIA232C 和 的通信接口。所以，采用此芯片的串行通信系統(tǒng)只需單一的 +5V 電源就可以了。 主程序模塊的設(shè)計 主程序是系統(tǒng)控制 和管理的核心，主要完成在系統(tǒng)上電后進(jìn)行定時和中斷處理操作的初始化。 單片機(jī)通過 I178。 開 始有 鍵 按 下 嗎 ？溫 濕 度 檢 測嗎 ？Y E SY E S溫 濕 度 檢 測溫 濕 度 顯 示Y E S結(jié) 束N ON O 圖 31 主程序流程圖 主程序初始化的具體內(nèi)容包括時間中斷的初始化、外部中斷源的初始化、單片機(jī) I/O 口初 始化以及 LCD 初始化等。 15 167。 溫濕度采集子程序 （ 1） 設(shè)計思路 單片機(jī)首先向溫濕度傳感器 SHT11 發(fā)出啟動傳輸命令，然后通過寫總線子程序?qū)囟葴y量指令（地址位 000+命令位 00011）或者濕度測量指令（ 000+命令位 00101）寫入 SHT11。 讀子程序流程圖： 開始啟動傳輸讀第二個數(shù)據(jù)字節(jié) L S B讀首個數(shù)據(jù)字節(jié) M S B寫控制指令 測量結(jié)束 ？讀取校驗碼 結(jié)束 等待YN 16 圖 52 獲取溫濕度子程序 （ 2） SHT11 時序問題 從 SHT11 中讀取數(shù)據(jù)以及往 SHT11 中寫指令都涉及到了時序問題，下面簡要介紹一下 SHT11 相關(guān)時序： 啟動傳輸時序：當(dāng)時鐘線 SCK 為高時將數(shù)據(jù)線 DATA 翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著 SCK 變?yōu)榈碗娖?，然后在下一個時鐘線 SCK 位高電平時 DATA 翻轉(zhuǎn)為高電平。為表明測量完成， SHT11 會使數(shù)據(jù)線為低，此時單片機(jī)必須重 新啟動 SCK。在傳輸過程中控制器必須通過使 DATA 為低來確認(rèn)每一字節(jié)，所有的測量值從右算 MSB 列于第一位。如果沒有用 CRC8 校驗碼，則單片機(jī)需要在測量數(shù)據(jù) LSB 后，保持 ACK 為高來停止通訊。 通信復(fù)位時序：如果在工作中發(fā)生微處理器與 SHT11 的通信失敗，可采 用下圖所示的時序復(fù)位串口。 167。 溫度轉(zhuǎn)換系數(shù) 2） 相對濕度 而 SHT11 的濕度值（ RH）可采用下式得到： RH=c1+c2SORH+c3SORH2 在上式中， SORH 為 SHT11 輸出的濕度數(shù)據(jù)， c c2 和 c3 為常數(shù)，可通過下表查詢到該數(shù)值。 溫度補(bǔ)償系數(shù) 18 167。 鍵盤掃描 開始有鍵閉合否？延時定時器時間減少1延時時間到否？逐行逐列的掃描鍵盤，判斷閉合鍵的鍵號保存并給出對應(yīng)鍵號的鍵值返回置延時定時器位初值Y E SY E SNO置延時定時器位初值No 圖 37 鍵盤掃描子程序流程圖 該檢測儀采用 2 8 矩陣式鍵盤，關(guān)于它的具體硬件組成電路這里就不多做介紹，在檢測有無鍵按下方面主要用的是定時掃描方式，該方式是利用單 19 片機(jī)內(nèi)部定時器產(chǎn)生定時中斷，即在初始化程序中對定時器 /計數(shù)器進(jìn)行編程，鍵盤掃描子程序流程圖如圖 37 所示。 延時定時器的延遲時間等于初值乘上時間判斷間隔時間，通過確定延時定時器的延遲時間達(dá)到去除鍵盤抖動的對正常的影響，一般延時時間在30ms～ 50ms 之間 ,在實驗中確定具體的延遲時間。 LCD顯示部分的程序設(shè)計 1. LCD 顯 示器應(yīng)用程序設(shè)計總體方案 (1).漢字點陣數(shù)據(jù)提取 LCD 顯示器應(yīng)用程序設(shè)計的基本目標(biāo)是實現(xiàn)中文顯示界面?？赏ㄟ^已由的常用子程序來添加漢字、字符的點陣數(shù)據(jù)表，供 LCD 在中文界面下顯示漢字或字符。 添加點陣數(shù)據(jù)表之后，就可以開始設(shè)計 LCD 應(yīng)用程序。HS128641 型 LCD 顯示模塊只提供了一塊顯 示數(shù)據(jù)寄存器 DDRAM，并且與顯示屏點陣是一一對應(yīng)的。通過 LCD 模塊提供的顯示開關(guān)指令DISPLAY ON/OFF 在數(shù)據(jù)處理之前關(guān)掉顯示 ,待數(shù)據(jù)處理完后開顯示，可以使顯示屏閃爍得到一定控制。因此我們在片外數(shù)據(jù)存儲器中開辟一個或多個與 DDRAM 大小一樣的緩沖區(qū)，用于存放正在處理的顯示數(shù)據(jù)，待數(shù)據(jù)處理完后 ,再將數(shù)據(jù)傳送至 LCD 顯 示數(shù)據(jù) RAM。然后，編寫 LCD 顯示驅(qū)動程序。根據(jù)具體要求編寫相應(yīng)顯示數(shù)據(jù)處理子程序。最后，在 LCD 底層程序完成的基礎(chǔ)上，設(shè)計人機(jī)交互界面，實現(xiàn)用戶在菜單方式下進(jìn)行交互。 LCD 在文本顯示狀態(tài)下，一屏最多顯示 4 行 8 個漢字。每個漢字的字模信息占 32個字節(jié)。 GB2312 包括了漢字字符基本集，共收錄漢字、圖形符號等共 7445 個，依據(jù)其位置，分為 94 個區(qū)，每區(qū)共 94 位。通過漢 字的內(nèi)碼我們可以計算出與其點陣信息在字庫中的偏移量。因為溫濕度記錄儀中只用到了少量漢字，所以我們決定采用 ASCII 代碼中的 80H～ OFFH 特殊字符代碼區(qū)，用做生成點陣表的漢字編碼，共可表示 128 個漢字。 由圖形顯示數(shù)據(jù)寄存器 DDRAM 地址和顯示位置的對應(yīng)關(guān)系可知：直接將提取的點陣數(shù)據(jù)送顯，漢字不能正確顯示。轉(zhuǎn)換后的點陣信息格式如表 32所示。 3. LCD 顯示驅(qū)動程序的設(shè)計 在液晶上顯示整屏字符或