【正文】 ....................................... 21 167。 LED 顯示部分程序設(shè)計 ..................................................... 25 結(jié) 論 .................................................................................................. 29 參考文獻 .............................................................................................. 30 致 謝 .................................................................................................. 33 附 錄 .................................................................................................. 34 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） PCB 下載站 1 前 言 在日常實際生產(chǎn)生活中， 科研、農(nóng)業(yè)、暖通、紡織、機房、航空航 天 、電力 等 工 業(yè) 部 門 對產(chǎn) 品 質(zhì) 量 的 要 求越 來 越 高 ，對 環(huán) 境溫 、濕度 的 控 制 以 及 對 工 業(yè) 材 料 的 水 分 值 的 監(jiān) 測 與 分 析 都 已 成 為 比 較 普遍 的 技術(shù) 條 件 之 一 。在這個發(fā)展過程中，以單片機為核心控制器的溫濕度檢測以體積小、操作簡單、性能穩(wěn)定、測量精度高等諸多有點正逐步進入生產(chǎn)生活的各個方面。 先根據(jù)實際生產(chǎn)生活的需要提出溫濕度檢測儀的設(shè)計功能要求，然后由這些具體要求和現(xiàn)有的設(shè)計條件設(shè)計出了適合的硬件原理圖，盡量采用模塊化的方法將其分成幾個部分，然后分模塊設(shè)計程序，最使各部分結(jié)合起 來協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)功能要求。 論文的第一章介紹了溫濕度檢測儀的主要性能指標及其工作原理，主要介紹了溫濕度檢測儀的硬件設(shè)計總體方案和溫濕度檢測儀的應(yīng)用軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計方案；第二章主要介紹了溫濕度檢測儀的硬件電路設(shè)計，重點介紹了溫度檢測電路、鍵盤 LED 顯示電路和濕度檢測電路；第三章主要介紹了 基于 STC12C5410AD 單片機的濕度檢測儀的軟件設(shè)計，軟件設(shè)計部分采用模塊化設(shè)計，重點介紹了濕度檢測模塊程序設(shè)計中鍵盤掃描、 LED 顯示以及對濕度的頻率的線性化處理和溫度補償。本文中的基于 STC12C5410AD 單片機的濕度檢測儀就是針對這一需求而設(shè)計的。在此設(shè)計過程中，本設(shè)計綜合分析了不同用戶在不同場合的不 同需求，經(jīng)研究之后，采用了以含有A/D 轉(zhuǎn)換器的 STC12C5410AD 單片機為核心控制器件，以高靈敏度溫度傳感器和濕度傳感器為數(shù)據(jù)獲取元件的方案。 167。 性能指標 1. 相對濕度測量精度和范圍： 177。 1℃ ，檢測范圍 0~50℃ ； 3. 可有用戶自行校準儀表的測量精度，無需硬件調(diào)整； 4. LED 實時顯示； 5. 可手動記錄測量的相對濕度與溫度的結(jié)果； 6. 電源： DC12V177。 溫濕度檢測儀的工作原理 加載有相應(yīng)程序的 STC12C5410AD 單片機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，并對濕度的頻率進行線性化處理和溫度補償，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)存儲河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） PCB 下載站 3 器中， 然后送 LED 顯示屏顯示。 167。 電 阻 的 電 壓 輸 入 到STC12C5410AD 單片機中，經(jīng) ADC 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，有應(yīng)用軟件處理得到環(huán)境溫度。 鍵盤輸入電路與 LED 顯示電路實現(xiàn)人機對話的功能。 167。 主程序 的內(nèi)容包括：主程序的起始地址，中斷服務(wù)程序的起始地址，有關(guān)內(nèi)存單元及相關(guān)部件的初始化和一些子程序相互調(diào)用，主程序是整個程序的框架，決定了檢測儀的工作性能。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） PCB 下載站 5 鍵盤、顯示模塊完成檢測儀的檢測數(shù)據(jù)的顯示功能，反映出要檢測的的數(shù)據(jù) 。這個系統(tǒng)主要由 STC12C5410AD 單片機、溫度測量電路、相對濕度測量電路、鍵盤輸入電路與 LED 顯示電路。 溫濕度檢測儀 STC12C5410AD 單片機電路的設(shè)計 該檢測儀的設(shè)計是以 STC12C5410AD 單片機為核心部件， STC12C5410AD單片機是與 MCS51 單片機完全兼容的 高速 單片機，它包含了高性能的 8 路 10位或 8 位 ADC、 80C51MCU 內(nèi)核、 10KB EEPROM 程序存儲器、 512B EEPROM 數(shù)據(jù)存儲器、等片內(nèi)資源，同時還具有 PWM 波形輸出的功能，它 可以說是傳統(tǒng) 51單片機的升級版，在與傳統(tǒng) 51 的兼容的前提下加入了更多的功能，這些硬件資源大大簡化了本設(shè)計的電路設(shè)計。 利用 STC12C5410AD 單片機的輸入接口 定時采集溫度測量電路電壓信號和輸入 /輸出接口 采集相對濕度測量電路輸出的頻率信號，并對濕度的頻率進行線性化處理和補償，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 接口把芯片處理的數(shù)據(jù)送入顯示模塊電路，并可以用 LED 顯示屏顯示出來。工作電壓： – （ 5V 單片機）、具有通用 I/O 口（ 27/23 個），復(fù)位后為： 準雙向口 / 弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口） 分別可設(shè)置成四種模式：準雙向口 / 弱上拉，推挽 / 強上拉，僅為輸入 / 高阻，開漏，同時每個 I/O 口驅(qū)動能力均可達到 20mA，但整個芯片最大不得超過 55mA； STC12C5410AD 單片機 I S P （在系統(tǒng)可編程）/ I A P （在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） PCB 下載站 6 口（ ）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；時鐘源：外部高精度晶體 / 時鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器，用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體 / 時鐘，常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器頻率為： ～ ，精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，應(yīng)認為是 4MHz ～ 8MHz。 STC12C5410AD 單片機的時鐘電路采用的是內(nèi)部的時鐘電路，利用單片機內(nèi)部的振蕩電路，并在 XLAT1 和 XLAT2 兩引腳間外接石英晶體和電容構(gòu)成的并聯(lián)諧振電路，使內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩。 X T A L 18X T A L 27R E S E T3P 3 . 2 / I N T 09P 3 . 3 / I N T 11 1P 3 . 4 / T 01 2P 3 . 5 / T 11 3P 1 . 0 / A D C 02 0P 1 . 1 / A D C 12 1P 1 . 2 / A D C 22 2P 1 . 3 / A D C 32 4P 1 . 4 / A D C 42 5P 1 . 5 / A D C 52 7P 1 . 6 / A D C 62 8P 1 . 7 / A D C 72 9P 0 . 06P 0 . 11 0P 0 . 22 3P 0 . 32 6P 3 . 7 / P W M 31 9P 2 . 0 / P W M 23 0P 2 . 13 1P 2 . 21P 2 . 32P 2 . 4 / P W M 31 4P 2 . 51 5P 2 . 61 7P 2 . 71 8P 3 . 1 / T x D5P 3 . 0 / R x D4V S S1 6V C C3 2U 8S T C 1 2 C 5 4 1 0 A DR 4 11 0 kS 9S W P BC 1 01 0 UR 4 21 6 0V C CR x DT x DX T A L M 11 1 . 0 5 9 2 MC 1 13 0 pC 1 23 0 pC 1 31 0 uP 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 5V C C 圖 21 STC12C5410AD 單片機的引腳排列和基本外圍電路圖 STC12C5410AD 單片機的復(fù)位電 路采用的開關(guān)復(fù)位電路，開關(guān) S9 未按下是上電復(fù)位電路，上電復(fù)位電路在上電的瞬間，由于電容上的電壓不能突變，電容處于充電（導(dǎo)通）狀態(tài)，故 RST 腳的電壓與 VCC 相同。選擇合理的充電常數(shù)，就能保證在開關(guān)按下時河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） PCB 下載站 7 是 RST 端有兩個機器周期以上的高電平從而使 STC12C5410AD 內(nèi)部復(fù)位。 基于 STC12C5410AD 單片機的溫濕度檢測儀的原理圖見附錄。 溫濕度檢測儀的硬件電路 設(shè)計 該溫濕度檢測儀的硬件系統(tǒng)由以下部分組成：電源部分、相對濕度測量電路、溫度測量電路、鍵盤掃描電路、 LED 顯示電路、與 PC機通信的 RS232轉(zhuǎn)換電路，各部分設(shè)計如下。 溫度檢測電路 溫度檢測電路主要由 AD590 傳感器、電阻和放大器組成，具體電路圖如圖 12 所示。 ℃；靈敏度 1μ A/℃，溫度每變化 1℃，其輸出電流變化 1μ A；輸出零點為熱力學(xué)溫標零點。通過 AD590 的參數(shù)可以看出，它完全適合本設(shè)計的需要，同時 AD590 性能穩(wěn)定，即便經(jīng)過很長一段時間它的漂移量也很小，而且工作電路簡單直觀。電阻上的電壓信號經(jīng)放大器放大后輸入到 STC12C5410AD單片機帶有 A/D轉(zhuǎn)換器的端口 ，單片機通過采集這個端腳的電壓，然后根據(jù)電壓值，通過軟件處理修訂后就可以得出實際的溫度值。 濕度檢測電路 相對濕度測量電路如圖 23 所示，它由 NE555 構(gòu)成的振蕩器組成，濕度傳感器 THS11 的電容隨環(huán)境相對濕度的變化而變化，從而導(dǎo)致振蕩器的振蕩頻率變化。THS11 是一種電容式濕度傳感器，它的電容值隨環(huán)境濕度的變化而變化，它具有： 測量范圍廣（ 0～ 100%） RH； 適用性好，可在（－ 40℃～ 100℃）溫度下工作； 精度高（ 2%） ； 響應(yīng)速度快（ 5s），恢復(fù)時間短（ 10s）； 長期穩(wěn)定好（年漂移量僅為177。 綜合以上優(yōu)點本設(shè)計采用次傳感器作為濕度檢測的傳感器。該測量電路的測量精度為 177。不足之處是相對濕度傳感器 THS11 及其它元件的離散性導(dǎo)致了調(diào)試困難，需進一步研究解決。 其它模塊電路設(shè)計 鍵盤模塊采用動態(tài)掃描的方式，鍵盤掃描電路輸出端和 LED 顯示器段碼控制端口共用 74HC164 的輸出 Q0~Q7。 2 口通過電阻、三極管與數(shù)碼管的共陽極連接 。 1 口控制CLOCK 脈沖信號。 用 LED 顯示器顯示十六進制數(shù)和空白及小 數(shù)點的顯示段碼。這種轉(zhuǎn)換可以通過硬件譯碼器或軟件進行譯碼。 LED 顯示電路圖如圖 212 所示。 通過簡單變壓器輸出的電壓首先經(jīng)過 C C2 的濾波后，再經(jīng)過集成穩(wěn)壓塊 7805 的電壓變換后又濾波一下，形成穩(wěn)定的 5V 電源，可以共單片機使用，經(jīng)過 7805 之前的部分可以接到 AD590 的正端就可以使 AD590 正常的工作，從而實現(xiàn)了本設(shè)計的用電需求。 主程序模塊設(shè)計 主程序是 控制和管理的核心，主要完成在系統(tǒng)上電后進行定時和中斷 開 始有 鍵 按 下 嗎 ？溫 度 檢 測 嗎 ？溫 度 檢 測溫 度 顯 示濕 度 檢 測 嗎 ？濕 度 檢 測濕 度 顯 示結(jié) 束N OY E SY E SY E SN ON O 圖 31 主程序流程圖 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） PCB 下載站 12 處理操作的初始化。主程序設(shè)計框圖如上 圖 31。 初始化對單片機的工作非常重要，因為 單片機經(jīng)過復(fù)位以后一些狀態(tài)字，寄存器的初值可能是隨機分配的值也可能是全置 0 或置 1，程序在運行過程中，程序狀態(tài)字起著重要的作用，為了不影響程序的正常運行初始化是十分必要的。 溫濕度檢測模塊程序設(shè)計 167。 t 式中 I 為 AD590 輸出電流信號，單位為 1uA 電流。 Kt為轉(zhuǎn)換系數(shù)，單位為 1uA/K。 R 溫度檢測模塊程序如圖 32，首先讀取測量電路的溫度電壓 VT，并將這一電壓信號作為溫度轉(zhuǎn)換參數(shù)進行電壓→溫度轉(zhuǎn)換，具體轉(zhuǎn)換方法為：把經(jīng)過 A/D 的所得的數(shù)字電壓值 VT 作如下計算 T = KT（ VTV0） 式中 T 為需要測量的環(huán)境實際溫度值，參數(shù) V0為環(huán)境溫度為 0℃時 A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量電壓值，參數(shù) KT 為環(huán)境溫度與 A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)字量電壓的轉(zhuǎn)換系河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） PCB 下載站 13 數(shù)： KT = 1/( Kt它們均作為常量存儲在單片機的片內(nèi)數(shù)據(jù) EEPROM 中。當環(huán)境溫度從 T1 變化到 T2 時，重復(fù)以上過程，單片機同時記錄下相應(yīng)