【正文】 和 256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM。 程序存儲(chǔ)器 AT89C51 單片機(jī)出廠時(shí)片內(nèi)已帶有 8KB 的 Flash 程序存儲(chǔ)器，使用時(shí)，引腳 EA 要按高電平（ 5V），這時(shí)，復(fù)位后 CPU 從片內(nèi) ROM 區(qū)的 0000H 單元開(kāi)始讀取指令代碼，一直運(yùn)行到 1FFFH單元，如果外部擴(kuò)展有程序存儲(chǔ)器 ROM，則 CPU會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)移到片外 ROM 空間 2020H～ FFFFH讀取指令代碼。 圖 24 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu) 單片機(jī)自帶的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM結(jié)構(gòu)如圖 24所示，此 256字節(jié)單元（ 00H～ FFH）的低 128字節(jié)（ 00H～ 7FH）單元為用戶使用區(qū)，高 128字節(jié)（ 80H～ FFH） 單元為特殊功能寄存器 SFR區(qū)。工作寄存器又分為 4 組，在當(dāng)前的運(yùn)行程序中只有一組是被激活的，誰(shuí)被激活有程序狀態(tài)寄存器 PSW的 RS1， RS0兩位決定。也可以使用外部振蕩器，由外部振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)直接加載到振蕩器的輸入端，作為 CPU的時(shí)鐘源，稱為外部時(shí)鐘方式。兩種方式的電路連接如圖 25所示。 （ a） 使用片內(nèi)振蕩器接法 （ b）使用片外振蕩器接法 圖 25 AT89C51 振蕩器的連接方式 在 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部，引腳 XTAL2和引腳 XTAL1連接著一個(gè)高增益反相放大器， XTAL1引腳是反相放大器的輸入端， XTAL2引腳是反相放大器的輸出端。狀態(tài)時(shí)鐘經(jīng)三分頻后為低字節(jié)地址鎖存信號(hào) ALE，頻率為振蕩器輸出信號(hào)頻率 oscf 的 1/6，經(jīng)六分頻后為機(jī)器周期信號(hào)，頻率為oscf /12。 AT89C51 的中斷系統(tǒng) 為了提高系統(tǒng)的工作效率， AT89C51單片機(jī)設(shè)置了中斷系統(tǒng)，采用中斷方式與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和中斷控制 AT89C51有六個(gè)固定的可屏蔽中斷源，分別是三個(gè)片內(nèi)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器溢出中斷 TF0、 TF1和 TF2，兩個(gè)外部中斷 INT0 ()和 INT1 ()，一個(gè)片內(nèi)串行口中斷 TI 或 RI。它們?cè)诔绦虼鎯?chǔ)器中各有固定的中斷入口地址，由此進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。 在本次設(shè)計(jì)中采用了定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0中斷，它的中斷控制寄存器包括定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0、 1控制寄存器 TCON和中斷允許控制寄存器 IE。當(dāng)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1計(jì)數(shù)產(chǎn)生溢出時(shí)，由內(nèi)部硬件置位 TF1，向 CPU響應(yīng)中斷并轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序執(zhí)行時(shí)，由硬件內(nèi)部自動(dòng)TF1清 0。由軟件置位 /復(fù)位控制定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1的啟動(dòng)或停止計(jì)數(shù)。當(dāng)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0計(jì)數(shù)產(chǎn)生溢出時(shí)，由內(nèi)部硬件置位 TF0，向 CPU響應(yīng)中斷并轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序執(zhí)行時(shí)，由硬件內(nèi)部自動(dòng) TF1清 0。由軟件置位 /復(fù)位控制定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0的啟動(dòng)或停止計(jì)數(shù)。當(dāng) CPU檢測(cè)到 INT0低電平或下降沿且 IT1=1時(shí)，由內(nèi)部硬件置位IE1標(biāo)志位（ IE1=1） 向 CPU請(qǐng)求中斷，當(dāng) CPU響應(yīng)中斷并轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序執(zhí)行時(shí)，由硬件內(nèi)部將 IE1清 0。當(dāng) CPU檢測(cè)到 INT0低電平或下降沿且 IT0=1時(shí)，由內(nèi)部硬件置位IE0標(biāo)志位（ IE0=1） 向 CPU請(qǐng)求中斷，當(dāng) CPU響應(yīng)中斷并轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序執(zhí)行時(shí)，由硬件內(nèi)部將 IE0清 0。當(dāng) IT1置 1時(shí)，則外部中斷 INT1為下降沿觸發(fā)中斷請(qǐng)求，即 INT1端口由前一個(gè)機(jī)器周期的高電平跳變?yōu)橄乱粋€(gè)機(jī)器周期的低電平，則觸發(fā)中斷請(qǐng)求；當(dāng) IT1復(fù)位清 0，則 INT1的低電平觸發(fā)中斷請(qǐng)求。 ② 中斷允許控制寄存器 中斷允許控制寄存器 IE的格式如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 EA ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 各控制位定義如下： EA：中斷總控制為。如果 EA=0，無(wú)論哪個(gè)中斷源有請(qǐng)求， CPU都不予回應(yīng)。 ES：串行口中斷控制位， ES=1，允許串行口發(fā)送 /接收中斷； ES=0禁止串行口中斷。 EX1：外部中斷 1控制位， EX1=1，允許中斷； EX1=0，禁止外部中斷 1中斷。 EX0：外部中斷 0控制位， EX0=1，允許中斷； EX0=0，禁止外部中斷 0中斷 [1]。中斷響應(yīng)可分為以下幾個(gè)步驟： ① 保護(hù)斷點(diǎn)，即保存下一個(gè)將 要執(zhí)行的指令的地址，把這個(gè)地址送入堆棧。以上工作是由單片機(jī)自動(dòng)完成的，與編程者無(wú)關(guān)。 ③執(zhí)行中斷處理程序。 中斷響應(yīng)過(guò)程 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 CPU中斷處理從響應(yīng)中斷、控制程序轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的中斷矢量地址入口處執(zhí)行中斷服務(wù)程序，到執(zhí)行返回（ RETI）指令為止。 ② 尋找中斷入口，根據(jù) 6個(gè)不同的中斷源所產(chǎn)生的中斷，中斷系統(tǒng)必須能夠正確地識(shí)別中斷源，查找 6個(gè)不同的入口地址。在 6個(gè)入口地址處存放有中斷處理程序。 ④中斷返回：執(zhí)行完中斷指令后，從中斷處返回到主程序，繼續(xù)執(zhí)行 [2]。除此之外還有一個(gè)可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2。定時(shí)器和計(jì)數(shù)器共用這個(gè)寄存器，但定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器同一時(shí)刻只能工作在其中一種方式下，不可能既工作在定時(shí)器方式，同時(shí)又工作在計(jì)數(shù)器方式。工作在定時(shí)器方式時(shí)，對(duì)振蕩源 12分頻的脈沖計(jì)數(shù)，即每過(guò)一個(gè)機(jī)器周期（ 1個(gè)機(jī)器周期在時(shí)間上和 12個(gè)振蕩周期的時(shí)間相等），計(jì)數(shù)寄存器中 的值就加 1。對(duì)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1，計(jì)數(shù)脈沖分別來(lái)自 T0、 T1引腳。單片機(jī)每個(gè)機(jī)器周期都要對(duì)對(duì)外部輸入進(jìn)行采樣，如果在第一個(gè)周期采得的外部信號(hào)為高電平，在下一個(gè)周期采得的信號(hào)為低電平，則在再下一個(gè)機(jī)器周期，即第三個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)寄存器的值才增加 1[1]。 THx 是計(jì)數(shù)寄存器的高 8位，TLx 是計(jì)數(shù)寄存器的低 8位。 ② 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器控制寄存器 TCON 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器控制寄存器 TCON的格式如下： TF1 TR1 TF0 TR1 IE1 IT1 IE0 IT0 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 TF1為 T/C1的溢出標(biāo)志，溢出時(shí)由硬件置 1，進(jìn)入中斷后又由硬件自動(dòng)清 0。置 1時(shí)啟動(dòng) T/C1；清 0時(shí)停止 T/C1。 ③ 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器方式控制寄存器 TMOD 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器方式控制寄存器 TMOD的格式如下所示。 GATE TC/ M1 M0 GATE CT/ M1 M0 現(xiàn)在以 T/C0來(lái)說(shuō)明各 控制位的使用方法： GATE是一個(gè)選通位，當(dāng) GATE位置 1時(shí)， T/C0受到雙重控制，只有 INT0 為高電平且 TR0位置 1是 T/C0才開(kāi)始工作，當(dāng) GATE位清 0時(shí)， T/C0僅受到TR0的控制。當(dāng)該位置 1時(shí)工作在計(jì)數(shù)器方式，清 0時(shí)工作在定時(shí)器方式。 表 22 操作模式 M1 M0 操作模式 計(jì)數(shù)器配置 0 0 模式 0 13 位計(jì)數(shù)器 1 0 模式 2 自動(dòng)重轉(zhuǎn)載的 8 位計(jì)數(shù)器 1 0 模式 2 自動(dòng)重轉(zhuǎn)載的 8 位計(jì)數(shù)器 1 1 模式 3 T0 分為兩個(gè) 8 位計(jì)數(shù)器， T1 停止計(jì)數(shù) 3 溫濕度傳感器 傳統(tǒng)的模擬式濕度傳感器需設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路并要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的校準(zhǔn)、標(biāo)定過(guò)程 ,測(cè)量精度難以得到保證 ,且在線性度、重復(fù)性、互換性、一致性等方面往往不盡人意。它很好地解決了溫濕度傳感器存在的上述問(wèn)題 ,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全 互換功能 [3]。 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 圖 31 數(shù)字溫濕度傳感器 SHT— 11 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 由它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可看出 SHT11具有不同保護(hù)的“微型結(jié)構(gòu)”檢測(cè)電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層組成了傳感器芯片的電容 ,這樣除保持了電容式濕敏器件的原有特性外還可抵御來(lái)自其它方面的影響。而且將傳感器元件、信號(hào)放大器、模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換器、 OTP 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、 I2C 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)串行總線等，電路功能部件全部采用 CMOS 技術(shù)與溫濕度傳感器一起放置在一個(gè)芯片內(nèi)。同時(shí) ,模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換也在一個(gè)芯片內(nèi)同時(shí)完成 ,這可使信號(hào)對(duì)噪聲不敏感 ,尤其重要的是 ,在傳感器芯片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)裝載的針對(duì)每一只傳感器 的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保證了每一只傳感器都有相同的功能 ,可以實(shí)現(xiàn) 100%的互換。該傳感器還具有 I2C 二線串行總線接口 ,這可使傳感器方便的與任何類(lèi)型的微處理器、微控制器接口相連 ,為溫濕度的微機(jī)化測(cè)試帶來(lái)極大的方便 ,這不僅能減少溫濕度測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間 ,還可節(jié)約數(shù)字化接口的軟硬件成本。 SHT11 的傳感器輸出 SHT11的相對(duì)濕度絕對(duì)精度、溫度精度和 25℃露點(diǎn)精度如圖 32(a)～ (c)所示 [4]。從中可以看出 ,SHT11 的輸出特性呈一定的非線性 ,為了補(bǔ)償濕度傳感器的非線性以獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù) ,可按式（ 31）修正濕度值 : ? ?linearRH = 2321 RHRH SOcSOcc ?? ? ?13? 式中 ,SORH 表示傳感器相 對(duì)濕度測(cè)量值 ,系數(shù)取值分別如下 : 12位時(shí)： 6321 ,0 4 0 ,4 ??????? ccc ； 8位時(shí)： 4321 ,6 4 ,4 ??????? ccc 。當(dāng)電源電 壓為 5V，溫度傳感器的分辨率為 14位時(shí)， 401 ??d ，?d ；當(dāng)溫度傳感器的分辨率為 12位時(shí)， 401 ??d ， ?d 。 （ 1）線性 當(dāng)系統(tǒng)對(duì)濕度測(cè)量精度要求不高時(shí) ,可采用以下的線性計(jì)算公式。 （ 2） 2線性 當(dāng)系統(tǒng)對(duì)濕度測(cè)量精度要求較高時(shí) ,可采用以下的 2線性計(jì)算公式 ,即用最小的計(jì)算復(fù)雜性來(lái)提高精確度。 當(dāng) 1070 ??SO 時(shí)， 143?a ， 512?b ；當(dāng) 255108 ??SO 時(shí)， 143?a ， 512?b 。 ? ? ? ?? ? ? ?lin e a rRHSOttTtu r eRH RH ???? 2125 ? ?73? 當(dāng) RHSO 為 12位時(shí)， ?t ， ?t ；當(dāng) RHSO 為 8位時(shí)， ?t ， ?t SHT11 的特性 SHT11 的特點(diǎn) SHT11傳感器的特點(diǎn)如下 : 1）相對(duì)濕度和溫度一體測(cè)量； 2）精確露點(diǎn)測(cè)量； 3）全量程標(biāo)定，無(wú)需重新標(biāo)定即可互換使用； 4）超快響應(yīng)時(shí)間； 5）兩線制數(shù)字接口（最簡(jiǎn)單的系統(tǒng)集成，較低的價(jià)格）； 6）超小尺寸（ 5 ） ； 7）高可靠性（工業(yè) CMOS工業(yè)）； 8）優(yōu)化的長(zhǎng)期穩(wěn)定性； 9）可完全浸沒(méi)水中； 10）基于請(qǐng)求式測(cè)量，因此低能耗； 11）具有濕度傳感器元件的自檢測(cè)能力； 12）傳感器元件加熱應(yīng)用，亦可獲得極高的精度和穩(wěn)定性。 3%RH（ 20— 80%RH）； 響應(yīng)時(shí)間：≤ 4s； 復(fù)現(xiàn)性：177。 （ T）的性能參數(shù)如下： 范圍：－ 40℃ — ＋ 120℃； 精度：177。 ℃（在 0— 40℃時(shí)）； 響應(yīng)時(shí)間：≤ 20s； 復(fù)現(xiàn)性：177。 能耗：典型 30uW（ 5V， 12bit，測(cè)量周期 2秒） 典型 1uW（ ,8bit，測(cè)量周期 2分）； 供電范圍： — ； 檢測(cè)電流： ； 待機(jī)電流： 。 圖 34 SHT11 的引腳圖 引腳簡(jiǎn)介 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 引腳 1— GND接地端； SHT11的供電電壓為 ～ ，傳感器上電后要等待 11ms以越過(guò)“休眠”狀態(tài)。 引腳 2— DATA 雙向串行數(shù)據(jù)線； SHT11 的串行接口，在傳感器的讀取及電源損耗方面都做了優(yōu)化處理。 引腳 3— SCK串行時(shí)鐘 輸入；用于微處理器與 SHT11之間的通訊同步。 引腳 4— VDD電源端， — 引腳 5— 8— NC空管腳 SHT11 的的內(nèi)部命令與接口時(shí)序 SHT11 的內(nèi)部命令 SHT11 傳感器共有 5 條用戶命令 ,具體命令格式見(jiàn)表 31。例如： 0x03設(shè)置 SHT11為溫度測(cè)量， 0x05是設(shè)置 SHT11為濕度測(cè)量 [5]。接著傳輸開(kāi)始下一個(gè)命令，包含 3個(gè)地址位 (目前只支持“ 000” ) 和5 個(gè)命令位 ,通過(guò) DATA 腳的 ack 位處于低電位表示 SHT11正確收到命令。 3) 溫濕度測(cè)量時(shí)序 當(dāng)發(fā)出了溫 (濕 ) 度測(cè)量命令后，控制器就要等到測(cè)量完成后才開(kāi)始動(dòng)作。為表明測(cè)量完成， SHT11會(huì)使 DATA為低電平 ,此時(shí)控制器必須重新啟動(dòng) SCK，然后 SHT11傳 送兩字節(jié)測(cè)量數(shù)據(jù)與 1字節(jié) CRC校驗(yàn)和到控制器，控制器必須通過(guò)使 DATA為低來(lái)確認(rèn)每一字節(jié)，通訊在確認(rèn) CRC數(shù)據(jù)位后停止。需要注意的是，為使 SHT11溫升高低于 ℃，則此時(shí)工作頻率不能大 15%(如 :12 位精確度時(shí) ,每秒最多進(jìn)行 3 次測(cè)量 )。 圖 34 測(cè)量溫濕度時(shí)序圖 4) 加熱控制 將傳感器芯片中的加熱開(kāi)關(guān)接通，傳 感器溫度大約增加 5 ℃，加熱用途如下 :其一，通過(guò)對(duì)啟動(dòng)加熱器前后的溫、濕度進(jìn)行比較，可以正確地區(qū)別傳感器的功能；其二，在相對(duì)濕度較高的環(huán)境下，傳感器可通過(guò)加熱來(lái)避免冷凝。 。 表 32 SHT11狀態(tài)寄存器及說(shuō)明 位 類(lèi)型 說(shuō)明 缺省 說(shuō)明 7 保留 0 6 讀 工檢限 X 5 保留 0 4 保留 0 續(xù)表 位 類(lèi)型 說(shuō)明 缺省 說(shuō)明 3 只用于試驗(yàn)，不可以使用 0 2 讀 /寫(xiě) 加熱 0 關(guān) 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)