【正文】 造是在兩片平行的玻璃中放置 液態(tài)的晶體，玻璃中間有許多垂直和水平的細電線，通過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產生圖像或文字。字符型 LCD 一般在模塊控制驅動器內有已固化好字符字模的字符庫CGROM（下文會詳細介紹），本身具有字符發(fā)生器，使用者只需寫入對應編碼即可顯示該字符。 LCD引腳 20*2 的 LCD 每行可顯示 20 個字，可顯示行數為 2行。當 RS=0 時候，選擇指令寄存器； RS=1 時選擇數據寄存器。D0~D7：數據總線。LCD 寄存器的選擇如下表 所示： LCD 復位及初始化 HD44780 控制器有一個內部復位電路，電源打開時即可產生 POWER ON RESET動作，并做初始化動作，其項目如下。 （ 2） 功能設定： 8 位數據長度，單行顯示， 5*7 點矩陣字型。 （ 4） 輸入模式設定： AC地址自動加一，顯 示屏不移動。若電源開啟時未能有效初始化，則在程序錢加指令復位，以確保無誤。 LCD 與 單片機串行 接口 字符型 LCD 液晶顯示模塊與單片機 STC89C52 的接口方式如 下圖 所 示。 HD44780 結構特點及工作原理如下：字符型 LCD模塊是專用于顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶顯示 模塊。每一個點陣字符位都可以顯示一個字符 ,內置 HD44780 控制 IC 專用于字符顯示的液晶驅動及控制。 HD44780 具有簡單而功能較強的指令集，可實現字符移動、閃爍等顯示功能。 南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 12 頁 共 50 頁 溫濕度 數據 采集模塊 SHT10 簡介 SHT10 型傳感器是單片 、多用途的智能傳感器，其中不僅包含基于濕敏電容器的微型相對濕度傳感器和基于帶隙電路的微型溫度傳感器，而且還有 14 位的A/D 轉換器和 2線串行接口。它的內部結構如圖 所示 圖 SHT10內部原理圖 SHT10 的引腳比較少 ， 使用方便 ， 其引腳排列如圖九所示。分辨率達 %，最高精度為 177。 電源電壓范圍是 +~+，響應時間小于 3s。它采用了特有的專業(yè)級 CMOS 技術，保證了極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。它們與 1 個 14 位的 A/D 轉換器相連；此外還有一個 I2C 總線串行接口電路。校準系數預先存放在 OTP 內存中。其特點如下： 電源引腳 SHT10 的供 電電壓為 ~。 DATA 在 SCK 時鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在 SCK 時鐘上升沿有效。為避免信號沖突，微處理器應驅動 DATA 在低電平。上拉電阻通常已包含在微處理器的 I/O 電路中。采用三線接口與 CPU 進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數據。 DS1302 是 DS1202 的升級產品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源 /后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力?？刂谱止?jié)的最高有效位 (位 7)必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數據寫入DS1302 中，位 6 如果為 0，則表示存取日歷時鐘數據，為 1 表示存取 RAM 數據 。最低有效位 (位 0)如為 0 表示要進行寫操作，為 1 表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。在主電源關閉的情況下，也能保持時 鐘的連續(xù)運行。當 Vcc2 大于 Vcc1＋ ， Vcc2 給 DS1302 供電。 X1和 X2是振蕩源，外接 晶振。 RST 輸入有兩種功能：首先， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數據的傳送手段。如果 在傳送過程中 RST 置為低電平，則會終止此次數據傳送， I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。只有在 SCLK為低電平時，才能將 RST置為高電平。 SCLK 為時鐘輸入端。同樣，在緊跟 8位的控制指令字后的下一個 SCK脈沖的下降沿讀出 DS1302 的數據 ，讀出數據時從低位 0 位到高位 7。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內容。 DS1302 和 SHT10 與單片機接口 DS1302 時鐘芯片和 SHT10 傳感器與單片機接口片路組成的單片機最小系統(tǒng)如下圖 ： 圖 DS1302和 SHT10與 C52接口電路 溫濕度數據測量原理 ： 命令時序 發(fā)送一組 “ 傳輸啟動 ” 序列進行數據傳輸初始化，如圖 所示。 南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 17 頁 共 50 頁 圖 數據傳輸初始化 緊接著的命令包括 3個地址位（僅支持 “000” ）和 5個命令位。 測量時序（ RH 和 T） “000 00101” 為相對濕度（ RH）量， “000 00011” 為溫度（ θ ）測量。測量時間隨內部晶振的速度而變化，最多能夠縮短 30%。重新啟動 SCK 時鐘讀出數據之前，控制器必須等待這個 “ 數 據準備好 ” 信號。 MCU 必須通過拉低DATA 來確認每個字節(jié)。對于 8位數據，第 1 個字節(jié)（高 8位）數據無意義。如果不使用 CRC8校驗，控制器可以在測量數據 LSB 位之后，通過保持 ACK 位為高電平來結束本次通信。 復位時序 如果與 SHT10 的通信發(fā)生中斷，可以通過隨后的信號序列來復位串口，如圖 所示。這些序列僅僅復位串口，狀態(tài)寄存器的內容仍然保留。 讀狀態(tài)寄存器時序如圖 所示。 南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 19 頁 共 50 頁 圖 SHT10寫時序 報警電路簡介 蜂鳴器報警電路 如圖 所示 ，當所測溫度濕度高于設定的上限值或者低于設定的下限值時單片機 STC89C52 的 P1 口的 腳電平改變，三極管導通，蜂鳴器鳴響直至上下限恢復至設定要求。 S1S5 分別實現加、減、保存、切換、退出等功能。切換鍵能實現時間和檢測數 據的模式切換。 按鍵電路如圖 所示： 圖 鍵盤電路 按鍵功能 如下表 ： 表 按鍵功能表 S1 S2 S3 S4 S5 時間日期模式切換鍵 加鍵 減鍵 退出鍵 溫濕度保存鍵 復位電路采用手動按鍵復位的方式， 采用上位 電平來實現復位，接單片機RST 端 按下按鍵時 RET 引腳為高電平，實現單片機復位功能。其中 RS232 是美國電子工業(yè)協(xié)會正式公布的串口總線標準，也是目前最為常用的串行接口標準，用來實現計算機與計算機之間，計算機與外設之間的數據通訊。來自 CPU 的是普通的并行數據，接口電路應具有實現不同串行通信方式下的數據格式化的任務。 (2)控制數據傳輸速率 。 (4)進行 TTL 與 EIA 電平轉換 。 由于 CMOS 電平和 RS232 電平不匹配，因此要實現單片機和 PC 機之間的通信，必須在它們之間加接電平轉換器。 MAX232 只需 +5V 電源供電，其內部的電源變化成士 10V 電源用于 RS232 通信。 其電路如圖 所示： 南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 22 頁 共 50 頁 圖 串口電平轉換電路 其中 T2OUT 連接上位機串口的 RX 端， R2IN 連接上位機串口的 TX 端， R2OUT 和T2IN是 TTL/CMOS發(fā)送器的輸出和輸入端，分別連接單片機的 RX(P30)和 TX(P31)端。 在系統(tǒng)中 MAX23 LCD、 AT8C5 DS18B20 等芯片 都需要 5V 的供電電壓，在系統(tǒng)開發(fā)過程中可以使用電腦 USB 供電。其電路如圖 ： 南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 23 頁 共 50 頁 圖 電源電路 出于 對歷史測量數據的需要，本設計采用拉單獨的數據存儲模塊，其電路如下圖 所示 圖 數據存儲器電路 SCK 用于寫時鐘信號， SDA 用于讀數字信號。W\R\為低 電平時， SCK 端口讀時 鐘信號，溫濕度實時測量數據儲存到 AT24C04。 南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 24 頁 共 50 頁 4 系統(tǒng)軟件設計 主程序 流程圖 主程序實現的功能是上電后對系統(tǒng)初始化以及主模塊的調用，主模塊包括：按鍵、中斷、延時、顯示、報警等。然后，程序進入中斷服務子程序。測量開始時， “ 000 00101”為相對濕度（ RH）量，“ 000 00011”為溫度（θ）測量 。 在第 8 個SCK 時鐘的下降沿之后將 DATA 拉為低電平（ ACK 位） ,在第 9 個 SCK 時鐘的下降沿之后釋放 DATA（此時為高電平） ，完成一次數據測量。讀忙標志位除外， BF =0 表示 LCD1602 允許單片機的訪問。 01H 設置字體， 02H 設置顯示域， 04H 設置光標位置。光標地址指針將隨著每次數據的寫入而自動加 1 修改。 其流程圖如下圖 所示 開始 寫指令函數 寫數據到 LCD 初始化 LCD 顯示 返回 Y N LCD 忙？ 南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 27 頁 共 50 頁 圖 按鍵程序流程圖 中斷子程序流程圖 串口中斷子程序主要完成串口的中斷響應，中斷程序中有兩個標志位，一個是允許接收數據塊標志，另一個是數據塊接收完畢標志。若置位，接收的數據放入數據塊指定區(qū)域，并修改數據塊指針，為接收下一個數據作準備，當接收完一個完整的數據塊后，清除允許接收數據塊標志 ，置位數據塊接收完畢標志；若沒有置位，判斷是否是起始碼？若是起始碼，則置位允許接收數據塊標志，初始化數據塊指針。 其流程圖如下圖 ： 寫數據到 AT24C04 模式切換 加鍵 減鍵 數據保存 退出調整 溫濕切換 數據加 1 數據減 1 開始 按鍵？ 結束 Y N 南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 28 頁 共 50 頁 圖 中斷子程序流程圖 AT24C04 讀寫程序 流程圖 R\D\為低電平時，執(zhí)行讀操作，單片機數據存入 AT24C04。 其流程圖如下 圖 ： 保護現場 接收地址字節(jié) 地址符合否？ 查詢接收數據包 校驗和正確否？ 處理接收數據 232 為發(fā)送狀態(tài) 恢復現場 中斷入口 返回 232 為發(fā)送狀態(tài) 發(fā)送 5AH 發(fā)送 A5H 及數據 232 為接收狀態(tài) N Y N Y 南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 29 頁 共 50 頁 圖 AT24C04讀寫程序 開始 初始化 寫信號 結束 指令判斷？ 讀信號 N Y 南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 30 頁 共 50 頁 5 結論 本次設計 以 AT89C52 的 為核心 ； 整個系統(tǒng)采用模塊化設計。繪制了各模塊硬件電路圖及軟件流程圖，并根據設計要求編寫各功能模塊程序。 總體系統(tǒng)設計能實現對環(huán)境溫度濕度實時檢測， 數字顯示及參數修改，報警。 通過本設計，進一步加深了對單片機功能和單片機最小系統(tǒng)的認識，熟悉傳感器原理，對模電數電只是加深理解。 在硬件電路模塊化設計 和軟件流程圖設計中遇到很多問題：如硬件模塊的原理及各芯片的功能等。 南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 31 頁 共 50 頁 謝辭 參考文獻 [1] 金以慧 .過程控制 [M].北京：清華大學出版社， 2021 [2] 張毅 ,曹麗 .自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) [M].北京：化學工業(yè)出版社， 2021 [3] 周澤魁 .控制儀表與計算機控制裝置 [M].北京： 化 學工業(yè)出版社， 2021 [4] 王俊杰 .檢測技術與儀表 [M].武漢：武漢理工出版社， 2021 [5] 胡壽松 .自 動控制原理 [M].北京：科學出版社， 2021 [6] 于海生 .微型計算機控制技術 [M].北京：清華大學出版社， 2021 [7] 孟志永 .單片機外圍電路設計 [M].北京 :電子工業(yè)出版社 ,2021 南華大學電氣工程學院畢業(yè)設計 第 32 頁 共 50 頁 [8] 楊亭 .單片機 C51程序設計教程與實驗 [M].北京 :北京航空航天大學出版社 ,2021 [9] 李常林 .Visual Basic串口通信技術與典型實例 [M].北京 :清華大學出版社 ,. [10] 周興華， 手把手教你學單片機 C程序設計 [M].北京 :北京航空航天大學出版社 ,2021