畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于單片機(jī)的溫濕度自動(dòng)控制儀的設(shè)計(jì)說明

PAGE..畢業(yè)論文課題：基于單片機(jī)的溫濕度自動(dòng)控制儀的設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師完成日期..摘要人類的生存和社會(huì)活動(dòng)都與溫度濕度密切相關(guān)。隨著現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn),無論是企業(yè)還是事業(yè)、無論是醫(yī)療衛(wèi)生還是科學(xué)研究都很難找出一個(gè)與溫度濕度無關(guān)的領(lǐng)域來。所以溫度和濕度的測(cè)量成為日常生產(chǎn)生活最常見的測(cè)量活動(dòng),在市場(chǎng)上我們隨處可見各種溫濕度測(cè)量?jī)x器,本設(shè)計(jì)就是一種簡(jiǎn)單適用的空氣溫度和濕度的檢測(cè)儀器,它能精確實(shí)時(shí)的測(cè)量出空氣的溫度和相對(duì)濕度。通過裝置上的LED來實(shí)時(shí)顯示空氣的溫度和濕度。本設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不但適用于家庭,也適用于溫度范圍在－55℃～125℃內(nèi)的所有場(chǎng)所。如：蔬菜生產(chǎn)的溫室、工廠等。其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單嬌小、設(shè)計(jì)制造成本低、適用范圍廣、設(shè)計(jì)成品便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的高精度實(shí)用性溫濕度控制系統(tǒng),它由AT89C51單片機(jī)進(jìn)行控制,內(nèi)接了封裝體積小,由于采用數(shù)字式溫度傳感器,因此具有成本較低、使用簡(jiǎn)單、工作可靠等特點(diǎn)。

本設(shè)計(jì)主要由溫度、濕度采集、CPU控制、驅(qū)動(dòng)電路、顯示幾部分組成,是基于DS18B20、HS1101傳感器的溫濕度系統(tǒng)并能夠完成兩路溫濕度的循環(huán)檢測(cè),及溫濕度上下限的控制。該設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度的同時(shí)檢測(cè),溫濕度傳感器能夠根據(jù)外界溫濕度的變化將環(huán)境值顯示在相應(yīng)的數(shù)碼管上的功能。溫度測(cè)量采用了DS18B20溫度傳感器,具有較高的精度和重復(fù)性；濕度測(cè)量采用了HS1101電容式相對(duì)濕度傳感器；通過LED控制驅(qū)動(dòng)器ULN2003驅(qū)動(dòng)了6個(gè)LED數(shù)碼管。而使系統(tǒng)可以方便地實(shí)現(xiàn)溫度、濕度的實(shí)時(shí)控制。AbstractThesurvivalofthehumanandsocialactivitiesarecloselyrelatedtothehumidityandtemperature.Withtherealizationofmodernization,beitbusinessorcareer,beithealthorscientificresearchareverydifficulttofindatemperatureandhumidityunrelatedtothefield.Therefore,measuringthetemperatureandhumidityintotheproductionofday-to-daylifeofthemostcommonmeasurement,weareinthemarketcanbeseenallkindsoftemperatureandhumiditymeasurements,thedesignisasimpleapplicationofairtemperatureandhumiditytestingapparatus,itaccuratereal-timeThemeasureofairtemperatureandrelativehumidity.Throughthedevice'sLEDdisplayforreal-timeairtemperatureandhumidity.Thedesignofthisproductnotonlyofthefamily,butalsotothetemperaturerange-55℃~125℃allplaces.Suchas:theproductionofgreenhousevegetables,plantsandsoon.Itsstructureissimpleandsmall,thedesignandmanufactureoflowcost,widescopeofapplication,thedesignofportableproductssuchastheadvantages.Theuseofsingle-chiphigh-precisionpracticalrealizationofthetemperatureandhumiditycontrolsystem,whichisthecontrolAT89C51singlechiptocarryout,thenwithinasmallpackage,duetotheuseofdigitaltemperaturesensor,soalowercost,simpletouse,reliableworkAndsoon.Designbytemperature,humidityacquisition,CPUcontrol,drivecircuit,revealedthatseveralcomponents,isbasedonDS18B20,HS1101temperatureandhumiditysensorsandsystemstobothtemperatureandhumiditytocompletethecycleofdetection,andtheupperandlowerlimitsoftemperatureandhumiditycontrol.Thedesigncanbeachievedatthesametimedetectionoftemperatureandhumidity,temperatureandhumiditysensorstotheoutsideworldinaccordancewithchangesintemperatureandhumidityenvironmentalvalueinthedigitaldisplayonthetube.TemperaturemeasurementusedDS18B20temperaturesensors,highaccuracyandrepeatability;HS1101humiditymeasurementsusingcapacitiverelativehumiditysensor;throughthecontrolLEDdriveULN2003drive6LEDdigitaltube.System,whichcaneasilyachievethetemperature,humidity,thereal-timecontrol.目錄摘要IAbstractII第一章緒論11.1問題的提出11.2概述11.3本課題的內(nèi)容與研究意義1第二章總體方案32.1總設(shè)計(jì)框圖32.2性能指標(biāo)〔設(shè)計(jì)要求32.3主要元器件的選擇52.4中央處理單元CPU82.5傳感器的選擇112.6方案論證12第三章溫濕度傳感器的原理133.1系統(tǒng)的基本構(gòu)成133.2溫度傳感器DS18B20的工作原理133.3濕度傳感器HS1101的工作原理17第四章硬件設(shè)計(jì)214.1硬件設(shè)計(jì)的總體方案214.2硬件原理圖〔用Protel繪制22第五章軟件設(shè)計(jì)275.1軟件設(shè)計(jì)的總體方案275.2主程序流程及其代碼275.3部分顯示程序295.4溫度傳感器的流程及程序305.5濕度傳感器的程序33第六章調(diào)試與性能分析356.1PROTUES的仿真356.2PROTUES與KEIL的聯(lián)調(diào)方法36第七章結(jié)論39致謝40參考文獻(xiàn)41附錄142附錄251..第一章緒論1.1問題的提出在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研等部門,經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境溫度與濕度進(jìn)行測(cè)量及控制。準(zhǔn)確測(cè)量溫濕度對(duì)于生物制藥、食品加工、造紙等行業(yè)更是至關(guān)重要的。在溫濕度測(cè)量技術(shù)不斷發(fā)展完善的今天,溫濕度傳感器也正在朝集成化、智能化、系統(tǒng)化方向發(fā)展。主要表現(xiàn)在以下兩方面：〔1溫濕度傳感器正從分立元件向集成化、智能化、系統(tǒng)化的方向迅速發(fā)展,為開發(fā)新一代溫濕度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件；〔2在溫濕度測(cè)量系統(tǒng)中普遍采用線性化處理、自動(dòng)溫度補(bǔ)償和自動(dòng)校準(zhǔn)濕度等幾項(xiàng)新技術(shù)。因此提出此要求對(duì)外界環(huán)境的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),此設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要用來對(duì)兩路溫濕度進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)并進(jìn)行一定上下限控制。1.2概述許多情況下需要測(cè)量溫濕度參數(shù)。通常測(cè)溫系統(tǒng)的主要器件是熱敏電阻,由于它體積小、重復(fù)性好、測(cè)量方法簡(jiǎn)單,所以在測(cè)溫系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。但采用熱敏電阻的測(cè)溫系統(tǒng)需要A／D轉(zhuǎn)換,而且測(cè)量精度不高。由傳統(tǒng)的溫濕度傳感器構(gòu)成的計(jì)算機(jī)溫濕度測(cè)控系統(tǒng),需要使用電源、信號(hào)、地線等多根導(dǎo)線,并要求系統(tǒng)為其提供電源和模擬量輸入接口,同時(shí)對(duì)信號(hào)傳輸距離、電磁干擾也要求較為嚴(yán)格,尤其是在測(cè)量點(diǎn)數(shù)較多時(shí),上述問題顯得尤為突出,這不僅使系統(tǒng)成本增加,也使系統(tǒng)可靠性大為降低。而如果沿著電纜線也能傳送電源的話,那么就可替代外部電源來為系統(tǒng)供電。一種巧妙的、從數(shù)據(jù)線上"竊電"的方法,十的多各器件可掛接在同一根電纜線上,并雙向傳送數(shù)據(jù),同時(shí)為器件提供電源,這就是單總線微網(wǎng)技術(shù)。這種方法不僅節(jié)省了額外的連線和遠(yuǎn)端電源,有效地降低了成本,更有意義的是單總線上掛接的器件具有全球唯一的序列號(hào),和自定時(shí)控制器,因此簡(jiǎn)化了溫濕度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文采用Dallas公司生產(chǎn)的一種新型溫度傳感器DS18B20,它集溫度測(cè)量、A／D轉(zhuǎn)換于一體,其測(cè)量范圍寬<-55℃～+125℃>,精度高<0.0625℃>,DS18B20是一款具有單總線結(jié)構(gòu)的器件。由DS18B20組建的溫度測(cè)量單元體積小,便于攜帶、安裝。同時(shí),DS18B20的輸出為數(shù)字量,可以直接與單片機(jī)連接,無需后級(jí)A／D轉(zhuǎn)換,控制簡(jiǎn)單。由于DS18B20具有單總線特性,便于擴(kuò)展,可在一根總線上掛接多個(gè)DS18B20來組建溫度測(cè)量網(wǎng)絡(luò)。1.3本課題的內(nèi)容與研究意義在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研、航天等部門,經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境濕度進(jìn)行測(cè)量及控制。但在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中,濕度是最難準(zhǔn)確測(cè)量的一個(gè)參數(shù)。用干濕球濕度計(jì)或毛發(fā)濕度計(jì)來測(cè)量濕度的方法,早已無法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需要。這是因?yàn)闇y(cè)量濕度要比測(cè)量溫度復(fù)雜的多,溫度是個(gè)獨(dú)立的被測(cè)量,而濕度卻受其他因素〔大氣壓強(qiáng)、溫度的影響。此外,濕度的標(biāo)準(zhǔn)也是一個(gè)難題。國(guó)外生產(chǎn)的濕度標(biāo)定設(shè)備價(jià)格十分昂貴。本設(shè)計(jì)為一閉環(huán)控制系統(tǒng),由89C51單片機(jī),溫度檢測(cè)電路,濕度檢測(cè)電路、控制系統(tǒng)組成。在大棚的溫濕度檢測(cè)中,溫度檢測(cè)電路將檢測(cè)到的溫度送入89C51單片機(jī),單片機(jī)通過比較輸入溫度與設(shè)定溫度來控制風(fēng)扇或加熱器驅(qū)動(dòng)電路,當(dāng)棚內(nèi)溫度在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí),單片機(jī)不對(duì)風(fēng)扇或加熱器發(fā)出動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)了對(duì)大棚里植物生長(zhǎng)溫度及土壤和空氣濕度的檢測(cè),監(jiān)控,并能對(duì)超過正常溫度、濕度范圍的狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,使大棚環(huán)境得到了良好的控制。該設(shè)計(jì)還具有對(duì)溫度的實(shí)時(shí)顯示功能,對(duì)棚內(nèi)環(huán)境溫度的預(yù)設(shè)功能。目前已成功地將DS18B20應(yīng)用于所開發(fā)的"家用采暖洗浴器"控制系統(tǒng)中,其轉(zhuǎn)換速度快,轉(zhuǎn)換精度高,與微處理器的接口簡(jiǎn)單,給硬件設(shè)計(jì)工作帶來了極大的方便,能有效地降低成本,可以縮短開發(fā)周期。近年來,國(guó)內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。濕敏傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展,為開發(fā)新一代濕度/溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件,也將濕度測(cè)量技術(shù)提高到新的水平。第二章總體方案2.1總設(shè)計(jì)框圖圖2-1溫濕度傳感器總設(shè)計(jì)框圖2.2性能指標(biāo)〔設(shè)計(jì)要求功能要求本設(shè)計(jì)主要由溫度、濕度采集、CPU控制、驅(qū)動(dòng)電路、顯示幾部分組成,是基于DS18B20、HS1101傳感器的溫濕度系統(tǒng)并能夠完成兩路溫濕度的循環(huán)檢測(cè)：每隔5S啟動(dòng)另一路溫度和另一路濕度,并通過兩個(gè)指示燈指示；并能實(shí)現(xiàn)溫濕度上下限的控制。溫度上下限的控制為：當(dāng)溫度高于45攝氏度時(shí)啟動(dòng)一臺(tái)繼電器〔風(fēng)扇；而當(dāng)溫度低于35攝氏度時(shí)關(guān)閉這臺(tái)繼電器〔風(fēng)扇。濕度上下限的控制為：當(dāng)濕度大于85%時(shí),啟動(dòng)另一臺(tái)繼電器〔加熱器；而當(dāng)濕度低于75%時(shí)關(guān)閉啟動(dòng)的繼電器〔加熱器。該設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度的同時(shí)檢測(cè),溫濕度傳感器能夠根據(jù)外界溫濕度的變化將環(huán)境值顯示在相應(yīng)的數(shù)碼管上的功能。溫度測(cè)量采用了DS18B20溫度傳感器,它集溫度測(cè)量、A／D轉(zhuǎn)換于一體,其測(cè)量范圍寬<-55℃～+125℃>,精度高<0.0625℃>,DS18B20是一款具有單總線結(jié)構(gòu)的器件,具有較高的精度和重復(fù)性；濕度測(cè)量采用了HS1101電容式相對(duì)濕度傳感器,HS1101測(cè)量濕度采用將HS1101置于555振蕩電路中,將電容值的變化轉(zhuǎn)換成電壓頻率信號(hào),可以直接被微處理器采集。通過LED控制驅(qū)動(dòng)器ULN2003驅(qū)動(dòng)了6個(gè)LED數(shù)碼管。而使系統(tǒng)可以方便地實(shí)現(xiàn)溫度、濕度的實(shí)時(shí)控制。設(shè)計(jì)要求1.MCS-51系列單片機(jī)為核心器件,組成一個(gè)數(shù)字式溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)。2.數(shù)據(jù)采集部分包括<1>采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20為檢測(cè)器件,進(jìn)行溫度檢測(cè),測(cè)溫范圍在-55℃～+125℃以內(nèi),檢測(cè)精度為0.0625℃；<2>采用HS1101電容式濕度傳感器通過其振蕩測(cè)量電路,獲得頻率信號(hào)與適度值成近似線性關(guān)系,這樣就可很容易的進(jìn)行濕度測(cè)量。3.用兩位移位寄存芯片74HC595進(jìn)行擴(kuò)展和ULN2003芯片驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。4.溫濕度顯示采用6位共陰LED數(shù)碼管顯示〔低三位顯示溫度、高三位顯示濕度。5.設(shè)計(jì)相關(guān)界面用RS-485通訊在計(jì)算機(jī)上顯示出其相應(yīng)的溫濕度,實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與主機(jī)之間的通訊。6.此設(shè)計(jì)電路中應(yīng)有一定的抗干擾措施：〔1電源、地線、傳輸干擾及其對(duì)策：?jiǎn)纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)需要的直流電源都是有交流電源變換而來的,這一變化過程存在著暴動(dòng)和干擾。為消除直流電源的干擾,可采取以下措施：1>采用集成穩(wěn)壓塊單獨(dú)供電；2使用直流開關(guān)電源；3使用DC-DC變換器。在單片機(jī)系統(tǒng)中,接地是否正確,將直接影響到系統(tǒng)的正常工作。這里包含兩方面的內(nèi)容,一是接地點(diǎn)是否正確,一是接地是否牢固。前者用來防止系統(tǒng)各部分的竄擾,后者用來防止接地線上的壓降。1通常,頻率小于1MHz時(shí),可采用一點(diǎn)接地,以減少地線造成的地環(huán)路；頻率高于10MHz時(shí),應(yīng)采用多點(diǎn)接地,以避免各地線之間的耦合。2在單片機(jī)系統(tǒng)中,數(shù)字地和模擬地必須分別接地,即使是一個(gè)芯片上有兩種地,也要分別接地,然后僅在一點(diǎn)處把兩種地連接起來。3為了防止內(nèi)部地線干擾,在設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)應(yīng)遵循下列原則：①TTL、CMOS器件的地線要呈輻射網(wǎng)狀,避免環(huán)形；②要根據(jù)通過電流的大小決定地線的寬度,最好不小于3mm。在可能的情況下,地線盡可能加寬；③旁路電容的地線不要太長(zhǎng)；④功率地通過的電流較大,地線應(yīng)盡量加寬,且必須與小信號(hào)地分開〔2硬件抗干擾措施：①采用隔離技術(shù)；②采用系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)；〔3軟件抗干擾措施：1采用數(shù)字濾波提高數(shù)據(jù)采集的可靠性;2程序運(yùn)行失常的抗干擾措施：①設(shè)立軟件陷阱②加軟件"看門狗"2.2.3性能指標(biāo)DSl8B20的核心是其數(shù)字溫度傳感器,在－10～＋85℃溫度范圍內(nèi)具有±0.5℃精度;精度可以通過用戶編程配置為9、10、11和12位,其分別對(duì)應(yīng)于0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃,可以滿足各種不同的分辨率要求。本溫濕度傳感器系統(tǒng)的用戶編程配置為12位,所以溫度測(cè)量誤差為0.0625℃。測(cè)溫范圍在-55℃～+125℃以內(nèi),檢測(cè)精度為0.0625℃。電子式濕度傳感器的準(zhǔn)確度可以達(dá)到2％一3％RH。實(shí)際使用中,由于塵土、油污及有害氣體的影響,使用時(shí)間一長(zhǎng),會(huì)產(chǎn)生老化,精度下降,濕度傳感器年漂移量一般都在±2%左右,甚至更高。電容濕度相對(duì)濕度在0%～100%RH范圍內(nèi);電容量由162pF變到200pF,其誤差不大于±2%RH;響應(yīng)時(shí)間小于5s;溫度系數(shù)為0.04pF/℃.可見精度是較高的。2.3主要元器件的選擇驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003的選擇1.元件的參數(shù)圖2-2ULN2003引腳圖雙列16腳封裝,如圖2-2所示。NPN晶體管矩陣,最大驅(qū)動(dòng)電壓=50V,電流=500mA,輸入電壓=5V,適用于TTLCOMS,由達(dá)林頓管組成驅(qū)動(dòng)電路。ULN是集成達(dá)林頓管IC,內(nèi)部還集成了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管,可用來驅(qū)動(dòng)繼電器的。它的輸出端允許通過電流為200mA,飽和壓降VCE約1V左右,耐壓BVCEO約為36V。用戶輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開路輸出,輸出電流大,故可直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器,也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。通常單片機(jī)驅(qū)動(dòng)ULN2003時(shí),上拉2K的電阻較為合適,同時(shí),COM引腳應(yīng)該懸空或接電源。2.兼容互換TD62003系列ULN2003系列ULN2004系列LB1233MC14165G14139667DN1413DN8663DS2003CNDS2003TNDS2004CNDS2004TNDS9667CNDS9667TNL203BLB1234M54523PMA1413MCT1413PULQ2003AuA2003uA2003CuPA2003CuPA2003GRuPC2003C3.特性腳功能引腳號(hào)功能引腳號(hào)功能1輸入9電源2輸入10輸出3輸入11輸出4輸入12輸出5輸入13輸出6輸入14輸出7輸入15輸出8地16輸出2.3.2移位存儲(chǔ)芯片74HC595的選擇本設(shè)計(jì)選擇74HC595作為擴(kuò)展芯片,74HC595是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的通用移位寄存器芯片。并行輸出端具有輸出鎖存功能。與單片機(jī)連接簡(jiǎn)單方便,只需三、四個(gè)I/O口即可。而且芯片的Q7引腳和SER引腳,可以級(jí)聯(lián)。而且價(jià)格低廉。所以本設(shè)計(jì)系統(tǒng)選擇74HC595較為合適芯片介紹如下：1．描述74HC595是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件,兼容低電壓TTL電路,遵守JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。74HC595是具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器,三態(tài)輸出功能。引腳圖如圖2-3所示。移位寄存器和存儲(chǔ)器是分別的時(shí)鐘。數(shù)據(jù)在SRCLK的上升沿輸入,在RCLK的上升沿進(jìn)入到存儲(chǔ)寄存器中去。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起,則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖。圖2-374HC595引腳圖移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入〔SER,和一個(gè)串行輸出〔Q7,和一個(gè)異步的低電平復(fù)位,存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行8位的,具備三態(tài)的總線輸出,當(dāng)使能E時(shí)〔為低電平,存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。8位串行輸入/輸出或者并行輸出移位寄存器,具有高阻關(guān)斷狀態(tài)和三態(tài)。2．特點(diǎn)：8位串行輸入/8位串行或并行輸出；存儲(chǔ)狀態(tài)寄存器,三種狀態(tài)；輸出寄存器可以直接清除100MHz的移位頻率。3．輸出能力：并行輸出,總線驅(qū)動(dòng)；串行輸出；標(biāo)準(zhǔn)中等規(guī)模集成電路。595移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入〔SER,和一個(gè)串行輸出〔Q7,和一個(gè)異步的低電平復(fù)位,存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行8位的,具備三態(tài)的總線輸出,當(dāng)使能E時(shí)〔為低電平,存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。4．參考數(shù)據(jù):CPD決定動(dòng)態(tài)的能耗,PD＝CPD×VCC×f1+∑<CL×VCC2×f0>F1＝輸入頻率,CL＝輸出電容f0＝輸出頻率〔MHzVcc=電源電壓5．引腳說明表2-474HC595的引腳說明符號(hào)引腳描述O0…O715,1,7并行數(shù)據(jù)輸出GND8地Q79串行數(shù)據(jù)輸出SRCLR10主復(fù)位〔低電平SRCLK11移位寄存器時(shí)鐘輸入RCLK12存儲(chǔ)寄存器時(shí)鐘輸入E13輸出有效〔低電平SER14串行數(shù)據(jù)輸入VCC16電源6．功能表表2-5輸入輸出功能表SRCLKRCLKESRCLRSERQ7On注釋××L↓×LNCSRCLR低時(shí)僅影響移位寄存器×↑LL×LL空移位寄存到輸出寄存器××HL×LZ清空移位寄存器,并行輸出為高阻狀態(tài)↑×LHHO6NC邏輯高電平移入移位寄存器狀態(tài)0,移入所有移位寄存器狀態(tài)×↑LH×NCOn’移位寄存器的內(nèi)容到達(dá)保持寄存器并從并口輸出↑↑LH×O6’On’移位寄存器內(nèi)容移入,先前移位寄存器的內(nèi)容到達(dá)保持寄存器并出。7.注釋H＝高電平狀態(tài),L＝低電平狀態(tài),Z＝高阻,NC＝無變化,×＝無效當(dāng)SRCLR為高電平,E為低電平時(shí),數(shù)據(jù)在SRCLK上升沿進(jìn)入移位寄存器,在RCLK上升沿輸出到并行端口。數(shù)碼管LED的選擇LED顯示器的驅(qū)動(dòng)是一個(gè)非常重要的問題。單片機(jī)的并行口不能直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器,必須加驅(qū)動(dòng)電路或上拉電阻,本例采用了470Ω的電阻。LED顯示器的顯示控制方式分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種,因此在選擇LED驅(qū)動(dòng)器時(shí),一定要先確定顯示方式。若選擇靜態(tài)顯示,則LED驅(qū)動(dòng)器的選擇較為簡(jiǎn)單,只要驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力與顯示器的電流相匹配即可。而且只須考慮段的驅(qū)動(dòng),因?yàn)楣碴?yáng)極接+5v,而共陰極接地,所以位的驅(qū)動(dòng)不需要考慮。動(dòng)態(tài)顯示則不同,由于一位數(shù)據(jù)的顯示是由段選和位選信號(hào)共同配合完成的,因此,要同時(shí)考慮段和位的驅(qū)動(dòng)能力,而且段的驅(qū)動(dòng)能力決定位的驅(qū)動(dòng)能力。動(dòng)態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口,硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡(jiǎn)單,但其亮度不如靜態(tài)顯示方式,而且在顯示位數(shù)較多時(shí),CPU要依次掃描,占用CPU較多的時(shí)間。本例采用動(dòng)態(tài)顯示方式依次給數(shù)碼管送位選信號(hào)。而且我們采用的是六位共陰數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示。2.4中央處理單元CPU單片機(jī)已成為電子系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、信息處理、通信聯(lián)絡(luò)和實(shí)施控制的重要器件。通常利用單片機(jī)技術(shù)在各種系統(tǒng)、儀器設(shè)備或裝置中,形成嵌入式智能系統(tǒng)或子系統(tǒng)。中央處理器的選擇直接關(guān)系到所做系統(tǒng)的性能,要選擇既便宜又實(shí)用的單片機(jī)款型。2.4.1常見幾種單片機(jī)的比較Intel公司早期的產(chǎn)品8031/8051/8751。8031片內(nèi)不帶程序存儲(chǔ)器ROM,使用時(shí)用戶需外接程序存儲(chǔ)器和一片邏輯電路373,外接的程序存儲(chǔ)器多為EPROM的2764系列。用戶若想對(duì)寫入到EPROM中的程序進(jìn)行修改,必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除,之后"單片"的簡(jiǎn)練。但是你編的程序你無法燒寫到其ROM再可寫入。寫入到外接程序存儲(chǔ)器的程序代碼沒有什么保密性可言。8051片內(nèi)有4K的ROM,無須外接外存儲(chǔ)器和373,更能體現(xiàn)中,只有將程序交芯片廠代你燒寫,并是一次性的,今后你和芯片廠都不能改寫其內(nèi)容。8751與8051基本一樣,但8751片內(nèi)有4k的EPROM,用戶可以將自己編寫的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)的EPROM中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用,EPROM的改寫同樣需要用紫外線燈照射一定時(shí)間擦除后再燒寫。由于上述類型的單片機(jī)應(yīng)用的早,影響很大,已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。后來很多芯片廠商以各種方式與Intel公司合作,也推出了同類型的單片機(jī),如同一種單片機(jī)的多個(gè)版本一樣,雖都在不斷的改變制造工藝,但內(nèi)核卻一樣,也就是說這類單片機(jī)指令系統(tǒng)完全兼容,絕大多數(shù)管腳也兼容；在使用上基本可以直接互換。我們統(tǒng)稱這些與8051內(nèi)核相同的單片機(jī)為"51系列單片機(jī)"。在眾多的51系列單片機(jī)中,要算ATMEL公司的AT89C51更實(shí)用,因他不但和8051指令、管腳完全兼容,而且其片內(nèi)的4K程序存儲(chǔ)器是FLASH工藝的,這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫,一般專為ATMELAT89Cx做的編程器均帶有這些功能。顯而易見,這種單片機(jī)對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低,開發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密,這又很好地保護(hù)了你的勞動(dòng)成果。重要的一點(diǎn)AT89C51目前的售價(jià)比8031還低,市場(chǎng)供應(yīng)也很充足。中央處理單元AT89C51的確定從多方的因素考慮論證。硬件的核心選用Atmel公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)。它是一種低功耗、低電壓、高性能的8位單片機(jī),片內(nèi)帶有一個(gè)數(shù)KB的FLASH可編程、可擦除、只讀存儲(chǔ)器；它采用了CMOS工藝和Atmel公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù),而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器〔FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory的低電壓,高性能CMOS8位微處理器,俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中,ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器,為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。2.4.3AT89C51的基本結(jié)構(gòu)和功能簡(jiǎn)介1.存儲(chǔ)器空間結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)操作的主要對(duì)象是數(shù)據(jù),CPU是按地址控制與組織數(shù)據(jù)流的。因此,地址空間結(jié)構(gòu)是微機(jī)結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)重要內(nèi)容,并直接影響其指令系統(tǒng)。AT89C51的存儲(chǔ)空間〔哈佛結(jié)構(gòu)：程序空間與數(shù)據(jù)控件分別獨(dú)立。外部外部60k內(nèi)部4kEA=1外部4kEA=0FFFFH1000H0FFFH0000H圖2-6MCS-51的程序存儲(chǔ)空間〔2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1>內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〔8位地址2>外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與I/O端口外部數(shù)據(jù)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與外設(shè)I/O端口FFFFH0000H<由數(shù)據(jù)指針DPTR提供16位地址圖2-789C51的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間特殊功能寄存器特殊功能寄存器工作寄存器區(qū)4組R0-R7位尋址區(qū)128位數(shù)據(jù)緩沖區(qū)80H片內(nèi)RAM7FH片內(nèi)RAM30H2FH20H1FH00H〔3主要引腳及其功能時(shí)鐘：XTAL1〔19：內(nèi)部振蕩器輸入端XTAL2〔18：內(nèi)部振蕩器輸出端并行I/O口：①P0.0～P0.7<39～32>通用I/O口P0/A0-A7/D0-D7。②P1.0～P1.7<1～8>通用I/O口P1③P2.0～P2.7<21～28>通用I/O口P2/A8-A15④P3.0～P3.7<10-17>通用I/O口P3/第二功能P3.0〔10：收P3.1〔11：TXD串行口數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2〔12：INT0非外中斷0P3.3〔13：INT1非外中斷1P3.4〔14：T0計(jì)數(shù)/定時(shí)器0的外部計(jì)數(shù)脈沖輸入P3.5〔15：T1計(jì)數(shù)/定時(shí)器1的外部計(jì)數(shù)脈沖輸入P3.6〔16：WR非外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫控制信號(hào)P3.7〔17：RD非外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀控制信號(hào)控制信號(hào)：ALE〔30：輸出正脈沖,1有效,外部地址鎖存信號(hào)。PSEN非〔29：輸出,0有效,訪問外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。WR非〔16：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫控制信號(hào)RD非〔17：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀控制信號(hào)RST〔9：輸入,高電平持續(xù)24個(gè)時(shí)鐘周期有效,產(chǎn)生復(fù)位操作。2.5傳感器的選擇現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集<即傳感器技術(shù)>、信息傳輸<通信技術(shù)>和信息處理<計(jì)算機(jī)技術(shù)>。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品,尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域,數(shù)量高居各種傳感器之首。傳感器選擇的恰當(dāng)與否直接關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精確度和穩(wěn)定性。溫度傳感器的選擇通常測(cè)溫系統(tǒng)的主要器件是熱敏電阻,由于它體積小、重復(fù)性好、測(cè)量方法簡(jiǎn)單,所以在測(cè)溫系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。但采用熱敏電阻的測(cè)溫系統(tǒng)需要A／D轉(zhuǎn)換,而且測(cè)量精度不高。由傳統(tǒng)的溫濕度傳感器構(gòu)成的計(jì)算機(jī)溫濕度測(cè)控系統(tǒng),需要使用電源、信號(hào)、地線等多根導(dǎo)線,并要求系統(tǒng)為其提供電源和模擬量輸入接口,同時(shí)對(duì)信號(hào)傳輸距離、電磁干擾也要求較為嚴(yán)格,尤其是在測(cè)量點(diǎn)數(shù)較多時(shí),上述問題顯得尤為突出,這不僅使系統(tǒng)成本增加,也使系統(tǒng)可靠性大為降低。而如果沿著電纜線也能傳送電源的話,那么就可替代外部電源來為系統(tǒng)供電。一種巧妙的、從數(shù)據(jù)線上"竊電"的方法,使得多個(gè)器件可掛接在同一根電纜線上,并雙向傳送數(shù)據(jù),同時(shí)為器件提供電源,這就是單總線微網(wǎng)技術(shù)。這種方法不僅節(jié)省了額外的連線和遠(yuǎn)端電源,有效地降低了成本,更有意義的是單總線上掛接的器件具有全球唯一的序列號(hào),和自定時(shí)控制器,因此簡(jiǎn)化了溫濕度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文采用Dallas公司生產(chǎn)的一種新型溫度傳感器DS18B20,它集溫度測(cè)量、A／D轉(zhuǎn)換于一體,其測(cè)量范圍寬<-55℃～+125℃>,精度高<0.0625℃>,DS18B20是一款具有單總線結(jié)構(gòu)的器件。由DS18B20組建的溫度測(cè)量單元體積小,便于攜帶、安裝。同時(shí),DS18B20的輸出為數(shù)字量,可以直接與單片機(jī)連接,無需后級(jí)A／D轉(zhuǎn)換,控制簡(jiǎn)單。由于DS18B20具有單總線特性,便于擴(kuò)展,可在一根總線上掛接多個(gè)DS18B20來組建溫度測(cè)量網(wǎng)絡(luò)。2.5.2濕度傳感器的選擇電容式濕度傳感器HS1101具有檢測(cè)速度快、高精度、高可靠性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性和使用方便、體積小等特點(diǎn),適用于一些對(duì)精度要求不高的場(chǎng)合。在不同的相對(duì)濕度中傳感器的電容值不同,單片機(jī)不能直接讀電容值,需要外接測(cè)量電路。電容式傳感器的測(cè)量電路有電壓輸出式和頻率輸出式兩種,考慮到單片機(jī)內(nèi)有兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器,測(cè)量頻率比較方便,選用頻率輸出測(cè)量電路。采用555定時(shí)器和濕度傳感器HS1101以及一些電阻構(gòu)成多諧振蕩器電路,產(chǎn)生振蕩頻率。2.6方案論證本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的Dallas公司生產(chǎn)的新型溫度傳感器DS18B20,它集溫度測(cè)量、A／D轉(zhuǎn)換于一體,其測(cè)量范圍寬<-55℃～+125℃>,精度高<0.0625℃>,DS18B20是一款具有單總線結(jié)構(gòu)的器件。由DS18B20組建的溫度測(cè)量單元體積小,便于攜帶、安裝。同時(shí),DS18B20的輸出為數(shù)字量,可以直接與單片機(jī)連接,無需后級(jí)A／D轉(zhuǎn)換,控制簡(jiǎn)單。同時(shí)本系統(tǒng)采用兩路溫度傳感器,能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)換。硬件的核心選用Atmel公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)。它是一種低功耗、低電壓、高性能的8位單片機(jī),片內(nèi)帶有一個(gè)數(shù)KB的FLASH可編程、可擦除、只讀存儲(chǔ)器；它采用了CMOS工藝和Atmel公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù),而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容。同時(shí)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用電容式濕度傳感器,由于單片機(jī)內(nèi)有兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器,測(cè)量頻率比較方便,選用頻率輸出測(cè)量電路。采用555定時(shí)器和濕度傳感器HS1101以及一些電阻構(gòu)成多諧振蕩器電路,產(chǎn)生振蕩頻率。經(jīng)過綜合分析可知：用這些器件組成的溫濕度傳感器系統(tǒng)性能良好,測(cè)量范圍寬,本系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。第三章溫濕度傳感器的原理3.1系統(tǒng)的基本構(gòu)成溫濕度測(cè)量?jī)x主要包括兩個(gè)部分：溫度測(cè)量和濕度測(cè)量。該系統(tǒng)利用單片機(jī)AT89C51作為系統(tǒng)的控制中心,采用電容式濕度傳感器HS1101和一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20,將兩輪測(cè)量到的溫度值和濕度值送入單片機(jī)中,經(jīng)過兩片74HC595的擴(kuò)展后經(jīng)ULN2003的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。3.2溫度傳感器DS18B20的工作原理溫度傳感器DS18B20的簡(jiǎn)介1．DS18B20基本知識(shí)圖3-1DS18B20引腳圖DS18B20數(shù)字溫度計(jì)是DALLAS公司生產(chǎn)的1－Wire,即單總線器件,具有線路簡(jiǎn)單,體積小的特點(diǎn)。因此用它來組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng),具有線路簡(jiǎn)單,在一根通信線,可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì),十分方便。引腳如圖3-1所示。2.DS18B20產(chǎn)品的特點(diǎn)〔1獨(dú)特的單線接口方式：當(dāng)DS18B20與微處理器連接時(shí),僅需要一條數(shù)據(jù)線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信?！?在DS18B20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無二的序列號(hào)?！?實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。〔4測(cè)量溫度范圍在－55°C到＋125°C之間。固有測(cè)溫分辨率為0.5°C?！?數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇?！?內(nèi)部有溫度上、下限控制設(shè)置。3．DS18B20的引腳介紹TO－92封裝的DS18B20的引腳排列見上圖,其引腳功能描述見表3-2表3-2DS18B20引腳功能描述序號(hào)名稱引腳功能描述1GND地信號(hào)2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下,也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí),此引腳必須接地。4.DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1－Wire總線協(xié)議方式,即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸,而對(duì)AT89S51單片機(jī)來說,硬件上并不支持單總線協(xié)議,因此,我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來完成對(duì)DS18B20芯片的訪問。5．DS18B20的主要特性

〔1適應(yīng)電壓范圍更寬,電壓范圍：+3.0～+5.5V,在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；〔2獨(dú)特的單線接口方式,DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；〔3DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能,多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上,實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫；〔4DS18B20在使用中不需要任何外圍元件,全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；〔5溫范圍－55℃～＋125℃,在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃；〔6可編程的分辨率為9～12位,對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃,可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫；〔7在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字,12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字,速度更快；〔8測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào),以"一線總線"串行傳送給CPU,同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼,具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；〔9負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí),芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀,但不能正常工作。6.DS18B20的通信協(xié)議數(shù)字式溫度傳感器和模擬傳感器最大的區(qū)別,是將溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào),然后通過串行通信的方式輸出。因此掌握DS18B20的通信協(xié)議是使用該器件的關(guān)鍵。由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù),因此,對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)類型；復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖時(shí)隙；寫"0"、寫"1"時(shí)隙。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備,單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開始,如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù),在進(jìn)行寫命令后,主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。1.復(fù)位和應(yīng)答脈沖時(shí)隙〔1每個(gè)通信周期起始于微控制器發(fā)出的復(fù)位脈沖,其后緊跟DS18B20發(fā)出的應(yīng)答脈沖,如圖3-3所示。在寫時(shí)隙期間,主機(jī)向DS18B20器件寫入數(shù)據(jù),而讀時(shí)隙期間,主機(jī)讀入來自DS18B20的數(shù)據(jù)。在每一個(gè)時(shí)隙,總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。圖3-3DS18B20的復(fù)位時(shí)序〔2DS18B20的讀時(shí)序?qū)τ贒S18B20的讀時(shí)序分為讀0時(shí)序和讀1時(shí)序兩個(gè)過程。如圖3-4〔下所示。DS18B20器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)隙時(shí),才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。所以在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后,必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)隙,以便DS18B20能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)隙至少需要60US。且在兩次獨(dú)立的讀時(shí)隙之間,至少需要1US的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)隙都有主機(jī)發(fā)起,至少拉低總線1US。讀時(shí)隙如下圖所示,在主機(jī)發(fā)起讀時(shí)隙之后,DS18B20器件才開始在總線上發(fā)送"0"或"1"。若DS18B20發(fā)送"1",則保持總線為高電平,若發(fā)送"0",則拉低總線,當(dāng)發(fā)送"0"時(shí),DS18B20在該時(shí)隙結(jié)束后釋放總線,由上拉電阻將總線拉回至空閑高電平狀態(tài)。DS18B20發(fā)出的數(shù)據(jù),在起始時(shí)隙之后,保持有效時(shí)間15US。因而主機(jī)在讀時(shí)隙期間,必須釋放總線。并且在時(shí)隙起始后的15US之內(nèi),采樣總線狀態(tài)。圖3-4DS18B20的讀寫時(shí)序〔3DS18B20的寫時(shí)序?qū)τ贒S18B20的寫時(shí)序仍然分為寫0時(shí)序和寫1時(shí)序兩個(gè)過程。如圖3-4〔上所示。當(dāng)主機(jī)將單總線DQ從邏輯高〔空閑狀態(tài)拉為邏輯低時(shí),即啟動(dòng)一個(gè)寫時(shí)隙。所有的寫時(shí)隙必須在60—120US完成,且在每個(gè)循環(huán)之間至少需要1US的恢復(fù)時(shí)間。寫0和寫1時(shí)隙如圖所示。在寫0時(shí)隙期間,微控制器在整個(gè)時(shí)隙中將總線拉低,而寫1時(shí)隙期間,微控制器將總線拉低,然后在時(shí)隙起始后15US內(nèi)釋放總線。6.DS18B20的外部電源供電方式在外部電源供電方式下,DS18B20工作電源由VDD引腳接入,此時(shí)I/O線不需要強(qiáng)上拉,不存在電源電流不足的問題,可以保證轉(zhuǎn)換精度,同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器,組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下,DS18B20的GND.在開發(fā)中使用外部電源供電方式,可以充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn),即使電源電壓VCC降到3V時(shí),依然能夠保證溫度量精度。溫度傳感器DS18B20的原理分析DS18B20測(cè)溫原理如圖3-5所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小,用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變,所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí),溫度寄存器的值將加1,計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入,計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí),停止溫度寄存器值的累加,此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性,其輸出用于修正計(jì)數(shù)值。圖3-5DS18B20的測(cè)溫原理3.3濕度傳感器HS1101的工作原理濕度測(cè)量簡(jiǎn)介1．濕度定義在計(jì)量法中規(guī)定,濕度定義為"物象狀態(tài)的量"。日常生活中所指的濕度為相對(duì)濕度,用RH%表示?？傃灾?即氣體中<通常為空氣中>所含水蒸氣量<水蒸氣壓>與其相同情況下飽和水蒸氣量<飽和水蒸氣壓>的百分比。2．濕度測(cè)量方法從測(cè)試的輸出參量上區(qū)分,濕度測(cè)量方法主要分為以下幾類：利用物質(zhì)幾何尺寸變化的測(cè)濕法〔伸縮法,干濕球法,冷凝露點(diǎn)法,氯化鋰露點(diǎn)法,電濕度測(cè)量法〔電阻法、電容法,電解法〔庫(kù)侖濕度計(jì)以及其它測(cè)濕方法。3．電子式濕度傳感器的特點(diǎn)電子式濕度傳感器是近幾十年,特別是近20年才迅速發(fā)展起來的。濕度傳感器生產(chǎn)廠在產(chǎn)品出廠前都要采用標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來逐支標(biāo)定,電子式濕度傳感器的準(zhǔn)確度可以達(dá)到2％一3％RH。在實(shí)際使用中,由于塵土、油污及有害氣體的影響,使用時(shí)間一長(zhǎng),會(huì)產(chǎn)生老化,精度下降,濕度傳感器年漂移量一般都在±2%左右,甚至更高。一般情況下,生產(chǎn)廠商會(huì)標(biāo)明1次標(biāo)定的有效使用時(shí)間為1年或2年,到期需重新標(biāo)定。

電子式濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長(zhǎng)期穩(wěn)定性去判斷,一般說來,電子式濕度傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和使用壽命都不是很好。濕度傳感器是采用半導(dǎo)體技術(shù),因此對(duì)使用的環(huán)境溫度有要求,超過其規(guī)定的使用溫度將對(duì)傳感器造成損壞。所以電子式濕度傳感器測(cè)濕方法更適合于在潔凈及常溫的場(chǎng)合使用。電子式濕度傳感器主要有電容式和電阻式兩種。電容式濕敏元件的優(yōu)點(diǎn)在于響應(yīng)速度快、體積小、線性度好、較穩(wěn)定,國(guó)外有些產(chǎn)品還具備高溫工作性能。但是達(dá)到上述性能的產(chǎn)品多為國(guó)外名牌,價(jià)格都較昂貴。市場(chǎng)上出售的一些電容式濕敏元件低價(jià)產(chǎn)品,往往達(dá)不到上述水平,線性度、一致性和重復(fù)性都不甚理想,30%RH以下,80%RH以上感濕段變形嚴(yán)重。有些產(chǎn)品采用單片機(jī)補(bǔ)償修正,使?jié)穸瘸霈F(xiàn)"階躍"性的跳躍,使精度降低,出現(xiàn)一致性差、線性差的缺點(diǎn)。無論高檔次或低檔次的電容式濕敏元件,長(zhǎng)期穩(wěn)定性都不理想,多數(shù)長(zhǎng)期使用漂移嚴(yán)重,濕敏電容容值變化為pF級(jí),1%RH的變化不足0.5pF,容值的漂移改變往往引起幾十%RH的誤差,大多數(shù)電容式濕敏元件不具備40℃以上溫度下工作的性能,往往失效和損壞。本系統(tǒng)中我們使用電容式濕度傳感器HS1101,這顆傳感器比較常見,適用于一些對(duì)精度要求不高的場(chǎng)合。濕度傳感器HS1101的簡(jiǎn)介1.基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件,這些相對(duì)濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)?？梢詰?yīng)用于辦公自動(dòng)化,車廂內(nèi)空氣質(zhì)量控制,家電,工業(yè)控制系統(tǒng)等。在需要濕度補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合它可以得到很大的應(yīng)用。2.特點(diǎn)：全互換性在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正長(zhǎng)時(shí)間飽和下快速脫濕可以自動(dòng)化焊接,包括波峰焊或水浸高可靠性與長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)可用于線性電壓或頻率輸出回爐快速反應(yīng)時(shí)間3.特性曲線如圖3-6。測(cè)量溫度Tα=25℃,測(cè)量時(shí)HS1101工作頻率為10KHz。圖3-6

HS1101特性曲線3.3.3濕度傳感器HS1101的原理分析HS1101測(cè)量濕度采用將HS1101置于555振蕩電路中,將電容值的變化轉(zhuǎn)換成電壓頻率信號(hào),可以直接被微處理器采集。設(shè)計(jì)的電路如圖3-7所示。圖3-7濕度測(cè)量電路555芯片外接電阻R57,R58與HS1101,構(gòu)成對(duì)HS1101的充電回路。7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路實(shí)現(xiàn)對(duì)HS1101的放電回路,并將引腳2,6端相連引入到片內(nèi)比較器,構(gòu)成一個(gè)多諧波振蕩器,其中,R57相對(duì)于R58必須非常的小,但決不能低于一個(gè)最小值。R51是防止短路的保護(hù)電阻。HS1101作為一個(gè)變化的電容器,連接2和6引腳。引腳作為R57的短路引腳。HS1101的等效電容通過R57和R58充電達(dá)到上限電壓〔近似于0.67

VCC,時(shí)間記為T1,這時(shí)555的引腳3由高電平變?yōu)榈碗娖?然后通過R58開始放電,由于R57被7引腳內(nèi)部短路接地,所以只放電到觸發(fā)界線〔近似于0.33

VCC,時(shí)間記為T2,這時(shí)555芯片的引腳3變?yōu)楦唠娖?。通過不同的兩個(gè)電阻R19,R20進(jìn)行傳感器的不停充放電,產(chǎn)生方波輸出。充電、放電時(shí)間分別為t1=C<R58+R57>ln2t2=C*R58*ln2輸出波形的頻率和占空比的計(jì)算公式如下：f=1/T=1/t1+t2=1/C<2R58+R57>ln2=1/180pf*1291*ln2=6208HzD=t1/T=R58+R57/2R58+R57=<620+51>/<620*2+51>=52%由此可以看出,空氣相對(duì)濕度與555芯片輸出頻率存在一定線性關(guān)系。表2給出了典型頻率濕度關(guān)系〔參考點(diǎn)：25℃,相對(duì)濕度：55%,輸出頻率：6.208kHz。可以通過微處理器采集555芯片的頻率,然后查表即可得出相對(duì)濕度值。010203040506070809010073517224710069766853672866006468633061806033第四章硬件設(shè)計(jì)4.1硬件設(shè)計(jì)的總體方案本設(shè)計(jì)主要由溫度采集、濕度采集、CPU控制、移位存儲(chǔ)電路、驅(qū)動(dòng)電路、顯示幾部分組成,是基于DS18B20、HS1101傳感器的溫濕度系統(tǒng)并能夠完成兩路溫濕度的循環(huán)檢測(cè)：每隔5S啟動(dòng)另一路溫度和另一路濕度,并通過兩個(gè)指示燈指示；并能實(shí)現(xiàn)溫濕度上下限的控制。溫度上下限的控制為：當(dāng)溫度高于45攝氏度時(shí)啟動(dòng)一臺(tái)繼電器〔風(fēng)扇；而當(dāng)溫度低于35攝氏度時(shí)關(guān)閉這臺(tái)繼電器〔風(fēng)扇。濕度上下限的控制為：當(dāng)濕度大于85%時(shí),啟動(dòng)另一臺(tái)繼電器〔加熱器；而當(dāng)濕度低于75%時(shí)關(guān)閉啟動(dòng)的繼電器〔加熱器。該設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度的循環(huán)檢測(cè),溫濕度傳感器能夠根據(jù)外界溫濕度的變化將環(huán)境值顯示在相應(yīng)的數(shù)碼管上的功能。1.系統(tǒng)板上硬件連線〔1把"單片機(jī)系統(tǒng)"區(qū)域中的P2.3－P2.6用線連接到第一片74HC595的DS、/OE、ST_CP、SH_CP相應(yīng)的端子上?！?把第二片74HC595的Q0-Q7端用8芯排線連接到"動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示"區(qū)域中的ABCDEFGH端子上?！?把第一片74HC595的Q0-Q7端用8芯排線連接到"動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示"區(qū)域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端子上?！?把兩片DS18B20芯片插入"四路單總線"區(qū)域中的任一個(gè)插座中,注意電源與地信號(hào)不要接反?！?把"四路單總線"區(qū)域中的對(duì)應(yīng)的DQ端子連接到"單片機(jī)系統(tǒng)"區(qū)域中的P3.6和P3.7端子上。2.系統(tǒng)主要部件選擇與設(shè)計(jì)●單片機(jī)芯片通過比較,選用89C51單片機(jī)來構(gòu)造本系統(tǒng)。該芯片具有4KB的快擦寫可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器EEPROM、256KB片內(nèi)RAM、3個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器、6個(gè)中斷源,無需進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展既可滿足任務(wù)要求,能較大幅度提高系統(tǒng)的性價(jià)比。該芯片的最大特點(diǎn)就是片內(nèi)的4K程序存儲(chǔ)器可在線或用編程器重復(fù)編程。在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中,單片機(jī)的P3.6、P3.7口用于兩路溫度傳感器的接口,P3.4-P3.5口用于兩路濕度傳感器的接口,P0.0、P0.1作為手動(dòng)加熱排風(fēng)的接口；P0.2,P0.3兩路溫濕度轉(zhuǎn)換指示燈的指示接口；P2.1、P2.2用于兩臺(tái)繼電器〔電扇和加熱器的接口。●溫度傳感器溫度測(cè)量采用了DS18B20溫度傳感器,它集溫度測(cè)量、A／D轉(zhuǎn)換于一體,其測(cè)量范圍寬<-55℃～+125℃>,精度高<0.0625℃>,DS18B20是一款具有單總線結(jié)構(gòu)的器件,具有較高的精度和重復(fù)性?！駶穸葌鞲衅鞅鞠到y(tǒng)采用電容式集成濕度傳感器HS1101來檢測(cè)外界環(huán)境的濕度。其測(cè)試濕度范圍是0%RH～99%RH,電容量從162pF～200pF,其誤差不大于±2%RH,響應(yīng)時(shí)間小于5s,溫度系數(shù)為0.04pF／℃,可見精度是較高的。HS1101電容傳感器在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件,其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。HS1101測(cè)量濕度采用將HS1101置于555振蕩電路中,將電容值的變化轉(zhuǎn)換成電壓頻率信號(hào),可以直接被微處理器采集。該器件具有不需校準(zhǔn)的完全互換性、高度可靠性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、快速響應(yīng)和專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu),適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路,可經(jīng)多路開關(guān)直接輸入到A/D轉(zhuǎn)換器?！駟纹€(wěn)壓開關(guān)電源開關(guān)電源體積小、效率高,被譽(yù)為高效節(jié)能電源,現(xiàn)己成為穩(wěn)壓電源的主導(dǎo)產(chǎn)品。當(dāng)今開關(guān)電源正向著集成化、智能化的方向發(fā)展。高度集成、功能強(qiáng)大的開關(guān)型穩(wěn)壓電源代表著開關(guān)電源發(fā)展的主流方向。開關(guān)型穩(wěn)壓電源是采用全控型電力電子器件作為開關(guān),利用控制開關(guān)的占空比來調(diào)整輸出電壓的新型電源,具有體積小、重量輕、噪音小,以及可靠性高等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)并制作出一種額定輸出功率為70W的通用的小功率開關(guān)電源,主要采用TOP249Y、PC817A、TL431等專用芯片以及其他的電路元件相配合,以及另一小功率輸出開關(guān)電源以TOP200、PC817等專用芯片以及其他電路元件相配合使設(shè)計(jì)出的開關(guān)電源具有自動(dòng)穩(wěn)壓功能。4.2硬件原理圖〔用Protel繪制4.2.1顯示部分的原理圖及說明說明：原理圖如圖4-1所示。本設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)多位LED顯示,為了簡(jiǎn)化電路,降低成本,節(jié)省系統(tǒng)資源,將所有的N位段選碼并聯(lián)在一起,有一片74HC595控制。由于所有LED的段選碼皆由一個(gè)74HC595并行輸出口控制,因此,在每一瞬間,N位LED會(huì)顯示相同的字符,就必須采用掃描的方法,及在每一瞬間只使用一位顯示字符。用另一片74HC595控制N位LED的位選碼,第一片74HC595并行輸出口輸出相應(yīng)字符段選碼,而第二片74HC595位選則控制I/O口在該顯示位送入選通電平,以保證該位顯示相應(yīng)字符。如此輪流,使每位分時(shí)顯示該位應(yīng)顯示字符。由于74HC595具有所存功能,而且串行輸入段選碼需要一定時(shí)間,因此,不需要延時(shí),即可形成視覺暫留效果。圖4－1顯示部分的原理圖4.2.2溫度檢測(cè)部分的原理圖及說明圖4-2溫度檢測(cè)部分的原理圖說明：溫度檢測(cè)部分的原理圖如圖4-2所示。用兩片溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)兩路溫度轉(zhuǎn)換,第一片溫度傳感器的接入口與單片機(jī)的P3.7口相連,第二片溫度傳感器的入口與單片機(jī)的P3.6口相連。注意溫度傳感器接入時(shí)要加上拉電阻,當(dāng)兩路溫度檢測(cè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換時(shí),有兩個(gè)指示燈指示,GREEN指示燈與單片機(jī)的P0.2相連,RED指示燈與單片機(jī)的P0.3相連。當(dāng)溫度超限時(shí),啟動(dòng)一臺(tái)繼電器,繼電器與單片機(jī)的P2.1口相連；另外還有手動(dòng)按鍵排風(fēng)功能,此按鍵與單片機(jī)的P0.0口相連。顯示部分在上面已有講述,這里不再贅述。4.2.3濕度檢測(cè)部分的原理圖及說明圖4-3濕度檢測(cè)部分原理圖說明：濕度檢測(cè)部分的原理圖如圖4-3所示。用兩片濕度傳感器HS1101實(shí)現(xiàn)兩路濕度轉(zhuǎn)換,第一片濕度傳感器的接入口與單片機(jī)的P3.4口相連,第二片溫度傳感器的入口與單片機(jī)的P3.5口相連。注意溫度傳感器接入時(shí)要加上拉電阻,當(dāng)兩路溫度檢測(cè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換時(shí),有兩個(gè)指示燈指示,GREEN指示燈與單片機(jī)的P0.2相連,RED指示燈與單片機(jī)的P0.3相連。當(dāng)溫度超限時(shí),啟動(dòng)一臺(tái)繼電器,繼電器與單片機(jī)的P2.2口相連；另外還有手動(dòng)按鍵加熱功能,此按鍵與單片機(jī)的P0.1口相連。顯示部分在上面已有講述,這里不再贅述。第五章軟件設(shè)計(jì)5.1軟件設(shè)計(jì)的總體方案系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化和模塊化設(shè)計(jì)方法,便于程序的編寫、調(diào)試和排除錯(cuò)誤,同時(shí)也便于檢驗(yàn)和維護(hù)。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和前面描述的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的具體情況,單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件程序主要由如下模塊組成：初始化模塊、數(shù)據(jù)〔采集處理模塊、中斷模塊、LED顯示模塊、控制模塊。溫濕度控制系統(tǒng)采用模塊化程序結(jié)構(gòu),可以分成以下程序模塊：〔1系統(tǒng)初始化程：首先完成變量的設(shè)定、輸入輸出口及外部部件的初始化工作?！?主程序MAIN：完成兩路溫濕度度采集及轉(zhuǎn)換并通過指示燈指示,溫濕度值的顯示,手動(dòng)控制啟動(dòng)加熱器與風(fēng)扇。〔3溫度采集程序temp,temp2:完成DS18B20的初始化并發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令,經(jīng)過指定時(shí)間后讀取轉(zhuǎn)換的溫度值。根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議,主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位,復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令,最后發(fā)送RAM指令,這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求CPU將數(shù)據(jù)線下拉500us,然后釋放。DS18B20收到信號(hào)后等待16到60us左右,后發(fā)出60到240us的存在低脈沖,CPU收到此信號(hào)后表示復(fù)位成功?！?濕度采集程序hs,hs2:完成HS1101頻率的取值并查表定范圍初,最后將所求的頻率值計(jì)算得出最終的濕度值?！?溫濕度轉(zhuǎn)化程序CHANGE：根據(jù)精度要求對(duì)采集到的溫濕度值進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)化成便于顯示的BCD碼值?！?顯示子程序DISPLAY：顯示實(shí)時(shí)溫度和濕度?！?DS18B20初始化子程序ow_reset：DS18B20在之前必須按照指定的要求完成初始化工作,否則無法正常工作?！?DS18B20讀寫子程序write_byte、read_byte、read_bit、write_bit完成對(duì)DS18B20的讀寫功能。〔9延時(shí)程序delay滿足DS18B20要求的延時(shí)間隔及程序中的延時(shí)功能。5.2主程序流程及其代碼流程圖如下圖5-1所示。圖5-1主程序流程圖主程序代碼：main<>{inti,v=0;while<1>{if<AN1==0>KM1=1;if<AN2==0>KM2=1;hs<>;if<v==0>{temp<>;RED=0;GREEN=1;display<>;}for<i=0;i<100;i++>display<>;v=1;if<v==1>{temp2<>;RED=1; GREEN=0;display<>;}v=0;for<i=0;i<100;i++>display<>;}}5.3部分顯示程序voidchange<unsignedcharled,unsignedintvalue>reentrant{s[led]=value/100;s[led+1]=<value%100>/10;s[led+2]=value%10;}voiddelay<void>{unsignedchari=250;while<i-->;}voiddisplay<void>{inti,j,k,t,m,delay=500;unsignedchardate;unsignedcharb=0x02;for<i=0;i<6;i++>{t=s[i];date=seg[t];if<<i==1>||<i==4>>date=date|0x80;for<j=0;j<8;j++>{DIO=<bit><date&0x01>;SRCK=0;_nop_<>;_nop_<>;//_nop_<>;//_nop_<>;SRCK=1;date>>=1;}date=~b;for<k=0;k<8;k++>{DIO=<bit><date&0x01>;SRCK=0;//_nop_<>;//_nop_<>;_nop_<>;_nop_<>;SRCK=1;date>>=1;}RCLK=0;//_nop_<>;//_nop_<>;_nop_<>;_nop_<>;RCLK=1;Enable=0;for<m=0;m<500;m++>;Enable=1;b<<=1;}}5.4溫度傳感器的流程及程序5.4.1對(duì)溫度傳感器的操作流程及相關(guān)程序temp<>{unsignedchartl,th;unsignedinttp;ow_reset<>;//復(fù)位DS18B20write_byte<0xcc>;//跳過ROM<跳過讀序號(hào)列號(hào)的操作>write_byte<0x44>;//轉(zhuǎn)換溫度delayms<>;//延時(shí)ow_reset<>;//復(fù)位DS18B20write_byte<0xcc>;//跳過ROMwrite_byte<0xbe>；//讀取溫度寄存器tl=read_byte<>;//讀第一字節(jié)th=read_byte<>;//讀第二字節(jié)tp=<th*256+tl>*0.625;//計(jì)算溫度change<0,tp>;//刷新顯示display<>;//送入點(diǎn)亮數(shù)碼管if<tp>450>KM1=1;//溫度超限,啟動(dòng)一臺(tái)繼電器if<tp<350>KM1=0;//溫度降低,關(guān)閉此繼電器}溫度傳感器的操作流程圖如下圖5-2所示。圖5-2溫度傳感器的操作流程5.4.2初始化子程序與DS18B20的所有通訊都是由一個(gè)單片機(jī)的復(fù)位脈沖和一個(gè)DS18B20的應(yīng)答脈沖開始的。單片機(jī)先發(fā)一個(gè)復(fù)位脈沖,保持低電平時(shí)間最少480μs,最多不能超過960μs。然后,單片機(jī)釋放總線,等待DS18B20的應(yīng)答脈沖。DS18B20在接受到復(fù)位脈沖后等待15～60μs才發(fā)出應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖能保持60～240μs。單片機(jī)從發(fā)送完復(fù)位脈沖到再次控制總線至少要等待480μs。流程圖你如圖5-3<a>所示。程序代碼如下：unsignedcharow_reset<void>{unsignedcharpresence;DQ1=0;delay<29>;DQ1=1;delay<3>;presence=DQ1;delay<25>;return<presence>;}5.4.3WRITE子程序?qū)憰r(shí)隙需要15～75μs,且在2次獨(dú)立的寫時(shí)隙之間至少需要1μs的恢復(fù)時(shí)間。寫時(shí)隙起始于單片機(jī)拉低總線。流程圖見圖5-3〔b所示。操作步驟：〔1數(shù)據(jù)線先置低電平"0"。

〔2延時(shí)確定的時(shí)間為微秒級(jí)別。

〔3按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)〔一次只發(fā)送一位。

〔4延時(shí)時(shí)間為微秒級(jí)別。

〔5將數(shù)據(jù)線拉到高電平。

〔6重復(fù)上〔1到〔6的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。

〔7最后將數(shù)據(jù)線拉高。程序代碼如下：voidwrite_bit<unsignedcharbitval>{DQ1=0;if<bitval>DQ1=1;delay<5>;DQ1=1;}voidwrite_byte<charval>{unsignedchari;unsignedchartemp;for<i=0;i<8;i++>{temp=val>>i;temp&=0x01; write_bit<temp>;}delay<5>;}5.4.4READ子程序讀時(shí)隙需15～60μs,且在2次獨(dú)立的讀時(shí)隙之間至少需要1μs的恢復(fù)時(shí)間。讀時(shí)隙起始于單片機(jī)拉低總線至少1μs。DSl8820在讀時(shí)隙開始15μs后開始采樣總線電平。流程圖見圖5-3〔c所示。程序代碼如下：unsignedcharread_bit<void>{unsignedchari;DQ1=0;DQ1=1;for<i=0;i<3;i++>;return<DQ1>;}unsignedcharread_byte<void>{unsignedchari;unsignedcharvalue=0;for<i=0;i<8;i++>{if<read_bit<>>value|=0x01<<i;delay<6>;}return<value>;}開始開始總線置1并延時(shí)總線置0并延時(shí)480us總線置1返回返回8位寫完？開始設(shè)循環(huán)次數(shù)為8總線置0,并延時(shí)16us寫1位數(shù)據(jù)延時(shí)480us總線置1,并延時(shí)16us返回返回8位讀完？開始設(shè)循環(huán)次數(shù)為8總線置0,并延時(shí)16us讀1位數(shù)據(jù)延時(shí)480us總線置1,并延時(shí)16us〔a復(fù)位流程〔b寫子程序流程〔c寫子程序流程圖5-3DS18B20的流程圖5.5濕度傳感器的程序中央處理器CPU的程序代碼hs<>{TMOD=0X15;TH0=0X00;TL0=0X00;TH1=0X4C;TL1=0X00;EA=1;ET1=1;TR0=1;TR1=1;}5.5.2濕度傳感器的頻率采集及轉(zhuǎn)換程序流程和代碼voidmh<void>{unsignedintm,h;h=TH0*256+TL0;for<p=0;p<10;p++>if<<h<nh[1][p]>&&<h>nh[1][p+1]>>{m=nh[0][p]*10+<nh[1][p]-h>*100/<nh[1][p]-nh[1][p+1]>;change<3,m>;if<m>850>KM2=1;if<m<750>KM2=0;break;}}濕度采集流程圖如圖5-4所示：圖5-4濕度采集流程圖第六章調(diào)試與性能分析6.1PROTUES的仿真PROTUES的概述ProteusISIS是英國(guó)Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上,可以仿真、分析<SPICE>各種模擬器件和集成電路,該軟件的特點(diǎn)是：①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器,如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。②支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。③提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能,同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài),因此在該軟件仿真系統(tǒng)中,也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境,如KeilC51uVision2等軟件。④具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊?該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件,功能極其強(qiáng)大。本章介紹ProteusISIS軟件的工作環(huán)境和一些基本操作。6.1.2PROTUES的工作界面ProteusISIS的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面,如圖6-1所示。包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇器窗口、圖形編輯窗口。圖6-1Protues的工作框圖6.1.3PROTUES的仿真