电脑显示的数字温湿度计设计

河南大学物理与电子学院2012 级单片机课程设计论文电脑显示的数字温湿度计设计河南大学物理与电子学院电子开放实验室目 录0 前言 .1 系统总体概述 .1.1 系统功能 .1.2 系统组成 .2 系统硬件设计 .2.1 单片机及其最小系统 .2.2 温湿度电路模块 .2.3 时钟电路模块 .2.4 显示电路模块 .2.5 通信电路模块 .2.6 按键电路模块 .2.7 报警电路模块 .3 系统软件设计 .3.1 温湿度程序设计 .3.2 时钟程序设计 .3.3 显示程序设计 .3.4 上位机程序设计 .4 系统制作与调试 .4.1 电路焊接与制作 .4.2 主要调试方法 .4.3 硬件调试 .4.4 软件调试 .5 结论 .参考文献 .河南大学物理与电子学院单片机课程设计论文1基于单片机的数字温湿度采集与处理系统设计陈看 席俊辉（河南大学物理与电子学院，河南 开封，475004）0 前言随着科技的不断进步，在工业生产中温度与湿度是常用的被控参数，而采用单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。本文从硬件和软件两方面入手，分别介绍了以宏晶科技的 STC12C5A60S2 单片机为核心的数字温湿度采集与处理系统。关键词：单片机 STC12C5A60S2 温湿度传感器 DHT11 1 系统总体概述根据要实现的功能，综合比较几种设计方法，以下是对系统要实现的功能和系统如何来实现分别论证。1.1 系统功能本设计是一个数字温度控制系统，要实现以下功能。1.1.1 温度和湿度的数据采集与处理，并具有限温报警功能1.1.2 具有实时时钟功能。1.1.3 时间、温度和湿度的显示。1.1.4 为增强系统的稳定性，应具有故障检测能力。1.2 系统组成本设计硬件和软件均采用自上而下、模块化设计的思想，尽量降低各个子模块之间的耦合度。由各个模块分别完成部分功能，最后再由主模块将其整合，形成一个完整的系统。以下是按制作进度排列的各个模块。1.2.1 单片机最小系统1.2.2 串口通信模块1.2.3 显示电路模块1.2.4 温湿度采集与处理模块1.2.5 报警电路模块1.2.6 按键电路模块1.2.7 实时时钟模块河南大学物理与电子学院单片机课程设计论文22 系统硬件设计系统各个硬件组成图：2.1 单片机及其最小系统STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051,但速度快 8-12 倍。内部集成 MAX810 专用复位电路,2 路PWM,8路高速 10 位 A/D 转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。1. 增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051；2. 2.工作电压：STC12C5A60S2 系列工作电压：5.5V-3.3V（5V 单片机）STC12LE5A60S2 系列工作电压：3.6V-2.2V（3V 单片机） ； 3.工作频率范围：0 - 35MHz，相当于普通 8051 的 0420MHz ； 4.用户应用程序空间 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字节；河南大学物理与电子学院单片机课程设计论文35.片上集成 1280 字节 RAM； 6.通用 I/O 口（36/40/44 个） ，复位后为：准双向口/弱上拉（普通 8051 传统 I/O 口） ，可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏，每个 I/O 口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55Ma；7.外部中断 I/O 口 7 路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的 PCA 模块，INT0/P3.2 ,INT1/P3.3,T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通过寄存器设置到 P4.2 ),CCP1/P1.4 (也可通过寄存器设置到 P4.3)；8.A/D 转换, 10 位精度 ADC，共 8 路，转换速度可达 250K/S(每秒钟 25 万次)9.通用全双工异步串行口(UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用定时器或 PCA 软件实现多串口；2.2 温湿度电路模块DHT11 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个 NTC 测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个 DHT11 传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在 OTP 内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 20 米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。河南大学物理与电子学院单片机课程设计论文4总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待 DHT11 响应,主机把总线拉低必须大于 18 毫秒,保证 DHT11 能检测到起始信号。 DHT11 接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号结束,然后发送 80us 低电平响应信号 .主机发送开始信号结束后,延时等待 20-40us 后, 读取 DHT11 的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换到输入模式,或者输出高电平均可, 总线由上拉电阻拉高。数字 0 信号表示方法如图数字 1 信号表示方法如图河南大学物理与电子学院单片机课程设计论文52.3 时钟电路模块DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片。内含有一个实时时钟/日历和 31 字节静态 RAM 通过简单的串行接口与单片机进行通信 实时时钟/日历电路提供秒 分 时 日 日期 月 年的信息 每月的天数和闰年的天数可自动调整 时钟操作可通过 AM/PM 指示决定采用 24 或 12 小时格式 DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线 1 RES 复位 2 I/O 数据线 3 SCLK 串行时钟 时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达 31 个字节的字符组方式通信 DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于 1mW。DS1302 是由 DS1202 改进而来增加了以下的特性双电源管脚用于主电源和河南大学物理与电子学院单片机课程设计论文6备份电源供应 Vcc1 为可编程涓流充电电源。附加七个字节存储器它广泛应用于电话、传真、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域。2.4 显示电路模块显示部分采用的是 TFT1P3080-E 320*480 LCD 点阵式显示屏和 ILI9481 显示驱动器组成的 LCD 显示模块。其中 ILI9481 是一个 262144 颜色的单片集成SoC 驱动，可驱动一个大小为 320*480 点阵 LCD 液晶显示器，内部有 345600字节的 GRAM 以显示图像。支持 18、16、9、8 比特的并行数据总线接口和串行数据总线 SPI，本次设计采用 16 位并行数据总线接口。以下是 LCD 显示模块的接口电路图：2.5 通信电路模块RS-232 是美国电子工业联盟（EIA）制定的串行数据通信的接口标准，原始编号全称是 EIA-RS-232（简称 232，RS232） 。它被广泛用于计算机串行接口外设连接。在 RS-232 标准中，字符是以一串行的比特串来一个接一个的串行（serial）方式传输，优点是传输线少，配线简单，传送距离可以较远。最常用的编码格式是异步起停（asynchronous start-stop）格式，它使用一个起始比特后面紧跟 7 或 8 个数据比特（bit） ，然后是可选的奇偶校验比特，最后是一或两河南大学物理与电子学院单片机课程设计论文7个停止比特。所以发送一个字符至少需要 10 比特，带来的一个好的效果是使全部的传输速率，发送信号的速率以 10 划分。一个最平常的代替异步起停方式的是使用高级数据链路控制协议（HDLC） 。在 RS-232 标准中定义了逻辑 1 和逻辑 0 电压级数，以及标准的传输速率和连接器类型。信号大小在正的和负的 315v 之间。RS-232 规定接近 0 的电平是无效的，逻辑 1 规定为负电平，有效负电平的信号状态称为传号 marking，它的功能意义为 OFF，逻辑 0 规定为正电平，有效正电平的信号状态称为空号spacing，它的功能意义为 ON。根据设备供电电源的不同，5、10、12 和15 这样的电平都是可能的。UART 作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。其中各位的意义如下：起始位：先发出一个逻辑”0”的信号，表示传输字符的开始。资料位：紧接着起始位之后。资料位的个数可以是 4、5、6、7、8 等，构成一个字符。通常采用 ASCII 码。从最低位开始传送，靠时钟定位。奇偶校验位：资料位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数( 奇校验 )，以此来校验资料传送的正确性。停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是 1 位、1.5 位、2 位的高电平。 由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。3 空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有资料传送。河南大学物理与电子学院单片机课程设计论文8波特率：是衡量资料传送速率的指标。表示每秒钟传送的符号数（symbol） 。一个符号代表的信息量（比特数）与符号的阶数有关。例如资料传送速率为120 字符/秒，传输使用 256 阶符号，每个符号代表 8bit，则波特率就是120baud，比特率是 1