温度湿度计设计

温度湿度计设计 工 学 部 信息工程系 专 业电子信息工程 班 级 学 号 姓 名 指导教师 精品文档 II欢迎下载 沈阳航空航天大学北方科技学院 2016 年 6 月 沈阳航空航天大学北方科技学院沈阳航空航天大学北方科技学院 毕业设计 论文 任务书毕业设计 论文 任务书 系部信息工程系专业电子信息工程 班级 学号 姓名 毕业设计 论文 题目温度湿度计设计 毕业设计 论文 时间 2016 年 1 月 8 日至 2016 年 6 月 10 日 毕业设计 论文 进行地点北方科技学院 毕业设计 论文 的内容及要求 一 题目要求 设计一个由单片机控制的温度湿度测量电路 温度范围 0 70 摄氏 度 湿度范围不限 具有上下限报警功能 报警值可以设定 其他功能 自定 二 毕业设计基本内容 1 学习了解单片机系统的组成与工作原理 2 学习了解温度和湿度传感器工作原理并各选一个 3 掌握 Proteus 和 Keil uVision3 软件 对所设计的 温度湿度计 精品文档 IV欢迎下载 电路进行编程 仿真和调试 若有条件可制作硬件电路 4 第 4 周上交开题报告 2000 字以上 5 翻译外文资料 3000 字以上 6 撰写毕业设计论文 8000 字以上 三 参考文献 数字电子技术基础 高等教育出版社 低频电子线路 高等教育出版社 基于 Proteus 的电路及单片机系统设计与仿真 北京航空航天大学出版社 MCS 51 单片机应用设计 哈尔滨工业大学出版社 精品文档 VI欢迎下载 指导教师年月日 负责教师年月日 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 I 摘要摘要 温度和湿度是两个最基本的环境参数 人们生活与温湿度息息相关 在日常生 活 工业 医学 环境保护 化工 石油等领域 经常需要对环境温度和湿度进行 测量和控制 准确测量温湿度在生物制药 食品加工 造纸等行业更是至关重要 因此 研究温湿度的测量方法和装置具有重要的意义 本论文介绍了一种以 AT89C51 为主要控制器件 以 SHT11 为数字温度传感器的 新型数字温湿度计 本设计主要包括硬件电路的设计和系统软件的设计 关键词关键词 温湿度传感器 LCD1602 SHT11 精品文档 II II欢迎下载 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 III AbstractAbstract Temperature and humidity are two of the most basic environmental parameters people living closely related to temperature and humidity In daily life industrial medical environmental protection chemical oil and other fields often need to measure and control the temperature and the humidity of the environment Accurate measurement of temperature and humidity in the bio pharmaceutical food processing paper and other industries is crucial Therefore the temperature and humidity measuring method and device has important significance This paper introduces a kind of digital temperature and humidity based on AT89C51 as the main control device and SHT11 as digital temperature sensor This design mainly includes the design of hardware circuit and the design of the system software KeyKey words words temperature and humidity sensor LCD1602 SHT11 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 IV 目录目录 1 绪论 1 1 1 选题背景 1 1 2 目的和意义 1 1 3 技术要求和设计范围 2 1 4 发展现状 2 2 方案论证 4 2 1 方案设计思路 4 2 2 方案选择 4 2 3 设计流程 4 2 4 软件环境 5 2 4 1 PROTEUS 软件 5 2 4 2 Keil C51 软件 6 3 过程论述 8 3 1 AT89C51 单片机最小系统 8 3 1 1 AT89C51 单片机最小系统原理图 8 3 1 2 电源引脚 9 3 1 3 外接晶体引脚 9 3 1 4 复位 10 3 1 5 输入输出引脚 11 3 2 LCD1602 显示系统 12 3 2 1 LCD1602 显示系统 12 3 2 2 液晶显示器简介 12 3 2 3 LCD1602 引脚功能说明 13 3 2 4 LCD1602 的指令说明及时序 14 3 2 5 程序流程图 详细程序见附录 16 3 3 SHT11 传感器 17 3 3 1 温湿度传感器电路图 18 精品文档 V V欢迎下载 3 3 2 产品简介 18 3 3 3 SHT11 引脚 19 3 3 4 传感器的通讯 19 3 3 5 信号转换 23 3 3 6 传感器原理流程图 24 4 仿真与调试 25 4 1 实验目的与原理 25 4 2 仿真原理图 25 4 3 系统仿真以及显示结果 26 4 4 结果分析及测试总结 27 参考文献 28 致 谢 29 附录 总电路图 30 附录 程序 31 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 1 1 绪论 1 1 选题背景 20 世纪末 电子技术获得了飞速的发展 在其推动下 现代电子产品几乎渗透 了社会的各个领域 有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高 同 时也使现代电子产品性能进一步提高 产品更新换代的节奏也越来越快 目前 单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着 CMOS 化 低 功耗 小体积 大容量 高性能 低价格和外围电路内装化等几个方面发展 下面 是单片机的主要发展趋势 单片机应用的重要意义还在于 它从根本上改变了传统 的控制系统设计思想和设计方法 从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功 能 现在已能用单片机通过软件方法来实现了 这种软件代替硬件的控制技术也称 为微控制技术 是传统控制技术的一次革命 单片机模块中最常见之一的是传感器 温湿度显示报警系统是一种基于单片机 的用数字电路技术实现温湿度控制的装置 在实践社会生产当中拥有广泛的应用 1 2 目的和意义 随着社会的发展 人们对时间和环境中的温度及湿度的要求越来越高 尤其在 日常的生活中和人们的生活和健康有着紧密的联系 特别是当人们乘坐公共交通工 具时 温湿度以及实时时间和人们的出行都有着密切的联系 温湿度控制在日常生 活中使用比较普遍 如各种仪器控制箱 温室或生产车间的温度湿度控制 空调列 车车厢空气环境的控制等 常见的低端产品多采用机械指针式或水银柱式温湿度计 体积小 质量轻 价格低 安装简便 但是 此类产品测量精度低 没有 LED 显示 屏 不能向智能化方向发展 不利于进行功能扩展 如不能自动报警 目前 虽然在工业生产中和科研实验中通过对温湿度测量来进行自动控制的设 备越来越普及 应用场合也越来越多 但是 随之而来的问题是如何能够测得精确 的温湿度以保证自动控制设备能够正确地发出控制指令来控制生产过程 另一方面 精品文档 2 2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载 如果温度或者湿度过高过低可能会对一些设备中的一些半导体元器件造成损坏 因 此 对于自动温湿度报警的需求也在逐渐增加 本文基于以上方面的考虑 研究并 设计了一种基于单片机的自动温湿度显示与报警系统 一般温湿度控制系统中的温湿度测量均采用热敏电阻与湿敏电容 这种传统的 模拟式温湿度传感器一般都需要设计信号调理电路并经过复杂的校准和标定过程 因此测量精度难以保证 且在线性度 重复性 互换性等方面也存在一定问题 这 种传感器只适合那些测量点数较少 对精度要求不高的场合 因此设计出一款基于 单片机的精度高 稳定性好 成本低的温湿度显示报警系统具有重要实际意义 1 3 技术要求和设计范围 现代社会越来越多的实验都要求在严格的环境条件下完成 而温度和湿度是实 验室最基本的环境条件 也是对实验影响较大的因素 一般温湿度控制系统中的温 湿度测量均采用热敏电阻与湿敏电容 这种传统的模拟式温湿度传感器一般都需要 设计信号调理电路并经过复杂的校准和标定过程 因此测量精度难以保证 且在线 性度 重复性 互换性等方面也存在一定问题 这种传感器只适合那些测量点数较 少 对精度要求不高的场合 因此设计出一款精度高 稳定性好 成本低的温湿度 检测控制系统将具有一定的市场 本系统采用具有高精度 防干扰等优点的数字式 传感器 SHT11 不需要外部元件 可适配各种单片机 这为开发新一代的温湿度测 控系统提供了有利条件 同时也有助于将温湿度测控技术提高到新的水平 1 4 发展现状 单片机诞生于 20 世纪 70 年代末 经历了 SCM MCU SOC 三大阶段 1 SCM 即单片微型计算机阶段 主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构 创新模式 获得成功 奠定了 SCM 与通用计算机完全不同的发展道路 2 MCU 即微 控制器阶段 主要的技术发展方向是 不断扩展满足嵌入式应用时 对象系统要求 的各种外围电路与接口电路 突显其对象的智能化控制能力 3 单片机是嵌入式 系统的独立发展之路 向 MCU 阶段发展的重要因素 就是寻求应用系统在芯片上的 精品文档 3 3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载 最大化解决 因此 专用单片机的发展自然形成了 SOC 化趋势 随着微电子技术 IC 设计 EDA 工具的发展 基于 SOC 的单片机应用系统设计会有较大的发展 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 4 智能温度传感器在 20 世纪 90 年代中期问世 它是微电子技术 计算机技术和 自动测试技术的结晶 目前 国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品 智能 温度传感器内部包含温度传感器 A D 传感器 信号处理器 存储器和接口电路 有的产品还带多路选择器 中央控制器 随机存取存储和只读存储器 智能温度传 感器能输出温度数据及相关的温度控制量 适配各种微控制器 并且可通过软件来 实现测试功能 温度计也越来越智能化 跟电子温度计一样湿度计随着湿度传感器的发展趋于成熟 随着智能检测系统 的飞速发展 基于单片机的温湿度检测系统将多传感器系统结合在一起 如何把多 传感器集中于一个检测控制系统 综合利用来自多传感器的信息 获得对被测对象 的可靠了解和解释 以利于系统做出正确的响应 决策和控制以及报警 是智能检 测控制统中需要解决的重要问题 精品文档 5 5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载 2 方案论证 2 1 方案设计思路 温湿度报警系统的设计以单片机 AT89C51 为核心 通过控制单片机的 P1 口的 一些端口来调节当前温湿度的显示 完成了温湿度的显示报警功能 在程序中设置 温湿度范围后 达到指定范围后通过报警器的蜂鸣来实现温湿度控制的效果 让 LCD1602 液晶屏接到单片机的串口上 赋值来控制 1602 的显示 因此 整个方案设 计包含四个部分 即 单片机最小系统部分 显示部分 温湿度数据采集部分 报 警部分 2 2 方案选择 方案 单片机编程 用单片机设计电路 充分利用好 AT89C51 单片机的 I O 口 使用软硬件结合的方式 具体的基本框图如图 1 所示 图 1 单片机设计电路的基本框图 方案选择 从上述原理图看来 这种设计方案电路结构简单 条理清晰 调试 也相对方便 易于实现 2 3 设计流程 对于温湿度显示报警系统的设计 先用 Proteus 做电路仿真 再在 KEIL 软件中 精品文档 6 6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载 编写程序生成源代码 最后将 Proteus 和 KEIL 连接起来进行在线仿真 设计流程如 图 2 所示 图 2 系统设计流程图 2 4 软件环境 2 4 1 PROTEUS 软件 本设计主要用 Proteus7 5 电子设计软件进行电子线路的设计和仿真 Proteus 软件的功能很强大 它不仅可以在线仿真模拟电子 数字电子和单片机 还可以将 设计直接转换成 PCB 版图 因此 受到众多电子工程师的喜爱 电路原理图的设计 是仿真中的第一步 也是非常重要的一步 电路原理图设计得好坏将直接影响到后 面的工作 首先 原理图的正确性是最基本的要求 因为在一个错误的基础上所进 行的工作是没有意义的 其次 原理图应该布局合理 这样不仅可以尽量避免出错 也便于读图 便于查找和纠正错误 最后 在满足正确性和布局合理的前提下应力 求原理图的美观 电路原理图的设计过程可分为以下几个步骤 1 置电路图纸参数及相关信息 根据电路图的复杂程度设置图纸的格式 尺寸 方向等参数以及与设计有关的 精品文档 7 7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载 信息 为以后的设计工作建立一个合适的工作平面 2 装入所需要的元件 将所需的元件装入设计系统中 以便从中查找和选定所需的元器件 3 设置元件 将选定的元件放置到已建立好的工作平面上 并对元件在工作平面上的位置进 行调整 对元件的序号 参数 显示状态等进行定义和设置 以便为下一步的仿真 工作打好基础 4 连线电路图 利用 Proteus 所提供的各种工具 命令进行画图工作 将事先放置好的元器件 用具有电气意义的导线 网络标号等连接起来 布线结束后 一张完整的电路原理 图基本完成 5 调整 检查和修改 利用 Proteus 所提供的各种工具对前面所绘制的原理图做进一步的调整和修改 6 补充完善 对原理图做一些相应的说明 标注和修饰 增加可读性和可观性 7 仿真 这部分工作主要是对设计完成的原理图结合 KEIL 在线仿真 调试并修改程序 2 4 2 Keil C51 软件 Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开 发系统 与汇编相比 C 语言在功能上 结构性 可读性 可维护性上有明显的优 势 因而易学易用 用过汇编语言后再使用 C 来开发 体会更加深刻 精品文档 8 8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载 Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具 全 Windows 界面 另外重要的一点 只要看一下编译后生成的汇编代码 就能体会到 Keil C51 生成的目标代码效率非常之高 多数语句生成的汇编代码很紧凑 容易理解 在开 发大型软件时更能体现高级语言的优势 单片机开发中除必要的硬件外 同样离不开软件 我们写的汇编语言源程序要 变为 CPU 可以执行的机器码有两种方法 一种 Keil 软件图标是手工汇编 另一种是 机器汇编 目前已极少使用手工汇编的方法了 机器汇编是通过汇编软件将源程序 变为机器码 用于 MCS 51 单片机的汇编软件有早期的 A51 随着单片机开发技术的 不断发展 从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发 单片机的开发软件也在 不断发展 Keil 软件是目前最流行开发 MCS 51 系列单片机的软件 这从近年来各 仿真机厂商纷纷宣布全面支持 Keil 即可看出 Keil 提供了包括 C 编译器 宏汇编 连接器 库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案 通过一个集 成开发环境 uVision 将这些部份组合在一起 运行 Keil 软件需要 Pentium 或以 上的 CPU 16MB 或更多 RAM 20M 以上空闲的硬盘空间 WIN98 NT WIN2000 WINXP 等操作系统 掌握这一软件的使用对于使用 51 系列单 片机的爱好者来说是十分必要的 如果你使用 C 语言编程 那么 Keil 几乎就是你的 不二之选 目前在国内你只能买到该软件 而你买的仿真机也很可能只支持该软件 即使不使用 C 语言而仅用汇编语言编程 其方便易用的集成环境 强大的软件仿 真调试工具也会令你事半功倍 下面详细介绍 Keil C51 开发系统各部分功能和使用 1 Keil C51 单片机软件开发系统的整体结构 C51 工具包的整体结构 其中 uVision 与 Ishell 分别是 C51 for Windows 和 for Dos 的集成开发环境 IDE 可 以完成编辑 编译 连接 调试 仿真等整个开发流程 开发人员可用 IDE 本身或 其它编辑器编辑 C 或汇编源文件 然后分别由 C51 及 A51 编译器编译生成目标文件 OBJ 目标文件可由 LIB51 创建生成库文件 也可以与库文件一起经 L51 连接定 位生成绝对目标文件 ABS ABS 文件由 OH51 转换成标准的 Hex 文件 以供调试器 精品文档 9 9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载 dScope51 或 tScope51 使用进行源代码级调试 也可由仿真器使用直接对目标板进 行调试 也可以直接写入程序存贮器如 EPROM 中 2 使用独立的 Keil 仿真器时 注意事项 仿真器标配 11 0592MHz 的晶振 但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振 仿真器上的复位按钮只 复位仿真芯片 不复位目标系统 仿真芯片的 31 脚 EA 已接至高电平 所以仿 真时只能使用片内 ROM 不能使用片外 ROM 但仿真器外引插针中的 31 脚并不与仿 真芯片的 31 脚相连 故该仿真器仍可插入到扩展有外部 ROM 其 CPU 的 EA 引脚接 至低电平 的目标系统中使用 精品文档 10 10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载 3 过程论述 3 1 AT89C51 单片机最小系统 3 1 1 AT89C51 单片机最小系统原理图 最小系统包括晶体振荡电路 复位开关和电源部分 下面图 3 为 AT89C51 单片 机的最小系统电路 图 3 单片机最小系统电路图 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 11 3 1 2 电源引脚 Vcc 40 电源端 GND 20 接地端 工作电压为 5V 另有 AT89LV51 工作电压则是 2 7 6V 引脚功能一样 3 1 3 外接晶体引脚 XTAL1 19 XTAL2 18 图 4 晶振连接的内部 外部方式图 晶振连接的内部 外部方式如上图 4 所示 XTAL1 是片内振荡器的反相放大器 输入端 XTAL2 则是输出端 使用外部振荡器时 外部振荡信号应直接加到 XTAL1 而 XTAL2 悬空 内部方式时 时钟发生器对振荡脉冲二分频 如晶振为 12MHz 时 钟频率就为 6MHz 晶振的频率可以在 1MHz 24MHz 内选择 电容取 30PF 左右 系统 的时钟电路设计是采用的内部方式 即利用芯片内部的振荡电路 AT89 单片机内部 有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器 引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是此放大器 的输入端和输出端 这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自 激振荡器 外接晶体谐振器以及电容 C1 和 C2 构成并联谐振电路 接在放大器的反 精品文档 12 12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载 馈回路中 对外接电容的值虽然没有严格的要求 但电容的大小会影响震荡器频率 的高低 震荡器的稳定性 起振的快速性和温度的稳定性 因此 此系统电路的晶 体振荡器的值为 12MHz 电容应尽可能的选择陶瓷电容 电容值约为 33 F 在焊接 刷电路板时 晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近 以减少寄生电 容 更好地保证震荡器稳定和可靠地工作 3 1 4 复位 在振荡器运行时 有两个机器周期 24 个振荡周期 以上的高电平出现在此引 腿时 将使单片机复位 只要这个脚保持高电平 51 芯片便循环复位 复位后 P0 P3 口均置 1 引脚表现为高电平 程序计数器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零 当复位脚由高电平变为低电平时 芯片为 ROM 的 00H 处开始运行程序 复位是由外 部的复位电路来实现的 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式 此 电路系统采用的是上电与按钮复位电路 常用的复位电路如下图 5 所示 图 5 常用复位电路图 精品文档 13 13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载 3 1 5 输入输出引脚 1 P0 端口 P0 0 P0 7 P0 是一个 8 位漏极开路型双向 I O 端口 端口置 1 对端口写 1 时作高阻抗输入端 作为输出口时能驱动 8 个 TTL 对内部 Flash 程序存储器编程时 接收指令字节 校验程序时输出指令字节 要 求外接上拉电阻 在访问外部程序和外部数据存储器时 P0 口是分时转换的地址 低 8 位 数据 总线 访问期间内部的上拉电阻起作用 2 P1 端口 P1 0 P1 7 P1 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I 0 端口 输出时可驱动 4 个 TTL 端口置 1 时 内部上拉电阻将端口拉到高电平 作输入用 对内部 Flash 程序存储器编程时 接收低 8 位地址信息 3 P2 端口 P2 0 P2 7 P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I 0 端口 输出时可驱动 4 个 TTL 端口置 1 时 内部上拉电阻将端口拉到高电平 作输入用 对内部 Flash 程序存储器编程时 接收高 8 位地址和控制信息 在访问外部程序和 16 位外部数据存储器时 P2 口送出高 8 位地址 而在访问 8 位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变 4 P3 端口 P3 0 P3 7 P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I 0 端口 输出时可驱动 4 个 TTL 端口置 1 时 内部上拉电阻将端口拉到高电平 作输入用 对内部 Flash 程序存储器编程时 接控制信息 除此之外 P3 端口还用于一些专 门功能 具体如下表 1 表 1 P3 端口引脚兼用功能表 精品文档 14 14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载 P3 引脚兼用功能 P3 0串行通讯输入 RXD P3 1串行通讯输出 TXD P3 2外部中断 0 INT0 P3 3外部中断 1 INT1 P3 4定时器 0 输入 T0 P3 5定时器 1 输入 T1 P3 6外部数据存储器写选通 WR P3 7外部数据存储器写选通 RD 3 2 LCD1602 显示系统 3 2 1 LCD1602 显示系统 液晶显示器普遍地用于直观地显示数字系统或字符的运行状态和工作数据 按 照材料及产品工艺 单片机应用系统中常用的显示器有 发光二极管 LED 显示器 液晶 LCD 显示器 CRT 显示器等 LCD 显示器是现在最常用的显示器之一 其仿真电 路图如图 6 所示 精品文档 15 15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载 图 6 LCD1602 显示器的符号 3 2 2 液晶显示器简介 1 在日常生活中 我们对液晶显示器并不陌生 液晶显示模块已作为很多电 子产品的通过器件 如在计算器 万用表 电子表及很多家用电子产品中都可以看 到 显示的主要是数字 专用符号和图形 在单片机的人机交流界面中 一般的输 出方式有以下几种 发光管 LED 数码管 液晶显示器 发光管和 LED 数码管比较 常用 软硬件都比较简单 在前面章节已经介绍过 在此不作介绍 本章重点介绍 字符型液晶显示器的应用 在单片机系统中应用晶液显示器有以下几个优点 显示质量高 由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度 恒定发光 而不像阴极射线管显示器 CRT 那样需要不断刷新新亮 点 因此 液晶显示器画质高且不会闪烁 数字式接口 液晶显示器都是数字式的 和单片机系统的接口更加简单可靠 操 作更加方便 精品文档 16 16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载 体积小 重量轻 液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示 的目的 在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多 功耗低 相对而言 液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动 IC 上 因 而耗电量比其它显示器要少得多 2 液晶显示原理 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性 通过电压对其显示 区域进行控制 有电就有显示 这样即可以显示出图形 液晶显示器具有厚度薄 适用于大规模集成电路直接驱动 易于实现全彩色显示的特点 目前已经被广泛应 用在便携式电脑 数字摄像机 PDA 移动通信工具等众多领域 3 液晶显示器的分类 液晶显示的分类方法有很多种 通常可按其显示方式分 为段式 字符式 点阵式等 除了黑白显示外 液晶显示器还有多灰度有彩色显示 等 如果根据驱动方式来分 可以分为静态驱动 Static 单纯矩阵驱动 Simple Matrix 和主动矩阵驱动 Active Matrix 三种 3 2 3 LCD1602 引脚功能说明 LCD1602 采用标准的14 脚 无背光 或16 脚 带背光 接口 各引脚接口 编 号符号引脚说明如下所示 第1 脚 VSS 为地电源 第2 脚 VDD 接5V 正电源 第3 脚 VL 为液晶显示器对比度调整端 接正电源时对比度最弱 接地时对比 度最高 对比度过高时会产生 鬼影 使用时可以通过一个10K 的电位器调整对比 度 第4 脚 RS 为寄存器选择 高电平时选择数据寄存器 低电平时选择指令寄存 器 第5 脚 R W 为读写信号线 高电平时进行读操作 低电平时进行写操作 当 精品文档 17 17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载 RS 和R W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址 当RS 为低电平R W 为高电平 时可以读忙信号 当RS 为高电平R W 为低电平时可以写入数据 第6 脚 E 端为使能端 当E 端由高电平跳变成低电平时 液晶模块执行命令 第7 14 脚 D0 D7 为8 位双向数据线 第15 脚 背光源正极 第 16 脚 背光源负极 3 2 4 LCD1602 的指令说明及时序 1602 液晶模块的读写操作 屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的 说明 1 为高电平 0 为低电平 指令 1 清显示 指令码 01H 光标复位到地址 00H 位置 指令 2 光标复位 光标返回到地址 00H 指令 3 光标和显示模式设置 I D 光标移动方向 高电平右移 低电平左移 S 屏 上所有文字是否左移或者右移 高电平表示有效 低电平则无效 指令 4 显示开关控制 D 控制整体显示的开与关 高电平表示开显示 低电 平表示关显示 C 控制光标的开与关 高电平表示有光标 低电平表示无光标 B 控制光标是否闪烁 高电平闪烁 低电平不闪烁 指令 5 光标或显示移位 S C 高电平时移动显示的文字 低电平时移动光标 指令 6 功能设置命令 DL 高电平时为 4 位总线 低电平时为 8 位总线 N 低 电平时为单行显示 高电平时双行显示 F 低电平时显示 5x7 的点阵字符 高电平 时显示 5x10 的点阵字符 指令 7 字符发生器 RAM 地址设置 精品文档 18 18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载 指令 8 DDRAM 地址设置 指令 9 读忙信号和光标地址 BF 为忙标志位 高电平表示忙 此时模块不能 接收命令或者数据 如果为低电平表示不忙 指令 10 写数据 指令 11 读数据 1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令 如表 2 所示 表 2 1602 液晶模块内部的控制器的 11 条控制指令 序号指令RSR WD7D6D5D4D3D2D1D0 1清显示0000000001 2光标返回000000001 3置输入模式00000001I DS 4显示开 关控制0000001DCB 5光标或字符移位000001S CR L 6置功能00001DLNF 7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址 8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址 精品文档 19 19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载 9读忙标志或地址01BF计数器地址 10写数到 CGRAM 或 DDRAM 10要写的数据内容 11从 CGRAM 或 DDRAM 读数11读出的数据内容 基本操作时序表与读写操作时序如表 3 和图 7 8 所示 表 3 基本操作时序表 读状态输入RS L R W H E H输出D0 D7 状态字 写指令输入 RS L R W L D0 D7 指令码 E 高脉 冲 输出无 读数据输入RS H R W H E H输出D0 D7 数据 写数据输入RS H R W L D0 D7 数据 E 高脉冲输出无 图 7 读操作时序 精品文档 20 20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载 图 8 写操作时序 3 2 5 程序流程图 详细程序见附录 精品文档 21 21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载 图 9 程序流程图 3 3 SHT11 传感器 3 3 1 温湿度传感器电路图 图 10 温湿度传感器电路图 3 3 2 产品简介 SHT11 属于 Sensirion 温湿度传感器家族中的贴片封装系列 传感器将传感元 件和信号处理电路集成在一块微型电路板上 输出完全标定的数字信号 传感器包 括一个电容性聚合体测湿敏感元件 一个用能隙材料制成的测温元件 并在同一芯 片上 与 14 位的 A D 转换器以及串行接口电路实现无缝连接 因此 该产品具有 精品文档 22 22欢迎下载22欢迎下载22欢迎下载22欢迎下载22欢迎下载22欢迎下载 品质卓越 响应迅速 抗干扰能力强 性价比高等优点 传感器芯片此说明书适用 于 SHT1x V4 SHT1x V4 是第四代硅传感芯片 除了湿度 温度敏感元件以外 还 包括一个放大器 A D 转换器 OTP 内存和数字接口 材质传感器的核心为 CMOS 芯 片 外围材料顶层采用环氧 LCP 底层为 FR4 传感器符合 ROHS 和 WEEE 标准 因 此不含 Pb Cd Hg Cr 6 PBB PBDE 现市场上多用 HTC 1 型号电子式温度湿度计 产品规格 湿度分辨率 1 温度测量范围 10 70 温度测量精度 约 1 0 1 8 oF 温度分辨率 0 1 0 2 oF 湿度测量范围 10 RH 99 RH 湿度测量精度 5 30 70 7 20 30 9 20 以下 图 11 温湿度计实物 精品文档 23 23欢迎下载23欢迎下载23欢迎下载23欢迎下载23欢迎下载23欢迎下载 3 3 3 SHT11 引脚 图 11 SHT11 引脚图 图图 1212 SHT11SHT11 引脚图引脚图 1 电源引脚VDD GND SHT11的供电电压范围为2 4 5 5V 建议供电电压为3 3V 在电源引脚 VDD GND 之间须加一个100nF的电容 用以去耦滤波 SHT10 的串行接口 在传 感器信号的读取及电源损耗方面 都做了优化处理 传感器不能按照I2C协议编址 但是 如果I2C 总线上没有挂接别的元件 传感器可以连接到I2C 总线上 但单片 机必须按照传感器的协议工作 2 串行时钟输入SCK SCK 用于微处理器与SHT11 之间的通讯同步 由于接口包含了完全静态逻辑 因而不存在最小SCK频率 3 串行数据 DATA DATA 引脚为三态结构 用于读取传感器数据 当向传感器发送命令时 DATA 在SCK 上升沿有效且在SCK 高电平时必须保持稳定 DATA 在SCK 下降沿之后改变 为确保通讯安全 DATA 的有效时间在SCK 上升沿之前和下降沿之后应该分别延长至 精品文档 24 24欢迎下载24欢迎下载24欢迎下载24欢迎下载24欢迎下载24欢迎下载 TSU and THO 参见图 10 当从传感器读取数据时 DATA TV 在 SCK 变低以后有 效 且维持到下一个SCK 的下降沿 为避免信号冲突 微处理器应驱动DATA 在低电 平 需要一个外部的上拉电阻 例如 10k 将信号提拉至高电平 上拉电阻通常 已包含在微处理器的I O 电路中加重的DATA线由传感器控制 普通的DATA 线由单片 机控制 有效时间依据SCK 的时序 图 13 时序图 图 14 启动传输时序图 后续命令包含三个地址位 目前只支持000 和五个命令位 SHT1x 会以下 述方式表示已正确地接收到指令 在第8 个SCK 时钟的下降沿之后 将DATA 下拉为 低电平 ACK 位 在第9 个SCK时钟的下降沿之后 释放DATA 恢复高电平 精品文档 25 25欢迎下载25欢迎下载25欢迎下载25欢迎下载25欢迎下载25欢迎下载 3 3 4 传感器的通讯 1 启动传感器 首先 选择供电电压后将传感器通电 上电速率不能低于1V ms 通传感器需要 11ms 进入休眠状态 在此之前不允许对传感器发送任何命令 2 发送命令 用一组 启动传输 时序 来完成数据传输的初始化 它包括 当 SCK 时钟高电 平时 DATA 翻转为低电平 紧接着 SCK 变为低电平 随后是在 SCK 时钟高电平时 DATA 翻转为高电平 参见图 12 启动传输 时序后续命令包含三个地址位 目前 只支持 000 和五个命令位 SHT1x 会以下述方式表示已正确地接收到指令 在 第 8 个 SCK 时钟的下降沿之后 将 DATA 下拉为低电平 ACK 位 在第 9 个 SCK 时钟的下降沿之后 释放 DATA 恢复高电平 命令代码预留 0000 x 温度测量 00011 湿度测量 00101 读状态寄存器 00111 写状态寄存器 00110 预留 0101x 1110 x 软复位 接口复位 状态寄存器复位即恢复为默认状态 在要发送下一个命令前 至 少等待 11ms 3 温湿度测量 发布一组测量命令 00000101 表示相对湿度 RH 00000011 表示温度 T 后 控 制器要等待测量结束 这个过程需要大约 20 80 320ms 分别对应 8 12 14bit 测量 确切的时间随内部晶振速度 最多可能有 30 的变化 SHT1x 通过下拉 DATA 至低 电平并进入空闲模式 表示测量的结束 控制器在再次触发 SCK 时钟前 必须等待 这个 数据备妥 信号来读出数据 检测数据可以先被存储 这样控制器可以继续执 行其它任务在需要时再读出数据 接着传输 2 个字节的测量数据和 1 个字节的 CRC 奇偶校验 可选择读取 uC 需要通过下拉 DATA 为低电平 以确认每个字节 所有 的数据从 MSB 开始 右值有效 例如 对于 12bit 数据 从第 5 个 SCK 时钟起算 作 MSB 而对于 8bit 数据 首字节则无意义 在收到 CRC 的确认位之后 表明通 讯结束 如果不使用 CRC 8 校验 控制器可以在测量值 LSB 后 通过保在测量和通 讯结束后 SHT1x 自动转休眠模式 精品文档 26 26欢迎下载26欢迎下载26欢迎下载26欢迎下载26欢迎下载26欢迎下载 4 通讯复位时序 如果与SHT1x 通讯中断 可通过下列信号时序复位 当DATA 保持高电平时 触 发SCK 时钟9 次或更多 参阅图13 接着发送一个 传输启动 时序 这些时序只复 位串口 状态寄存器内容仍然保留 图 15 复位时序 5 CRC 8 Checksum 计算 数据传输的可靠性由CRC 8 的校验来保证 它确保可以检测并去除所有错误数 据 状态寄存器SHT1x 的某些高级功能可以通过给状态寄存器发送指令来实现 如 选择测量分辨率 电量不足提醒或启动加热功能等 在读状态寄存器或写状态寄存 器之后 8 位状态寄存器的内容将被读出或写入 如图所示 图 16 8 位状态寄存器的内容 精品文档 27 27欢迎下载27欢迎下载27欢迎下载27欢迎下载27欢迎下载27欢迎下载 3 3 5 信号转换 1 相对湿度 湿度的非线性补偿请参阅下图 为获得精确的测量数据 建议用以下公式进行 信号转换 linear 1 2 RH 3 RH RH c c SO c SO RH 图 17 从 SORH 到相对湿度的转化 2 湿度信号的温度补偿 由于实际温度与测试参考温度25 77 的显著不同 湿度信号需要温度补 偿 温度校正粗略对应于0 12 RH 50 RH true C 1 2 RH linear RH T 25 t t SO RH 温度由能隙材料PTAT 正比于绝对温度 研发的温度传感器具有极好的线性 可用如下公式将数字输出 SOT 转换为温度值 温度转换系数如下图所示 1 2 T T d d SO 精品文档 28 28欢迎下载28欢迎下载28欢迎下载28欢迎下载28欢迎下载28欢迎下载 图 18 温度转换系数 1 3 露点 SHT1x 并不直接进行露点测量 但露点可以通过温度和湿度读数计算得到 由于温度和湿度在同一块集成电路上测量 SHT1x 可测量露点 露点的计算方法很 多 绝大多数都很复杂 对于 40 50 C 温度范围的测量 通过下面的的公式可得 到较好的精度 参数见下图所示 图 19 露点 Td 计算参数 3 3 6 传感器原理流程图 精品文档 29 29欢迎下载29欢迎下载29欢迎下载29欢迎下载29欢迎下载29欢迎下载 图 20 传感器原理流程图 4 仿真与调试 4 1 实验目的与原理 在此介绍一下我设计温湿度控制系统的工作原理 精品文档 30 30欢迎下载30欢迎下载30欢迎下载30欢迎下载30欢迎下载30欢迎下载 论文要求 设计一个由单片机控制的温度湿度测量电路 温度范围温度范围 0 70 摄氏度 湿度范围不限 具有上下限报警功能 报警值可以设定 其他功能自定 具体要求 1 传感器采用 SHT11 集成传感器 2 LED 温湿度显示 精确到一位小数 3 超范围发光二极管报警 第一步 实现将 sht11 中的数据读入到单片机中然后显示到显示器上 第二步 调节 sht11 上的数据为 n 若 n 在温度 0 70 范围内则正常显示到温度 显示器上 若超出范围则报警 同理 若 n 在湿度 0 55 范围内则正常显示到湿度 显示器上 若超出范围则报警 4 2 仿真原理图 用 Proteus 软件 根据要求画出温湿度显示报警系统的的原理图如下 P14 P15 P34 P35 P30 P31 P32 P33 P24 P25 P26 P27 P36 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 5 T1 15 P2 7 A15 28 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 AT89C51 C1 33pF C2 33pF X1 CRYSTAL 起起振振电电路路 2 3 4 5 6 7 8 9 1 RP1 RESPACK 8 温温度度上上限限加加 温温度度上上限限减减 Q1 NPN BUZ1 BUZZER 报报警警 49 0 54 0 RH 癈 DATA 2 SCK 3 U2 SHT11 湿湿度度上上限限加加 湿湿度度上上限限减减 C3 1uF 复复位位电电路路 P24 P25 P26 P27 图 22 温湿度显示报警系统的的原理图 精品文档 31 31欢迎下载31欢迎下载31欢迎下载31欢迎下载31欢迎下载31欢迎下载 4 3 系统仿真以及显示结果 用 Proteus 和 keil 软件联调 运行期间仿真软件调试程序结果如图 23 24 所 示 当调节传感器使湿度在 49 时 湿度显示器显示为 49 湿度超出设置范围 发 出蜂鸣信号 开始报警 当调节传感器使温度在 54 度时 温度显示器显示为 54 度 在误差允许范围之内 温度超出设置范围 发出蜂鸣信号 开始报警 P14 P15 P34 P35 P30 P31 P32 P33 P24 P25 P26 P27 P36 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 5 T1 15 P2 7 A15 28 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 AT89C51 C1 33pF C2 33pF X1 CRYSTAL 起起振振电电路路 2 3 4 5 6 7 8 9 1 RP1 RESPACK 8 温温度度上上限限加加 温温度度上上限限减减 Q1 NPN BUZ1 BUZZER 报报警警 49 0 54 0 RH癈 DATA 2 SCK 3 U2 SHT11 湿湿度度 温温度度 湿湿度度上上限限加加 湿湿度度上上限限减减 C3 1uF 复复位位电电路路 P24 P25 P26 P27 温温度度下下限限加加 温温度度下下限限减减 湿湿度度下下限限加加 湿湿度度下下限限减减 图 23 仿真运行结果图 精品文档 32 32欢迎下载32欢迎下载32欢迎下载32欢迎下载32欢迎下载32欢迎下载 图 24 SHT11 运行结果 4 44 4 结果分析及测试总结结果分析及测试总结 采用 Proteus 进行单片机仿真 可以大大缩短单片机的开发周期 它不仅能仿 真