数字温度湿度计设计

1、目录1 总体设计以及介绍 (12 芯片介绍 (32.1 单片机AT89C52 (32.2 外围晶振电路设计及引脚介绍 (32.3 DHT11温湿度传感器 (52.4 DHT11串行接口(单线双向 (52.5 DHT11与单片机级联电路 (72.6 DHT11引脚说明 (83 系统设计 (93.1 总体电路图 (93.2 LED驱动及显示 (94 软件设计 (115 总结 (13参考文献 (141 总体设计及介绍数字温湿度计可以准确的判断和测量温湿度,以数字显示,而非指针或水银显示。故称数字温湿度计或数字温湿度表。数字温湿度计采用进口芯片组装精度高、高稳定性,误差0.5%,内电源、微功耗、不锈钢

2、外壳,防护坚固,美观精致。数字温湿度计采用进口高精度、低温漂、超低功耗集成电路和宽温型液晶显示器,内置高能量电池连续工作5年无需敷设供电电缆,是一种精度高、稳定性3好、适用性极强的新型现场温湿度显示仪。是传统现场指针双金属温湿度计的理想替代产品,广泛应用于各类工矿企业,大专院校,科研院所。温湿度数我们日常生产和生活中实时在接触到的物理量,但是它是看不到的,仅凭感觉只能感觉到大概的温湿度值,传统的指针式的温湿度计虽然能指示温湿度,但是精度低,使用不够方便,显示不够直观,数字温湿度计的出现可以让人们直观的了解自己想知道的温湿度到底是多少度。本文介绍了利用单片机AT89C52,DHT11温湿度传感器

3、,计便携式数字温湿度计的方法,并给出了具体的电路和软件设计的流程图。 图1-1 硬件流程模块图根据设计要求所需的实现要求,将总电路分为单片机时钟电路、复位电路、LED显示电路、DHT11传感器电路几个模块。在本系统中采用内部时钟电路,由一个石英晶体管振荡器和两个微调电容组成;复位电路中给给RST引脚连续输入2个机器周期(即24个时钟振荡周期以上高电平,就可完成初始化操作;显示电路与单片机I/O相连,采用4段8位共阳LED显示管显示温湿度。温湿度是工业生产和科学实验中的重要参数之一, 在化工、冶金、医药、航空等领域里, 温湿度的高低直接影响到许多产品的质量及使用寿命, 研究和设计高性能的温湿度控

4、制系统具有非常重要的意义。本文利用单片机技术设计了一种数字温湿度计,所采用的单片机为AT89C52温传感器使用DHT11,用8位共阳LED 数码管显示温湿度值,实现对温湿度的准确测量。2 芯片资料2.1 单片机AT89C52AT89C52 ATMEL是一种低功耗,高性能CMOS 8位单片机.片内含8K byTES的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,与标准80C51指令系统及80C52 产品引脚兼容,片内置通用8位中央处理器(CPU 和F LASH由存储单元,功能强大AT89C52单片适用于许多较为复杂控制应用场合。2.2 外围晶振电路

5、设计及引脚介绍AT89C52的引脚图如下图1所示。 图2-1 AT89C52引脚图Vcc:电源电压GND:地P0:P0口是一组8位漏极开路型双向1/O 口,也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时.每位能吸收电流的方式驱动8个TTL 逻辑门电路,对端口P0 写“1”时,可作为高阻抗输入端用。P0口也可以配置为复低位地址/数据总线和内存数据访问外部程序。在这种模式下,P 0具有内部上拉电阻。在FLASH由编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。P1:P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,Pl的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流4个TTL逻辑门电路。

6、对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL,此外,Pl.0 和P1.1还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入(Pl. 0/T2 和输入(P1.1/T2EX 。P2:P2 是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流4个TTL逻辑电路。对端口P2写“l",通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口,作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(llt 。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(

7、例如执行MOvxDPTR 指令时,P2送出高8 位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器、如执行MOVXRI指令时,P2口输出P2锁存器的内容。FLASH编程或校验时,P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3:P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流(IIL .此外,P3口还接收一些用于FLASH闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST:复位输入。当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE

8、/PROG:一般情况下,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(PROG。如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR区中的8EH单元的D0位置位.可禁止A LE操作。该位置位后,只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活,此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE禁止位无效。PSEN:程序储存允许PSEN输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89C52由外部程序存储器取指令(或数据时,每个机器周期两次PSEN有效,即

9、输出两个脉冲。在此期间,当访问外部数据存储器,将跳过两次PSEN信号。EA/VPP:外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH , EA端必须保持低电平(接地.需注怠的是:如果加密位LBI被编程,复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平(接Vcc端。flash存储器编程时,该引脚加上+12V的编程允许电源VPP ,当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP 。XTAL1:振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端.XTAL1:振荡器反相放大器的输出端。AT89C52单片机最小系统电路图如下所示: 图2-2 AT89C52最小系统电路原理图AT89S51单

10、片机的工作电压范围:4.0V5.5V,所以通常给单片机外接5V直流电源。连接方式为VCC(40脚:接电源+5V端VSS(20脚:接电源地端单片机工作的时间基准,决定单片机工作速度。时钟电路就是振荡电路,向单片机提供一个正弦波信号作为基准,决定单片机的执行速度。AT89S51单片机时钟频率范围:0 33MHz。确定单片机工作的起始状态,完成单片机的启动过程。单片机接通电源时产生复位信号,完成单片机启动,确定单片机起始工作状态。手动按键产生复位信号,完成单片机启动,确定单片机的初始状态。通常在单片机工作出现混乱或“死机”时,使用手动复位可实现单片机“重启”。2.3 DHT11温湿度传感器DHT11

11、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和卓越的长期稳定性。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存在OTP 内存中,传感器内部在检测型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,使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装,连接方便。2

12、.4 DHT11串行接口(单线双向DATA 用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右, 用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,出现读出为零。操作流程如下: 一次完整的数据传输为40bit,高位先出。数据格式:8bit湿度

13、整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。 图2-3 DHT11与单片机的通讯过程总线空闲状

14、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。 图2-4 通讯初始化要求图 图2-5 数字0信号电平变化图 图2-6 数字1信号电平变化图2.5 DHT11与单片机级联电路DHT11是一种能对环境的温湿度参数进行采样的传感器。传感器中的DATA 用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步,

15、采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下:一次完整的数据传输为40bit,高位先出。数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据。+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据。+8bit校验和。接口与典型的供应电路如下所示。 图2-7 单片机与DHT11级联的供应电路2.6 DHT11引脚说明DHT11引脚说明:表2-1 DHT11传感器引脚说明Pin 名称注释1 VDD 供电3-5.5VDC2 DATA 串行数据,单总线3 NC 空脚,请悬空4 GND 接地,电源负极3 硬件设计3.1

16、总体电路图 图3-1 温湿度计显示器原理图3.2 LED驱动及显示74HC573是一款高速CMOS器件,74HC573引脚兼容低功耗肖特基TTL(LSTTL系列。74HC573包含八路D 型透明锁存器,每个锁存器具有独立的D 型输入,以及适用于面向总线的应用的三态输出。所有锁存器共用一个锁存使能(LE端和一个输出使能(OE端。当LE为高时,数据从Dn输入到锁存器,在此条件下,锁存器进入透明模式,也就是说,锁存器的输出状态将会随着对应的D输入每次的变化而改变。当LE为低时,锁存器将存储D输入上的信息一段就绪时间,直到LE的下降沿来临。当OE为低时,8个锁存器的内容可被正常输出;当OE为高时,输出

17、进入高阻态。OE 端的操作不会影响锁存器的状态。表3-1 74HC573参数说明74HC573 参数74HC573 基本参数电压 2.06.0V驱动电流+/-7.8 mA传输延迟14 ns5V74HC573 其他特性逻辑电平CMOS功耗考量低功耗或电池供电应用74HC573 封装与引脚SO20, SSOP20, DIP20, TSSOP20本设计中,温湿度显示是采用八位LED数码管的动态显示方式。AT89C52单片机将要显示的字形代码分别送入串并转换电路74HC573输入端。直接实现八位位码控制和八位段码扫描。级联电路原理图如下所示: 图3-2 74HC573八位数码管级联电路图4 软件设计系

18、统主要由主程序,显示子程序,测控子程序组成。主程序流程图如下所示: 图4-1 软件设计流程图此次设计采用八位数码管级联74H573进行动态扫描显示,程序初始对数码管进行清零保护避免显示错误数据。单片机控制74H573锁存断,位锁存芯片进行数据传输确定显示个数,段锁存芯片保持显示。显示子程序流程图如下: 图4-2 显示子程序流程图传感器模块负责温湿度数据源的采集,首先数据口连接端P3.2输出低电平,延时18ms 之后P3.2输出高电平,延时40ms之后,读P3.2引脚是否为低电平,如果不是低电平就继续读,如果是低电平就执行判断从机80µs高电平是否结束,如果没有结束就继续判断,如果结束

19、就进行单片机数据接收,将接收到的数据按十进制数位存入指定的数组中,数据采集结束并保持数据采集持续进行。 图4-3 测量子程序流程图5 总结通过此次课程设计,使我更加扎实的掌握了单片机方面的知识,也掌握了单片机和传感器在计算机过程控制中的应用。在设计过程中虽然遇到了一些问题,但经过一次又一次的查找资料,问题成功解决。这暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知,通过亲自动手制作,使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改,善莫大焉。在课程设计过程中,我们不断发现错误,不断改正,这本身就是在践行“过而能改,善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了。在今后社会的发展和学习实践过程中,一定要不懈努力,不能遇到问题就想到要退缩,一定要不厌其烦的发现问题所在,然后一一进行解决,只有这样,才能成功的做成想做的事,才能在今后的道路上劈荆斩棘,而不是知难而退,那样永远不可能收获成功,收获喜悦,也永远不可能得到社会及他