粮仓温湿度控制系统的本科设计

1、成绩等级本科课程（设计）题 目 智能粮库温度、湿度控制 系统模拟设计与制作 学 院 电子信息工程 专 业 电子信息工程 班 级 13级电信统本01班 学号姓名 吴 远 明 赵 君 理指导教师 董昌孝 完成日期 2015.12.25 西安思源学院教务处二一五 年 十二 月摘要本次设计完成智能粮库温度、湿度控制系统模拟设计与制作。本设计分为上下两层结构，下位机系统以STMEL公司生产的STC90C51单片机作为温、湿度监控核心部件，采用DHT11温度传感器，它是数字温度传感器，能够直接读取被测物的温度值；选取DHT11作为湿度传感器，将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号；一旦温度或湿度值超过

2、设定阈值，即可实现报警。上位机系统仍以单片机为核心，扩展数据存储器，在键盘模块里可以更改阈值，LCD显示模块显示从下位单片机传来的温度、湿度值。从而实现一种小型粮库的温湿度智能监控。实验表明该系统具有转换速度快、精度高、控制能力强等特点。目前实现粮库温湿度的智能控制需要一种稳定性高、成本低的温湿度智能控制系统，其采用上、下位机控制结构，实现全方位智能化的粮库监控。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场温湿度进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。关键词 单片机；小型粮库；温度；湿度Abstract The intell

3、igent design is completed granary temperature and humidity control system simulation design and production. This design is divided into the upper and lower levels structure, lower place machine system to ATMEL company produces the AT89C51 as humidity and temperature monitoring core components, the t

4、emperature sensor DS18B20, it USES "single bus" interface, can be measured directly read things value; Select HS1101 as humidity sensor, will the change of capacitance values to the inverse of a voltage and frequency signal, and USES the RS485 communication and the upper machine;Once the t

5、emperature or humidity value more than setting threshold, can realize the alarm. PC system based on single-chip microcomputer is still, extended data storage in the keyboard module can change the threshold, LCD display module from a single chip that under the temperature, humidity value from. So as

6、to achieve a small the temperature and humidity of the warehouse intelligent monitoring. Experiments show that the system has a conversion speed and precision, strong ability to control etc. Characteristics.Now realize intelligent control of the temperature and humidity warehouse need a high stabili

7、ty, low cost of temperature, humidity intelligent control system, and its use,under a machine control structure, achieving all-round intelligent warehouse management control system.SCM in such systems often as a terminal, installed in the system of some nodes, the temperature and humidity of real-ti

8、me measurement and control. The single chip microcomputer high reliability and strong anti-interference ability, make it can be placed in the front of the bad environment.Key words :single-chip microcomputer; Small grain depot; Temperature; humidity目录模拟设计与制作1第一章 绪论11 研究背景12 粮库温湿度系统国内外现状以及发展趋势13 本设计主

9、要工作内容34 系统结构框图5第二章 系统硬件设计61 MCS-51系列单片机的特征和结构61.1 MCS-51系列单片机特征61.2 STC90C51单片机简介71.3 MCS-51系列单片机的引脚功能81.4 MCS-51系列单片机的主要组成部分111.5 STC90C51的基本系统151.6 STC90C51中断系统162 DHT11传感器模块182.1DHT11湿度传感器概述182.2 DHT11数字温湿度传感器性能说明192.3 DHT11数字温湿度传感器使用注意事项213 LCD1604液晶显示模块223.1 LCD1604液晶显示器简介223.2 LCD1604引脚及原理图234

10、 继电器控制直流电机风扇模块244.1继电器简介2442继电器工作原理：254.3电器的选用254.5 直流电机风扇简介265 按键设置模块266 报警模块287 硬件原理图298 元器件清单31第三章 系统软件设计321 总体程序设计322 LCD1604液晶显示程序设计333 DHT11温湿度传感器程序设计354 按键中断模块程序设计375 报警模块程序设计39第四章 系统整合调试421 软件调试421.1建立一个新工程421.2编写程序432硬件调试472.1进入 Proteus ISIS472.2工作界面482.3 添加元器件492.4绘制电路图493 仿真调试504 仿真结果总图51

11、5 实物结果总图51第五章 结论53参考文献54附录55致谢67智能粮库温度、湿度控制系统模拟设计与制作第一章 绪论1 研究背景粮食是人类生存的必需品，温度与湿度是保存好粮食的先决条件，随着中国加入WTO和粮食市场的逐渐开放，储存大量的粮食对稳定国民经济的发展起到至关重要的作用。防潮、防霉、防腐、防爆是粮库日常工作的重要内容，是衡量粮库管理质量的重要指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强粮库内温度与湿度的监测工作。但传统的方法是使用温度计、湿度计来测量粮库的温度和湿度，通过人工加热、加湿、通风和降温等方法来控制粮库的温、湿度，这种方法不但控制

12、精度低、实时性差，费时费力、效率低，而且操作人员的劳动强度大，测试的温度及湿度误差大。因此我们需要使用造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪，并且实现智能控制。温、湿度控制广泛应用于人们的生产和生活中，尤其是农产品种子，对环境温度与湿度有着比较严格的要求。同时温度与相对湿度的大幅度变化可能导致种子大范围腐烂或者影响种子的发芽率，从而带来极大的经济及财产损失。因此，保持适宜的粮库温度、湿度对保证农产品种子存储质量十分重2 粮库温湿度系统国内外现状以及发展趋势粮情检测属监控系统范畴，近年来，由于传感器技术、计算机技术、超大规模集成电路技术和网络通信技术的发展，使监控系统广泛应用于工农业生产领域

13、，因此，粮情检测技术的研究在软、硬件等方面都有了一定的进展。随着科技的发展，从1978年开始，采用电阻式温度传感器、采样器、模数转换器等组成的储粮监测系统出现，它可对各粮库的各个测温点进行巡回检测，检测速度、精度大大提高，降低了劳动强度，但由于电阻传感器的灵敏度低，致使检测精度、系统可靠性还不够理想。至1990年，粮情检测系统有了很大的改善和提高，系统在布线上采用矩阵式布线技术，简化了数据采集部分的线路，在传感器方面应用了半导体、热电偶等器件；在线路传输上采用了串行传输方式，从而减少了传输线根数；采用单板机进行数据处理，并采用各种手段提高数据传输及检测速度，通过软硬件技术的结合，检测精度和可靠

14、性较以前有很大提高。但温度传感器的线性度差，系统的检测精度仍不理想，无法大面积推广。近年来，随着单片机功能的日益强大和计算机的广泛应用，粮情检测的准确性、稳定性要求越来越高。寻找最佳配置和最好的性价比成为粮情监测研究的热点。国外在粮情监控技术上已经达到了很成熟的地步，高科技数字式传感器广泛应用于粮情检测系统。这种传感器采用了半导体集成电路与微控制器最新技术，在一个管芯上集成了半导体温度检测芯片、数据信号转换芯片、计算机接口芯片，存储芯片等，除完成温度检测功能外，还可完成预置范围温度、报警、多路A/D转换、温度补偿等功能。由于数字温度传感器直接传出数字量，从而解决了温度信号长距离传输问题及传输过

15、程中因干扰和衰减而导致的精度降低等问题1。我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。目前，国内出现了丰富的数字传感器配套产品，如远程控制模块、中继器等技术也比较成熟。随着单片机技术的飞速发展，单片机在各个领域中都得到了广泛的应用。其中，由单片机组成控制系统，已成为单片机应用的发展趋势。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与

16、发达国家相比，存在较大差距。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。本系统以STC90C51单片机为核心，研制了一种稳定性高、成本低的温、湿度智能控制系统。采用上、下位机控制结构，上位机系统和下位机系统中采用模块化结构，完成软件和硬件的设计，从而实现对小型粮库全方位、智能化的监控。3 本设计主要工作内容本课题设计的是粮库温湿度智能监控系统，是对一个小型粮库的温度、湿度进行控制，以保证粮库储粮的安全。粮库温湿度控制系统是以低功耗的高性能的8位单片机STC90C51

17、单片机为核心构成控制系统。本系统可以通过键盘设定模块进行系统给定值的设置来调整粮库温、湿度控制范围。温度、湿度检测模块将粮库内的温、湿度信息传到单片机，单片机根据实际情况发出控制信号驱动控制模块进行相应操作，同时将当前信息存储到单片机相应内存单元中并上传数据到上位机显示及保存。当温度或者湿度超过设定的范围上下限时，通过下位机与上位机之间数据的传输，下位机系统发出报警并将采集信息在上位机系统LCD上显示。单片机是本系统的核心，它控制本系统的各种功能，因此选择性能可靠的单片机就显得尤为重要，考虑到满足功能要求、性价比、货源保证、开发手段等因素，采用软件技术成熟、仿真器普通、性价比高的一种低功耗高性

18、能的9位单片机STC90C51。温湿度传感器是本系统的测量单元，传感器性能的好坏直接影响到本系统性能的好坏。为了尽量减小测量误差，首先我选用了测量精度较高的数字式温度传感器DHT11，可直接将所测温度转化为数字量输出，送入单片机。选用电容式湿度传感器DHT11测量湿度。实现温湿度实时监测显示，超过阈值可以自动报警，人工处理控制粮库的温湿度，达到自动控制的目的。其中，控制策略采用设定报警阀值，当温湿度超过一定的范围的时候，蜂鸣器响。由于DHT11采用单总线方式，CPU只需一根端口线就能与诸多DHT11通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。在进行多点测量的时候将非常易于扩展，不

19、需要添加任何器件，将所有传感器直接与单片机I/O口连接即可。在本系统中，采用LCD1064作为显示单元。LCD液晶显示器具有功耗低、寿命长、无辐射、不易引起视觉疲劳等优点，正在被广泛应用于仪表、家用电器、计算机、医疗仪器及交通和通信领域。在一个粮库中，被测量的8个点可以在上位机的显示单元上滚动显示温湿度值。当温度或湿度超过阈值时，下位机的警报声响，并在上位机系统的LCD显示屏上显示相应的温度、湿度值，引起工作人员注意，从而采取通风等措施。上位机的键盘模块采用4×4键盘，可以更改设定的温湿度阈值。影响粮食存储安全的最主要因素是粮仓内的温湿度，这就需要有一种有效的、低成本的仪器来实现实时

20、监测和控制的功能，使得管理人员方便有效地进行监控和操作。如果使用单片机作为前沿机对现场采集数据，通过分析收集的数据，然后通过单片机的串行口来控制电机启停并进行温湿度控制。利用单片机技术监测粮仓，用户可以很容易的得到自己所需的数据采集系统，粮仓现场实时信息在任何时候都可以传入控制室，管理人员不需要进入现场就可按照所需的温湿度控制粮仓内的温湿度。提高了生产效率，增强了粮仓存储安全、实现粮仓管理的实时性和自动化。计算机测量是微机设计的第一步，是微机测量技术的一部分，即粮仓温度和湿度的测量，并利用单片机处理数据的测量和粮仓的温度和湿度控制。4 系统结构框图STC90C51 图 1-1 系统结构框图第二

21、章 系统硬件设计1 MCS-51系列单片机的特征和结构1.1 MCS-51系列单片机特征美国Intel公司推出MCS-51系列高档8位单片机至今20多年来，51系列单片机经久不衰，并得到了极其广泛的应用。它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令，指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品。MCS-51系列单片机的典型产品为8051、8031和90C51。通常MCS-51这个术语泛指以90C51为内核的单片机。90C51是ROM型单片机，内部有4KB的掩膜ROM，即单片机出厂时，程序已由生产

22、厂家固化在程序存储器中。90C51内部结构具有如下特征：面向控制的8位CPU；4kbytes 程序存储器（ROM），128bytes的数据存储器（RAM）；可以寻址64KB的片外程序存储器和片外数据存储器；32根双向和可单独寻址的I/O线；一个全双工的异步串行口；两个16位定时/计数器；5个中断源，两个中断优先级；有片内时钟振荡器；采用高性能的HMOS生产工艺生产；有布尔处理（位操作）能力；含基本指令111条，其中单机器周期指令64种。 MCS-51系列单片机的内部总体结构图2-1所示为MCS-51单片机的基本结构，它由8个部件组成，即中央处理器（CPU），片内数据存储器（RAM），片内程序存

23、储器（ROM/EPROM），输入输出接口（Input/Output，简称I/O口，分为P0口、P1口、P2口和P3口），可编程串行口，定时/计数器，中断系统及特殊功能寄存器（SFR），各部分通过内部总线相连。图2-1 MCS-51单片机的基本结构1.2单片机简介STC90C516RD+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系列单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，内部集成MAX810专用复位电路，时钟频率在12MHz以下时，复位脚可直接接地。特点：1.增强型6 时

24、钟/ 机器周期，12 时钟/ 机器周期 8051 CPU2.工作电压：5.5V - 3.8V（5V 单片机）/3.8V - 2.4V（3V 单片机）3.工作频率范围：0-40MHz，相当于普通8051的 080MHz.4.用户应用程序空间 4K/6K/7K/8K/10K/12K/13K/16K/32K/40K/48K/56K/ 61K/字节5.片上集成 1280字节/512/256字节 RAM6.通用I/O口（35/39 个），复位后为： P1/P2/P3/P4 是准双向口/ 弱上拉（普通8051 传统I/O 口）P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O 口用时，需加上拉

25、电阻。7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器 / 仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K 程序3 - 5 秒即可完成一片8.EEPROM 功能9.看门狗10.内部集成MAX810专用复位电路，外部晶体12M以下时，可省外部复位电路，复位脚可直接接地。11.共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用12.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒13.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART14.工作温度范围：0-75/-40-+8515.封装

26、：LQFP-44,PDIP-40，PLCC-441.3 MCS-51系列单片机的引脚功能STC90C51芯片采用40引脚的双列直插封装，如图2-2（a），分为地址总线，数据总线，控制总线3类见图2-2（b）。在40条引脚中有两条专用于住电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制或与其它电源复用的引脚，32条输入/输出引脚。（a）引脚图 （b）总线结构图图2-2 MCS-51系列单片机的引脚及总线结构40条引脚的功能分别是：1.主电源引脚Vcc和VssVcc（40脚）接+5V电压；Vss（20脚）接地。2.外接晶振引脚XTAL1和XTAL2XTAL1（19脚）：接外部晶体的一个引脚。在主控电路中它

27、是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，此引脚应接地。XTAL2（18脚）：接外部晶体管的另一端。在主控电路中接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接到内部时钟发生器的输入端。3.控制与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/、和/VPP（1）RST/VPD（9脚）：当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使主电路复位。在设计主电路是此引脚与Vss引脚之间连接一个约8.2K的下拉电阻，与Vcc引脚之间连接约10F的电容，以保证可靠地复位。Vcc掉电期间，此引脚可接备用电源，以保持内部R

28、AM的数据不丢失。当Vcc主电源下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围（5±0.5V）内，VPD就向内部RAM提供备用电源。（2）ALE/（30脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端也以不变的频率周期地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此，它可以做对外输出时钟，或用于定时目的。然而要注意的是，每当访问外部存储器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LS型的TTL输入电路。对于有EPROM时，在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（）。（3）（29脚）：此脚的输出

29、是外部程序存储器的读选信号。在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。同样可以驱动（吸收和输出）8个LS型的TTL输入电路。（4）/VPP（31引脚）：当端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在90C51内值超过0FFFH，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是不是有内部程序存储器。当扩展EPROM时，在对EPROM编程期间，此引脚也用于施加5伏的编程电源。4. 输入/输出引脚P0口、P1口、P2口和P3口（1）P0口（39脚32脚）：是双向8位三态I/O口，在外部

30、存储器，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL负载。外部扩展存储器时，当做数据总线（如图2-2中的P0.0P0.7为数据总线接口）；外部扩展存储器时，当作地址总线（如图2-2中的P0.0P2.7为地址总线接口），不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。（2）P1口（1脚8脚）：是8位准双向I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。P1口能驱动（吸收或输出电流）4个LSTTL负载。P1口只作I/O口使用，其内部有上拉电阻。（3）P2口（21脚28脚）：是8位准双向I/O口。在访问

31、外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。扩展外部存储器时，当作地址总线使用，作一般I/O口使用，其内部有上拉电阻。（4）P3口（10脚17脚）：是8位准双向I/O口，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置，具体功能如表2-1所示。作为第一功能使用时，就作为普通I/O口用，功能和方法与P1口相同。值得注意的是，P3口的每一条引脚均可独立定义第一功能的输入输出或第二功能。表2-1 P3口第二功能1.4 MCS-51系列单片机的主要组成部分CPUSTC90C51的CPU是由运算器和控制器组成。（1

32、）运算器：它包括算术、逻辑部件ALU、累加器Acc、寄存器B、暂存器YMP1和YMP2、程序状态寄存器PSW、布尔处理器以及十进制调整电路等。运算器主要用来实现数据的传送、数据的算术运算和逻辑运算、位变量处理等。运算部件ALU的功能十分强大，它不仅可对8位变量进行逻辑“与”、或“异或”、循环、求补、清零等基本操作，还可进行加、减、乘、除等基本运算。为了乘除的需要，还设置了B寄存器。在执行乘法指令时，用来存放其中一个乘数的高8位数；在执行除法运算指令时，B中存放除数及余数。主控电路指令系统中的布尔指令集、存储器中的位地址空间与CPU中的位操作构成了片内的布尔功能系统，它可对（bit）变量进行布尔

33、处理，如置位、清零、求补、测试转移及逻辑“与”、“或”、等操作。在实现位操作时，借用了程序状态标志寄存器（PSW）中的进位标志位Cy作为操作的“累加器”。运算部件中的累加器Acc是一个8位的累加器（Acc也可简称为A）。需要说明的是Acc的进位标志Cy就是布尔处理器进行以位操作的一位累加器。90C51的程序状态寄存器PSW，是一个8位寄存器，它包含了程序的状态信息。（2）控制器：控制部件是主控电路的神经中枢，它包括时钟电路、复位电路、指令寄存器、译码器以及信息传送控制部件。它以主振频率为基准发出CPU时序，对指令进行译码，然后发出各种控制信号，完成一系列定时控制的操作，用来控制电路的各部分的运

34、行。通常把运算器和控制器合在一起称为中央处理器（Central Processing Unit），简称CPU。存储器STC90C51片内有4KB的程序存储器和128B数据存储器。除此之外还可以在片外扩展64KB的程序存储器和64KB的数据存储器。图2-3为存储器结构图。其中，内部存储器的4KB是与外部存储器公共的，地址是从0000HFFFFH， 64KB外部的程序存储器和数据存储器的地址都是0000HFFFFH，128B的片内数据存储器地址是从00H80H。以下分别介绍这些存储器：（1）程序存储器程序存储器用于存放编号的程序和表格常数，它以程序计数器PC作地址指针。一个微处理器能够很好的执行某

35、种任务，除了它们强大的硬件外，还需要它们运行的软件，其实微处理器并不聪明，它们只是完全按照人们预先编写的程序而执行的。那么设计人员编写的程序就存放在微处理器的程序存储器中，俗称只读程序存储器（ROM）。程序存储器的结构如图2-3（a）所示。对于90C51等单片机，正常运行时，则需单片机的端接高电平，使CPU先从内部的程序存储中读取程序，当PC值超过内部ROM的容量时，才会转向外部的程序存储器读取程序。其条件为：当1时，程序从片内ROM开始执行，当PC值超过片内ROM容量时会自动转向外部ROM空间。当0时，程序从外部存储器开始执行。其中一组特殊是0000H0002H单元，系统复位后，PC为000

36、0H，单片机从0000H单元开始执行程序，如果程序不是从0000H单元开始，则应在这三个单元中存放一条无条件转移指令，让CPU直接去执行用户指定的程序。另一组特殊单元是0003H002AH，这40个单元各有用途，它们被均匀地分为五段，它们的定义如下：0003H000AH 外部中断0中断地址区。 000BH0012H 定时/计数器0中断地址区 0013H001AH 外部中断1中断地址区 001BH0022H 定时/计数器1中断地址区 0023H002AH 串行中断地址区 可见以上的40个单元是专门用于存放中断处理程序的地址单元，中断响应后，按中断的类型，自动转到各自的中断区去执行程序。（2）数据

37、存储器数据存储器由工作寄存器、位寻址区和数据缓冲器组成，其结构图如2-3（b）所示。STC90C51内的数据存储器的特点之一是工作寄存器和数据存储器是统一编址的。内部RAM的001FH为工作寄存器区，共分4个区，每区有8个工作寄存器R0R7，共32个内部RAM单元。当前程序使用的工作寄存器是由程序状态字PSW的第3位（RS0）和第4位（RS1）这二位指示的，用户可以通过指令改变PSW中的RS1和RS0这二位来切换寄存器区，CPU通过修改PSW中的RS1和RS0二位的状态，就能任选一个工作寄存器区。片内存储器的复位状态及操作方法如表2-2所示。表2-2 内部数据复位状态及操作STC90C51共有

38、128个字节的RAM作为数据存储器，当需要外扩时，最多可以扩展64K字节的RAM或I/O，这对很多领域已经足够了。图2-3（c）为外部数据存储器的结构图。STC90C51图2-3 90C51存储器结构图（3）特殊功能寄存器STC90C51中的特殊功能寄存器SFR实质上是一些具有特殊功能的RAM的单元，字节范围为80HFFH，SFR的总数为21个，离散的分布在该区域中，其中有12个位寻址，用户可以通过使用位能标记对12个寄存器的任一个有效位进行位操作。STC90C51片内的I/O口锁存器、定时器、串行口缓冲器以及各种控制寄存器和状态寄存器都以特殊功能寄存器的形式出现。1.4.3 并行I/O口ST

39、C90C51单片机有4个8位并行输入/输出端口，分别为P0，P1，P2，P3口，共32根线。下面分别介绍以上四个端口的结构。（1）P0口P0口有两个用途，第一是作为一般I/O口使用；第二是作为地址/数据总线使用。它是由一个锁存器、两个三态输入缓冲器1和2、场效应管VT1和VT2、控制与门、反向器和转换开关MUX组成。当控制线C=0时，MUX开关向下，P0口作为一般I/O口使用；当控制线C=1时，MUX开关向上，P0口作为地址/数据分时复用总线使用。P0口作为I/O口使用时，场效应管VT1是截止的。当从P0口输出时，必须外接上拉电阻才能有高电平输出；当P0口输入时，必须先向锁存器写“1”，以避免

40、锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰。（2）P1口P1口只有一种功能通用准双向的输入/输出接口，所以它没有转换开关MUX。内部有上拉电阻，是两个场效应管并在一起形成的。当P1口输出高电平时，可以向外提供拉电流负载，所以不必再接上拉电阻，当输入时，与P0口一样，必须先向锁存器写“1”，使场效应管截止。（3）P2口P2口也有两种用途，一是做通用I/O接口，二是做高8位地址总线。P2口的位结构比P1口多了一个转换控制部分。当P2口作为通用I/O口时，多路开关MUX倒向锁存器输出Q端，其操作与P1口相同。在系统扩展片外程序存储器时，由P2口输出高八位地址，低八位地址由P0口输出。此时MUX在CPU的控

41、制下，转向内部地址线的一端。因为访问片外程序存储器的操作往往连续不断，P2口要不断送出高八位地址，所以这时P2口无法再作为通用I/O口。（4）P3口 P3口作为通用I/O口使用时，其功能与P1口相同，负载能力也相同。当作为第二功能时，见表2-1所示。与P1口相比，P3口增加了与非门和缓冲器3，它们使P3口除了有准双向I/O功能外，还具有第二功能。与非门的作用实际上是一个开关，它决定是输出锁存器上的数据，还是输出第二功能W的信号。当输出锁存器Q端的信号时，W=1；当输出第二功能W的信号时，锁存器Q端为1。通过缓冲器3，可以获得引脚的第二功能输入。不用考虑如何设置P3口的第一功能或第二功能，内部硬

42、件将自动切换。1.4.4复位电路单片机的复位都是靠外部复位电路来实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机RESET引脚上出现24个时钟振荡脉冲以上的高电平，单片机就能实现复位。为了可靠复位，在设计复位电路时，一般使RESET引脚保持10ms以上的高电平，单片机便可以可靠复位。本设计使用了上电复位电路，如图2-5所示，这种上电复位利用电容器充电来实现。当加电时，电容充电，电路有电流流过，构成回路，在电阻上产生压降，RESET引脚为高电平；当电容充满电后，电路相当于断开，RESET的电位与地相同，复位结束。STC90C51图2-5 上电复位电路1.5 STC90C51的基本系统单片机的基本系统也称为

43、最小系统，这种系统选择的单片机内部资源已能满足系统的硬件需求，不需要外接存储器或I/O接口等扩展部件。这种单片机内含有用户的程序存储器。图2-6为最小系统框图。STC90C51图2-6 最小系统框图1.6 STC90C51中断系统中断是指中央处理器CPU正在执行程序，处理某事件的时候，外部发生了某一事件，请求CPU马上处理。CPU暂时中断当前的工作，转入处理所发生的事件（如控制相应装置工作，使温湿度达到规定要求），处理后再返回原来被中断的地方，继续原来的工作。这样的过程称为中断。实现这种中断的装置称中断系统。STC90C51单片机的中断系统可分为3类：外部中断，定时中断和串行口中断。中断系统的

44、基本特点是：有5个固定的可屏蔽中断源，3个在片内，2个在片外，它们在程序存储器中各有固定的中断入口地址，由此进入中断服务程序；5个中断源有两级中断优先级，可形成中断嵌套；2个特殊功能寄存器用于中断控制和条件设置的编程。结合图2-8分别介绍中断系统的五个中断源：外部中断0，由P3.2端口线引入，低电平或下跳沿引起。：外部中断1，由P3.3端口线引入，低电平或下跳沿引起。T0：定时器/计数器0中断，由T0计满回零引起。T1：定时器/计数器l中断，由T1计满回零引起。TI/RI：串行I/O中断，串行端口完成一帧字符发送/接收后引起。图2-STC90C51的终端中断系统在中断请求被响应前，中断请求标志

45、分别由特殊功能寄存器TCON和SCON的相应位锁存。（1）TCON中的中断标志TCON为定时器/计数器的控制寄存器，除了可以用于控制定时/计数器T0和T1的溢出和中断外，还可以控制外部中断和的触发方式和锁存外部中断请求标志。TF1T1溢出中断标志。T1被启动计数后，从初值开始加1计数，直到计满溢出后，由硬件使TF1=1，向CPU请求中断，此标志一直保持到CPU响应中断后，才由硬件自动清“0”。TF0T0中断标志。功能类似于TF1IE1外部中断1标志。IE1=1表明外部中断1向CPU申请中断。IT1外部中断1触发方式控制位。IE0外部中断0标志。功能类似于IE1。IT0外部中断0触发方式控制位。

46、功能类似于IT1。（2）SCON中的中断标志SCON是串行口控制器，其低2位TI和RI锁存串口的发送中断和接受中断标志。TI串行发送中断标志。CPU将一个字节数据写入发送缓冲器SBUF后启动发送，每发送完一个串行桢，硬件置位TI。但CPU相应中断后并不能自动清除，标志必须由软件清除。RI串行接受中断标志。在串行口允许接受时，每接受完一个串行桢，硬件置位RI。同样，CPU响应中断后不会自动清除RI，标志必须由软件清除。中断优先级寄存器IP，中断优先级中由中断优先级寄存器IP来高置的，IP中某位设为1，相应的中断就是高优先级，否则就是低优先级。中断优先原则如下： 低级不打断高级 高级不理睬低级 同

47、级不能打断 同级、同时中断，事先约定。2 DHT11传感器模块2.1DHT11湿度传感器概述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

48、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。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供6。传感器包括一个电阻式湿度元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能的8位微控制器相连接，使产品具有优良的品质，超快速响应，抗干扰能力强，性价高等特点。每个DHT11传感器都在极为精确的温湿度校准实验室校准。在存储在OTP存储器的程序的形式标定系数，通过检测信号的处理来调用过程中传感器标定系数7。单线串行接口使系统集成变得简单、快速。超小体积，低功耗，信号传输距离20米，使它成为一个各种的最佳选择，即使是最苛刻的应用。DHT11传感

49、器实物如图3.4所示。图3.4 DHT11传感器实物图2.2 DHT11数字温湿度传感器性能说明表2-5 DHT11数字温湿度传感器性能参数条件MinTypMax单位湿度分辨率111%RH8Bit重复性±1%RH精度25±4%RH050±5%RH互换性可完全互换量程范围03090%RH252090%RH502080%RH响应时间1/e(63%)25，1m/s 空气61015S迟滞±1%RH长期稳定性典型值±1%RH温度分辨率111888Bit重复性±1精度±1±2量程范围050响应时间1/e(63%)630S图2-

50、12 DHT11典型应用电路如图2-12，建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。DHT11的供电电压为35.5V。传感器上电后，要等待 1s 以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。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,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,+

51、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。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

52、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。总线为低电平,说明DHT11发送响应信号,DHT11发送响应信号后,再把总线拉高80us,准备发送数据,每一bit数据都以50us低电平时隙开始,高电平的长短定了数据位是0还是1.格式见下面图示.如果读取响应信号为高电平,则DHT11没有响应,请检查线路是否连接正常.当最后一位数据传送完毕后，DHT11拉低总线5

53、0us,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态7。测量分辨率分别为 8bit（温度）、8bit（湿度）。2.3 DHT11数字温湿度传感器使用注意事项表2-6 DHT11电气特性参数条件mintypmax单位供电 DC355.5V供电电流测量0.52.5mA平均0.21mA待机100150uA采样周期秒1次DHT11电器特性如表2-6所示，超出建议的工作范围可能导致高达3%RH的临时性漂移信号。返回正常工作条后，传感器会缓慢地向校准状态恢复。电阻式湿度传感器的感应层会受到化学蒸汽的干扰，化学物质在感应层中的扩散可能导致测量值漂移和灵敏度下降。在一个纯净的环境中，污染物质会缓慢地释放出去。下文所述的

54、恢复处理将加速实现这一过程。高浓度的化学污染会导致传感器感应层的彻底损坏。置于极限工作条件下或化学蒸汽中的传感器，通过如下处理程序，可使其恢复到校准时的状态。在50-60和< 10%RH的湿度条件下保持2 小时（烘干）；随后在20-30和>70%RH的湿度条件下保持 5小时以上。气体的相对湿度，在很大程度上依赖于温度。因此在测量湿度时，应尽可能保证湿度传感器在同一温度下工作。如果与释放热量的电子元件共用一个印刷线路板，在安装时应尽可能将DHT11远离电子元件，并安装在热源下方，同时保持外壳的良好通风。为降低热传导，DHT11与印刷电路板其它部分的铜镀层应尽可能最小，并在两者之间留出

55、一道缝隙。长时间暴露在太阳光下或强烈的紫外线辐射中，会使性能降低。DATA信号线材质量会影响通讯距离和通讯质量,推荐使用高质量屏蔽线。手动焊接，在最高260的温度条件下接触时间须少于10秒。(1)避免结露情况下使用。(2)长期保存条件：温度1040，湿度60以下。3 LCD1604液晶显示模块3.1 LCD1604液晶显示器简介LCD1604液晶显示器是一种点阵LCD显示器，每行可以显示16个字符或数字，可以显示4行，第一行用于显示当前环境温度值（wendu: xx.x *c）,第二行用于显示系统设定的温度上下限值，上限用大写的H表示，下限用大写的L表示，（H：30 L：10），第三行用于显示当前环境的湿度值，（shidu:20.0 rh）,第四行用于显示系统设定的湿度上下限值，（H：50 L：20）。他的特点包括体积小，重量轻，功耗效率低，显示质量高，无电磁辐射，简单方便的数字式接口，应用范围广，因此，这类显示器与单片机的连接比较简单，比较方便。1. LCD1604液晶显示器模块内部结构： 液晶显示模块主要由三大部分构成：LCD驱动器，LCD控制器，LCD显示装置。控制器采用HD44780，其是此类液晶显示器控制器的代表集成电路。2. HD44780的主要特点有以下几个方面： （1）可选择5x