室內(nèi)溫濕度檢測系統(tǒng).doc

摘 要伴隨著人們生活水平的不斷提高，人們對生活環(huán)境的要求也越來越高，而溫度和濕度是影響人們生活環(huán)境的重要因素，因此對于室內(nèi)溫度和濕度的檢測在日常生活中就顯得尤為重要。室內(nèi)溫濕度檢測系統(tǒng)的出現(xiàn)給人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，本文主要闡述了溫濕度檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。該系統(tǒng)采用溫濕度傳感器和單片機(jī)技術(shù)。可以以數(shù)字形式直接顯示溫度值和濕度值，該系統(tǒng)使用方便、讀數(shù)直觀。文章主要討論了一種基于YX-HT-300U溫濕度模塊的系統(tǒng)設(shè)計。文章從硬件和軟件兩方面展開了論述，硬件部分首先談到了系統(tǒng)整體設(shè)計，然后從單片機(jī)芯片AT89C52的硬件接口電路做出分析和論述，同時增設(shè)鍵盤接口模塊，LED顯示模塊，蜂鳴器報警模塊，YX-HT-300U能同時測量相對濕度及溫度，文中又論述了YX-HT-300U的性能、結(jié)構(gòu)、工作原理、命令格式及功能，保證了系統(tǒng)設(shè)計的高性能；軟件系統(tǒng)的設(shè)計主要給出了針對各個應(yīng)用模塊的設(shè)計思路和設(shè)計框架，并對各部分程序進(jìn)行解釋說明。最后，文章對本次設(shè)計做出了總結(jié)，并對于設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題做出了詳細(xì)的講解。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；YX-HT-300U溫濕度傳感器；顯示；報警AbstractAs the peoples living standard is enhancing , the peoples living conditions request are getting higher and higher . The temperature and humidity is the important factor which affects peoples living environment. Therefore, the indoor temperature and humidity testing has become particularly important in the daily life. The indoor temperature and humidity detection system gives the appearance of the production and living convenience brought about tremendous. The system has used the humiture sensor and the monolithic integrated circuit technology. It may demonstrate the temperature and the humidity value directly by the digital. The system operates very easy, and the reading is direct-viewing. The article mainly discussed the system which based on the YX-HT-300U humiture module . The article mainly elaborates overall the systems design from the hardware part and the software part. The hardware part talks about the system overall design firstly. Then it has made the analysis and the elaboration from the monolithic integrated circuit chip AT89C52 hardware interface electric circuit, Simultaneously additionally builds the keyboard interface module, the LED display module and the buzzer warning module. YX-HT-300U can simultaneously survey the relative humidity and the temperature. The article also elaborated the YX-HT-300U performance, the structure, the principle of work, the forms of field orders and the function. It has guaranteed the system design high performance. The software systems design has mainly given in view of each application module design mentality and the design frame, but carries on the explanation explanations to various subprograms. Finally, the article made out the summary of this design. And the article has explained the problems of the design process in detail.Key words: Monolithic integrated circuit; YX-HT-300U humiture sensor; demonstration; warning目 錄第1章 緒論11.1 室內(nèi)溫濕度檢測系統(tǒng)的作用與意義11.2單片機(jī)的發(fā)展趨勢與應(yīng)用11.2.1單片機(jī)的發(fā)展趨勢11.2.2單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域21.3畢業(yè)設(shè)計的目的與意義3第2章 系統(tǒng)整體設(shè)計方案42.1任務(wù)要求及設(shè)計思想42.1.1任務(wù)要求42.1.2系統(tǒng)的設(shè)計思想42.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計42.2.1所用元件與工具42.2.2主體方案設(shè)計4第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計方案63.1 AT89C52單片機(jī)簡介63.2 YX-HT-300U溫濕度傳感器簡介73.2.1溫度及相對濕度的概念73.2.2溫濕度模塊介紹73.3 AT89C52單片機(jī)與HD7279接口設(shè)計93.3.1 HD7279芯片簡介93.3.2 接口設(shè)計103.4 AT89C52單片機(jī)與X5045的接口設(shè)計113.4.1 X5045芯片簡介113.4.2 接口設(shè)計123.5 AT89C52單片機(jī)與ADC0809的接口設(shè)計133.5.1 ADC0809轉(zhuǎn)換器芯片簡介133.5.2 接口設(shè)計143.6 兩路采集開關(guān)143.7 熱敏電阻補(bǔ)償電路153.8 報警單元16第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計174.1 整體流程框圖174.2 各部分程序模塊設(shè)計174.2.1 中斷程序模塊設(shè)計174.2.2 按鍵處理模塊設(shè)計194.2.3 設(shè)定鍵處理模塊設(shè)計204.2.4 左移鍵處理模塊設(shè)計204.2.5 增鍵處理模塊設(shè)計204.2.6 確認(rèn)鍵處理模塊設(shè)計204.2.7 報警程序模塊設(shè)計214.3 部分程序說明224.3.1 A/D采集部分說明224.3.2 LED顯示部分說明224.3.3 溫/濕度量化部分說明22第5章 EDA設(shè)計245.1 原理圖設(shè)計245.2 PCB設(shè)計24第6章 調(diào)試并分析錯誤256.1硬件調(diào)試的問題分析256.2 軟件調(diào)試的問題分析25結(jié)束語26參考文獻(xiàn)27致謝28附錄一：主板原理圖29附錄二：副板原理圖30附錄三：主板PCB圖31附錄四：副板PCB圖32附錄五：原件列表33第1章 緒論1.1 室內(nèi)溫濕度檢測系統(tǒng)的作用與意義隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，人們對生活環(huán)境的要求越來越高，本設(shè)計具有一定的使用價值，該溫濕度測量系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是利用YX-HT-300U溫濕度傳感器采集現(xiàn)場的溫度和濕度，然后驅(qū)動ADC0809來完成溫度傳感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C52為核心，由7279鍵盤顯示、YX-HT-300U溫濕度采集、蜂鳴器報警、x5045上電復(fù)位功能、ADC0809的A/D轉(zhuǎn)換器芯片等模塊組成。本設(shè)計吸收了硬件軟件化的思想，大部分功能通過軟件來實(shí)現(xiàn)，使電路簡單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提高。單片機(jī)接受轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)后，存入指定內(nèi)存單元，由INTO中斷服務(wù)程序完成。每次驅(qū)動A/D轉(zhuǎn)換后等待外部中斷1，中斷到來說明轉(zhuǎn)換完成，通過中斷服務(wù)程序讀取轉(zhuǎn)換到的數(shù)據(jù)。溫濕度測量的精度已經(jīng)達(dá)到了一定的標(biāo)準(zhǔn)，不僅成本低而且具備了市面上家用及生產(chǎn)生活的一系列功能。1.2單片機(jī)的發(fā)展趨勢與應(yīng)用1.2.1單片機(jī)的發(fā)展趨勢隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器芯片的集成度越來越高，在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲器、I/O接口電路等元器件，從而構(gòu)成了“單芯片微型計算機(jī)”，簡稱單片機(jī)。單片機(jī)的誕生標(biāo)志著計算機(jī)正式形成了通用的計算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)兩個分支。單片機(jī)的發(fā)展PC系統(tǒng)中的CPU 一樣歷經(jīng)幾代的過程，由于單片機(jī)的巨大市場空間和廣泛的應(yīng)用范圍，世界各大芯片廠商紛紛推出自己的單片機(jī)產(chǎn)品，但是單片機(jī)遠(yuǎn)沒有PC中的CPU更新速度快，大體經(jīng)歷了4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)的發(fā)展過程，其中8位機(jī)在市場上一直是主流產(chǎn)品。1976年Intel公司率先推出8位機(jī)MCS-48系列，1980年又推出了內(nèi)部功能單元集成度強(qiáng)的8位機(jī)MCS-51系列產(chǎn)品，其性能大大超過并取代了MCS-48系列產(chǎn)品。如計算速度為MCS-48系列的10倍，時鐘12MHz時鐘指令周期可為1us。由于8位機(jī)可以一次處理一個ASC碼，因而一問世便顯示出其強(qiáng)大的生命力，廣泛應(yīng)用于顯示、終端鍵盤、打印、字處理、工業(yè)控制等。雖然再8位機(jī)發(fā)展應(yīng)用過程中出現(xiàn)了16位機(jī)、32位機(jī)，乃至64位機(jī)，但是8位機(jī)仍以它的價格低廉、品種齊全、應(yīng)用軟件豐富、支持環(huán)境充分、開發(fā)方便等特點(diǎn)而占領(lǐng)著單片機(jī)市場的主導(dǎo)地位。所以各大芯片生產(chǎn)廠家商紛紛生產(chǎn)與MCS-51兼容或不兼容的單片機(jī)產(chǎn)品。1.2.2單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇：(1) 在智能儀器儀表上的應(yīng)用單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。(2) 在工業(yè)控制中的應(yīng)用用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。(3) 在家用電器中的應(yīng)用可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。(4) 在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機(jī)等。(5) 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。(6) 在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用某些專用單片機(jī)設(shè)計用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方便于更換。此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途13。1.3畢業(yè)設(shè)計的目的與意義畢業(yè)設(shè)計過程是實(shí)現(xiàn)本科培養(yǎng)目標(biāo)要求的重要階段，是基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)深化與升華的重要環(huán)節(jié)，是全面檢驗(yàn)學(xué)生綜合素質(zhì)與實(shí)踐能力培養(yǎng)效果的主要手段，是學(xué)生畢業(yè)及學(xué)位資格認(rèn)證的重要依據(jù)，是衡量高等學(xué)校教育質(zhì)量和辦學(xué)效益的重要評價內(nèi)容。做好畢業(yè)設(shè)計工作，對提高本科生全面素質(zhì)具有重要意義。畢業(yè)設(shè)計的基本教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識和技能，提高分析與解決實(shí)際問題的能力，在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生用于探索的創(chuàng)新精神，嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)。 畢業(yè)設(shè)計包括開題報告、答辯和評分等全過程。在畢業(yè)課題階段中，仍需要進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生具有從事科學(xué)研究工作和綜合試驗(yàn)技能或?qū)ｉT技術(shù)工作的初步能力，初步掌握科學(xué)研究的基本方法。具體可歸納為： (1) 對資料、信息的獲取及獨(dú)立分析的能力，本專業(yè)外文的閱讀和翻譯能力。 (2) 綜合運(yùn)用所學(xué)知識的技能，解決實(shí)際問題的能力。 (3) 較好地掌握本門科學(xué)的基礎(chǔ)理論、專門知識和基本技能及方案論證的能力。 (4) 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神，繼承和發(fā)現(xiàn)探索與創(chuàng)造能力。 (5) 使用計算機(jī)（包括索取信息、數(shù)據(jù)處理、多媒體軟件應(yīng)用等）的能力。 (6) 撰寫論文的能力及開題報告、論文答辯時的口頭表達(dá)能力。第2章 系統(tǒng)整體設(shè)計方案2.1任務(wù)要求及設(shè)計思想2.1.1任務(wù)要求完成一個室內(nèi)溫濕度檢測系統(tǒng)的整體設(shè)計2.1.2系統(tǒng)的設(shè)計思想本設(shè)計是利用AT89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫濕度自動檢測與報警，溫度范圍在0至60之間，濕度測量范圍在10%至95%，溫度測量誤差小于2%，濕度測量誤差小于5%。隨機(jī)顯示所采集的溫濕度，可以設(shè)定溫度的范圍，對周圍環(huán)境的溫濕度進(jìn)行有效檢測與報警。具體設(shè)計思想是：先利用鍵盤設(shè)定上限溫度和下限溫度，并可以切換溫濕度顯示。再利用YX-HT-300U溫濕度傳感器采集周圍環(huán)境中的溫濕度值，并將現(xiàn)場溫濕度非線性信號轉(zhuǎn)化為電信號進(jìn)行調(diào)理使之滿足A/D轉(zhuǎn)換要求，然后驅(qū)動ADC0809來完成溫濕度傳感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。將采樣值和設(shè)定值進(jìn)行比較，如果超出了設(shè)定范圍就進(jìn)行蜂鳴器報警，如果高于最高溫濕度或是低于最低溫濕度，蜂鳴器開始報警。本設(shè)計基本上滿足了溫濕度檢測與報警的要求，具有超調(diào)量小，采樣值與設(shè)定值基本一致，操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。 單片機(jī)控制溫濕度自動檢測報警系統(tǒng)的出現(xiàn)，對實(shí)現(xiàn)溫濕度自動檢測報警是一個巨大的推動，具有普遍的實(shí)用意義。該系統(tǒng)已滲入到人們工作和生活的各個角落，有力地推動了各行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，應(yīng)用前景廣闊。2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.1所用元件與工具 單片機(jī)AT89C52、X5045、HD7279、ADC0809、三極管、蜂鳴器、兩片基準(zhǔn)電壓源LM336-5.0、PROTEL軟件制圖、數(shù)字萬用表等。2.2.2主體方案設(shè)計本設(shè)計是利用AT89C52實(shí)現(xiàn)溫濕度的自動檢測與報警。通過YX-HT-300U溫濕度傳感器對周圍環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行采集，再利用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。通過HD7279鍵盤顯示設(shè)置系統(tǒng)的上下限，當(dāng)溫濕度超出設(shè)置范圍時，蜂鳴器開始報警。 整體框圖如圖2.1：LED顯示器按 鍵人機(jī)接口AT89C52A/D采集溫濕度傳感器報警電路 2.1整體框圖第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計方案3.1 AT89C52單片機(jī)簡介（1）概述： AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，它完全兼容標(biāo)準(zhǔn)型的AT89C51，并在AT89C51的基礎(chǔ)上增加了128B的片內(nèi)RAM，4KB Flash存儲器，T2定時器等功能。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器 （CPU）和Flash存儲單元14，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合，如圖3.1。（2） 主要性能參數(shù)：與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 8KB的ROM1000次擦寫周期 3.1 AT89C52管腳圖全靜態(tài)操作：0Hz24MHz三級加密程序存儲器 2568字節(jié)內(nèi)部RAM32個可編程I/O口線 3個16位定時/計時器 8個中斷源 可編程串行UART通道（3） 功能特性： AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8KB 的Flash閃速存儲器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，3個16位定時/計數(shù)器，一個6向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。從圖中可看出，引腳的區(qū)別是由于增加定時器2而引起的。有區(qū)別的只有P1.0、P1.1兩個引腳，這兩個引腳在不使用定時器2時仍可作為靜態(tài)I/O接口使用,在單片機(jī)使用定時器2時，P1.0,P1.1還可能承擔(dān)著外部計數(shù)脈沖輸入，外部觸發(fā)信號輸入，可編程方波輸出等功能5。3.2 YX-HT-300U溫濕度傳感器簡介3.2.1溫度及相對濕度的概念（1）溫度：是指物體的冷熱程度，是表示物體內(nèi)分子熱運(yùn)動（不規(guī)則的自由運(yùn)動)強(qiáng)度的物理量。（2）相對濕度：是指一定溫度及一定空間的空氣中水蒸氣量和飽和水蒸氣量之比。國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定用%表示，但人們習(xí)慣上常表示為：%RH。（3）人體最適宜的溫濕度范圍是：相對濕度為45%-65%。溫度為11和32。所以在本設(shè)計中設(shè)置的溫濕度上下限報警值為人體最適宜的溫濕度范圍。3.2.2溫濕度模塊介紹 本次設(shè)計用YX-HT-300U溫濕度模塊，該模塊具有精度高、濕滯小、耐高濕、互換性好、抗污染、微型化等優(yōu)點(diǎn)，是包括相對溫濕度傳感器（YX-HS系列）與信號處理電路的一體化產(chǎn)品。模塊采用直流供電，相對濕度以電壓信號形式輸出；模塊同時提供以電阻形式輸出的溫度信號。該模塊常用于氣象（探空）、農(nóng)業(yè)（大棚）、倉儲（糧庫）、空調(diào)、加濕器、除濕機(jī)、記錄（顯示）儀表、數(shù)字溫濕度計等。（1）YX-HT-300U如圖3.23.2 YX-HT-300U（2）電氣指標(biāo) 供電電壓（輸入）DC5V5% 消耗電流 約2Ma （最大5mA） 使用范圍 060，95%RH以下 濕度測量范圍 1095%RH 保存-10+70，95%RH以下 濕度精度 5%RH （范圍：1.641.95V，at25，60%RH Vin=DC5V） 濕度輸出特性（參考） 濕度輸出特性 熱敏電阻（C16T45） R(25)=50k歐5%，B(25/50)=3970K2% 溫度依存性（參考）5%RH（Vin=5VCD，4080%RH 1040范圍，25為基準(zhǔn)）（3）測量范圍：溫度測量：0-60 濕度測量范圍：10-95%濕度輸出特性：（25）相對濕度（%RH）102030405060708090輸出電壓（V）0.320.630.931.221.511.802.102.412.72溫度輸出特性：熱敏電阻（C16T45）R(25)=50k歐5% B(25/50)=3970K2%溫度（）010202530405060阻抗 （k歐 ）165.9100.562.6250.0040.2026.4517.8512.30（4）接線方法如圖3.3： 1 電源DC5V2 濕度輸出DC03.0V 3 地線GND4 溫度輸出50k歐 (at25) 注：正負(fù)極切勿接反 圖3.3接線方法圖（5） 相對濕度輸出特性曲線（溫度：25 輸出電壓：DC5V）如圖3.4： 圖3.4 相對濕度輸出曲線3.3 AT89C52單片機(jī)與HD7279接口設(shè)計 3.3.1 HD7279芯片簡介(1)HD7279的主要特點(diǎn) 與CPU間采用串行接口方式,僅占用4根端口線； 圖3.5 HD7279管腳圖 內(nèi)部含有譯碼器，可直接接收BCD碼或16進(jìn)制碼， 同時具有兩種譯碼器方式，實(shí)現(xiàn)LED數(shù)碼管位尋址和段尋址，消隱和閃爍性等多種控制指令，編程靈活； 循環(huán)左移和循環(huán)右移指令；內(nèi)部含有驅(qū)動器，無需外圍元件可直接驅(qū)動LED； 具有級聯(lián)功能，可方便的實(shí)現(xiàn)多于8位顯示或多于64鍵的鍵盤接口； 具有自動消除抖動并識別按鍵鍵值的功能11。(2) HD7279的引腳說明 HD7279為28引腳標(biāo)準(zhǔn)雙列直插式封裝(DIP)15，如圖3.5，單一的+5V供電,其引腳排列如主板所示。 DIG0-DIG7分別為8個LED數(shù)碼管的位驅(qū)動輸出端5。SA-SG分別為LED數(shù)碼管的A-G的輸出端。DP為小數(shù)點(diǎn)的驅(qū)動輸出端。HD7279與微處理器僅需4條接口線，其中非CS為片選信號(低電平有效)，RC引腳用于連接HD7279的外接振蕩元件，其典型值為R=1.5千歐，C=15pF。非RESET為復(fù)位端。該端由低電平變成高電平并且保持25ms即復(fù)位結(jié)束。通常,該端接+5V即可。3.3.2 接口設(shè)計7279是可編程的鍵盤和顯示接口器件5，如圖3.6。鍵盤和顯示器實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。鍵盤和顯示器由7279管理，實(shí)現(xiàn)5按鍵和4顯示器的功能。如下圖所示是HD7279與AT89C52單片機(jī)的典型接口電路。HD7279應(yīng)連接共陰式數(shù)碼管。因?yàn)椴捎醚h(huán)掃描的工作方式,如果采用普通的數(shù)碼管，亮度有可能不夠，則可采用高亮度或超高亮度的型號14。數(shù)碼管的尺寸亦不宜選得過大，一般字符高度不超過1in(0.0254m)，如使用大型的數(shù)碼管，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)尿?qū)動電路。HD7279需要一個外接的RC振蕩電路以供系統(tǒng)工作，外接振蕩元件為典型值(R=1.5千歐，C=15pF)。如果芯片無法正常工作，首先檢查此振蕩電路。在印制電路板布線時，所有元件，尤其是振蕩電路的元件應(yīng)盡量靠近HD7279，并盡量使電路連線最短。單片機(jī)通過KEY引腳電平來判斷是否有鍵按下，在使用查詢方式管理鍵盤時，該引腳接至單片機(jī)的1位I/O口如主板所示P1.7；如果使用中斷方式，該引腳應(yīng)接至單片機(jī)的外部中斷輸入端(非INT0或非INT1)。同時應(yīng)該將中斷觸發(fā)控制位設(shè)置成下降沿有效的邊沿觸發(fā)方式。若置成電平觸發(fā)方式，則應(yīng)注意在按鍵時間較長時可能引起的多次中斷問題5。單片機(jī)與HD7279引腳的連接和相關(guān)的地址分配如下： (1) CS2：片選端,低電平有效，與P1.4相連； (2) CLK:串行時鐘輸入端，與P1.5相連； (3) DATA:串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端，與P1.6相連；圖2-2-2 HD7279(4) KEY:按鍵有效信號端，與P1.7相連。 圖3.6 AT89C52與HD7279連接電路圖3.4 AT89C52單片機(jī)與X5045的接口設(shè)計3.4.1 X5045芯片簡介 X5045是單片機(jī)系統(tǒng)電路的一個輔助芯片，它將復(fù)位，電壓檢測，看門狗定時器和塊鎖保護(hù)圖3.7 X5045管腳圖的串E2PROM功能集合成一個芯片內(nèi)；采用SPI串行外設(shè)接口方式，降低了系統(tǒng)成本并減少了對電路板空間的要求，提高了系統(tǒng)的可靠性8。 (1) 功能與特點(diǎn) X5045有4種基本功能:上電復(fù)位,看門狗定時器，低電壓檢測和SPI串行E2PROM。上電復(fù)位 當(dāng)器件通電并超過Vcc門限電壓(內(nèi)部門限值Vtrip時)，X5045內(nèi)部的復(fù)位電路將會提供一個約為200ms復(fù)位脈沖(引腳RESET)讓微處理器能夠正常復(fù)位?？撮T狗定時器看門狗定時器對微處理器提供了一種對外界干擾而引起程序陷入死循環(huán)或“跑飛”狀態(tài)的保護(hù)功能。X5045內(nèi)部的一個控制寄存器中有兩位可編程位決定了定時周期的長短。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，在設(shè)定的時間內(nèi)如果沒有對X5045進(jìn)行訪問，則看門狗定時器以RESET信號作為輸出響應(yīng),即變?yōu)楦唠娖?，延時約200ms以后RESET由高電平變?yōu)榈碗娖?。非CS的下降沿復(fù)位看門狗定時器5。低電壓檢測 工作過程中X5045監(jiān)測電源電壓下降并且在電源電壓跌落到Vcc門限電壓(Vtrip)以下時，會產(chǎn)生一個復(fù)位脈沖,復(fù)位脈沖保持有效直到電源電壓降到1V以下。如果電源電壓在降落到VTRIP后延時約200ms，復(fù)位信號消失,使得微處理器可以繼續(xù)工作。串行E2PROM存儲器X5045的存儲器部分是具有Xicor公司的塊鎖保護(hù)CMOS4KB串行E2PROM。它被組織成8位的結(jié)構(gòu)，由一個四線構(gòu)成的SPI總線方式進(jìn)行操作,一次最多可寫16B10。3.4.2 接口設(shè)計利用X5045串行E2PROM存儲4通道的測量值上下限和報警上下限（保護(hù)參數(shù)）1。單片機(jī)與X5045引腳的連接如圖3.8：(1)CS1:片選端,低電平有效，與P1.0相連； (2)SO:串行數(shù)據(jù)輸出端，與P1.1相連；(3)CK:串行時鐘輸入端，與P1.2相連；(4)SI:串行數(shù)據(jù)輸入端，與P1.3相連13。 圖3.8 AT89C52與X5045連接電路圖3.5 AT89C52單片機(jī)與ADC0809的接口設(shè)計3.5.1 ADC0809轉(zhuǎn)換器芯片簡介由于計算機(jī)直接執(zhí)行的是機(jī)器語言，也就是只能處理數(shù)字量,因此計算機(jī)系統(tǒng)中凡是遇到模擬量的地方，就要進(jìn)行模擬量向數(shù)字量或數(shù)字量向模擬量的轉(zhuǎn)換，由此帶來了單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換的接口問題。一般情況下，大多數(shù)的傳感器的輸出都是電流信號，計算機(jī)要對這類傳感器的信號進(jìn)行處理,就要先進(jìn)行電流/電壓轉(zhuǎn)換(I/V)，然后再通過ADC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換2。 ADC模/數(shù)轉(zhuǎn)換器有兩大類:一類直接在電子線路中使用,不帶使能控制端；另一類帶有使能控制端,與微型計算機(jī)接口相連。A/D轉(zhuǎn)換器是一種能把輸入模擬電壓變成與它成正比的數(shù)字量的器件，即能把被控對象的各種模擬信息轉(zhuǎn)變成計算機(jī)可以識別的數(shù)字信息4。(1)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)是多路模擬開關(guān)可選通8路模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，并共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C三個地址位進(jìn)行鎖存和譯碼。8位A/D轉(zhuǎn)換器為逐次逼近式，由控制與時序電路/逐次逼近式寄存器，樹狀開關(guān)以及256個電阻階梯網(wǎng)絡(luò)等組成。三態(tài)輸出鎖存器用于存放和輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量。(2)ADC0809的引腳 ADC0809芯片為28引腳雙列直插封裝 IN0-IN7:8路模擬量輸入通道 A,B,C:模擬通道地址線 ALE:地址鎖存信號 START:A/D轉(zhuǎn)換啟動信號 D0-D7:數(shù)據(jù)輸出線 OE:輸出允許信號圖3.9 ADC0809管腳圖 CLOCK:時鐘信號 EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號 Vcc:+5V電源,GND:地Vref:參考電壓3.5.2 接口設(shè)計(1)在START端送一個100ns寬的啟動正脈沖；(2) 獲取EOC端上的狀態(tài)信息，因?yàn)樗茿/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束標(biāo)志；(3) ADDA、ADDB、ADDC分別接系統(tǒng)的低三位地址，只要把這三位地址寫入ADC0809的地址鎖存器，就實(shí)現(xiàn)了模擬通道的選擇；(4) START和ALE互連可以使ADC0809在接收模擬量路數(shù)地址時啟動工作；(5) A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)為數(shù)字量，這些數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)中進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換已完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，才能進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)傳送7。如圖3.10。圖3.10 AT89C52與ADC0809連接電路圖3.6 兩路采集開關(guān)由于要實(shí)現(xiàn)溫濕度兩個變量的數(shù)據(jù)采集，而在LED上只能顯示一路不能同時顯示，所以要有兩路之間相互轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)的P2.7引腳作為ADC0809的片選通信號。ADC0809的A引腳接單片機(jī)的P3.3腳，B和C引腳接地。用主機(jī)的P3.3腳控制采集通道，當(dāng)P3.3為低電平時，采集通道0；當(dāng)P3.3為高電平時，采集通道1。用P3.4控制LED顯示。當(dāng)P3.4控制LED顯示。當(dāng)P3.4為高電平時，顯示濕度值；當(dāng)P3.4為低電平時，顯示溫度值。設(shè)計電路如圖3.11所示： 圖3.11 轉(zhuǎn)換電路3.7 熱敏電阻補(bǔ)償電路 熱敏電阻是其溫度值隨電阻體溫度變化的半導(dǎo)體電阻，通常可分為正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻CRT三類。PTC是具有在工作范圍內(nèi)電阻值隨溫度升高而顯著增大的特點(diǎn)，NTC是具有在工作范圍內(nèi)電阻值隨溫度升高而顯著減小的特性。該系統(tǒng)溫度采集我們采用溫濕度模塊中的熱敏電阻，模塊中的熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，由于傳感器溫度輸出信號是阻抗，而ADC0809只能接受電壓信號，因此要想辦法將阻抗信號變?yōu)?-5V易于采集的標(biāo)準(zhǔn)信號。經(jīng)過查閱相關(guān)資料解決辦法是將傳感器的阻抗輸出端加上一個電阻，電阻另一端接地。將溫度輸出端接到ADC0809的IN1腳，取電阻兩端電壓作為單片機(jī)的輸入。 確定所加電阻值R：因?yàn)镽與熱敏電阻串聯(lián)，所以R=R25(R0+R50)-2ROR50/R0+R50-2R0R50 (式3.1)R0、R50代表要求線性化溫度范圍（0-50）兩端上是我熱敏電阻值，R25代表溫度范圍中點(diǎn)處的熱敏電阻值。輸出電壓E為 E=E0*Rt/(Rt+Rc) (式3.2)最大線性誤差為0.8。根據(jù)公式得算式：R=40.19(16509+12031)-2*16509*12.31/165.9+12.31-2*40.19解出R=31.46k歐設(shè)計的溫濕度調(diào)理電路如圖3.12所示：溫濕度傳感器IN1GND4 Rout31K圖3.12 溫度采集的調(diào)理電路 3.8 報警單元報警利用蜂鳴器，采樣值高于報警上限或低于報警下限時，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲。蜂鳴器與AT89C52連線圖，如圖3.12。圖3.12 AT89C52與蜂鳴器連接第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 整體流程框圖本設(shè)計采用單片機(jī)C52編程實(shí)現(xiàn)。程序由C語言編寫。本程序主要分為以下幾部分：A/D采集程序，LED顯示程序，溫濕度量化程序，平均值濾波程序，定時中斷服務(wù)程序。其中主程序流程圖如圖4.1所示：圖4.1 整體流程框圖4.2 各部分程序模塊設(shè)計本節(jié)就各部分程序模塊設(shè)計進(jìn)行了闡述，其中有中斷程序模塊設(shè)計，按鍵處理模塊設(shè)計，設(shè)定鍵處理模塊設(shè)計，左移鍵處理模塊設(shè)計，增鍵處理模塊設(shè)計，確認(rèn)鍵處理模塊設(shè)計，報警程序模塊設(shè)計，文中就核心內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的敘述。4.2.1 中斷程序模塊設(shè)計在中斷中要完成對定時器的重新賦值，采樣處理，按鍵處理，顯示處理，報警處理，如圖4.2所示：定時器重裝：重新對定時器T0進(jìn)行100ms的初值定義。（1） 采樣：當(dāng)一個時間片結(jié)束的時候，通過YX-HT-300U溫濕度傳感器所采集的信號通過A/D芯片的IN0和IN1口進(jìn)行采樣，并進(jìn)行平均值濾波，最后將采樣值送入AT89C52進(jìn)行處理并由LED顯示。中斷服務(wù)程序結(jié)束中斷服務(wù)程序入口設(shè)定定時器初值100ms是否到了？采樣通道0進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換鍵處理模塊顯示模塊NY平均值濾波將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成濕度值500ms是否到了？YYN采樣通道1進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換平均值濾波將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成溫度值 圖4.2 中斷程序流程圖（2） 鍵處理：對是否有按鍵進(jìn)行判斷，若有按鍵則根據(jù)鍵值進(jìn)行相應(yīng)的處理，否則返回。（3） 顯示：對當(dāng)前測量值或各個設(shè)定狀態(tài)進(jìn)行顯示。（4） 報警：提取采樣值，與X5045內(nèi)報警上下限進(jìn)行比較，如超出范圍調(diào)用報警程序，拉低蜂鳴器；否則返回。4.2.2 按鍵處理模塊設(shè)計KEY_OK=1?OKKEY模塊KB_FIG=1?讀鍵值（ KEY_IN）增加顯示左移設(shè)置確認(rèn)KB_FIG=1返回KB_FIG=0YYN 圖4.3 按鍵處理流程圖 KEY-OK=0時表示有鍵按下；KEY-OK=1時表示無鍵按下。KB-FIG=0時表示按鍵未處理過；KB-FIG=1時表示按鍵已處理過。顯示鍵的鍵碼是08H，含義是每按下一次就顯示一個測量參數(shù)值。設(shè)定鍵的鍵碼是00H，含義是每按一下就顯示一個設(shè)定參數(shù)值。增加鍵的鍵碼是10H，含義是每按一下，處于閃爍狀態(tài)的數(shù)碼管值加1.當(dāng)增加到9后，再循環(huán)到0，再重新增加。左移鍵的鍵碼是18H，含義是每按下一次，使閃爍狀態(tài)左移一位，就可以對該位進(jìn)行修改。確認(rèn)鍵的鍵碼是20H，每次修改完參數(shù)后，按下此鍵，即可將修改后的參數(shù)存入內(nèi)存中保存起來。4.2.3 設(shè)定鍵處理模塊設(shè)計 當(dāng)鍵值為00H時，為設(shè)定鍵。設(shè)定鍵處理中SET-STA包含3個狀態(tài)，SET_STA=0時，顯示采樣值；SET_STA=1時，顯示報警上限； SET_STA=2時，顯示報警下限；4.2.4 左移鍵處理模塊設(shè)計當(dāng)鍵值為18H時為左移鍵，即SET_STA值為1或2時，每按一次就會使閃爍狀態(tài)左移一位，再判斷左移鍵值是否為2，如果不等于2就在按增鍵來進(jìn)行對鍵值的修改；如果等于2就不執(zhí)行任何操作。4.2.5 增鍵處理模塊設(shè)計首先判斷 KEY_IN鍵值是否為10H如果是則繼續(xù)往下進(jìn)行，再判斷STE_STA為零，如果等于零則不能對此值進(jìn)行修改；如果不等于零，繼續(xù)判斷LEFT的值，當(dāng)LEFT的值為0或1時可以對該位進(jìn)行修改；當(dāng)該位增加到十的時候則自動將該位清零；如果增加的值不等于十則顯示該值，最后將該值寫到5045中。4.2.6 確認(rèn)鍵處理模塊設(shè)計首先判斷 KEY_IN鍵值是否為20H，再判斷STA_STA是否為0，如果為0則返回；如果不為零則判斷值值為1時就從5045中讀出上限值；當(dāng)SET_STA=2時則讀出5045中的下限值。KEY_IN=20HSTA_STA=0讀5045 AH值讀5045 AL值SET_STA=2SET_STA=1YN返回圖4.4 確認(rèn)鍵處理模塊程序框圖 4.2.7 報警程序模塊設(shè)計NYNY進(jìn)入報警報警上限值A(chǔ)HSPBJ_FLAGH=1RET報警下限值A(chǔ)LSPBJ_FLAGL=1BJ_FLAGH=0BJ_FLAGL=0 圖4.5 報警模塊流程圖注：AH表示溫濕度報警上限值；AL表示溫濕度報警下限值。SP表示采樣值，BJ_FLAGH=1與BJ_FLAGL=1表示報警，BJ_FLAGH=0與BJ_FLAGL=0表示未報警。4.3 部分程序說明4.3.1 A/D采集部分說明本次設(shè)計A/D采集程序采用查詢方式，實(shí)現(xiàn)兩路數(shù)據(jù)采集，設(shè)定每100ms通道0采集一次，每500ms通道1采集一次。在主程序中設(shè)定定時器，讓定時器定時250us，再用軟計時既在程序中和定義變量對其進(jìn)行累加，達(dá)到定時100ms和500ms的目的。使用定時器0的中斷方式2，方式2是8位的可自動重裝載的定時器/計數(shù)器，慢計數(shù)值為2566。4.3.2 LED顯示部分說明在主程序中設(shè)變量，給這個變量賦值，然后查段碼表，送去顯示。由于系統(tǒng)為兩路數(shù)據(jù)采集，而LED只能對一路數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時顯示。因此用主機(jī)的P3.3引腳控制采集的通道，P3.3=0時，通道0選通，對通道0進(jìn)行采集；同時用主機(jī)的P3.4引腳控制LED顯示P3.4=0時，LED上顯示溫度值；P3.3=1時，通道1進(jìn)行采集。P3.4=1，LED上顯示溫度值7。4.3.3 溫/濕度量化部分說明 1.傳感器濕度的輸出電壓信號是線性的，輸出電壓對應(yīng)的轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量根據(jù)公式 Q=255*v/5 (式4.1) 求得 q1=16 q2=32 q3=47 q4=62 q5=77 q6=92 q7=107 q8=123 q9=139根據(jù)公式 humi=(q*100)/153 (式4.2)將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成濕度值，進(jìn)行顯示。2.溫度信號輸出的阻抗為非線性，因此，我們要將其進(jìn)行線性化。 首先計算出標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的補(bǔ)償電壓根據(jù)公式 V1=5V*31/(Rt+31) (式4.3) 解得 V1=0.7872 V2=1.1796V V3=1.6555V V4=1.9375V V5=2.1773V V6=2.6975V V7=3.1730V V8=3.5789V對應(yīng)的數(shù)字量根據(jù)公式 Q=255*V/5 (式4.4) 解得 Q1=40 Q2=60 Q3=84 Q4=99 Q5=111 Q6=138 Q7=162 Q8=183 進(jìn)行線性化：將0-60分0-20 20-25 25-30 30-40 40-60五段，每段對應(yīng)的轉(zhuǎn)換成溫度的公式為： Temp1=20(Q1-40)/44 (式4.5) Temp2=5(Q2-84)/15+20 (式4.6) Temp3=5(Q3-99)/12+25 (式4.7) Temp4=10(Q4-111)/27+30 (式4.8) Temp5=120(Q5-138)/45+40 (式4.9)根據(jù)上述公式即能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成溫度值，對輸出的溫度信號進(jìn)行線性化，由于采集多次要對采集信號進(jìn)行濾波，最后進(jìn)行顯示。第5章 EDA設(shè)計5.1 原理圖設(shè)計（1）原理圖設(shè)計主要步驟：從元件庫中找出相應(yīng)元件并放置在新建的原理圖里，按照硬件設(shè)計圖將各元件連線。原理圖接線完畢之后編譯，并根據(jù)系統(tǒng)信息修改錯誤直至全部正確，保存。（2）制作芯片創(chuàng)建并保存原理圖庫。定義元件邊框放置矩形，添加元件引腳，設(shè)置引腳名稱。設(shè)置元件屬性，在Designator輸入欄輸入默認(rèn)的與元件標(biāo)識。在“Models”區(qū)域?yàn)樵撛砑覲CB封裝。加載封裝元件庫，保存元件庫及PCB圖。5.2 PCB設(shè)計（1）在Files面板的底部進(jìn)行模板新建，根據(jù)模板新建創(chuàng)建新的 PCB。（2）根據(jù)向?qū)нx擇Custom，寬121.0mm,高77.5mm,生成PCB并保存。（3）將新的PCB添加到項目，轉(zhuǎn)換設(shè)計，更新PCB，設(shè)計PCB。（4）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)板放置元件，自動布線。（5）保存PCB圖。第6章 調(diào)試并分析錯誤6.1硬件調(diào)試的問題分析繪制完成原理圖之后,根據(jù)原理圖焊接電路板。焊接完成后，首先目測焊點(diǎn)是有虛焊或漏焊現(xiàn)象，再用萬用表測量各個芯片間連接和電源與地間的連接是否正確，由于本次設(shè)計需要用排線將主板和副版連接起來，這就涉及到引腳連接的問題，所以要把主板芯片引腳與副版芯片引腳直接用萬用表測量，觀察是否接通，然后上電測量，要十分注意芯片是否發(fā)熱。在調(diào)試過程中，副板中的蜂鳴器連接錯誤，由于蜂鳴器與引腳P2.5相連，但在調(diào)試硬件時儀表不工作，后經(jīng)檢查得出原因是蜂鳴器接錯位置，重新查找接通引腳，硬件調(diào)試成功。6.2 軟件調(diào)