糧倉溫濕度控制系統(tǒng)的本科設計

1、成績等級本科課程（設計）題 目 智能糧庫溫度、濕度控制 系統(tǒng)模擬設計與制作 學 院 電子信息工程 專 業(yè) 電子信息工程 班 級 13級電信統(tǒng)本01班 學號姓名 吳 遠 明 趙 君 理指導教師 董昌孝 完成日期 2015.12.25 西安思源學院教務處二一五 年 十二 月摘要本次設計完成智能糧庫溫度、濕度控制系統(tǒng)模擬設計與制作。本設計分為上下兩層結構，下位機系統(tǒng)以STMEL公司生產(chǎn)的STC90C51單片機作為溫、濕度監(jiān)控核心部件，采用DHT11溫度傳感器，它是數(shù)字溫度傳感器，能夠直接讀取被測物的溫度值；選取DHT11作為濕度傳感器，將電容值的變化轉為與之呈反比的電壓頻率信號；一旦溫度或濕度值超過

2、設定閾值，即可實現(xiàn)報警。上位機系統(tǒng)仍以單片機為核心，擴展數(shù)據(jù)存儲器，在鍵盤模塊里可以更改閾值，LCD顯示模塊顯示從下位單片機傳來的溫度、濕度值。從而實現(xiàn)一種小型糧庫的溫濕度智能監(jiān)控。實驗表明該系統(tǒng)具有轉換速度快、精度高、控制能力強等特點。目前實現(xiàn)糧庫溫濕度的智能控制需要一種穩(wěn)定性高、成本低的溫濕度智能控制系統(tǒng)，其采用上、下位機控制結構，實現(xiàn)全方位智能化的糧庫監(jiān)控。單片機在這種系統(tǒng)中往往作為一個終端機，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點上，對現(xiàn)場溫濕度進行實時的測量和控制。單片機的高可靠性和強抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。關鍵詞 單片機；小型糧庫；溫度；濕度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目錄模擬設計與制作1第一章 緒論11 研究背景12 糧庫溫濕度系統(tǒng)國內外現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢13 本設計主

9、要工作內容34 系統(tǒng)結構框圖5第二章 系統(tǒng)硬件設計61 MCS-51系列單片機的特征和結構61.1 MCS-51系列單片機特征61.2 STC90C51單片機簡介71.3 MCS-51系列單片機的引腳功能81.4 MCS-51系列單片機的主要組成部分111.5 STC90C51的基本系統(tǒng)151.6 STC90C51中斷系統(tǒng)162 DHT11傳感器模塊182.1DHT11濕度傳感器概述182.2 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器性能說明192.3 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器使用注意事項213 LCD1604液晶顯示模塊223.1 LCD1604液晶顯示器簡介223.2 LCD1604引腳及原理圖234

10、 繼電器控制直流電機風扇模塊244.1繼電器簡介2442繼電器工作原理：254.3電器的選用254.5 直流電機風扇簡介265 按鍵設置模塊266 報警模塊287 硬件原理圖298 元器件清單31第三章 系統(tǒng)軟件設計321 總體程序設計322 LCD1604液晶顯示程序設計333 DHT11溫濕度傳感器程序設計354 按鍵中斷模塊程序設計375 報警模塊程序設計39第四章 系統(tǒng)整合調試421 軟件調試421.1建立一個新工程421.2編寫程序432硬件調試472.1進入 Proteus ISIS472.2工作界面482.3 添加元器件492.4繪制電路圖493 仿真調試504 仿真結果總圖51

11、5 實物結果總圖51第五章 結論53參考文獻54附錄55致謝67智能糧庫溫度、濕度控制系統(tǒng)模擬設計與制作第一章 緒論1 研究背景糧食是人類生存的必需品，溫度與濕度是保存好糧食的先決條件，隨著中國加入WTO和糧食市場的逐漸開放，儲存大量的糧食對穩(wěn)定國民經(jīng)濟的發(fā)展起到至關重要的作用。防潮、防霉、防腐、防爆是糧庫日常工作的重要內容，是衡量糧庫管理質量的重要指標。它直接影響到儲備物資的使用壽命和工作可靠性。為保證日常工作的順利進行，首要問題是加強糧庫內溫度與濕度的監(jiān)測工作。但傳統(tǒng)的方法是使用溫度計、濕度計來測量糧庫的溫度和濕度，通過人工加熱、加濕、通風和降溫等方法來控制糧庫的溫、濕度，這種方法不但控制

12、精度低、實時性差，費時費力、效率低，而且操作人員的勞動強度大，測試的溫度及濕度誤差大。因此我們需要使用造價低廉、使用方便且測量準確的溫濕度測量儀，并且實現(xiàn)智能控制。溫、濕度控制廣泛應用于人們的生產(chǎn)和生活中，尤其是農(nóng)產(chǎn)品種子，對環(huán)境溫度與濕度有著比較嚴格的要求。同時溫度與相對濕度的大幅度變化可能導致種子大范圍腐爛或者影響種子的發(fā)芽率，從而帶來極大的經(jīng)濟及財產(chǎn)損失。因此，保持適宜的糧庫溫度、濕度對保證農(nóng)產(chǎn)品種子存儲質量十分重2 糧庫溫濕度系統(tǒng)國內外現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢糧情檢測屬監(jiān)控系統(tǒng)范疇，近年來，由于傳感器技術、計算機技術、超大規(guī)模集成電路技術和網(wǎng)絡通信技術的發(fā)展，使監(jiān)控系統(tǒng)廣泛應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領域

13、，因此，糧情檢測技術的研究在軟、硬件等方面都有了一定的進展。隨著科技的發(fā)展，從1978年開始，采用電阻式溫度傳感器、采樣器、模數(shù)轉換器等組成的儲糧監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)，它可對各糧庫的各個測溫點進行巡回檢測，檢測速度、精度大大提高，降低了勞動強度，但由于電阻傳感器的靈敏度低，致使檢測精度、系統(tǒng)可靠性還不夠理想。至1990年，糧情檢測系統(tǒng)有了很大的改善和提高，系統(tǒng)在布線上采用矩陣式布線技術，簡化了數(shù)據(jù)采集部分的線路，在傳感器方面應用了半導體、熱電偶等器件；在線路傳輸上采用了串行傳輸方式，從而減少了傳輸線根數(shù)；采用單板機進行數(shù)據(jù)處理，并采用各種手段提高數(shù)據(jù)傳輸及檢測速度，通過軟硬件技術的結合，檢測精度和可靠

14、性較以前有很大提高。但溫度傳感器的線性度差，系統(tǒng)的檢測精度仍不理想，無法大面積推廣。近年來，隨著單片機功能的日益強大和計算機的廣泛應用，糧情檢測的準確性、穩(wěn)定性要求越來越高。尋找最佳配置和最好的性價比成為糧情監(jiān)測研究的熱點。國外在糧情監(jiān)控技術上已經(jīng)達到了很成熟的地步，高科技數(shù)字式傳感器廣泛應用于糧情檢測系統(tǒng)。這種傳感器采用了半導體集成電路與微控制器最新技術，在一個管芯上集成了半導體溫度檢測芯片、數(shù)據(jù)信號轉換芯片、計算機接口芯片，存儲芯片等，除完成溫度檢測功能外，還可完成預置范圍溫度、報警、多路A/D轉換、溫度補償?shù)裙δ?。由于?shù)字溫度傳感器直接傳出數(shù)字量，從而解決了溫度信號長距離傳輸問題及傳輸過

15、程中因干擾和衰減而導致的精度降低等問題1。我國對于溫度測控技術的研究較晚，始于20世紀80年代。我國工程技術人員在吸收發(fā)達國家溫度測控技術的基礎上，掌握了溫度室內微機控制技術，該技術僅限于對溫度的單項環(huán)境因子的控制。目前，國內出現(xiàn)了豐富的數(shù)字傳感器配套產(chǎn)品，如遠程控制模塊、中繼器等技術也比較成熟。隨著單片機技術的飛速發(fā)展，單片機在各個領域中都得到了廣泛的應用。其中，由單片機組成控制系統(tǒng)，已成為單片機應用的發(fā)展趨勢。我國溫度測控設施計算機應用，在總體上正從消化吸收、簡單應用階段向實用化、綜合性應用階段過渡和發(fā)展。在技術上，以單片機控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與

16、發(fā)達國家相比，存在較大差距。我國溫度測量控制現(xiàn)狀還遠遠沒有達到工廠化的程度，生產(chǎn)實際中仍然有許多問題困擾著我們，存在著裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點。本系統(tǒng)以STC90C51單片機為核心，研制了一種穩(wěn)定性高、成本低的溫、濕度智能控制系統(tǒng)。采用上、下位機控制結構，上位機系統(tǒng)和下位機系統(tǒng)中采用模塊化結構，完成軟件和硬件的設計，從而實現(xiàn)對小型糧庫全方位、智能化的監(jiān)控。3 本設計主要工作內容本課題設計的是糧庫溫濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)，是對一個小型糧庫的溫度、濕度進行控制，以保證糧庫儲糧的安全。糧庫溫濕度控制系統(tǒng)是以低功耗的高性能的8位單片機STC90C51

17、單片機為核心構成控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以通過鍵盤設定模塊進行系統(tǒng)給定值的設置來調整糧庫溫、濕度控制范圍。溫度、濕度檢測模塊將糧庫內的溫、濕度信息傳到單片機，單片機根據(jù)實際情況發(fā)出控制信號驅動控制模塊進行相應操作，同時將當前信息存儲到單片機相應內存單元中并上傳數(shù)據(jù)到上位機顯示及保存。當溫度或者濕度超過設定的范圍上下限時，通過下位機與上位機之間數(shù)據(jù)的傳輸，下位機系統(tǒng)發(fā)出報警并將采集信息在上位機系統(tǒng)LCD上顯示。單片機是本系統(tǒng)的核心，它控制本系統(tǒng)的各種功能，因此選擇性能可靠的單片機就顯得尤為重要，考慮到滿足功能要求、性價比、貨源保證、開發(fā)手段等因素，采用軟件技術成熟、仿真器普通、性價比高的一種低功耗高性

18、能的9位單片機STC90C51。溫濕度傳感器是本系統(tǒng)的測量單元，傳感器性能的好壞直接影響到本系統(tǒng)性能的好壞。為了盡量減小測量誤差，首先我選用了測量精度較高的數(shù)字式溫度傳感器DHT11，可直接將所測溫度轉化為數(shù)字量輸出，送入單片機。選用電容式濕度傳感器DHT11測量濕度。實現(xiàn)溫濕度實時監(jiān)測顯示，超過閾值可以自動報警，人工處理控制糧庫的溫濕度，達到自動控制的目的。其中，控制策略采用設定報警閥值，當溫濕度超過一定的范圍的時候，蜂鳴器響。由于DHT11采用單總線方式，CPU只需一根端口線就能與諸多DHT11通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。在進行多點測量的時候將非常易于擴展，不

19、需要添加任何器件，將所有傳感器直接與單片機I/O口連接即可。在本系統(tǒng)中，采用LCD1064作為顯示單元。LCD液晶顯示器具有功耗低、壽命長、無輻射、不易引起視覺疲勞等優(yōu)點，正在被廣泛應用于儀表、家用電器、計算機、醫(yī)療儀器及交通和通信領域。在一個糧庫中，被測量的8個點可以在上位機的顯示單元上滾動顯示溫濕度值。當溫度或濕度超過閾值時，下位機的警報聲響，并在上位機系統(tǒng)的LCD顯示屏上顯示相應的溫度、濕度值，引起工作人員注意，從而采取通風等措施。上位機的鍵盤模塊采用4×4鍵盤，可以更改設定的溫濕度閾值。影響糧食存儲安全的最主要因素是糧倉內的溫濕度，這就需要有一種有效的、低成本的儀器來實現(xiàn)實時

20、監(jiān)測和控制的功能，使得管理人員方便有效地進行監(jiān)控和操作。如果使用單片機作為前沿機對現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，通過分析收集的數(shù)據(jù)，然后通過單片機的串行口來控制電機啟停并進行溫濕度控制。利用單片機技術監(jiān)測糧倉，用戶可以很容易的得到自己所需的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，糧倉現(xiàn)場實時信息在任何時候都可以傳入控制室，管理人員不需要進入現(xiàn)場就可按照所需的溫濕度控制糧倉內的溫濕度。提高了生產(chǎn)效率，增強了糧倉存儲安全、實現(xiàn)糧倉管理的實時性和自動化。計算機測量是微機設計的第一步，是微機測量技術的一部分，即糧倉溫度和濕度的測量，并利用單片機處理數(shù)據(jù)的測量和糧倉的溫度和濕度控制。4 系統(tǒng)結構框圖STC90C51 圖 1-1 系統(tǒng)結構框圖第二

21、章 系統(tǒng)硬件設計1 MCS-51系列單片機的特征和結構1.1 MCS-51系列單片機特征美國Intel公司推出MCS-51系列高檔8位單片機至今20多年來，51系列單片機經(jīng)久不衰，并得到了極其廣泛的應用。它的結構更先進，功能更強，在原來的基礎上增加了更多的電路單元和指令，指令數(shù)達111條，MCS-51單片機可以算是相當成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，MCS-51系列或其兼容的單片機仍是應用的主流產(chǎn)品。MCS-51系列單片機的典型產(chǎn)品為8051、8031和90C51。通常MCS-51這個術語泛指以90C51為內核的單片機。90C51是ROM型單片機，內部有4KB的掩膜ROM，即單片機出廠時，程序已由生產(chǎn)

22、廠家固化在程序存儲器中。90C51內部結構具有如下特征：面向控制的8位CPU；4kbytes 程序存儲器（ROM），128bytes的數(shù)據(jù)存儲器（RAM）；可以尋址64KB的片外程序存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器；32根雙向和可單獨尋址的I/O線；一個全雙工的異步串行口；兩個16位定時/計數(shù)器；5個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級；有片內時鐘振蕩器；采用高性能的HMOS生產(chǎn)工藝生產(chǎn)；有布爾處理（位操作）能力；含基本指令111條，其中單機器周期指令64種。 MCS-51系列單片機的內部總體結構圖2-1所示為MCS-51單片機的基本結構，它由8個部件組成，即中央處理器（CPU），片內數(shù)據(jù)存儲器（RAM），片內程序存

23、儲器（ROM/EPROM），輸入輸出接口（Input/Output，簡稱I/O口，分為P0口、P1口、P2口和P3口），可編程串行口，定時/計數(shù)器，中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR），各部分通過內部總線相連。圖2-1 MCS-51單片機的基本結構1.2單片機簡介STC90C516RD+系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051系列單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇，內部集成MAX810專用復位電路，時鐘頻率在12MHz以下時，復位腳可直接接地。特點：1.增強型6 時

24、鐘/ 機器周期，12 時鐘/ 機器周期 8051 CPU2.工作電壓：5.5V - 3.8V（5V 單片機）/3.8V - 2.4V（3V 單片機）3.工作頻率范圍：0-40MHz，相當于普通8051的 080MHz.4.用戶應用程序空間 4K/6K/7K/8K/10K/12K/13K/16K/32K/40K/48K/56K/ 61K/字節(jié)5.片上集成 1280字節(jié)/512/256字節(jié) RAM6.通用I/O口（35/39 個），復位后為： P1/P2/P3/P4 是準雙向口/ 弱上拉（普通8051 傳統(tǒng)I/O 口）P0口是開漏輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O 口用時，需加上拉

25、電阻。7.ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器 / 仿真器可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，8K 程序3 - 5 秒即可完成一片8.EEPROM 功能9.看門狗10.內部集成MAX810專用復位電路，外部晶體12M以下時，可省外部復位電路，復位腳可直接接地。11.共3個16位定時器/計數(shù)器，其中定時器0還可以當成2個8位定時器使用12.外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒13.通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART14.工作溫度范圍：0-75/-40-+8515.封裝

26、：LQFP-44,PDIP-40，PLCC-441.3 MCS-51系列單片機的引腳功能STC90C51芯片采用40引腳的雙列直插封裝，如圖2-2（a），分為地址總線，數(shù)據(jù)總線，控制總線3類見圖2-2（b）。在40條引腳中有兩條專用于住電源的引腳，2條外接晶體的引腳，4條控制或與其它電源復用的引腳，32條輸入/輸出引腳。（a）引腳圖 （b）總線結構圖圖2-2 MCS-51系列單片機的引腳及總線結構40條引腳的功能分別是：1.主電源引腳Vcc和VssVcc（40腳）接+5V電壓；Vss（20腳）接地。2.外接晶振引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）：接外部晶體的一個引腳。在主控電路中它

27、是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成了片內振蕩器。當采用外部振蕩器時，此引腳應接地。XTAL2（18腳）：接外部晶體管的另一端。在主控電路中接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，該引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接到內部時鐘發(fā)生器的輸入端。3.控制與其它電源復用引腳RST/VPD、ALE/、和/VPP（1）RST/VPD（9腳）：當振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使主電路復位。在設計主電路是此引腳與Vss引腳之間連接一個約8.2K的下拉電阻，與Vcc引腳之間連接約10F的電容，以保證可靠地復位。Vcc掉電期間，此引腳可接備用電源，以保持內部R

28、AM的數(shù)據(jù)不丟失。當Vcc主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍（5±0.5V）內，VPD就向內部RAM提供備用電源。（2）ALE/（30腳）：當訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端也以不變的頻率周期地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可以做對外輸出時鐘，或用于定時目的。然而要注意的是，每當訪問外部存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。ALE端可以驅動（吸收或輸出電流）8個LS型的TTL輸入電路。對于有EPROM時，在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（）。（3）（29腳）：此腳的輸出

29、是外部程序存儲器的讀選信號。在從外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，每個機器周期兩次有效。但在此期間，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。同樣可以驅動（吸收和輸出）8個LS型的TTL輸入電路。（4）/VPP（31引腳）：當端保持高電平時，訪問內部程序存儲器，但在90C51內值超過0FFFH，將自動轉向執(zhí)行外部程序存儲器內的程序。當保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是不是有內部程序存儲器。當擴展EPROM時，在對EPROM編程期間，此引腳也用于施加5伏的編程電源。4. 輸入/輸出引腳P0口、P1口、P2口和P3口（1）P0口（39腳32腳）：是雙向8位三態(tài)I/O口，在外部

30、存儲器，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復用，能以吸收電流的方式驅動8個LSTTL負載。外部擴展存儲器時，當做數(shù)據(jù)總線（如圖2-2中的P0.0P0.7為數(shù)據(jù)總線接口）；外部擴展存儲器時，當作地址總線（如圖2-2中的P0.0P2.7為地址總線接口），不擴展時，可做一般的I/O使用，但內部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應在外部接上拉電阻。（2）P1口（1腳8腳）：是8位準雙向I/O口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P1口能驅動（吸收或輸出電流）4個LSTTL負載。P1口只作I/O口使用，其內部有上拉電阻。（3）P2口（21腳28腳）：是8位準雙向I/O口。在訪問

31、外部存儲器時，它可以作為擴展電路高8位地址總線送出高8位地址。擴展外部存儲器時，當作地址總線使用，作一般I/O口使用，其內部有上拉電阻。（4）P3口（10腳17腳）：是8位準雙向I/O口，這8個引腳還用于專門功能，是復用雙功能口。除了作為I/O使用外（其內部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設置，具體功能如表2-1所示。作為第一功能使用時，就作為普通I/O口用，功能和方法與P1口相同。值得注意的是，P3口的每一條引腳均可獨立定義第一功能的輸入輸出或第二功能。表2-1 P3口第二功能1.4 MCS-51系列單片機的主要組成部分CPUSTC90C51的CPU是由運算器和控制器組成。（1

32、）運算器：它包括算術、邏輯部件ALU、累加器Acc、寄存器B、暫存器YMP1和YMP2、程序狀態(tài)寄存器PSW、布爾處理器以及十進制調整電路等。運算器主要用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的算術運算和邏輯運算、位變量處理等。運算部件ALU的功能十分強大，它不僅可對8位變量進行邏輯“與”、或“異或”、循環(huán)、求補、清零等基本操作，還可進行加、減、乘、除等基本運算。為了乘除的需要，還設置了B寄存器。在執(zhí)行乘法指令時，用來存放其中一個乘數(shù)的高8位數(shù)；在執(zhí)行除法運算指令時，B中存放除數(shù)及余數(shù)。主控電路指令系統(tǒng)中的布爾指令集、存儲器中的位地址空間與CPU中的位操作構成了片內的布爾功能系統(tǒng)，它可對（bit）變量進行布爾

33、處理，如置位、清零、求補、測試轉移及邏輯“與”、“或”、等操作。在實現(xiàn)位操作時，借用了程序狀態(tài)標志寄存器（PSW）中的進位標志位Cy作為操作的“累加器”。運算部件中的累加器Acc是一個8位的累加器（Acc也可簡稱為A）。需要說明的是Acc的進位標志Cy就是布爾處理器進行以位操作的一位累加器。90C51的程序狀態(tài)寄存器PSW，是一個8位寄存器，它包含了程序的狀態(tài)信息。（2）控制器：控制部件是主控電路的神經(jīng)中樞，它包括時鐘電路、復位電路、指令寄存器、譯碼器以及信息傳送控制部件。它以主振頻率為基準發(fā)出CPU時序，對指令進行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，完成一系列定時控制的操作，用來控制電路的各部分的運

34、行。通常把運算器和控制器合在一起稱為中央處理器（Central Processing Unit），簡稱CPU。存儲器STC90C51片內有4KB的程序存儲器和128B數(shù)據(jù)存儲器。除此之外還可以在片外擴展64KB的程序存儲器和64KB的數(shù)據(jù)存儲器。圖2-3為存儲器結構圖。其中，內部存儲器的4KB是與外部存儲器公共的，地址是從0000HFFFFH， 64KB外部的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的地址都是0000HFFFFH，128B的片內數(shù)據(jù)存儲器地址是從00H80H。以下分別介紹這些存儲器：（1）程序存儲器程序存儲器用于存放編號的程序和表格常數(shù)，它以程序計數(shù)器PC作地址指針。一個微處理器能夠很好的執(zhí)行某

35、種任務，除了它們強大的硬件外，還需要它們運行的軟件，其實微處理器并不聰明，它們只是完全按照人們預先編寫的程序而執(zhí)行的。那么設計人員編寫的程序就存放在微處理器的程序存儲器中，俗稱只讀程序存儲器（ROM）。程序存儲器的結構如圖2-3（a）所示。對于90C51等單片機，正常運行時，則需單片機的端接高電平，使CPU先從內部的程序存儲中讀取程序，當PC值超過內部ROM的容量時，才會轉向外部的程序存儲器讀取程序。其條件為：當1時，程序從片內ROM開始執(zhí)行，當PC值超過片內ROM容量時會自動轉向外部ROM空間。當0時，程序從外部存儲器開始執(zhí)行。其中一組特殊是0000H0002H單元，系統(tǒng)復位后，PC為000

36、0H，單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序，如果程序不是從0000H單元開始，則應在這三個單元中存放一條無條件轉移指令，讓CPU直接去執(zhí)行用戶指定的程序。另一組特殊單元是0003H002AH，這40個單元各有用途，它們被均勻地分為五段，它們的定義如下：0003H000AH 外部中斷0中斷地址區(qū)。 000BH0012H 定時/計數(shù)器0中斷地址區(qū) 0013H001AH 外部中斷1中斷地址區(qū) 001BH0022H 定時/計數(shù)器1中斷地址區(qū) 0023H002AH 串行中斷地址區(qū) 可見以上的40個單元是專門用于存放中斷處理程序的地址單元，中斷響應后，按中斷的類型，自動轉到各自的中斷區(qū)去執(zhí)行程序。（2）數(shù)據(jù)

37、存儲器數(shù)據(jù)存儲器由工作寄存器、位尋址區(qū)和數(shù)據(jù)緩沖器組成，其結構圖如2-3（b）所示。STC90C51內的數(shù)據(jù)存儲器的特點之一是工作寄存器和數(shù)據(jù)存儲器是統(tǒng)一編址的。內部RAM的001FH為工作寄存器區(qū)，共分4個區(qū)，每區(qū)有8個工作寄存器R0R7，共32個內部RAM單元。當前程序使用的工作寄存器是由程序狀態(tài)字PSW的第3位（RS0）和第4位（RS1）這二位指示的，用戶可以通過指令改變PSW中的RS1和RS0這二位來切換寄存器區(qū)，CPU通過修改PSW中的RS1和RS0二位的狀態(tài)，就能任選一個工作寄存器區(qū)。片內存儲器的復位狀態(tài)及操作方法如表2-2所示。表2-2 內部數(shù)據(jù)復位狀態(tài)及操作STC90C51共有

38、128個字節(jié)的RAM作為數(shù)據(jù)存儲器，當需要外擴時，最多可以擴展64K字節(jié)的RAM或I/O，這對很多領域已經(jīng)足夠了。圖2-3（c）為外部數(shù)據(jù)存儲器的結構圖。STC90C51圖2-3 90C51存儲器結構圖（3）特殊功能寄存器STC90C51中的特殊功能寄存器SFR實質上是一些具有特殊功能的RAM的單元，字節(jié)范圍為80HFFH，SFR的總數(shù)為21個，離散的分布在該區(qū)域中，其中有12個位尋址，用戶可以通過使用位能標記對12個寄存器的任一個有效位進行位操作。STC90C51片內的I/O口鎖存器、定時器、串行口緩沖器以及各種控制寄存器和狀態(tài)寄存器都以特殊功能寄存器的形式出現(xiàn)。1.4.3 并行I/O口ST

39、C90C51單片機有4個8位并行輸入/輸出端口，分別為P0，P1，P2，P3口，共32根線。下面分別介紹以上四個端口的結構。（1）P0口P0口有兩個用途，第一是作為一般I/O口使用；第二是作為地址/數(shù)據(jù)總線使用。它是由一個鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器1和2、場效應管VT1和VT2、控制與門、反向器和轉換開關MUX組成。當控制線C=0時，MUX開關向下，P0口作為一般I/O口使用；當控制線C=1時，MUX開關向上，P0口作為地址/數(shù)據(jù)分時復用總線使用。P0口作為I/O口使用時，場效應管VT1是截止的。當從P0口輸出時，必須外接上拉電阻才能有高電平輸出；當P0口輸入時，必須先向鎖存器寫“1”，以避免

40、鎖存器為“0”狀態(tài)時對引腳讀入的干擾。（2）P1口P1口只有一種功能通用準雙向的輸入/輸出接口，所以它沒有轉換開關MUX。內部有上拉電阻，是兩個場效應管并在一起形成的。當P1口輸出高電平時，可以向外提供拉電流負載，所以不必再接上拉電阻，當輸入時，與P0口一樣，必須先向鎖存器寫“1”，使場效應管截止。（3）P2口P2口也有兩種用途，一是做通用I/O接口，二是做高8位地址總線。P2口的位結構比P1口多了一個轉換控制部分。當P2口作為通用I/O口時，多路開關MUX倒向鎖存器輸出Q端，其操作與P1口相同。在系統(tǒng)擴展片外程序存儲器時，由P2口輸出高八位地址，低八位地址由P0口輸出。此時MUX在CPU的控

41、制下，轉向內部地址線的一端。因為訪問片外程序存儲器的操作往往連續(xù)不斷，P2口要不斷送出高八位地址，所以這時P2口無法再作為通用I/O口。（4）P3口 P3口作為通用I/O口使用時，其功能與P1口相同，負載能力也相同。當作為第二功能時，見表2-1所示。與P1口相比，P3口增加了與非門和緩沖器3，它們使P3口除了有準雙向I/O功能外，還具有第二功能。與非門的作用實際上是一個開關，它決定是輸出鎖存器上的數(shù)據(jù)，還是輸出第二功能W的信號。當輸出鎖存器Q端的信號時，W=1；當輸出第二功能W的信號時，鎖存器Q端為1。通過緩沖器3，可以獲得引腳的第二功能輸入。不用考慮如何設置P3口的第一功能或第二功能，內部硬

42、件將自動切換。1.4.4復位電路單片機的復位都是靠外部復位電路來實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機就能實現(xiàn)復位。為了可靠復位，在設計復位電路時，一般使RESET引腳保持10ms以上的高電平，單片機便可以可靠復位。本設計使用了上電復位電路，如圖2-5所示，這種上電復位利用電容器充電來實現(xiàn)。當加電時，電容充電，電路有電流流過，構成回路，在電阻上產(chǎn)生壓降，RESET引腳為高電平；當電容充滿電后，電路相當于斷開，RESET的電位與地相同，復位結束。STC90C51圖2-5 上電復位電路1.5 STC90C51的基本系統(tǒng)單片機的基本系統(tǒng)也稱為

43、最小系統(tǒng)，這種系統(tǒng)選擇的單片機內部資源已能滿足系統(tǒng)的硬件需求，不需要外接存儲器或I/O接口等擴展部件。這種單片機內含有用戶的程序存儲器。圖2-6為最小系統(tǒng)框圖。STC90C51圖2-6 最小系統(tǒng)框圖1.6 STC90C51中斷系統(tǒng)中斷是指中央處理器CPU正在執(zhí)行程序，處理某事件的時候，外部發(fā)生了某一事件，請求CPU馬上處理。CPU暫時中斷當前的工作，轉入處理所發(fā)生的事件（如控制相應裝置工作，使溫濕度達到規(guī)定要求），處理后再返回原來被中斷的地方，繼續(xù)原來的工作。這樣的過程稱為中斷。實現(xiàn)這種中斷的裝置稱中斷系統(tǒng)。STC90C51單片機的中斷系統(tǒng)可分為3類：外部中斷，定時中斷和串行口中斷。中斷系統(tǒng)的

44、基本特點是：有5個固定的可屏蔽中斷源，3個在片內，2個在片外，它們在程序存儲器中各有固定的中斷入口地址，由此進入中斷服務程序；5個中斷源有兩級中斷優(yōu)先級，可形成中斷嵌套；2個特殊功能寄存器用于中斷控制和條件設置的編程。結合圖2-8分別介紹中斷系統(tǒng)的五個中斷源：外部中斷0，由P3.2端口線引入，低電平或下跳沿引起。：外部中斷1，由P3.3端口線引入，低電平或下跳沿引起。T0：定時器/計數(shù)器0中斷，由T0計滿回零引起。T1：定時器/計數(shù)器l中斷，由T1計滿回零引起。TI/RI：串行I/O中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送/接收后引起。圖2-STC90C51的終端中斷系統(tǒng)在中斷請求被響應前，中斷請求標志

45、分別由特殊功能寄存器TCON和SCON的相應位鎖存。（1）TCON中的中斷標志TCON為定時器/計數(shù)器的控制寄存器，除了可以用于控制定時/計數(shù)器T0和T1的溢出和中斷外，還可以控制外部中斷和的觸發(fā)方式和鎖存外部中斷請求標志。TF1T1溢出中斷標志。T1被啟動計數(shù)后，從初值開始加1計數(shù)，直到計滿溢出后，由硬件使TF1=1，向CPU請求中斷，此標志一直保持到CPU響應中斷后，才由硬件自動清“0”。TF0T0中斷標志。功能類似于TF1IE1外部中斷1標志。IE1=1表明外部中斷1向CPU申請中斷。IT1外部中斷1觸發(fā)方式控制位。IE0外部中斷0標志。功能類似于IE1。IT0外部中斷0觸發(fā)方式控制位。

46、功能類似于IT1。（2）SCON中的中斷標志SCON是串行口控制器，其低2位TI和RI鎖存串口的發(fā)送中斷和接受中斷標志。TI串行發(fā)送中斷標志。CPU將一個字節(jié)數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF后啟動發(fā)送，每發(fā)送完一個串行楨，硬件置位TI。但CPU相應中斷后并不能自動清除，標志必須由軟件清除。RI串行接受中斷標志。在串行口允許接受時，每接受完一個串行楨，硬件置位RI。同樣，CPU響應中斷后不會自動清除RI，標志必須由軟件清除。中斷優(yōu)先級寄存器IP，中斷優(yōu)先級中由中斷優(yōu)先級寄存器IP來高置的，IP中某位設為1，相應的中斷就是高優(yōu)先級，否則就是低優(yōu)先級。中斷優(yōu)先原則如下： 低級不打斷高級 高級不理睬低級 同

47、級不能打斷 同級、同時中斷，事先約定。2 DHT11傳感器模塊2.1DHT11濕度傳感器概述DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體

48、積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供6。傳感器包括一個電阻式濕度元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能的8位微控制器相連接，使產(chǎn)品具有優(yōu)良的品質，超快速響應，抗干擾能力強，性價高等特點。每個DHT11傳感器都在極為精確的溫濕度校準實驗室校準。在存儲在OTP存儲器的程序的形式標定系數(shù)，通過檢測信號的處理來調用過程中傳感器標定系數(shù)7。單線串行接口使系統(tǒng)集成變得簡單、快速。超小體積，低功耗，信號傳輸距離20米，使它成為一個各種的最佳選擇，即使是最苛刻的應用。DHT11傳感

49、器實物如圖3.4所示。圖3.4 DHT11傳感器實物圖2.2 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器性能說明表2-5 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器性能參數(shù)條件MinTypMax單位濕度分辨率111%RH8Bit重復性±1%RH精度25±4%RH050±5%RH互換性可完全互換量程范圍03090%RH252090%RH502080%RH響應時間1/e(63%)25，1m/s 空氣61015S遲滯±1%RH長期穩(wěn)定性典型值±1%RH溫度分辨率111888Bit重復性±1精度±1±2量程范圍050響應時間1/e(63%)630S圖2-

50、12 DHT11典型應用電路如圖2-12，建議連接線長度短于20米時用5K上拉電阻,大于20米時根據(jù)實際情況使用合適的上拉電阻。DHT11的供電電壓為35.5V。傳感器上電后，要等待 1s 以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個100nF 的電容，用以去耦濾波。DATA 用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,具體格式在下面說明,當前小數(shù)部分用于以后擴展,現(xiàn)讀出為零.操作流程如下:一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出,數(shù)據(jù)格式:8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù),+

51、8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗和數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結果的末8位。用戶MCU發(fā)送一次開始信號后,DHT11從低功耗模式轉換到高速模式,等待主機開始信號結束后,DHT11發(fā)送響應信號,送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號采集,用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù).從模式下,DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號,DHT11不會主動進行溫濕度采集.采集數(shù)據(jù)后轉換到低速模式?？偩€空閑狀態(tài)為高電平,主機把總線拉低等待DHT11響應,主機把總線拉低必須大于18

52、毫秒,保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機的開始信號后,等待主機開始信號結束,然后發(fā)送80us低電平響應信號.主機發(fā)送開始信號結束后,延時等待20-40us后, 讀取DHT11的響應信號,主機發(fā)送開始信號后,可以切換到輸入模式,或者輸出高電平均可, 總線由上拉電阻拉高?？偩€為低電平,說明DHT11發(fā)送響應信號,DHT11發(fā)送響應信號后,再把總線拉高80us,準備發(fā)送數(shù)據(jù),每一bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時隙開始,高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是0還是1.格式見下面圖示.如果讀取響應信號為高電平,則DHT11沒有響應,請檢查線路是否連接正常.當最后一位數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線5

53、0us,隨后總線由上拉電阻拉高進入空閑狀態(tài)7。測量分辨率分別為 8bit（溫度）、8bit（濕度）。2.3 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器使用注意事項表2-6 DHT11電氣特性參數(shù)條件mintypmax單位供電 DC355.5V供電電流測量0.52.5mA平均0.21mA待機100150uA采樣周期秒1次DHT11電器特性如表2-6所示，超出建議的工作范圍可能導致高達3%RH的臨時性漂移信號。返回正常工作條后，傳感器會緩慢地向校準狀態(tài)恢復。電阻式濕度傳感器的感應層會受到化學蒸汽的干擾，化學物質在感應層中的擴散可能導致測量值漂移和靈敏度下降。在一個純凈的環(huán)境中，污染物質會緩慢地釋放出去。下文所述的

54、恢復處理將加速實現(xiàn)這一過程。高濃度的化學污染會導致傳感器感應層的徹底損壞。置于極限工作條件下或化學蒸汽中的傳感器，通過如下處理程序，可使其恢復到校準時的狀態(tài)。在50-60和< 10%RH的濕度條件下保持2 小時（烘干）；隨后在20-30和>70%RH的濕度條件下保持 5小時以上。氣體的相對濕度，在很大程度上依賴于溫度。因此在測量濕度時，應盡可能保證濕度傳感器在同一溫度下工作。如果與釋放熱量的電子元件共用一個印刷線路板，在安裝時應盡可能將DHT11遠離電子元件，并安裝在熱源下方，同時保持外殼的良好通風。為降低熱傳導，DHT11與印刷電路板其它部分的銅鍍層應盡可能最小，并在兩者之間留出

55、一道縫隙。長時間暴露在太陽光下或強烈的紫外線輻射中，會使性能降低。DATA信號線材質量會影響通訊距離和通訊質量,推薦使用高質量屏蔽線。手動焊接，在最高260的溫度條件下接觸時間須少于10秒。(1)避免結露情況下使用。(2)長期保存條件：溫度1040，濕度60以下。3 LCD1604液晶顯示模塊3.1 LCD1604液晶顯示器簡介LCD1604液晶顯示器是一種點陣LCD顯示器，每行可以顯示16個字符或數(shù)字，可以顯示4行，第一行用于顯示當前環(huán)境溫度值（wendu: xx.x *c）,第二行用于顯示系統(tǒng)設定的溫度上下限值，上限用大寫的H表示，下限用大寫的L表示，（H：30 L：10），第三行用于顯示當前環(huán)境的濕度值，（shidu:20.0 rh）,第四行用于顯示系統(tǒng)設定的濕度上下限值，（H：50 L：20）。他的特點包括體積小，重量輕，功耗效率低，顯示質量高，無電磁輻射，簡單方便的數(shù)字式接口，應用范圍廣，因此，這類顯示器與單片機的連接比較簡單，比較方便。1. LCD1604液晶顯示器模塊內部結構： 液晶顯示模塊主要由三大部分構成：LCD驅動器，LCD控制器，LCD顯示裝置?？刂破鞑捎肏D44780，其是此類液晶顯示器控制器的代表集成電路。2. HD44780的主要特點有以下幾個方面： （1）可選擇5x