基于温湿sht10度测量显示电路设计有仿真图.docx
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基于温湿sht10度测量显示电路设计有仿真图
课程设计说明书
单片机原理与接口技术
目录
一理论部分1
1课题要求与内容1
2系统方案设计1
3系统硬件的设计1
4系统软件设计5
三附录7
一理论部分
基于温湿SHT10度测量显示电路设计
1课题要求与内容
本设计是基于Protues软件，已AT89C51为核心控制器，利用温湿度芯片SHT10对当前的温湿度进行测量，并在LCD液晶显示器上显示当前温湿度。
设计目的：
（1）学习I/O口模拟串口IIC接口方法；
（2）学习延时子程序的编写；（3）学习多位数码管扩展方法。
设计要求：
在单片机最小系统的基础上扩展一片SHT10集成传感器，测量环境的温度湿度并通过6位LED数码管动态显示测量值。
2系统方案设计
本设计核心部件为AT89C51，并以AT89C51单片机系统为核心来对温度、湿度进行
实时采集。
各检测单元能独立完成各自功能，并根据主控机的指令对温湿度进行实时采集。
主控机负责控制指令的发送，并控制各个检测单元进行温度采集，收集测量数据，同时对测量结果进行整理和显示。
其中包括单片机，温度检测，湿度监测和显示，系统软件等部分的设计。
原理图如图1所示。
本设计由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成。
（1）信号采集：
由温度传感器、模块湿度传感器和I302模块组成；
（2）信号分析：
由单片机AT89C51组成；
（3）信号处理：
由6位LED数码管动态显示测量值。
单片机
AT89C51
液晶显示LCD1602
温湿度传感器SHT10
图1系统设计原理图
3系统硬件的设计
3.1芯片介绍
3.1.1AT89C51单片机
（1）单片机简介
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
外形及引脚排列如图2所示。
图2AT89C51的引脚排列
（2）主要特性
·与MCS-51兼容
·4K字节可编程FLASH存储器
·寿命：
1000写/擦循环
·数据保留时间：
10年
·全静态工作：
0Hz-24MHz
·三级程序存储器锁定
·128×8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
（3）管脚说明：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：
口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
3.1.2SHT10温湿度采集
采用CMOS过程微加工专利技术制成的SHT10，确保产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性。
该传感器由一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式元件组成，并与一个14位A/D转换器以及一个2-wire数字接口在单芯片中无缝结合，使得该产品具有低功耗、反应快、抗干扰能力强等优点。
（1） SHT10的主要特点如下：
1） 相对湿度和温度的测量兼有露点输出；
2） 全部校准，数字输出；
3） 接口简单（2-wire），响应速度快；
4） 超低功耗，自动休眠；
5） 出色的长期稳定性；
6） 超小体积（表面贴装）；
7） 测湿精度±45%RH,测温精度±0.5℃（25℃）。
（2） 引脚说明及接口电路
1） 典型应用电路
2） 电源引脚（VDD、GND ）
SHT10的供电电压为2.4-5.5V。
传感器上电后，要等待11ms，从“休眠”状态恢复。
在此期间不发送任何指令。
电源引脚（VDD和GND）之间可增加一个100uF的电容器，可用于去耦滤波。
3） 串行接口
SHT10的两线串行接口（bidirectional2-wire）在传感器信号读取和电源功耗方面都做了优化处理，其总线类似I2C总线但不兼容I2C总线。
1. 串行时钟输入（SCK）。
SCK引脚是MCU与SHTIO之间的同步时钟，由
于接口包含了全静态逻辑，因此没有最小的时钟频率。
2.串行数据（DATA）引脚是1个三态门，用于MCU与SHTIO之间的数据
传输。
DATA的状态在串行始终SCK的下降沿之后发生改变，在SCK的上升沿有效。
在数据传输期间，当SCK为高电平时，DATA数据线上必须保持稳定状态。
为避免数据发生冲突，MCU应该驱动DATA使其处于低电平状态，而外部接一个上拉电阻，将信号拉至高电平。
4） 原理与说明
1） CRC-8校验。
整个数据的传输过程都由8位校验保证，确保任何错误
的数据都能够被检测到并删除。
2） 为保持自身发热温升小于0.1℃，SHT10的激活时间不超过10%。
如12
位精度测量，每秒最多测量2次。
3） 转换为物理量输出相对湿度输出转换公式为：
Hlinear=C1+C2.SO（RH）+C3.SO（RH）^2（%RH）
其中，RHlinear为25℃时相对湿度的线性值，SO（RH）为传感器输出的相对湿度的数值，C1,C2,C3为系数。
当测量温度与25℃相差较大时，则需要考虑传感器的温度系数：
RHtrue=（T℃-25）.（t1+t2.SO（RH））+RHlinear
其中，RHlinear为温度不等于25℃时相对湿度的实际值，T℃为当前温度，t1、t2是系数。
T=d1+d2.SO（T）
其中，T为实际温度，SO（T）为传感器输出的温度数值，d1、d2为系数。
由于湿度与温度经由同一块芯片测量而得，因此SHT10可以同、时实现高质量的露点测量。
3.1.3传感器硬件接口电路设计
SHT10通过两线串行接口电路与单片机连接，具体电路如图3所示。
其中，串行时钟输入线SCK用于单片机控制器与SHT10之间的通信同步。
串行数据线DATA用于内部数据的输出与外部数据的输入。
DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态，并仅在SCK时钟上升沿后有效。
因此，单片机可在SCK高电平时读取数据，而当其向SHT10发送数据时，在SCK时钟下降沿后改变状态，同时保证DATA线上的电平状态在SCK高电平段稳定。
图3SHT10与单片机的连接
4系统软件设计
本设计软件编程分为以下三个部分：
（1）温、湿度传感器SHT10测量程序；
（2）液晶显示程序；
（3）单片机与上位机数据通信程序。
4.1温湿度测量程序设计
SHT10传感器工作时首先对数据传输进行初始化来启动SHT10测量时序，即在第一个SCK时钟高电平时，DATA翻转为低电平，并在第二个SCK时钟高电平时，DATA翻转为高电平。
SHT10测量命令包含3个地址位和5个命令位。
单片机发布一组8bit测量命令后，DATA在第8个SCK时钟的下降沿被置为低电平。
再发送第9个SCK时钟作为命令确认，DA2TA在其下降沿后，恢复为高电平。
同时，单片机可暂时停止发送时钟序列以进入空闲模式，准备读取测量数据。
SHT10在转换结束后，将DATA置为低电平，单片机继续发出时钟序列，来读取2个8bit的测量数据和1个8bit的CRC奇偶校验。
所有数据从MSB开始，右值有效。
其中，在每个字节传输结束后，均需要发出一个时钟高电子ACK，并将DATA置为低电平，以确认读取成功。
在测量和传输结束后，SHT10自动转入休眠模式。
4.2液晶显示程序
液晶显示模块的编程方式主要由该模块使用的控制/驱动器所决定。
设计采用ST7920汉字液晶控制/驱动器，其拥有8位并行微控制器接口，通过单片机编程，并使用了显示字母、数字符号和中文字型的功能。
另外，对于液晶屏的编程，一般只需向其中写数据即可。
显示程序设计流程如图4所示。
图4液晶模块操作程序流程图
5仿真结果
6设计总结及体会
通过这次课程设计的学习，发现了自己的很多不足，自己只的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还需提高。
在使用PROTEUS和KEIL等软件等仿真时遇到了许多问题。
这次学习提高我在控制检测电路和单片机系统应用方面的技能。
通过查找资料、调试、制作等环节，掌握工程设计方法和组织时间的基本技能。
仿真调试过程中有苦也有乐，也从这过程中学到很多知识。
二附录
参考程序清单
#include
#include
#include
#include
#defineLCD_DBP0
sbitLCD_RS=P2^0;
sbitLCD_RW=P2^1;
sbitLCD_E=P2^2;
/******定义函数****************/
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
voidLCD_init（void）;//初始化函数
voidLCD_write_command（ucharcommand）;//写指令函数
voidLCD_write_data（uchardat）;//写数据函数
voidLCD_disp_char（ucharx,uchary,uchardat）;//在某个屏幕位置上显示一个字符,X（0-15）,y（1-2）
voidLCD_disp_str（ucharx,uchary,uchar*str）;//LCD1602显示字符串函数
voiddelay_n10us（uintn）;//延时函数
/*--------------------------------------
;模块名称:
LCD_init（）;
;功能:
初始化LCD1602
;占用资源:
--
;参数说明:
--
;-------------------------------------*/
voidLCD_init（void）
{
delay_n10us（10）;
LCD_write_command（0x38）;//设置8位格式，2行，5x7
delay_n10us（10）;
LCD_write_command（0x0c）;//开显示，关光标，不闪烁
delay_n10us（10）;
LCD_write_command（0x06）;//设定输入方式，增量不移位
delay_n10us（10）;
LCD_write_command（0x01）;//清除屏幕显示
delay_n10us（100）;//延时清屏，延时函数，延时约n个10us
}
/*--------------------------------------
;模块名称:
LCD_write_command（）;
;功能:
LCD1602写指令函数
;占用资源:
P2.0--RS（LCD_RS）,P2.1--RW（LCD_RW）,P2.2--E（LCD_E）.
;参数说明:
dat为写命令参数
;-------------------------------------*/
voidLCD_write_command（uchardat）
{
delay_n10us（10）;
LCD_RS=0;//指令
LCD_RW=0;//写入
LCD_E=1;//允许
LCD_DB=dat;
delay_n10us（10）;//实践证明，我的LCD1602上，用for循环1次就能完成普通写指令。
LCD_E=0;
delay_n10us（10）;//实践证明，我的LCD1602上，用for循环1次就能完成普通写指令。
}
/*--------------------------------------
;模块名称:
LCD_write_data（）;
;功能:
LCD1602写数据函数
;占用资源:
P2.0--RS（LCD_RS）,P2.1--RW（LCD_RW）,P2.2--E（LCD_E）.
;参数说明:
dat为写数据参数
;-------------------------------------*/
voidLCD_write_data（uchardat）
{
delay_n10us（10）;
LCD_RS=1;//数据
LCD_RW=0;//写入
LCD_E=1;//允许
LCD_DB=dat;
delay_n10us（10）;
LCD_E=0;
delay_n10us（10）;
}
/*--------------------------------------
;模块名称:
LCD_disp_char（）;
;功能:
LCD1602显示一个字符函数，在某个屏幕位置上显示一个字符,X（0-15）,y（1-2）。
;占用资源:
--
;参数说明:
X为1602的列值（取值范围是0-15）,y为1602的行值（取值范围是1-2），dat为所要显示字符对应的地址参数。
;-------------------------------------*/
voidLCD_disp_char（ucharx,uchary,uchardat）
{
ucharaddress;
if（y==1）
address=0x80+x;
else
address=0xc0+x;
LCD_write_command（address）;
LCD_write_data（dat）;
}
/*--------------------------------------
;模块名称:
LCD_disp_str（）;
;功能:
LCD1602显示字符串函数，在某个屏幕起始位置{X（0-15）,y（1-2）}上显示一个字符串。
;占用资源:
--
;参数说明:
X为1602的列值（取值范围是0-15）,y为1602的行值（取值范围是1-2），str为所要显示字符串对应的指针参数。
;-------------------------------------*/
voidLCD_disp_str（ucharx,uchary,uchar*str）
{
ucharaddress;
if（y==1）
address=0x80+x;
else
address=0xc0+x;
LCD_write_command（address）;
while（*str!
='\0'）
{
LCD_write_data（*str）;
str++;
}
}
/*--------------------------------------
;模块名称:
delay_n10us（）;
;功能:
延时函数，延时约n个10us
;占用资源:
--
;参数说明:
--
;-------------------------------------*/
voiddelay_n10us（uintn）//延时n个10us@12M晶振
{
uinti;
for（i=n;i>0;i--）
{
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
}
}
sbitSCK=P2^6;//定义通讯时钟端口
sbitDATA=P2^7;//定义通讯数据端口
typedefunion
{unsignedinti;//定义了两个共用体
floatf;
}value;
enum{TEMP,HUMI};//TEMP=0,HUMI=1
#definenoACK0//用于判断是否结束通讯
#defineACK1//结束数据传输
//adrcommandr/w
#defineSTATUS_REG_W0x06//00000110
#defineSTATUS_REG_R0x07//00000111
#defineMEASURE_TEMP0x03//00000011
#defineMEASURE_HUMI0x05//00000101
#defineRESET0x1e//00011110
/****************定义函数****************/
voids_transstart（void）;//启动传输函数
voids_connectionreset（void）;//连接复位函数
chars_write_byte（unsignedcharvalue）;//DHT90写函数
chars_read_byte（unsignedcharack）;//DHT90读函数
chars_measure（unsignedchar*p_value,unsignedchar*p_checksum,unsignedcharmode）;//测量温湿度函数
voidcalc_dht90（float*p_humidity,float*p_temperature）;//温湿度补偿
/*--------------------------------------
;模块名称:
s_transstart（）;
;功能:
启动传输函数
;占用资源:
--
;参数说明:
--
;-------------------------------------*/
voids_transstart（void）
//generatesatransmissionstart
{
DATA=1;SCK=0;//Initialstate
_nop_（）;
SCK=1;
_nop_（）;
DATA=0;
_nop_（）;
SCK=0;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
SCK=1;
_nop_（）;
DATA=1;
_nop_（）;
SCK=0;
}
/*--------------------------------------
;模块名称:
s_connectionreset（）;
;功能:
连接复位函数
;占用资源:
--
;参数说明:
--
;-------------------------------------*/
voids_connectionreset（void）
//communicationreset:
DATA-line=1andatleast9SCKcyclesfollowedbytransstart
{
unsignedchari;
DATA=1;SCK=0;//Initialstate
for（i=0;i<9;i++）//9SCKcycles
{
SCK=1;
SCK=0;
}
s_transstart（）;//transmissionstart
}
/*--------------------------------------
;模块名称:
s_write_byte（）;
;功能:
DHT90写函数
;占用资源:
--
;参数说明:
--
;-------------------------------------*/
chars_write_byte（unsignedcharvalue）
//--------------------------------
升级会员 