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1、东 北 林 业 大 学单 片 机 原 理 实 验 课 程 设 计总结报告机电工程学院设 计 项 目：基于MCS-51单片机温湿度仪系统的设计项目完成人：谢文权、王世伟指 导 教 师：管 雪 梅 副 教 授学 院：理学院专 业：物理学2010级 物 理 一 班2012年11月2 5日综合电子课程设计任务书东北林业大学课程设计学生姓名谢文权学号2 0 1 0 3 2 1 5专 业（班级）物理学一班学生姓名王世伟学号2 0 1 0 3 2专 业（班级）物理学一班设计项目基于M CS-5 1 单片机温湿度仪系统的设计设计内容本设计主要开发一种基于M CS-5 1 单片机的温湿度监测系统，该系统主要由温
2、湿度传感器SH T1 0、M CS-5 1 单片机、D S1 3 0 2 时钟芯片、AT2 4 C0 2 数据存储芯片和键盘显示电路几部分组成，采用软件编程。可以显示时间并实现室内温度和湿度的实时测量与显示，同时具有数据存储、查询和上传的功能。主要技术指标和要求（1）实时显大室内的温度和湿度，显 刃，年、月、日、星期、时、分、秒；（2）能够通过键盘输入日期和时间的初值；（3）通过功能键能够实现数据储存、查询功能；（4）通过功能键能够实现外中断和定时中断功能；（5）完成设计报告。设计所用仪器设备L J D-SY-5 2 0 0 学习板一块、计算机一台工作计划1 1.5-1 1.1 1 选定设计项
3、目，复习单片机的一些语句；1 1.1 2-1 1.1 6 熟悉K E I L 3 开发环境以及L J D-SY-5 2 0 0 开发板；1 1.1 7-1 1.2 0 掌握各器件的运用，对各芯片程序分别进行调试；1 1.2 1-1 1.2 3 将各个分立的子程序集合成大程序并调试；1 1.2 3-1 1.2 5 完成实验报告。参考资料 1 赵伟，张锡英，高微，等，M CS5 1 系列一单片机原理与应用 M ,黑龙江:东北林业大学出版社，2 0 0 7 2 蓝海芯片单片机板L J SY 5 2 0 0 附带材料指导教师签字2东北林业大学课程设计温湿度传感器综合实验摘要本系统用AT8 9c 5 1
4、、SH T1 0、键盘、数码管、液晶屏、D S1 3 0 2等组成，系统包括测量温度、湿度的功能。系统除基本的测温湿度功能外，还具有时间日期设定、显示等功能.在设计中我们应用L J D-SY-5 2 0 0单片机实验系统做系统仿真。L J D-SY-5 2 0 0实验系统具有丰富的硬件资源。本设计采用AT8 9C5 1单片机控制可编程芯片CH 4 5 1实现对显示和键盘的控制。温湿度值在液晶屏幕上显示，时间在数码管上显示。本文详细介绍了如何实现用键盘中断测量显示温湿度的功能，并实现键盘输入修改时间、I/O 口等功能。关键词：s h t l O；测温湿度；时间显示；键盘设定初值；3东北林业大学课
5、程设计4东北林业大学课程设计目录1绪论.21.1 引言.21.2 系统方案设计.31.3 方案论证.32系统主要器件选型与依据.42.1 LJD-SY-5200单片机实验系统.42.2 CH451DS1 芯片简介.52.3 DS1302芯片简介.72.4 SHT10 芯片简介.93系统的硬件设计.103.1系统硬件设计总框图.103.2温湿度测量电路.II3.3时间日期显示设计.123.4键盘显示模块设计.124系统的软件设计.135总结.13参考文献附录A5东北林业大学课程设计温湿度传感器综合实验1 绪论1.1 引言近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术
6、日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。S I I T 1 0 系列产品是一款高集成度的温湿度传感器芯片，提供全标定数字输出。它采用的C M O S e n s 技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与 1 4 位 的 A/D 转换器以及串行接口电路实现无缝连接。因此，该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、极高的性价比等优点。每个传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标定，以镜面冷
7、凝式湿度计为参照。校准系数以程序形式储存在O T P 内存中，在标定的过程中使用。两线制的串行接口与内部的电压调整，使外围系统集成变得快速而简单。微小的体积、极低的功耗，使其成为各类应用的首选。本系统采用M S C-5 1 系列单片机和可编程串行I/O 接口芯片C H 4 5 1 为中心器件来设计温湿度测量，本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。6东北林业大学课程设计1.2系统方案设计利用控制芯片、测温电路、键盘显示模块、时钟电路、等分别实现:(1)能够通过键盘输入日期和时间的初值；(2)实时显示时、分、秒；(3)测量并显示温湿度(4)通 过I/O 口显示图1 T为设计方案总体框图图1-1设计
8、方案总体框图系统初始化后，液晶屏幕上显示“单片机实验”等，同时可通过键盘依次输入时、分、秒，输入完成后即在数码管上显示，通过功能键10能在液晶屏上显示温湿度，通过功能键11能显示I/O 口流水灯。1.3方案论证(1)测温模块方案：使 用SHT10芯片测量温湿度，SHT10系列产品是一款高集成度的温湿度传感器芯片，提供全标定数字输出。它采用的CMOSens技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。(2)显示模块方案一：使用LCD液晶屏作为时间日期显示，LCD液晶显示器的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向
9、，将光线折射出来产生画面。显示清晰，实现功能全。但是开发板P0 口同时作用在点阵和液晶上，不能同时用，故该方案舍弃。方案二：使 用8为数码管作为显示，通过芯片CH451控制数码管，可实现时间和日期还有当前交通状态显示，缺点是数码管显示数字，显示不灵活多变。但是LCD液晶屏与点阵10 口冲突，故选用方案二数码管作为显示模块。7东北林业大学课程设计(3)时钟电路模块方案一：DS1302 一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或
10、RAM数据。DS1302内部有一个31X8的用于临时性存放数据的R A M寄存器。方案二：DS12c887实时时钟芯片功能丰富，可以用来直接代替IBM PC上的时钟日历芯片DS12887,同时,它的管脚也和MC146818B、DS12887相兼容。由于DS12c887能够自动产生世纪、年、月、日、时 一、分、秒等时间信息，其内部又增加了世纪寄存器，从而利用硬件电路解决子“千年”问题；DS12c887中自带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持10年之久；对于一天内的时间记录，有 12小时制和24小时制两种模式。在 12小时制模式中，用 AM和 PM区分上午和下午；时间的表示方法也有两种
11、，一种用二进制数表示，一种是用BCD码表示；DS12C887中带有128字节RAM,其中有11字节RAM用来存储时间信息,4 字节RAM用来存储DS12c887的控制信息，称为控制寄存器，113字节通用RAM使用户使用；此外用户还可对DS12c887进行编程以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。由于DS12c887是并行方式，DS1302是串行方式，为了减少1O 口占用，故选用DS1302(4)键盘显示控制模块方案一：HD7279A是一片具有串行接口的，可驱动8 位共阴式数码管(或64只独立LED)的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵，单片即可完成L
12、ED显示、键盘接口的全部功能。方案二：CH451是一个整合了数码管显示驱动和键盘扫描控制以及U P 监控的多功能外围芯片。CH451内置RC振荡电路，可以动态驱动8 位数码管或者64位 LED,具 有 BCD译码、闪烁、移位等功能；同时还可以进行6 4 键的键盘扫描；CH451通过可以级联的串行接口与单片机等交换数据；并且提供上电复位和看门狗等监控功能。相比之下CH451性能更好一点，故选用CH451作为键盘显示控制芯片2系统主要器件选型及依据2.1 L J D-S Y-5 2 0 0 单片机实验系统(1)LJD-SY-5200的基本结构：LJD-SY-5200实验系统的硬件部分主要由以下电路
13、构成：显示电路(其中显示电路包括液晶显示，数码管显示，发光二极管显示及8X8三色LED点阵显示)，键盘电路，USB电路，串口电路，时钟电路，I2C电路，D/A&A/D转换电路，测温湿度电路，1WIRE总线电路，IC 卡电路，语音电路,蜂鸣器&继电器电路，单脉冲发生电路，红外遥感电路等电路有机组合而成。而实验系统的软件部分则是精心编写并测试通过的所有硬件部分驱动程序和大量的综合实验例程。(2)LJD-SY-5200 硬件配置：8东北林业大学课程设计L JD-S Y-5 200实验系统具有丰富的硬件资源，具体的硬件配置如下：液晶显示器采用的是两兆字库1223 2汉字液晶屏，汉显液晶屏具有编程简单使
14、用方便等其他液晶屏所不具备的优点；数码管采用的是8段8位数码管；键盘是4 X 4 行列式键盘，键盘与数码管通过专用键盘和数码管接口芯片C H 4 5 1与C P U 相连接，使用键盘接口芯片的好处就是可以大大减少编程的工作量，一个复杂的数码管显示位的闪烁移动操作，在此我们只需要一行简单的命令就能轻轻实现。发光二极管部分采用的2 4 个红黄绿三色的发光二极管，大量的各色发光二级管组合在一起能够变换出五彩缤纷的色彩；点阵部分采用的8 X 8 三色点阵显示,点阵的驱动电路是两片7 4 H C 5 7 3 和一片7 4 H C 13 8 及八个8 5 5 0三极管和相应的限流电阻，其具体的使用方法详见
15、后续章节的8 X 8 L E D 点阵的操作使用说明;U S B 电路采用的是内部已经固化了U S B 标准通信协议的U S B 接口芯片C H 3 7 2,硼C H 3 7 2可以在很大程度上简化U S B 驱动程序的开发复杂程度，面对U S B 驱动程序的开发初学者不再会望而却步，只要在熟悉相关通信协议的基础上即使是初学者也能轻轻松松开发出属于自己的U S B 驱动程序。时钟电路采用的是d s l 3 02实时时钟芯片，针对该芯片我们配置了较多的相关程序，包括通过数码管显示当前时间的R T C,可调节的通过数码管显示当前时间的R T C,可调节的通过数码管可显示当前时间和日期的R T C,
16、通过1223 2液晶显示屏显示当前时间和日期的R T C,这些程序在编写顺序上遵循的是循序渐进，由易到难的原则，是真正的针对初学者而为其量身定做的，具有很强的针对性，相信初学者一定会从中受益的；12(3电路采用的当前流行的A T 24c o 2;D A/A D 电路采用的分别是T L C 5 6 15&T L C 5 49转换芯片，他们具有简单实用操作方便的特点。测温湿度电路采用的SH T 10温湿度传感器，它能够精确的测试出当前小环境温度和湿度，针对温湿度传感器我们为其配置了通过液晶屏及数码管显示当前温度&湿度的程序，详见后续章节的SH T 10篇；1W I RE 采用的是i B u t t o n (信息纽扣)一一D S1990A-F 5,可说这在当前是比较先进的，这在市面上其他同类产品中是不具备的；I C 卡电路采用的是西门子公司的SL E 4442逻辑加密卡；语音芯片采用的是I SD 1420,具有2 0 秒的语音录放功能.(3)L J D-SY-5 200的仿真方法：把随机带的仿真监控芯片插到L J D-SY-5 200的C P U 插座上，将串口线的一端插到计算机的串口上，
