温湿度检测及实时时钟硬件设计(双单片机系统)本科毕业设计(编辑修改稿)

温湿度检测及实时时钟硬件设计(双单片机系统)本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

完全能 满 足 题 目的要求，而第一种方案，硬件复杂、稳定性低、不易控制，权衡优劣，选择方案二。 温湿度传感器的选择 方案一：采用传统的电阻式温湿度传感器，但一般都要涉及信号调理器电路并需要经过复杂的校准和标定过程，因此测量精度难以保证，并且在重复性、互换性、一致性等方面往往不尽人意。 方案二：采用 SHT11 芯片作为温度和湿度的传感器，由于 SHT11 自带 A/D转换，使 传 感器 结 构 简单 ，电路连接简单。 相比较，方案二完全能 满 足 题 目的要求，且准确性 较 高，重复性和可靠性好，所以采用方案二。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 5 显示模块的选择 方案一：采用 LED(发光二极管显示器 )显示。 数码管具备数字接口，可以很方便地和单片机系统连接；数码管的体积小，重量轻，并且功耗低，是一种理想的显示单片机数据输出内容的期间，在单片机系统中有着重要的作用。 方案二：采用液晶显示。 液晶显示功耗低，轻便防震。 采用液晶显示界面友好清晰，操作方便，显示信息丰富。 比较两种方案，由于平时主要学习 LED 显示， 相对于液晶显示技术，对 LED显示技术了解更多些，所以采用方案一。 键盘模块的选择 键盘可以分为独立连接式和行列式两类，独立式键盘就是各个按键相互独立，每个按键单独占用一根 I/O 口线，各个按键工作状态互不影响，这是最简单的键盘结构。 行列式按键是为了减少键盘与单片机接口时所占用 I/O 线的数目。 该设计需要校对和修改时间，所以只需要四个键盘，这里采用独立式按键，分别负责移动光标到时分秒、加一、减一、进入调时状态。 独立式按键的优点是电路配置灵活，软件结构简单 [2]。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 6 第三章 器件及模块的介绍 论文设计提出：单片机 AT89C52 和 AT89C2051 组成双单片机系统，分别完成显示处理及温湿度采样；实时时钟采用 DS12887 实现年月日时分秒等时间信息的采集；温湿度检测模块采用技术成熟的 SHT11 芯片作为对车前、车顶和车内的温度及湿度进行实时检测；非编码键盘对实时时间的修改； LED 显示温湿度及实时时间；采用 7805 三端 稳压 集成芯片 稳 定 输 出 5V 直流 电压。 ，组成最小系统 在某些单片机系统中，单机系统并不能满足要求，系统往往需要两个或者多个 单片机协同工作。 本节主要介绍单片机间双机通信。 双单片机通信概述 单片机通信方式通常有并行通信和串行通信。 并行通信优点是传送速度快，缺点是占用是数据传输线多，长距离传输成本高。 单片机间通信通常采用串行通信方式。 本文实现在单片机甲与单片机乙之间传送数据。 通信双方约定发送方为甲机，接受方为乙机。 首先甲机向乙机发送一联络数据，乙机接收到后响应应答信号，然后接收甲机发送的数据 [3]。 单片机间连接的比较 单片机间的通信设计是本设计的基础，也是最重的支撑部分。 单片机间通信设计方案，通常有以下 两种： 方案一：单片机间可以通过单片机的串口直接相连的方法实现双机通信，此设计方法需要单片机间的距离很短（ 1m以内），而且电路连接十分简单。 方案二：单片机间可以利用 RS232C 接口延长通信距离，此时必须将单片机的 TTL 电平与 RS232C 标准电平进行转换。 此电路比较复杂，适合通信距离较远的连接方式。 比较两种方案，方案一完全符合本设计的要求，而且硬件电路相对十分简单。 而方案二虽然可以进行长距离的连接，但本设计中单片机之间的距离相对很短，权衡优劣，选择方案一。 双单片机最小系统电路设计 以 AT89C52 和 AT89C2051 单片机为中央系统组成最小系统的原理图如图 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 7 图 单片机双机通信接口硬件电路 AT89C52 和 AT89C2051 单片机的概述 本设计采用的 AT89C52 单片机 是 51 系列 单片机 的一个型号，它是 ATMEL 公司 生产的。 AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51 指令系统，片内置通用 8位中央处理器和 Flash 存储单元 ，功能强大的AT89C52 单片机可为 本设计 提供许多较复杂系统控制应用场合 [4]。 AT89C52 有 40 个引脚， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2个外中断口， 3 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口， 2个读写口线， AT89C52 可以按照常规方法进行编程 ,但不可以在线编程 (S 系列的才支持在线编程 )。 其将通用的微处理器和 Flash 存储器 结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。 AT89C52 有 PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 8 AT89C52 单片机的主要特性： (1) 兼容 MCS51 指令系统 ； (2) 8k可反复擦写 (1000 次） Flash ROM； (3) 32个双向 I/O 口 ； (4) 256x8bit 内部 RAM； (5) 3 个 16位可编程定时 /计数器中断 ； (6) 时钟频率 024MHz； (7) 2 个串行中断 ； (8) 可编程 UART 串行通道 ； (9) 2 个外部中断源共 8 个中断源 ； (10)5 个中断源 ； (11)2 个读写中断口线 ； (12)3 级加密位 ； (13)软件 设置睡眠和唤醒功能 ； (14)低功耗空闲和掉电模式。 AT89C52 单片机的管脚说明： 本设计需要用到 AT89C52 单片机的大多数管脚， AT89C52 单片机的管脚名称及信息说明如下： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口： P0 口为一个 8位漏极开路双向 I/O 口，每个管脚可吸收 8TTL 门电流。 当 P1 口管脚第一次写 1 时，被定义为高阻态。 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 4T 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 口在用于外部程序内存或 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，它利用内部上拉优南京工程学院毕业设计说明书（论文） 9 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： RXD(串行输入口 ) TXD(串行输出口 ) /INT0(外部中断 0) /INT1(外部中断 1) T0(记时器 0外部输入 ) T1(记时器 1外部输入 ) /WR(外部数据存储器写选通 ) /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：当访问外部内存时，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：外部程序内存的选通信号。 在由外部程序内存取指令期间，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内存 (0000HFFFFH)，不管是否有内部程序内存。 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，此间内部程序内存。 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。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 10 AT89C52 单片机的振荡器特性 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器，可采用石晶振荡或陶瓷振荡。 如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2则不接。 有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 复位电路 89系列单片机与其他微处理器一样，在开机时都需要复位，以便于中央处理器以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从 这个状态开始工作。 89 系列单片机的复位信号是从 RST 引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。 当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如 RST引脚上有一个高电平并持续 2 个机器周期（ 24 个振荡周期），则 CPU 就可以响应并将系统复位。 复位是单片机的初始化操作。 其主要功能是吧 PC 初始化为 0000H，使单片机从 0000H 单元开始执行程序。 除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或者操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也须按复位键重新启动。 复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。 电自动复位是 在加电瞬间电容通过充电来实现的，其电路如图 所示。 在通电瞬间，电容通过电阻充电， RST端出现正脉冲，用以复位。 只要电源 Vcc 的上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就完成了系统的复位初始化。 图 复位电路 所谓手动复位，是通过连接一个按钮开关，使单片机进入复位状态。 复位电路虽然简单，但其作用非常重要。 一个单片机系统能否正常运行，首先要检查是否能复位成功。 晶振电路 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 11 单片机是一种时序电路，必须给它提供时钟脉冲信号才能正常工作。 系统时钟信号是单片机内部各种操作的时间基 准，为各种指令的执行提供时钟节拍。 通常单片机可通过内部振荡或外部振荡两种方式得到系统时钟信号。 AT89C52 芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。 反相放大器的输入端为 AXTL1，输出端为 XTAL2，两端接 的石英晶体。 电容采用 30pF 的陶瓷电容，可稳定频率并对振荡频率有微调作用，其原理图如图 所示。 确定的单片机 4 个周期分别是：（ fosc 为晶体振荡器的频率） 振荡周期 =1/fosc； 状态周期 =2/fosc； 机器周期 =12/fosc； 指令周期 =(1～ 4)机器周期 图 系统时钟电路 而 AT89C2051 的管脚功能与特性， AT89C52 都具有，这里不予介绍。 DS12887是 DALLAS公司的实时时钟芯片 RTC（ Real Time Clock），它功能丰富，应用广泛， PC机内的时钟信号就是由 D512887提供的。 DS12887内部自带晶体振荡器及锂电池，可计算到 2100年前的秒、分、小时、星期、日、月、年七种日历信息并带闰年补偿，断电后能运行 10年之久不丢失数据。 可选用夏令时，具有 24小时或 12小时两种制式。 它在工业控制及仪器仪表中 有广泛用途。