目录第1章设计意义及要求 (1)1.1 设计意义 (1)1.2 设计要求 (1)第2章硬件设计 (2)2.1 AT89S52芯片介绍 (2)2.2 液晶显示器LCD1602 (3)2.2.1 液晶显示原理 (3)2.2.2 液晶显示器分类 (3)2.2.3 显示原理 (3)2.2.4 LCD1602的基本参数及引脚功能 (4)2.3 温湿度模块DHT11介绍 (6)2.3.1 DHT11概述 (6)2.3.2 DHT11传感特性说明 (7)2.3.3 DHT11封装信息 (8)2.3.4 串行接口(单线双向) (8)第3章设计实现 (11)3.1 设计框图及流程 (11)3.2 设计结果及分析 (11)第4章设计总结 (13)参考文献 (14)附录 (15)第1章设计意义及要求1.1 设计意义最近几年来,随着科技的飞速发展,单片机领域正在不断的走向社会各个角落,还带动传统控制检测日新月异更新。
在实时运作和自动控制的单片机应用到系统中,单片机如今是作为一个核心部件来使用,仅掌握单片机方面知识是不够的,还应根据其具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合,加以完善。
现代社会越来越多的场所会涉及到温度与湿度并将其显示。
由于温度与湿度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有着密切的关系,例如:冬天温度为18至25℃,湿度为30%至80%;夏天温度为23至28℃,湿度为30%至60%。
在此范围内感到舒适的人占95%以上。
在装有空调的室内,室温为19至24℃,湿度为40%至50%时,人会感到最舒适。
如果考虑到温、湿度对人思维活动的影响,最适宜的室温度应是工作效率高。
18℃,湿度应是40%至60%,此时,人的精神状态好,思维最敏捷。
所以,本课程设计就是通过单片机驱动LCD1602,液晶显示温湿度,通过此设计,可以发现本设计有一定的扩展性,而且可以作为其他有关设计的基础。
如何高效、稳定地对数据(包括温度、湿度光线、压力等项目)进行实时采集对于现代的企业、工厂、研究所等对数据精度要求较高的单位具有非常重要的意义。
1.2 设计要求本系统设计采用温度和湿度作为采集对象,是以单片机为核心的温度、湿度采集、数字显示系统,用液晶显示出当前温度、湿度的信息。
以此了解AT89S52芯片为核心外接温度传感器和湿度传感器模块在液晶显示屏上显示当前的温度和湿度的过程。
第2章硬件设计2.1 AT89S52芯片介绍AT89S52功能特性描述:AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。
使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。
在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能: 8k字节Flash,256字节RAM, 32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。
另外,AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
AT89S52的主要特性是:与MCS-51单片机产品兼容;8K字节在系统可编程Flash存储器;1000次擦写周期;全静态操作:0Hz~33Hz;三级加密程序存储器;32个可编程I/O口线;三个16位定时器/计数器;八个中断源;全双工UART串行通道;低功耗空闲和掉电模式;掉电后中断可唤醒;看门狗定时器;双数据指针;掉电标识符。
图2-1 AT89S52功能引脚图功能引脚说明:VCC:电源GND:接地RST:复位输入P0口:是一个8位漏极开路的双向I/O口,也被作为低8位地址/数据复用。
P1口:是一个有内部上拉电阻的8位双向I/O口,在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。
P2口:是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口:是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用。
ALE/PROG:地址锁存控制信号。
PSEN:外部程序存储器选通信号。
EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。
XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。
2.2 液晶显示器LCD1602在日常生活中,我们对液晶显示器并不陌生。
液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件,如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到,显示的主要是数字、专用符号和图形。
在单片机的人机交流界面中,一般的输出方式有以下几种:发光管、LED数码管、液晶显示器。
发光管和LED数码管比较常用,软硬件都比较简单,在前面章节已经介绍过,在此不作介绍,本章重点介绍字符型液晶显示器的应用。
在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点:(1)显示质量高(2)数字式接口(3)体积小、重量轻(4)功耗低2.2.1 液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性,通过电压对其显示区域进行控制,有电就有显示,这样即可以显示出图形。
液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点,目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。
2.2.2 液晶显示器分类液晶显示的分类方法有很多种,通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。
除了黑白显示外,液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。
如果根据驱动方式来分,可以分为静态驱动(Static)、单纯矩阵驱动(Simple Matrix)和主动矩阵驱动(Active Matrix)三种。
2.2.3显示原理首先是液晶的线段的显示。
点阵图形式液晶由M×N个显示单元组成,假设LCD显示屏有64行,每行有128列,每8列对应1字节的8位,即每行由16字节,共16×8=128个点组成,屏上64×16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应,每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。
例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H——00FH的16字节的内容决定,当(000H)=FFH时,则屏幕的左上角显示一条短亮线,长度为8个点;当(3FFH)=FFH时,则屏幕的右下角显示一条短亮线;当(000H)=FFH,(001H)=00H,(002H)=00H,......(00EH)=00H,(00FH)=00H时,则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。
这就是LCD显示的基本原理。
其次是液晶字符的显示。
用LCD显示一个字符时比较复杂,因为一个字符由6×8或8×8点阵组成,既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节,还要使每字节的不同位为“1”,其它的为“0”,为“1”的点亮,为“0”的不亮。
这样一来就组成某个字符。
但由于内带字符发生器的控制器来说,显示字符就比较简单了,可以让控制器工作在文本方式,根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址,设立光标,在此送上该字符对应的代码即可。
图2-2液晶显示原理图2.2.4 LCD1602的基本参数及引脚功能1602LCD分为带背光和不带背光两种,基控制器大部分为HD44780,带背光的比不带背光的厚,是否带背光在应用中并无差别,两者尺寸差别如图2-1所示:图2-3 LCD1602尺寸图LCD1602的主要技术参数:(1)显示容量:16×2个字符(2)芯片工作电压:4.5—5.5V(3)工作电流:2.0mA(5.0V)(4)模块最佳工作电压:5.0V(5)字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm引脚功能说明:LCD1602采用标准的14脚(无背光)或16脚(带背光)接口,各引脚接口说明如表1所示:表1 引脚接口说明2.3 温湿度模块DHT11介绍2.3.1 DHT11概述DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。
它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。
传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接。
因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。
每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。
校准系数以程序的形式储存在OTP内存中,传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。
单线制串行接口,使系统集成变得简易快捷。
超小的体积、极低的功耗,信号传输距离可达20米以上,使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。
产品为 4 针单排引脚封装。
连接方便,特殊封装形式可根据用户需求而提供。
它具备以下特点:(1)相对湿度和温度测量(2)全部校准,数字输出(3)卓越的长期稳定性(4)无需额外部件(5)超长的信号传输距离(6)超低能耗(7)4 引脚安装(8)完全互换应用领域有:暖通空调、测试及检测设备汽车、数据记录器、消费品、自动控制、气象站、家电、湿度调节器、医疗、除湿器等。
温湿度传感器模块DHT11实物图为图2-4:图2-4 DHT11模块实物图DHT11的供电电压为3-5.5V。
传感器上电后,要等待 1s 以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。
电源引脚(VDD,GND)之间可增加一个100nF 的电容,用以去耦滤波。
图2-5为DHT11接口说明:图2-5 DHT11接口说明图表2为DHT11测量信息:表2 DHT11测量信息型号测量范围测湿精度测温精度分辨力封装DHT11 20-90%RH 0-50℃±5%RH ±2℃ 1 4针单排直插测量分辨率分别为 8bit(温度)、8bit(湿度)。
2.3.2 DHT11传感特性说明DHT11传感特性以表3所示:参数条件Min Typ Max 单位湿度分辨率 1 1 1 %RH8 Bit重复性±1 %RH精度25℃±4 %RH0-50℃±5 %RH 互换性可完全互换量程范围0℃30 90 %RH25℃20 90 %RH50℃20 80 %RH6 10 15 S响应时间1/e(63%)25℃,1m/s 空气迟滞±1 %RH长期稳定性典型值±1 %RH/yr 温度分辨率 1 1 1 ℃8 8 8 Bit重复性±1 ℃精度±1 ±2 ℃量程范围0 50 ℃响应时间1/e(63%) 6 30 S2.3.3 DHT11封装信息DHT11封装信息以图2-6所示:图2-6 DHT11封装信息图下表为DHT11引脚说明:Pin 名称注释1 VDD 供电 3-5.5VDC2 DATA 串行数据,单总线3 NC 空脚,请悬空4 GND 接地,电源负极2.3.4 串行接口(单线双向)DATA 用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零;操作流程如下: 一次完整的数据传输为40bit,高位先出。