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1、湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計課程名稱 單片機原理與應(yīng)用 課題名稱 溫濕度檢測系統(tǒng) 專 業(yè) 自動化 班 級 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 年 月 日湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書課程名稱 單片機與應(yīng)用 課 題 環(huán)境溫、濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)班級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)老師 審 批 任務(wù)書下達日期 年 月 日任務(wù)完成日期 年 月 日設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計要求設(shè)計內(nèi)容：本課題要求以單片機為核心，采用溫濕度傳感器 DHT11設(shè)計一個對環(huán)境溫度濕度的檢測系統(tǒng)，要求用按鍵控制系統(tǒng)選擇分別對溫度或濕度的測試、復(fù)位、清除功能，用四位LED數(shù)碼管顯示實時溫度和濕度。還可由用戶設(shè)定溫度和濕度的上、下限，設(shè)計越限報警功能

2、。設(shè)計要求：1）確定系統(tǒng)設(shè)計方案； 2）進行系統(tǒng)的硬件設(shè)計；3）完成必要元器件選擇；4）系統(tǒng)軟件設(shè)計及調(diào)試；5）系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及操作說明6）按規(guī)范要求寫設(shè)計說明書主 要 設(shè) 計 條 件1、 PC機及單片機調(diào)試軟件；2、 開發(fā)板1塊； 3、系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試所需的元器件。說 明 書 格 式1. 課程設(shè)計任務(wù)書2. 目錄3. 總體方案確定4. 各單元硬件電路設(shè)計及計算方法5. 軟件設(shè)計與說明（包括流程圖）6. 調(diào)試結(jié)果與必要的調(diào)試說明7. 總結(jié)8、參考文獻9、附錄附錄A 系統(tǒng)原理圖附錄B 程序清單 10、課程設(shè)計成績評分表。進 度 安 排設(shè)計時間分為二周第一周星期一、上午：布置課題任務(wù)，課題介紹及講課。下午

3、：借閱有關(guān)資料，總體方案討論。星期二、確定總體方案，學(xué)習(xí)與設(shè)計相關(guān)內(nèi)容。星期三、各部分方案設(shè)計，各部分設(shè)計。星期四、設(shè)計及調(diào)試。星期五、設(shè)計及調(diào)試。星期六、設(shè)計及調(diào)試。第二周星期一：設(shè)計及調(diào)試。星期二：設(shè)計及調(diào)試。星期三：調(diào)試、寫說明書。星期四-星期五上午：寫說明書、完成電子版并打印成稿。星期五下午：答辯。參 考 文 獻1 王迎旭等.單片機原理及及應(yīng)用.機械工業(yè)出版社.2012年目錄第1章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計81.1系統(tǒng)設(shè)計方案總體思路81.2系統(tǒng)總體方案框圖8第2章 硬件設(shè)計92.1 STC89C52簡介92.2 晶振電路92.3 復(fù)位電路92.4 共陽數(shù)碼管顯示電路102.5 鍵盤電路102

4、.6 DHT11傳感器電路112.7 報警電路12第3章 軟件設(shè)計與說明123.1系統(tǒng)軟件設(shè)計思路123.2 主程序設(shè)計133.3 鍵盤函數(shù)143.4 顯示程序設(shè)計15第4章 調(diào)試結(jié)果與說明174.1 系統(tǒng)調(diào)試說明174.2 調(diào)試結(jié)果17第5章 總結(jié)18參考文獻19附錄A 系統(tǒng)電理圖路原20附錄B 系統(tǒng)程序清單21第1章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計1.1系統(tǒng)設(shè)計方案總體思路根據(jù)課題，設(shè)計溫濕度檢測系統(tǒng)電路，采用單片機STC89C52為控制芯片。根據(jù)設(shè)計要求所需的實現(xiàn)要求，將總電路分為鍵盤接口電路、單片機時鐘電路、復(fù)位電路、LED顯示電路、DHT11傳感器電路、報警電路幾個模塊。鍵盤接口電路為4*4矩陣式

5、鍵盤，采用查詢法，鍵盤連接到單片機的P2口（P1.0-P1.3列線， P1.4-P1.7行線），在本系統(tǒng)中采用內(nèi)部時鐘電路，由一個石英晶體管振蕩器和兩個微調(diào)電容組成；復(fù)位電路中給給RST引腳連續(xù)輸入2個機器周期（即24個時鐘振蕩周期）以上高電平，就可完成初始化操作；顯示電路與單片機I/O相連，采用4段7位共陽LED顯示管顯示溫濕度。1.2系統(tǒng)總體方案框圖 根據(jù)設(shè)計思路確定的總體方案如圖1-2所示。DHT11傳感器STC89C52 晶振電路鍵盤電路LED數(shù)碼管顯示復(fù)位電路段碼位控制報警電路 圖1-2 系統(tǒng)總體框圖第2章 硬件設(shè)計2.1 STC89C52簡介STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低

6、功耗高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程FLASH存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 2.2 晶振電路 單片機工作的時間基準是由時鐘電路所控制的。在單片機的XTAL1和XTAL2兩個管腳，接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機的時鐘電路。電路中，電容器C1和C2對振蕩頻率有微調(diào)作用,均選用20pF，石英晶體選擇12MHZ。 晶振電路如圖. 圖2-2 晶振電路 2.3 復(fù)位電路復(fù)位電路是保證單片

7、機正常運行的關(guān)鍵因素，所以可靠地復(fù)位電路設(shè)計是必要的。將RST引腳連續(xù)輸入2個機器周期（即24個時鐘振蕩期間）以上高電平，即可以完成單片機的初始化操作。本設(shè)計采用按鈕復(fù)位方式。復(fù)位電路如圖： 圖2-3 復(fù)位電路 2.4 共陽數(shù)碼管顯示電路LED數(shù)碼管采用共陽數(shù)碼管，采用動態(tài)顯示方式，減少硬件資源。動態(tài)掃描顯示接口是單片機中應(yīng)用最廣泛的一種顯示方式。數(shù)碼管的dp段以及g-a段依序與P0口的P0.7-P0.0連接。4位LED的位選線分別由相對應(yīng)的P2.0-P2.3控制。顯示電路如圖： 圖2-4 顯示電路2.5 鍵盤電路該系統(tǒng)采用4*4矩陣式鍵盤電路，在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線交叉處都由一個

8、按鈕連接。鍵盤的行線與P1口的P1.4-P1.7相連，列線與P1.0-P1.3相連。本系統(tǒng)采用4個鍵：鍵0：啟動系統(tǒng)，傳感器有響應(yīng)。鍵1：設(shè)置溫濕度的上下限。鍵2：暫停。鍵3：單片機復(fù)位，系統(tǒng)停止工作。鍵盤電路如下 ： 圖2-5 鍵盤電路圖2.6 DHT11傳感器電路DHT11是一種能對環(huán)境的溫濕度參數(shù)進行采樣的傳感器。傳感器中的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)+

9、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)。+8bit校驗和。DHT11傳感器電路如下： 圖2-6 DHT11傳感器電路2.7 報警電路蜂鳴器是一種一體化的電子通訊響應(yīng)器。在本系統(tǒng)中，當溫濕度超過其上下線時報警。 圖2-7 報警電路第3章 軟件設(shè)計與說明此次系統(tǒng)設(shè)計是通過C語言編程，其中包括數(shù)碼管顯示部分、鍵盤掃描部分、傳感器采樣溫濕度部分。3.1 主程序設(shè)計主程序初始化，主程序循環(huán)掃描是否有鍵按下，如有鍵按下則做出相應(yīng)的功能處理，若無鍵按下則繼續(xù)執(zhí)行顯示函數(shù)。3.4 顯示程序設(shè)計顯示采用4位共陽數(shù)碼管，段碼在程序數(shù)據(jù)區(qū)定義，根據(jù)需要查表取得，再送往P0口，以控制數(shù)碼管顯

10、示不同字符數(shù)字。位碼由P2.0P2.3口分別控制晶體數(shù)碼管的位控位W4W1，以控制各個數(shù)碼管顯示。開始保護現(xiàn)場開始初始化查表取字型碼送段碼送位碼延時顯示4位顯示掃描完？NY恢復(fù)現(xiàn)場返回 圖3-4 顯示程序流程圖第4章 調(diào)試結(jié)果與說明4.1 系統(tǒng)調(diào)試說明本系統(tǒng)調(diào)試過程中采用直接硬件調(diào)試的方法，對整體的系統(tǒng)程序進行分解排故，首先對八段顯像管進行數(shù)字顯示測試，然后對鍵盤進行按鍵響應(yīng)測試，當測試都得到正確結(jié)果時，將鍵盤與顯示結(jié)合起來，并給予恰當?shù)淖中痛a，最后加入定時器中斷程序，給出正確的脈沖信號和頻率。調(diào)試過程中，數(shù)碼管顯示的數(shù)字閃爍，原因是傳感器接觸不良，后換了導(dǎo)線，數(shù)字不在閃爍。按鍵出現(xiàn)按下一鍵響

11、應(yīng)多次的情況，后查出由于鍵位抬起子程序書寫不當，造成鍵盤多次響應(yīng)，并加上了松手去抖程序后問題得以順利解決。4.2 調(diào)試結(jié)果接上溫濕度傳感器DHT11后和電源后，將程序下載到板子上，按下0號鍵啟動，執(zhí)行程序，數(shù)碼管上顯示了環(huán)境的溫濕度參數(shù)。 圖5-1 顯示環(huán)境溫濕度參數(shù)第5章 總結(jié) 經(jīng)過兩周的單片機課程設(shè)計，終于完成了單片機環(huán)境溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計，其中收獲許多，付出了許多精力和時間，實踐能力的到了一定的提高。剛學(xué)完單片機并且經(jīng)歷了考試，我一直以為我對單片機有了不少的了解，課透過此次課程設(shè)計，我才看到了自己的諸多不足，也學(xué)到了很多知識與技巧。雖然之前有做過不少課程設(shè)計，但以前大多是單獨的軟件或者

12、硬件設(shè)計，這次設(shè)計讓我有了長足的進步，真正實現(xiàn)了對單片機硬件與軟件的兼顧與融會貫通。單片機課程設(shè)計重點就在于軟件算法的設(shè)計，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事。由于C語言學(xué)習(xí)較早，很多技巧與方法早就忘得差不多了，上課與做實驗，我一直以來都是使用匯編語言來編寫程序，可課題的復(fù)雜度明顯比試驗中遇到的要大得多，C語言編程的方便性讓我不得不著手C語言開始。這也讓我再次鞏固了以前學(xué)習(xí)的專業(yè)知識。面對大量的參考資料甚至是幾乎現(xiàn)成的參考報告，我選擇了在學(xué)習(xí)吸納的基礎(chǔ)上另辟蹊徑，雖然遇到困難的時候都想放棄，直接用現(xiàn)成的程序和報告，可看到其他同學(xué)和我一樣在埋頭苦

13、干、老師期盼的眼神，我選擇了堅持下來，當然，現(xiàn)在這是我驕傲的資本。雖然這個課題不算難，但是從硬件電路到最后程序的編寫和調(diào)試都是自己摸索出來的，這個過程中也遇到了不少困難，更多的是成功后的喜悅，學(xué)習(xí)永無止境，只有把學(xué)習(xí)和實踐當做一種樂趣那么即便有再大的困難也會是一種享受。 參考文獻1 王迎旭. 單片機原理與應(yīng)用 M.北京：機械工業(yè)出版社,2004.2 陳海宴. 51單片機原理及應(yīng)用 M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.3 胡漢才. 單片機原理及其接口技術(shù) M.北京：清華大學(xué)出版社，2010.4 李全利. 單片機原理及應(yīng)用技術(shù) M.北京：高等教育出版社，2004.5 陳光東. 單片微型計算

14、機原理及接口技術(shù) M.華中科技大學(xué)出版社，2001.6 何立民. 51系列單片機應(yīng)用與實踐教程 M.北航出版社，.附錄A 系統(tǒng)電路原理圖附錄B 系統(tǒng)程序清單/P1.0-P1.7段選a-dp,P2.0-P2.3位選w4-w1,p1口接矩陣鍵盤 列接高四位，橫接低四位/鍵盤：0鍵啟動，1鍵設(shè)置，2鍵暫停，3鍵復(fù)位#include /包含頭文件，一般情況不需要改動，頭文件包含特殊功能寄存器的定義#define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned char code led_code=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,

15、0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90, 0 x88,0 x83,0 xc6,0 xa1,0 x86,0 x8e,0 xbf;/*共陽字型段碼表,0-F,-*/uchar led0,led1,led2,led3;/*- 函數(shù)聲明-*/ uchar keyscan(void);/鍵盤掃描void delay(uint i); /延時程序void display(uchar led0,led1,led2,led3);/動態(tài)掃描顯示程序/*- 主函數(shù)-*/void main() uchar key; P1=0 xff; /*關(guān)所有位顯示*/ led0=16; /*顯示

16、初始狀態(tài)“- - - 0”*/ led1=16; led2=16; led3=0; while(1) display(led0,led1,led2,led3); /*調(diào)顯示*/ key=keyscan(); /調(diào)用鍵盤掃描， switch(key) case 0 x7e:led0=0;break; /0 按下相應(yīng)的鍵，首位數(shù)碼管顯示相對應(yīng)的值 case 0 x7d:led0=1;break; /1 case 0 x7b:led0=2;break; /2 case 0 x77:led0=3;break; /3 case 0 xbe:led0=4;break; /4 case 0 xbd:led0

17、=5;break; /5 case 0 xbb:led0=6;break; /6 case 0 xb7:led0=7;break; /7 case 0 xde:led0=8;break; /8 case 0 xdd:led0=9;break; /9 case 0 xdb:led0=10;break; /a case 0 xd7:led0=11;break; /b case 0 xee:led0=12;break; /c case 0 xed:led0=13;break; /d case 0 xeb:led0=14;break; /e case 0 xe7:led0=15;break; /f /

18、*- 鍵盤掃描程序，P1.0-P1.3列線， P1.4-P1.7行線，-*/uchar keyscan(void) /鍵盤掃描函數(shù)，使用行列反轉(zhuǎn)掃描法 uchar cord_h,cord_l;/行列值中間變量 P1=0 x0f; /行線輸出全為0 cord_h=P1&0 x0f; /讀入列線值 if(cord_h!=0 x0f) /先檢測有無按鍵按下，cord_h不等于0 x0f無鍵按下 display(led0,led1,led2,led3); /*調(diào)顯示*/ if(cord_h!=0 x0f) cord_h=P1&0 x0f; /讀入列線值 P1=cord_h|0 xf0; /輸出當前列線

19、值 cord_l=P1&0 xf0; /讀入行線值 return(cord_h+cord_l);/鍵盤最后組合碼值 return(0 xff); /無鍵按下返回值/*- 動態(tài)掃描顯示程序，P0段控，P2.0-P2.3位控 （反向驅(qū)動）-*/void display(led0,led1,led2,led3) / P2=0 xfe;P0=led_codeled0;delay(5);P2=0 xfd;P0=led_codeled1;delay(5);P2=0 xfb;P0=led_codeled2;delay(5);P2=0 xf7;P0=led_codeled3;delay(5); /*- 延時程

20、序-*/void delay(int x ) int i,j; for(i=0;ix;i+) for(j=0;j120;j+); /溫度傳感器采樣環(huán)境溫濕度參數(shù)并由數(shù)碼管顯示#include #include typedef unsigned char unint8; typedef unsigned char unint16; unsigned char table0= 0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90;/不帶小數(shù)點 unsigned char str1= ; unsigned char str2= ; s

21、bit TRH = P30;/溫濕度傳感器DHT11數(shù)據(jù)接入 sbit LCD_RS = P26; sbit LCD_RW = P25; sbit LCD_EN = P27; void disp(unint8 str1,unint8 str2,unint8 str3,unint8 str4); unint8 TH_data,TL_data,RH_data,RL_data,CK_data; unint8 TH_temp,TL_temp,RH_temp,RL_temp,CK_temp; unint8 com_data,untemp,temp; unint8 respond; void delayN

22、OP() _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); / 毫秒級延時子程序 void delay_ms(unsigned char ms) unsigned char i; while(ms-) for(i = 0; i 150; i+) _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /5us級延時程序 void delay_us() unint8 i; i-; i-; i-; i-; i-; char receive() unint8 i; com_data=0; for(i=0;i=7;i+) respond=2; while(!TRH

23、)&respond+); delay_us(); delay_us(); delay_us(); if(TRH) temp=1; respond=2; while(TRH)&respond+); else temp=0; com_data=1; com_data|=temp; return(com_data); void read_TRH() /主機拉低18ms TRH=0; delay_ms(18); TRH=1; /DATA總線由上拉電阻拉高主機延時20us delay_us(); delay_us(); delay_us(); delay_us(); TRH=1; /判斷DHT11是否有

24、低電平響應(yīng)信號如不響應(yīng)則跳出，響應(yīng)則向下運行 if(!TRH) respond=2; /判斷DHT11發(fā)出 80us 的低電平響應(yīng)信號是否結(jié)束 while(!TRH)& respond+); respond=2; /判斷從機是否發(fā)出 80us 的高電平，如發(fā)出則進入數(shù)據(jù)接收狀態(tài) while(TRH & respond+); /數(shù)據(jù)接收狀態(tài) RH_temp = receive(); RL_temp = receive(); TH_temp = receive(); TL_temp = receive(); CK_temp = receive(); TRH=1; /數(shù)據(jù)校驗 untemp=(RH_

25、temp+RL_temp+TH_temp+TL_temp); if(untemp=CK_temp) RH_data = RH_temp; RL_data = RL_temp; TH_data = TH_temp; TL_data = TL_temp; CK_data = CK_temp; /濕度整數(shù)部分 str10 = table0RH_data/10; str11 = table0RH_data%10; /溫度整數(shù)部分 str20 =table0TH_data/10; str21 = table0TH_data%10; /主函數(shù) /TH,TL,RH,RL分別代表溫濕度的整數(shù)和小數(shù)部分 voi

26、d main() delay_us(); TMOD=0X01;/選擇定時器工作方式 TH0=(65536-12000)/256; TL0=(65536-12000)%256; EA=1;/開總中斷 ET0=1;/開定時器中斷 TR0=1;/啟動定時器 while(1) read_TRH(); void T0_timer() interrupt 1 TH0=(65536-20000)/256; TL0=(65536-20000)%256; disp(str10,str11,str20,str21); void disp(unint8 str1,unint8 str2,unint8 str3,un

27、int8 str4) P2=0 xfe; P0=str1; delay_ms(1); P2=0 xfd; P0=str2; delay_ms(1); /P2=0 xfb; /P0=str3; /delay_ms(1); P2=0 xfb; P0=str3; delay_ms(1); P2=0 xf7; P0=str4; delay_ms(1); /P2=0 xdf; /P0=str6; /delay_ms(1); 電氣與信息工程系課程設(shè)計評分表項 目評 價優(yōu)良中及格差設(shè)計方案合理性與創(chuàng)造性（10%）開發(fā)板焊接及其調(diào)試完成情況*（10%）硬件設(shè)計或軟件編程完成情況（20%）硬件測試或軟件調(diào)試結(jié)果*(10%)設(shè)計說明書質(zhì)量(20%)答辯情況(10%)完成任務(wù)情況(10%)獨立工作能力(10%)出勤情況(10%)綜 合 評 分 指導(dǎo)教師簽名：_ 日 期：_ 注：表中標*號項目是硬件制作或軟件編程類課題必填內(nèi)容； 此表裝訂在課程設(shè)計說明書的最后一頁。課程設(shè)計說明書裝訂順序：封面、任務(wù)書、目錄、正文、評分表、附件（非16K大小的圖紙及程序清單）。 29