1、 單片機(jī)實(shí)訓(xùn)2014-2015姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)老師：學(xué) 院：專 業(yè)：完成日期：摘 要本課設(shè)采用8051系列單片機(jī)以及DHT11溫濕度傳感器相結(jié)合的方式來(lái)測(cè)量周圍環(huán)境溫度，其特點(diǎn)具有采集溫度、濕度的時(shí)間快，所采集到的溫濕度數(shù)值精度相對(duì)傳統(tǒng)溫濕度計(jì)要高，且易于讀數(shù)，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。8051單片機(jī)是常用于控制的芯片，使用8051單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度全程

2、的自動(dòng)控制，而且8051單片機(jī)易于學(xué)習(xí)掌握。 使用8051型單片機(jī)設(shè)計(jì)溫濕度控制系統(tǒng)，可以即時(shí)快速精確的反應(yīng)溫室內(nèi)的溫度的變化。完成諸如升溫到特定的溫度時(shí)進(jìn)行報(bào)警，引起注意。關(guān)鍵詞： 8051   DHT11  LCD1602    目錄第一章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)5 1.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能5 1.2系統(tǒng)工作原理5 1.3總體構(gòu)成6 總體設(shè)計(jì)框圖6第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).7 2.1主控模塊設(shè)計(jì)7 2.1.1 主控模塊原理圖7 2.2 DHT11傳感器模塊設(shè)計(jì)7 傳感器簡(jiǎn)介7 2.3數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計(jì)11 數(shù)碼管簡(jiǎn)介 數(shù)碼管模塊 2

3、.4蜂鳴器報(bào)警模塊第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).13 3.1總體程序框架流程圖13第四章 調(diào)試過(guò)程和注意問(wèn)題.14 4.1程序下載軟件說(shuō)明 4.2設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題及解決結(jié) 論.16謝 辭.17參考文獻(xiàn).18附錄 19第1章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能 本系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能是：1、 溫濕度的實(shí)時(shí)檢測(cè)和顯示。通過(guò)數(shù)碼管實(shí)時(shí)地顯示傳感器DHT11檢測(cè)到的溫濕度的值。2、 當(dāng)溫濕度超出所設(shè)定的閾值時(shí)便會(huì)自動(dòng)報(bào)警。通過(guò)蜂鳴器發(fā)出聲音實(shí)現(xiàn)報(bào)警。1.2 系統(tǒng)的工作原理本次設(shè)計(jì)主要涉及了溫濕度的測(cè)量、顯示以及報(bào)警。所以再硬件方面涉及了單片機(jī)主控模塊、傳感器模塊、數(shù)碼管顯示模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊，共四大模塊

4、。 傳感器模塊使用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器。通過(guò)DHT11檢測(cè)當(dāng)前環(huán)境下的溫濕度，講所測(cè)得的數(shù)據(jù)提交給單片機(jī)進(jìn)行處理和分析。 數(shù)碼管顯示模塊僅僅為了實(shí)現(xiàn)濕度與濕度的檢測(cè)數(shù)值顯示。左邊兩位顯示的為DHT11傳感器檢測(cè)到的濕度的數(shù)值，右邊兩位則為溫度的數(shù)值。 蜂鳴器報(bào)警模塊則用于實(shí)現(xiàn)當(dāng)溫度超過(guò)所設(shè)閾值時(shí)鳴響報(bào)警。當(dāng)傳感器檢測(cè)到環(huán)境周圍的溫度大于或等于所設(shè)定的安全溫度時(shí)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，時(shí)蜂鳴器鳴響，引起注意，從而采取降溫措施。1.3.總體構(gòu)成1.3.1 總體設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1.1所示。第一章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能 本系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能是：1、溫濕度的實(shí)時(shí)檢測(cè)和顯示。通過(guò)

5、數(shù)碼管實(shí)時(shí)地顯示傳感器DHT11檢測(cè)到的溫濕度的值。2、當(dāng)溫濕度超出所設(shè)定的閾值時(shí)便會(huì)自動(dòng)報(bào)警。通過(guò)蜂鳴器發(fā)出聲音實(shí)現(xiàn)報(bào)警。1.2系統(tǒng)的工作原理本次設(shè)計(jì)主要涉及了溫濕度的測(cè)量、顯示以及報(bào)警。所以再硬件方面涉及了單片機(jī)主控模塊、傳感器模塊、數(shù)碼管顯示模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊，共四大模塊。 傳感器模塊使用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器。通過(guò)DHT11檢測(cè)當(dāng)前環(huán)境下的溫濕度，講所測(cè)得的數(shù)據(jù)提交給單片機(jī)進(jìn)行處理和分析。 數(shù)碼管顯示模塊僅僅為了實(shí)現(xiàn)濕度與濕度的檢測(cè)數(shù)值顯示。左邊兩位顯示的為DHT11傳感器檢測(cè)到的濕度的數(shù)值，右邊兩位則為溫度的數(shù)值。 蜂鳴器報(bào)警模塊則用于實(shí)現(xiàn)當(dāng)溫度超過(guò)所設(shè)閾值時(shí)鳴響報(bào)警。當(dāng)傳感器

6、檢測(cè)到環(huán)境周圍的溫度大于或等于所設(shè)定的安全溫度時(shí)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，時(shí)蜂鳴器鳴響，引起注意，從而采取降溫措施。1.3.總體構(gòu)成1.3.1 總體設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1.1所示。DHT11傳感器模塊P1290C516RD+單片機(jī)P17顯示模塊蜂鳴器報(bào)警模塊圖1.1： 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖第一章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1 主控模塊設(shè)計(jì) 本次課程設(shè)計(jì)使用的主模塊為90C516RD+為核心的芯片。使用時(shí)將P12口作為與DHT11數(shù)據(jù)端的傳輸口。P17口接蜂鳴器控制端，以控制報(bào)警器控制模塊工作。P00-P07則用于控制數(shù)碼管的顯示功能。 主控模塊原理圖 主控模塊原理圖如圖2.1所示。圖2.1： 主控模塊原理圖

7、2.2 DHT11傳感器模塊接口設(shè)計(jì)2.2.1 DHT11傳感器簡(jiǎn)介DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸

8、距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。產(chǎn)品為 3 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。DHT11實(shí)物圖如圖2.2所示。圖2.2：DHT11 實(shí)物圖（1）引腳介紹: Pin1：（VDD），電源引腳，供電電壓為35.5V。 Pin2：（DATA），串行數(shù)據(jù)，單總線。 Pin3：（NC），空腳，懸浮。 Pin4：（VDD），接地端，電源負(fù)極。（2）接口說(shuō)明：建議連接線長(zhǎng)度短于20米時(shí)用5K上拉電阻,大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻。DHT11接口如圖2.3所示。圖2.3：?jiǎn)纹瑱C(jī)與傳感器接口（3）數(shù)據(jù)幀的描述：DATA 用于微處理器與

9、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(shí)間4ms左右,具體格式在下面說(shuō)明.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)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)” （4）電氣特性：VDD=5V，T = 25，除非特殊標(biāo)注。DHT11的電氣特性參數(shù)條件Mintypmax單位供電DC355.5V供電電流測(cè)量0.52.5mA平均0.21mA待機(jī)100150uA采樣周期秒1次注:采樣周期間隔不得低于1秒鐘。 （5）時(shí)序描述：用戶MCU發(fā)送一次開(kāi)始信號(hào)后,DHT11從低功

10、耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后,DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào),送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號(hào)采集,用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù).從模式下,DHT11接收到開(kāi)始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒(méi)有接收到主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào),DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集.采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。通訊過(guò)程如圖2.4所示：圖2.4：通訊過(guò)程圖總線空閑狀態(tài)為高電平,主機(jī)把總線拉低等待DHT11響應(yīng),主機(jī)把總線拉低必須大于18毫秒,保證DHT11能檢測(cè)到起始信號(hào)。DHT11接收到主機(jī)的開(kāi)始信號(hào)后,等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束,然后發(fā)送80us低電平響應(yīng)信號(hào).主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后,延時(shí)等待20-40us后, 讀取DHT11

11、的響應(yīng)信號(hào),主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)后,可以切換到輸入模式,或者輸出高電平均可, 總線由上拉電阻拉高。通訊初始化如圖2.5所示。圖2.5通訊初始化要求圖總線為低電平,說(shuō)明DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào),DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)后,再把總線拉高80us,準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù),每一bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時(shí)隙開(kāi)始,高電平的長(zhǎng)短定了數(shù)據(jù)位是0還是1.格式見(jiàn)下面圖示。如果讀取響應(yīng)信號(hào)為高電平,則DHT11沒(méi)有響應(yīng),請(qǐng)檢查線路是否連接正常.當(dāng)最后一bit數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50us,隨后總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。數(shù)字0信號(hào)表示方法如圖2.6所示：圖2.6：數(shù)字0信號(hào)電平變化圖數(shù)字1信號(hào)表示方法如圖2.7所

12、示. 顯示模塊圖2.9： 第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1 總體程序框圖流程圖軟件設(shè)計(jì)流程框圖如圖3.1所示開(kāi)始初始化 延時(shí)溫濕度檢測(cè)并傳送數(shù)據(jù)回單片機(jī)數(shù)碼管顯示定時(shí)檢測(cè)報(bào)警模塊啟動(dòng)判斷溫度是否超出閾值YN圖3.1：軟件設(shè)計(jì)流程框圖第四章 調(diào)試過(guò)程和注意問(wèn)題4.1 程序下載軟件說(shuō)明 本課程設(shè)計(jì)是基于Keil uVision4 環(huán)境下開(kāi)發(fā)，該軟件支持C語(yǔ)言的編程及調(diào)試，運(yùn)用方便。當(dāng)在該軟件下把程序準(zhǔn)確無(wú)誤編寫(xiě)好之后，通過(guò)軟件中的編譯功能獲得后綴名為.hex文件后，再使用程序燒寫(xiě)軟件STC_ISP_V483 將數(shù)據(jù)燒寫(xiě)到系統(tǒng)中。再燒寫(xiě)先應(yīng)需先將開(kāi)發(fā)板與電腦用連接線連接好，并檢查好開(kāi)發(fā)板所對(duì)應(yīng)的COM口

13、，以免燒寫(xiě)失敗。Keil uVision4 軟件程序編寫(xiě)窗口:軟件程序編寫(xiě)窗口圖入圖4.1所示圖4.1：軟件程序編寫(xiě)窗口圖4.2設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題及解決1、蜂鳴器不響 在調(diào)試過(guò)程中有可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度達(dá)到或超過(guò)所設(shè)定的閾值時(shí)，但是蜂鳴器卻沒(méi)有響。解決此問(wèn)題首先要了解所用的蜂鳴器是有源的還是無(wú)源的，屬于脈沖蜂鳴器還是直流蜂鳴器。有源直流蜂鳴器直接有電流通過(guò)即可鳴響，而無(wú)源脈沖蜂鳴器則要加方波信號(hào)才能使其發(fā)聲，所以在程序編寫(xiě)是需要特別注意。結(jié) 論經(jīng)過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，首先最大的體會(huì)就是，在做仿真跟實(shí)物的過(guò)程中是完全不同的。在做實(shí)物的過(guò)程中會(huì)遇到很多很多的問(wèn)題是仿真中所沒(méi)有的。同樣的程序，在仿真中完美的

14、運(yùn)行，但是放到了實(shí)物中卻無(wú)法得到自己想要的效果。這是因?yàn)樵趯?shí)物有很多外界的因素的影響，一方面有可能是硬件的損壞，另一方面是軟件與硬件不匹配，導(dǎo)致軟件無(wú)法驅(qū)動(dòng)硬件，從而硬件無(wú)法正常的工作。所以，我們必須要記住，仿真僅僅只是仿真，無(wú)法取代實(shí)物，仿真永遠(yuǎn)只能為我們提供參考，不能代替實(shí)物。 謝 辭記過(guò)幾周的努力，由于第一次進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中有需要難點(diǎn)需要解決，加上自我的知識(shí)不全面，導(dǎo)致設(shè)計(jì)過(guò)程中增添了許多麻煩，在此期間，幸得老師以及同學(xué)的指點(diǎn)，給我提供了許多幫助，再通過(guò)自己查書(shū)以及通過(guò)網(wǎng)絡(luò)解決一些難以解決的問(wèn)題，從而使我順利地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，也讓我從中重新認(rèn)識(shí)到自學(xué)的重要性，以及學(xué)以致用的道理。然后經(jīng)過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)提高了遇到問(wèn)題能解決問(wèn)題的能力和親自動(dòng)手能力，為今后的畢設(shè)打下了良好的基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn)1 李鳳霞.C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教程 北京：北京理工大學(xué)出版社，20102 李群芳.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù) 北京：電子工業(yè)出版社，20103 康華光。電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分） 北京：高等教育出版社，20114 楊素行 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 北京：高等教育出版社，