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STC89C52的引脚图如图2.1所示。
图2.1STC89C52的引脚图
Figure2.1STC89C52pindiagram
P0口:
P0口是一组8位开路型双向1/O口,即地址/数据总线复用口。
作为输出口时,每位可以吸收电流驱动8个TTL逻辑门电路,对端口P0写“1”时,作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组端口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用,在访问期间激活部上拉电阻。
在FLASH由编程时,P0口接收指令字节,在程序校验时,输出指令字节,需要外接上拉电阻。
在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用,访问期间会激活部上拉电阻。
P1口:
P1口是一个带部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”,通过部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。
作输入口使用时,因为部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。
P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和输入(P1.1/T2EX),Flash编程和程序校验期间,P1接收低8位地址。
P2口:
P2口是一组带有部上拉电阻的8位双向I/O口,P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。
对P2口写“1”,通过部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口,因为部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。
在访问外部程序存储器或16位的地数据存储器(例如执行MOVXDPTR指令)时,P2端口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器(例如执行MOVXRI指令)时,P2口输出P2锁存器的容。
Flash编程或者校验时,P2也可以接收高位地址和一些控制信号。
P3口:
P3口是一组带有部上拉电阻的8位双向I/O口。
P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对P3口写入“1”时,它们被部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
此时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流(IIL)。
P3口除了作为一般的I/O口线外,更重要的用途是它的第二功能。
P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号[2]。
P3口引脚的第二功能如表2.1所示。
表2.1P3口引脚的第二功能
Table2.1P3pinsecondfunctions
引脚号
第二功能
P3.0
RXD(串行输入)
P3.1
TXD(串行输出)
P3.2
INT0(外部中断0)
P3.3
INT1(外部中断1)
P3.4
T0(定时器0外部输入)
P3.5
T1(定时器1外部输入)
P3.6
WR(外部数据存储器写选通)
P3.7
RD(外部数据存储读选通)
RST:
复位输入。
当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
ALE/PROG:
当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节[3]。
一般情况下,ALE仍然以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号,它可以对外输出时钟或者是在用于定时目的。
当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对Flash存储器编程时,该引脚可以输入编程脉冲(PROG)。
还可通过对特殊功能寄存器区中的8EH单元的D0位置位,禁止ALE操作。
该位置位后,只有一条MOVX和MOVC指令才可以将ALE激活。
此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE禁止位无效。
PSEN:
程序储存允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号,当STC89C52由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲。
在此期间,当访问外部数据存储器,将跳过两次PSEN信号[4]。
EA/VPP:
外部访问允许。
CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H—FFFFH)的时候,EA端必须保持低电平(接地)。
如果加密位LB1被编程,复位时部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平(接Vcc端),CPU就会执行部程序存储器中的指令。
Flash存储器编程时,该引脚加+12V电平的编程允许电源。
XTAL1:
振荡器反相放大器及部时钟发生器的输入端。
XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
2.1.3复位电路与晶振电路设计
单片机控制模块是整个设计方案的核心,它控制了温湿度的采集、处理以及显示,温度值越限时控制电路的启动。
复位电路可以提供单片机复位功能,上电时可给单片机Res脚提供相应的复位电平信号电路本设计的复位电路有单片机STC89C52和外围电路组成。
STC89C52部有一个带反馈的线性反相放大器,用于构成振荡器,但是要形成时钟脉冲,外部需要附加电路,本设计采用部时钟方式,利用芯片部的振荡器,在引脚XTAL1和XTAL2两端跨接晶体振荡器,构成稳定的自激振荡器,发出的脉冲直接送入部时钟电路,两个电容的值通常选择为22pf,晶振选择12kHz,为了减小寄生电容,更好地保证振荡器的稳定性和可靠性,振荡器电容应该安装得更加靠近引脚XTAL1和XTAL2。
部振荡器的输入和输出XTAL1和XTAL2,外接晶振和电容组成震荡器,震荡器在,由加电以后延迟一段时间起振产生时钟,CPU通过复杂的时序电路完成不同的指令功能。
引脚XTAL2给单片机部提供时钟信号。
引脚EA接+5V电源,表示允许使用片ROM。
RESET复位是系统归零调整操作。
单片机STC89C52第9个脚为RESET引脚。
在工作中,RESET引脚接高电平2个机器周期可以产生一个复位,其中6个时钟脉冲为1个机器周期。
系统采用12MHz晶振,一个时钟脉冲周期为1/12μs,一个机器周期含有12个时钟脉冲,即1μs。
也就是说在RESET引脚上连接一个2μs的高电平脉冲即可产生一个复位动作。
时钟脉冲震荡电路的主控制器STC89C52部有晶振电路。
在XTAL1和XTAL0两个引脚连接一个石英振荡晶体就可以实现时钟脉冲振荡电路。
此脉冲振荡电路选用的振荡频率为12MHz,满足实际的温湿度数据采集的要求。
由于单片机电路是时序数字电路,需要稳定的时钟信号,所以电源上电时,只有当电压超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时,复位信号才被撤除,微机电路开始正常工作[5]。
按键复位原理:
上电后,单片机不能复位,不能运行ROM里的程序。
工作期间,按下S,C放电。
S松手,C又充电,在10K电阻上出现电压,使得单片机复位。
几个毫秒后,单片机进入工作状态。
复位键按下以后,电容迅速放电,使RST引脚为高电平,复位键弹起以后,电源通过1k电阻对电容重新充电,引脚RST端出现复位正脉冲。
单片机按键复位电路与晶振电路图如图2.2所示。
图2.2复位电路与晶振电路设计
Figure2.2Resetcircuitandcrystaloscillatorcircuitdesign
2.2温湿度采集模块
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,它可应用于数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品的可靠性和长期稳定性。
传感器含有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,具有超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点[6]。
因此,本设计采用DHT11温湿度传感器实现环境温湿度信息的信号采集,通过部电路进行模数转换,将模拟信号转换成数字信号送到单片机进行数据分析处理并且进行显示。
温湿度模块的实物图如图2.3所示。
图2.3温湿度采集模块实物图
Figure2.3Temperatureandhumidityacquisitionmodulephysicalmap
2.2.1数字传感器DHT11的特性
DHT11温湿度传感器的技术参数为:
供电电压:
3.3-5VDC;
输出:
单总线数字信号;
测量围:
湿度20-90%RH,温度0-50℃;
测量精度:
湿度+-5%RH,温度+-2℃;
分辨率:
湿度1%RH,温度1℃互换性:
可完全互换;
长期稳定性:
<
±
1%RH/年;
低消耗;
超长的信号传输距离。
它的引脚图如图2.4所示。
图2.4DHT11引脚图
Figure2.4DHT11pindiagram
DHT11为4针单排引脚封装,它与单片机的连接采用简单的单总线进行通信,仅仅需要一个I/O口,传感器部温度和湿度数据40bit的数据一次性传输给单片机,数据采用校验和方式校验,有效地保证数据传输的准确性。
引脚1:
VDD,供电3-5.5VDC。
引脚2:
DSTCA,串行数据,单总线,用于单片机与DHT11之间的通讯和同步,每次通信都是以高位先出的顺序传输40位数据,用时约为4ms。
数据格式为:
8位湿度整数数据+8位湿度小数数据+8位温度整数数据+8位温度小数数据+8位校验和数据。
数据分小数部分和整数部分,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零;
数据传送正确时,校验和数据等于“8位湿度整数数据+8位湿度小数数据+8位温度整数数据+8位温度小数数据”所得结果的末8位;
传感器输出的是未编码的二进制数据,数据是分开的。
引脚3:
NC,空脚,请悬空。
引脚4:
GND,接地,电源负极。
2.2.2温度采集模块与单片机的连接电路
单总线DHT11温湿度传感器共有4个接线引脚,设计中,第一脚Vcc接5V正电源,第二脚Dout为数据端输出,第三脚NC为空脚,一般可悬空不用,第四脚GND接地。
DHT11温湿度传感器是数字传感器,应该在电源正引脚接一个滤波电容以提高系统的稳定性。
数据端第二脚Dout引脚可直接接在主控制器STC89C52的I/O口P3.0相连发收串行数据,为了提高温湿度采集数据的稳定性,应在Dout和正电源5V之间接一个4.7kΩ的上拉电阻。
连接电路图如图2.5所示。
图2.5温湿度传感器与单片机连接图
Figure2.5Temperatureandhumiditysensorandmicrocontrollerconnectiondiagram
2.3键盘模块
键盘是温湿度检测系统的关键部件,向系统中输入数据和传送命令。
键盘是单片机外部设备中所使用的按键的组合,键盘通常分为独立式键盘和矩阵式键盘。
独立式键盘的每一个按键都是独立的,占用一条数据线,数据线利用率不高。
这种键盘占用硬件资源多,适用于所需按键较少的场合[6]。
键盘中按键数量较多时,通常将按键排列成矩阵形式来减少I/O口的占用。
在矩阵式键盘中,每条水平线和垂直线在交叉处不接通,通过一个按键加以连接会使一个端口构成4×
4=16个按键,线数越多区别就越明显。
如再多一条线就可以构成20个按键的键盘。
从而,需要的键数比较多时,采用矩阵法来做键盘是比较合理的。
本系统用到16个按键,按键数比较多,若采用独立式键盘,会浪费单片机I/O口资源,所以本系统设计选择采用矩阵式键盘。
矩阵式键盘显然比直接法要复杂一些,识别也要复杂一些。
矩阵式键盘的扫描原理主要是分为两个步骤:
首先,确定是否有键闭合,然后逐一扫描以进一步确定是哪一个键闭合。
当键盘中无任何键按下时,所有的行线和列线被断开且是相互独立的,输入线都为高电平;
当有任意键被按下时,则按键所在的行线和列线被接通,因此,该列线的电平取决于该按键所在的行线。
矩阵式键盘常用的扫描方法是“行扫描法”,又称为逐行零扫描查询法,即逐行输出行扫描信号“0”,使各行依次为低电平,然后分别读入列数据,检查行中是否有键按下。
如果读得某列线为低电平,则表示此行线与列线交叉处的按键被按下,再对该按键进行译码计算出键值,然后转入该键的功能子程序入口地址;
如果没有任何一根列线为低电平,则说明此行没有键按下。
接着进行下一行“0”行扫描与列读入,直到8行全部查完为止,若无按键按下则返回。
对于本系统设计来说,键盘主要用于设定温湿度数据的上下限,还用于预设报警手机,从而通过GSM手机模块向手机发送信息(短信容包括当前的温度值和湿度值)。
矩阵键盘也称为行列式键盘,它用4条I/O线作为行线,4条I/O线作为列线组。
在行线和列线的每一个交叉点上,设置一个按键。
这样键盘中按键的个数是4×
4个。
行线接P1.4-P1.7,列线接P1.0-P1.3。
X0~X3是四根行输入线,Y0~Y3是四根列输入线矩阵键盘就是个按键阵列,不需要电源和地,电源和地是接单片机的。
矩阵键盘与单片机STC89C52的连接如图2.6所示。
图2.6矩阵键盘与单片机STC89C52的连接图
Figure2.6MatrixkeyboardmicrocontrollerSTC89C52connectiondiagram
2.4LCD显示模块设计
1602液晶是一种专门显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。
它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成,每个点阵字符位可以显示一个字符,每位、每行之间有间隔,会有字符间距和行间距,所以它不能很好地显示图形。
液晶显示(LCD)具有体积小、外形薄、重量轻、能耗小、工作电压低、无辐射等优点。
目前,液晶显示器已被广泛应用于各种仪器仪表、电子显示装置等场合,成为结果显示的重要工具。
本系统需要显示采集的温湿度数据,可以采用LCD1602液晶显示器。
2.4.1LCD1602的引脚说明
1LCD602是指显示的容为16X2,即可以显示两行,每行16个字符液晶模块(显示字符和数字)。
它的软件编写可以使字符一个个显示,显示效果明显。
LCD1602的引脚图如图2.7所示。
图2.7LCD1602的引脚图
Figure2.7LCD1602pindiagram
LCD1602采用标准的16脚接口,其中:
第1脚:
GND为电源。
第2脚:
VCC接5V电源正极。
第3脚:
V0为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高。
第4脚:
RS为寄存器选择,高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
第5脚:
RW为读写信号线,高电平
(1)时进行读操作,低电平(0)时进行写操作。
第6脚:
E(或EN)端为使能(enable)端,高电平
(1)时读取信息,负跳变时执行指令。
第7~14脚:
D0~D7为8位双向数据端。
第15~16脚:
空脚或背灯电源。
15脚背光正极;
16脚背光负极[7]。
2.4.2LCD1602的指令说明及时序
(1)LCD1602液晶模块部控制器共有11条控制指令,如表2.2所示:
表2.2控制命令表
Table2.2controlcommandtable
序列
指令
RS
R/W
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
清显示
2
光标返回
*
3
置输入模式
I/D
S
4
显示开/管控制
D
C
B
5
光标或字符移位
S/C
R/L
6
置功能
DL
N
F
7
置字符发生存贮器地址
字符发生存贮器地址
8
置数据存贮器地址
显示数据存贮器地址
9
读忙标志或地址
BF
计数器地址
10
写数到CGRAM或DDRAM
要写的数据容
11
从CGRAM或DDRAM读数
读出的数据容
1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。
(说明:
1为高电平、0为低电平)
指令1:
清显示,光标复位到地址00H位置。
指令2:
光标复位,光标返回到地址00H。
指令3:
光标和显示模式设置I/D:
光标移动方向,高电平右移,低电平左移。
S:
屏幕上所有文字是否左移或右移。
高电平有效,低电平无效。
指令4:
显示开关控制。
D:
控制整体显示的开与关,高电平表示开显示,低电平表示关显示;
C:
控制光标的开与关,高电平表示有光标,低电平表示反之;
B:
控制光标是否闪烁,高电平闪烁,低电平反之。
指令5:
光标或显示移位S/C:
高电平移动显示的文字,低电平移动光标。
指令6:
功能设置命令DL:
高电平为4位总线,低电平为8位总线;
N:
低电平为单行显示,高电平双行显示;
F:
低电平显示5x7的点阵字符,高电平显示5x10的点阵字符。
指令7:
字符发生器RAM地址设置。
指令8:
DDRAM地址设置。
指令9:
读忙信号和光标地址BF:
为忙标志位,高电平表示忙,此时模块不能接收命令或数据,如果为低电平则表示不忙。
指令10:
写数据。
指令11:
读数据[8]。
(2)LCD1602液晶模块基本操作时序表如表2.3所示。
表2.3操作时序表
Table2.3OperationTimingTable
读状态
输入
RS=LR/W=HE=H
输出
D0-D7=状态字
写指令
RS=LR/W=LD0-D7=指令集,E=高脉冲
无
读数据
RS=HR/W=HE=H
D0-D7=数据
写数据
RS=HR/W=LD0-D7=数据,E=高脉冲
(3)LCD1602液晶模块的读写操作时序图。
1 LCD1602液晶模块读操作时序如图2.8所示。
图2.8读操作时序
Figure2.8ReadTiming
tSP1:
指的是当R/W=0时,进入写时序,LCD模块会根据RS给定的值定位到数据寄存器或是命令寄存器,即找到地址,tSP1反应的是找地址所需要的时间,至少要60ns。
tF、tR:
上升时间和下降时间。
tPW:
使能信号E的保持时间,至少450ns。
tSP2:
数据的建立时间,从时序图中可以看出,当总线DB7-0的数据准备好以后,通过控制线E的下降沿把数据打入LCD模块里面,所以在E的下降沿来临之间,必须要有一个数据的建立时间tSP2,至少195ns,在E的下降沿到来之前的195ns,总线上的数据必须保持稳定。
tHD2:
有建立时间就有保持时间,在E的下降沿来了之后,数据要保保持不变一段时间。
tc:
不能太过频繁地对LCD模块进行读写,让它部有一个消化过程。
2 LCD1602液晶模块写操作时序如图2.9所示。
图2.9写操作时序
Figure2.9ReadTiming
写指令:
RS=L,R/W=L,D0~D7=指令码,E=高脉冲,现在是写数据,E引脚是低电平状态,前三句不管怎么写,1602液晶只要没有接收到E引脚的使能控制,它都不会来读总线上的信号的。
当通过前三句准备好数据之后,E使能引脚从低电平到高电平变化,然后E使能引脚再从高电平到低电平出现一个下降沿,1602液晶部一旦检测到这个下降沿后,并且检测到RS=L,R/W=L,就马上来读取D0~D7的数据,完成单片机写1602指令过程。
归纳总结我们写了个E=高脉冲,意思就是:
E使能引脚先从低拉高,再从高拉低,形成一个高脉冲。
写数据:
RS=H,R/W=L,D0~D7=数据,E=高脉冲和写指令是类似的,就是把RS改成H,把总线改成数据即可。
2.4.3LCD1602的连接电路
STC89C52单片机的P0口在间接访问连接1602数据口、或作普通IO口连接1602控制线情况下,需
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