单片机课程设计报告
题目：基于单片机的温湿度仪表设计
班 级： 智能科学与技术1201班 * * * 名： *** 学 号： ********* * * * * ： *** 成 绩 ：
沈阳工业大学
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摘要
温度和湿度是两个最基本的环境参数，人们生活与温湿度息息相关。在日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域，经常需要对环境温度和湿度进行测量和控制。准确测量温湿度在生物制药食品加工、造纸等行业更是至关重要。因此，研究温湿度的测量方法和装置具有重要的意义。
随着科技的不断发展，单片机技术已经普及到我们的工作、生活、科研等各个领域。已经成为一种比较成熟的技术。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便等优点，目前已经渗透到我们工作和生活的方方面面。
本设计STC89C52为主要控制器件，以DHT11为数字温度传感器的新型数字温湿度计。本设计主要包括硬件电路的设计和系统软件的设计。
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目录
第一章 目标及主要任务··················3 第二章 硬件设计·····················3
2.1系统设计方案 ·······················3 2.2 STC89C52介绍 ······················4 2.3 DHT11数字传感器介绍 ··················5 2.4电路设计 ························7
第三章 软件设计·····················11
3.1 系统软件主程序流程 ···················11
3.2 DHT11数据采集流程 ····················13 第四章 结论与调试····················13
附录（程序清单）····················14 参考文献························22
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第一章 目标及主要任务
在本次课程设计中，为实现对温湿度的检测与显示，主要利用以STC89C52为核心构架硬件电路，DHT11温湿度传感器采集环境温度及湿度信息(温度检测范围：0℃至+50℃。测量精度：2℃.；湿度检测范围：20%-90%RH检测精度：5%RH)，数码管直接显示温度和湿度(显示方式：温度：两位显示；湿度：两位显示)；同时利用C语言编程实现温湿度信息的显示功能。
扩展功能：可设置温湿度报警值，温湿度超过设置的响应报警值，会发出报警信号。
第二章 硬件设计
2.1 系统设计方案
本方案使用STC89C52作为控制核心，一直能温湿度传感器DHT11作为温湿
度测量元件，显示电路采用4位数码管显示，采用单片机最小系统。系统硬件电路设计框图如下图2-1。
DHT11温湿度传感器数据采集 STC89C52 单 片 数码管显示电路
时钟复位电路 机 按键电路 图2-1系统硬件电路设计框图
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2.2 STC89C52介绍
STC89C52是STC公司生产
的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52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
图2-2 STC89C52引脚图
标准功能：
具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗电路，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 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。最高运作频率35MHz。 器件参数：
1.增强型8051单片机，6 时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意 选择，指令代码完全兼容传统8051.[2]
2. 工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V 单片机）
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3.工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051 的0～80MHz，实际工作 频率可达48MHz
4. 用户应用程序空间为8K字节 5. 片上集成512 字节RAM
6. 通用I/O 口（32 个），复位后为：P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。
7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片
8. 具有EEPROM 功能
9. 共3 个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2
10.外部中断4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒
11. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART 12. 工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级） 13. PDIP封装
2.3 DHT11数字传感器介绍
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。
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1.引脚说明
DHT11有四个引脚，3
号引脚一般悬空，如图2-3
所示。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。建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根 据实际情况使用合适的上拉 电阻。 2.技术参数
供电电压： 3.3~5.5V DC 输 出： 单总线数字信号
测量范围： 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 3.串行接口(单线双向)
DATA 引脚用于微处理器与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。
数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和
图2-3 DHT11典型电路
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数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据 +8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。
用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。 1.通讯过程如图1所示
图2-4 通信过程
如图2-5，总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待DHT11响应,主机把总线拉低必须大于18毫秒,保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号结束,然后发送80us低电平响应信号.主机发送开始信号结束后,延时等待20-40us后, 读取DHT11的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换到输入模式,或者输出高电平均可, 总线由上拉电阻拉高。
图2-5 主机唤醒从机响应过程
总线为低电平,说明DHT11发送响应信号,DHT11发送响应信号后,再把总线拉高80us,准备发送数据,每一bit数据都以50us低电平时隙开始,高电平的长短定了数据位是0还是1.格式见下面图示.如果读取响应信号为高电平,则DHT11
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没有响应,应检查线路是否连接正常.当最后一bit数据传送完毕后，DHT11拉低总线50us,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。 数字0信号表示方法如图4所示
图2-6 数字0信号
数字1信号表示方法.如图5所示
图2-6 数字1信号
2.4电路设计 1.单片机系统电路
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图2-7 单片机系统
2.数码管电路
注：
数码管前两位显示湿度， 后两位显示温度
图2-8 数码管电路
3.报警灯电路
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注：
D27为湿度超（上限）报警信号灯 D26为温度度超（上限）报警信号灯
图2-9 LED报警电路
4.按键电路
按键1为加 按键2为减 按键6为设置
图2-10 按键电路
5.总体电路图
图2-11 总体电路图
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第三章 系统软件设计
系统程序主要包括主程序、DHT11控制模块程序、延时子程序、中断服务子程序，整体程序见附录。 3.1 系统软件主程序流程
程序开始后，先对单片机进行初始化（开中断），通过延时一秒等待DHT11温湿度传感器启动。主程序分为三个不同的模式，通过中断次数进行选择。 模式一：温湿度测量模式
DHT11温湿度传感器启动后，对其进行数据初始化后，进行温湿度信息的采
集、转化、处理，最后通过数码管读出，并判断温湿度是否超过报警值以产生报警信号。DHT11温湿度传感器经过一次数据采集和处理后，需返回次延时程序处理来重新初始化DHT11后采集温湿度数据。 模式二：湿度报警值设定模式
扫描按键1和按键2，若按键按下对湿度相应的加1减一，并通过数码管显示。
模式二：温度报警值设定模式
扫描按键1和按键2，若按键按下对温度相应的加1减一，并通过数码管显示。
程序流程图如下：
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中断返回 图3-1 程序流程图
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单片机初始化 延时1秒 While（1） m=? = 0 =1 =2 DHT11初始化 扫描按键 扫描按键 读取温湿度值 湿度加1或减1 湿度加1或减1 显示温湿度并报警 湿度闪烁 湿度闪烁 中断服务 m=m+1 Y m=3？ N m=m+1 单片机课程设计报告
3.2 DHT11数据采集流程
DHT11温湿度传感器有严格的思绪要求，程序一定要遵循其与主机通信的步骤。其温湿度数据采集流程图如下：
主机发出开始信号 主机设置为输入模式 跳出 N DHT11是否响应 Y 等待80us高电平结束 接收数据 拉低总线，延时50us 释放总线 图3-2 DHT数据采集流程图
第四章 调试与结论
作品实现了课设的所有要求，并添加了扩展功能——温湿度报警。硬件上选择DHT11作为温湿度传感器，使电路简单，容易读数，简化了设计。软件上，在DHT11与主机通信上遇到困难，查了很多资料。键盘和数码管闪烁上也经过了多次调试才取得成功。
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附录
程序清单：
#include typedef unsigned char U8; /* defined for unsigned 8-bits integer variable 无符号8位整型变量 */ typedef signed char S8; /* defined for signed 8-bits integer variable 有符号8位整型变量 */ typedef unsigned int U16; /* defined for unsigned 16-bits integer variable 无符号16位整型变量 */ typedef signed int S16; /* defined for signed 16-bits integer variable 有符号16位整型变量 */ // #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define Data_0_time 4 //----------------------------------------------// //----------------IO口定义区--------------------// //----------------------------------------------// sbit P2_0= P2^0 ; //----------------------------------------------// //----------------定义区--------------------// //----------------------------------------------// U8 U8FLAG; U8 U8temp; U8 U8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_H,U8RH_data_L,U8checkdata; U8 U8T_data_H_temp,U8T_data_L_temp,U8RH_data_H_temp,U8RH_data_L_temp,U8checkdata_temp; U8 U8comdata; U8 str[4]; U8 k,m=0; - 14 - 单片机课程设计报告 U8 i,j; S8 rb,tb; uchar table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; void Delay(U16 j) { U8 i; } } void Delay_10us(void) { U8 i; i--; i--; i--; i--; i--; i--; } void COM(void) { U8 i; for(i=0;i<8;i++) { U8FLAG=2; while((!P2_0)&&U8FLAG++); Delay_10us(); Delay_10us(); Delay_10us(); for(;j>0;j--) { for(i=0;i<27;i++); - 15 - 单片机课程设计报告 U8temp=0; if(P2_0)U8temp=1; U8FLAG=2; while((P2_0)&&U8FLAG++); //超时则跳出for循环 if(U8FLAG==1)break; //判断数据位是0还是1 // 如果高电平高过预定0高电平值则数据位为 1 U8comdata<<=1; U8comdata|=U8temp; //0 }//rof } //-------------------------------- //-----湿度读取子程序 ------------ //-------------------------------- //----以下变量均为全局变量-------- //----温度高8位== U8T_data_H------ //----温度低8位== U8T_data_L------ //----湿度高8位== U8RH_data_H----- //----湿度低8位== U8RH_data_L----- //----校验 8位 == U8checkdata----- //----调用相关子程序如下---------- //---- Delay();, Delay_10us();,COM(); //-------------------------------- str[0]=table[a/10]; str[1]=table[a%10]; str[2]=table[b/10]; str[3]=table[b%10]; } void st(U8 a,U8 b){ void RH(void) - 16 - 单片机课程设计报告 { //主机拉低18ms Delay(180); P2_0=1; //总线由上拉电阻拉高 主机延时20us Delay_10us(); Delay_10us(); Delay_10us(); Delay_10us(); //主机设为输入 判断从机响应信号 P2_0=1; //判断从机是否有低电平响应信号 如不响应则跳出，响应则向下运行 if(!P2_0) { U8FLAG=2; //判断从机是否发出 80us 的低电平响应信号是否结束 while((!P2_0)&&U8FLAG++); U8FLAG=2; //判断从机是否发出 80us 的高电平，如发出则进入数据接收状态 while((P2_0)&&U8FLAG++); //数据接收状态 COM(); U8RH_data_H_temp=U8comdata; COM(); U8RH_data_L_temp=U8comdata; COM(); U8T_data_H_temp=U8comdata; COM(); U8T_data_L_temp=U8comdata; COM(); U8checkdata_temp=U8comdata; P2_0=1; //数据校验 //T ! P2_0=0; - 17 - 单片机课程设计报告 U8temp=(U8T_data_H_temp+U8T_data_L_temp+U8RH_data_H_temp+U8RH_data_L_temp); int0()interrupt 0{ ++m; if(m==3) m=0; Delay(2000); } //---------------------------------------------- //main() //---------------------------------------------- void main() { EA=1; IT0=1; EX0=1; //开中断0 P2=0xff; P3=0xff; rb=60; tb=20; Delay(10000); //延时1s while(1){ if(rb>99) if(U8temp==U8checkdata_temp) { U8RH_data_H=U8RH_data_H_temp; U8RH_data_L=U8RH_data_L_temp; U8T_data_H=U8T_data_H_temp; U8T_data_L=U8T_data_L_temp; U8checkdata=U8checkdata_temp; } } st(U8RH_data_H,U8T_data_H); } - 18 - 单片机课程设计报告 rb=0; if(rb<0) rb=99; if(tb>50) tb=0; if(tb<0) tb=50; switch(m){ case 0: //模式一 { RH();//调用温湿度读取子程序 if(U8RH_data_H>=rb) P2&=0x7f; else P2|=0x80; if(U8T_data_H>=tb) P2&=0xbf; else P2|=0x40; k=200; while(k--) { P0=str[0]; P1=0xfe; Delay(20); P0=str[1]; P1=0xfd; Delay(20); P0=str[2]; P1=0xfb; Delay(20); P0=str[3]; - 19 - 单片机课程设计报告 P1=0xf7; Delay(20); }}break; case 1:{ //模式二 if(P3==0x7f) ++rb; if(P3==0xbf) --rb; k=50; while(k--) { st(rb,tb); P0=str[0]; P1=0xfe; Delay(10); P0=str[1]; P1=0xfd; Delay(10); P0=str[2]; P1=0xfb; Delay(10); P0=str[3]; P1=0xf7; Delay(10);} k=50; while(k--) { - 20 - 单片机课程设计报告 P0=str[2]; P1=0xfb; Delay(10); P0=str[3]; P1=0xf7; Delay(10); P1=0xff; Delay(20); }}break; case 2:{ // if(P3==0x7f) ++tb; if(P3==0xbf) --tb; k=50; while(k--) { st(rb,tb); P0=str[0]; P1=0xfe; Delay(10); P0=str[1]; P1=0xfd; Delay(10); P0=str[2]; P1=0xfb; Delay(10); P0=str[3]; P1=0xf7; Delay(10);} 模式三 - 21 - 单片机课程设计报告 k=50; while(k--) { P0=str[0]; P1=0xfe; Delay(10); P0=str[1]; P1=0xfd; Delay(10); P1=0xff; Delay(20); }}break; } } } 参考文献 [1]李群芳，肖看，张士军.单片微型计算机与接口技术(第四版).北京：电子工业社，2014. [1]谭浩强.C程序设计(第四版).北京：清华大学出版社，2010. - 22 - 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容