机电综合应用-多传感器仪器设计(编辑修改稿)

机电综合应用-多传感器仪器设计(编辑修改稿)内容摘要：

辨率 1 1 1 ℃ 8 8 8 Bit 重复性 177。 1 ℃ 精度 177。 1 177。 2 ℃ 量程范围 0 50 ℃ 响应时间 1/e(63%) 6 30 S 电源引脚 中原工学院信息商务学院课程设计（论文） 15 DHT11 的供电电压为 3－。 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。 . 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。 数据格式 :8bit 湿度整数数据 +8bit 湿度小数数据 +8bit 温度整数数据 +8bit 温度小数数据 +8bit 校验和 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 +8bit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。 通讯过程如图 1所示 图 31通讯过程图 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 2040us 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。 中原工学院信息商务学院课程设计（论文） 16 图 32通讯过程图 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 .如果读取响应信号为高电平 ,则 DHT11没有响应 ,请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 3所示 图 33 通讯过程图 数字 1 信号表示方法 .如图所示 中原工学院信息商务学院课程设计（论文） 17 图 34 信号表示方法 DHT11 引脚说明 表 32DHT11 引脚说明 Pin 名称 注释 1 VDD 供电 3－ 2 DATA 串行数据，单总线 3 NC 空脚，请悬空 4 GND 接地，电源负极 MAX232 介绍 MAX232 芯片是美信公司专门为电脑的 RS232 标准串口设计的单电源电平转换芯片 ,使用 +5v 单电源供电。 引脚介绍 第一部分是电荷泵电路。 由 6 脚和 4 只电容构成。 功能是产生 +12v 和 12v 两个电源，提供给 RS232 串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道。 由 1 1 1 14 脚构成两个数据通道。 其中 13 脚（ R1IN）、 12 脚（ R1OUT）、 11 脚（ T1IN）、 14 脚（ T1OUT）为第一数据通道。 中原工学院信息商务学院课程设计（论文） 18 8 脚（ R2IN）、 9 脚（ R2OUT）、 10 脚（ T2IN）、 7 脚（ T2OUT）为第二数据通道。 TTL/CMOS 数据从 T1IN、 T2IN 输入转换成 RS232 数据从 T1OUT、 T2OUT送到电脑 DB9 插头； DB9 插头的 RS232 数据从 R1IN、 R2IN 输入转换成TTL/CMOS 数据后从 R1OUT、 R2OUT 输出。 第三部分是供电。 15 脚 GND、 16 脚 VCC（ +5v）。 图 35MAX232 引脚图 MAX232 主要特点 符合所有的 RS232C 技术标准 只需要单一 +5V 电源供电 片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生 +10V 和 10V 电压V+、 V 功耗低，典型供电电流 5mA 内部集成 2 个 RS232C 驱动器 内部集成两个 RS232C 接收器 高集成度，片外最低只需 4 个电容即可工作。 注意，由于 RS232 电平较高，在接通时产生的瞬时电涌非常高，很有可能击毁 MAX232，所以在使用中应尽量避免热插拔。 中原工学院信息商务学院课程设计（论文） 19 图 36 MAX232 与单片机连接图 串行 AD 转 换器 TLC2543 TLC2543 是 TI 公司的 12 位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成 A/D 转换过程。 由于是串行输入结构，能够节省 51 系列单片机 I/O 资源；且价格适中，分辨率较高，因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。 中原工学院信息商务学院课程设计（论文） 20 TLC2543 的特点 12 位分辩率 A/D 转换器；在工作温度范围内 10μ s 转换时间； 11 个模拟输入通道； 3 路内置自测试方式；采样率为 66kbps； .线性误差177。 1LSBmax；有转换结束输出 EOC；具有单、双极性输出；可编程的 MSB 或 LSB 前导；可编程输出数据长度。 TLC2543 的引脚排列及说明 TLC2543 有两种封装形式： DB、 DW 或 N 封装以及 FN 封装，这两种封装的引脚排列如图，引脚说明见表 表 33 TLC2543 引脚说明 引脚号 名称 I/O 说明 1～9,11,12 AIN0～ AIN10 I 模拟量输入端。 11 路输入信号由内部多路器选通。 对于 的I/OCLOCK，驱动源阻抗必须小于或等于 50Ω，而且用 60pF 电容来限制模拟输入电压的斜率 15 I 片选端。 在 端由高变低时，内部计数器复位。 由低变高时，在设定时间内禁止 DATAINPUT 和I/O CLOCK 17 DATAINPUT I 串行数据输入端。 由 4 位的串行地址输入来选择模拟量输入通道 16 DATA OUT O A/D 转换结果的三态串行输出端。 为高时处于高阻抗状态，为低时处于激活状态 19 EOC O 转换结束端。 在最后的 I/OCLOCK下降沿之后， EOC 从高电平变为低电平并保持到转换完成和数据准备传输为止 10 GND 地。 GND 是内部电路的地回路端。 除另有说明外，所有电压测量都相对 GND 而言 18 I/O CLOCK I 输入 /输出时钟端。 I/OCLOCK 接收串行输入信号并完成以下四个功能：（ 1）在 I/O CLOCK 的前 8个上升沿， 8 位输入数据存入输入数据寄存器。 （ 2）在I/OCLOCK 的第 4 个下降沿，被选通的模拟输入电压开始向电容器充电，直到 I/OCLOCK 的最后一个下降沿为止。 （ 3）将前一次转换 中原工学院信息商务学院课程设计（论文） 21 数据的其余 11 位输出到 DATA OUT 端，在 I/OCLOCK 的下降沿时数据开始变化。 （ 4） I/OCLOCK的最后一个下降沿，将转换的控制信号传送到内部状态控制位 14 REF+ I 正基准电压端。 基准电压的正端（通常为 Vcc）被加到 REF+，最大的输入电压范围由 加于本端与REF端的电压差决定 13 REF I 负基准电压端。 基准电压的低端（通常为地）被加到 REF 20 Vcc 电源 可以用四种传输方法使 TLC2543 得到全 12 位分辩率，每次转换和数据传递可以使用 12 或 16 个时钟周期。 一个片选（）脉冲要插到每次转换的开始处，或是在转换时序的开始处变化一次后保持为低，直到时序结束。 图 6 显示每次转换和数据传递使用 16 个时钟周期和在每次传递周期之间插入的时序，图 7 显示每次转换和数据传递使用 16 个时钟周期，仅在每次转换序列开始处插入一次时序。 中原工学院信息商务学院课程设计（论文） 22 第四章 系统软件设计 系统软件设计的简介 系统的软件设计为设计的核心部分，通过程序的编写使个部分实现相应功能 系统各部分的时序及流程图 时钟传送时序图 图 41 时钟传送时序图（不使用 ， MSB 在前） 、 液晶显示屏 LCD1602及显示电路 中原工学院信息商务学院课程设计（论文） 23 图 42 写操作时序 LCD1602 的 RAM 地址映射及一般初始化（复位）过程 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。 要显示字符时 要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图 1057 是 1602 的内部显示地址。 例如第二行第一个字符的地址是 40H，那么是否直接写入 40H 就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢。 这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7 恒定为高电平 1 所以实际写入的数据应该是 01000000B（ 40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。 在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。 每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。 LCD1602 的一般初始化（复位）过程： 中原工学院信息商务学院课程设计（论文） 24 写指令 38H（不检测忙信号） 写指令 38H（不检测忙信号） 写指令 38H（不检测忙信号） 以后每次写指令、读 /写数据操作均需要检测忙信号 写指令 38H：显示模式设置 写指令 08H：显示关闭 写指令 01H：显示清屏 写指令 06H：显示光标移动设置 写指令 0CH：显示开及光标设置 处理器 ATC89C52 单片机 ATC89C52 是一种带 8K 字节闪烁可编程可檫除只读存储器（ FPEROMFlash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能 COMOS8 的微处理器，俗称单片机。 该器件采用 ATMEL 搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 时钟电路 STC89C52 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚 RXD 和TXD 分别是此放大器的输入端和输出端。 时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。 内部方式的时钟电路如图 10（ a）所示，在 RXD 和 TXD 引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。 定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。 晶体振荡频率 可以在 ～ 12MHz之间选择，电容值在 5～ 30pF 之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。 外部方式的时钟电路如图 10（ b）所示， RXD 接地， TXD 接外部振荡器。 对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于 12MHz的方波信号。 片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟 P1 和 P2，供单片机使用。 中原工学院信息商务学院课程设计（论文） 25 图 43（ a）内部方式时钟电路 图 43（ b） 外部方式时钟电路 复位及复位电路 （ 1）复位操作 复位是单片机的初始化操作。 其主要功能 是把 PC 初始化为 0000H，使单片机从 0000H 单元开始执行程序。 除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。 除 PC 之外，复位操作还对其他。