完整版基于51单片机的温湿度检测控制系统本科生学士学位毕业设计.docx
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完整版基于51单片机的温湿度检测控制系统本科生学士学位毕业设计
摘要
本次设计是采用MSC-51系列单片机中的AT89S51和DHT11构成的低成本的温湿度的检测控制系统。
单片机AT89S51是一款低消耗、高性能的CMOS8位单片机，由于它强大的功能和低价位，因此在很多领域都是用它。
DHT11温湿度传感器是一款含有已校准数字输出的温湿度复合传感器，传感器包括一个电阻式感湿原件和一个NTC测温元件，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。
设计主要包括硬件电路的设计和系统软件的设计。
硬件电路主要包括单片机、温湿度传感器、显示模块、报警器以及控制设备等5部分。
其中由DHT11温湿度传感器及1602字符型液晶模块构成系统显示模块；测温湿度控制电路由温湿度传感器和预设温度值比较报警电路组成；用户根据需要预先输入预设值，当实际测量的温湿度不符合预设的温湿度标准时，发出报警信号（蜂鸣器蜂鸣），启动相应控制。
软件部分包括了主程序、显示子程序、测温湿度子程序。
关键词：
AT89S51；DHT11；温湿度传感器
Abstract
MicrocontrollerAT89S51isalowconsumption,manyareas.DHT11temperatureandtheoriginalsenseofwetandaNTCtemperaturemeasurementdevices.TheproductisfromedbytheAT89S51inMSC-51SeriesandDHT11constitutewhichisalow-costtemperatureandincludesthedesignofandsystemsoftware.
Thetheactualmeasurementofthetemperatureprogram,thedisplayroutines,temperatureands空气6s
迟滞：
＜±0.3%RH
长期稳定性：
＜±0.5%RHyr
温度
分辨率：
16Bit
重复性：
±0.2°C
量程范围：
25°C±2°C
响应时间：
1e（63%）10s
电气特征
供电：
DC3.5-5.5V
供电电流：
测量0.3mA待机60μA
采样周期：
次大于2秒
引脚说明
（1）VDD供电3.5-5.5V
（2）DATA串行数据，单总线
（3）NC空脚
（4）GND接地，电源负极
2.3.2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+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.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。
总线空闲状态为高电平的时候主机把总线拉低等待DHT11响应,DHT11能检测到起始信号，主机必须把总线拉低，至少大于18ms。
DHT11一旦接收到主机的开始信号，接着就等待开始信号的结束,然后发送80us的低电平响应信号，要读取DHT11的响应信号,必须等待开始信号的结束，并延时等待20-40us后才能够接受，主机发送开始信号后,这时候就可输出高电平或切换到输入模式,接着总线由上拉电阻拉高。
DHT11发送响应信号的时候总线为低电平,DHT11把总线拉高80us之前,必须等到响应信号发送，准备发送数据时,每一bit数据都以50us低电平时隙开始,数据位是0或1是由高电平的长或短来决定。
假如响应信号的读取为高电平,但是DHT11无响应响应,这时候说明路线可能连接不正常，当最后一bit数据传送结束后，DHT11把总线拉低50us,接着总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。
2.3.3电气特性
VDD=5V，T=25℃
图2-3-3电气特性（注：
采样周期间隔不得低于1秒钟）
参数
条件
min
typ
max
单位
供电
DC
3
5
5.5
V
供电电流
测量
0.5
2.5
Ma
平均
0.2
1
Ma
待机
100
150
Ua
采样周期
秒
1
次
2.3.4性能说明
表2-3-4性能说明
参数
条件
Min
Typ
Max
单位
分辨率
8
±
Bit
1
1
1
%RH
精度
25℃
±4
%RH
重复性
±1
%RH
温度
0-50℃
±5
%RH
温度
量程范围
0℃
30
90
%RH
50℃
20
80
%RH
25℃
20
90
%RH
长期稳定性
典型值
±1
%RHyr
迟滞
±1
℃
互换性
可完全互换
分辨率
8
8
8
Bit
1
1
1
℃
重复性
±1
℃
响应时间
1e（63%）
6
30
S
量程范围
0
50
℃
精度
±1
±2
℃
2.3.5引脚说明
表2.3.5DHT11引脚说明
pin
名称
注释
1
VDD
供电3－5.5V
2
DATA
串行数据，单总线
3
NC
空脚，悬空
4
GND
接地，电源负极
注意引脚2在接单片机时，同时要在数据线接一上拉电阻，接到电源上[4]。
2.3.6应用信息
电阻式温、湿度传感器暴露在化学物质中会受到干扰，导致灵敏度下降，当处于极限状态时，传感器可以通过程序处理，回复到初试的校准状态，在不符合规范的范围内使用传感器，不仅会导致几乎3%的临时漂移信号，而且会加速产品的老化，转为正常的使用范围后，会渐渐恢复校准状态；温度是影响气体相对湿度的关键，因此测量时最好让湿度传感器工作温度相同[5]。
2.3.7封装信息
图2-3-6DHT11的封装信息
2.4AT89S51单片机
2.4.1单片机介绍
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS的8位单片机，片内含4K的可编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。
它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP），也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片机芯片中，低价位AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制的领域【8】。
AT89S51提供以下的功能标准：
4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，2个16位定时计数器，32个IO口，1个串行通信口，1个5向量两级中断结构，另外，AT89S51还可以进行0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式，闲散方式停止中央处理器的工作，可允许随机存取数据存储器、定时计数器、串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位,在AT89C51上新增加的功能使AT89S51性能有了较大提升，它的价格甚至更低，它的工作频率可达33MHz，比AT89C51的工作频率更高，ISP在线编程功能的优越性在于它不必要将芯片从工作状态下分离，特别是在改写存储器内的程序，这是一个相当方便简单的功能，它不需要像AT89C51那样外接看门狗计时器单元电路，由于它内部具有双工UART串行通道内部集成看门狗计时器，它具有全新的加密算法，大大加强的程序的保密性，有效的保护知识产权不被侵犯,它完全兼容51全部字系列产品[8]。
图2-5-1AT89S51引脚图
2.4.2引脚说明：
VCC：
电源电压输入端。
GND：
电源地
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向IO口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据地址的低八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P0口在访问外部存储器时，P0口既是一个真正的双向数据总线口，又是输出8位地址口。
它包括一个输出锁存器，两个三态缓冲器，一个输出驱动电路和一个输出控制电路
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向IO口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入”1”后，被内部上拉为高电平，可用作输入。
P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
专门为用户使用的IO口，是准双向口，P1口为8位准双向口，每一位均可单独定义为输入或输出口。
在编程校验期间，用做输入低位字节地址。
P1口可以驱动4个TTL负载。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向IO口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向IO口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流，这是由于上拉的缘故。
P2口也是双向口。
它是供系统扩展时输出高8位地址。
如果没有系统扩展时，也可以作为用户的IO口使用。
P2口作为外部数据存储器或程序存储器的地址总线的高8位输出口AB8-AB15，P0口由ALE选通作为地址总线的低8位输出口AB0-AB7。
外部的程序存储器由PSEN信号选通，数据存储器则由WR和RD读写信号选通，因为2=64k，所以AT89S51最大可外接64kB的程序存储器和数据存储器。
P3口除了作为普通IO口，还有第二功能：
表2-5-2P3口的第二功能
端口引脚
功能特性
P3.0
串行输入口（RXD）
P3.1
串行输出口（TXD）
P3.2
外中断0（INTO）
P3.3
外中断1（INT1）
P3.4
定时计数器0的外部输入口（T0）
P3.5
定时计数器1的外部输入口（T1）
P3.6
外部数据存储器写选通（WR）
P3.7
外部数据存储器读选通（RD）
RST：
复位输入端，高电平有效。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALEPROG：
地址锁存允许编程脉冲信号端。
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的16。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
PSEN：
外部程序存储器的选通信号，低电平有效。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。
EAVPP：
外部程序存储器访问允许。
注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。
XTAL2：
片内振荡器反相放大器的输出端。
现在已经对四个8位双向并行IO口有了初步的了解。
根据以上的内容可知只有P1口是标准的IO口，所以我们选用P1口作为数据端口，P1口可逐位分别定义各口线为输入或输出线[7]。
2.4.3单片机最小系统
所谓单片机的最小系统是指使单片机能运行程序、正常工作的最简单电路系统，是保证单片正常启动、开始工作的必须电路，缺一不可。
单片机最小系统一般由单片机、程序存储器、时钟电路和复位电路组成。
对于AT89S51单片机，由于片内有4K的程序存储器，所以其最小系统除了单片机本身外，只需外接时钟电路与复位电路即可。
2.4.4主要性能特点和优越性
（1）4kBytesFlash片内程序存储器；
（2）128bytes的随机存取数据存储器（RAM）；
（3）32个外部双向输入输出（IO）口；
（4）5个中断优先级、2层中断嵌套中断；
（5）6个中断源；
（6）2个16位可编程定时器计数器；
（7）2个全双工串行通信口；
（8）看门狗（WDT）电路；
（9）片内振荡器和时钟电路；
（10）与MCS-51兼容；
（11）全静态工作：
0Hz-33MHz；
（12）三级程序存储器保密锁定；
（13）可编程串行通道；
（14）低功耗的闲置和掉电模式。
2.5中断系统
2.5.1中断
程序执行过程中，允许外部或内部事件通过硬件打断程序的执行，使其转向为处理内部事件的中断服务程序中去；完成中断服务的程序后，CPU继续原来被打断的程序，这样的过程称为中断过程。
2.5.2产生中断
能产生中断的外部和内部事件。
AT89S51有5个中断源：
（1）INT0：
外部中断0请求，低电平有效。
通过P3.2引脚输入。
（2）INT1：
外部中断1请求，低电平有效。
通过P3.3引脚输入。
（3）T0：
定时器计数器0溢出中断请求。
（4）TI：
定时器计数器1溢出中断请求。
（5）TXDRXD：
串行口中断请求。
当串行口完成一帧数据的发送或接收时，便请求中断。
每一个中断源都对应一个中断请求标志位，它们设置在特殊功能寄存器TCON和SCON中。
当这些中断源请求中断时，相应的标志分别有TCON和SCON中的相应位来锁存。
2.5.3中断系统有以下4个特殊功能寄存器
（1）定时器控制寄存器TCON（用6位）；
（2）串行口控制寄存器SCON（用2位）；
（3）中断允许寄存器IE；
（4）中断优先级寄存器IP。
其中，TCON和SCON只有一部分用于中断控制。
通过对以上各特殊功能寄存器的各位进行置位或复位等操作，可实现各种中断控制功能。
2.6复位电路
复位是单片机的初始化操作。
其主要功能是把PC初始化为000H，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，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如下图所示.
表2-8复位操作对寄存器的影响
寄存器
复位状态
寄存器
复位状态
PC
0000H
TCON
00H
ACC
00H
TL0
00H
PSW
00H
THO
00H
SP
07H
TL1
00H
DPTR
0000H
TH1
00H
P0-P3
FFH
SCON
00H
IP
XX000000B
SBUF
不定
IE
0X000000B
PCON
OXXXOOOOB
TMOD
OOH
为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.75～5.25V。
由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC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。
单片机的复位分为上电自动复位、按键手动复位两种和看门狗强制复位三种等。
上电复位通常利用电容的充放电来实现，按键复位则可分为按键脉冲复位和按键电平复位两种，看门狗复位则通过外接看门狗电路或软件看门狗程序实现。
常见的有上电复位和按键复位电路。
2.7时钟电路
时钟电路可以简单定义如下：
1.就是产生象时钟一样准确的振荡电路；2.任何工作都按时间顺序。
用于产生这个时间的电路就是时钟电路。
时钟电路一般由晶体震荡器、晶震控制芯片和电容组成。
时钟电路应用十分广泛，如电脑的时钟电路、电子表的时钟电路以及MP3、MP4的时钟电路。
时钟电路用于产生单片机的基本时钟信号，是用来配合外部晶体实现振荡的电路，这样可以为单片机提供运行时钟，如果运行时钟为0的话，单片机就不工作，当然超出单片机的工作频率的时钟也会导致单片机不工作。
时钟电路是微型计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏，CPU就是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能的。
MCS-51的时钟信号可以由两种方式：
一种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路，产生时钟信号：
另一种为外部方式，时钟信号由外部引入。
如果没有时钟电路来产生时钟驱动单片机，单片机是无法工作的[12]。
AT89S51的时钟信号可由内部振荡器产生，也可由外部电路直接提供。
内部振荡器的输入和输出脚分别为XTAL1和XATL2，由XTAL2给单片机内部电路提供时钟信号。
当时钟信号由外部电路提供时，外部时钟引入XTAL2，而XTAL1脚接地。
2.8显示部分：
LCD
显示部分是LCD1602液晶显示，
图2-8正常工作LCD1602显示
2.8.1LCD1602液晶简介
LCD1602分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如图2-9所示。
图2-8-1LCD1602规格
字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块
2.8.2LCD1602主要技术参数
表2-8-21602的主要技术参数
工作电压:
4.5—5.5V
容量
16×2个字符
最佳工作电压
5.0V
工作电流
2.0mA
字符尺寸
2.95×4.35（W×H）mm
2.8.3引脚功能说明
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。
表2-8-3引脚接口说明表
LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表编号
符号
引脚说明
1
VDD
正极
2
VSS
地
3
VL
液晶显示偏压
4
RS
寄存器选择
5
RW
读写选择
6
EN
使能信号
7
D0
数据
8
D1
数据
9
D2
数据
10
D3
数据
11
D4
数据
12
D5
数据
13
D6
数据
14
D7
数据
15
BLA
背光源正极
16
BLK
背光源负极
图2-8-3LCD1602的管脚图
图2-8-31602字符型液晶显示器实物图
2.8.4LCD1602的RAM地址映射及标准字库表
液晶显示模块是一个比较慢的显示器件，因此在执行指令之前要首先确认模块的忙标志处于低电平，表示空闲，不然此指令失效，输入显示字符地址后会显示字符，图是1602的内部显示地址。
图2-8-41602LCD内部显示地址
2.8.5指令说明
LCD1602液晶模块内部的控制器控制指令：
（1）清屏指令
指令功能
指令编码
执行时间ms
清屏
RS
RW
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
1.64
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
功能：
①清除液晶显示器，即将DDRAM的内容全部填入“空白”的ASCII码20H；
②光标归位，即将光标撤回液晶显示屏的左上方；
③将地址计数器（AC）的值设为0.
（2）光标归位指令
指令功能
指令编码
执行时间ms
光标归位
RS
RW
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
1.64
0
0
0
0
0
0
0
0
1
X
功能：
①把光标撤回到显示器的左上方；
②把地址计数器（AC）的值设置为0；
③保持DDRAM的内容不变
（3）进入模式设置指令
指令功能
指令编码
执行时间us
进入模式设置
RS
RW
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
40
0
0
0
0
0
0
0
I
ID
S
功能：
设定每次定入1位数据后光标的以为方向，并且设定每次写入的一个字符是否移动。
参数设定的情况如下所示：
位名设置
ID0=写入新数据后光标左移1=写入新数据后光标右移
S0=写入新数据后显示屏不移动1=写入新数据后显示屏整体右移一个字符
（4）显示开关指令控制
指令功能
指令编码
执行时间us
显示开关控制
RS
RW
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
40
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
功能:
控制显示器开关、光标显示关闭以及光标是否闪烁，参数设定的情况如下：
位名设置
D0=显示功能关1=显示功能开
C0=无光标1=有光标
B0=光标闪烁1=光标不闪烁
（5）设定显示屏或光标移动方向指令
指令功能
指令编码
执行时间us
设定显示屏或光标移动方向
RS
RW
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
40
0
0
0
0
0
1
SC
RL
X
X
功能：
使光标移位或使整个显示屏幕移位。
参数设定的情况如下：
SCRL设定情况
00光标左移1格，且AC值减1
01光标右移1格，且AC值加1
10显示器上字符全部左移1格，但光标不动
11显示器上字符全部右移1格，但光标不动
（6）功能设定指令
指令功能
指令编码
执行时间us
功能设定
RS
RW
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
40
升级会员 