基于Proteus的温湿度采集专业系统设计.doc

基于Proteus温湿度采集系统设计
一． 设计目：
1. 熟悉Proteus操作环境，可以使用keil u-vision和Proteus对单片机程序进行联合调试办法。
2. 熟悉单片机编程，学习依照时序图编写程序办法，理解模块化编程思想。
3. 掌握1602液晶显示模块程序编写。
二. 设计规定：
通过SHT10土壤温湿度传感器对当前温度和湿度进行采集，并将采集成果送1602液晶进行实时显示。
三. 设计方案：
1. 硬件电路设计
（1） 单片机最小系统
单片机最小系统由晶振电路和上电复位电路构成。

图一单片机最小系统
（2）1602液晶显示电路
本设计采用LCD1602液晶作为显示屏件，1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一种专门用来显示字母、数字、符号等点阵型液晶模块 它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位构成，每个点阵字符位都可以显示一种字符。每位之间有一种点距间隔 每行之间也有也有间隔 起到了字符间距和行间距作用，正由于如此 因此她不能显示图形。1602LCD是指显示内容为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）。当前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片，控制原理是完全相似，因而基于HD44780写控制程序可以很以便地应用于市面上大某些字符型液晶。

图二液晶显示电路
（3） SHT10温湿度传感器电路
SHT10系列单芯片传感器是一款具有已校准数字信号输出温湿度复合传感器。该传感器涉及一种电容式聚合体测湿元件和一种能隙式测温元件构成，并与一种14位AD转换器和串行接口电路进行无缝连接。采用两线式串行方式与单片机进行通信，但通信合同并不是IIC总线式。

2. 软件设计

（1） 液晶显示某些程序
/*************端口定义***************
P1.0------SCK (SHT10)
P1.1------DATA (SHT10)
P0------DB0～DB7 (LCD1602)
P2.0------RS (LCD1602)
P2.1------RW (LCD1602)
P2.2------E (LCD1602)
************************************/

#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <absacc.h>
#include <math.h>

#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

//1602液晶端口定义
sbit LcdRs= P2^0;
sbit LcdRw= P2^1;
sbit LcdEn= P2^2;

sbit ACC0 = ACC^0;
sbit ACC7 = ACC^7;

uchar str[7];
uchar dis[4];

//向LCD写入命令或数据
#define LCD_COMMAND 0 // Command
#define LCD_DATA 1 // Data
#define LCD_CLEAR_SCREEN 0x01 // 清屏
#define LCD_HOMING 0x02 // 光标返回原点

//设立显示模式************************************************************
#define LCD_SHOW 0x04 //显示开
#define LCD_HIDE 0x00 //显示关
#define LCD_CURSOR 0x02 //显示光标
#define LCD_NO_CURSOR 0x00 //无光标
#define LCD_FLASH 0x01 //光标闪动
#define LCD_NO_FLASH 0x00 //光标不闪动

//设立输入模式************************************
#define LCD_AC_UP 0x02
#define LCD_AC_DOWN 0x00 // default
#define LCD_MOVE 0x01 // 画面可平移
#define LCD_NO_MOVE 0x00 //default
unsigned char LCD_Wait(void);
void LCD_Write(bit style，unsigned char input);
/****1602液晶显示某些子程序******/
void delay(uint z)
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}

void LCD_Write(bit style，unsigned char input)
{
LcdRs=style;
P0=input；
delay(5);
LcdEn=1;
delay(5);
LcdEn=0;
}
void LCD_SetDisplay(unsigned char DisplayMode)
{
LCD_Write(LCD_COMMAND，0x08|DisplayMode);
}

void LCD_SetInput(unsigned char InputMode)
{
LCD_Write(LCD_COMMAND，0x04|InputMode);
}

//初始化LCD*********************************
void LCD_Initial()
{
LcdEn=0;
LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38)； //8位数据端口,2行显示,5*7点阵
LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38);
LCD_SetDisplay(LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR)； //启动显示，无光标
LCD_Write(LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SCREEN)； //清屏
LCD_SetInput(LCD_AC_UP|LCD_NO_MOVE)； //AC递增，画面不动
}

//液晶字符输入位置************************
void GotoXY(unsigned char x，unsigned char y)
{
if(y==0)
LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|x);
if(y==1)
LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|(x-0x40));
}

//将字符输出到液晶显示
void Print(unsigned char *str)
{
while(*str!='\0')
{
LCD_Write(LCD_DATA,*str);
str++;
}
}

void zhuanhuan(float a)//浮点数转换成字符串函数
{
memset(str,0,sizeof(str));
sprintf (str,"%f"，a)；
}
void Dataconv(unsigned char dat)
{
uchar temp;
temp=dat/100;
dis[0]=temp+0x30;
temp=dat%100;
dis[1]=temp/10+0x30;
dis[2]=temp%10+0x30;
}

void welcome()
{
LCD_Initial();
GotoXY(0,0);
Print(" Welcome！ ");
GotoXY(0,1);
Print(" Code of sht10 ");
delay(200);
}
/*--------------------------------------
;模块名称:delay_n10us()；
;功 能:延时函数，延时约n个10us
较精准延时函数,"_nop_()"延时1us@12M晶振
;-------------------------------------*/
void delay_n10us(uint n) //延时n个10us@12M晶振
{
uint i；
for(i=n;i>0;i--)
{
_nop_();_nop_();_nop_();
_nop_();_nop_();_nop_()；
}
}
2. SHT10测量温湿度程序
sbit SCK = P2^3； //定义通讯时钟端口
sbit DATA = P2^4； //定义通讯数据端口

typedef union
{ unsigned int i； //定义了两个共用体
float f；
} value；

enum {TEMP,HUMI}； //TEMP=0,HUMI=1

#define noACK 0 //用于判断与否结束通讯
#define ACK 1 //结束数据传播
//adr command r/w
#define STATUS_REG_W 0x06 //000 0011 0
#define STATUS_REG_R 0x07 //000 0011 1
#define MEASURE_TEMP 0x03 //000 0001 1
#define MEASURE_HUMI 0x05 //000 0010 1
#define RESET 0x1e //000 1111 0

/****************定义函数****************/
void s_transstart(void)； //启动传播函数
void s_connectionreset(void)； //连接复位函数
char s_write_byte(unsigned char value);//DHT90写函数
char s_read_byte(unsigned char ack)； //DHT90读函数
char s_measure(unsigned char *p_value，unsigned char *p_checksum，unsigned char mode);//测量温湿度函数
void calc_dht90(float *p_humidity ,float *p_temperature);//温湿度补偿

/*--------------------------------------
;模块名称:s_transstart()；
;功 能:启动传播函数
;-------------------------------------*/
void s_transstart(void)
// generates a transmission start
{
DATA=1；SCK=0； //Initial state
_nop_()；
SCK=1；
_nop_()；
DATA=0；
_nop_()；
SCK=0；
_nop_();_nop_();_nop_()；
SCK=1；
_nop_()；
DATA=1；
_nop_()；
SCK=0；
}

/*--------------------------------------
;模块名称:s_connectionreset()；
;功 能:连接复位函数
;-------------------------------------*/
void s_connectionreset(void)
// communication reset：DATA-line=1 and at least 9 SCK cycles followed by transstart
//
{
unsigned char i；
DATA=1；SCK=0； //Initial state
for(i=0;i<9;i++) //9 SCK cycles
{
SCK=1;
SCK=0；
}
s_transstart()； //transmission start
}
/*--------------------------------------
;模块名称:s_write_byte()；
;功 能:SHT10写函数
;-------------------------------------*/
char s_write_byte(unsigned char value)
//----------------------------------------------------------------------------------
// writes a byte on the Sensibus and checks the acknowledge
{
unsigned char i,error=0；
for (i=0x80;i>0;i/=2) //shift bit for masking
{
if (i & value) DATA=1； //masking value with i ，write to SENSI-BUS
else DATA=0；
SCK=1； //clk for SENSI-BUS
_nop_();_nop_();_nop_()； //pulswith approx. 3 us
SCK=0；
}
DATA=1； //release DATA-line
SCK=1； //clk #9 for ack
error=DATA； //check ack (DATA will be pulled down by DHT90),DATA在第9个上升沿将被DHT90自动下拉为低电平。
_nop_();_nop_();_nop_();
SCK=0;
DATA=1； //release DATA-line
return error； //error=1 in case of no acknowledge //返回：0成功，1失败
}

/*--------------------------------------
;模块名称:s_read_byte()；
;功 能:SHT10读函数
;-------------------------------------*/
char s_read_byte(unsigned char ack)
// reads a byte form the Sensibus and gives an acknowledge in case of "ack=1"
{
unsigned char i,val=0；
DATA=1； //release DATA-line
for (i=0x80;i>0;i/=2) //shift bit for masking
{ SCK=1； //clk for SENSI-BUS
if (DATA) val=(val | i)； //read bit
_nop_();_nop_();_nop_()； //pulswith approx. 3 us
SCK=0；
}
if(ack==1)DATA=0； //in case of "ack==1" pull down DATA-Line
else DATA=1； //如果是校验(ack==0)，读取完后结束通讯
_nop_();_nop_();_nop_()； //pulswith approx. 3 us
SCK=1； //clk #9 for ack
_nop_();_nop_();_nop_()； //pulswith approx. 3 us
SCK=0；
_nop_();_nop_();_nop_()； //pulswith approx. 3 us
DATA=1； //release DATA-line
return val；
}
/*--------------------------------------
;模块名称:s_measure()；
;功 能:测量温湿度函数
;-------------------------------------*/
char s_measure(unsigned char *p_value，unsigned char *p_checksum，unsigned char mode)
// makes a measurement (humidity/temperature) with checksum
{
unsigned error=0；
unsigned int i；

s_transstart()； //transmission start
switch(mode){ //send command to sensor
case TEMP ：error+=s_write_byte(MEASURE_TEMP)；break；
case HUMI ：error+=s_write_byte(MEASURE_HUMI)；break；
default ：break；
}
for (i=0;i<65535;i++) if(DATA==0) break；//wait until sensor has finished the measurement
if(DATA) error+=1； // or timeout (~2 sec.) is reached
*(p_value) =s_read_byte(ACK)； //read the first byte (MSB)
*(p_value+1)=s_read_byte(ACK)； //read the second byte (LSB)
*p_checksum =s_read_byte(noACK)； //read checksum
return error；
}
/*--------------------------------------
;模块名称:calc_dht90()；
;功 能:温湿度补偿函数
;-------------------------------------*/
void calc_dht90(float *p_humidity ,float *p_temperature)
// calculates temperature [C] and humidity [%RH]
// input ： humi [Ticks] (12 bit)
// temp [Ticks] (14 bit)
// output： humi [%RH]
// temp [C]
{ const float C1=-4.0； // for 12 Bit
const float C2=+0.0405； // for 12 Bit
const float C3=-0.0000028； // for 12 Bit
const float T1=+0.01； // for 14 Bit @ 5V
const float T2=+0.00008； // for 14 Bit @ 5V
float rh=*p_humidity； // rh： Humidity [Ticks] 12 Bit
float t=*p_temperature； // t： Temperature [Ticks] 14 Bit
float rh_lin； // rh_lin： Humidity linear
float rh_true； // rh_true：Temperature compensated humidity
float t_C； // t_C ： Temperature [C]
t_C=t*0.01 - 40； //calc. temperature from ticks to [C]
rh_lin=C3*rh*rh + C2*rh + C1； //calc. humidity from ticks to [%RH]
rh_true=(t_C-25)*(T1+T2*rh)+rh_lin； //calc. temperature compensated humidity [%RH]
if(rh_true>100)rh_true=100； //cut if the value is outside of
if(rh_true<0.1)rh_true=0.1； //the physical possible range
*p_temperature=t_C； //return temperature [C]
*p_humidity=rh_true； //return humidity[%RH]
}
3. 主程序
void main(void)
{
value humi_val,temp_val;
unsigned char error,checksum；
LcdRw=0;
s_connectionreset()；
welcome();//显示欢迎画面
delay();
LCD_Initial();
while(1)
{ error=0；
error+=s_measure((unsigned char*) &humi_val.i,&checksum,HUMI)； //measure humidity
error+=s_measure((unsigned char*) &temp_val.i,&checksum,TEMP)； //measure temperature
if(error!=0)
s_connectionreset()； //in case of an error：connection reset
else
{
humi_val.f=(float)humi_val.i； //converts integer to float
temp_val.f=(float)temp_val.i； //converts integer to float
calc_dht90(&humi_val.f,&temp_val.f)； //计算湿度与温度
GotoXY(0,0);//
Print("Tep:");

GotoXY(0,1);
Print("Hum:");
zhuanhuan(temp_val.f);//转换温度为uchar以便液晶显示
Dataconv((unsigned char)temp_val.f);
GotoXY(5,0);
str[5]=0xDF;//℃符号
str[6]=0x43;
str[7]='\0';
Print(str);
zhuanhuan(humi_val.f);//转换湿度为uchar以便液晶显示
GotoXY(5,1);
str[5]='%';//%符号
str[6]='\0';//字符串结束标志
Print(str);
}
//----------wait approx. 0.8s to avoid heating up SHTxx------------------------------
delay_n10us(80000)； //延时约0.8s
}
}

四． 心得体会
通过这次Proteus学习，我熟悉了Proteus操作环境，掌握了使用Proteus和keil软件对单片机程序进行联合调试办法。学会了依照芯片时序图对其进行编程办法，完毕了SHT10温湿度采集和1602液晶显示程序编写和调试。进一步加深了我对所学知识理解，同步也对使用Proteus进行设计新型方式进行了理解。
五． 参照文献
1. 周润景等 。 基于PROTUES电路及单片机设计与仿真 .北京航空航天出版社，
2. 董普松。PROTEUS在单片机系统设计中应用。 《当代电子技术》 14期
3. 刘映群。PROTEUS与KEIL整合构建单片机虚拟实验室 《中华人民共和国当代教诲装备》