温湿度采集和测量系统的Proteus仿真(基于STC89C51+STH11+LCD1602) -

/***********************************************************************************
;功能说明:SHT11和STC89C51温湿度采集和测量系统的Proteus仿真
;文件名称:DU.c
;版本号：v1.0.0
;微处理器:STC89C51
;编译环境:Keil uVision V4.10
;作者:Cui Xinghai
;创建日期:2022.2.24
;***********************************************************************************/
/*************定义接口********************
P0------DB0～DB7 (LCD1602)
P2.0------RS (LCD1602)
P2.1------RW (LCD1602)
P2.2------E (LCD1602)
P2.6------SCK (STH11)
P2.7------DATA (STH11)
P1.5------SET //定义调整键
P1.6------ADD //定义增加键
P1.7------DEC //定义减少键
P3.7------ESC //定义退出键
P1.4------BEEP //定义蜂鸣器
P1.0------t_green //温度过低灯
P1.1------t_red //温度过高灯
P1.2------rh_green //湿度过低灯
P1.3------rh_red //湿度过高灯
*****************************************/
#include <reg52.h>
#include <intrins.h> //应用于程序设计，一般出C51单片机编程中，一般程序中需要使用到空指令_nop_();字符循环移位指令_crol_等时使用。
#include <math.h> //Keil library
#include <stdio.h> //Keil library
//*********************第一部分LCD1602设置 START****************************************
#define LCD_DB P0 //Data Bus数据总线,我们这里要做 1602 液晶的程序，因此先把用到的总线接口做一个统一声明
sbit LCD_RS=P2^0;
sbit LCD_RW=P2^1;
sbit LCD_E =P2^2;
/******定义函数****************/
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
void LCD_init(void); //初始化函数
void LCD_write_command(uchar command); //写指令函数
void LCD_write_data(uchar dat); //写数据函数
void LCD_disp_char(uchar x,uchar y,uchar dat); //在某个屏幕位置上显示一个字符,X（0-15),y(1-2)
void LCD_disp_str(uchar x,uchar y,uchar *str); //LCD1602显示字符串函数
void delay_n10us(uint n); //延时函数
/*--------------------------------------
;模块名称:LCD_init();
;功能:初始化LCD1602
;-------------------------------------*/
void LCD_init(void) //括号中的void意思该函数的参数为空
{
delay_n10us(10);
LCD_write_command(0x38);//指令6：工作方式设置指令，0x0011 1000设置8位格式数据接口，16*2行显示，5x7点阵
delay_n10us(10);
LCD_write_command(0x0c);//指令4:
//整体显示，关光标，不闪烁，BCD0x00001 100
//整体显示，开光标，闪烁，BCD0x00001 111
delay_n10us(10);
LCD_write_command(0x06);//指令3：设定输入方式增量不移位, 0x00000110
delay_n10us(10);
LCD_write_command(0x01);//指令1：清除屏幕显示,光标复位到地址00H位置
delay_n10us(100); //延时清屏，延时函数，延时约n个10us
}
/*--------------------------------------
;模块名称:LCD_write_command();
;功能:LCD1602写指令函数
;占用资源: P2.0--RS(LCD_RS),P2.1--RW(LCD_RW),P2.2--E(LCD_E).
;参数说明:dat为写命令参数
;-------------------------------------*/
void LCD_write_command(uchar dat)
{
delay_n10us(10);
LCD_RS=0; //指令
LCD_RW=0; //写入
LCD_E=1; //允许
LCD_DB=dat;
delay_n10us(10); //实践证明，我的LCD1602上，用for循环1次就能完成普通写指令。
LCD_E=0; //读完撤销使能，防止液晶输出数据干扰 P0 总线
delay_n10us(10); //实践证明，LCD1602上，用for循环1次就能完成普通写指令。
}
/*--------------------------------------
;模块名称:LCD_write_data();
;功能:LCD1602写数据函数
;占用资源: P2.0--RS(LCD_RS),P2.1--RW(LCD_RW),P2.2--E(LCD_E).
;参数说明:dat为写数据参数
;-------------------------------------*/
void LCD_write_data(uchar dat)
{
delay_n10us(10);
LCD_RS=1; //数据
LCD_RW=0; //写入
LCD_E=1; //允许
LCD_DB=dat;
delay_n10us(10);
LCD_E=0;
delay_n10us(10);
}
/*--------------------------------------
;模块名称:LCD_disp_char();
;功能:光标位置，LCD1602显示一个字符函数，在某个屏幕位置上显示一个字符,X（0-15),y(1-2)。
;参数说明:X为1602的列值(取值范围是0-15),y为1602的行值(取值范围是1-2)，dat为所要显示字符对应的地址参数。
;-------------------------------------*/
void LCD_disp_char(uchar x,uchar y,uchar dat)
{
uchar address;
if(y==1) //0x80和00H的区别：指令7
address=0x80+x; //二进制码中第一行首地址为10000000转换16进制为0x80,第二行首地址为11000000转换16进制为0xC0 加首地址是为了让LCD显示从第一位开始显示。
else
address=0xc0+x;
LCD_write_command(address);
LCD_write_data(dat);
}
/*--------------------------------------
;模块名称:LCD_disp_str();
;功能:LCD1602显示字符串函数，在某个屏幕起始位置{X（0-15),y(1-2)}上显示一个字符串。
;参数说明:X为1602的列值(取值范围是0-15),y为1602的行值(取值范围是1-2)，str为所要显示字符串对应的指针参数。
;-------------------------------------*/
void LCD_disp_str(uchar x,uchar y,uchar *str)
{
uchar address;
if(y==1)
address=0x80+x;
else
address=0xc0+x;
LCD_write_command(address); //连续写入字符串数据，直到检测到结束符
while(*str!='\0')
{
LCD_write_data(*str); //另外一种写法LCD_write_data(*str++)这行语句中对指针 str 的操作大家一定要理解透彻，先把 str指向的数据取出来用，然后 str 再加 1 以指向下一个数据，这是非常常用的一种简写方式
str++;
}
}
/*--------------------------------------
;模块名称:delay_n10us();
;功能:延时函数，延时约n个10us
;修改日期:2022.02.26
;修改说明:修改为较精确的延时函数,"_nop_()"延时1us@12M晶振,代表运行一个机器周期。如果这个单片机的晶振是12M的，那么这调代码会运行1US；
;-------------------------------------*/
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_();
}
}
//*********************第一部分LCD1602设置 END****************************************
//*********************第二部分SHT11设置 START****************************************
sbit SCK = P2^6; //定义通讯时钟端口
sbit DATA = P2^7; //定义通讯数据端口
typedef union //定义了两个共用体:如果没有typedef那么就是普通的定义了匿名联合的一个变量value.加了typedef后, 定义的就是类型别名, 当类型一样用
{
unsigned int i; //i表示测量得到的温湿度数据（int 形式保存的数据）
float f; //f表示测量得到的温湿度数据（float 形式保存的数据）
} value;
enum {TEMP,HUMI}; //enum　枚举名　{枚举元素1,枚举元素2,……};TEMP=0,HUMI=1 枚举
#define noACK 0 //用于判断是否结束通讯
#define ACK 1 //结束数据传输
//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); //启动传输函数
void s_connectionreset(void); //连接复位函数
char s_write_byte(unsigned char value);//写函数
char s_read_byte(unsigned char ack); //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_SHT11(float *p_humidity ,float *p_temperature);//温湿度补偿
/*--------------------------------------
;模块名称:s_transstart();
;功能:启动传输函数
;-------------------------------------*/
void s_transstart(void)
// generates a transmission start (SHT11发送命令，启动传输时序）
// _____ ________
// DATA: |_______|
// ___ ___
// SCK : ___| |___| |______
{
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)
// 通讯复位时序：如果与 SHT11 通讯中断，下列信号时序可以复位串口：DATA 保持高电平时，触发 SCK 时钟 9 次或更多。
// _____________________________________________________ ________
// DATA: |_______|
// _ _ _ _ _ _ _ _ _ ___ ___
// SCK : __| |__| |__| |__| |__| |__| |__| |__| |__| |______| |___| |______
{
unsigned char i;
DATA=1; SCK=0; //Initial state
for(i=0;i<9;i++) //9 SCK cycles,DATA保持高，SCK时钟触发9次，发送启动传输，通迅即复位
{
SCK=1;
SCK=0;
}
s_transstart(); //transmission start
}
/*--------------------------------------
;模块名称:s_write_byte();
;功能:SHT11写函数
;-------------------------------------*/
char s_write_byte(unsigned char value)
//----------------------------------------------------------------------------------
// 写入一个字节，并检查确认
{
unsigned char i,error=0;
for (i=0x80;i>0;i/=2) //0x1000 0000用于掩码的移位,高位为1，循环右移 https://zhidao.baidu.com/question/2144112204880805988.html
{
if (i & value) DATA=1; //和要发送的数相与，结果为发送的位
else DATA=0;
SCK=1;
_nop_();_nop_();_nop_();
SCK=0;
}
DATA=1; //释放数据线
SCK=1; //clk #9 for ack
error=DATA; //检查应答信号，确认通讯正常
_nop_();_nop_();_nop_();
SCK=0;
DATA=1; //
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:SHT11读函数
;-------------------------------------*/
char s_read_byte(unsigned char ack)
{
unsigned char i,val=0;
DATA=1; //释放数据线
for (i=0x80;i>0;i/=2)
{
SCK=1; //clk for SENSI-BUS
if (DATA) val=(val | i); //读一位数据线的值
_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)
// 进行温度或者湿度转换，由参数mode决定转换内容
{
unsigned error=0;
unsigned int i;
s_transstart(); //transmission start
switch(mode){ //选择发送命令
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; //等待测量结束
if(DATA) error+=1; // 如果长时间数据线没有拉低，说明测量错误
*(p_value) =s_read_byte(ACK); //读第一个字节，高字节 (MSB)
*(p_value+1)=s_read_byte(ACK); //读第二个字节，低字节 (LSB)
*p_checksum =s_read_byte(noACK); //read checksum
return error;
}
/*--------------------------------------
;模块名称:calc_SHT11();
;功能:温湿度补偿函数
;备注：SHT11湿度测量范围：0～100%RH；温度测量范围：-40～+123.8℃
;-------------------------------------*/
void calc_SHT11(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表示常量，不允许修改里面的内容
{ const float C1=-4.0; // 12位湿度精度修正公式
const float C2=+0.0405; // 12位湿度精度修正公式
const float C3=-0.0000028; // 12位湿度精度修正公式
const float T1=+0.01; // 14位温度精度 5V条件修正公式
const float T2=+0.00008; // 14位温度精度 5V条件修正公式
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; //补偿温度，14位温度精度 5V条件修正公式
rh_lin=C3*rh*rh + C2*rh + C1; //相对湿度非线性补偿
rh_true=(t_C-25)*(T1+T2*rh)+rh_lin-3; //相对湿度对于温度依赖性补偿
if(rh_true>100)rh_true=100; //湿度最大修正
if(rh_true<0.1)rh_true=0.1; //湿度最小修正
*p_temperature=t_C; //返回温度结果
*p_humidity=rh_true; //返回湿度结果
}
//*********************第二部分STH11设置 END****************************************
//*********************第三部分报警设置 START****************************************
#define N 0x00
sbit SET = P1^5; //定义调整键
sbit ADD = P1^6; //定义增加键
sbit DEC = P1^7; //定义减少键
sbit ESC = P3^7; //定义调整键
sbit BEEP= P1^4; //定义蜂鸣器
sbit t_green = P1^0;
sbit t_red = P1^1;
sbit rh_green = P1^2;
sbit rh_red = P1^3;
int t_shangxian = 20; //上限报警温度，默认值为 20C
int t_xiaxian = 10; //下限报警温度，默认值为 10C
int rh_shangxian= 50; //上限报警湿度，默认值为50%
int rh_xiaxian = 40; //下限报警湿度，默认值为40%
uchar flag=0;
/****************定义函数****************/
void led_control( float *WENDU, float *SHIDU);
void key();
void delay(uint j);
/*--------------------------------------
;模块名称:led_control();
;功能:LED状态控制
;-------------------------------------*/
void led_control( float *WENDU, float *SHIDU)
{
//温度过低报警指示
if(*WENDU <= t_xiaxian) {t_green = 0;}
else {t_green=1;}
//温度过高报警指示
if(*WENDU >= t_shangxian) {t_red = 0;}
else {t_red=1;}
//湿度过低报警指示
if(*SHIDU <= rh_xiaxian) {rh_green= 0;}
else {rh_green=1;}
//湿度过高报警指示
if(*SHIDU >= rh_shangxian) {rh_red = 0;}
else {rh_red=1;}
//蜂鸣器警示
if(*WENDU <= t_xiaxian||*WENDU >= t_shangxian||*SHIDU <= rh_xiaxian||*SHIDU >= rh_shangxian)
{
BEEP = 0;
}
else
{
BEEP = 1;
}
}
/*--------------------------------------
;模块名称:key();
;功能:按键控制
;-------------------------------------*/
void key()
{
/****************设置键设置****************/
if(SET == 0)
{
delay(50); //按键消抖
if(SET == 0)
{
flag++;
if (flag==5)flag = 0; //没有发生抖动
while(SET==0); //若一直按下，循环
LCD_init();
s_connectionreset();
LCD_disp_str(0,1,"TE:");
LCD_disp_str(0,2,"RH:");
LCD_disp_str(6,1,"-");
LCD_disp_str(6,2,"-");
LCD_disp_str(10,1,"C");
LCD_disp_str(10,2,"%");
delay_n10us(20);
}
}
//SHT11湿度测量范围：0～100%RH；温度测量范围：-40～+123.8℃；
/****************温度下限设置****************/
if (flag==1)
{
if(ADD==0)
{
delay(50);
t_xiaxian++;
if (t_xiaxian>(t_shangxian-1)) {t_xiaxian=(t_shangxian-1);}
while(ADD==0); //加上此句必须松按键才处理
}
if (DEC==0)
{
delay(50);
if(t_xiaxian<=-40) {t_xiaxian=t_shangxian;} //超过实际范围，重新赋值温度下限
else t_xiaxian--;
while(DEC==0); //加上此句必须松按键才处理
}
//温度下限显示
LCD_disp_char(3,1,t_xiaxian/100+'0'); //例如123/100=1
LCD_disp_char(4,1,abs(t_xiaxian%100/10)+'0'); //例如123%100=23,23/10 =2 ,-12取绝对值12
LCD_disp_char(5,1,abs(t_xiaxian%10)+'0'); //例如123%10 =3
if(t_xiaxian<0) {LCD_disp_str(12,2,"nega");} //温度下限为负数，显示nega
else {LCD_disp_str(12,2," ");} //去除负数提醒nega
}
/****************温度上限设置****************/
if (flag==2)
{
if(ADD==0)
{
delay(150);
t_shangxian++;
if (t_shangxian>123) {t_shangxian=123;} //上限值达到最大值 123时，上限值保持为123
while(ADD==0); //加上此句必须松按键才处理
}
if (DEC==0)
{
delay(150);
t_shangxian--;
if (t_shangxian<(t_xiaxian+1)) {t_shangxian=(t_xiaxian+1);}//确保设定的上限值不比下限低
while(DEC==0); //加上此句必须松按键才处理
}
//温度上限显示
LCD_disp_char(7,1,t_shangxian/100+'0');
LCD_disp_char(8,1,(t_shangxian%100)/10+'0');
LCD_disp_char(9,1,(t_shangxian%10)+'0');
}
/****************湿度下限设置****************/
if (flag==3)
{
if(ADD==0)
{
delay(150);
rh_xiaxian++;
if (rh_xiaxian>(rh_shangxian-1)) {rh_xiaxian=(rh_shangxian-1);}
while(ADD==0); //加上此句必须松按键才处理
}
if (DEC==0)
{
delay(150);
if (rh_xiaxian<=0) {rh_xiaxian=0;} //下限值达到最小值0时，下限值保持为0
else rh_xiaxian--;
while(DEC==0); //加上此句必须松按键才处理
}
//湿度下限显示
LCD_disp_char(3,2,rh_xiaxian/100+'0');
LCD_disp_char(4,2,(rh_xiaxian%100)/10+'0');
LCD_disp_char(5,2,(rh_xiaxian%10)+'0');
}
/****************湿度上限设置****************/
if (flag==4)
{
if(ADD==0)
{
delay(150);
rh_shangxian++;
if (rh_shangxian>99) {rh_shangxian=99;} //上限值达到最大值 99时，上限值保持为 99
while(ADD==0); //加上此句必须松按键才处理
}
if (DEC==0)
{
delay(150);
rh_shangxian--;
if (rh_shangxian<(rh_xiaxian+1)) {rh_shangxian=(rh_xiaxian+1);}//确保设定的上限值不比下限低
while(DEC==0); //加上此句必须松按键才处理
}
//湿度上限显示
LCD_disp_char(7,2,rh_shangxian/100+'0');
LCD_disp_char(8,2,(rh_shangxian%100)/10+'0');
LCD_disp_char(9,2,(rh_shangxian%10)+'0');
}
/****************退出键设置****************/
if(ESC==0)
{
delay(10);
if(ESC==0)
{
while(ESC==0);
flag=0;
LCD_init();
s_connectionreset();
}
}
}
/*--------------------------------------
;模块名称:delay();
;功能:延迟函数
;-------------------------------------*/
void delay(uint j) //1ms，j取20
{
uchar i=250;
for(;j>0;j--)
{
while(--i);
i=249;
while(--i);
i=250;
}
}
//*********************第三部分报警设置 END****************************************
//*********主函数*****************
void main(void)
{
value humi_val,temp_val; //185行，定义两个共同体，一个用于湿度，一个用于温度
unsigned char error,checksum; //用于检验是否出现错误
unsigned int wendu,shidu; //最终,一位小数温湿度的值
LCD_init();
s_connectionreset();
//*********初始化温度显示区*********
LCD_disp_str(0,1,"TE:");
LCD_disp_str(3,1,"TTT.TC");
//*********初始化湿度显示区*********
LCD_disp_str(0,2,"RH:");
LCD_disp_str(3,2,"RRR.R%");
delay_n10us(2000); //延时0.2s
while(1)
{
LCD_disp_char(13,1,flag+'0');
key();
if(flag==0)
{
error=0; //初始化error=0，即没有错误
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_SHT11(&humi_val.f,&temp_val.f); //calculate humidity, temperature
LCD_disp_str(0,1,"TE:");
LCD_disp_str(0,2,"RH:");
LCD_disp_str(6,1,".");
LCD_disp_str(6,2,".");
LCD_disp_str(8,1,"C ");
LCD_disp_str(8,2,"% ");
wendu=10*temp_val.f; //例如温度109.1→1091
if(10*temp_val.f<0) {LCD_disp_str(12,2,"nega");}//实时温度为负数时，显示提示符nega
else {LCD_disp_str(12,2," ");} //实时温度为正数时，去除负数提醒nega
LCD_disp_char(3,1,abs(wendu)/1000+'0'); //显示温度百位,加“0”是为了将字符的ASCII码大于48（即字符0的ASCII值），一般是将数字0,1,2……，9转换为字符“0”，“1”……，“9”；
LCD_disp_char(4,1,abs(wendu)%1000/100+'0'); //显示温度十位
LCD_disp_char(5,1,abs(wendu)%100/10+'0'); //显示温度个位
LCD_disp_char(7,1,abs(wendu)%10+'0'); //显示温度小数点后第一位
shidu=10*humi_val.f;
LCD_disp_char(3,2,shidu/1000+'0'); //显示湿度百位
LCD_disp_char(4,2,(shidu%1000)/100+'0'); //显示湿度十位
LCD_disp_char(5,2,(shidu%100)/10+'0'); //显示湿度个位
LCD_disp_char(7,2,(shidu%10)+'0'); //显示湿度小数点后第一位
led_control(&temp_val.f,&humi_val.f);
}
//----------wait approx. 0.8s to avoid heating up SHT11------------------------------
delay_n10us(800); //延时约0.8s
}
}
}

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