【正文】 模塊的軟件信息及編程方法。 ℃ ； 其程序能夠自動(dòng)識(shí)別“溫度 試驗(yàn)標(biāo)定階段”及“正常運(yùn)行階段” ； “溫度試驗(yàn)標(biāo)定階段”標(biāo)定的溫度點(diǎn)為 26 個(gè)。它一般有兩種工作模式，一 種是正常模式，在該模式下輸出標(biāo)稱頻率同時(shí)提供 1Hz 的同 步時(shí)頻信號(hào)輸出；另一模式為省功耗模式， 該模式下不進(jìn)行溫度補(bǔ)償或是補(bǔ)償周期很長，因而功耗很低。 （ 4）低噪聲，高頻化：在 GPS 通信系統(tǒng)中是不允許頻率顫抖的，相位噪聲是表征振蕩器頻率的一個(gè)重要參數(shù)。 研究意義 通信和信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展正在推動(dòng)著晶體振蕩器市場的急速增長 ,小型化、高精度始終是晶體振蕩器發(fā)展的方向。近年來 ,隨著 IC 工藝的飛速發(fā)展 ,這種型式的 MCXO 在綜合指標(biāo)上取得了長足的發(fā)展 ,其體積、功耗、成本已與模擬溫補(bǔ)晶振不相上下 ,而頻率穩(wěn)定度 卻高得多 ,適合于取代模擬溫補(bǔ)晶振。 ) 溫度測量程序 ............................................ (14) DS18B20 控制步驟如下 ................................ (14) 程序流程圖及其調(diào)試程序 .............................. (17) FLASH 存儲(chǔ)程序 .......................................... (23) FLASH 存儲(chǔ)的調(diào)試程序 ................................ (24) D/A轉(zhuǎn)換程序 ............................................ (26) 外接按鍵程序 ............................................ (27) 曲線擬合程序 ............................................ (28) 小結(jié) .................................................... (31) 5 系統(tǒng)程序調(diào)試 ................................... (32) 程序調(diào)試環(huán)境 ............................................ (32) 程序調(diào)試方法及步 驟 ...................................... (33) 溫度采集模塊調(diào)試 .................................... (33) FLASH 存儲(chǔ)模塊調(diào)試 .................................. (33) D/A 轉(zhuǎn)換模塊調(diào)試 .................................... (34) 外接按鍵模塊調(diào)試 .................................... (34) 曲線擬合模塊調(diào)試 .................................... (34) 小結(jié) .................................................... (34) 西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III 6 總結(jié) .......................................... (35) 設(shè)計(jì)總結(jié) ................................................ (35) 設(shè)計(jì)優(yōu)化方法 ............................................ (35) 小結(jié) .................................................... (35) 致 謝 .......................................... （ 36) 參考文獻(xiàn) ........................................ （ 37) 附 錄 .......................................... （ 38) 第一章 緒論 1 1 緒論 恒溫晶體振蕩器雖然是頻率穩(wěn)定度最高的晶體振蕩器，但是由于其體積大，功耗大，造價(jià)高，開機(jī)不能立即使用，要預(yù)熱，因此不可能得到廣泛的應(yīng)用。為了適應(yīng)形式的發(fā)展，本文提出了一種以微處理器為核心的 C80F007芯片新型微機(jī)補(bǔ)償晶體振蕩器（ MCXO） ，介紹了 系統(tǒng)構(gòu)成及硬件 工作原理 ，同時(shí) 給 出 了詳細(xì)的 軟件設(shè)計(jì) 方法 。 通過 對(duì)一系列補(bǔ)償溫度點(diǎn)的溫度值 和控制電壓值的 標(biāo)定 ，確定出溫度 電壓曲線擬合參數(shù) ， 進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)對(duì)控制電壓的補(bǔ)償。微機(jī)補(bǔ)償晶體振蕩器較好的改善了上述缺點(diǎn)。第二種 MCXO 可以稱之為“先進(jìn)型 ” 。 晶體振蕩器具有以下發(fā)展趨勢： （ 1）小型化 、片式化和集成 化，以滿足便攜式產(chǎn)品輕、薄、小的要求。 從以上四方面看出，精度高、體積小、功耗低、易于集成化的微機(jī)補(bǔ)償晶體振蕩器具有良好的發(fā)展前景。國內(nèi)并未見微機(jī)補(bǔ)償晶體振蕩器實(shí)用品的報(bào)道。 論文結(jié)構(gòu) 本文 分六個(gè)章節(jié)來 敘述： 第一章 緒論，介紹了課題背景、研究意義、國內(nèi) 外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和研究內(nèi)容 。第五章 主要介紹了程序調(diào)試的環(huán)境，及各個(gè)子程序的調(diào)試過程 。在后面幾節(jié)中將對(duì)各個(gè)部分詳細(xì)介紹。當(dāng)曲線擬合結(jié)束后，系統(tǒng)對(duì)溫度實(shí)時(shí)采集，根據(jù)曲線擬合函數(shù)即可得到需要補(bǔ)償?shù)目刂齐妷?，進(jìn)而得出標(biāo)稱頻率。 圖 系統(tǒng)性能指標(biāo) 本方案中，微機(jī)補(bǔ)償晶體振蕩器的設(shè)計(jì)指標(biāo)為： 該晶振振蕩頻率在 40℃至 +85℃范圍內(nèi)都能夠得到誤差補(bǔ)償； 溫度采集誤差為177。 圖 頻率溫度特性曲線 壓控晶振電路概述 壓控晶振電路 的基本功能是把直流電能轉(zhuǎn)變成具有一定頻率與幅度和一定穩(wěn)定性的交流電能，這 種轉(zhuǎn)換是在石英晶體的參與下進(jìn)行的。 主振電路分析 在 溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的設(shè)計(jì)中 ,主振級(jí)電路的設(shè)計(jì)是個(gè)關(guān)鍵。 本設(shè)計(jì)用到的主振電路是其結(jié)構(gòu)與電容三點(diǎn)式相似，電容三點(diǎn)式振蕩電路又稱考畢茲振蕩電路，圖 為電容三點(diǎn)式原理圖。 圖 圖中 C4,C12,C13是有選擇范圍的，選擇條件是根據(jù)設(shè)計(jì)要求而定。這是世界上第一片支持“ 單 線總線”接口的溫度傳感器 DS1820 的新一代改進(jìn)型產(chǎn)品?，F(xiàn)場溫度直接以“ 單 線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)電子產(chǎn)品、過程監(jiān)測和控制系統(tǒng)、溫 度計(jì)或任何溫度傳感系統(tǒng)等。 DS18B20的特性 ： ～ ，測量溫度范圍： 55℃～ +125℃； (寄生電源方式 )； ，只需要一條口線和中央微處理機(jī)進(jìn)行通信； 位的 ROM 中存有唯一代表該器件身份的序列號(hào)，因而能夠允許多 DS18B20 可以同時(shí)掛接到同一條數(shù)據(jù)線上，從而使用一個(gè) CPU 就能控制分布在一個(gè)大面積區(qū)域的多個(gè)DS18B20，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路； 10℃～ +85℃溫度范圍內(nèi)能達(dá)到177。溫度傳感器的分辨率 是用戶可配置的9， 10， 11， 12 位，其相對(duì)應(yīng)的增加量為 ℃， ℃， ℃和 ℃ 。如果 DS18B20由外部電源供電 （見圖 ） ，在轉(zhuǎn)換溫度命令后控制器能夠發(fā)出“讀時(shí)間隙”；并且 DS18B20通過在溫度轉(zhuǎn)換過程中傳送 0，溫度轉(zhuǎn)換結(jié)束后傳送 1來作出響應(yīng)。符號(hào)位指示溫度的正、負(fù)：正數(shù) S為 0，負(fù)數(shù) S 為 1。對(duì) 9位的 分辨率 ， 0、 2 位是未定義的。還有 4個(gè)通用的 16位定時(shí)器和 4字節(jié)寬的通用數(shù)字 I/O端口。 FLASH 存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場更新 8051 固件。在使用 JTAG 調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。 CIP51與MCS51TM指令集完全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn) 803x/805x的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開發(fā)。除了 VDD監(jiān)視器和復(fù)位輸入引腳以外，每個(gè)復(fù)位源都可以由用戶用軟件禁止。這種時(shí)鐘切換功能在低功耗系統(tǒng)中是非常有用的，它允許 MCU從一個(gè)低頻率（節(jié)電）外部 晶體源運(yùn)行，當(dāng)需要時(shí)再周期性地切換到高速（可達(dá) 16MHz）的內(nèi)部振蕩器。不需要額外的目標(biāo) RAM、程序存儲(chǔ)器、定時(shí)器或通信通道。 圖 JTAG電路圖 外接按鍵 系統(tǒng) 通過外接按鍵調(diào)節(jié)控制電壓的大小，有增加鍵、減少鍵和結(jié)束鍵三個(gè)鍵構(gòu)成。 圖 電路 電源接口電路 電源 接口部分是本設(shè)計(jì)的重要組成部分，只有 提供正確 穩(wěn)定 電壓 ， 系統(tǒng)才能正 常工作，其它部分的設(shè)計(jì)也才有效。 采用電源轉(zhuǎn)換芯片 提供 數(shù)字電壓和 模擬電壓 。系統(tǒng)電源 接口電路 如圖 所示。與數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器（ DTCXO） 和最初的（ MCXO） 相比，本章所敘述的微機(jī)補(bǔ)償晶體振蕩器具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，功耗低，開機(jī)預(yù)熱時(shí)間短等優(yōu)勢，使其更具有競爭力。 我們?cè)跇?biāo)定過程中，每 5℃設(shè)一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)， 那么在兩個(gè)相鄰測量點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)就是未知的。 曲線擬合是求近似函數(shù)的一種數(shù)值方法。按照殘差平方和最小 ( id? 2=min)準(zhǔn)則確定參數(shù)，求得近似函數(shù)的方法稱為最佳平方逼近。二乘法擬合函數(shù)時(shí)，構(gòu)造的函數(shù) f(x)為一些簡單的函數(shù)的集合，如低次多項(xiàng)式、指數(shù)函數(shù)等。式中 ()kky x y? ， S為非負(fù)的關(guān)于 01, ma a a? , 的二次多項(xiàng)式，它必有最小值。 最小二乘法構(gòu)造 的逼近函數(shù)，由于全面而不是孤立地考慮各節(jié)點(diǎn)的影響，因此其曲線擬合原理與函數(shù)插值不同，在曲線擬合問題中，不要求曲線通過所有已知點(diǎn)，只要求得到近似函數(shù)能反映數(shù)據(jù)的基本要求?？偝绦蛑饕囟妊a(bǔ)償程序、曲線擬合程序、 FLASH存儲(chǔ)程序、 D/A轉(zhuǎn)換程序及外接按鍵程序幾部分。 COUNT 小于 27 即前 26 次為此階段。 圖 西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 圖 微機(jī) 補(bǔ)償晶體振蕩器系統(tǒng)的所有子程序包括溫度測量程序、 FLASH 存儲(chǔ)程序、 D/A 轉(zhuǎn)換程序、外接按鍵程序及曲線擬合程序都是在單片機(jī)的控制之下協(xié)調(diào)一致的工作的。 //自由 I/O 口 XBR2=0x40。 // 輸出方式為漏極開路 PRT3CF=0xff。 //增加鍵初始化為 1 WDTCN = 0xde。 DS18B20 的各個(gè)時(shí)序必須嚴(yán)格遵守單總線協(xié)議，以確保數(shù)據(jù)的完整性，具體來說，包括復(fù)位脈沖、當(dāng)前脈沖、寫寫 0、讀 1 和讀 0。 前已述及，所有訪問 DS18B20 的過程都必須經(jīng)歷以下三個(gè)步驟： ； 命令 (后跟必要的數(shù)據(jù)交換 )； 的功能命令（后跟必要的數(shù)據(jù)交換）。圖 6 為 DS18B20 的 ROM區(qū)分布，在多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)中，可通過讀取 ROM區(qū)的序列號(hào)，選取總線上各個(gè)采集點(diǎn)；在單點(diǎn)采集的系統(tǒng)中，無需執(zhí)行該操作，可通過指令 SKIP ROM[44H]跳過這一步。 (2) 然后拉高 DQ并延時(shí) 60us以上。 (3) DQ拉低至總線的時(shí)間必須限定在 15us以內(nèi)。 (3) 最后拉高總線。不同的溫度分辨率，所需的溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間也不同，為保證溫度轉(zhuǎn)換的完成，應(yīng)該給予足夠的延時(shí)，轉(zhuǎn)換完成后，應(yīng)重新復(fù)位總線，然后執(zhí)行溫度讀取指令。 void Start_18b20(void)。 unsigned char Read_onebyte_18b20(void)。 /******************************************************************** 18b20常量定義 ********************************************************************/ define SKIP_18b20 0xcc //跳過 ROM監(jiān)測 define WR_SCR_18b20 0x4e //寫 1820暫存器 define RD_SCR_18b20 0xbe //讀 1820暫存器 define CONV_T_18b20 0x44 //啟動(dòng) 1820溫度變換 /****************************************************************** CPU初始化 *******************************************************************/ void C8051f007_init(void) { OSCICN=0xe4。 PRT0CF=0xff。 } /********************