【正文】 統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 TM R1 1R0 1 1 1 1....圖 　DS18B20 字節(jié)定義 由表 可見，DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。表 是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。減法計(jì)數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。當(dāng) DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時間最大為 10us。DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。圖 水位監(jiān)測電路 水位用三根導(dǎo)線，一個是電源負(fù)極，當(dāng)導(dǎo)線接觸到水后，由于水的導(dǎo)電性，使得兩外兩根導(dǎo)線也是低電平，從而使三極管 9012 導(dǎo)通， 和 是低電平，當(dāng)兩根導(dǎo)線不接觸水的時候，輸出是高電平。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。繼電器可以模擬的完成實(shí)物上的自動控制。其程序流圖如圖所示： 檢測 DS18B20 存在？ 發(fā)送跳過 ROM 指令 溫度轉(zhuǎn)換 等待NY 圖 溫度采集程序 控制按鍵設(shè)計(jì)按鍵的確認(rèn)就是判斷按鍵是否閉合，反映在電壓上就是和按鍵相連的引腳呈現(xiàn)出高電平還是低電平。消除按鍵的抖動，通常用軟件消除的方法。 讀溫度NYN 圖 讀溫度流程圖 圖 鍵盤處理子程序Y發(fā) DS18B20 復(fù)位命令發(fā)跳過 ROM 命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC 校驗(yàn)9 字節(jié)完？CRC 校驗(yàn)正？確？移入溫度暫存器結(jié)束　NNY 開始 掃描鍵值 是否有鍵按下 延時 10ms 去抖動是否有鍵按下 提取鍵值 調(diào)用鍵盤處理子程序 結(jié)束Y張勝： 基于單片機(jī)的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試制造電子產(chǎn)品，可靠性與安全是兩個重要因素，而零件的安裝對于保證產(chǎn)品的安全可靠是至關(guān)重要的。 調(diào)試步驟對于整個系統(tǒng)制作完成后，調(diào)試工作是非常重要的一個環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常工作。觀察有沒有焊接點(diǎn)短路，虛焊，多余的管腳有沒有剪去。安裝時接地與屏蔽要充分利用，接地與屏蔽一是消除外辦對產(chǎn)品的電磁干擾，二是消除產(chǎn)品對外辦的電碰干擾，三是減少產(chǎn)品內(nèi)部的相互電磁干擾。北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 液位檢測將自制的測水位導(dǎo)線放入水中，通電之后，顯示當(dāng)前的水位。導(dǎo)線分三級，當(dāng)水位沒有達(dá)到最低級時，蜂鳴器響，繼電器開始模擬進(jìn)水的過程；當(dāng)水位高于最低級時，蜂鳴器停止，顯示中等水位，繼電器繼續(xù)模擬上水；當(dāng)水位達(dá)到最高點(diǎn)時，顯示最高水位的發(fā)光二極管亮，繼電器停止工作。Proteus 產(chǎn)品系列也包含了我們革命性的 VSM 技術(shù),用戶可以對基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周圍電子器件一起仿真。此外，還可以結(jié)合微控制器軟件使用動態(tài)的鍵盤，開關(guān)，按鈕，LEDs 甚至 LCD 顯示 CPU 模型。強(qiáng)大的調(diào)試工具，包括寄存器和存儲器，斷點(diǎn)和單步模式。目標(biāo)文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) L51 連接定位生成絕對目標(biāo)文件（.ABS） 。選中后回到工程窗口的頁面打開“Tatget”的下一層，“Source Group 1”單機(jī)右鍵選中 “Add file to group ‘Source Group 1’”,出現(xiàn)對話框，選擇系統(tǒng)所用的源文件即可。圖 缺水上水 水位分為三等：缺水、中等、高等。 圖 最低溫度北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 圖 最高溫度如圖 所顯示水溫度數(shù)為 攝氏度，溫度比最低溫度低所以加熱繼電器工作，繼電器旁的紅燈亮，水開始加熱，當(dāng)水溫高于設(shè)定的最低溫度時，加熱繼電器停止工作，繼電器旁的紅燈滅，當(dāng)高于設(shè)定的最高溫度時，蜂鳴報(bào)警器工作，發(fā)出報(bào)警聲，如圖 所示。如圖 所示，綠燈亮表示水箱已滿，加水繼電器停止工作，繼電器旁的綠燈滅。北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 （3）編譯連接通過“Project/Rebuild all Target Files”來實(shí)現(xiàn)（4）在 Protues 上畫出電路圖，并將 keil 所生成的 Hex 文件調(diào)入到電路中的單片機(jī)內(nèi)，點(diǎn)擊運(yùn)行。電路設(shè)計(jì)制作完成后，先用 keil u Vision2 仿真器進(jìn)行調(diào)試。應(yīng)用特殊模型的 DLL界面提供有關(guān)元件庫的全部文件。最新支持 ARM。 其功能模塊:—個易用而又功能強(qiáng)大的 ISIS 原理布圖工具；PROSPICE 混合模型SPICE 仿真；ARES PCB 設(shè)計(jì)。圖 溫度顯示電路張勝： 基于單片機(jī)的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 36 軟件調(diào)試 Proteus 仿真 Proteus 軟件是來自英國 Labcenter electronics 公司的 EDA 工具軟件，它組合了高級原理布圖、混合模式 SPICE 仿真,PCB 設(shè)計(jì)以及自動布線來實(shí)現(xiàn)一個完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 （若沒有發(fā)光二極管亮則表示箱內(nèi)沒有水或者只有少量的水，若有一個發(fā)光二極管燈亮則表示箱內(nèi)有三分之一箱的水，以此類推，若有三個發(fā)光二極管亮，則表示水箱水是滿的。焊接后的檢查：焊接結(jié)束后必須檢查有無漏焊、虛焊以及由于焊錫流淌造成的元件短路。保證機(jī)械強(qiáng)度，電子產(chǎn)品在使用過程中，不可避免的需要運(yùn)輸和搬動，會發(fā)聲各種有意或無意達(dá)到振動，沖擊，如果機(jī)械安裝不夠牢固，電氣連接不夠可靠，都有可能因?yàn)榧铀俣鹊乃查g受力使裝置受到損害。檢查印刷電路是否設(shè)計(jì)正確，元器件位置是否安裝正確。元件安裝時我們要保證導(dǎo)通與絕緣的電器性能、保證機(jī)械強(qiáng)度、抱著那個傳熱的要求和安裝時接地與屏蔽要充分利用。再次掃描，如果按鍵為高電平說明按鍵松開。因此，通過判斷電平的高低，就可以確 讀取溫度數(shù)據(jù) 處理數(shù)據(jù) 返回 開始 初始化 DS18B20讀 DS18B20 的序列號北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 定是否有鍵按下。 圖 繼電器控制電路圖 繼電器控制電路北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 主程序設(shè)計(jì)為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)后，即單片機(jī)上電復(fù)位開始運(yùn)行后，需要對硬件各部分進(jìn)行自動檢查，如果正常，系統(tǒng)就可以繼續(xù)往下執(zhí)行，如果不正常就必須出錯報(bào)警，以便人工修正，為系統(tǒng)的正常運(yùn)行作好準(zhǔn)備。對于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)” ；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)” 。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。水位檢測我們把儲水箱大致分為 3 份，水位由潛入熱水器的儲水箱不同深度的水位電極和潛入儲水箱底部的公共電極（導(dǎo)線）進(jìn)行檢測；由單片機(jī)依次使各水位電極呈現(xiàn)高電平，由公共電極所接的三極管進(jìn)行電位轉(zhuǎn)換，水位到達(dá)的電極，轉(zhuǎn)換電位為低（0） ；水位沒有到達(dá)的電極，轉(zhuǎn)換電位為高（1） ；每檢測一位便得到一位數(shù)據(jù)，3 個電極檢測一遍以后便得到了 3 個串行數(shù)據(jù)，然后把這 3 個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字節(jié)一路送發(fā)光二極管；在這里我們北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 可以用發(fā)光二極管亮的盞數(shù)來顯示水位的高低。所有時序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。表 　一部分溫度對應(yīng)值表溫度/℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示+125 0000 0111 1101 0000 07D0H+85 0000 0101 0101 0000 0550H+ 0000 0001 1001 0000 0191H+ 0000 0000 1010 0001 00A2H+ 0000 0000 0000 0010 0008H0 0000 0000 0000 1000 0000H 1111 1111 1111 0000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH55 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20 溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路張勝： 基于單片機(jī)的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時 DS18B20 的 1 腳接地，2 腳作為信號線，3 腳接電源。器件中還有一個計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時，DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測量。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃／LSB 形式表示。高速暫存 RAM 的第 8 字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1。該字節(jié)各位的定義如圖 所示。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 8 字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。DS18B20 的性能特點(diǎn)如下：●獨(dú)特的單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信；●多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；●無須外部器件；●可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ~；●零待機(jī)功耗；●溫度以 9 或 12 位數(shù)字；●用戶可定義報(bào)警設(shè)置；●報(bào)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；●負(fù)電壓特性，電源極性接反時，溫度計(jì)不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20 采用 3 腳 PR－35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。開漏單總線接口引腳。單片機(jī)輸出低電平時三極管導(dǎo)通，使數(shù)碼管的 4 各公共端 5 和 12腳為高電平，此時數(shù)碼管的數(shù)據(jù)端輸入低電平后數(shù)碼管被點(diǎn)亮，120 歐電阻 R12 到 R19 為三極管的限流電阻。 共陽共陰張勝： 基于單片機(jī)的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 還有一種比較常用的是四位數(shù)碼管，內(nèi)部的 4 個數(shù)碼管共用 a~dp 這 8 根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因?yàn)槔锩嬗?4 個數(shù)碼管，所以它有 4 個公共端，加上 a~dp，共有 12 個引腳，下面便是一個共陰的四位數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（共陽的與之相反）。這類數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陽極就是把所有 LED 的陽極連接到共同接點(diǎn) ，而每個 LED 的陰極分別為 a、b、c、d、e、f、g 及 dp（小數(shù)點(diǎn)） ；共陰極則是把所有 LED 的陰極連接到共同接點(diǎn) ，而每個 LED 的陽極分別為a、b、c、d、e、f、g 及 dp（小數(shù)點(diǎn)） ，如下圖所示。有源蜂鳴器直接接上額定電源就可以連續(xù)發(fā)聲，而無源蜂鳴器則和電磁揚(yáng)聲器一樣，需要接在音頻輸出電路中才能發(fā)聲。無源蜂鳴器工作的理想信號方波。有源蜂鳴器和無源蜂鳴器的差別主要差別為：有源蜂鳴器和無源蜂鳴器的根本區(qū)別是產(chǎn)品對輸入信號的要求不一樣；有源蜂鳴器工作的理想信號是直流電，通常標(biāo)示為VDC、 VDD 等。PWM 輸出口直接驅(qū)動是利用 PWM 輸出口本身可以輸出一定的方波來直接驅(qū)動蜂鳴器。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。壓電蜂鳴器片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。一、蜂鳴器主要分為（1）壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。鍵的閉合與否，反映在行線輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，如果高電平表示斷開的話，那么低電平則表示閉合，所以通過對行線電平的高低狀態(tài)的檢測，便可以確認(rèn)按鍵按下與否。按鍵電路本畢業(yè)設(shè)計(jì)的按鍵采用獨(dú)立式按鍵，是直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點(diǎn)是每個按鍵單獨(dú)占用一根 I/O 口線，每個按鍵的工作不會影響其它 I/O 口線的狀態(tài)。二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機(jī)、A/D、D/A 轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。在對 Flash 存儲器編程時，這條引腳接收 12V 編程電壓 Vpp。 程序存儲器允許信號。一般情況下，ALE 是振蕩器頻率的 6 分頻信號，可用于外部定時或時鐘。DISRTO 位的默認(rèn)狀態(tài)，是復(fù)位高電平輸出功能使能。表 P3 端口引腳與復(fù)用功能表端口引腳 復(fù)用功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（定時器 0 的外部輸入）北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 T1（定時器 1 的外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）表 （續(xù)） 復(fù)位輸入端。對端口寫“1”時，通過內(nèi)部的上拉電