【正文】 復位電路一般有上電復位、手動開關復位、自動復位等 幾種復位形式形式，一般單片機系統(tǒng)模塊中復位電路由上電復位和手動開關復位組成，上電復位是單片機上電后 RST 引腳瞬間獲得高電平，隨著電容 C 充電完成后形成短路，復位引腳電平開始下降最終由高電平變?yōu)榈碗娖?，實現(xiàn)復位動作，復位變?yōu)榈碗娖綍r，單片機開始執(zhí)行程序，振蕩與復位電路如圖37 所示 [15]。 圖 35 硬件結構圖 LCD 顯示 DS18B20 溫度傳感 器 電 源 電 路 復 位 電 路 時鐘振蕩電路 89C52 16 DS18B20 與單片機接口電路 溫度傳感器 DS18B20 芯片數(shù)據(jù)端 2 引腳連接到單片機的 引腳，向單片機傳送溫度測量值， 1 引腳接地， 3 引腳和數(shù)據(jù)端 2 引腳之間接一個電阻后接電源 VCC，外接電阻主要是限流作用，防止電流過大燒毀傳感器，同時這樣實現(xiàn)對溫度的檢測，具體如圖 36 所示 [13]。步進電機驅動模塊采用 ULN2020A 驅動芯片，接五相四線步進馬達，接口引出，也可以實現(xiàn) PWM 脈沖控制 電機。停止位進行幀結束的停止位數(shù)量，奇偶校驗位進行傳輸數(shù)據(jù)校驗。 圖 34 CH340G 通訊結構圖 CH340 芯片內置上拉電阻， UD+和 UD分別連接至 USB 總線上，配置電源上電復位電路， XI 和 XO 引腳外接 12MHZ 晶體振動器，為芯片提供 12MHZ 時鐘信號， TXD 引腳和 RXD 引腳負責進行數(shù)據(jù)傳輸。 串口通訊 串口通信是外設和計算機間，通過數(shù)據(jù)信號線、地線、控制線等，按位進行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。 圖 31 系 統(tǒng)硬件構成示意圖 A/D 和 D/A 模塊 設計 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計包括硬件和軟件兩大部分，硬件主要是獲取現(xiàn)實環(huán)境的被測信號，為信號采集與控制提供物理傳輸通道，軟件用來控制測試環(huán)境的數(shù)據(jù)采集、處理、分析、顯示等物理功能，通過不同的軟件實現(xiàn)不同虛擬儀器功能，測試系統(tǒng)結構如圖 32 所示。 表 21 DS18B20 采樣值與溫度關系 二進制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 十進制 0 0 1 1 2 3 3 4 5 5 6 6 7 8 8 9 表 22 DS18B20 采樣值與溫度關系 二進制采樣值 十六進制表示 十進制溫度 / ℃ 0000 0111 1101 0000 07D0H +125 0000 0001 1001 0001 0191H + 0000 0000 0000 0000 0000H 0 1111 1110 0110 1111 FE6FH 1111 1100 1001 0000 FC90H 55 例如： 07D0H 7DH=125 溫度值 125℃ ； 0191H 19H=25 1*= 溫度值 ℃ ； 0000H 溫度值為 0； FE6FH 1110 0110 1111 取補為 0001 1001 0001 (91H） 溫度值為 ℃ ； FC90H 1100 1001 0000 取補為 0011 0111 0000（ 370H） 37H=55 溫度值為 55℃ 。 圖 25 DS18B20 測溫內部結構圖 測試參數(shù)分析 DS18B20 檢測完溫度后，溫度值通過符號擴展的二進制補碼（ 16位）形式寄存于高速存儲器 MSB 和 LSB 對應字節(jié)中，讀取出的二進制必須先轉換成十進制值，才能用于字符的顯示， DS18B20 的轉換精度通過設置配置寄存器 D6D5 位獲得，為了提高精度設置為 7FH,對應分辨率 12位，對應轉換時間 750ms。計數(shù)器 1 和溫度寄存器預置為 55℃ 時對應相應基數(shù)值，計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振發(fā)出的固定頻率脈沖信號進行減法計數(shù)處理，計數(shù)器 1 預設值減至 0 時且門電路未關閉，則溫度寄存器的值將 +1（溫度高于 55℃ ），同 時計數(shù)器 1 的預設值將被重新裝入開始新一輪采集低溫度系數(shù)晶振發(fā)出的固定頻率脈沖信號，循環(huán)至計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值累加，溫度寄存器值為所測溫度，電路對振蕩器的溫度系數(shù)進行補償，斜率累加器補償和修正測溫過程中的非線性信號量，其輸出用于修正計數(shù)器 1 的預設值，測溫內部結構圖如圖 25 所示。 圖 23 XPT2046 模擬輸入特性 9 方案確定 綜合兩種 傳感器 器件，在采集溫度功能上，兩個傳感器均可以實現(xiàn)，在實驗初期采用 DS18B20 進行數(shù)據(jù)采集，簡單方便、測量準確性高， 測試原理雷同采用 A/D、 D/A 轉換模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，權衡比較 最終選擇了DS18B20 作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集傳感器。 圖 22 DHT11 結構圖 XPT2046 介紹 XPT2046 作為 AD、 DA 轉換芯片，采用 逐步逼近型 A/D 轉換器，內置溫度檢測電路、參考電壓源，外置外部時鐘，分為單端模式、差分模式。 圖 21 DS18B20 結構圖 DHT11 介紹 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器采用數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，包括電阻式感濕元件和 NTC 測溫元件，與高性能 8 位單片機連接。傳感器和變換器組合測量被測環(huán)境的物理信號量，并將模擬物理信號量轉換為電信號；信號調理設備可以對采集到的電信號進行加工，使采集到的模擬物理信號量適合數(shù)據(jù)采集卡的需求；計算機通過數(shù)據(jù)采集卡等獲得測量數(shù)據(jù)，軟件控制著整個測量系統(tǒng)，負責對采集到的原始數(shù)據(jù)處理分析，并將最后結果表示成容易理解的方式，例如圖表、波形圖等。在工程過程中，為了準確地捕捉信號信息，會通過信號濾波器對信號進行信號濾波處理，并提高采用頻率倍數(shù)，縮小采樣頻率周期。采集信號的目的主要是測量電壓、電流、溫度、壓力、聲音等物理信息量，并將采集的信號信息傳輸?shù)叫盘柼幚砟K進行信號處理，信號處理結果上傳至系統(tǒng)控制中心，控制中心根據(jù)采集信號做出相應的決策。該設計中將溫度作為主要采集對象，溫度傳感器 DS18B20 作為溫度采集器件，通過下位機將采集到的數(shù)據(jù)顯示出來并傳送到上位機進行處理分析。 隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，企業(yè)技術升級步伐也不斷提速，先進虛擬設備需求表現(xiàn)尤為強勁，再加上我國個人計算機業(yè)務的快速發(fā)展，為虛擬儀器發(fā)展奠定了技術基礎。在企事業(yè)單位中，也涌現(xiàn)了一批研究和從事虛擬儀器的公司和學校。從服務對象而言，傳統(tǒng)獨立儀器己遠遠不能勝任大數(shù)量、高質量的信 息采集要求。 在國外高校和研究所，虛擬儀器運用也極其廣泛，在麻省理工、加州大學伯克利分校、伊利諾伊大學、弗吉尼亞理工、德州大學奧斯汀分校、卡內基梅隆大學等美國高等工程院校均將虛擬儀器技術的教學列入正常的教學計劃當中，相應學科有電氣、自動化、通信、醫(yī)學、機械、土木等，教學和研究成果頗豐。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止到 1994 年虛擬儀器生產(chǎn)合作廠商達到 90 余家， 生產(chǎn) 1000 多種各式產(chǎn)品。 第三階段：虛擬儀器框架最終確定與成熟。 根據(jù)虛擬儀器發(fā)展過程，虛擬儀器發(fā)展大致經(jīng)歷了三個發(fā)展階段 [8]： 第一階段 :傳統(tǒng)意義上的利用計算機增強虛擬儀器功能。為了進一步提高測試系統(tǒng)，以杰夫 ?科多斯基為首的工程師們于 1986 年通過 NI 公司推出了基于蘋果機環(huán)境下著名的圖形化編程工具 LabVIEW[6]。微機及數(shù)字信號處理器運算速度提升實現(xiàn)了實時控制要求，利用通用計算機來管理儀器、組建儀器系統(tǒng)，進而完成傳統(tǒng)儀器需要實現(xiàn)的功能。而采用虛擬儀器技術僅需采購必要的通用數(shù)據(jù)采集硬件來完成自己的儀器系統(tǒng)設計。傳統(tǒng)意義上的儀器一般都由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理、人機交互和顯示等幾個基本部分組成，如果測試環(huán)境、測試物理量等發(fā)生變更則需要 進行儀器整體變更設計，增加了產(chǎn)品成本。在上世紀 90 年代，由美國 NI 公司提出了新概 念 —虛擬儀器，標志著測量技術向一個新的方向轉變。另外，在大 部分溫度控制系統(tǒng)環(huán)境中，增溫要比降溫實現(xiàn)方法簡單。因此，溫度數(shù)據(jù)采集作為系統(tǒng)采集參數(shù)具有現(xiàn)實意義。 虛擬儀器介紹 ............................................................................................2 虛擬儀器技術發(fā)展現(xiàn)狀 ............................................................................3 國外發(fā)展情況 .....................................................................................3 國內發(fā)展情況 .....................................................................................4 本文主要研究內容 ....................................................................................5 第 2 章 系統(tǒng)方案設計 .........................................................................................6 設計任務 ....................................................................................................6 方案選擇 ....................................................................................................6 DS18B20 介紹 .....................................................................................7 DHT11 介紹 .........................................................................................7 XPT2046 介紹 .....................................................................................8 方案確定 ....................................................................................................9 DS18B20 測溫原理 .............................................................................9 測試參數(shù)分析 ...................................................................................10 本章小結 .................................................................................................. 11 第 3 章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設計 .......................................................................12 A/D 和 D/A 模塊設計 ..............................................................................12 串口通訊 ..................................................................................................13 單片機最小系統(tǒng)介紹 ..............................................................................14 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要電路 ...................................................................15 DS18B20 與單片機接口電路 ...........................................................16 振蕩與復位電路 .......................................................