【正文】 Kluwer Academic Publishers. 2004,30: 133–149． 25中國(guó)計(jì)量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）附錄A 下位機(jī)程序 ⑴初始化程序： void port_init(void) { PORTA = 0xFF。各種系統(tǒng)的適用條件，各種電子元件的選用，程序的編寫，我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。圖 溫度超過(guò)所設(shè)定的上限值 22中國(guó)計(jì)量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖 ，所顯示的軟件界面，此時(shí)狀態(tài)顯示“太低”，并且圖標(biāo)由原來(lái)的正常藍(lán)色變?yōu)椴徽５募t色，同時(shí)有聲音發(fā)出報(bào)警。點(diǎn)擊溫度曲線描繪按鈕，則開(kāi)始在溫度曲線坐標(biāo)系內(nèi)描繪溫度變化，點(diǎn)擊添加輔助線按鈕，可以添加紅色的輔助線，點(diǎn)擊上次測(cè)量曲線圖，則可以顯示上一次所描繪的溫度曲線。圖 上位機(jī)軟件的溫度顯示界面圖 ，溫度下限值和溫度上限值，狀態(tài)顯示“正?！?，則表示前溫度值在所設(shè)定的溫度下限和溫度上限之間。上位機(jī)響鈴可執(zhí)行程序是用 C編寫的，當(dāng)溫度超過(guò)所設(shè)定值時(shí)，上位機(jī)軟件就會(huì)調(diào)用響鈴可執(zhí)行程序，從而實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警。上位機(jī)軟件利用 Microsoft Visual Basic軟件的 Msm控件通過(guò)串口和單片機(jī)互傳數(shù)據(jù)，上位機(jī)應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)首先通過(guò)程序自動(dòng)將 Msm控件安裝到指定目錄，從而做好準(zhǔn)備工作。該應(yīng)用程序可以利用下位機(jī)的串口程序而改變單片機(jī)液晶屏上顯示的一些數(shù)據(jù)，如果溫度超限，上位機(jī)軟件和下位機(jī)的顯示屏都可以報(bào)警。串口通訊程序：實(shí)現(xiàn)下位機(jī)通過(guò)串口和 PC機(jī)進(jìn)行通訊，互傳數(shù)據(jù)。溫度傳感器 DS18B20的讀寫流程圖如圖 15中國(guó)計(jì)量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖 溫度傳感器 DS18B20的讀寫流程圖下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的方法，主要有主程序、鍵盤掃描以及按鍵處理程序、溫度測(cè)試采集程序、數(shù)碼管顯示程序，串口通訊程序等。這樣不但可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，而且可以有更好的人機(jī)對(duì)話界面。溫度數(shù)據(jù)表如表 3。光刻 ROM的作用是使每一個(gè) DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20的目的。計(jì)數(shù)器 1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器 1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2計(jì)數(shù)到 0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。DS18B20測(cè)溫原理如圖 。 ，以一線總線 串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳送 CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。 －55℃～＋125℃，在10～+85℃時(shí)精度為177。 元器件清單 硬件系統(tǒng)中所用元件如下表所示：表 1 元器件清單元件名稱封裝形式規(guī)格數(shù)量 電容0805 1uf 5 0805 9 0805 15pf 2 直插 16V/470uf 2 電阻 0805 12 0805 100歐姆 13 集成芯片直插 DIP40 ATMEGA16L8PU 1 DIP MAX232CPE 1 SOP20 HC244（中體） 1 DIP8 LM358或 HA17358 2 SOT223 1 TO252 IRLR014 1 貼片光偶 P181 1 其他元件整流橋 2W08或 2W10 1 無(wú)源晶振 8M 1 接插件 9芯串口 1 3296 10K三端電位器 2 66 小按鍵 5 IC插座 DIP40 1 IC插座 DIP16 1 IC插座 DIP8 2接插件雙排插針 1 接插件單排插針 1 接插件 5．08兩芯（綠色） 1 接插件 5．08四芯（綠色） 1 接插件 10芯插座（雙排） 1 接插件 25針并口頭（焊線式） 1 并口殼 1 9芯串口線 1 25芯并口線 1 液晶屏 RT1602 1 10 中國(guó)計(jì)量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3. DS18B20溫度傳感器 DS18B20的主要特性 ，電壓范圍：～，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。其中主要功能包括： 1) 3路 PWM輸出，8－16位可編程分辨率，適用于電機(jī)調(diào)速控制等 2) 3個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，2個(gè) 8位，1個(gè) 16位； 3) 8路 10位 ADC，可實(shí)現(xiàn) 0～5V單極性信號(hào)測(cè)量；采樣速率達(dá) 15Ksps，可實(shí)現(xiàn)大多數(shù)模擬式傳感器的信號(hào)測(cè)量； 4) 板載一個(gè)功率 NMOS管和一個(gè)光電耦合器，分別連接到單片機(jī)的一路 PWM輸出和一路計(jì)數(shù)器，可直接實(shí)現(xiàn)小功率直流電機(jī)的調(diào)速和轉(zhuǎn)速測(cè)量； 5) 具有標(biāo)準(zhǔn) RS232的通訊接口，方便和 PC機(jī)進(jìn)行通訊控制； 6) 具備液晶顯示器和鍵盤操作接口； 7) 具備 ISP在線編程調(diào)試功能，編程軟件可選匯編或 C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)軟件； 開(kāi)發(fā)板硬件原理圖： ISP下載線如圖 ，開(kāi)發(fā)板的電路原理圖見(jiàn)圖 ，ISP下載線的 PCB板中標(biāo)“ *”號(hào)的電阻均為 Ω，其余電阻為 100歐。硬件和軟件的總體設(shè)計(jì)內(nèi)容：選用 Atmel公司的 AVR型單片機(jī) Atmega16為核心的單片機(jī)開(kāi)發(fā)板和 4中國(guó)計(jì)量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）DS18B20數(shù)字溫度傳感器等一些其他元器件進(jìn)行硬件的焊接，調(diào)試電路，對(duì)選用的單片機(jī)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)的功能，下位機(jī)使用 RS232通信口，通過(guò)串口設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)與 PC機(jī)的串口通訊，在上位機(jī)中實(shí)現(xiàn)溫度顯示、上下限設(shè)定和報(bào)警功能，并可以對(duì)一段時(shí)間內(nèi)采集到的溫度值進(jìn)行圖象處理，從而反映出溫度變化過(guò)程。溫度傳感器的選擇：數(shù)字式傳感器與模擬傳感器相比，由于采取高集成度設(shè)計(jì)和數(shù)字化處理，在可靠性、抗干擾能力以及器件微小化方面都有明顯的優(yōu)點(diǎn)。與其他單片機(jī)相比，它具有高可靠性、功能強(qiáng)、高速度、低功耗和低價(jià)位，在單片機(jī)市場(chǎng)中占據(jù)很大地位。被測(cè)溫度信號(hào)從敏感元件接收的非電量到轉(zhuǎn)換為微處理器可處理的數(shù)字信號(hào)，環(huán)節(jié)較多，而且模擬信號(hào)在長(zhǎng)距離傳輸?shù)倪^(guò)程中，受到的干擾較多，誤差較大。后者讓組件在使用單電源的情形下就能對(duì)負(fù)溫度值進(jìn)行監(jiān)測(cè)。AVR單片機(jī)具有多個(gè)系列，包括 ATtiny、AT90、ATmega。AVR單片機(jī)采用低功率、非揮發(fā)的 CMOS工藝制造，除具有低功耗、高密度的特點(diǎn)外，還支持低電壓的聯(lián)機(jī) Flash， EEPROM寫入功能。 AVR單片機(jī)吸收了 DSP雙總線的特點(diǎn)，采用 Harvard總線結(jié)構(gòu)，因此單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是分離的，并且可對(duì)具有相同地址的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行獨(dú)立的尋址。 RISC（精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)）是相對(duì)于 CISC（復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)）而言的。它曾被譽(yù)為設(shè)計(jì)得最成功的 8位 MPU（微處理器），被首先以單板機(jī)的形式引于國(guó)內(nèi)，國(guó)內(nèi)早期對(duì)其開(kāi)發(fā)應(yīng)用十分廣泛，因此，軟件資源十分豐富為其極大的優(yōu)勢(shì)。此系列產(chǎn)品均為內(nèi)置 ROM（OTPROM 2中國(guó)計(jì)量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）及 EPROM）型，不可在芯片外再擴(kuò)充程序存儲(chǔ)器，由于一次性可編程（OTP） ROM型芯片價(jià)格便宜，芯片封裝精巧（DIP或 SOP型），大大降低了成本，加之指令集易學(xué)習(xí)，入門較容易，再由多家廠商強(qiáng)力引導(dǎo)市場(chǎng)，使用日漸廣泛。 MCS51系列單片機(jī)無(wú)論是片內(nèi) RAM容量，I/O口功能，系統(tǒng)擴(kuò)展能力，還是指令系統(tǒng)和 CPU的處理功能都非常強(qiáng)。由于溫度測(cè)控系統(tǒng)平臺(tái)基于單片機(jī)MCU，同時(shí)還具有自帶的眾多功能模塊，通過(guò)串行口與微機(jī)PC通訊，所以既可以作為獨(dú)立的智能儀表或控制器使用，又可以與上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，構(gòu)成功能更強(qiáng)大的集散控制系統(tǒng)。兩者互為補(bǔ)充，又互為支持。③純數(shù)字設(shè)備要求的數(shù)字信號(hào)，如與上位機(jī)進(jìn)行通訊的RS23RS485串行口、微型打印機(jī)等常規(guī)外設(shè)，某些數(shù)字式執(zhí)行裝置（步進(jìn)電機(jī)及數(shù)顯裝置）以及某些數(shù)字式檢測(cè)裝置（光電碼盤，數(shù)字流量計(jì)等）。軟硬件平臺(tái)技術(shù)，正是在軟硬件綜合設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，考慮到單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的獨(dú)特性及其在大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中的相似性，以一種通用的硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)快速有效的綜合設(shè)計(jì)。功能強(qiáng)大的各種單片機(jī)的確減輕了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的工作量，但它存在兩個(gè)問(wèn)題：其一，在選定單片機(jī)過(guò)程中沒(méi)有考慮軟硬件的綜合設(shè)計(jì)，即只考慮了硬件的方便性，沒(méi)有考慮與之相應(yīng)的軟件，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期中，硬件與軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程分離且相互獨(dú)立，在系統(tǒng)集成前沒(méi)有交互作用；其二，在硬件選擇過(guò)程中，沒(méi)有考慮系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期及成本，往往需要購(gòu)買專用的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)及編程器，開(kāi)發(fā)人員還要花費(fèi)一定的時(shí)間熟悉指令和仿真器，延長(zhǎng)開(kāi)發(fā)周期。在石化產(chǎn)業(yè)、人員稠密的商場(chǎng)、高層建筑中，火災(zāi)隱患不斷增加，嚴(yán)重威脅人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，而火災(zāi)報(bào)帶系統(tǒng)通常將溫度測(cè)量作為現(xiàn)場(chǎng)溫度連續(xù)監(jiān)測(cè)的主要指標(biāo)。溫度測(cè)量的重要性可以在科學(xué)研究和日常生活中隨處可見(jiàn)，在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中起著舉足輕重的作用。25附錄 A 下位機(jī)程序15 13 11 9 7 Ⅲ Ⅰ目次6 10 14 15 19 47 III1. 緒論 引言溫度是測(cè)量科學(xué)和工業(yè)過(guò)程控制中最重要的幾個(gè)測(cè)量參數(shù)之一。電力系統(tǒng)中的資料介紹，電力系統(tǒng)設(shè)備的故障相當(dāng)一部分是由于某些部位溫度過(guò)高引起的，因此，如何對(duì)電氣設(shè)備關(guān)鍵部位施行溫度在線監(jiān)測(cè)也成為電力系統(tǒng)高壓設(shè)備維修策略中探討的主題之一。市場(chǎng)上出現(xiàn)了很多型號(hào)的單片機(jī)和相應(yīng)的外圍模塊化產(chǎn)品，尤以 8051系列和AVR單片機(jī)最為流行。為此，要在開(kāi)發(fā)周期和費(fèi)用的限制下設(shè)計(jì)完整的控制系統(tǒng)，需要采用軟硬件綜合設(shè)計(jì)的方法。②反映生產(chǎn)過(guò)程工況和驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)控制裝置的模擬量信號(hào)，如模擬量輸入的重量、流量、轉(zhuǎn)速、壓力、料位、成分等，模擬量輸出的連續(xù)調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)閥，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，它們都是一些隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬量。平臺(tái)技術(shù)綜合應(yīng)用軟硬件技術(shù)，力圖綜合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的大多數(shù)測(cè)控系統(tǒng)的主要部分，將數(shù)字信號(hào)輸入、模擬信號(hào)輸入、 A/D多路轉(zhuǎn)換、開(kāi)關(guān)量輸出、模擬量輸出、鍵盤、數(shù)碼管顯示、與上位機(jī)通訊、看門狗電路、FLASH存儲(chǔ)等硬件部分綜合成一個(gè)硬件平臺(tái)；依據(jù)該硬件平臺(tái)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的鍵盤輸入模塊、數(shù)碼管顯示模塊、 A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字量輸入 /輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、與上位機(jī)通訊模塊等，并由這些模塊綜合成一個(gè)通用軟件平臺(tái)。②實(shí)時(shí)性好。它具有體積小，功能全，價(jià)廉，面向控制，應(yīng)用軟件豐富，技術(shù)在不斷更新，開(kāi)發(fā)應(yīng)用方便等優(yōu)點(diǎn)，可以適應(yīng)各個(gè)領(lǐng)域的不同需要，因而具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。采用 RISC（精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）技術(shù)，應(yīng)用范圍廣，通用性強(qiáng)。 3. Z8系列單片機(jī)采用 Z80兼容指令集。高可靠性、功能強(qiáng)、高速度、低功耗和低價(jià)位，在單片機(jī)市場(chǎng)中占據(jù)很大地位。由于 AVR采用了 RESC的這種結(jié)構(gòu)，使 AVR系列單片機(jī)都具備了 1MIPS/MHz（百萬(wàn)條指令每秒/兆赫茲）的高速處理能力。 片機(jī)都具備在線編程接口，其中的 ATMega系列還具備 JTAG仿真和下載功能；都含有片內(nèi)看門狗電路、片內(nèi)程序 Flash、同步串行接口 SPI；多數(shù) AVR單片機(jī)還內(nèi)嵌了 AD轉(zhuǎn)換器、EEPROM、摸擬比較器、PWM定時(shí)計(jì)數(shù)器等多種功能； AVR片機(jī)的 I/O接口具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，灌電流可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、LED等器件，從而省去驅(qū)動(dòng)電路，節(jié)約系統(tǒng)成本。對(duì)單片機(jī)用高級(jí)語(yǔ)言編程可 3中國(guó)計(jì)量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）很容易地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)移植，并加快軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程。 AVR單片機(jī)共分為三個(gè)系列：低檔：ATtiny中檔：AT90高檔：ATmega 溫度傳感器有模擬傳感器和數(shù)字傳感器兩種 1. 模擬溫度傳感器：有多種輸出形式（絕對(duì)溫度、攝氏溫度和華氏溫度）以及電壓偏移值。 2. 數(shù)字溫度傳感器：對(duì)于更緊密控制能力、更高精度和更大分辨率的需求帶動(dòng)了數(shù)字溫度傳感器的發(fā)展。單片機(jī)的選擇： AVR單片機(jī)是 Atmel公司 1997年推出的 RISC單片機(jī)。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 1MIPS/MHz，從而可以