【文章內(nèi)容簡介】 時鐘輸出 A/D 轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu) STC12C5A60AD/S2 系列帶 A/D 轉(zhuǎn)換的單片機的 A/D 轉(zhuǎn)換口在 P1 口，有 8 路 10 位高速 A/D 轉(zhuǎn)換器，速度可達到 250KHz（ 25 萬次 /秒）。 8 路電壓輸入型 A/D，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。上電復(fù)位后 P1 口為弱上拉型 IO 口，用戶可以通過軟件設(shè)置將 8 路中的任何一路設(shè)置為 A/D 轉(zhuǎn)換，不須作為 A/D 使用的口可繼續(xù)作為 IO 口使用。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 單片機 ADC 由多路開關(guān)、比較器、逐次比較寄存器、 10 位 DAC、轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器以及 ADC_CONTER 構(gòu)成。 該單片機的 ADC 是逐次比較型 ADC。主次比較型 ADC 由一個比較器和 D/A 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，通過逐次比較邏輯，從最高位（ MSB）開始，順序地對每一輸入電壓與內(nèi)置 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出進行比較，經(jīng)過多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量逐次逼近輸入模擬量對應(yīng)值。逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器具有速度高，功耗低等優(yōu)點。 需作為 AD 使用的口先將 P1ASF 特殊功能寄存器中的相應(yīng)位置為 ?1?，將相應(yīng)的口設(shè)置為模擬功能。 167。 溫度傳感器（ DS18B20） DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)９～１２位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 DS18B20 的性能特點如下： ●獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信； ●多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能； ●無須外部器件； ●可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ~； ●零待機功耗； ●溫度以 9 或 12 位數(shù)字； ●用戶可定義報警設(shè)置； ●報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器 件； ●負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電擦除的 EERAM。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 4 所示。頭 2 個字節(jié)包含測得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié) TH 和 TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第 5 個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。 DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖 32 所示。低 5 位河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 一直為 1， TM 是工 作模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式， DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為 0，用戶要去改動， R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。 TM R1 1R0 1 1 1 1 .... 圖 32 DS18B20 字節(jié)定義 由表 1 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。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。 高速暫存 RAM 的第 8 字節(jié) 保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1。第 9 字節(jié)讀出前面所有 8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。 當 DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 2字節(jié)。單片機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。 當符號位 S＝ 0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當符號位 S＝ 1 時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。 表 31 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換時間表 溫度 LSB 溫度 MSB TH 用戶字節(jié) 1 TL 用戶字節(jié) 2 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 R0R1000101119101112分辨率/位 溫度最大轉(zhuǎn)向時間/ms93 .7518 37 575 0.... DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與 RAM 中的 TH、 TＬ字節(jié)內(nèi)容作比較。若 T＞ TH 或 T＜ TL，則將該器件內(nèi)的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只 DS18B20 同時測量溫度并進行報警搜索。 在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（ CRC）。主機ROM 的前 56 位來計算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比較，以判斷主機收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。 DS18B20 的測溫原理是這這樣的 ,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩 頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器 2 的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當計數(shù)門打開時， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將－ 55℃ 所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 溫度寄存器中，計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃ 所對應(yīng)的一個基數(shù)值。 減法計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器１的預(yù) 置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，減法計數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(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。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)器門未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初使化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖） → 發(fā) ROM 功能命令 → 發(fā) 存儲器操作命令 →處理數(shù)據(jù)。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 167。 PL2303HX 簡介 PL2303 是 Prolific 公司生產(chǎn)的一種高度集成的 RS232USB 接口轉(zhuǎn)換器，可提供一個 RS232 全雙工異步串行通信裝置與 USB 功能接口便利聯(lián)接的解決方案。 該器件內(nèi)置 USB 功能控制器、 USB 收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調(diào)制解調(diào)器控制信號的 UART，只需外接幾只電容就可實現(xiàn) USB 信號與 RS232 信號的轉(zhuǎn)換，能夠方便嵌入到手持設(shè)備。 該期間作為 USB/RS232 雙向轉(zhuǎn)換器，一方面從主機接受 USB 數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為 RS232 信息流格式發(fā)送給外設(shè)；另 一方面，從 RS232 外設(shè)接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 USB 數(shù)據(jù)格式傳送回主機。這些工作全部由器件自動完成，開發(fā)者無需考慮固件設(shè)計。 通過利用 USB 塊傳輸模式，利用龐大的數(shù)據(jù)緩沖器和自動流量控制，PL2303HX 能夠?qū)崿F(xiàn)更高的吞吐量比傳統(tǒng)的 UART（通用異步收發(fā)器）端口，高達 115200bps 的波特率可用于更高的性能使用。 167。 硬件電路圖設(shè)計 167。 主板電路 系統(tǒng)整體硬件電路包括，溫度檢測電路， LED 燈控制電路，開關(guān)輸入檢測電路，串 行通訊接口電路，單片機主板電路等，如圖 33 所示。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 33 系統(tǒng)主板電路 167。 溫度檢測電路 溫度檢測電路包括滑動變阻器 2 個，以及 A/D 轉(zhuǎn)換。而單片機STC12C5A60S2 可以在其內(nèi)部進行 A/D 轉(zhuǎn)換，如圖 34 所連 P1 口為 A/D 轉(zhuǎn)換 接口。前面介紹了溫度傳感器，為了方便期間，可將溫度傳感器傳來的數(shù)據(jù)簡化為電壓值，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換傳入上位機中。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 圖 34 溫度檢測電路 167。 鍵盤電路 鍵盤電路設(shè)計采用 8 個獨立按鍵來對應(yīng) 8 個 LED 燈， S1~S8 對應(yīng) L1~L8，電路原理圖如圖 7 所示。按鍵連在單片機上的 ~ 引腳。 圖 35 鍵盤電路 167。 LED 燈控制電路 LED 燈一共八個，分別是白色、黃色、綠色和紅色各兩個。它們連在 P2引腳上。用來對實現(xiàn)上位機與下位機通信做一個直觀的控制顯示。 圖 36 LED 燈控制電路 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 167。 串口通信電路 串口通信電路采用的是 USB 接口與上位機通信。 USB 是英文 Universal Serial BUS 的縮寫， 中文含義是 “通用串行總線 ”。 它不是一種新的總線標準，而是應(yīng)用在 PC 領(lǐng)域的接口技術(shù)。 USB 是在 1994 年底由 英特爾 、 康柏 、 IBM、 Microsoft 等多家公司聯(lián)合提出的。 USB 是一個外部總線標準 ，用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊。 USB 接口支持設(shè)備的即插即用和熱插拔功能。除此之外，電路中用到了上文提到的 PL2303 轉(zhuǎn)換器，引腳 TXD 接單片機 RXD 引腳，而 PL2303 的 RXD 引腳接單片機 TXD 引腳。 圖 37 串口通信電路 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 167。 單片機接口程序設(shè)計 單片機接口程序采用 C51 語言編寫，這是專門為 51 系列單片機設(shè)計的高效率 C 語言編譯器，符合 ANSI 標準，生成的程序代碼運行速度極高，所需要的存儲器空間極小，匯編語言更簡單易用。接口程序編寫時，首先進行串 口的初始化，即在 SCON 寄存器中賦值 050H，將波特率設(shè)置為 9600，用定時器 1 產(chǎn)生波特率，串口工作在方式 2。 下面為串口通信 程序流程圖 。 圖 41 下位機串口通信流程圖 只有上位機能夠主動發(fā)命令。也就是說在下位機接收到上位機的命令后 ,才進行發(fā)數(shù)據(jù)或進行相關(guān)的動作 ,它不能主動向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)。單片機在接收到上位機的數(shù)字后 ,返回這個數(shù)字，并由 PC 顯示出來。數(shù)字的起始符是數(shù)字 00，結(jié)束符是數(shù)字 FF。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 167。 串口設(shè)置及 HMI 設(shè)計 167。 VISA 簡介 虛擬儀器軟件體系 結(jié)構(gòu)（ VISA， Virtual Instrument Software Architecture），采用通用的 I/O 口標準，具有與儀器硬件接口和具體計算機無關(guān)的特性，即VISA 是面向器件功能，而不是面向接口總線的，在控制 VXI， GPIB,RS232等儀器時，不必考慮接口總線類型。 167。 串口通訊函數(shù) 本章節(jié)用到的主要串口通訊調(diào)用函數(shù)為： Functions InstrumentI/O VISA Advanced Interface Specific Serial。 該函數(shù)主要用于串口的初始化，其主要參 數(shù)的意義如下： VISA resource name： VISA 資源名稱，在這里指串口號； Baund rate：波特率，默認為 9600； Data bits：一幀信息中的位數(shù)， LabVIEW 中允許 5~8 位數(shù)據(jù)，默認值為 8位； Stop bits：一幀信息中的停止位的位數(shù)，可為 1 位、 1 位半或 2 位； Parity：奇偶校驗設(shè)置?？芍^無校驗、奇校驗或偶校驗； Flow c