【文章內(nèi)容簡介】 片機(jī)的 P0口相連實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸， 1 1腳為液晶的背光控制腳，分別接到電源和地 [9] 。 系統(tǒng)報警提示部分電路分析 系統(tǒng)報警指示電路由聲光報警兩種方式實現(xiàn)，聲音報警由單片機(jī)控制壓電式有源蜂鳴器來實現(xiàn)聲音的報警指示，蜂鳴器報警部分電路由 PNP 三極管 9012 驅(qū)動蜂鳴器來實現(xiàn)，單片機(jī) IO口控制三極管的基極，當(dāng)單片機(jī)的 IO口輸出為低電平時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的正極與電源接通，蜂鳴器通電發(fā)出報警聲，當(dāng)單片機(jī) IO 口輸出高電平時，三極管截止，蜂鳴器停止報警。蜂鳴器報警指示電路如圖 36 所示。 圖 36報警指示電路 光源報警由單片機(jī)控制 LED 指示燈來實現(xiàn)，其控制原理為當(dāng)控制 LED 的單片機(jī)端口賦低電平時， LED 點亮，賦高電平時 LED 熄滅。其應(yīng)用電路如圖 37 所示。 圖 37 LED報警指示電路 電阻 R R R R11 實現(xiàn)限流作用，保證 LED 在正常工作電流范圍內(nèi)點亮，避免 LED過流燒壞。 系統(tǒng)按鍵設(shè)置部分電路分析 按鍵設(shè)置部分采用獨(dú)立式按鍵。 K1 是 4 路輸出選擇按鍵， K2 是上下限溫度調(diào)節(jié)選擇鍵，按下可分別對溫度的上下限進(jìn)行設(shè)定， K3為溫度值加 1按鍵， K4為溫度減 1鍵，它們分別與單片機(jī)的 到 口相連。當(dāng)某一按鍵按下時，相應(yīng)的 I/O 線變?yōu)榈碗娖?，這樣通過鍵盤上的高低電平來檢測有無按鍵被按下，從而讀入相應(yīng)的 數(shù)值。按鍵設(shè)置電路如圖 38所示。 圖 38 系統(tǒng)按鍵設(shè)置電路 3． 3 系統(tǒng)硬件電路繪制與 PCB 線路板制作 Protel99SE 軟件介紹 本文在硬件電路的設(shè)計過程中，原理圖和 PCB 的繪制采用 Protel99SE 軟件，Protel99SE 是應(yīng)用于 各個 操作系統(tǒng)下的 EDA設(shè)計軟件 ，該軟件以其簡單易操作的優(yōu)勢一直以來備受電子工程師的喜愛，因而也成了很多高校電子相關(guān)專業(yè) EDA工具的必選課程。 系統(tǒng)原理圖繪制與印刷線路板制作 采用 Protel99SE 軟件繪制原理圖和 PCB 的主要步驟如下 所述： 1. 建立系統(tǒng)所需原件庫； 2. 加載所建原件庫到工程項目中； 3. 在原理圖頁面中放置所需元器件并按照電氣性能連接各元件； 4. 建立原件封裝庫并加載到工程文件中； 5. 繪制好電路后進(jìn)行 ERC電氣檢測，并生成網(wǎng)絡(luò)表； 6. 在工程中建立 PCB 文件，導(dǎo)入生成的網(wǎng)絡(luò)表； 7. 按照網(wǎng)絡(luò)飛線提示繪制 PCB，最后完成 DRC 檢測 [13]。 按照如上步驟最終完成繪制的 電路圖與 PCB 線路板圖分別如圖 39 與 310 所示。 圖 39 系統(tǒng)原理圖 圖 310 系統(tǒng) PCB 印刷線路板圖 4 系 統(tǒng)軟件設(shè)計分析 4． 1 系統(tǒng)軟件編程環(huán)境介紹 系統(tǒng)軟件設(shè)計采用 C語言編程，編譯環(huán)境為 keil。 keil c51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，和匯編相比， C 在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。 Keil c51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 keil c51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 Keil C51 可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件，然后分別有 C51 及 A51 編輯器編譯連接生成單片機(jī)可執(zhí)行的二進(jìn)制文件（ .HEX），然后通過單片機(jī)的燒寫軟件將 HEX 文件燒入單片機(jī)內(nèi)。 軟件主要三個方面：一是初始化系統(tǒng)；二是按鍵檢測；三是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理并進(jìn)行顯示。這三個方面的操作分別在主程序中來進(jìn)行。程序采用模塊化的結(jié)構(gòu)，這樣程序結(jié)構(gòu)清楚，易編程和易讀性好，也便于調(diào)試和修改。 4． 2 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)功能要求 系統(tǒng)軟件要實現(xiàn)的功能如下： 完 成 4路溫度的采集及傳感器與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸與處理 ； 利用 LCD 液晶顯示屏顯示 4 路溫度數(shù)據(jù)和各路溫度設(shè)定的上下限范圍 。 按鍵調(diào)節(jié)功能；要軟件實現(xiàn) 4 個按鍵的調(diào)節(jié)功能，第一個按鍵 實現(xiàn)溫度顯示路數(shù)的切換 ；第二個按鍵是溫度上下限的選擇按鍵；第三個按鍵是溫度上升按鈕以 1℃步進(jìn)增加；第四個按鍵是溫度減小鍵，每按下一次以 1℃遞減。 當(dāng)溫度超過設(shè)定的溫度范圍時進(jìn)行聲光報警； 當(dāng)溫度低于設(shè)定值時 LED 發(fā)光報警同時蜂鳴器鳴笛提示，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時蜂鳴器鳴笛提示同時繼電器打開閥門，風(fēng)扇控制電路接通，風(fēng)扇自動打開以及 時降低溫度，當(dāng)溫度降到設(shè)定范圍內(nèi)時閥門自動斷 開。 4． 3 系統(tǒng)主程序流程圖 系統(tǒng)主程序完成 采集到的溫度數(shù)據(jù)處理及溫度值與設(shè)定值之間的比較等功能，具體軟件實現(xiàn)流程圖如圖 41所示。 開始 系統(tǒng)初始化 顯示當(dāng)前路數(shù)溫度值及設(shè)定參數(shù) 是否有按鍵按下？ 顯示當(dāng)前路數(shù)溫度值及設(shè)定參數(shù) 執(zhí)行按鍵處理 否 是 當(dāng)前溫度是否超出設(shè)定范圍 否 是 報警提示，輸出控制 溫度是否回到設(shè)定范圍？ 否 是 圖 41 4． 4 系統(tǒng)溫度采集的實現(xiàn) 系統(tǒng)溫度采集傳感器 DS18B20 工作過程中的協(xié)議如下： （ 1）初始化 —— （ 2） ROM 操作命令 —— （ 3）存儲器操作命令 —— （ 4）處理數(shù)據(jù) DS18B20 初始化時序 DS18B20 時序如圖 42 所示。主機(jī)總線發(fā)送復(fù)位脈沖（最短為 480μ S，最高時間為960μ S 的低電平信號），接著再釋放總線（置總線為高電平）并進(jìn)入接收狀態(tài)。 DS18B20在檢測到總線的上升沿后等待 15— 60μ S 發(fā)出器件存在脈沖（低電平持續(xù) 60— 240μ S）。初始化程序如下所示： void DS18b20_reset(void) { bit flag=1。 while (flag) { while (flag) { DQ = 1。 delay(1)。 DQ = 0。 delay(50)。 // 550us DQ = 1。 // delay(6)。 // 66us flag = DQ。 // presence=0繼續(xù)下一步 } delay(45)。 //延時 500us flag = ~DQ。 } DQ=1。 } 圖 42 DS18B20初始 化時序圖 此初始化程序功能為：檢測 DS18B20是否存在，如存在，將位地址 38H置 1；如不存在，將位地址 38H 清零。 單片機(jī)主動釋 放 60240μ S 1560μ S 480960μS DS18B20 寫時序 單片機(jī)寫 DS18B20 的時序如圖 43所示，當(dāng)主機(jī)總線從高拉至低電平時就產(chǎn)生寫時間隙， DS18B20 在檢測到下降沿后 15μ S 時開始采樣總線上的電平，所以 15μ S之內(nèi)應(yīng)將所需寫的位送到總線上， DS18B20 再 15— 60μ S 間對總線采樣，每寫一位總時間必須在 60— 120μ S之間完成。若低電平寫入的位是 0，高電平寫入的位是 1，連續(xù)寫時位間的間隙應(yīng)大于 1μ S。程序如 下所示： void write_byte(uint8 val) { uint8 i。 for (i=0。 i8。 i++) { DQ = 1。 _nop_()。 DQ = 0。 nops()。 //4us DQ = val amp。 0x01。 //最低位移出 delay(6)。 //66us val = 1。 //右移一位 } DQ = 1。 delay(1)。 } 圖 43 單片機(jī)寫 DS18B20時序圖 DS18B20 讀 時序 單片機(jī)讀 DS18B20 的時序如圖 44所示，單片機(jī)主動產(chǎn)生一個下降沿的啟動信號，并維持低電平大于 1μ S后釋放總線， 15μ S后 DS18B20 占主動權(quán)， DS18B20 會將數(shù)據(jù)按位放在總線上（低位在先，當(dāng)讀取兩個字節(jié)的溫度值時，低字節(jié)在先），這時單片機(jī)可讀取信號，讀取一位的時間應(yīng)在 60μ S內(nèi)完成。當(dāng)需要讀取下一位時再產(chǎn)生下降沿啟動信號。 寫 0 60120μ S 寫 1， DS18B20 在檢測到下降沿 15μ S 后采樣，采樣時間為 1560μS 15 60120μ S DS18B20 檢測到下降沿 15μ S 后采樣 15μ S T60μ S 單片機(jī)采樣第二位 啟動脈沖 T60μ S 單片機(jī)采樣第一位 啟動脈沖 uint8 read_byte(void) { uint8 i, value=0。 for (i=0。 i8。 i++) { DQ=1。 _nop_()。 value = 1。 DQ = 0。 nops()。 //4us DQ = 1。 nops()。 //4us if (DQ) value|=0x80。 delay(6)。 //66us } DQ=1。 return(value)。 } 圖 44單片機(jī)讀 DS18B20時序圖 此程序功能為：讀取 DS18B20 A/D 轉(zhuǎn)換后的溫度值，轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制存 入 36H、 35H單元，默認(rèn)為 12 位轉(zhuǎn)換，低 8 位存入 36H 單元，高 8位存入 35H 單元（ 35H 單元的高 5位均為符號位，所以判斷符號只需判斷低 12位數(shù)據(jù)的最高位即可）。 1表示為零度以下，0表示零度以上，實際有效位為 11位。 4． 5 系統(tǒng)液晶顯示部分的實現(xiàn) LCD 液晶顯示器驅(qū)動主要是通過單片機(jī)控制液晶讀寫的時序來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞與顯示，單片機(jī)控制 LCD顯示器讀寫時序圖如圖 45所示。 圖 45 單片機(jī)控制 LCD1602 顯示數(shù)據(jù)的程序流程圖如圖 46 所示。 圖 46 系統(tǒng)上電初始化 判斷 LCD是否閑？ 是 初始化 LCD控制器 否 往 LCD1602 寫數(shù)據(jù) 顯示數(shù)據(jù) 讀 LCD1602 5 系統(tǒng)的制作安裝于調(diào)試 實物電路的繪制與 PCB 板的制作 把系統(tǒng)的電路原理圖設(shè)計好以后。下一步工作就是進(jìn)行實物制作了，而實物制作的第一步就是對電路進(jìn)行排版布線；雖然 PROTEL99 SE 軟件有自動布局布線的功能，但是，我還是選擇了手動布線。雖然可能布的不是很漂亮，但是很多問題是只有親自動手了，才會發(fā)現(xiàn)。 PCB 板制作遇到以下幾個方面。 1. 電路原理圖的布局 在器件布局的過程中應(yīng)注意以下幾點： （ 1） 一個模塊及其附屬的一些分離元器件應(yīng)盡量放到一起； （ 2） 不同的電路模塊盡量劃分清晰，使得在調(diào)試過程 中多電路的檢查能夠一目了然； （ 3） 較容易發(fā)熱的元器件盡量放到電路的邊緣，有利于散熱 。 2. 布線 PCB 布線的好壞對系統(tǒng)性能有直接的影響，在高頻電路表現(xiàn)的尤為突出，所以，在進(jìn)行電路布線時還需注意以下幾點： （ 1） 模擬地和數(shù)字地應(yīng)分開接地，避免數(shù)字信號和模擬信號會相互干擾； （ 2） 每一根走線，能短則短，不要為了盲目追求少跳線而繞遠(yuǎn)路，因為線越短電阻越小，干擾也會越?。?（ 3） 電源線和地線盡量從電路板的邊緣走線，且電源線盡量畫的比一般線寬略粗一些； （ 4） 走線在改變方向時應(yīng)該走 45176。角或曲線，避免直角的拐角。 3. 打印與轉(zhuǎn)印 打印時要注意油紙不能折疊，打印的設(shè)置必須準(zhǔn)確，只留下底層的走線和焊盤。而在轉(zhuǎn)印時首先覆銅板要刷洗干凈，以免在轉(zhuǎn)印時油墨不能完全的轉(zhuǎn)??；其次，轉(zhuǎn)印機(jī)必須預(yù)熱到機(jī)器發(fā)出提示音，這表明，轉(zhuǎn)印機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備好轉(zhuǎn)印了；第三，轉(zhuǎn)印機(jī)的轉(zhuǎn)印速度檔位應(yīng)放在 “正常 ”檔位，板子的類型應(yīng)放在 “印刷板 ” 檔位。第四，在轉(zhuǎn)印時，注意油紙上的走線圖必須能夠完整的附在覆銅板上，一塊板子最好轉(zhuǎn)印兩次，確保把油墨完全的轉(zhuǎn)印到覆銅板上。 4. 腐蝕 將油紙上的電路圖轉(zhuǎn)印到覆銅板后，接著就要把多余的銅腐蝕掉。不過在剛轉(zhuǎn)印好的時候，首先應(yīng) 檢查是否轉(zhuǎn)印完整，若有斷線、走線空心的問題，必須用油墨筆將斷線補(bǔ)起來，空心的走線填完整。確保轉(zhuǎn)印工序完成后，就可以將電路板放入 FeCl3 溶液里 進(jìn)行腐蝕了，俗稱 “爛板 ”。如果有條件，可以將腐蝕液加熱，再放入電路板，這樣能夠有效的提高腐蝕的速度。 5. 打孔 腐蝕好的板子，在洗凈之后就可以打孔了，打孔時尤其要注意孔的大小不能將焊盤的銅箔完全打掉，否則焊接時，焊盤沒有銅箔就無法進(jìn)行焊接了。 最后，打孔完成，用砂紙將毛糙磨平，這樣電路圖的繪制與 PCB 板的制作就順利完成了。 實物元件的安裝與焊接 1. 元件在安