【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)定 10 方案選擇與論證 主控芯 片的選擇與論證 方案一：采用 8031控制，具有 I/O多等功能，但是體積大，不宜攜帶，編程繁瑣。 方案二：采用 PIC16F877單片機(jī)進(jìn)行控制。 【 3】 單片機(jī)控制具有體積小，功耗低，編程靈活方便等優(yōu)點。 PIC16F877更為實用。 、 A/D 的選擇與論證 方案 一 ：關(guān)于八位 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0809 是一種帶有 8通道模擬開關(guān)的 8位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，其電平與 TTL 兼容，其轉(zhuǎn)換時間在標(biāo)準(zhǔn)時鐘 640KHz 時為100us，線形誤差為 177。1/2LSB 。采用 28 腳雙立直插式封裝。但該轉(zhuǎn)換器只有 8個通道模擬開關(guān) ,而且 精度不高，不符合本系統(tǒng)的要求 【 4】 。 方案 二 ： AD574 是 12 位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間為 25us，內(nèi)部有時鐘脈沖源和基準(zhǔn)電壓源，單通道單極或雙極性電壓輸入，采用 28 腳雙立直插式封轉(zhuǎn)裝。是一個 具有外接元件少，功耗低，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容元件即可構(gòu)成一個完整的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 其主要功能特性如下： 1)分辨率： 12 位 ； 非線性誤差：小于 177。 1/2LBS 或 177。1LBS ； 轉(zhuǎn)換速率： 25us； 模擬電壓輸入范圍： 0— 10V和 0— 20V， 0— 177。5V 和 0— 177。10V 兩檔 四種 ； 電源電壓： 177。15V 和 5V； 數(shù)據(jù)輸出格式： 12位 /8 位 ； 芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式 。 2)引腳功能： V： +5V 電源輸入端 ； 12/8： 數(shù)據(jù)模式選擇端，通過此引腳可選擇數(shù)據(jù)總線是 12 位或 8位輸出 ； A/O：節(jié)地址短周期控制端 ， 與 12/8 端用來控制啟動轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式 ， 須注意的是， 12/8 端 TTL 電平不能直接 +5V 或 0V 連接 ； CE：片使能信號 ； DOVO~DO11：數(shù)字量輸出端，三態(tài)輸出所 存 ； STS：狀態(tài)輸出信號，啟動后， STS為高電平表示正在轉(zhuǎn)換； 25us后轉(zhuǎn)換結(jié)束，STS為低電平。 CPU可用查詢或中斷方式了解轉(zhuǎn)換是結(jié)束。 因為在本系統(tǒng)中需要精確的轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換時間且 啟停要迅速，所以在本設(shè)11 計中我們選擇方案二 溫度傳感器的選擇與論證 方案一： SHT75數(shù)字溫濕度傳感器，測量精度高，低能耗，尺寸小，每次測量溫度前都要進(jìn)行復(fù)位，每秒鐘最多測量三次數(shù)據(jù)，而且時序要求較高，程序不易編寫， 具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。全量程標(biāo)定，兩線數(shù)字接口，可與單片機(jī)直接相連，大大縮短研發(fā)時間、 簡化外圍電路并降低費用。此外，響應(yīng)迅速快、可浸沒、抗干擾能力強(qiáng)、溫濕一體，兼有露點測量，性價比高，使該產(chǎn)品能夠適于多種場合的應(yīng)用。 方案二： DS18B20溫度傳感器， 12位存貯溫度 值， 測量精度高，采用多路測量方法，控制方法簡單，且反映靈敏高， 獨特的一線接口，只需要一條口線通信多點能力，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用無需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為 55℃ 至 +125℃ 。范圍內(nèi)精度為177。 ℃ 。溫度傳感器可編程的分辨率為 9~12位溫度轉(zhuǎn)換為 12位數(shù)字格式最大值為 750毫秒用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費電子產(chǎn)品溫度計，或任何熱敏感系統(tǒng)。該 DS18B20的數(shù)字溫度計提供 9符的顯示器件。雖然液晶顯示器的編程較為復(fù)雜，但是它可以滿足提出的設(shè)計要求直觀便捷的進(jìn)行操作編程和進(jìn)行多種漢字、字符以及圖形的顯示，可以實時顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并具有良好的 “ 人機(jī)對話 ” 界面。通過對以上顯示器件的比較，本次設(shè)計選擇了方案二液晶顯示器。基于以上方案比較，我們 至 12位可編程設(shè)備溫度讀數(shù)。信息被發(fā)送到 /從 DS18B20通過 1線接口，所以中央微處理器與DS18B20只有一個一條口線連接。為讀寫以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電源。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。它的用途很多，包括空調(diào)環(huán)境控制，感測建筑物內(nèi)溫設(shè)備或機(jī)器，并進(jìn)行過程監(jiān)測和控制， 適合此項產(chǎn)品制作。 顯示部分方案的選擇與論證 方案一：常用的數(shù)碼管顯示器由八個發(fā)光二極管組成，其中七個發(fā)光二極管控制七個筆畫的亮或暗，另一個控制一個小數(shù)點的亮和暗，這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的形式有些失真，但控制簡單，使用方便。 【 5】 方案二： 12864液晶顯示器具有液體的流動性 和晶體的某些光學(xué)特性，它本身不發(fā)光，而只是調(diào)制環(huán)境光，越是亮的地方顯示越清晰，黑暗中不能顯示。通過編程，可以清晰地顯示各種字符和漢字。由于前兩種方案所選擇的顯示器屬于數(shù)碼管顯示器，無法進(jìn)行漢字的顯示而能作為字選擇方案二。 12 第三章 硬件電路 輸入為 220V 交流電 ,經(jīng)變壓器降壓后通過整流橋進(jìn)行整流，整流橋采用1N4007,再經(jīng)過電容濾波穩(wěn)壓后輸入到降壓芯片 7815降壓，再通過降壓芯片 7805進(jìn)行降壓得到 5V電壓。 圖 31電源電路 PIC16F877 介紹 PIC16F877 主要技術(shù)參數(shù)介紹 1)PIC 單片機(jī)選用依據(jù) PIC16F877 是由 Microchip 公司所生產(chǎn)開發(fā)的新產(chǎn)品，屬于 PICmicro 系列單片微機(jī)，具有 Flash program 程序內(nèi)存功能，可以重復(fù)燒錄程序，適合教學(xué)、開發(fā)新產(chǎn)品等用途；而其內(nèi)建 ICD(In Circuit Debug)功能，可以讓使用者直接在單片機(jī)電路或產(chǎn)品上，進(jìn)行如暫停微處理器執(zhí)行、觀看緩存器內(nèi)容等，讓使用者能快速地進(jìn)行程序除錯與開發(fā)。 【 6】 目前，單片機(jī)品種多樣，但在所有的單片機(jī)品種中， PIC 單片機(jī)由于具有以下優(yōu)越之處， 因而最適合本課題使用 。 (1)用哈佛體系結(jié)構(gòu)和哈佛總線結(jié)構(gòu) PIC 單片機(jī)既采用了采用哈佛體系結(jié)構(gòu)，又采用了哈佛總線結(jié)構(gòu)。而不同于其他單片機(jī)，僅單純地采用普林斯頓體系結(jié)構(gòu)或哈佛體系結(jié)構(gòu)。普林斯頓體系結(jié)構(gòu) :單片機(jī)的 ROM和 RAM 存儲器位于同一個邏輯空間中，這種架構(gòu)的微控制器、微處理器、數(shù)字信號處理器或者微型計算機(jī)系統(tǒng)，稱為普林斯頓體系結(jié)構(gòu)。哈佛體系結(jié)構(gòu) :單片機(jī)的 ROM 和 RAM存儲器位于不同邏輯空間中，這種架構(gòu)的微控制器、微處理器、數(shù)字信號處理器或者微型計算機(jī)系統(tǒng)，稱為哈佛體系結(jié)構(gòu)。哈佛總線結(jié)構(gòu) :就是在芯片內(nèi)部將 數(shù)據(jù)總線和指令總線分離，并且采用不同的寬度。 采用這樣的結(jié)構(gòu)后，不僅可以確保數(shù)據(jù)的安全性，而且便于實現(xiàn)指令提取的流水作業(yè)，也就是在執(zhí)行一條指令的同時對下一條指令進(jìn)行取指操作 ； 便于實現(xiàn)全部指令的單字節(jié)化、單周期化，從而有利于提高 CPU 執(zhí)行指令的速度。 【 7】(2)PDIP40 引腳的 PIC16F877 單片機(jī)其引腳功能說明如表 13 表 31 PDIP40引腳的 PIC16F877單片機(jī)其引腳功能說明 引腳名稱 引腳序號 引腳類型 功能說明 OSC1/CLKIN 13 I 時鐘振蕩器晶體連接端 /外部時鐘源端輸入端 OSC2/CLK 14 0 時鐘振蕩器晶體連接端 /時鐘信號端輸出端 VCLR /VP 1 I/P 人工復(fù)位輸入端（低電平有效） /編程電壓輸入端 基本功能： RA 是一個輸入 /輸出可編程的雙向端口。此外還有第 3 功能 引腳名稱 引腳序號 引腳類型 功能說明 RA0/AN0 2 I/O RA0 還是第 0 路模擬信號輸入端 RA1/AN1 3 I/O RA1 還是第 1 路模擬信號輸入端 RA2/AN2/VREF 4 I/O RA2 還是第 2 路模擬 信號輸入端和負(fù)參考電壓端 RA3/AN3/ VREF+ 5 I/O RA3 還是 3 路模擬信號輸入端和正參考電壓端 RA4/TOCK1 6 I/O RA4 還是定時器時鐘輸入端 RA5/AN4 SS 7 I/O RA5 還是第 4 路模擬信號輸入端，以及同步串口選擇端 基本功能： RB 是一個輸入 /輸出可編程的雙向端口，作輸入時內(nèi)部有可編程的弱上拉電路，此外還有第 2,3 功能 RB0/INT 21 I/O RBO 還可以作為外部中斷輸入端 RB1 22 I/O RB2 23 I/O RB3/PRG 24 I/O RB3 還可作為低電壓編程輸入端 RB4 25 I/O 還具有電平變化中斷功能 RB5 26 I/O 還具有電平變化中斷功能 RB7/PGD 28 I/O 還具有電平變化中斷功能，兼在線調(diào)試輸入端和串行編程時鐘輸入端 14 說明：引腳類型中 I、 O、 P 分別表示輸入、輸出和電源。 基本功能： RC 是一個輸入 /輸出可編程的雙向端口，財務(wù)還有第 2,3 功能 RC0/T10S0/T1CK1 15 I/O RC0 還可作為定時器 1 的振蕩器輸入端或時鐘輸出端 RC1/T10S/ 16 I/O RC1 還可作為定時器 1 的震蕩輸出端 或捕捉器 2 輸入端或比較器 2 輸入端或脈寬調(diào)制器 PWM2 的輸出端 RC2/CCP1 17 I/O RC2 還可作為捕捉器 1 輸入端或比較器 1輸入端或脈寬調(diào)制器 PWM1 的輸出端 RC3/SCK/SCL 18 I/O RC3還可作為 SPI和 IC串口的數(shù)據(jù)輸入端和 IC 串口的輸入 /輸出端 RC4/SDI/SDA 23 I/O RC4 還可作為 SPI串口的數(shù)據(jù)輸入端和 IC串口的輸入 /輸出端 RC5/SD0 24 I/O RC5 還可作為 SPI 串口的數(shù)據(jù)輸入端 RC6/TX/CK 25 I/O RC6 還可作為通用同步 /異 步收發(fā)器USART 的全雙工異步發(fā)送腳或半雙工同步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)腳 RC7/RX/DT 26 I/O RC7 還可作為通用同步 /異步收發(fā)器USART 的全雙工異步發(fā)送腳或半雙工同步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)腳 基本功能： RD 是一個輸入 /輸出可編程的雙向端口，此外還有第 2 功能 RD0 ~ RD7 19~22 I/O 可作為從動并行接口與其它微處理器總線連接 PSP0~PSP7 27~30 I/O 可作為從動并行端口與其它微處理器總線的連接 基本功能： RE 是一個輸入 /輸出可編程的雙向 3 線端口，此外還有第 2,3 功能 RD0/ RD /AN5 8 I/O RE0 還可作為并口讀出控制線或者第 5 路模擬信號輸入端 RE1/WR /AN6 9 10 I/O RE2 還可作為并口片選控制線或者第 5 路模擬信號輸入端 VSS 1 31 P 接地端 VDD11/32 P 正電源端 15 PIC16F877 單片機(jī)的程序計數(shù)器 PC為 13 位寬，可尋址 8K? 14 位。 PIC16F877單片機(jī)的程序存儲器以 2K?14位為單位。 PIC16F877 單片機(jī)采用硬件堆棧方式，具有 8層 ? 13 位的獨立空間，不占用存儲器空間，無需專用堆棧操作指令。當(dāng)執(zhí)行調(diào)用指令 CALL 或者 CPU〔響應(yīng)中斷而發(fā)生程序跳轉(zhuǎn)時，將 CP 值自動壓入堆棧 。當(dāng)執(zhí)行返回指令 RETURN、 RETFIE或 RETLW 時，自動出棧，并遵循 “ 后進(jìn)先出 ” 的規(guī)則。 AD574的使用 在本設(shè)計中，選擇了 AD574 轉(zhuǎn)換器，它可以將多路轉(zhuǎn)換器輸入的模擬量進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。而且是一個 12位的 ADC。由于本系統(tǒng)要求 的溫度范圍是 0℃ — 1300℃ ，精度為 1℃ ，所以必須選擇一個 10位以上的 ADC。文中選擇的 AD574 完全滿足系統(tǒng)的要求 【 8】 。 AD574 是美國 Analog Device 公司生產(chǎn)的 12 位逐次逼近式模擬量 — 數(shù)字量轉(zhuǎn)換器，其主要特點是：有參考基準(zhǔn)電壓和時鐘電路，不需外部時鐘就可以工作；轉(zhuǎn)換速率高， 12位轉(zhuǎn)換 25μs ， 8位轉(zhuǎn)換 16μs ； 8 位或 16位微處理器接口，自帶三態(tài)輸出緩沖電路，可直接與各種典型的 8 位或 16 位的微處理器相連而無須附加邏輯接口電路，切能與 CMOS 與 TTL 兼容；溫度適應(yīng)范圍大，在 55℃ — +125℃范圍內(nèi)滿足線性要求。是我國目前應(yīng)用最廣，價格較穩(wěn)定 ADC，加之內(nèi)部含有三態(tài)輸入緩沖電路，可直接與各種微處理器連接，且無須附加邏輯接口電路，內(nèi)部設(shè)置的高精度參考電壓源和時鐘電路，使它不需要任何外部電路和時鐘信號，就能完成 A/D 轉(zhuǎn)換功能，應(yīng)用十分廣泛。 【 9】 1) AD574 簡介 AD574 為 28管腳雙列直插式封裝，其管腳排列如圖 32 所示 AC：模擬地； DC：數(shù)字地； CS ：片選信號，低電平有效； CE：片使能，高電平有效； R/C ：讀 /啟動信號，高電平讀數(shù)據(jù)，低轉(zhuǎn)換； 12/8 ：數(shù)據(jù)格式選擇，高電平 12 位數(shù)據(jù)同時有效，低電平時第一次輸出高8位，第二次輸出低 4 位有效，中 4 位為 0； 16 圖 32 AD574管腳 A0：字節(jié)選擇控制線。在轉(zhuǎn)換期間： A0=0 時， AD574 進(jìn)行全 12位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間為 25μs ；當(dāng) A0=1μs 時，進(jìn)行 8 位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間為 16μs 。在讀出期間 ， 當(dāng)