【文章內(nèi)容簡介】 （ 24） 顯示電路的設計 在顯示部分的設計中，采用數(shù)碼管進行動態(tài)顯示，在動態(tài)顯示時，如果將數(shù)碼管直接與單片機連接，除了硬件電路簡單之外，似乎沒有太多的優(yōu)點。但是當選用專用的數(shù)碼管顯示驅動芯片時，優(yōu)點就顯現(xiàn)出來了。 數(shù)碼管的顯示全部采用動態(tài)掃描方式，都可以連接 8 個數(shù)碼管，控制方式都比較簡單。在設計中，采用 CH451 作為數(shù)碼管驅動芯片CH451。 CH451是一個整合了數(shù)碼管顯示驅動和鍵盤掃描控制以 。P監(jiān)控的多功能外圍芯片。CH451 內(nèi)置 RC 振蕩電路，可以動態(tài)驅動 8 位數(shù)碼管或者 64 位 LED，具有 BCD 譯碼、閃爍、移位等功能；同時還可以進行 64 鍵的鍵盤掃描； CH451 通過可以級聯(lián)的串行接口與單片機等交換數(shù)據(jù)；并且提供上電復位和看門狗等監(jiān)控功能。 第二章 熱量表硬件電路設計 8 圖 顯示部分 鍵盤電路的設計 在鍵盤部分，由于顯示以及功能的需要，按鍵不少于 12個，所以使用非編碼式的 3*4矩陣式鍵盤。 鍵盤是由若干個按鍵組成的開關矩陣 ,它是最簡單的單片機輸入設備 ,通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令 ,實現(xiàn)簡單的人機對話。鍵盤上閉和鍵的識別是由專用硬件實現(xiàn)的 ,稱為編碼鍵盤 ,靠軟件 實現(xiàn)的稱為非編碼鍵盤。在此次設計中，由用擴展的 8155 的 PA0 口的低四位和 P0 口的高三位組成 4X3 矩陣結構形式的 12 個鍵組成，考慮到在此次設計中鍵盤的作用僅僅是輸入焓系數(shù)值 ,并不是時時在用 ,因此設定了采用中斷方式實現(xiàn) , 因此定義十二個鍵 ,其中兩個功能鍵十個為數(shù)字鍵即可。 由于串行顯示管理芯片 CH451 廣泛地應用于智能儀表當中，在具體應用過程中，它接收所要顯示的數(shù)據(jù)并將其顯示在 LED顯示器上 ,動態(tài)地掃描管理著顯示，該芯片本身只需 3 根線就可與單片機實現(xiàn)接口，硬件連接簡便，軟件編程容易。尤其用在單片機擔負繁忙數(shù)據(jù) 處理任務的系統(tǒng)中，節(jié)省單片機用于顯示掃描的時間，更顯出其優(yōu)越性。 南昌工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 9 圖 8155 芯片及鍵盤 第三章 熱量表總體軟件設計 10 第三章 熱量表總體軟件設計 熱量表工作原理 熱量表系統(tǒng)由流量傳感器、供回水溫度傳感器及計算、顯示 裝置組成。在熱交換系統(tǒng)中安裝熱量表，配對溫度傳感器分別安裝在熱交換入口和出口管道上。當水流經(jīng)系統(tǒng)時，流量傳感器發(fā)出流量信號，配對溫度傳感器分別檢測出入口和出口溫度信號，積算器采集流量、溫度信號，根據(jù)與溫度相關的熱量系數(shù)和體積、溫差計算出采暖系統(tǒng)所消耗的熱能值，顯示載熱液體從入口至出口所釋放的熱量值。熱量表系統(tǒng)的工作原理圖如圖 供水管道 計 算測量與通信模塊 回水管道 總線 圖 熱量表系統(tǒng)工作原理 熱量表安裝在供熱系統(tǒng)的供水管道上，并將溫度傳感器分別裝在進、回水管道上。當熱水以一定溫度從進水管注入一個熱交換器，用戶在通過熱交換獲取能量的同時，熱水便以較低的溫度從回水管流出。一段時間內(nèi)用戶所消耗的熱量為所供熱水的流量和供回水的溫度差的乘積對時間的積分。其計算公式簡化為： Q=K*V*? T （ 31） 式中： Q為吸收的熱量， K為熱焓修正系數(shù) (可以通過水的密度與焓值表查詢 )， ? T流量傳感器 供水溫度傳感器 K 系數(shù)計算 溫差計算 總線驅動 硬件乘法器 散熱器 數(shù)據(jù)顯示 數(shù)據(jù)保存 回水溫度傳感器 南昌工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 11 為進回水溫差， V為熱水體積瞬時流量。實際測量時，當測量的時間間隔 ? t很小時，水溫的變化很小，可近似認為溫差 ? T恒定，從而積分式轉為累加和 Qn =?niq1=Q 1?n +qn （ 32） RAM 地址分配：首地址 0000H，末地址 1FFFH，芯片 6264。 ROM 地址分配：首地址 0000H，末地址 1FFFH，芯片 2764。 AT89C51 端口分配： P0 口：雙向數(shù)據(jù)端口及低 8 位地址線口 P2 口：高 8 位地址線口 ：溫度傳感器 1 輸入口 ：溫度傳感器 2 輸入口 ： CH451 控制端 1 ： CH451 控制端 2 ： CH451 控制端 3 ： INT0，接收流量信號 ： WR 端，寫控制端 ： RD 端，讀控制端 直接尋址位分配 34H 定時結束標志位 高電平標示己結束 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器分配 50H 存放溫度差值結果 53H 存放熱量累積值 57H 存放流量體積值 主程序的設計 在此次設計中，采用模塊化的編程思想。要實現(xiàn)智能儀表的預期功能，需要編制 調(diào)試大量的軟件程序，工作量非常大。這么煩瑣的程序需要采用模塊化方法進行編程，即將一個大的程序分成若干個小的模塊，各個程序模塊可以分別進行設計，從而使程序的調(diào)試、修改和維護變得比較容易。程序量可以由不同的人同時分別編寫不同的模塊，從第三章 熱量表總體軟件設計 12 而能夠加快程序編制的進度。將系統(tǒng)軟件分割為主程序和若干個子程序，各個子程序之間采用結構良好的轉移和調(diào)用，這樣各個模塊可有效地組合成一個整體，使流程明確地從一個程序模塊轉移到下一個程序模塊。在這個過程中，必須嚴格注意控制使用任意轉移語句，以提高程序運行效率和可靠性。在熱量控制表的軟件 設計中，我們綜合采用模塊化編程和結構化編程方法對系統(tǒng)進行軟件編制和調(diào)試。在本系統(tǒng)中，主要采用 C語言進行程序編制。利用 Keil C程序編譯器進行 C語言的編輯、調(diào)試、編譯和仿真。 主程序流程圖如下： 圖 主程序流程圖 開始 讀流量傳感器脈沖 讀溫度計算差值 計算處理 脈沖發(fā)送處理 顯示更新 斷電標志存儲 ROM 熱量累計量存入 ROM CPU 休眠 電壓低？ 初始化 NO YES 南昌工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 13 在本系統(tǒng)中，軟件主要由主程序和若干中斷服務子程序組成。中斷服務子程序主要由以下幾部分組成 : （ 1） 流量通訊子程序： RS232接口通訊程序。 （ 2） 溫度測量子程序：采集進回水溫度。 （ 3） 焓值設定子程序 : 設定熱焓系數(shù)。 （ 4） 熱量計量程序：熱量計量程序又可分為進水 /出水口溫度采集、室溫信號采集和熱量計算三部分。 第三章 熱量表總體軟件設計 14 第四章 熱量表軟件詳細設計 通訊設計 熱量表與主機通訊通過 RS232 來實現(xiàn) ,AT89C51 芯片中的串行接口 UART 給這方面的應用提供了很大的方便 ,可以在 CPU 很少干預的情況下實現(xiàn)全雙工通信。 一般的串行通信要關心的是以下幾個參數(shù)： (1) 波特率 如 9600b/s,指每秒傳送 9600 位。 (2) 每幀有幾比特數(shù)據(jù)。 (3) 是否校驗，有奇校驗，偶校驗或不校驗。 (4) 有幾個停止位。 單片機內(nèi)部，用定 時器 1 作為波特率發(fā)生器，收發(fā)都在中斷中完成。系統(tǒng)晶振用。通訊程序流程圖如圖 所示： 南昌工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 15 圖 流量通訊子程序流程圖 溫度檢測設計 溫度信號采集部分有兩只配對的溫度傳感器 DS18B20 組成 ,在單片機的控制下 ,兩只溫度傳感器將代表溫度值的脈沖信號送入 、 ,至此溫度信號采集過程結束。流程圖如圖 所示 : 中斷服務子程序 清接收中斷標志 接收主機發(fā)來的命令 關中斷 保護現(xiàn)場 返回 將數(shù)據(jù)返回主機 開中斷，恢復現(xiàn)場 第三章 熱量表總體軟件設計 16 圖 1 溫度 /數(shù)據(jù)關系如表 ： 表 DS18B20 溫度 /數(shù)據(jù)關系 開始 向 DS18B20 送地址 發(fā)送溫度轉換命令 讀溫度命令 送溫度值 返回 南昌工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 17 溫度 oC 數(shù)據(jù)輸出 (二進制 ) 數(shù)據(jù)輸出 (十六進制 ) +125 00000000 11111010 00FA +25 00000000 00110010 0032 +1/2 00000000 00000001 0001 0 00000000 00000000 0000 2 溫度計算 DS18B20 用 9～ 12位存貯溫值度最高位為符 號位下圖為 1820 的溫度存儲方式負溫度 S=1 正溫度 S=0 如 00AAH 為 +85oC ,0032H 為 25oC FF92H 為 55oC 。溫度寄存器格式如表 所示： 表 溫度寄存器格式 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 LSByte 62 52 42 32 2 12 02 12? Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8 MSByte S S S S S S S S 第三章 熱量表總體軟件設計 18 按鍵設計流程圖如下： y y y n y n y n 圖 焓值按鍵設定流程圖 在掃描函數(shù)里，依次送出列掃描信號，而每組列掃描信號輸出后，就讀取按鍵狀態(tài)，若有按下按鍵，則進行鍵值的判斷與計算，再將其對應的顯示信號放入 disp 數(shù)組，當然，在放入前， disp 數(shù)組先移位。在組列掃描的最后，還要確定按鍵已放開，才進行下一組列掃描。 顯示部分軟件控制 設計 為保證完成正常的顯示功能，主程序首先要 CH451 控制寄存器裝入控制字，然后才可以進行顯示操作。以下是操作的組成流程圖如 ,： 掃描函數(shù) 聲明變量 Row=0 掃描信號 Row=1 計算鍵值 讀取鍵值 讀取按鍵 Row=2 調(diào)用延時函數(shù) 第 0 行？ 放開按鍵？務？ 第 1 行？ 第 2 行？ 按下按鍵？ 南昌工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 19 圖 圖 顯示子程序 返回 置指針指向顯示暫存區(qū)，將要顯示的數(shù)據(jù)轉換為 7 段碼 調(diào)數(shù)據(jù)移動子程序，將 數(shù)據(jù)送入 CH451 初始化 置堆棧指針 分別指向亮度控制寄存器 、 掃描界限寄存器 、 掉電控制寄存器 、送控制字 04H、 07H、 01H 指向譯碼方式寄存器 09H，送控制字 0H（不譯碼），調(diào)數(shù)據(jù)移動子程序，將命令字送入 CH451 指向測試寄存器 0FH，送控制字 0H（開顯示），儲備接收數(shù)據(jù)顯示 第五章 總結與展望 20 第五章 總結與展望 通過本次畢業(yè)設計，我對國內(nèi)外的熱量表系統(tǒng)的發(fā)展有了一定的了解，對熱量表在實際生活中的應用有了更深遠的認識，特別是熱量表在北方地區(qū)的應用。在設計過程中，我們要采用 51 系列單片機， 通過溫度傳感器、流量傳感器采集而來的數(shù)據(jù)進行存儲運算計量熱量。了解 51 單片機的原理， 溫度傳感器 DS18B20的應用各超聲波流量計的原理，也更熟悉了用 C語言編程的方法。 在整個畢業(yè)設計過程中，我們通過反復的學習，從而達到鍛煉自己的目的。同時還在這個過程中學到了有關熱量計量的知識。通過本次畢業(yè)設計，我感到自己應用基礎知識及專業(yè)知識解決問題的能力有了很大提高，我這次的選題跟我們的以后就業(yè)就很大幫助，我把它作為一次演練，去更深入的了解我們專業(yè)知識。我想，通過這次畢業(yè)設計，到了工作單位后，我將能更快的適應工作崗位和工 作要求，它為我以后的工作選擇開拓了更大的空間。總之一句話，畢業(yè)設計使我把上課學到的東西運用到實踐工作當中去，從實踐生產(chǎn)中有所領悟。此次畢業(yè)設計給了我很大的信心，對我走向社會和今后人生的道路上都有很大的幫助。 南昌工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 21 致謝 畢業(yè)設計終于完成了，首先，我要感謝我的導師梁錦華老師，在我整個畢業(yè)設計過程中時刻關注我們的進度，我有不懂的地方，總是能給予我很好的建議，起到了指明燈的作用。他的教導與不拘一格一思路給了我無盡的啟迪，讓我很快融入設計中。也要感謝我同組的同學，沒有他的硬件，我的軟件就不能很好的 完成。 此次畢業(yè)設計歷時三個月，這次的設計