【文章內(nèi)容簡介】 圖32所示，此模塊首先定義一個(gè)字符型數(shù)組用于存放讀取到的一幀數(shù)據(jù)，然后啟動測溫，讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是在脈沖的下降沿一位一位傳送的。把五個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)都讀完后判斷第一個(gè)字節(jié)是否為0x4c或0x66并且第五個(gè)字節(jié)為0x0d，若是則計(jì)算溫度值返回，否則繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)。 圖32 紅外測溫流程圖在此紅外測溫儀的軟件設(shè)計(jì)中，溫度值的計(jì)算也是一個(gè)非常重要的部分，它關(guān)系到整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)精度，因此把它的溫度數(shù)據(jù)讀取與計(jì)算用單獨(dú)的程序給出，其流程圖如圖33。因?yàn)榧t外測溫模塊的數(shù)據(jù)是一位一位地送入單片機(jī)的，所以用雙重循環(huán)，內(nèi)循環(huán)接收一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，外循環(huán)接收五個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。圖33 讀測量數(shù)據(jù)流程圖167。 鍵盤掃描程序模塊鍵盤是單片機(jī)應(yīng)用中不可缺少的一部分。本鍵盤的設(shè)計(jì)采用1列8行(1X8)的設(shè)計(jì)思想，74HC164在鍵盤中充當(dāng)行驅(qū)動，在固定的極短的時(shí)間內(nèi)對鍵盤的列線進(jìn)行掃描，進(jìn)而判斷是否有鍵按下，有鍵按下再判斷是哪個(gè)鍵按下從而根據(jù)按鍵值在程序中做出進(jìn)一步的判斷。它的程序流程圖如下圖34：圖34 鍵盤掃描程序由于系統(tǒng)采用由機(jī)械觸點(diǎn)構(gòu)成的獨(dú)立式按鍵，它存在按鍵開關(guān)的抖動問題，這種抖動的暫態(tài)過程大約經(jīng)過5～10ms的時(shí)間，人的肉眼是覺察不到的，但對高速的CPU來說，這個(gè)抖動容易影響到單片機(jī)對按鍵的正確判斷。下圖35是按鍵抖動示意圖： 圖35按鍵抖動示意圖，對每一次按鍵只作一次響應(yīng)，必須采取措施以消除抖動。本設(shè)計(jì)采用軟件方法消除抖動，它通過延時(shí)來躲過暫態(tài)抖動過程，執(zhí)行一段10ms的延時(shí)程序后，再讀取穩(wěn)定的鍵狀態(tài)。，不立即認(rèn)定鍵盤已被按下， ，如果仍為低，說明鍵盤被按下了。這就消除了按鍵按下時(shí)前沿的抖動對單片機(jī)正確判斷按鍵造成的影響。 167。 顯示程序模塊在顯示模塊中，我們采用兩片74HC164,4個(gè)8段LED數(shù)碼管組成。它的工作原理是主控單片機(jī)STC89C51通過控制位選的74HC164去控制點(diǎn)亮不同的數(shù)碼管，而另一片74HC164是用來根據(jù)主控單片機(jī)給出的不同信息，給出不同數(shù)碼管所要顯示的不同內(nèi)容，在給出點(diǎn)亮信號時(shí)，數(shù)碼管就顯示出74HC164輸出端的信息。4個(gè)8段數(shù)碼管是定時(shí)循環(huán)按順序被點(diǎn)亮，由于每次被點(diǎn)亮的時(shí)間間隔極短，也由于人眼對光亮的感覺延遲效應(yīng)，所以在顯示不斷被刷新的同時(shí)，人眼不會有閃爍感。本顯示程序首先定義了數(shù)碼管的字型和字位口編碼表， 然后根據(jù)要讓哪個(gè)數(shù)碼管亮和讓它亮什么數(shù)據(jù)來選擇不同的字型字位口再進(jìn)行查表，把查到的編碼一位位送到兩片164的數(shù)據(jù)端進(jìn)行顯示。下圖36是具體的LED顯示程序圖：圖36 LED顯示程序流程圖總 結(jié)歷經(jīng)幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，回想這段時(shí)間收獲頗多。所做的設(shè)計(jì)基本上達(dá)到了任務(wù)書上的要求，能夠顯示環(huán)境溫度和目標(biāo)溫度，℃，比任務(wù)書要求的還要高。 本設(shè)計(jì)主要包括兩大部分：硬件設(shè)計(jì)部分和軟件設(shè)計(jì)部分，硬件部分包括了單片機(jī)處理模塊、紅外測溫模塊、LED顯示模塊、鍵盤模塊和RS232電平轉(zhuǎn)換模塊，軟件部分主要包括主程序模塊、紅外測溫程序模塊、LED顯示程序模塊。單片機(jī)負(fù)責(zé)控制紅外測溫把接收到的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)處理后送LED顯示。通過對硬件電路的設(shè)計(jì)我對Protel軟件的使用更加熟練，而通過運(yùn)用Keil進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)使我的編程和調(diào)試能力也有很大的提高。這不僅使我對課本上所學(xué)的知識有了更進(jìn)一步的了解，而且也提高了我的動手能力、理論聯(lián)系實(shí)際能力。為今后的學(xué)習(xí)和工作打下了很好的基礎(chǔ)。但同時(shí)也明顯感覺到還有很多地方需要完善和提高，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品與實(shí)際應(yīng)用還有一定的差距。例如可以通過按鍵更靈活的控制測溫，如果再加上語音播報(bào)功能就更加完善了。所以在今后的工作中，還要不斷的學(xué)習(xí)充電，掌握更多的技能。爭取能夠在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出更先進(jìn)、功能更強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)更簡單的智能化儀器。參考文獻(xiàn)[1] 宋文、楊帆．傳感器與檢測技術(shù). 北京：高等教育出版社，2004[2] 華成英、[3] ，[4] ，[5] ，[6] ，[7] . 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1998[8] 王武江、陳樹凱．:冶金工業(yè)出版社 ,2004[9] 張俊謨．單片機(jī)中級教程．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999[10] 胡漢才．單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)．北京:清華大學(xué)出版社,2002。[11] 魏澤鼎．單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例．北京：電子工業(yè)出版社，[12] 宗光華、李大寨．多單片機(jī)系統(tǒng)與應(yīng)用技術(shù)．北京：北方交通大學(xué)出版社,[13] 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晶體振蕩器的輸出頻率隨著溫度和電壓的變化而變化。在要求有高穩(wěn)定的時(shí)鐘情況下通常用補(bǔ)償振蕩器。補(bǔ)償振蕩器試著調(diào)整因?yàn)闇囟群碗妷鹤兓鸬念l率的變化。溫度補(bǔ)償振蕩器包含補(bǔ)償溫度變化的電路，從而抑制了頻率的變化。恒溫控制振蕩器將晶體放置在一個(gè)溫控恒溫箱中，這樣保持晶體工作在一個(gè)精確的溫度下。雙恒溫箱振蕩器含兩個(gè)恒溫箱，晶體在內(nèi)層恒溫箱中，而控制電路和內(nèi)層恒溫箱又包含在外層恒溫箱中。又恒溫箱振蕩器比恒溫控制振蕩器的溫度穩(wěn)定性更好。顯然，隨著溫度穩(wěn)定性的提高，振蕩器的成本也提高了。壓控振蕩器 壓控振蕩器的輸出是受電壓輸入引腳控制的。在整個(gè)頻率范圍內(nèi)控制電壓和頻率是非線性的關(guān)系但在部分范圍是線性的。頻率合成器 頻率合成器用一個(gè)或多個(gè)鎖相環(huán)從一個(gè)或多個(gè)參考時(shí)鐘源產(chǎn)生一到多個(gè)不同頻率的輸出。參考頻率通常是由晶體連到合成器上產(chǎn)生的。設(shè)計(jì)頻率合成器的目的是為了代替系統(tǒng)中的多個(gè)振蕩器，從而減少電路板的空間和降低成本。圖1 展示了一個(gè)鎖相環(huán)的框圖。圖1 鎖相環(huán)框圖 鎖相環(huán)有兩個(gè)輸入，一個(gè)參考輸入和一個(gè)反饋輸入。鎖相環(huán)校正頻率有兩種方式。首先頻率校正是校正參考輸入和反饋輸入之間的大頻差，頻率校正是粗調(diào)；當(dāng)壓控振蕩器的頻率低于參考頻率的一半或者高于參考頻率的兩倍時(shí)，要進(jìn)行頻率校正。當(dāng)壓控振蕩器的頻率在參考頻率的一半和兩倍之間時(shí)，要進(jìn)行相位校正；相位校正是微調(diào)。 相位/頻率檢測器檢測參考輸入和反饋輸入之間的頻率差和相位差，并依據(jù)反饋頻率超前還是滯后于參考頻率分別產(chǎn)生用于補(bǔ)償?shù)摹癠p”信號和“Down”信號。然后，這些控制信號通過一個(gè)電荷泵和一個(gè)環(huán)路濾波器產(chǎn)生控制壓控振蕩器的控制電壓。振蕩器的頻率取決于控制電壓信號。壓控振蕩器的穩(wěn)態(tài)頻率為Fvco=FrefP/Q。鎖相環(huán)的輸出頻率可以表示為FOUT=( FrefP)/(QN)。 頻率合成器的采樣率決定了進(jìn)行相位和頻率校正而對輸入信號采樣的頻率。其表達(dá)式為Fref/Q。 基于鎖相環(huán)的頻率合成器的采集/鎖定時(shí)間是頻率合成器在上電后或在可編程輸出頻率發(fā)生改變后達(dá)到目標(biāo)頻率所用的時(shí)間。 基于鎖相環(huán)的頻率合成器的精度是P，Q計(jì)數(shù)器的位數(shù)。精度決定了頻率改變的增量。 基于鎖相環(huán)的頻率合成器的死區(qū)是指無法被鎖相環(huán)校正的參考輸入和反饋輸入之間的最大相位差。 產(chǎn)生多個(gè)不相關(guān)頻率的頻率合成器需要使用多個(gè)鎖相環(huán)。隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的提高和系統(tǒng)中多個(gè)時(shí)鐘的使用，頻率合成器應(yīng)用越來越普遍?！皶r(shí)鐘信號產(chǎn)生器”和“頻率合成器”這兩個(gè)詞可以互換使用。時(shí)鐘緩沖器 時(shí)鐘緩沖器是一種輸出波形直接跟隨輸入波形的器件。輸入波形通過該器件并被輸出緩沖器重新驅(qū)動。因此，這種器件存在傳播延遲。此外，由于各個(gè)輸入輸出通道間存在傳播延遲的差別，輸出端將出現(xiàn)相位抖動。時(shí)鐘參數(shù) 時(shí)鐘抖動 抖動被定義為時(shí)鐘輸出的狀態(tài)轉(zhuǎn)換位置偏離了理想位置。這種偏離可能超前于理想位置，也可能滯后于理想位置。因此，抖動表示為177。ns。抖動可分為如下三類：周期間抖動，周期內(nèi)抖動和長期抖動。周期抖動是相鄰周期的長度差。這種抖動最難測量，通常需要時(shí)序間隔分析儀。周期內(nèi)抖動也稱為短期抖動。它是指在相鄰兩個(gè)時(shí)鐘邊沿的范圍內(nèi)時(shí)鐘輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換位置偏離理想位置。需要注意的是短時(shí)抖動測量的是時(shí)鐘上升沿對理想位置的偏離，并表示為時(shí)間單位或頻率單位。長期抖動是指在“很多”周期范圍內(nèi)時(shí)鐘輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換位置對理想位置的偏離?！昂芏唷钡木唧w數(shù)字取決于應(yīng)用和頻率。對于個(gè)人電腦主板和圖形應(yīng)用，這個(gè)數(shù)字通常是10～20微秒。對于其他應(yīng)用,這個(gè)數(shù)字可能不同。抖動的成因抖動的成因主要有如下四項(xiàng):電源噪聲、合成器內(nèi)部鎖相環(huán)、晶體或其他諧振器件的隨機(jī)熱噪聲和晶體振動產(chǎn)生的隨機(jī)機(jī)械噪聲。時(shí)鐘抖動影響幾乎所有的高速同步系統(tǒng)。受抖動影響的常見應(yīng)用有：個(gè)人電腦的主板、圖形卡和通信設(shè)備。相位偏移相位偏移是指應(yīng)同時(shí)到達(dá)的兩路信號在抵達(dá)時(shí)間上的差異。相位偏移出兩部分組成：驅(qū)動器件的輸出相位偏移和由于布線導(dǎo)致的電路板設(shè)計(jì)相位偏移。時(shí)鐘驅(qū)動器相位偏移（內(nèi)部相位偏移）是由時(shí)鐘驅(qū)動器引起的相位偏移量。時(shí)鐘驅(qū)動器件有緩沖器件和基于鎖相環(huán)的器件兩類。緩沖器件的相位偏移出現(xiàn)在輸出端，因?yàn)檩斎胄盘柾ㄟ^器件的傳播延遲各不相同。這種不同主要?dú)w因于輸出負(fù)載的不同。對于基于鎖相環(huán)的時(shí)鐘器件而言，其相位偏移非常小，因?yàn)樗軌蛲ㄟ^調(diào)整來補(bǔ)償輸出負(fù)載的變化。電路板設(shè)計(jì)相位偏移（外部相位偏移）是由下列電路板布線問題造成的相位偏移量。導(dǎo)線長度：信號通過一條導(dǎo)線所用的傳輸時(shí)間是由印刷電路板所用材料、導(dǎo)線長度、導(dǎo)線寬度和容性負(fù)載決定的。導(dǎo)線長度的不同導(dǎo)致信號傳播時(shí)間的不同，從而引起相位偏移。門限電壓差別：接收器件的門限電壓也會導(dǎo)致導(dǎo)致相位偏移。例如，，輸入信號的上升時(shí)間為1V/ns，那么兩個(gè)器件的狀態(tài)切換時(shí)刻就會相差500皮秒，這就是相位偏移。容性負(fù)載：導(dǎo)線容性負(fù)載的不同會導(dǎo)致負(fù)載端時(shí)鐘上升時(shí)間的不同。這將影響時(shí)鐘邊沿在何時(shí)超過輸入門限電平，從而導(dǎo)致相位偏移。傳輸線端接：由于當(dāng)今時(shí)鐘驅(qū)動器極高的邊沿速率，長度超過4英寸的導(dǎo)線就被當(dāng)做傳輸線。如果沒有正確進(jìn)行端接，那么這些跡線就會出現(xiàn)電壓反射之類的傳輸線效應(yīng)，從而導(dǎo)致相位偏移。相位偏移為什么重要？在高速系統(tǒng)中，時(shí)鐘的相位偏移是構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)序極限的重要部分。對于15納秒的時(shí)鐘同時(shí)期而言，1納秒的相位偏移是很重要的。如果時(shí)序設(shè)計(jì)沒有考慮到相位偏移，那么系統(tǒng)很可能無法可靠地工作。測量兩路輸出信號間相位偏移的最簡單方法是用雙通道示波器顯示這兩路信號的波形，并測量二者上升沿的時(shí)間差。這就是相位偏移。容差/精度該參數(shù)度量的是器件的工作頻率和標(biāo)稱頻率（一般是指在常溫下）的接近程度。例如，某個(gè)器件的標(biāo)稱輸出頻率為25兆赫，而其在常溫下輸出頻率的長期（由用戶定義），那么該器件的精確度為+40ppm(ppm為百萬分之一)。頻率容差受晶體生產(chǎn)、校準(zhǔn)工藝精度控制能力的影響或控制。穩(wěn)定性穩(wěn)定性參數(shù)通常和晶體、振蕩器相關(guān)。穩(wěn)定性是指在常溫范圍內(nèi)工作頻率和常溫標(biāo)稱頻率之間的差別(ppm)。該參數(shù)由頻率偏差的最大值和最小值給出（%或ppm）。穩(wěn)定性為什么重要？假如在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到穩(wěn)定性，可能會導(dǎo)致該設(shè)計(jì)在整個(gè)溫度范圍內(nèi)處于極限工作狀態(tài)。老化老化被定義為內(nèi)部晶體或振蕩器隨時(shí)間變化而引起的頻率上的系統(tǒng)變化。它通常用ppm/年來表示，而且如不單獨(dú)表述的話，可以和穩(wěn)定性指標(biāo)合在一起。該參數(shù)通常和晶體振蕩器有關(guān)。新晶體的老化速度要高于舊晶體。擺動電壓或頻率的變化率稱為擺動。通常在數(shù)字信號的上升沿和下降沿進(jìn)行“擺動”測量。然而，在生產(chǎn)商的產(chǎn)品目錄中，更為常見的是上升時(shí)間和下降時(shí)間，而不是擺動。近來，隨著低功耗器件的出現(xiàn)，擺動被用于定義頻率變化率。占空比占空比是輸出信號高電平時(shí)間和整個(gè)周期時(shí)間之比。該參數(shù)用百分比表示。理想占空比是50%，而多數(shù)時(shí)鐘生產(chǎn)商指定的占空比為40%到60%。在既使用時(shí)鐘上升沿也使用時(shí)鐘下降沿的系統(tǒng)中，占空比是很重要的。TTL器件和CMOS器件均有占空比。由于TTL器件的電壓在0V到3V之間擺動。由于CMOS器件的電