【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 信息的最基本工具，可分為機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言用二進(jìn)制編碼表示每一條指令，是計(jì)算機(jī)能直接識(shí)別和執(zhí)行的語(yǔ)言。用機(jī)器語(yǔ)言編寫的程序成為機(jī)器語(yǔ)言程序或者指令程序（機(jī)器碼程序）。因?yàn)闄C(jī)器只能識(shí)別和執(zhí)行這種機(jī)器碼程序，所以又稱它為目標(biāo)程序。用機(jī)器語(yǔ)言編寫程序不易記憶、不易查錯(cuò)、不易修改。為了克服機(jī)器語(yǔ)言的上述缺點(diǎn)，可采用有一定含義的符號(hào)，即指令助記符來(lái)表示，一般都采用某些有關(guān)的英文單詞的縮寫。這樣就出現(xiàn)了另一種程序語(yǔ)言—匯編語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言是用助記符、符號(hào)和數(shù)字等來(lái)表示指令的程序語(yǔ)言，容易理解和記憶，它與機(jī)器語(yǔ)言指令是一一對(duì)應(yīng)的。匯編語(yǔ)言不像高級(jí)語(yǔ)言（如BASIC）那樣通用型強(qiáng)，而是屬于某種計(jì)算機(jī)所獨(dú)有，與計(jì)算機(jī)的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。用匯編語(yǔ)言編寫的程序稱為匯編語(yǔ)言程序。以上兩種語(yǔ)言都是低級(jí)語(yǔ)言。盡管匯編語(yǔ)言有不少優(yōu)點(diǎn)，但它仍存在著機(jī)器語(yǔ)言的某些缺陷：與CPU的硬件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，不同的CPU其匯編語(yǔ)言是不同的。這使得匯編語(yǔ)言程序不能移植，使用不便；其次，要使用匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)必須了解所使用CPU硬件的結(jié)構(gòu)與性能，對(duì)程序設(shè)計(jì)人員有較高的要求。為此，又出現(xiàn)了對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程的高級(jí)語(yǔ)言，如PL\M，C等。 Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)分析綜合得知，本課題采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的一般原則 單片機(jī)應(yīng)用軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括功能模塊劃分、程序流程確立、模塊接口設(shè)計(jì)以及程序代碼編寫。我們依據(jù)系統(tǒng)的功能要求，將整體軟件系統(tǒng)分割成若干個(gè)獨(dú)立的程序模塊。這些程序模塊可以是幾條語(yǔ)句的集合、功能函數(shù)或程序文件。隨后，根據(jù)個(gè)程序模塊的實(shí)現(xiàn)功能寫出流程，一般需要寫出具體的實(shí)現(xiàn)功能描述。程序代碼通常采用匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言（C語(yǔ)言）編寫。本課題采用C語(yǔ)言編程，在此必須注意以下問(wèn)題：（1）提高程序代碼效率必須熟悉當(dāng)前使用的C語(yǔ)言編譯器，試驗(yàn)每條C語(yǔ)言編譯以后對(duì)應(yīng)的匯編語(yǔ)言的語(yǔ)句行數(shù)，這樣就可以很明確的知道代碼效率。（2）減少程序錯(cuò)誤我們?cè)诰帉懗绦驎r(shí)，要注重考慮如下方面。[1]物理參數(shù) [2]資源參數(shù) [3]應(yīng)用參數(shù) [4]過(guò)程參數(shù)（3）單片機(jī)的抗干擾性防止干擾最有效的方法是去除干擾源、隔離干擾路徑。單片機(jī)干擾最常見(jiàn)的現(xiàn)象就是復(fù)位，導(dǎo)致程序運(yùn)行異常。設(shè)計(jì)系統(tǒng)是一般需要添加一個(gè)“看門狗”監(jiān)控模塊，在系統(tǒng)出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的干擾時(shí)，監(jiān)控模塊將重啟系統(tǒng)，并從斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。（4）系統(tǒng)的可靠性[1]要測(cè)試單片機(jī)軟件功能的完善性。[2]上電、掉電測(cè)試。[3]系統(tǒng)耗損測(cè)試。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的一般步驟系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，先要對(duì)本課題硬件有一個(gè)熟練的掌握，知道系統(tǒng)的組成，數(shù)據(jù)的傳輸，信號(hào)是如何被控制的，以及信號(hào)的顯示。然后進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，先搞清楚各個(gè)部分的子程序及他們的流程圖，然后進(jìn)行各子程序的編寫，最后通過(guò)主函數(shù)把各子程序連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。 三路測(cè)溫軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)程序和流程圖，根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的要求，完成溫度的測(cè)量與控制必須經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟：?jiǎn)纹瑱C(jī)接受傳感器的溫度信號(hào)，并通過(guò)MAX7219驅(qū)動(dòng)顯示出來(lái)，單片機(jī)掃描鍵盤，接受控制信號(hào)，并將溫度顯示出來(lái)，若溫度不在范圍內(nèi)則發(fā)出報(bào)警。開(kāi)始系統(tǒng)初始化測(cè)溫程序初始化如果按鍵一按下如果按鍵二按下 如果按鍵三按下如果按鍵四按下調(diào)用讀溫度1子程序調(diào)用讀溫度2子程序調(diào)用讀溫度3子程序顯示1路溫度顯示2路溫度顯示3路溫度顯示全部溫度返回返回返回返回 主程序流程圖 初始化子程序 DS18B20初始化程序嚴(yán)格按照DS18B20的時(shí)序來(lái)編寫，微處理器開(kāi)始發(fā)送一個(gè)復(fù)位脈沖（在480us～960us之間），接著數(shù)據(jù)線釋放拉到高電平1。 初始化子程序流程圖 溫度轉(zhuǎn)換由三片DS18B20是串接在不同的I/O，讀取溫度的子是程序獨(dú)立分開(kāi)，但工作原理一樣。以單個(gè)為例，首先調(diào)用DS18B20初始化子程序?qū)λM(jìn)行初始化，然后發(fā)跳過(guò)匹配ROM命令，接著發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令完成溫度轉(zhuǎn)換，該命令主要是完成溫度的A/D轉(zhuǎn)換，讀取溫度程序是在轉(zhuǎn)換結(jié)束后才能讀取當(dāng)前溫度值。其它兩片工作原理一樣。 溫度轉(zhuǎn)換流程圖 DS18B20寫子程序 當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從高邏輯電平拉低至邏輯電平時(shí)產(chǎn)生寫時(shí)間片，有兩種類型的寫時(shí)間片，寫1時(shí)間片和寫0時(shí)間片，所有時(shí)間片必須有最短為60微妙的持續(xù)期。在各寫周期之間必須有最短為1us的恢復(fù)時(shí)間。在I/O口線高電平變?yōu)榈碗娖胶驞S18B20在15us到60us之間對(duì)I/O采樣，如果是高電平則寫1，低電平寫0。數(shù)據(jù)線DQ拉低從低位到高位發(fā)送數(shù)據(jù)一個(gè)字節(jié)發(fā)送完成？結(jié)束開(kāi)始 寫子程序流程圖 DS18B20讀子程序從DS18B20讀數(shù)據(jù)時(shí)單片機(jī)產(chǎn)生讀時(shí)間片，當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉到低電平時(shí)產(chǎn)生讀時(shí)間片，數(shù)據(jù)線必須保持在邏輯電平至少1微妙，來(lái)自DS18B20的輸出數(shù)據(jù)在讀時(shí)間段下降沿之后15微妙有效，因此為了讀出從讀時(shí)間段開(kāi)始算起15微妙的狀態(tài)單片機(jī)必須停止把I/O引腳驅(qū)動(dòng)拉低至低電平，在讀時(shí)間段結(jié)束時(shí)I/O引腳經(jīng)過(guò)外部的上拉電阻拉回至高電平，所有讀時(shí)間段的最短持續(xù)周期限為60微妙，各個(gè)讀時(shí)間片之間必須有最短為1微妙的恢復(fù)時(shí)間，把主機(jī)采樣時(shí)間定在15微妙期間的末尾系統(tǒng)時(shí)序關(guān)系就有最大的余地。單片機(jī)從DS18B20中讀取數(shù)據(jù)是一位一位的讀的，沒(méi)讀完一位的數(shù)據(jù)到單片機(jī)的特定單元A，A左移一次與B向或，直至DS18B20的數(shù)據(jù)全部移到B中，到此單片機(jī)就對(duì)DS18B20完成了讀字節(jié)操作。開(kāi)始設(shè)置i=8循環(huán)八次調(diào)用讀DS18B20dat右移8位與a按位或（把8位的b和a合并送給兩字節(jié)的Tvalue）結(jié)束 讀子程序流程圖 按鍵處理子程序 這一模塊子程序定義了四個(gè)按鍵標(biāo)志量，當(dāng)檢測(cè)到對(duì)應(yīng)的按鍵被按下時(shí)，標(biāo)志量1被程序置1，在主程序中，根據(jù)標(biāo)志量的狀態(tài)轉(zhuǎn)向不同的處理子程序。開(kāi)始標(biāo)志量flag1，flag2,flag3,flag4全為0按鍵一按下？Flag1=1按鍵二按下Flag2=1按鍵三按下按鍵四按下Flag3=1Flag4=1結(jié)束 按鍵處理子程序流程圖第五章 誤差分析 誤差產(chǎn)生當(dāng)采用寄生電源的工作方式時(shí)（電源從IO口上獲得），如果溫度高于100℃，則將產(chǎn)生很大的誤差，因?yàn)榇藭r(shí)器件中較大的漏電流會(huì)使總線不能可靠檢測(cè)高低電平，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸誤碼率的增大。 V 無(wú)需備用電源，測(cè)量溫度范圍為55℃至+125℃ ，華氏相當(dāng)于是67℉到257℉華氏度 10 ℃至+85℃。在此范圍內(nèi)精度為177?！妗Ｔ谶h(yuǎn)距離有線測(cè)溫傳輸過(guò)程中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò)50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤使得溫度不能準(zhǔn)確測(cè)量。 降低誤差方法 為了使得設(shè)計(jì)能夠得到準(zhǔn)確實(shí)時(shí)溫度，DS18B20采用了外部電源供電方式，在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，此時(shí)I/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問(wèn)題，可以保證 轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。外接電源方式下，可以充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)，即使電源電壓VCC降到3V時(shí)，依然能夠保證溫度量精度。 在傳輸方面，當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)，測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線。 掛接DS18B20個(gè)數(shù)論證 在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS1820超過(guò)8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí) 要加以注意。本設(shè)計(jì)采用的是每個(gè)I/O口掛接一個(gè)DS18B20傳感器的方案，由于STC89c52用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)，根據(jù)編寫的程序大小，掛接三個(gè)DS18B20,程序?yàn)?K字節(jié)，故最多可接12個(gè)。第六章 調(diào)試與小結(jié)本設(shè)計(jì)Keil C51對(duì)單片機(jī)多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了軟件編寫。在編寫過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照DS18B20的工作時(shí)序嚴(yán)格編寫，否則溫度無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量。硬件電路的設(shè)計(jì)是通過(guò)Protel 99se軟件來(lái)來(lái)設(shè)計(jì)的PCB。設(shè)計(jì)之始，由于對(duì)軟件的不熟練和PCB布線規(guī)則的不熟悉，導(dǎo)致第一版的設(shè)計(jì)失敗，主要原因是布線寬度太窄導(dǎo)致刻板時(shí)線被刻斷，焊盤設(shè)計(jì)太小，焊接時(shí)元件焊接不牢固。在兩面布線時(shí)，頂層布線只放置一個(gè)過(guò)孔到頂層走線直接布線到頂層焊盤導(dǎo)致無(wú)法焊接。在第一版設(shè)計(jì)階段由于粗心大意，把P0口上拉排阻的接電源錯(cuò)接成接地導(dǎo)致LCD1602不能顯示，通過(guò)原理圖對(duì)比和電路的排查最終找出和解決問(wèn)題。經(jīng)過(guò)改善后，第二版PCB制作成功。本課題通過(guò)分析對(duì)比各種不同的溫度傳感器，選定DS18B20，這種單總線數(shù)字溫度傳感器的通信方式比較獨(dú)特，軟件編寫要求的比較新穎，特點(diǎn)突出。用其構(gòu)建的系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)：硬件連線簡(jiǎn)單，省去了使用模擬傳感器要進(jìn)行放大、A/D轉(zhuǎn)換等工作，由于它的級(jí)聯(lián)功能，一條總線可掛接多個(gè)傳感器測(cè)量不同位置的溫度，根據(jù)DS18B20唯一的序號(hào)識(shí)別不同傳感器在各自位置的溫度。課題采用的是一個(gè)I/O口掛接一個(gè)DS18B20的方式串聯(lián)了三個(gè)傳感器。另外，由于DS1820 單線通信功能是分時(shí)完成的,遵循嚴(yán)格的時(shí)隙概念,因此, 系統(tǒng)對(duì)DS1820 和各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行,即:初始化DS1820 (發(fā)復(fù)位脈沖)—發(fā)ROM功能命令—發(fā)存儲(chǔ)器操作命令—處理數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，每一個(gè)自帶地址，大大減少了系統(tǒng)的電纜數(shù)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性。通過(guò)調(diào)試成型系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了DS18B20除了上述優(yōu)點(diǎn)外，還有一些缺點(diǎn)，如：簡(jiǎn)單的硬件連接的代價(jià)是復(fù)雜的軟件時(shí)序，DS18B20在測(cè)量溫度的時(shí)候，靈敏度不夠高，溫度快速變化時(shí)無(wú)法迅速顯示出其變化。通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：由DS18B20構(gòu)建的測(cè)溫小系統(tǒng)適用于環(huán)境溫度監(jiān)控，對(duì)溫度小變化較敏感；不適合應(yīng)用于要求實(shí)時(shí)性強(qiáng)、溫度跨度大的測(cè)溫方式。致謝本設(shè)計(jì)是在鄭繼紅老師的指導(dǎo)下完成的，鄭繼紅老師是一位極其負(fù)責(zé)任的指導(dǎo)老師。畢業(yè)設(shè)計(jì)初期時(shí)，就制定了詳細(xì)的工作時(shí)間表，對(duì)于各個(gè)階段要完成的設(shè)計(jì)任務(wù)都詳盡列出，而且按時(shí)要求完成。期間，多次集中開(kāi)會(huì)，分析指導(dǎo)，提供修改意見(jiàn)。為此，對(duì)鄭繼紅老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間提供的悉心指導(dǎo)與幫助表示衷心的感謝！此外，特別要感謝在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中為我提供寶貴意見(jiàn)的同學(xué)，有了你們的建議讓我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成！參考文獻(xiàn)[1]黨峰、王敬農(nóng)、[J].山西電子技術(shù),2007(3)[2]趙海蘭、趙祥偉．智能溫度傳感器DS18B20的原理與應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2003,26(14)[