【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 本次設(shè)計(jì)采用的主控芯片是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)。如圖 45：圖45 STC89C52芯片引腳圖STC89C52引腳具體介紹如下：① 主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源。GND(Pin20)：接地線。②外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端。XTAL2(Pin18)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端。③控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)。PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選擇，接低電平時(shí)從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。④可編程輸入/輸出引腳（32根）STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、PPP3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。P0口（Pin39～Pin32）：8位雙向I/O口線，～，與8255A的D0—D7口相連，作為數(shù)據(jù)傳送端口，選擇A口時(shí)讀ADC0809的數(shù)字量，選擇B、C口時(shí)輸出溫度值。P1口（Pin1～Pin8）： 8位準(zhǔn)雙向I/O口線，～，作為控制端，低3位控制報(bào)警器和燈，—。P2口（Pin21～Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，～，作為控制端，低3位選擇ADC0809的模擬通道的入口地址。，、A1相連控制選擇A、B、C口。P3口（Pin10～Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，～，、WR相連?？刂茖?duì)8255A的讀和寫(xiě)功能。STC89C52單片機(jī)內(nèi)部沒(méi)有振蕩電路，需要外加振蕩器提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種，分別為：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。在STC89C51單片機(jī)一般常用內(nèi)部時(shí)鐘方式，就是在XTAL1和XTAL2之間連接晶體振蕩器與電容構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。晶體和電容決定了單片機(jī)的工作時(shí)間精度為1微秒。STC898C51單片機(jī)在通常應(yīng)用情況下，使用振蕩頻率為6MHZ的石英晶體，而12MHZ頻率的晶體主要是在高速串行通信情況下才使用，在這里使用的是6MHZ石英晶體。電容C1和C2可在20100PF之間取值，一般情況取30PF。外部時(shí)鐘方式是把外部振蕩信號(hào)源直接接入XTAL1或XTAL2。由于XTAL2邏輯電平不是TTL的，所以還要接一個(gè)上拉電阻。其原理圖如圖46(b)。圖46 振蕩器設(shè)計(jì)電路復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三種。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖47(a)所示。只要電源Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。按鍵電平復(fù)位是通過(guò)使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖47(b)所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖47(c)所示[2]：（a）上電復(fù)位 （b）按鍵電平復(fù)位 （c）按鍵脈沖復(fù)位圖47 復(fù)位電路本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用圖47（b）上電復(fù)位方式。 擴(kuò)展I/O接口芯片單片機(jī)有4個(gè)并行I/O口，但在實(shí)際的使用中單片機(jī)的I/O口不能完全滿足設(shè)計(jì)要求，可以簡(jiǎn)單地通過(guò)鎖存器或觸發(fā)器擴(kuò)展I/O口，也可以使用專門(mén)為單片機(jī)開(kāi)發(fā)的I/O接口芯片，如8255A，8155等。如圖48,圖49所示。使用專用芯片，操作簡(jiǎn)單，擴(kuò)展口多。 圖48 8255A 引腳圖 圖49 8155引腳圖8255A具有3個(gè)8位并行I/O口，其內(nèi)部集成鎖存、緩沖及與CPU聯(lián)絡(luò)的控制邏輯，通用性強(qiáng)、可通過(guò)對(duì)其編程實(shí)現(xiàn)不同的功能，8155芯片包含256個(gè)靜態(tài)RAM，2個(gè)8位，1個(gè)6位的可編程并行I/O口，和14位定時(shí)計(jì)數(shù)器。比較兩種芯片，8155芯片比8255A芯片實(shí)現(xiàn)的功能要多，但本系統(tǒng)只需要擴(kuò)展3個(gè)8位并行I/O口滿足LED顯示器，對(duì)擴(kuò)展芯片的要求簡(jiǎn)單。所以8255A是最佳選擇。D0～D7：數(shù)據(jù)線，三臺(tái)雙向8位緩沖區(qū)。RESET：復(fù)位信號(hào)，輸入高電平有效。復(fù)位后控制寄存器清零，A,B,C口均為輸入。:片選端，輸入，低電平有效。A1,A0：地址線，0 0 為A口，0 1 為B口，1 0為C口，1 1為控制寄存器。:讀控制線，輸入，低電平有效，有效時(shí)，允許CPU通過(guò)8255AD0～D7讀數(shù)據(jù)。:寫(xiě)控制線，輸入，低電平有效，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫(xiě)入8255A。PA0～PA7：端口A的輸入輸出線。PB0～PB7：端口B的輸入輸出線。PC0～PC7：端口C的輸入輸出線。 8255A與單片機(jī)連接單片機(jī)的P0口連接8255A的D0～D7?！珹1相連。單片機(jī)的，RES分別連接8255A的，RESET端口。顯示電路需使用4個(gè)LED數(shù)碼管來(lái)顯示數(shù)據(jù)， LED數(shù)碼顯示器成本低廉, 使用壽命長(zhǎng), 配置靈活, 與單片微機(jī)接口方便。 從譯碼驅(qū)動(dòng)方式看, LED顯示驅(qū)動(dòng)電路有并行譯碼方式、 串行譯碼方式、 專用譯碼驅(qū)動(dòng)。從顯示方式來(lái)看有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示[4]。所以要選擇哪一種方式要切合實(shí)際生產(chǎn)生活的需要。本系統(tǒng)采用8255A擴(kuò)展單片機(jī)的I/O口，I/O滿足顯示電路的設(shè)計(jì)要求，所以采取并行譯碼方式。以下就不同顯示方式提出方案論證。 方案一：并行驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)顯示圖410 并行驅(qū)動(dòng)七段共陰紅色數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯方案二：并行驅(qū)動(dòng)BCD數(shù)碼管靜態(tài)顯示圖411 并行驅(qū)動(dòng)BCD數(shù)碼管靜態(tài)顯示方案一如圖410，采用四個(gè)七段共陰極紅色數(shù)碼管。此數(shù)碼管比單個(gè)七段數(shù)碼管所占用I/O數(shù)目要少的多。8255A的PB0～PB7控制數(shù)碼管的段，PC0～PC3控制LED數(shù)碼管位的選擇。方案二如圖411所示，采用BCD數(shù)碼管8255A的PB、PC口各控制兩個(gè)數(shù)碼管。采用靜態(tài)顯示方式，較小的電流即可獲得較高的亮度，且占用CPU時(shí)間少，編程簡(jiǎn)單，但由于每位LED顯示器均要配置一個(gè)并行輸出口，占用了較多的I/O口資源，硬件成本高，故在顯示位數(shù)較少時(shí)采用。采用動(dòng)態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，精簡(jiǎn)電路也比較簡(jiǎn)單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且早顯示位數(shù)較多時(shí)，CPU要依次掃描，占用CPU較多的時(shí)間。所以動(dòng)態(tài)顯示的實(shí)質(zhì)是以犧牲CPU時(shí)間來(lái)?yè)Q取硬件的較少。本設(shè)計(jì)兼顧軟件設(shè)計(jì)的難度度和本次選用的數(shù)碼管較少的緣故選擇方案二。 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)除了對(duì)多點(diǎn)溫度的實(shí)時(shí)顯示還要對(duì)溫度進(jìn)行判斷，這樣才能實(shí)現(xiàn)智能化的控制。本設(shè)計(jì)采用如下報(bào)警方案：當(dāng)溫度高于設(shè)定范圍則紅燈亮、揚(yáng)聲器響提示溫度過(guò)高，當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)藍(lán)燈亮、揚(yáng)聲器響提示溫度過(guò)低。溫度在控制范圍內(nèi)，燈不亮、揚(yáng)聲器保持靜默。圖 412 報(bào)警電路 按鍵控制電路的設(shè)計(jì)方案一：矩陣式鍵盤(pán)圖413 矩陣式鍵盤(pán)方案二：獨(dú)立式鍵盤(pán)圖414 獨(dú)立式鍵盤(pán)鍵盤(pán)分編碼鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)，編碼鍵盤(pán)適用于PC機(jī)，以上方案為適用于單片機(jī)的非編碼鍵盤(pán)，有獨(dú)立式和矩陣式兩種如圖413和圖414所示。獨(dú)立式鍵盤(pán)連接簡(jiǎn)單，但占用I/O口多，適用于按鍵較少的電路。矩陣鍵盤(pán)占用I/O口少，且按鍵多滿足電路多功能要求。本設(shè)計(jì)中要用到的按鍵數(shù)為8個(gè)，如果P1口使用矩陣鍵盤(pán)會(huì)加大軟件難度，外部中斷難實(shí)現(xiàn)。兼顧設(shè)計(jì)中要使用中斷和復(fù)位不可能都在矩陣鍵盤(pán)上完成。所以采取方案二。第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 程序總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件要求實(shí)現(xiàn)每隔一段時(shí)間(5秒)，對(duì)8路溫度信號(hào)循環(huán)檢測(cè)并顯示，顯示采用8路溫度循環(huán)顯示的方式。溫度正常時(shí)用紅色LED顯示溫度值，綠色LED顯示通道。溫度異常時(shí)，紅色LED顯示“AA”或“BB”代表溫度低于下限值或高于上限值。同時(shí)用綠色LED顯示通道并報(bào)警。按鍵電路可以設(shè)置溫度的控制范圍，進(jìn)入調(diào)節(jié)時(shí)溫度的上限值用紅色LED顯示，溫度的下限值用藍(lán)色LED顯示。每個(gè)通道的溫度可通過(guò)按鍵進(jìn)行單獨(dú)查看。對(duì)8路溫度求平均值且保留兩位小數(shù)，最后顯示，紅色LED代表整數(shù)，綠色LED代表小數(shù)。系統(tǒng)采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，將一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用程序分成若干個(gè)具有明確任務(wù)的程序模塊，對(duì)每個(gè)模塊單獨(dú)設(shè)計(jì)，編程和調(diào)試。然后組合起來(lái)為一個(gè)完整的程序。 主程序流程圖主程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行初始化，包括溫度限值初始化、8255A初始化、堆棧指針初始化、報(bào)警電路的初始化、鍵盤(pán)控制電路的初始化。然后調(diào)用各個(gè)子程序完成溫度的檢測(cè)和顯示。采用循環(huán)的方式運(yùn)行。如圖51：圖51 主程序流程圖溫度檢測(cè)子程序如圖52所示，首先要將指針指向8255A的A口，脈沖的上升沿將內(nèi)部的寄存器全部清零，在其下降沿開(kāi)始轉(zhuǎn)換。圖52 溫度檢測(cè)子程序流程圖 溫度顯示子程序流程圖溫度顯示子程序顯示前對(duì)溫度進(jìn)行判斷，如果溫度正常，則顯示溫度和通道，如果溫度小于溫度范圍顯示“AA”，溫度大于溫度范圍顯示“BB”，同時(shí)顯示異常通道并報(bào)警。流程圖如下圖53所示：圖53 顯示子程序流程圖本系統(tǒng)軟件要求有3個(gè)定時(shí)子程序，定時(shí)時(shí)間分別為：5S、1S、20ms。所以一個(gè)定時(shí)子程序難以滿足系統(tǒng)要求，采用兩種定時(shí)方法，①單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器T0/T1，②指令周期循環(huán)。單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器最大定時(shí)時(shí)間要根據(jù)單片機(jī)的晶振頻率大小，采用6M晶振一次定時(shí)最多為131ms，12M晶振最多定時(shí)65ms。指令周期也與單片機(jī)采用的晶振有關(guān)，采用6M晶振的指令周期為2～8us，采用12M晶振的指令周期為1～4us。所以達(dá)到所要求的時(shí)間還要對(duì)以上的方法進(jìn)行一定次數(shù)的循環(huán)。5S、1S采用定時(shí)器T0如圖54，20ms采用指令循環(huán)如圖55。 圖54 定時(shí)器流程圖 圖55 指令循環(huán)流程圖 外部中斷調(diào)節(jié)溫度限值子程序流程圖外部中斷0是對(duì)溫度上下限值進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)外部中斷響應(yīng)，轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序開(kāi)始對(duì)外部鍵盤(pán)進(jìn)行掃描。當(dāng)有按鍵按下，延時(shí)一段時(shí)間去抖動(dòng)后執(zhí)行相應(yīng)程序。執(zhí)行時(shí)要對(duì)限值進(jìn)行判斷是否能夠繼續(xù)執(zhí)行加一或減一指令。如果不能則顯示“EE”代表不能再進(jìn)行相應(yīng)操作轉(zhuǎn)入等待，如果可以則執(zhí)行相應(yīng)操作，顯示并延時(shí)一段時(shí)間后，繼續(xù)判斷按鍵是否按下和是否退出中斷程序。流程圖如圖56所示：圖56 按鍵設(shè)定限值流程圖 外部中斷選擇查看子程序流程圖系統(tǒng)要求對(duì)八路溫度循環(huán)顯示，由于LED顯示器暫停時(shí)間短、不可隨意查看，造成記錄數(shù)據(jù)不便，當(dāng)溫度超過(guò)限度值時(shí)就對(duì)數(shù)據(jù)不可讀，不能及時(shí)知曉溫度值。外部中斷1可以隨時(shí)查看當(dāng)前溫度，方便數(shù)據(jù)記錄和顯示查看溫度。 圖57 外部中斷選擇查看子程序流程圖 求平均值子程序和BCD轉(zhuǎn)換子程序流程圖顯示完8路溫度只是對(duì)8路溫度有了直觀的了解。但是往往我們?cè)谟涗洈?shù)據(jù)的同時(shí)要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，求平均值只是其中的一種。本系統(tǒng)難以完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析，暫對(duì)8路溫度求平均值，如圖58。平均值在LED上顯示的方式為：紅色為整數(shù)，藍(lán)色為小數(shù)，精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位。 調(diào)用BCD轉(zhuǎn)換子程序，以十進(jìn)制形式顯示溫度值。這樣就簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)記錄和查看的難度，也是大家普遍接受能夠易讀易懂的形式，如圖59： 圖58 求平均值流程圖 圖59 BCD轉(zhuǎn)換流程圖第六章 硬件電路調(diào)試和軟件測(cè)試 測(cè)溫電路調(diào)試第四章中主要對(duì)測(cè)溫電路方案進(jìn)行比較和誤差分析，沒(méi)有涉及具體的阻值計(jì)算，方案仿真如下圖61所示：圖61 測(cè)溫電路仿真圖調(diào)試步驟：（1）設(shè)定基本參數(shù)：①根據(jù)公式46：，設(shè)定,設(shè)定,得式46：，方便計(jì)算。②設(shè)定測(cè)溫電橋的電壓為5伏，,的值等于熱敏電阻溫度為零的值。溫度為零時(shí)，溫度為100℃時(shí)。（2） 調(diào)節(jié),確定的值