【文章內(nèi)容簡介】 主線的Output端口,一定要打開Output或者集電極斷開電路輸出。和一個串行時鐘線也應該為一條雙行道,擔任操控主線數(shù)據(jù),在經(jīng)由SCL流出電路產(chǎn)生的Clock通訊的同時,檢查SCL在主線上,用來定奪何時給予下個Clock脈沖信號。下屬機接受主人的命令,并且遵從主線SCL signal發(fā)射或者接收SDA蘊含的signal。每個裝置的總線空閑,明渠輸出,負載的電路阻體讓上述兩條線都維持較高等級的電平。任何裝置產(chǎn)生出的低等級電壓都會讓對應的主線信號變的很低，換句話說:SDA的設備”和“關系,SCL也”和“關系。總線接口電路的設備制造技術和水平?jīng)]有特殊要求(NMOS和CMOS兼容)。I2C總線數(shù)字資料傳送速率能超過39Wbit/s。此外,主線同意接上的裝備電池裝載量小于399pf。總線的操作(數(shù)據(jù))由主機控制。主機通常是微處理器，是一個開啟信息傳送，依次經(jīng)過Clock Signal和完成時的提示信號，關閉裝置。從機器主機搜索裝置。為了交流,每個收到了I2C總線的裝置都有一個唯一的地址,以便主機搜索。主機和從機傳輸數(shù)據(jù),能夠從機從由向主機發(fā)送數(shù)據(jù),同樣允許經(jīng)主機向從機傳輸。無論設備是主機還是從機,發(fā)射信息到主線的被叫做發(fā)射極，而對應信息的接受體就為接收機。I2C總線的數(shù)據(jù)在傳輸過程中有三種類型的信號:起始信號、響應信號和結束信號。開始信號:SCL高電平時,SDA從高向低跳,開始傳送數(shù)據(jù)。結束信號:SCL高電平時,SDA從低向高跳,結束數(shù)據(jù)傳輸。SDASCL開始結束回應信號,收獲數(shù)據(jù)的集成電路收獲后八位的信息,然后將傳送一個已確定的集成電路的低電平脈沖,傳達已經(jīng)接收完信息。CPU單元發(fā)送數(shù)據(jù)來控制,在控制單元發(fā)送響應信息之后,CPU收到響應信號后,按照當前條件決定要不要仍然傳輸信號。如果未收到響應信號,由控制單元問題出現(xiàn)時的認定。如圖32所示： 開始、結束信號圖 大多數(shù)電路都包含有I2C接口。CYGNAL C8051F0XX系列微型芯片等等許多周邊設備如存儲、監(jiān)控等都提供I2C接口芯片?？偩€基本操作：I2C程序使用主/從雙向溝通。設備傳送信息到主線被叫做發(fā)送方,設備收獲信息被叫做接收器。從和主要組件可以在接收和發(fā)送的狀態(tài)工作。主線一定要讓主要裝置操控著,串行時鐘(SCL)則起著操控主線的傳送目標、啟動和關閉條件的作用。SDA的狀態(tài)行數(shù)據(jù)的變化僅在SCL為低電平時,當SCL在高電平段時，SDA的狀態(tài)變化是用于啟動和停止條件。控制字節(jié):開始的要求后,一定要為設備的操控字符,包括高四種不同種類的設備標識符(不一樣的芯片擁有不一樣的EEPROM，但其默認一般為1010),然后選擇其中三個,剩下最后用于一個讀和寫,當為讀操作1,0為寫操作。 寫操作:劃分成單個字操作和整頁操作兩個方式，針對整頁寫按照芯片的單次載入的字符不一樣。讀操作:當前地址讀、隨機讀和順序讀。4 系統(tǒng)的軟件設計 本設計程序大部分在主循環(huán)中完成，程序用了一個定時器，定時器的作用是刷新數(shù)碼管，以實現(xiàn)實時顯示。在主函數(shù)中首先對整個系統(tǒng)進行初始化，包括對定時器初始化，開啟定時中斷與全局中斷，配置定時周期寄存器。隨后對溫度傳感器初始化，本設計用的溫度傳感器的型號是DS18B20，該溫度傳感器輸出的信號是數(shù)字信號，采用的通信協(xié)議是I2C，但是本設計用的單片機沒有I2C模塊，所以本設計采用軟件模擬I2C的方式來與DS18B20進行通信。對溫度傳感器初始化后還要對EEPROM初始化，它所用的通信協(xié)議與DS18B20一樣。系統(tǒng)初始化完成后要進入一個設置函數(shù)，這個函數(shù)可以讀取按鍵的值并對溫度上限與下限進行設置，設置好以后將這個設置存入EEPROM，當實際溫度超過這個設定值時就會報警。接下來程序會進入一個死循環(huán)，在這個大循環(huán)中不斷地讀取DS18B20，并且刷新數(shù)碼管，一旦讀取的溫度超過設定值時就進入報警函數(shù)，報警函數(shù)中會控制電風扇和加熱器以達到控制溫度的目的，隨后驅(qū)動蜂鳴器和LED進行報警。整個程序框圖如圖41所示，整個架構包含了控制部分、溫度顯示、溫度讀取等幾方面。下圖是本次控制顯示模塊的軟件設計架構。 顯示模塊的軟件設計架構 本設計在開始時要先對各個模塊初始化，然后將溫度讀入AT24C02并與預設的限制進行比較，將當前溫度發(fā)給數(shù)碼管并顯示，檢測SET是否按下，再檢查加減鍵是否按下，寫入并保存在AT24C02中，反之如果SET沒有按下，檢測并比較當前溫度值與限制的大小，斷開相應的繼電器，對應LED燈閃爍，蜂鳴響。開始初始化讀取當前溫度讀取AT24C02內(nèi)上下限溫度值當前溫度與限值關系判斷SET是否按下加減鍵是否按下相應處理上下限位，并寫入AT24C02上限指示燈點亮，蜂鳴器閃響下限指示燈點亮，蜂鳴器閃響While循環(huán)返回否是否是大于上限小于下限顯示當前溫度正常范圍 主控制程序流程圖 DS18B20的程序流程圖 程序的開始時先對DS18B20復位，然后檢測溫度是否改變，沒有則繼續(xù)當前測量點位并在短暫延時后返回原值，如果改變程序就會發(fā)出一個溫度轉(zhuǎn)換命令，將新溫度寫入DS18B20，短暫延時后溫度傳感器復位，程序發(fā)出一個讀溫度命令，讀出新溫度的數(shù)值并傳給顯示電路，通過這種不斷的檢測當前溫度并顯示，就能達到對水溫的實時監(jiān)控。否是發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令寫入18B20讀溫度前復位顯示測溫點位置18B20復位開始18B20存在？延時發(fā)出讀溫度命令寫入18B20讀入溫度值數(shù)據(jù)返回延時 DS18B20的程序流程圖5 系統(tǒng)仿真 仿真軟件Proteus的簡介Proteus軟件是由英國Labcenter electronics公司出版的。它的功能很強大，能對EDA工具軟件、單片機外圍器件進行仿真，它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。Proteus軟件畫電路原理圖，再將連好的原理圖進行仿真。使用軟件仿真對下一步設計制作實物有著很好的鋪墊作用。只要仿真成功，后期按照仿真制作實物就會一氣呵成。ISIS是Proteus里面的畫原理圖部分，它具有良好的用戶界面，設計中可自動走線并且可以出版高質(zhì)量的原理圖。 keil uVision2編程開發(fā)工具的簡介Keil uVision2是德國Keil Software公司設計的一款編程軟件。Keil uVision2 這個開發(fā)環(huán)境功能非常強大，里面有Cx51編譯器、Ax51宏匯編器等等，所有這些功能都可以在uVision2開發(fā)環(huán)境中使用。采用uvision2開發(fā)51系列單片機應用程序一般需要以下步驟。首先創(chuàng)建一個工程，本設計選擇的單片機器件是AT89S52。其次是利用uVision2的文件編輯器編寫程序，本設計利用的是C語言，將此C語言源程序文件保存并添加到項目中去。再次是檢查文件無誤后進行編譯、鏈接、調(diào)試等功能，并選擇生成單片機可執(zhí)行文件HEX文件。最后將正確的HEX文件寫入到單片機的EPROM中，單片機就可以根據(jù)我們編寫的程序內(nèi)容工作了。系統(tǒng)在proteus軟件的仿真過程中，能顯示待測水的溫度，溫度達到規(guī)定上限或者下線值時會報警，可以通過按鍵設置限值溫度。實現(xiàn)功能的主控制芯片是AT89C52單片機，由一個防水型溫度傳感器來模擬檢測溫度，模擬電流通過ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字電流輸入單片機進行操作，放大電路將電流放大，利用七段數(shù)碼管顯示出099的溫度值（注：由于水的溫度在標壓下最高不會超過100攝氏度，最低不低于0攝氏度，所以數(shù)碼管顯示溫度的上下極限時099攝氏度）。同時還設計了蜂鳴報警系統(tǒng)，按鍵控制系統(tǒng)，當按下按鍵S1，可以對報警溫度進行設置，S2減小溫度限值，S3增大溫度限值。比如將溫度設置為2030攝氏度，當溫度小于20攝氏度或超過30攝氏度，紅色LED燈就會閃爍，同時蜂鳴器會報警！。按下主機的復位裝置系統(tǒng)重置。 最終仿真圖6 PCB畫圖及實物制作 制作過程理論實踐概述本設計主要是基于單片機的水溫控制的設計，因此它的設計重點主要集中在水溫的測量和控制兩方面。為了達到能實時測量和及時控制，本設計通過相應的溫度傳感器、繼電儲存器、鍵盤組以及數(shù)碼管顯示來實現(xiàn)這些功能。 設計原理圖（a）所示，原理圖所示為連接電路：由AT89C51系類單片機、防水型DS18B20溫度傳感器、AT24c02斷電保護芯片、數(shù)碼管、蜂鳴器、外接加熱裝置（本設計由金屬片代替）、外接散熱裝置（本設計由小型風扇代替）和鍵盤組成組成的綜合電路；（b）所示，最小系統(tǒng)通常情況下都應該包括:單片機、復位電路、晶振電路。下面給出本設計51單片機的最小系統(tǒng)電路圖。 （a）系統(tǒng)原理圖(b) 水溫控制原理圖（1）下料：一般是指導選取材料、厚度合適、整個表面鋪有較薄銅箔的整張基板。（2）絲網(wǎng)漏印：為了制作元件管腳間相連的銅箔導線，必須將多余的銅箔部分利用化學反應腐蝕掉，而使銅箔導線在化學反應的過程中保留下來，所以必須在腐蝕前將元件管腳間相連的銅箔導線利用特殊材料印制到鋪有較薄銅箔的整張基板上，該特殊材料可以保證其下面的銅箔與腐蝕液離，將特殊材料印制到基板上的過程就是絲網(wǎng)漏印。（3）腐蝕和去除印料：接下來將絲網(wǎng)漏印后的基板放置在腐蝕化學液中，將裸露出來的多余銅箔腐蝕掉，接下來再利用化學溶液將保留下來銅箔上的特殊材料清洗掉。（4）孔加工：為了實現(xiàn)元件的安裝，還必須為元件的管腳提供安裝孔，利用數(shù)控機床在基板上鉆孔。對于雙面板而言，為了實現(xiàn)上下層導線的互連，還必須制作過孔，過孔的制作較為復雜，鉆孔后還必須在過孔中電鍍上一層導電金屬膜，該過程就是孔加工。（5）助焊劑和阻焊漆：在經(jīng)過以上步驟后，電路板已經(jīng)初步制作完成，但為了更好的裝配元件和提高可靠性，還必須在元件的焊盤上涂抹一層助焊劑，該助焊劑有利于焊盤與元件管腳的焊接。而在焊接過程中為了避免和附近其它導線短接的可能性，還必須在銅箔導線上涂上一層綠色的阻焊漆，同時阻焊漆還可保護其下部的銅箔導線在長期惡劣的工作環(huán)境中被氧化腐蝕。（6）印標注：為了元件裝配和維修的過程中識別元件，還必須在電路板上印上元件的編號以及其它必要的標注。（7）成品分割和檢查測試：隨后將整張制作完成的電路板分割為小的成品電路板。最后還要對電路板進行檢查測試。如下圖就是經(jīng)過PCB制作過程所完成的控制顯示電路的PCB板 水溫控制系統(tǒng)PCB圖 最終實物圖 。為了達到實時觀察和實時控制，本設計通過相應的蜂鳴器、傳感器、鍵盤組以及數(shù)碼管顯示來實現(xiàn)這些功能。具體操作及系統(tǒng)反應為：系統(tǒng)上電，數(shù)碼管屏幕顯示當前溫度，按下板子下方從左往右第一個按鍵進入上限溫度的設定，按第二個按鍵為降低限制溫度，按第三個鍵為增加限制溫度。再按一下第一個按鍵進入下限溫度的設定，操作同上（下限溫度一定小于上限溫度）。每當傳感器金屬頭感知的溫度高于或低于溫度的限制時，蜂鳴器報警，對應指示燈常亮并啟動對應的溫度控制