【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在本設(shè)計(jì)中，采用的 DALLAS 半導(dǎo)體器件公司生產(chǎn)的一種可編程數(shù)字溫度傳感器芯片 DS18B20 來(lái)采集溫度，該數(shù)字溫度傳感器為獨(dú)特的 1Wire 總線接口，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在一只形如三極管的集成電路內(nèi)。外型如圖 所示：圖 DS18B20它僅占用 MCU 一只引腳，具有操作簡(jiǎn)單，溫度測(cè)量快，精度高等優(yōu)點(diǎn)。它具有微型化、低功耗，直接將測(cè)得的結(jié)果以串行數(shù)字信號(hào)輸出，其中一根線接電源正極，另一根線接電源負(fù)極。只需占用一個(gè)普通 I/O 線就可完成與單片機(jī)的硬件接口，具有使用簡(jiǎn)單方便、分辨率高的優(yōu)點(diǎn)。其接線電路如圖 所示：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNu mber R ev isio nSizeBDate: 9 J un 2 0 0 5 Sheet o f File: H:\B ack up of 原原原 .DDB Drawn B y:R 1 44 .7 KGND 1DQ 2VDD 3U6DS18 B 2 0VC CTemp _ In 圖 溫度傳感器電路 超聲波顯示電路設(shè)計(jì)采用字符型 LCD 顯示。LCD 字符型液晶顯示模塊是一類專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣式液晶顯示模塊。LCD1602 應(yīng)用很普遍，市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此 HD44780 寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。字符型 LCD 通常有 14 條引腳線或 16 條引腳線的 LCD，多出來(lái)的 2 條線是背光電源線 VCC(15 腳)和地線 GND(16 腳)，16 腳接口的管腳發(fā)布如下：第 1 腳：VSS 為電源地第 2 腳：VDD 接 5V 電源正極第 3 腳：V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影” ，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度） 。第 4 腳：RS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器。第 5 腳：RW 為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)寫操作。第 6 腳：E(或 EN)端為使能(enable)端。第 7～14 腳：D0～D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。第 15～16 腳：空腳或背燈電源。3 超聲波測(cè)距系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道 C 語(yǔ)言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語(yǔ)言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測(cè)距儀的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測(cè)距時(shí)），所以控制程序可采用 C 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程。 超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距的原理為超聲波發(fā)生器 T 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，就被超聲波接收器 R 所接收到。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離的計(jì)算公式為： d=s/2=(ct)/2 ()其中，d 為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離，s 為聲波的來(lái)回的路程， c 為聲速，t 為聲波來(lái)回所用的時(shí)間。 在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在 INT0 或 INT1 端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。其部分源程序如下： RECEIVE0：PUSH PSW PUSH ACC CLR EX0 ；關(guān)外部中斷 0 ? MOV R7, TH0 ；讀取時(shí)間值 MOV R6, TL0? CLR C MOV A, R6 SUBB A, 0BBH；計(jì)算時(shí)間差 MOV 31H, A ；存儲(chǔ)結(jié)果 MOV A, R7 SUBB A, 3CH MOV 30H, A? SETB EX0 ；開(kāi)外部中斷 0 POP ACC? POP PSW RETI 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器 T0 工作模式為 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式。置位總中斷允許位 EA 并給顯示端口 P0 和 P1 清 0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，需要延時(shí)約 ms 后，才打開(kāi)外中斷 0 接收返回的超聲波信號(hào)。由于采用的是 12 MHz的晶 振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是 1μs，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波來(lái)回所用的時(shí)間）按式（）計(jì)算，即可得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取 20℃時(shí)的聲速為 344 m/s 則有： d=(ct)/2=172T0/10000cm () 其中，T0 為計(jì)數(shù)器 T0 的計(jì)算值。測(cè)出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制 BCD 碼方式送往 LED 顯示約 ，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過(guò)程。本設(shè)計(jì)程序采用模塊化編程，包括主程序模塊，超聲波測(cè)距程序模塊，顯示模塊，溫度測(cè)量模塊，外部中斷模塊。系統(tǒng)程序流程圖設(shè)計(jì)如圖 所示：圖 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)圖4 系統(tǒng)調(diào)試與誤差分析 [9] 單片機(jī)的編譯環(huán)境 Keil C51 編譯KEIL C51 標(biāo)準(zhǔn) C 編譯器為 8051 微控制器的軟件開(kāi)發(fā)提供了 C 語(yǔ)言環(huán)境,同時(shí)保留了匯編代碼高效,快速的特點(diǎn)。C51 編譯器的功能不斷增強(qiáng)，使你可以更加貼近 CPU 本通過(guò) lcd 顯示計(jì)算出距離值延時(shí) 關(guān)閉計(jì)數(shù)器換算當(dāng)前溫度下的聲速讀取溫度值計(jì)算超聲波傳播時(shí)間發(fā) 40kHz 方波 3 個(gè)周期，開(kāi)啟計(jì)數(shù)器發(fā)射信號(hào)進(jìn)入中斷Lcd 初始化開(kāi)始身，及其它的衍生產(chǎn)品[13]。C51 已被完全集成到 uVision2 的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，這個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，項(xiàng)目管理器，調(diào)試器。uVision2 IDE 可為它們提供單一而靈活的開(kāi)發(fā)環(huán)境。 C51 V7 版本是目前最高效、靈活的 8051 開(kāi)發(fā)平臺(tái)。它可以支持所有 8051 的衍生產(chǎn)品，也可以支持所有兼容的仿真器，同時(shí)支持其它第三方開(kāi)發(fā)工具。因此，C51 V7版本無(wú)疑是 8051 開(kāi)發(fā)用戶的最佳選擇。 KEIL C51 編譯器在遵循 ANSI 標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，為 8051 微控制器系列特別設(shè)計(jì)。語(yǔ)言上的擴(kuò)展能讓用戶使用應(yīng)用中的所有資源。存儲(chǔ)器和特殊功能寄存器的存?。?C51 編譯器可以實(shí)現(xiàn)對(duì) 8051 系列所有資源的操作。SFR 的存取由 sfr 和 sbit 兩個(gè)關(guān)鍵字來(lái)提供。變量可旋轉(zhuǎn)到任一個(gè)地址空間。用關(guān)鍵字 at 還能把變量放入固定的存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)模式（大，中，小）決定了變量的存儲(chǔ)類型。連接定位器支持的代碼區(qū)可達(dá) 32 個(gè)，這就允許用戶在原有 64KROM 的 8015 基礎(chǔ)上擴(kuò)展程序。在 V2 的編譯器和許多高性能仿真器中，可以支持應(yīng)用程序的調(diào)試。中斷功能：C51 允許用戶使用 C 語(yǔ)言編寫中斷服務(wù)程序，快速進(jìn)、出代碼和寄存器區(qū)的轉(zhuǎn)換功能使 C 語(yǔ)言中斷功能更加高效。 可再入功能是用關(guān)鍵字來(lái)定義的。多任務(wù)，中斷或非中斷的代碼要求必須具備可再入功能。靈活的指針：C51 提供了靈活高效的指針。通用指針用 3 個(gè)字節(jié)來(lái)存儲(chǔ)存儲(chǔ)器類型及目標(biāo)地址，可以在 8051 的任意存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)存取任何變量。特殊指針在聲明的同時(shí)已指定了存儲(chǔ)器類型，指向某一特定的存儲(chǔ)區(qū)域。由于地址的存儲(chǔ)只需 1－2 字節(jié)，因此，指針存取非常迅速。 Uvision 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境uVision2 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境包括以下兩個(gè)部分：項(xiàng)目管理：工程(project)是由源文件、開(kāi)發(fā)工具選項(xiàng)以及編程說(shuō)明三部分組成的。一個(gè)單一的 uVision2 工程能夠產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)程序。產(chǎn)生目標(biāo)程序的源文件構(gòu)成“組” 。開(kāi)發(fā)工具選項(xiàng)可以對(duì)應(yīng)目標(biāo)，組或單個(gè)文件。 uVision2 包含一個(gè)器件數(shù)據(jù)庫(kù)(device database)，可以自動(dòng)設(shè)置匯編器、編譯器、連接定位器及調(diào)試器選項(xiàng)，來(lái)滿足用戶充分利用特定微控制器的要求。此數(shù)據(jù)庫(kù)包含：片上存儲(chǔ)器和外圍設(shè)備的信息，擴(kuò)展數(shù)據(jù)指針(extra data pointer)或者加速器(math accelerator)的特性。 uVision2 可以為片外存儲(chǔ)器產(chǎn)