【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 h℃1111 1111 1001 0010FF92hDS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器：DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPROM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。高速暫存存儲(chǔ)器除了配置寄存器外，還有其他8個(gè)字節(jié)組成，其分配如圖3—6所示。其中溫度信息（第1，2字節(jié)）、TH和TL值（第3，4字節(jié)）、第6～8字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯1；第9字節(jié)讀出的是前面所有8個(gè)字節(jié)的CRC碼，可用來(lái)保證通信正確。溫度LSD（50h）溫度LSD（05h）TH用戶字節(jié)1TH用戶字節(jié)2配置寄存器保留位（FFh）保留位（0Ch）保留位（10h）CRCTH用戶字節(jié)1TH用戶字節(jié)2配置寄存器EEPROM高速暫存器（上電狀態(tài)）圖3—6 DS18B20內(nèi)部?jī)?chǔ)存器結(jié)構(gòu)圖DS18B20控制流程：根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，當(dāng)DS18B20收到信號(hào)后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。后面還要具體講述復(fù)位、讀和寫(xiě)的時(shí)序。ROM指令表明了主機(jī)尋址一個(gè)或者多個(gè)DS18B20中的某個(gè)或某幾個(gè)，或者讀取某個(gè)DS18B20的64位地址。RAM指令用于主機(jī)對(duì)DS18B20內(nèi)部RAM的操作。指令集如表3—6和表3—7所示。表3—6 RAM指令表指令約定代碼100功能溫度轉(zhuǎn)換44H啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時(shí)最長(zhǎng)為750ms（）。結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)ROM中。讀暫存器0BEH讀內(nèi)部RAM 9字節(jié)內(nèi)容。寫(xiě)暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的4字節(jié)寫(xiě)上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)數(shù)據(jù)。復(fù)制暫存器48H將RAM的第4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到EEPROM中。重讀EEPROM0B8H將EEPROM中的內(nèi)容復(fù)制到RAM中的第4字節(jié)。讀供電方式0B4H讀DS18B20的供電模式，寄生供電時(shí)DS18B20發(fā)送“0”，外接電源供電DS18B20發(fā)送“1”。表3—7 ROM指令表指令代碼操作說(shuō)明溫度轉(zhuǎn)換44H開(kāi)始啟動(dòng)DS18B20溫度轉(zhuǎn)換讀ROM33H讀ROM內(nèi)容匹配ROM55H對(duì)指定器件操作跳過(guò)CCH跳過(guò)器件識(shí)別讀暫存器BEH讀暫存器內(nèi)容寫(xiě)暫存器4EH將數(shù)據(jù)寫(xiě)入暫存器的TH、TL字節(jié)復(fù)制暫存器48H把暫存器的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到ROM重寫(xiě)調(diào)用RAMB8H把RAM中的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到暫存器TH、TL字節(jié) DS18B20硬件連接圖圖3—7是DS18B20的電路連接圖，是測(cè)量外界環(huán)境溫度的模塊。通過(guò)串行通信將數(shù)據(jù)送至單片機(jī)處理并顯示，其中DQ是串行數(shù)據(jù)輸出口，必須加入一上拉電阻。VCC和GND分別接入的是電源和接地。電路連接簡(jiǎn)單，但由于數(shù)據(jù)輸出口只有一個(gè)，所以編程比較復(fù)雜。圖3—7 DS18B20電路連接圖 速度模塊設(shè)計(jì) 霍爾元件介紹根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件。該芯片具有尺寸小、穩(wěn)定性好、靈敏度高等特點(diǎn)。A3144E系列單極高溫霍爾效應(yīng)集成傳感器是由穩(wěn)壓電源，霍爾電壓發(fā)生器，差分放大器，施密特觸發(fā)器和輸出放大器組成的磁敏傳感電路，其輸入為磁感應(yīng)強(qiáng)度，輸出是一個(gè)數(shù)字電壓訊號(hào)。它是一種單磁極工作的磁敏電路，適用于矩形或者柱形磁體下工作?？蓱?yīng)用于汽車工業(yè)和軍事工程中?；魻杺鞲衅鞯耐庑螆D和與磁場(chǎng)的作用關(guān)系如圖3—8所示。磁場(chǎng)由磁鋼提供，所以霍爾傳感器和磁鋼需要配對(duì)使用[5]。 a 霍爾元件和磁鋼 b 管腳圖圖3—8 霍爾傳感器的外形圖霍爾傳感器測(cè)量原理：測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的第一步就是要將電機(jī)的轉(zhuǎn)速表示為單片機(jī)可以識(shí)別的脈沖信號(hào)，從而進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)?；魻柶骷鳛橐环N轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的傳感器，它有結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，因此選用霍爾傳感器檢測(cè)脈沖信號(hào)，其基本的測(cè)量原理如圖3—9所示，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)傳感器運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后輸出到計(jì)數(shù)器或其他的脈沖計(jì)數(shù)裝置，進(jìn)行轉(zhuǎn)速的測(cè)量。 圖3—9霍爾傳感器測(cè)量原理轉(zhuǎn)速測(cè)量方法： 轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法很多，根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法主要有M法（測(cè)頻法）、T法（測(cè)周期法）和MPT法（頻率周期法）。系統(tǒng)采用了第一種方法（測(cè)頻法）。由于轉(zhuǎn)速是以單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)衡量，在變換過(guò)程中多數(shù)是有規(guī)律的重復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，將一塊永久磁鋼固定在自行車的輪轂上，隨著自行車輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)，磁鋼也隨著輪子同步轉(zhuǎn)動(dòng)，在自行車車體上安裝一個(gè)霍爾傳感器，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，受磁鋼的影響霍爾傳感器會(huì)輸出脈沖信號(hào)，其頻率和轉(zhuǎn)速成正比。脈沖信號(hào)的周期與電機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下關(guān)系：V=N*L 式中：V為自行車車速；N為車輪單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)；L車輪的周長(zhǎng)。根據(jù)上式即可計(jì)算出自行車當(dāng)前的速度?；魻柶骷怯砂雽?dǎo)體材料制成的一種薄片，在垂直于平面方向上施加外磁場(chǎng)B，在沿平面方向兩端加外電場(chǎng)，則使電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，結(jié)果在器件的兩個(gè)側(cè)面之間產(chǎn)生霍爾電勢(shì)。其大小和外磁場(chǎng)及電流大小成比例。霍爾開(kāi)關(guān)傳感器由于其體積小，無(wú)觸點(diǎn)，動(dòng)態(tài)特性好，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，故在測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)物體旋轉(zhuǎn)速度領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 霍爾傳感器硬件連接圖圖3—10為霍爾傳感器的的硬件連接圖，可測(cè)量外界磁信號(hào)。車輪每轉(zhuǎn)一圈，則霍爾傳感器能感應(yīng)到固定在車輪上磁鋼發(fā)出的信號(hào)。其中out引腳為霍爾傳感器的脈沖輸出引腳，且必須接入上拉電阻。圖3—10 霍爾傳感器的接線圖 顯示模塊設(shè)計(jì) LCD芯片介紹1602液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高且不會(huì)閃爍。顯示器都是數(shù)字式的，單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。LCD接口如表3—8所示。（1）顯示容量:162個(gè)字符（2）芯片工作電壓:—（3）工作電流:()（4）模塊最佳工作電壓:（5）字符尺寸:(WH)mm表3—8 LCD引腳及引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫(xiě)選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極 LCD硬件連接圖圖3—11 lcd電路連接圖圖3—11中引腳3（VEE）為液晶顯示偏壓，主要是用來(lái)調(diào)節(jié)顯示屏的亮度，在仿真電路中不需接入電位器，但是在實(shí)際的硬件電路連接圖中必須要接入電位器來(lái)調(diào)節(jié)顯示亮度，否則LCD無(wú)法正常顯示。在仿真圖中LCD1602元件是只有14個(gè)引腳，而實(shí)際的LCD1602是16個(gè)引腳。仿真圖中的LCD元件所缺少的是BLA(第15引腳)與BLK（第16引腳）。而在實(shí)際電路中這兩個(gè)引腳也是必須要分別接到電源正極和電源負(fù)極上。否則LCD顯示屏亮度不足以正常顯示數(shù)據(jù)的。 主電路圖圖3—12 主電路圖圖3—12為主電路圖，根據(jù)此圖能夠看出改系統(tǒng)分成四個(gè)模塊，速度模塊、顯示模塊、時(shí)鐘模塊、溫度模塊，圖中兩個(gè)按鈕可分別調(diào)節(jié)時(shí)間的“小時(shí)”與“分鐘”。4 軟件設(shè)計(jì) 主程序設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際的工藝要求進(jìn)行編寫(xiě)，要求是將DS18B20溫度傳感器、霍爾傳感器、DS1302參數(shù)值送到單片機(jī)中，再由它將溫度值、時(shí)間、速度等參數(shù)送至LCD顯示器中進(jìn)行顯示。主程序工作過(guò)程如圖4—1所示。初始化開(kāi)中斷溫度，時(shí)鐘工作計(jì)算速度里程顯示時(shí)間溫度速度里程開(kāi)始圖4—1 主程序流程圖 計(jì)算速度里程程序設(shè)計(jì)當(dāng)單片機(jī)獲取霍爾到傳感器所感應(yīng)的脈沖個(gè)數(shù)時(shí)，不能立馬算出自行車的速度和里程，要經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算后才能得出，使用者是可以根據(jù)自己的自行車直徑更改程序里的數(shù)據(jù)。但是由于理論知識(shí)水平有限，沒(méi)能成功設(shè)計(jì)有外界輸入設(shè)定使用者的自行車車輪的直徑數(shù)。本設(shè)計(jì)根據(jù)單片機(jī)每秒鐘接收的脈沖個(gè)數(shù)來(lái)計(jì)算自行車的速度。再將每秒的速度相加，就可得出自行車的里程。在Proteus上仿真得到的結(jié)果與計(jì)算結(jié)果完全相同。程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4—2所示。讀秒寄存器個(gè)位判斷是否一秒讀計(jì)數(shù)器開(kāi)計(jì)數(shù)器是否子程序開(kāi)始子程序結(jié)束開(kāi)始計(jì)數(shù)關(guān)計(jì)數(shù)器計(jì)算速度里程圖4—2計(jì)算速度里程流程圖 溫度顯示程序設(shè)計(jì)溫度傳感器采用DS18B20進(jìn)行溫度測(cè)試，并通過(guò)LCD1602進(jìn)行顯示。由于DS18B20數(shù)據(jù)輸出線只有一條，所以必須采用一位讀取，讀取到的溫度值分別存入高八位和低八位寄存器中。輸出顯示時(shí)必須將十六進(jìn)制數(shù)值轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制并輸出到LCD顯示屏中。程序流程圖如圖4—3所示。準(zhǔn)備初始化復(fù)位寫(xiě)命令讀溫度顯示計(jì)算圖4—3溫度顯示流程圖 時(shí)鐘芯片程序設(shè)計(jì)時(shí)鐘芯片采用的是DS1302，該時(shí)鐘芯片內(nèi)置年、月、日、星期、時(shí)、分、秒寄存器?？蓪r(shí)間數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)到各個(gè)寄存器中，有外置晶振作為芯片的時(shí)鐘周期。在讀取時(shí)間時(shí)，可從各個(gè)時(shí)間寄存器當(dāng)中讀取數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行顯示。調(diào)時(shí)功能是通過(guò)脈沖檢測(cè)，每當(dāng)按鍵按下一次，該數(shù)據(jù)口電平為零，數(shù)據(jù)加一。由于按鍵按下去或者松手是有顫抖現(xiàn)象的，需進(jìn)行去抖和松手檢測(cè)，統(tǒng)稱去抖。一般進(jìn)行去抖和松手檢測(cè)有兩種方法：一、硬件去抖；二、軟件去抖。由于硬件去抖電路復(fù)雜繁瑣，所以設(shè)計(jì)中采用了軟件去抖法，該法是通過(guò)軟件延時(shí)的方法，軟件去抖法是將顫抖時(shí)間用延時(shí)給掩蓋，以近似的將顫抖現(xiàn)象去除。由于設(shè)計(jì)時(shí)欠考慮，所以調(diào)時(shí)按鍵只設(shè)計(jì)了2個(gè)，分別為“小時(shí)”和“分鐘”，按鍵只能一直“加一”直至為0，而未設(shè)計(jì)“減一”按鍵。后來(lái)在調(diào)試當(dāng)中發(fā)現(xiàn)比較麻煩，未實(shí)現(xiàn)人性化的設(shè)計(jì)要求。時(shí)間顯示和調(diào)試控制程序流程圖如圖4—4所示。準(zhǔn)備初始化復(fù)位信號(hào)置0時(shí)鐘脈沖信號(hào)置0數(shù)據(jù)讀取復(fù)位信號(hào)置1時(shí)鐘脈沖信號(hào)置1顯示數(shù)據(jù)分離并轉(zhuǎn)換結(jié)束準(zhǔn)備按鍵數(shù)據(jù)讀取初始化松手檢測(cè)數(shù)據(jù)加一數(shù)據(jù)分離并轉(zhuǎn)換結(jié)束顯示圖4—4 時(shí)間顯示和調(diào)試控制程序流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試 Proteus及Keil軟件簡(jiǎn)介 Proteus軟件Proteus軟件是一種低投資的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，提供可仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件和多達(dá)30多個(gè)元件庫(kù)。Proteus軟件提供多種現(xiàn)實(shí)存在的虛擬儀器儀表。此外，Proteus還提供圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗，盡可能減少儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，Proteus軟件提供豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。提供Schematic Drawing、SPICE仿真與PCB設(shè)計(jì)功能，同時(shí)可以仿真單片機(jī)和周邊設(shè)備，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周邊設(shè)備的仿真，例如LED、示波器等。Proteus提供了大量的元件庫(kù)，有RAM、ROM、鍵盤、馬達(dá)、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，編譯方面支持Keil和MPLAB等編譯器。一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一套電子仿真軟件，在加上一本虛擬實(shí)驗(yàn)教程，就可相當(dāng)于一個(gè)設(shè)備先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室。以虛代實(shí)、以軟代硬，就建立一個(gè)完善的虛擬實(shí)驗(yàn)室。在計(jì)算機(jī)上學(xué)習(xí)電工基礎(chǔ)，模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)等課程，并進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試等[8]。 Keil軟件KeilC51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。 KeilC51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KeilC51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)。Uvision與Ishell分別是C51 for Windows和For Dos的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE），可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件（OBJ）。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件（ABS）。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器DScope51或TScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫(xiě)入程序存貯器如EPROM中。 應(yīng)用Keil軟件進(jìn)行程序調(diào)試軟件的調(diào)試必須在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的支持下進(jìn)行。先分別調(diào)試通過(guò)各個(gè)模塊程序，然后調(diào)試中斷服務(wù)程序，最后調(diào)試主程序，將各部分連接進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試的范圍可以