【文章內(nèi)容簡介】 。C～+125176。C，在10～+85176。C范圍內(nèi),精度為177。176。C?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。DS18B20采用3腳PR35封裝（）： DS18B20數(shù)字化溫度傳感器的主要性能如下：1) 適用電壓為3V～5V；2) 9～12位分辨率可調(diào)，℃、℃、℃、℃；3) TO9SOIC及CSP封裝可選；4) 測溫范圍：55℃～125℃；5) 精度：10℃～85℃范圍內(nèi)177?！?；6) 無需外部元件，獨特的一線接口，電源和信號復(fù)合在一起；7) 每個芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址，零功耗等待。 PR35封裝圖 第5章 硬件電路設(shè)計 超聲波發(fā)射電路。發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T40構(gòu)成，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。上位電阻RR2一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。 超聲波發(fā)射電路原理圖 超聲波接收電路超聲波接收電路由超聲波傳感器、兩級放大電路和鎖相環(huán)電路組成。超聲波傳感器接收到的反射波信號非常微弱，兩級放大電路用于對傳感器接收到的信號進(jìn)行放大。鎖相環(huán)電路接收到頻率符合要求的信號后向單片機(jī)發(fā)出中斷請求。鎖相環(huán)LM567內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率為，鎖定帶寬與C3有關(guān)。由于發(fā)送的超聲波頻率為40kHz，幫調(diào)整相關(guān)元件使鎖相環(huán)的中心頻率為40kHz，只響應(yīng)該頻率的信號，避免了其他頻率信號的干擾。當(dāng)超聲波傳感器接收到超聲波信號后，送入兩級放大器放大，放大后的信號進(jìn)入鎖相環(huán)檢波，如果頻率為40kHz，單片機(jī)檢測到低電平后停止定時器的工作。 超聲波接收電路 顯示電路，四位LED組成動態(tài)掃描電路，由AT89C51的P0口輸出。動態(tài)掃描時，由P2口控制LED的當(dāng)前顯示位。當(dāng)距離測量結(jié)束并調(diào)用顯示程序，就會顯示距離大小，顯示兩位小數(shù)。當(dāng)按下按鍵k2時，將會顯示溫度值，延時5s后恢復(fù)顯示距離值。 顯示電路 電源電路。為方便起見，本設(shè)計采用的是9V電池供電，直流電送入三端穩(wěn)壓器LM7805穩(wěn)壓，輸出+5V穩(wěn)恒直流電，作為電路的電源。LED是電源指示燈，通電后發(fā)光。 電源電路 復(fù)位電路AT89C51復(fù)位有一個專用的外部引腳RESET，外部可通過此引腳輸入一個正脈沖使單片機(jī)復(fù)位。所謂復(fù)位，就是強(qiáng)制單片機(jī)系統(tǒng)恢復(fù)到確定的初始狀態(tài)，并使系統(tǒng)重新從初始狀態(tài)開始工作。本設(shè)計采用的是電平式開關(guān)與上電復(fù)位電路，為了能使運行中的系統(tǒng)，經(jīng)人工干預(yù)，強(qiáng)制系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。： 復(fù)位電路第6章 軟件設(shè)計 主程序流程我們知道C語言程序有利于實現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序既有較復(fù)雜的計算（計算距離時），又要求精細(xì)計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用C語言和匯編語言混合編程。因為本設(shè)計對時間要求精度較高的部分全部由單片機(jī)內(nèi)部的定時器完成，而雖然溫度傳感器的讀寫對時間精度要求也高，但經(jīng)詳細(xì)計算所得出的C程序已被廣泛應(yīng)用，故直接借用已有程序也能作到對溫度的準(zhǔn)確讀取，所心本設(shè)計全部使用C語言編程，這樣能使設(shè)計中所用到的公式能方便快捷的體現(xiàn)和實現(xiàn)，又縮短了論文的篇幅。軟件采用模塊化設(shè)計方法，由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷子程序、溫度測量子程序、距離計算子程序、顯示子程序、鍵盤掃描處理程序等模塊組成。系統(tǒng)上電后，首先系統(tǒng)初始化，不斷掃描按鍵k1，若按鍵k1按下，則開始測量空氣溫度，使定時器T0開始定時，控制超聲波傳感器發(fā)出超聲波，同時使定時器T1開始定時。，立即使T1停止工作，保存定時器的計數(shù)值。然后根據(jù)溫度和傳輸時間計算距離，溫度補(bǔ)償措施使測量精度有了明顯提高，計算出距離后調(diào)用距離顯示子程序，LED顯示距離。最后檢測按鍵k2，若k2閉合，則調(diào)用溫度顯示子程序，LED顯示溫度（溫度并非測量距離時用于補(bǔ)償?shù)臏囟龋钱?dāng)前溫度）5s后恢復(fù)顯示本次測量距離；若按鍵k2沒有閉合，則顯示器恒定顯示最新一次的測量結(jié)果；若要進(jìn)行下一次測量，則先要按下k3重新開始，再按下按鍵k1才執(zhí)行新一次測量。由于不需輸入數(shù)據(jù)，鍵盤只設(shè)置了3個按鍵，用于開始測量距離并顯示溫度功能設(shè)置等。NYNYNYYN開始系統(tǒng)初始化顯示測量距離測溫，根據(jù)溫度和時間計算距離顯示溫度5s發(fā)射超聲波，T1計時K2閉合？T1停止定時，保存定時值N接收到反射波？K1閉合？K3閉合？ 主程序流程圖 子程序設(shè)計 超聲波發(fā)送子程序及超聲波接收中斷子程序（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12μs左右，同時把計數(shù)器T1打開進(jìn)行計時，定時器T1工作在方式0。超聲波測距儀主程序利用外中斷1檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計時器T1停止計時，并將測距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器T1溢出中斷將外中斷1關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值0表示此次測距不成功。T0中斷服務(wù)程序如下：sbit send=P1^0。void timer0(void)interrupt 1 { send=!send。 TH0=0x1f。 TL0=0xf4。}超聲波接收（外部中斷1）程序：void int1(void)interrupt 2 { if(TH1!=0x00amp。amp。TH0!=0x00) { b=1。 TR1=0。 TR0=0。 t=TH1*256+TL1。 t=t/1000000。 TH0=0x1f。 TL0=0xf4。 TH1=0x00。 TL1=0x00。 } else { b=0。 TR1=0。 TR0=0。 TH0=0x1f。 TL0=0xf4。 TH1=0x00。 TL1=0x00。 } } 測溫子程序測溫的主要器件是DS18B20，現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，DS18B20中有兩個存測得的溫度值的兩個8位存貯器RAM，用11位存貯溫度值，最高位（5位）為符號位。對應(yīng)的溫度計算：當(dāng)符號位S=0時，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時，先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計算十進(jìn)制值。： bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0232221202－12－22－32－4 bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 SSSSS262524 DS18B20的溫度存儲方式負(fù)溫度時S=1，正溫度時S=0。因此我們只需要逐位讀出它的溫度就可以了。讀出一個字節(jié)C代碼如下： uchar readbyte(void) //直接讀一字節(jié)程序{ uchar i,k。 i=8。 k=0。 while(i) { tem_in=1。 delay_us(1)。 tem_in=0。 k=k1。 tem_in=1。 NOP。 if(tem_in)k |= 0x80。 //tem_in為1時，則該位也為1 delay_us(4)。 } return(k)。} 距離計算子程序當(dāng)前溫度和超聲波往返時間均測量出來后，用C語言根據(jù)公式計算距離來編程是比較簡單的算法。根據(jù)測量距離，而其中，故可簡化為：，其實現(xiàn)程序算法如下：includevoid distance(void){double radical,dist,t。radical=sqrt(1+(temnum+273)/273)。dist=*t*radical。return(dist)。} 顯示子程序和鍵盤掃描子程序顯示電路由四位LED組成動態(tài)掃描電路，編程非常簡單。又雖然本設(shè)計共有四個按鍵，k0控制電源輸入，不需軟件編程；而k3為手動復(fù)位按鍵，亦不需軟件編程；只有kk2分別測距開始按鍵和距離與溫度切換顯示按鍵，級易實現(xiàn)。顯示子程序和鍵盤掃描子程序，詳情可見附錄二。第7章 軟件調(diào)試及系統(tǒng)仿真 軟件編譯調(diào)試環(huán)境——Keil單片機(jī)開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機(jī)器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機(jī)器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于MCS51單片機(jī)的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS51系列單片機(jī)的軟件，這從近年來各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。 系統(tǒng)仿真環(huán)境——ProteusProteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件具有如下特點：①實現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。②支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。③提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。④具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟