【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)出讀暫存器指令[BEh]或讀電源模式指令[B4h]后必須立刻開始讀時序，DS18B20可以提供請求信息。除此之外，總線控制器在發(fā)出發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換指令[44h]或召回EEPROM指令[B8h]之后讀時序，所有讀時序必須最少60us,包括兩個讀周期間至少1us的恢復(fù)時間。當(dāng)總線控制器把數(shù)據(jù)線從高電平拉到低電平時，讀時序開始，數(shù)據(jù)線必須至少保持1us,然后總線被釋放[]。在總線控制器發(fā)出讀時序后，DS18B20通過拉高或拉低總線上來傳輸1或0。當(dāng)傳輸邏輯0結(jié)束后，總線將被釋放，通過上拉電阻回到上升沿狀態(tài)。從DS18B20輸出的數(shù)據(jù)在讀時序的下降沿出現(xiàn)后15us內(nèi)有效。因此，總線控制器在讀時序開始后必須停止把I/O腳驅(qū)動為低電平15us,以讀取I/O腳狀態(tài)。 DS18B20讀字節(jié)子程序 溫度處理子程序溫度處理子程序主要完成溫度的讀出和處理輸出功能。當(dāng)溫度為零下時顯示為“—”號；當(dāng)溫度為零上時消隱。 溫度顯示子程序 顯示程序設(shè)計為了實現(xiàn)顯示內(nèi)容的豐滿，在顯示芯片的選擇上使用了LCD。考慮到實際的使用情況和價格，選用LCD1602來完成顯示工作。LCD的功能主要是顯示電動機的實時狀態(tài)，通過溫度的變化LCD顯示內(nèi)容。其分顯示是：當(dāng)前溫度。工作的流程圖如下所示： LCD顯示流程圖 溫度處理程序設(shè)計根據(jù)工業(yè)應(yīng)用的需要，系統(tǒng)的工作過程分析如下：1）開機自檢，如果溫度正常（低于86度），接通電機風(fēng)扇開始工作。如果不正常（不低于86度），則電機關(guān)閉，同時報警；2）如果溫度從較低溫度上升至75度，打開報警提示；3）如果溫度上升至86度，切斷風(fēng)扇電源；4）如果溫度從86度以上開始下降，下降過程中電機不工作，直至降到40度以下，風(fēng)扇才重新工作。5）此后，如果再次升溫，直至升溫至86度，才切斷風(fēng)扇電源。系統(tǒng)的工作流程圖如下所示：圖47 溫度處理流程圖根據(jù)以上分析的流程結(jié)構(gòu)，編寫程序見附錄所示，通過程序的編寫及驗證，才能使用仿真及實物驗證方案的可行性。第5章 仿真分析在學(xué)習(xí)及科研過程中，由于條件的限制，以及實驗理論的不成熟同時為了節(jié)約時間和成本，通常在設(shè)計的初期使用軟件來輔助設(shè)計，成為計算機輔助設(shè)計。而本課題由于實驗的條件限制，在理論的初期驗證階段需借助計算機軟件來驗證方案的可行性以及程序的完整性。本章將對相關(guān)軟件進行簡單的介紹。 編程軟件及其使用在單片機領(lǐng)域，大家耳熟能詳?shù)能浖^于Keil C51，這款軟件是美國的一家公司出品的針對51系列兼容單片機的C語言開發(fā)系統(tǒng)，也因此，使得現(xiàn)在的單片機編程都是用C語言。與匯編相比，其優(yōu)點在于：功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上。運行Keil軟件需要WIN9NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，同時這款軟件也支持基于單片機的匯編語言，因此在開發(fā)單片機時，可以使用此軟件進行混合匯編和調(diào)試[]。Keil公司2005年由ARM公司收購。其兩家公司分別更名為ARM Germany GmbH和ARM Inc。Keil公司首席執(zhí)行官Reinhard Keil表示：作為ARM Connected Community中的一員，Keil和ARM保持著長期的良好關(guān)系。通過這次收購，我們將能更好地向高速發(fā)展的32位微控制器市場提供完整的解決方案，同時繼續(xù)在uVision環(huán)境下支持我們的8051和C16x編譯器。而后ARM Keil推出基于μVision界面，用于調(diào)試ARM7，ARM9，CortexM內(nèi)核的MDKARM開發(fā)工具，用于為控制領(lǐng)域的開發(fā)。C51工具包的整體結(jié)構(gòu)，μVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE），可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(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C51編譯器編譯生成目標文件（.OBJ）。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS）。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標準的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。使用Keil編程的優(yōu)點：Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 仿真軟件及其使用在單片機的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)階段，由于條件或者經(jīng)費的限制，大多是使用單片機仿真軟件實現(xiàn)仿真式的學(xué)習(xí)研究。Proteus ISIS軟件是英國一家公司研發(fā)的EDA工具軟件（Electronic Design Automation）。它類似于常見的EDA軟件功能，同時Proteus還能進行單片機及其外圍電路的仿真，是目前最好的仿真單片機電路設(shè)計、仿真及PCB布線的工具。Proteus軟件在實現(xiàn)單片機仿真的同時可以實現(xiàn)原理圖布圖、代碼調(diào)試以及外圍電路的協(xié)同仿真，并且可以進行PCB設(shè)計，可以實現(xiàn)從理論到產(chǎn)品的完整設(shè)計。其處理器模型支持805HC1PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、ARM、8086和MSP430等，在2010年發(fā)布的proteus8中增加了Cortex和DSP系列處理器。Proteus ISIS軟件是一款很好的圖形交互式仿真軟件，可以形象化許多單片機功能，并且可以對單片機的工作過程進行全程監(jiān)控與測試。使用此軟件進行仿真，能夠直觀的感受其運行過程，在節(jié)約成本的財力的基礎(chǔ)上最大程度的實現(xiàn)了單片機系列的設(shè)計。由于畢業(yè)設(shè)計中需要進行單片機設(shè)計，但是同時缺乏可用的元器件。然而仿真軟件Proteus提供了與現(xiàn)實參數(shù)和功能相當(dāng)?shù)拇罅康脑骷?，完善的元件庫可以滿足對于單片機及其外圍電路設(shè)計的需要，因此使用此軟件可以達到單片機設(shè)計的基礎(chǔ)目標。隨著科技的發(fā)展，計算機輔助設(shè)計已經(jīng)成為一門專門的學(xué)科，使用仿真技術(shù)進行科學(xué)研究已成為許多前期設(shè)計的重要手段。使用仿真進行設(shè)計，方法靈活，結(jié)果、過程的統(tǒng)一，參數(shù)和元器件容易更正。可以大大縮短設(shè)計的周期，耗資大為減少，同時也可降低了工程制造的風(fēng)險[]。，增加了ARM cortex處理器，（TMS320）。由于實驗條件的限制，本設(shè)計只能在計算機的協(xié)助仿真下完成。，雖然在功能上，越新版的功能越強大，但是我們在仿真中，功能穩(wěn)定和技術(shù)成熟才是關(guān)鍵，所以我們選擇了此版本。 仿真分析通過上文的分析，本設(shè)計已經(jīng)完成了硬件的選型及程序的編寫，為了驗證程序的完整性以及所選器件在功能中的可行性，需要對所設(shè)計的系統(tǒng)進行完整性和可靠性測試。 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖通過上圖可以看出，電路主要有幾大部分組成：溫度接收、液晶顯示電路、報警電路、風(fēng)扇電機控制電路。將我使用Keil軟件設(shè)計好的軟件編譯后寫入到單片機中，調(diào)試程序沒有錯誤后，運行此仿真結(jié)構(gòu)，得到如下結(jié)果： 系統(tǒng)開機運行狀態(tài)，當(dāng)電機的開機溫度為58℃時，系統(tǒng)正常工作。此時報警器關(guān)閉，電機電路通過繼電器閉合，電機開始工作。由于風(fēng)扇在工作過程中會升溫，當(dāng)溫度達到75℃時，報警器打開，仿真中紅色報警燈點亮，蜂鳴器發(fā)出報警聲。 升溫至75176。時系統(tǒng)狀態(tài)由于升溫至75℃時，系統(tǒng)沒有切斷主電路，只是打開報警提示。此時若沒有相關(guān)降溫處理，電機繼續(xù)運轉(zhuǎn)會導(dǎo)致電機繼續(xù)升溫，當(dāng)升溫至86℃時，電路狀態(tài)如下： 升溫至86176。時系統(tǒng)狀態(tài)當(dāng)升溫至86℃時，為了保證電機不因為溫度過高而被燒毀，系統(tǒng)設(shè)定最高工作溫度不超過85℃，由上圖可以看出，當(dāng)溫度到達86℃時，控制主電路的繼電器被切斷，此時電機停止工作，進入自然降溫狀態(tài)。電機自然降溫時，電機溫度下降，當(dāng)溫度高于75℃時，系統(tǒng)會繼續(xù)處于報警狀態(tài)。電路狀態(tài)如下： 降溫未至75176。時系統(tǒng)狀態(tài)當(dāng)電機溫度低于75℃時，電機報警解除，具體電路狀態(tài)如下圖所示。然而為了讓電機充分降溫，設(shè)定的降溫溫度為40℃，因此在40~75℃期間，電機依然停轉(zhuǎn)。 降溫低于75℃時系統(tǒng)狀態(tài)當(dāng)溫度將至40℃以下時，電機恢復(fù)供電。具體電路狀態(tài)如下圖所示，此時電機重新接入電路，系統(tǒng)沒有警報，整體狀態(tài)正常。 降溫低于40℃時系統(tǒng)狀態(tài)通過仿真我們可以發(fā)現(xiàn)，在仿真環(huán)境中系統(tǒng)運行完美，能夠自動檢測到電機的溫度狀態(tài)，實時準確的顯示當(dāng)前溫度，并可以根據(jù)電機溫度狀態(tài)發(fā)出報警，同時當(dāng)溫度超過電機工作極限時，能夠主動切斷電機主電路。仿真運行過程中無任何錯誤。此仿真證明了此設(shè)計的可行性，同時我考慮到此設(shè)計具有一定的實用價值，將按照硬件電路結(jié)構(gòu)設(shè)計出實物。第6章 系統(tǒng)調(diào)試 實物制作根據(jù)上一章的仿真分析，系統(tǒng)在Proteus仿真環(huán)境下可以完備的運行，但是工科的理論需要運用到生產(chǎn)實際，因此我們嘗試根據(jù)此仿真搭建出。通過仿真電路圖，列出如下材料清單：表61材料清單由于仿真中使用到的元器件比較多，器件的采集過程經(jīng)歷了從學(xué)校實驗室到電子市場到網(wǎng)購的三個階段，經(jīng)過三個階段的材料采購，最終買齊了所需要的所有元器件。由于剛開始在公司里面沒有想到制作PCB版，我就直接采用通用版來焊這次的事物，在制作事物的時候剛開始遇到種種困難，比如說：由于仿真上用的元器件比較特殊，或者說是有的電阻比較小，在電子市場根本買不到這種產(chǎn)品，只好去淘寶買。這次購買事物中唯一不好的就是DS18B20溫度傳感器在電子市場沒有買到，仿真中才有10歐姆的可變電阻是為了更好的調(diào)節(jié)溫度，其實在計算中理想情況下是才有2歐姆的電阻就夠了，最后由于條件的局限性只好才用2歐姆的電阻來焊接，但是這樣的焊接可能會導(dǎo)致后面的仿真以及事物制作出來的局限性。 系統(tǒng)調(diào)試事物的制作出來，我們不知道這半個月來努力到底成功與否，所以我要進行系統(tǒng)的測試。在測試時候我遇到了以下幾個問題：第一，由于系統(tǒng)的要求是正負5V的電源。我去了學(xué)校的電子實驗室進行了測試。第一遇到的問題是我在系統(tǒng)上電時，整個實物沒有響應(yīng)，所以我決定要進行分步測試，首先我要檢查顯示板的狀態(tài)，經(jīng)過對比，以及網(wǎng)上的種種找資料，我發(fā)現(xiàn)原來是顯示器上面要外接一個電位器來調(diào)節(jié)顯示的對比度。 對比度調(diào)節(jié) 整體結(jié)構(gòu)第二，可是當(dāng)我上電之后整個程序一直顯示的是一個數(shù)字，溫度不會變，和我當(dāng)時仿真的完全不一樣，然后我就考慮是不是我的DS18B20不能檢測到溫度，然后我就逐步開始檢測每個地方的電壓，檢測是不是什么地方斷路，導(dǎo)致整個放大與檢測區(qū)域沒有給單片機發(fā)送信號，可是最后檢查過，發(fā)現(xiàn)整個電路圖都是通的，可是檢測不到溫度，經(jīng)過查閱資料發(fā)現(xiàn)，當(dāng)給DS18B20的信號端加上上拉電阻可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對電路進行改進后，系統(tǒng)果然正常工作。經(jīng)過實物系統(tǒng)的測試，系統(tǒng)完全可以實現(xiàn)