【文章內容簡介】 七段LED數碼管表1 7段LED的段選碼表顯示字符共陰極段碼共陽極段碼顯示字符共陰極段碼共陽極段碼03fHC0H87fH80H106HF9H96fH90H25bHA4HA77H88H34fHB0HB7fH83H466H99HC39HC6H56dH92HD3fHA1H67dH82HE79H86H707HF8HF71H8EH 各部分電路設計 開關復位與晶振電路在單片機應用系統中，除單片機本身需要復位以外，外部擴展I/O接口電路也需要復位，因此需要一個包括上電和按鈕復位在內的系統同步復位電路。單片機上的XTAL1和XTAL2用來外接石英晶體和微調電容，即用來連接單片機片內OSC的定時反饋回路。本設計中開關復位與晶振電路如圖6所示，當按下按鍵開關S1時，系統復位一次。其中電容CC2為20pF，C3為10uF，電阻RR3為10k。圖6 系統復位與晶振電路 數碼管顯示電路本設計制作中選用5位共陰極數碼管作為顯示模塊，它和單片機硬件的接口如圖8所示。其中前3位數碼管DSDSDS3用于顯示溫度傳感器實時檢測采集到的溫度，顯示范圍為0~；后2位數碼管DSDS5用于顯示系統設置的初值溫度，只能顯示整數的溫度值，顯示范圍為0~99攝氏度。5位數碼管的段選a、b、c、d、e、f、g、~，其中P0口需接一10K的上拉電阻，以使單片機的P0口能夠輸出高低電平。5位數碼管的位選W1~~，~，則選中與該位相連的數碼管。圖7 獨立鍵盤連接電路 溫度采集電路DS18B20數字溫度傳感器通過其內部計數時鐘周期來的作用，實現了特有的溫度測量功能。低溫系數振蕩器輸出的時鐘信號通過由高溫度系數振蕩器產生的門周期而被計數，計數器預先置有與55℃相對應的一個基權值。如果計數器計數到0時，高溫度系數振蕩周期還未結束，則表示測量的溫度值高于55℃，被預置在55℃的溫度寄存器中的值就增加1℃，然后這個過程不斷重復，直到高溫度系數振蕩周期結束為止。此時溫度寄存器中的值即為被測溫度值，這個值以16位二進制形式存放在存儲器中，通過主機發(fā)送存儲器讀命令可讀出此溫度值，讀取時低位在前，高位在后，依次進行。由于溫度振蕩器的拋物線特性的影響，其內用斜率累加器進行補償 [6] 李鋼,[J].現代電子技術，2005,28(21)：77—79.6]。DS18B20在使用時，一般都采用單片機來實現數據采集。只須將DS18B20信號線與單片機1位I/O線相連，且單片機的1位I/O線可掛接多個DS18B20，就可實現單點或多點溫度檢測[7] [J].計算機測量與控制，2007,10(4)：278—280.。其與單片機的連接如圖9所示。圖8 數碼管顯示電路圖9 溫度采集電路 風扇電機驅動與調速電路本設計中由單片機的I/O口輸出PWM脈沖，通過一個達林頓反向驅動器ULN2803驅動12V直流無刷風扇電機以及實現風扇電機速度的調節(jié)。鍵盤控制設置溫度，通過軟件向單片機輸入相應控制指令，經過ULN2803驅動風扇直流電機控制電路，實現電機轉速與啟停的自動控制[8] 王會明，侯加林. 智能電風扇控制器的研制[J]. 電子與自動化，1998,5(4)：25—26.。當環(huán)境溫度升高時，直流電機的轉速會相應按照設定的等級有所提高；當環(huán)境溫度下降時，電機的轉速會相應的下降；當環(huán)境溫度低于設置溫度時，電機停止轉動，而環(huán)境溫度又高于預設溫度時，電機重新啟動。電路如圖10所示，風扇電機的一端接12V電源，另一端接ULN2803的OUT7引腳，，由此控制風扇直流電機的速度與啟停。系統選用的風扇電機為12V直流無刷電機，單達林頓反向驅動器ULN2803輸入TTL信號為5V或CMOS信號為6~15V時，輸出的最大電壓為50V，最大電流為500mA，工作溫度范圍為0~70℃。本系統中單片機I/O口輸出的TTL信號為5V，因此此風扇電機可以用ULN2803來驅動。圖10 風扇電機驅動與調速電第三章 軟件設計 程序設置程序設計部分主要包括主程序、DS18B20初始化函數、DS18B20溫度轉換函數、溫度讀取函數、鍵盤掃描函數、數碼管顯示函數、溫度處理函數以及風扇電機控制函數。DS18B20初始化函數完成對DS18B20的初始化；DS18B20溫度轉換函數完成對環(huán)境溫度的實時采集；溫度讀取函數完成主機對溫度傳感器數據的讀取及數據換算，鍵盤掃描函數則根據需要完成初值的加減設定；溫度處理函數對采集到的溫度進行分析出理，為電機轉速的變化提供條件；風扇電機控制函數則根據溫度的數值完成對電機轉速及啟停的控制。主程序流程圖如圖11：主程序開始程序初始化調用DS18B20初始化函數調用DS18B20溫度轉換函數調用溫度讀取函數調用鍵盤掃描函數調用數碼管顯示函數調用溫度處理函數調用風扇電機控制函數結束 圖11 主程序流程圖 用Keil C51編寫程序Keil C51是美國Keil Software公司開發(fā)的51系列兼容單片機C語言的軟件開發(fā)系統，與單片機匯編語言相比，C語言在不僅語句簡單靈活，而且編寫的函數模塊可移植性強[9] [M]（第三版）.北京：—65.，因而易學易用，效率高。隨著單片機開發(fā)技術的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前使用較多的MCS51系列單片機開發(fā)的軟件。Keil C51軟件不僅提供了豐富的庫函數，而且它強大的集成開發(fā)調試工具為程序編輯調試帶來便利，在開發(fā)大型軟件時更能體現高級語言的優(yōu)勢。在使用時要先建立一個工程，然后添加文件并編寫程序，編寫好后再編輯調試。Keil C51的使用界面如圖12。圖12 Keil C51的使用界面 用Proteus進行仿真 Proteus簡介Proteus軟件是來自英國Labcenter electronics公司的EDA工具軟件。Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，它不僅和其它EDA工具一樣有原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能，而且更重要的功能是，他的電路仿真是互動的，可以根據仿真實時觀察到得現象驗證設計的正確性及準確性并及時改變程序代碼、原理圖連接以及元件屬性等。它還能配合系統配置的虛擬儀器來顯示和輸出，如示波器、邏輯分析儀等[10] [J] .儀表技術，2009,8:74—75，效果很好。Proteus有4個功能模塊：智能原理圖設計、完善的電路仿真功能、獨特的單片機協同仿真功能以及實用的PCB設計平臺。其內部元件庫含有豐富的元件，支持總線結構以及智能化的連線功能；支持主流CPU（如ARM、8051/5AVR）及其通用外設模型的實時仿真等，為單片機的開發(fā)應用等帶來極大的便利。軟件使用的主界面如圖13。圖13 Proteus使用界面 本設計基于Proteus的仿真 首先啟動Proteus軟件并建立一工程，然后根據原理圖調出相應的原件，再根據要求改變各原件的屬性并把各個原件按原理圖連接起來。在原理圖繪制連接好后再把編譯好的程序加載到其中[11] [J].科技信息，2010,23:第50頁。最后根據系統要實現的功能分步進行仿真[12] 王文海，[J] .IT技術，2006,20:10—11。，用鍵盤S2調節(jié)系統預設的溫度為22攝氏度。點擊開始按鈕，系統開始仿真，待一段時間穩(wěn)定后，觀察到此時風扇直流電機的轉速為+，如圖14所示。圖14 Proteus仿真效果圖一，用鍵盤S2調節(jié)系統預設的溫度為22攝氏度。點擊開始按鈕，系統開始仿真，待一段時間穩(wěn)定后，觀察到此時直流風扇電機的轉速為+ r/s，如圖15所示。圖15 Proteus仿真效果圖二 ，用鍵盤S2調節(jié)系統預設的溫度為22攝氏度。點擊開始按鈕，系統開始仿真，待一段時間穩(wěn)定后，觀察到此時直流風扇電機的轉速為+ r/s，如圖16所示。圖16 Proteus仿真效果圖三在上一步仿真的基礎上(，系統預設的溫度為22攝氏度)，用鍵盤S2調節(jié)系統預設溫度至34攝氏度，此時可知系統預設溫度大于溫度傳感器檢測到的溫度，觀察到直流風扇電機的轉速逐漸變慢，最后轉速變?yōu)?，符合系統要實現的功能，如圖17所示。圖17 Proteus仿真效果圖四 通過以上仿真可以看出，直流風扇電機在系統設定溫度一定的情況下，其轉速隨著環(huán)境溫度（溫度傳感器檢測到的溫度）的增加而增大。當環(huán)境溫度低于系統預設的溫度時，風扇自動停止運轉，實現了系統所設計的功能。當然，在此沒有實現風扇直流電機的無級調速，本系統實現的是電機在隨環(huán)境溫度變化的四個等級的速度變化，環(huán)境溫度在一定小范圍內變化風扇電機轉速是不變的，只有超過了設定的某一界限時轉速才會變化。第四章 系統調試 軟件調試 按鍵顯示部分的調試起初根據設計編寫的系統程序：程序的鍵盤接口采用P1口，數碼管顯示采用P0口控制LED的斷碼，P2口控制LED的位碼，從而實現鍵盤功能及數碼管的顯示。經過編譯沒有出錯，但在仿真調試時，數碼管顯示的只是亂碼，沒有正確的顯示溫度，按鍵功能也不靈，當按下鍵時，顯示并不變化。經過查找分析，發(fā)現鍵盤掃描程序