【文章內(nèi)容簡介】 （ 1）測試單片機(jī)軟件功能的完整性。這是針對所有單片機(jī)系統(tǒng)功能的測試，測試軟件是否寫得正確完整。 （ 2）上電、掉電測試。在使用中用戶必然會(huì)遇到上電和掉電的情況，可以進(jìn)行多次開關(guān)電源，測試單片機(jī)系統(tǒng)的可抗性。 （ 3）老化測試。測試長時(shí)間工作情況下，單片機(jī)系統(tǒng)的可抗性。必要的話可以放置在高溫、高壓以及強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境下測試。 （ 4） ESD和 EFT 等測試。可以使用各種干擾模擬器來測試單片機(jī)系統(tǒng)的可抗性。例如使用靜電模擬器測試單 片機(jī)系統(tǒng)的抗靜電 ESD 能力；使用突波雜訊模擬器進(jìn)行快速脈沖抗干擾 EFT測試等。 單片機(jī)的抗干擾性 影響單片機(jī)系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行的主要因素主要來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾，并受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件選擇、安裝、制造工藝的影響。這些都是單片機(jī)系統(tǒng)的干擾因素，常會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行失常，輕則影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，重則會(huì)導(dǎo)致事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。 形成干擾的基本要素有三個(gè)： (1)干擾源。指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號，用數(shù)學(xué)語言描述為 du/dt、 di/dt 大的地方就是干擾源，如雷電、繼電器、可控硅、電機(jī)、 高頻時(shí)鐘等都可能成為干擾源 (2)傳播路徑。指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過導(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射。 (3)敏感器件。指容易被干擾的對象，如 A/D、 D/A 變換器，單片機(jī)，數(shù)字 IC，弱信號放大器等。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 7 軟硬件調(diào)試 調(diào)試 測試是為了發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò)誤而執(zhí)行程序的過程。具體地說，軟件測試是根據(jù)軟件開發(fā)各階段的規(guī)格說明和程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)而精心設(shè)計(jì)出一批測試用例，并利用測試用例來運(yùn)行程序，以發(fā)現(xiàn)程序錯(cuò)誤的過程。 超聲波測距儀的制作和調(diào)試，其中超聲波發(fā)射和接收采 用 Φ15 的超聲波換能器TCT4010F1（ T發(fā)射）和 TCT4010S1（ R 接收），中心頻率為 40kHz，安裝時(shí)應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距 4～ 8cm，其余元件無特殊要求 。 若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容 C的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。 提高精度的方案及系統(tǒng)設(shè)計(jì) （ 1） 溫度校正的方法提高測距精度 由上述的誤差分析知，如果能夠知道當(dāng)?shù)販囟?，則可根據(jù)公式 ⑷ 求出當(dāng)?shù)芈曀伲瑥亩軌颢@得較高的測量精度 。而問題的關(guān)鍵在于獲得溫度數(shù)據(jù)的方法。采用熱敏電阻、熱電耦、集成溫度傳感器都可以獲得較為準(zhǔn)確的溫度值。 為了便于對溫度信號的數(shù)據(jù)采集及處理，我們采用 DALASS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 集成溫度傳感器。 DS18B20 采用了 DALASS 公司的 1WIRE 總線專利技術(shù)，能夠僅在占用控制器一個(gè) I/O 口的情況下工作（芯片可由數(shù)據(jù)線供電），極大的方便了使用者的調(diào)試使用，而且其在－ 10oC ～＋ 85oC 的工作環(huán)境下可以保持 177。 % 的使用精度，在這個(gè)空間內(nèi)足以保證為超聲波測距設(shè)備提供足 夠的精度范圍。 通過 DS18B20 芯片獲得的數(shù)據(jù)信號經(jīng)由 1WIRE 總線傳至 MCU ，由軟件進(jìn)行聲速換算。為了更好的實(shí)現(xiàn)換算過程同時(shí)兼顧設(shè)備的使用成本，我們采用宏晶公司的最新推出的 STC12C5410 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)超聲波測距的各項(xiàng)功能。 STC12C5410 采用了低成本、低功耗、強(qiáng)抗干擾設(shè)計(jì)，并且在最高支持 48MHz 的前提下能夠?qū)崿F(xiàn) 1 個(gè)時(shí)鐘 / 機(jī)械周期的運(yùn)行速度。由于能夠使用高頻率的晶振，因此相對于普通單片機(jī)來說可以有效的減少由計(jì)時(shí)問題帶來的量化誤差，能夠滿足較高精度超聲波測距儀的設(shè) 計(jì)要求。 （ 2） 標(biāo)桿校正的方法提高測距精度 在復(fù)雜環(huán)境下，如果難于獲得環(huán)境溫度，或者不便獲得環(huán)境溫度時(shí)，如果仍舊要求較高的測量精度，我們采用所謂標(biāo)桿校正的方法實(shí)現(xiàn)超聲波測距精度的校正。標(biāo)桿校正的示徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 意圖 下圖 71 所示 。 圖 7 1標(biāo)桿校正的示意圖 超聲波測距裝置首先測量距離已知為 h 的基平面（標(biāo)桿）聲波往返所用的時(shí)間，而后由測得的時(shí)間和距離 h 根據(jù)公式 ⑷ 求出當(dāng)?shù)芈曀?。通過這樣的方法，我們也能夠順利的求出聲速，省去了使用傳感器測量溫度所帶來的麻煩。因此，只用為測距設(shè)備設(shè)定 “ 標(biāo)定 ” 和 “ 測量 ” 兩種 狀態(tài)，即能夠?qū)崿F(xiàn)溫度校正所能實(shí)現(xiàn)的高精度測距功能。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 8 系統(tǒng)的擴(kuò)展 超聲波測距系統(tǒng)在測量距離時(shí)，容易受到溫度的影響 ，從而導(dǎo)致誤差，在此通過DS18B20 對其進(jìn)行改進(jìn)。 DS18B20 的簡介 (1)適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 。 (2)獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 。 (3)DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫 。 (4)DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) 。 (5)溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時(shí)精度為 177。 ℃ 。 (6)可編程的分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃和 ℃ ，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫 。 (7)在 9 位分辨率時(shí)最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時(shí)最多在 750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 。 (8)測量結(jié)果直接輸出數(shù) 字溫度信號，以 一線總線 串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳送 CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力 。 (9)負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20 的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20 的外形及管腳排列如下圖 81: 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 圖 81DS18B20的外形及管腳排列 DS18B20 的工作原理 DS18B20 的讀寫時(shí)序和測溫原理與 DS1820 相同，只是 得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由 2s 減為 750ms。 DS18B20 測溫原理如圖 3 所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計(jì)數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器 1和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃ 所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號 進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖 82 中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值。 圖 82DS18B20測溫原理框圖 DS18B20 有 4 個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件 （ 1）光刻 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光 刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。 64 位光刻 ROM的排列是：開始 8位（ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的 48 位是該DS18B20 自身的序列號，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20 的目的。 （ 2） DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用 16 位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB 形式表達(dá)，其中 S為符號位。 表 1: DS18B20溫度值格式表 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 的前面 5位是符號位，如果測得的溫度大于 0，這 5位 為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1再乘于 即可得到實(shí)際溫度。 表 2: DS18B20溫度數(shù)據(jù)表 （ 3） DS18B20 溫度傳感器的存儲(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 EEPRAM,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。 （ 4）配置寄存器該字節(jié)各位的意義如下 ： 表 3： 配置寄存器結(jié)構(gòu) TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是 1， TM是測試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。在 DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動(dòng)。 DS18B20 與單片機(jī)的連接 在硬件上， DS18B20 與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是 Vcc 接外部電源， GND接地， I/O 與單片機(jī)的 I/O 線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí) UDD、 GND 接地，I/O 接單片機(jī) I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電， I/O 口線要接 5KΩ 左右的上拉電阻。 CPU 對 DS18B20 的訪問流程是：先對 DS18B20 初始化，再進(jìn)行 ROM 操作命令，最后才能對存儲(chǔ)器操作，數(shù)據(jù)操作。 DS18B20 每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。如主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，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 DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 DS18B20 與 51 單片機(jī)的連接程序 。 FLAG1: 標(biāo)志位 ,為 1時(shí)表示檢測到 DS18B20 。 DQ: DS18B20 的數(shù)據(jù)總線接腳 。 TEMPER_NUM:保存讀出的溫度數(shù)據(jù) 。 晶振為 12MHZ 左右 TEMPER_L EQU 36H TEMPER_H EQU 35H DQ BIT 。 DS18B20 初始化程序 。//*****************************************// INIT_1820: SETB DQ NOP CLR DQ MOV R0,06BH TSR1: DJNZ R0,TSR1 。 延時(shí) SETB DQ MOV R0,25H TSR2: JNB DQ,TSR3 DJNZ R0,TSR2 LJMP TSR4 。 延時(shí) TSR3: SETB FLAG1 。 置標(biāo)志位 ,表示 DS1820 存在 LJMP TSR5 TSR4: CLR FLAG1 。 清標(biāo)志位 ,表示 DS1820 不存在 LJMP TSR7 TSR5: 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 MOV R0,06BH TSR6: DJNZ R0,TSR6 。 延時(shí) TSR7: SETB DQ RET 。//*****************************************// 。 讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值 。//*****************************************// GET_TEMPER: SETB DQ 。 定時(shí)入口 LCALL INIT_1820 JB FLAG1,TSS2 RET 。 若 DS18B20 不存 在則返回 TSS2: MOV A,0CCH 。 跳過 ROM 匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,44H 。 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 LCALL WRITE_1820 LCALL INIT_1820 MOV A,0CCH 。 跳過 ROM 匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,0BEH