【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的 RS232 信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng)，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平 +5～ +15V，負(fù)電平為15～ 5V。無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，線(xiàn)上為 TTL。 從開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線(xiàn)上電平從 TTL電平到 RS232 電平，然后返回 TTL 電平。接收器典型的工作電平為 +3～ +12V與12～ 3V。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為 2～ 3V左右，所以其共模抑制能力差。加上雙絞線(xiàn)上的分布電容，其傳送距離最大約為 15 米，最高速度為 20Kb/s。 RS232 轉(zhuǎn)換電路圖如圖 27 圖 27 RS232轉(zhuǎn)換電路 MAX232C 芯片介紹 MAX232C 是 RS232 與 TTL 電平之間進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的工具芯片，它是 MAXIM公司生產(chǎn)、包括兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器的 IC 芯片，適用于各種 EIA232C 和 的通信接口。 MAX232C 芯片內(nèi)部有一個(gè)電壓變換器，可以把輸入的 +5V電源電壓變換成為 RS232 所輸出電平所需的電壓。所以，采用此芯片的串行通信系統(tǒng)只需單一的 +5V電源就可以了。 167。 電源模塊 STC89C51 的內(nèi)核共電為 5v，而此紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)的紅外測(cè)溫模塊和 LED鍵盤(pán)模塊的共電電壓都可為 5V，所以通過(guò)此電源模塊后，將外部輸入電壓轉(zhuǎn)換成5V的單片機(jī)工作電壓，以保障紅外測(cè)溫系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 14 圖 29電源電路 167。 鍵盤(pán)模塊 圖 210 鍵盤(pán)電路原理圖 鍵盤(pán)模塊采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，鍵盤(pán)掃描電路輸出端和 LED 顯示器段碼控制端口共用 74HC164 的輸出 Q0~Q7,這樣減少占用更多的 I/O 口。 本系統(tǒng)的鍵盤(pán)采用 1 8 行列式鍵盤(pán)。其工作原理為： 單片機(jī)通過(guò)運(yùn)行程序不斷掃描鍵盤(pán)，檢查是否有鍵按下，當(dāng)掃描到有鍵按下時(shí)。經(jīng)過(guò)程序處理找出按下的鍵值，并調(diào)用相應(yīng)鍵操作程序完成對(duì)應(yīng)的鍵操作。其電路原理圖如圖 210 所示。 167。 LED 顯示模塊 LED 顯示模塊 ： 數(shù)碼管顯示按顯示方式分動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種，靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定，占用很少的 CPU 時(shí)間，但每個(gè)顯示單元 都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用的電路硬件較多；動(dòng)態(tài)顯示需要 CPU 時(shí)刻對(duì)顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新， 15 所謂的動(dòng)態(tài)就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器，對(duì)每一位顯示器而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次，利用人的視覺(jué)留感達(dá)到顯示的目的。動(dòng)態(tài) 顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用 CPU 時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線(xiàn)路板空間。 本設(shè)計(jì)采用的是動(dòng)態(tài)顯示，顯示模塊由兩片 74HC164,8 個(gè) 8 段 LED 數(shù)碼管組成。 74HC164 為 8 位移位寄存器，當(dāng)清除端（ CLEAR）為低電平時(shí)，輸出端（ QA－ QH）均為低電平。串行數(shù)據(jù)輸入端（ A， B）可控制數(shù)據(jù)。當(dāng) A、 B 任意一個(gè)為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘端（ CLOCK）脈沖上升沿作用下 QA為低電平。當(dāng) A、 B有一個(gè)為高電平，則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在 CLOCK上升沿作用下決定 QA的狀態(tài)。 引出端符號(hào) CLOCK 時(shí)鐘輸入端 CLEAR 同步清除輸入端（低電平有效） A， B 串行數(shù)據(jù)輸入端 QA－ QH 輸出端 邏輯及封裝圖（雙列直插封裝） 兩片 74HC164 分別控制數(shù)碼管的位選和段選， 其中控制位選信號(hào)的 74HC164的輸出端 QA~QD 通過(guò)電阻、三極管與數(shù)碼管的共陰極連接， 用 口控制 CLOCK脈沖信號(hào)；另一個(gè)則通過(guò)電阻直接與數(shù)碼管連接輸送顯示的數(shù)字， 口控制CLOCK 脈沖信號(hào)。它們的 CLEAR 端都始終接高電平， A、 B 兩輸入端相連共同接到 口上。 LED 顯示電路原理圖如圖 211： 16 圖 211 LED顯示電路原理圖 由于鍵盤(pán)掃描電路和 LED 顯示器顯示電路采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，并共用同一個(gè) 74HC164，所以在時(shí)間中斷程序中必須先運(yùn)行鍵盤(pán)掃描子程序，再運(yùn)行 LED 顯示子程序。動(dòng)態(tài)掃描電路的掃描頻率應(yīng)不低于 50Hz,否則 LED 顯示器會(huì)不穩(wěn)定。鍵盤(pán)掃描去抖動(dòng)通過(guò)應(yīng)用軟 件的方法實(shí)現(xiàn)。 17 第三章 紅外測(cè)溫系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 本紅外測(cè)溫系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，這樣就把一個(gè)復(fù)雜的軟件設(shè)計(jì)分成幾個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的部分分別予以解決。因?yàn)楸菊撐耐瓿傻墓δ苁菧y(cè)溫，所以對(duì)溫度數(shù)據(jù)接收及顯示部分的程序設(shè)計(jì)做了詳細(xì)敘述，而對(duì)其它各模塊做了相應(yīng)簡(jiǎn)要的介紹。 167。 主程序模塊的設(shè)計(jì) 當(dāng)紅外測(cè)溫儀接通電源時(shí)， STC89C51單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，開(kāi)始運(yùn)行該程序。該程序首先對(duì) STC89C51初始化。然后給出開(kāi)機(jī)顯示，接著判斷是否有鍵輸入，若沒(méi)有鍵輸入，則繼續(xù)判斷；若有鍵輸入， 則判斷是否是紅外測(cè)溫。 若不是就返回開(kāi)機(jī)顯示，是則進(jìn)行紅外測(cè)溫，接收數(shù)據(jù)，并將計(jì)算的溫度值顯示出來(lái)，如果是環(huán)境溫度通過(guò)數(shù)碼管前四位顯示，目標(biāo)溫度用后四位顯示。并等待結(jié)束測(cè)溫命令。再判定是否結(jié)束溫度測(cè)量，若沒(méi)則繼續(xù)測(cè)溫，若收到結(jié)束命令則返回開(kāi)機(jī)顯示，重新判斷。具體工作的流程圖如下圖 31： 18 開(kāi) 始系 統(tǒng) 初 始 化紅 外 測(cè) 溫顯 示 溫 度判 定 是 否 有 按 鍵 ?判 定 是 否 結(jié) 束 測(cè) 溫 ?是 否 測(cè) 量 溫 度 ？YYNNYN 圖 31 主程序流程圖 167。 紅外測(cè)溫程序模塊 該紅外測(cè)溫模塊的數(shù)據(jù)輸出信號(hào)和脈沖信號(hào)分別接單片機(jī) ， 口 ,測(cè)溫控制端接 口。它 的程序流程圖如圖 32所示，此模塊首先定義一個(gè)字符型數(shù)組用于存放讀取到的一幀數(shù)據(jù)，然后啟動(dòng)測(cè)溫，讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是在脈沖的下降沿一位一位傳送的。把五個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)都讀完后判斷第一個(gè)字節(jié)是否為 0x4c 或0x66 并且第五個(gè)字節(jié)為 0x0d，若是則計(jì)算溫度值返回，否則繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)。 19 開(kāi) 始定 義 數(shù) 組 存 放 測(cè) 溫 數(shù) 據(jù)開(kāi) 啟 測(cè) 溫讀 取 數(shù) 據(jù)計(jì) 算 溫 度 值第 一 個(gè) 字 節(jié) 為 0 x 4 c 或 0 x 6 6并 且 第 五 個(gè) 字 節(jié) 為 0 x 0 d返 回NY 圖 32 紅外測(cè)溫流程圖 在此紅外測(cè)溫儀的軟件設(shè)計(jì)中，溫度值的計(jì)算也是一個(gè)非常重要的部分，它關(guān)系到整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)精度，因此把它的溫度數(shù)據(jù)讀取與計(jì)算用單獨(dú)的程序給出，其流程圖如圖 33。因?yàn)榧t外測(cè)溫模塊的數(shù)據(jù)是一位一位地送入單片機(jī)的，所以用雙重循環(huán)，內(nèi)循環(huán)接收一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，外循環(huán)接收五個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。 20 判 斷 P 1 . 6 是 否 為 0接 收 一 位 數(shù) 據(jù) 存 放 在 數(shù) 組中 ， 變 量 加 1開(kāi) 始變 量 等 于 7 ？變 量 清 0 ， 接 收 下 一 個(gè) 字 節(jié) 的數(shù) 據(jù)NNYY 圖 33 讀測(cè)量數(shù)據(jù)流程圖 167。 鍵盤(pán)掃描程序模塊 鍵盤(pán)是單片機(jī)應(yīng)用中不可缺少的一部分。本鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)采用 1列 8行 (1X8)的設(shè)計(jì)思想， 74HC164 在鍵盤(pán)中充當(dāng)行驅(qū)動(dòng)，列線(xiàn)接在單片機(jī)的 口上，在固定的極短的時(shí)間內(nèi)對(duì)鍵盤(pán)的列線(xiàn)進(jìn)行掃描，進(jìn)而判斷是否有鍵按下，有鍵按下再判斷是哪個(gè)鍵按下從而根據(jù)按鍵值在程序中做出進(jìn)一步 的判斷。它的 程序流程圖如下圖 34： 21 開(kāi) 始返 回判 斷 是 否 有 鍵 按 下延 時(shí) 1 0 m s根 據(jù) 取 得 鍵 值 處 理 相 應(yīng) 子 程 序掃 描 鍵 盤(pán) ， 獲 得 鍵 值判 斷 是 否 有 鍵 按 下YNYN 圖 34 鍵盤(pán)掃描程序 由于系統(tǒng)采用由機(jī)械觸點(diǎn)構(gòu)成的獨(dú)立式按鍵，它存在按鍵開(kāi)關(guān)的抖動(dòng)問(wèn)題，這種抖動(dòng)的暫態(tài)過(guò)程大約經(jīng)過(guò) 5～ 10ms 的時(shí)間，人的肉眼是覺(jué)察不到的，但對(duì)高速的 CPU 來(lái)說(shuō)，這個(gè)抖動(dòng)容易影響到單片機(jī)對(duì)按鍵的正確判斷。下圖 35 是按鍵抖動(dòng)示意圖： 圖 35按鍵抖動(dòng)示意圖 為使單片機(jī)能夠正確地讀出 口的狀態(tài)，對(duì)每一次按鍵 只作一次響應(yīng)，必須采取措施以消除抖動(dòng)。本設(shè)計(jì)采用軟件方法消除抖動(dòng)，它通過(guò)延時(shí)來(lái)躲過(guò)暫態(tài)抖動(dòng)過(guò)程，執(zhí)行一段 10ms 的延時(shí)程序后，再讀取穩(wěn)定的鍵狀態(tài)。在沒(méi)有鍵按下時(shí) 口是高電平，在單片機(jī)獲得 口為低電平的信息后，不立即認(rèn)定鍵盤(pán)已被按下， 執(zhí)行 10 毫秒延時(shí)函數(shù)后再次檢測(cè) 口，如果仍為低，說(shuō)明鍵盤(pán)被按下 22 了。這就消除了按鍵按下時(shí)前沿的抖動(dòng)對(duì)單片機(jī)正確判斷按鍵造成的影響。 167。 顯示程序模塊 在顯示模塊 中， 我們采用兩片 74HC164,4個(gè) 8段 LED數(shù)碼管組成。它的工作原理是主控單片機(jī) STC89C51通過(guò)控制位選的 74HC164去控制點(diǎn)亮不同的數(shù)碼管，而另一片 74HC164是用來(lái)根據(jù)主控單片機(jī)給出的不同信息，給出不同數(shù)碼管所要顯示的不同內(nèi)容，在給出點(diǎn)亮信號(hào)時(shí)，數(shù)碼管就顯示出 74HC164輸出端的信息。 4個(gè) 8段數(shù)碼管是定時(shí)循環(huán)按順序被點(diǎn)亮，由于每次被點(diǎn)亮的時(shí)間間隔極短，也由于人眼對(duì)光亮的感覺(jué)延遲效應(yīng)，所以在顯示不斷被刷新的同時(shí)，人眼不會(huì)有閃爍感。 本顯示程序首先定義了數(shù)碼管的字型和字位口編碼表， 然后根據(jù)要讓哪個(gè)數(shù)碼管亮和讓它亮什么數(shù)據(jù)來(lái)選擇不同的字型字位口再進(jìn)行查表，把查到的編碼一位位送到兩片 164的數(shù)據(jù)端進(jìn)行顯示。下圖 36是具體的 LED顯示程序圖： 開(kāi) 始定 義 字 型 字 位 編 碼 表指 定 字 型 口查 表 得 字 型 碼指 定 字 位 口顯 示 要 顯 示 的 數(shù) 據(jù) 圖 36 LED 顯示程序流程圖 23 總 結(jié) 歷經(jīng)幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，回想這段時(shí)間收獲頗多。所做的設(shè)計(jì)基本上達(dá)到了任務(wù)書(shū)上的要求，能夠顯示環(huán)境溫度和目標(biāo)溫度，而且溫度值分辨力達(dá)到 ℃ ，比任務(wù)書(shū)要求的還要高。 本設(shè)計(jì)主要包括兩大部分：硬件設(shè)計(jì)部分和軟件設(shè)計(jì)部分，硬件部分包括了單片機(jī)處理模塊、紅外測(cè)溫模塊、 LED 顯示模塊、鍵盤(pán)模塊和 RS232 電平轉(zhuǎn)換模塊，軟件部分主要包括 主程序模塊、紅外測(cè)溫程序模塊、 LED 顯示程序模塊。單片機(jī)負(fù)責(zé)控制紅外測(cè)溫把接收到的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)處理后送 LED顯示。 通過(guò)對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)我對(duì) Protel 軟件的使用更加熟練，而通過(guò)運(yùn)用 Keil進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)使我的編程和調(diào)試能力也有很大的提高。這不僅使我對(duì)課本上所學(xué)的知識(shí)有了更進(jìn)一步的了解，而且也提高了我的動(dòng)手能力、理論聯(lián)系實(shí)際能力。為今后的學(xué)習(xí)和工作打下了很好的基礎(chǔ)。但同時(shí)也明顯感覺(jué)到還有很多地方需要完善和提高，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品與實(shí)際應(yīng)用還有一定的差距。例如可以通過(guò)按鍵更靈活的控制測(cè)溫，如果再加上語(yǔ)音播報(bào)功能就更加完 善了。所以在今后的工作中，還要不斷的學(xué)習(xí)充電，掌握更多的技能。爭(zhēng)取能夠在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出更先進(jìn)、功能更強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單的智能化儀器。 24 參考文獻(xiàn) [1] 宋文 、 楊帆．傳感器與檢測(cè)技術(shù) . 北京：高等教育出版社， 2021 [2] 華成英、童詩(shī)白 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) .第三版 .高等教育出版社， [3] 閻石 .數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) .第四版 .高等教育出版社， [4] 莫力 .Protel 電路設(shè)計(jì) .國(guó)防工業(yè)出版社， [5] 姚四改 .Protel99SE 電子線(xiàn)路設(shè) 計(jì)教程 .上海交通大學(xué)出版社， [6] 李建忠 .單片機(jī)原理及應(yīng)用 .西安電子科技大學(xué)出版社， [7] 蔡惟錚 .常用電子元器件手冊(cè) . 哈爾濱 :哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 ,1998 [8] 王武江 、 陳樹(shù)凱．常用集成電路速查手冊(cè) .北京 :冶金工業(yè)出版社 ,2021 [9] 張俊謨．單片機(jī)中級(jí)教程．北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1999 [10] 胡漢才．單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)．北京 :清華大學(xué)出版社 ,2021。 [11] 魏澤鼎．單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例．北京：電子工業(yè)出版社， [12] 宗光華、李大寨．多單片機(jī)系統(tǒng)與應(yīng)用技術(shù)．北京：北方交通大學(xué)出版社 , [13] 朱定華、戴汝平．單片微機(jī)原理與應(yīng)用．北京：北方交通大學(xué)出版社， [14] 王福端．單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全． 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社， [15] 李昌禧．智能儀表原理與設(shè)計(jì)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社， [16] 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