【導讀】務書中規(guī)定的內(nèi)容，不弄虛作假，不抄襲別人的工作內(nèi)容。獻的個人和集體均已在文中注明。人承擔相應的法律責任。人完全了解學校關于保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，校保留畢業(yè)設計（論文）的復印件和電子版本，允許被查閱和借閱；以公布其中的全部或部分內(nèi)容。電流、電阻、溫度等測量，并配有計時功能，具有按鍵與顯示功能。換和控制等部分組成。為使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，使系統(tǒng)整體精度得以保障，本電路使。屏，程序每次執(zhí)行周期耗時縮到最短，這樣保證了系統(tǒng)的實時性。采用溫度傳感器DS18B20來完成。本次設計會通過硬件和軟件兩個方面的實現(xiàn)

　　

【正文】 程，亦適于常規(guī)程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 靈活、超有效的解決方案。 如圖 318，本次設計采用 RC 上電復位電路用于單片機復位，配合頻率為 的外部震蕩電路，作為外部時鐘信號，提供單片機片內(nèi)各種操作的時間基準。 、 、 、 作為按鍵的輸入線， 作為 ADC0809 的控制線。 P2 口作為 1602 液 晶的數(shù)據(jù)總線， 、 和 作為 LCD1602 的控制線， P0 口作為 ADC0809 的數(shù)據(jù)總線。 P2 口則作為單片機與液晶顯示器 LCD相連的數(shù)據(jù)線。三個計時器都被使用， T0 用來給 ADC0809 提供時鐘信號， T1作為對按鍵掃描的中斷源， T3 則用于計時。開機自動復位。 選擇開關和按鍵 如圖 31 3 32 322 所示，按鍵 S1 的右側三個端口分別接上分壓器、分流器、基準電阻，使用時撥動不同開關，連通對應的電路，測量不同的物理量。而按鍵 S2，負責量程的選擇， S3 則是對所測量進行交直 流的選擇， S4 是控制計時的按鍵。 S1， S2， S S4 都將跟單片機相連，將及時的告訴單片機所測取得物理量、量程、交直流的選擇以及計時。 長春理工大學本科畢業(yè)設計 24 圖 319 功能選擇開關 圖 320 量程選擇開關 圖 221 交直選擇開關 圖 322 按鍵 長春理工大學本科畢業(yè)設計 25 第 4 章 多功能數(shù)字測量儀軟件設計 軟件是整個系統(tǒng)的靈魂，軟件的質量對系統(tǒng)的功能，性能指標等有很大的影響 ，良好的軟件設計往往能彌補硬件設計的不足。本章將對編程語言（ C 語言）進行 簡單 介紹，除此之外，還將介紹軟件的設計思路，并根據(jù)設計任務軟件設計分模塊設計，最后給出量程選擇框圖，程序代碼見附錄 2。 系統(tǒng)設計目標 該多功能數(shù)字測量儀表的主要功能是：對電壓、電流、電阻、溫度信號進行測量，得到的實時數(shù)據(jù)保存到 RAM 中；再通過調整測量量程，測量物理量以及交直流轉換通道的切換，把得到的數(shù)據(jù)進行處理，在送入 LCD 進行顯示，系統(tǒng)根據(jù)不同的鍵值進入，顯示相應的測量功能，并同時具有計時功能。 C 語言概述 軟件開發(fā)采用 模塊化設計，運用 C 語言編寫，其開發(fā)工具本次設計采用美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會更加深刻。 （ 1）單片機的 C 語言的特點： 1）本身不依賴機器硬件系統(tǒng)，方便從其他系統(tǒng)移植程序直接使用； 2） 能方便管理寄存器儲存器和數(shù)據(jù)類型等問題，但對相關的硬件的控制有限； 3）在較大的程序代碼中效率更高，在執(zhí)行大應用程序時有優(yōu)勢； 4）程序由若干模塊組成，適用于模塊化設計和維護； 5）相比匯編函數(shù)，具有良好的可讀性和可維護性，減少開發(fā)難度； 6）有豐富的庫函數(shù)，大大減少用戶的編程強度，縮短編程時間及調試時間，提高軟件的開發(fā)效率； 7） 能在不同類型的機器上使用，具有較好的可移植性。 （ 2）單片機的 C 語言與標準 C 語言的區(qū)別： 1）標準 C 語言的庫函數(shù)是按照通用計算機來定義的，而單片機的 C 語言庫函數(shù)是按照單片機的應用情況來定義的； 2）單片機 C 語言增加了集中針對單片機特有的數(shù)據(jù)類型，如單片 機包含位操作空間和豐富的位操作指令； 3）單片機 C 語言的存儲模式與單片機的存儲器緊密相關。使用不同存儲器將會影響程序執(zhí)行的效率，但標準 C 語言對存儲模式的要求不高； 4）單片機 C 語言中有專門的中斷函數(shù)。 軟件設計思路 長春理工大學本科畢業(yè)設計 26 本系統(tǒng)軟件設計的思路是：使用 C 語言，將各部分的驅動程序（ 1602 液晶、模數(shù)轉換器、按鍵、蜂鳴器、計時等）分別編寫在不同子文件中，減少主文件的復雜度，增加可讀性。然后，在主函數(shù)中，先初始化液晶顯示器，然后進入大循環(huán)。在大循環(huán)中，讀取模數(shù)轉換芯片轉換后數(shù)據(jù)，并根據(jù)按鍵的輸入情況 ，進行物理量和量程以及所測量是直流還是交流的選擇，如果發(fā)生超出量程的情況，調用蜂鳴器進行報警，否則對獲取的數(shù)據(jù)進行一定處理，最后發(fā)送至液晶顯示器進行輸出。 根據(jù)上述設計目標和設計思想軟件可劃分為：初始化模塊、 AD 數(shù)據(jù)采集和轉換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、按鍵模塊、顯示模塊以及計時模塊，軟件模塊框圖如圖 41 所示，主程序框圖如圖 42 所示。 圖 41 軟件模塊框圖 開始 主 程 序 初始化模塊 AD 數(shù)據(jù)采集及轉換模塊 數(shù)據(jù)處理模塊 顯示模塊 計時模塊 按鍵模塊 長春理工大學本科畢業(yè)設計 27 初始化模塊 數(shù)據(jù)處理 AD 數(shù)據(jù)采集和轉換 液晶顯示 報警 交直流轉換 超限？ 圖 42 主程序框圖 N Y Y N 溫度信號 測溫？ Y N 計時？ 開中斷計時 通道及量程選擇 Y N 直流？ 長春理工大學本科畢業(yè)設計 28 系統(tǒng)模塊設計 初始化模塊 對于任何單片機系統(tǒng)，想要使其工作，首先要進行初始化設置，只有正確初始化，才能保證芯片的正確運行，這關系到單片機內(nèi)部資源的有效利用和后面處理計算的意義，也是軟件調試的一個重點，可概括為如下程序框圖。 圖 43 系統(tǒng)初始化框圖 如圖 43 所示，初始化的的重點在于系統(tǒng)工作狀態(tài)的初始化，初始化配置主要是完成對 AT89S52 單片機的系統(tǒng)資源的初始化，主要包括各種變量的初始化、各 I/O 口的初始化、 ADC0809 的初始化、 DS18B20 的初始化、液晶初始化。 各種變量的初始化主要包括所要用到的寄存器的初始化、定時器 /計數(shù)器的初始化、中斷的初始化以及延時程序的初始化等，這些初始化為完成單片機與外接電路的任務做好準備，如中斷的初始化在與實現(xiàn)模數(shù)轉換、按鍵功能和計時都有一定的關聯(lián)。 I/O 口的初始化，根據(jù)事先對 I/O 口的分配，對所用到的 I/O 進行相應狀態(tài)的初始化。 ADC0809 的初始化，包括對各個模擬輸入通道地址的分配，在本次設計中只采用一個模擬通 IN0，除此之外，還應使 ST 和 OE 處于低電平等。 DS18B20 的初始化，通過幾次將 DQ 的電平拉高和降低，配合延時子程序完成對 DS18B20 的初始化，確保測溫的準確無誤。 液晶初始化，液晶初始化是保證顯示模塊正常工作的前提，一般液晶初始化的方法有 2 種，第一種是利用模塊內(nèi)部的復位電路進行初始化，第二種是利用軟件編程的方式來進行初始化，本次設計采用第一種初始化，在上電復位時 執(zhí)行下列命令。 （ 1） 清除顯示。 （ 2） 功能設置，如 DL =1 為 8 位數(shù)據(jù)長度接口， N=0 為單行顯示等 （ 3） 開 /關設置，如 D=0 關顯示， C=0 關光標， B=0 關閃爍功能等。 （ 4） 進入方式設置，如 I/D=1 地址采用遞增方式， S=0 關顯示移位功能等。 系統(tǒng)開始初始化 結束初始化 上電初始化 系統(tǒng)工作狀態(tài)初始化 長春理工大學本科畢業(yè)設計 29 A/D 數(shù)據(jù)采集和轉換模塊 從硬件設計中可以看出，本次設計的電壓、電流、電阻信號都要經(jīng)過 A/D采樣后進入單片機來處理的，因此 A/D 就占據(jù)著很重要的地位。單片機采用中斷方式讀取 A/D 轉換后的數(shù)據(jù)， ADC 開始轉換后 EOC 腳為低電平，當 A/D 轉換結束時 EOC 腳變?yōu)楦唠娖?，?jīng)取非后作為 中斷請求信號觸發(fā)單片機中斷，在中斷服務程序中讀取 A/D 轉換結果，而溫度的測量值則直接送給單片機，不經(jīng)過 AD 轉換器。 AD 數(shù)據(jù)采集框圖如圖 44 所示。 圖 44 數(shù)據(jù)采集和轉換框圖 開始 啟動 AD 等待模數(shù)轉換 發(fā)出 AD 轉換完成信號 向單片機傳送數(shù)據(jù) AD 轉換完成？ N Y 返回 長春理工大學本科畢業(yè)設計 30 數(shù)據(jù)處理模塊 當 AD 采樣完成之后，就以中斷形式向單片機發(fā)出中段請求，單片機接受請求后接收數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)的處理分為電壓、電流、電阻、溫度和計 時數(shù)據(jù)的處理。 在本次設計中，對數(shù)據(jù)的采集，均采用將所測物理量轉換成電壓信號的測量方式，因此電壓得測量信號在通過 A/D 轉換后送入單片機無需進一步的處理，而計時得到的數(shù)據(jù)也不需要進一步處理，但是電流、電阻、溫度測量信號在送入單片機后都需要進行相應的處理。 電流數(shù)據(jù)處理，根據(jù)圖 33 可以知道電流轉換為電壓的原理，在通過公式（ 32）、（ 33）可知如何將測得的電壓轉換成相應的電流。在單片機接收到按鍵的輸入后，單片機選擇相應的程序進行處理，處理程序根據(jù)公式（ 33）進行編寫，數(shù)據(jù)處理完之后往液晶顯示器輸出。 電阻 數(shù)據(jù)處理，根據(jù)圖 311 可以知道電阻轉換為電壓的原理，并通過公式（ 312）、（ 313）將所得電壓轉換成電阻，在轉換時采用的是比例讀數(shù)特性，這也是編程的依據(jù)。其余與電流數(shù)據(jù)處理同理。 溫度數(shù)據(jù)處理， DS18B20 的核心功能是它的直接讀數(shù)字的溫度傳感器，溫度傳感器的精度為用戶可編程的 9， 10， 11 或 12 位，分別以 ℃， ℃， ℃和 ℃增量遞增，本次設計采用在上電狀態(tài)下默認的精度為 12 位。 DS18B20采集到的溫度值是以補碼的形式存放在高速暫存儲器 RAM 的第 0、 1 兩個字節(jié)中，單片機 通過單線接口（ ）讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，二進制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0 度，這 5 位為 0，只要將測到的數(shù)值乘以 即可得到實際溫度，如果溫度小于 0 度，這 5 位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1 后再乘以 即可得到實際的溫度。 數(shù)據(jù)處理，只需要對各種物理量的測量值編寫相應的處理程序，編程的根據(jù)上述已進行介紹，根據(jù)測量過程中選擇的按鍵，來控制單片機調用相應的數(shù)據(jù)處理程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理（將數(shù)據(jù)最終都轉換成二進制編碼的 ASCII 碼），在數(shù)據(jù)處理完成后，向液晶顯示輸出，當 輸入單片機的數(shù)據(jù)超限時報警。 長春理工大學本科畢業(yè)設計 31 按鍵模塊 T1 中斷程序分為按鍵中斷掃描程序和按鍵判斷分析程序，按鍵處理程序是對按鍵的操作做出做出識別并調用相應的功能模塊完成相應的任務，本次設計采用的方法是，將鍵值作為按鍵分析程序的條件，根據(jù)不同的鍵值調用相應的程序。 CPU 對按鍵進行掃描時，要兼顧兩方面的問題：一是要及時，以保證對用戶的每一次按鍵輸入都能做出響應；二是掃描布不能占用太多時間， CPU 還有大量的其他任務要去處理，因此需要選擇合適的按鍵工作方式 。按鍵一般有三種工作方式：編程掃描方式、中斷掃描方式和定時掃描方式。 本次設計采用定時掃描方式，采用單片機的定時器 T1 作為中斷源。由于每次按下的持續(xù)時間一般為 200ms 左右，所以為了盡可能的不遺漏，定時器中斷周期設置為 44ms。 T1 中斷程序框圖如圖 45 所示。 圖 45 T1 中斷程序框圖 按鍵掃描 10ms 延時去鍵抖動 執(zhí)行按鍵任務 定時器 T1 中斷 有鍵按下？ 唯一鍵？ N N Y Y Y 判斷哪個按鍵按下 開始 中斷返回 長春理工大學本科畢業(yè)設計 32 顯示模塊 液晶顯示模塊具有體積小