【正文】 和正負(fù) 5V電壓。 LCD1602 顯示測(cè)試 測(cè)試電路板中的顯示電路 LCD1602 是否能正常顯示數(shù)字或字符。電源測(cè)試 好之后，將卸下的元件裝回電路板上，接著將 LCD 顯示測(cè)試程序下載到單片機(jī)中，觀察發(fā)現(xiàn) LCD不能顯示，仔細(xì)檢察程序之后，確保了程序是正確的。然后檢察電路圖和 PCB 圖是否有誤，將電路檢察并確保無(wú)誤后。最后發(fā)現(xiàn)是 LCD 的對(duì)比度太低，通過(guò)調(diào)節(jié)滑滑動(dòng)變阻器來(lái)調(diào)節(jié) LCD的對(duì)比度之后， LCD 就可以正常顯示數(shù)據(jù)。 放大電路測(cè)試 測(cè)試 4路電壓放大電路能否按預(yù)期的進(jìn)行電壓放大。將 4路溫度傳感器接入電路中，溫度傳感器將輸出一個(gè)電壓作為放大電路的輸入。分別用萬(wàn)用表測(cè)量各通道溫度傳感器的輸出電壓和經(jīng)過(guò)放大后的輸出電壓，計(jì) 算出是否為預(yù)期的放大倍數(shù)，如果有偏差可以通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻來(lái)調(diào)整電壓放大倍數(shù)。 A/D 轉(zhuǎn)換測(cè)試 測(cè)試 A/D 轉(zhuǎn)換電路是否能正常采集數(shù)據(jù)。將編寫(xiě)好的 A/D 測(cè)試程序結(jié)合顯示程序來(lái)測(cè)試 A/D轉(zhuǎn)換電路。將各通道采集到的 A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理轉(zhuǎn)換為電壓之后送到 LCD上顯示，并通過(guò)用手握住溫度傳感器來(lái)改變溫度傳感器的電壓輸出來(lái)觀察 A/D 是否能采 集到電壓。若用手緊握傳感器時(shí) A/D 采集到的電壓增大，松手時(shí) A/D采集到的電壓減小，說(shuō)明 A/D 可以采集到數(shù)據(jù)。為了確保 A/D 采集到的數(shù)據(jù)是正確的，用萬(wàn)用表測(cè)量各通道放大電 路的電壓輸出與 A/D 采集到的電壓是否一致，若一致則說(shuō)明 A/D 可以正常采集數(shù)據(jù)。在進(jìn)行計(jì)算 A/D 采集到的電壓時(shí)要注意 A/D 的參考電壓，參考電壓應(yīng)與實(shí)際電路測(cè)量的參考電壓為準(zhǔn)。 下位機(jī)串口通信測(cè)試 測(cè)試串口通信電路能否進(jìn)行正常發(fā)送數(shù)據(jù)。在串口通信測(cè)試中使用一根串口轉(zhuǎn) USB線來(lái)實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)之間的串口通信。將已編寫(xiě)好的串口通信測(cè)試程序下載到單片機(jī)中，剛開(kāi)始先不使用自己編寫(xiě)的上位機(jī)與下位機(jī)進(jìn)行測(cè)試，而是使用串口調(diào)試助手軟件與下位機(jī)進(jìn)行通信，這樣就可以排除自己編寫(xiě)上位機(jī)出錯(cuò)的可能。當(dāng)串口調(diào)試助手可以 正確接收到單片機(jī)通過(guò)串口發(fā)送過(guò)來(lái)數(shù)據(jù)，說(shuō)明串口及串口發(fā)送程是正確的。 上位機(jī)串口通信測(cè)試 測(cè)試上位機(jī)能否接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。將已測(cè)試好的串口發(fā)送程序燒寫(xiě)到單片機(jī)，接通過(guò)電源。在上位機(jī)的人機(jī)交互界面上選擇串口號(hào)、設(shè)定串口的相關(guān)參數(shù)、采集速率和報(bào)警溫度上限等設(shè)置。按下數(shù)據(jù)采集按鈕，觀察數(shù)據(jù)接收窗口是否能接收到數(shù)據(jù)。若不能接收到數(shù)據(jù)，則檢查上位機(jī)串口接收程序，若可以接收到數(shù)據(jù)，則可以進(jìn)一步對(duì)上位機(jī)是否可以正常處理數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)等功能進(jìn)行測(cè)試。 下位機(jī)與上位機(jī)整體功能測(cè)試 測(cè)試整 個(gè)設(shè)計(jì)是否能正常工作。將以上測(cè)試 LCD顯示、 A/D轉(zhuǎn)換和串口通信等測(cè)試程序整合起來(lái)，結(jié)合上位機(jī)一起來(lái)測(cè)試整個(gè)設(shè)計(jì)的運(yùn)行結(jié)果。首先下位機(jī)將采集到的 4通道 A/D轉(zhuǎn)換值，通過(guò)數(shù)據(jù)處理在 LCD上顯示出 4路溫度值，然后再將 A/D轉(zhuǎn)換 4路 8位數(shù)字量值通過(guò)串口發(fā)送到上位。在發(fā)送 4路數(shù)字量時(shí)，要注意數(shù)據(jù)要以數(shù)據(jù)幀的格式發(fā)送，即按順序發(fā)送兩個(gè)數(shù)據(jù)幀幀頭 0x31和 0x32，接著發(fā)送 4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，這 4個(gè)字節(jié)為 A/D采集到的 4路數(shù)字量，最后再發(fā)送 0x31作為一幀數(shù)據(jù)的幀尾。上位就是根據(jù)下機(jī)位的數(shù)據(jù)幀發(fā)送格式進(jìn)行獲取 4路 A/D轉(zhuǎn)換 值的。在上位機(jī)上設(shè)定好各種參數(shù)之后，開(kāi)始數(shù)據(jù)采集，首先驗(yàn)證上位機(jī)上顯示的溫度值是否與下位 LCD顯示的溫度值一致，然后逐一測(cè)試溫度 波形曲線、溫度強(qiáng)度圖表、數(shù)據(jù)顯示和存儲(chǔ)等是否正確。若出現(xiàn)錯(cuò)誤則分析錯(cuò)誤的原因并將其改正過(guò)來(lái)。 數(shù)據(jù)測(cè)量及誤差分析 溫度傳感器標(biāo)定 溫度傳感器 TC1047理論上是 0℃時(shí)為 100mV,40℃時(shí)為 900mV，但在實(shí)際中，理論與實(shí)際是有一定的差距的，為了使測(cè)量的數(shù)據(jù)更加的準(zhǔn)確，需要對(duì) 4路溫度傳感器進(jìn)行標(biāo)定。由于條件有限，不能獲得比環(huán)境溫度更低的溫度，在進(jìn)行溫度傳感器標(biāo)定 時(shí)按下面的方法來(lái)完成。在標(biāo)定過(guò)程中將溫度傳感器 DS18B20測(cè)量的溫度作為標(biāo)準(zhǔn)溫度。 首先將一定溫度的水放在一個(gè)較大的燒杯中，再將一個(gè)較小的空燒杯放在較大的燒杯里，然后將溫度傳感器 TC1047放到空燒杯中，同時(shí)溫度傳感器 DS18B20也放進(jìn)去，并且 DS18B20要和溫度傳感器 TC1047接近，接著連續(xù)測(cè)量三組數(shù)據(jù)；然后將大燒杯里的水加上溫度較高的水，也連續(xù)測(cè)出三組數(shù)據(jù)；就這樣，不斷提高大燒杯中的水溫來(lái)獲取溫度傳感器所處的環(huán)境溫度，并測(cè)量出相應(yīng)溫度傳感器輸出的電壓和記錄 DS18B20的讀數(shù)。表 6表 6 表63和表 64分別為通道 1到通道 4溫度傳感器相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄。 表 61 通道 1溫度傳感器標(biāo)定測(cè)量數(shù)據(jù) 第一組數(shù)據(jù) 第二組數(shù)據(jù) 第三組數(shù)據(jù) 傳感器電壓 /V 標(biāo)準(zhǔn)溫度 /℃ 第一組數(shù)據(jù) : 平均電壓輸出 : VU )(1_1 ???? 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度： 24 .37324 .4)(2 1_1 ????T℃ 第二組數(shù)據(jù) ： 平均電壓輸出 : VU )(2_1 ???? 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度： 30 .37330 .4)(3 2_1 ????T℃ 第三組數(shù)據(jù)： 平均電壓輸出： VU )(3_1 ???? 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度： 35 .8335 .8)(3 3_1 ????T℃ 表 62 通道 2度傳感器標(biāo)定測(cè)量數(shù)據(jù) 第一組數(shù)據(jù) 第二組數(shù)據(jù) 第三組數(shù)據(jù) 傳感器電壓 /V 標(biāo)準(zhǔn)溫度 /℃ 第一組數(shù)據(jù) : 平均電壓輸出 : VU )(1_2 ???? 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度： 24 .4324 .4)(2 1_2 ????T℃ 第二組數(shù)據(jù)： 平均電壓輸出 : VU )(2_2 ???? 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度： 30 .37330 .5)(3 2_2 ????T℃ 第三組數(shù)據(jù)： 平均電壓輸出： VU )(3_2 ???? 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度： )(35. 63_2 ????T℃ 表 63 通道 3度傳感器標(biāo)定測(cè)量數(shù)據(jù) 第一組數(shù)據(jù) 第二組數(shù)據(jù) 第三組數(shù)據(jù) 傳感器電壓 /V 標(biāo)準(zhǔn)溫度 /℃ 第一組數(shù)據(jù) : 平均電壓輸出 : VU )(1_3 ???? 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度： 24 .4324 .4)(2 1_3 ????T℃ 第二組數(shù)據(jù)： 平均電壓輸出 : VU )(2_3 ???? 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度： )(30. 42_3 ????T℃ 第三組數(shù)據(jù)： 平均電壓輸出： VU )(3_3 ???? 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度： )(35. 73_3 ????T℃ 表 64 通道 4度傳感器標(biāo)定測(cè)量數(shù)據(jù) 第一組數(shù)據(jù) 第二組數(shù)據(jù) 第三組數(shù)據(jù) 傳感器電壓 /V 標(biāo)準(zhǔn)溫度 /℃ 第一組數(shù)據(jù) : 平均電壓輸出 : VU )(1_4 ???? 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度： )(24. 61_4 ????T℃ 第二組數(shù)據(jù)： 平均電壓輸出 : VU )(2_4 ???? 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度： 30 .37330 .4)(3 2_4 ????T℃ 第三組數(shù)據(jù)： 平均電壓輸出： VU )(3_4 ???? 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度： 35 .7335 .8)(3 3_4 ????T℃ 根據(jù)表 6表 6表 6表 64計(jì)算出的各通道溫度傳感器平均輸出電壓和對(duì)應(yīng)的平均標(biāo)準(zhǔn)溫度繪制出 TC1047溫度傳感器的實(shí)際輸出電壓 與溫度的關(guān)系如圖 61所示。 TC1 047 實(shí)際輸出電壓與溫度關(guān)系曲線20 25 30 35 40溫度／度電壓／伏通道１通道2通道3通道4 圖 61 四路溫度傳感器實(shí)際輸出電壓與溫度關(guān)系曲線 為了觀察溫度傳感器輸出電壓隨溫度變化的趨勢(shì)直線，并將趨勢(shì)直線與理論直線對(duì)比。用 EXL繪制出 4通道的各自線性趨勢(shì)線和理論的直線如圖 62所示。圖中可以看出各 TC1 047 實(shí)際輸出電壓與溫度關(guān)系曲線v1 = + v2 = + v3= + v4= + v = + 20 25 30 35 40 45溫度／度電壓／伏通道１通道2通道3通道4理論直線線性 (通道１)線性 (通道2 )線性 (通道3 )線性 (通道4 )線性 (理論直線) 圖 62 傳感器實(shí)際輸出電壓隨溫度度變化的趨勢(shì)曲線 通道的傳感器輸出電壓與溫度的趨勢(shì)直線與理論直線近似相等。為了使測(cè)量的溫度更加準(zhǔn)確，將各通道溫度傳感器電壓 溫度變化趨勢(shì)直線的斜率和 y軸的截距分別相加再作平均值作為的實(shí)際直線斜率和截距。下面分別計(jì)算出平均直線斜 率 k和截距 d。 斜率 : ) 1( 9 ?????k 截距 : 22) 59( ????d = 所以溫度傳感器的實(shí)際輸出電壓與溫度的關(guān)系表達(dá)示為： 4 9 1 0 ?? TV out 其中 outV 為溫度傳感器輸出電壓，單位為 V 。T 為所測(cè)溫度 ,單位為℃。 數(shù)據(jù)的測(cè)量 對(duì)溫度傳感器進(jìn)行標(biāo)定之后就可以對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。在進(jìn)行 數(shù)據(jù)采集時(shí)將串口的相關(guān)參數(shù)設(shè)置好之后，再設(shè)置報(bào)警溫度上限為 40℃，數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔為 500ms。然后運(yùn)行上位機(jī)和下位機(jī)程序，并點(diǎn)擊上位機(jī)的開(kāi)始運(yùn)行按鈕，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和顯示。上位機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集界面如圖 63所示，用手觸摸 1通道溫度傳感器，則通道 1的實(shí)時(shí)曲線也會(huì)隨著溫度的改變而改變。在界面左上角窗口顯示的是各通道溫度實(shí)時(shí)強(qiáng)度圖，圖中可以看出當(dāng)通道 1的溫度升高時(shí)，強(qiáng)度圖表中通道 1的顏色也會(huì)隨之變淡，說(shuō)明溫度在升高，而顏色加深時(shí)，說(shuō)明溫度在降低。強(qiáng)度圖表下面顯示的是采集到的 4通道溫度數(shù)據(jù)，同時(shí)也顯示出采集 數(shù)據(jù)的時(shí)間。在顯示界面的右下角顯示的是數(shù)控機(jī)床在當(dāng)前采集到溫度環(huán)境下的熱誤差。 圖 63 上位機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示界面 采集溫度數(shù)據(jù)時(shí)還需要對(duì)采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，點(diǎn)擊上位機(jī)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)路徑可以選擇數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的路徑，可將溫度數(shù)據(jù)以 TXT或者 XLS的格式存儲(chǔ)，如圖 64所示為在采集過(guò)程中溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件。 圖 64 溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件 在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示界面顯示的是動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)，為了方便數(shù)據(jù)的觀察，歷史數(shù)據(jù)顯示界面可以讀取存儲(chǔ)文件里的數(shù)據(jù)并數(shù)據(jù)出來(lái)，方便數(shù)據(jù)的分析。在程序運(yùn)行時(shí)點(diǎn)擊歷史界面中的開(kāi)始讀取按鈕就可以讀 取歷史文件數(shù)據(jù)并顯示出來(lái)，其讀取的歷史數(shù)據(jù)界面顯示如圖 65所示。 圖 65 上位機(jī)歷史數(shù)據(jù)顯示界面 上位機(jī)在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和顯示的同時(shí)，下位機(jī)也可以實(shí)現(xiàn)溫度的采集并在 LCD1602上顯示出實(shí)時(shí)的溫度數(shù)據(jù)。 誤差計(jì)算及分析 （ 1）誤差計(jì)算 將溫度傳感器進(jìn)行標(biāo)定之后，需要對(duì)測(cè)量的溫度進(jìn)行誤差計(jì)算和測(cè)量誤差分析。在室溫度下將 4路溫度傳感器與作為標(biāo)準(zhǔn)電壓測(cè)量的 DS18B20緊挨著放在一起，分別記錄 4路溫度值和 DS18B20的讀數(shù)。其中數(shù)據(jù)記錄如表 65所示。 表 65 溫度傳感器溫度測(cè)量 值及標(biāo)準(zhǔn)溫度測(cè)量值 通道 1 通道 2 通道 3 通道 4 測(cè)量值 /℃ 標(biāo)準(zhǔn)值 /℃ 由上表的測(cè)量數(shù)據(jù)可以計(jì)算出各通道的測(cè)量誤差： 通道 1測(cè)量誤差 : %%)( ????? 通道 2測(cè)量誤差 : %%)( ????? 通道 3測(cè)量誤差 : %%)(26 .7 ????? 通道 4測(cè)量誤差 : %%)( ????? （ 2）誤差分析 溫度測(cè)量 誤差產(chǎn)生的原因可能有以 下幾個(gè)方面 : ○ 1 經(jīng)放大電路后產(chǎn)生的誤差。在求解溫度的過(guò)程中，需要用到傳感器經(jīng)放大電路后輸出電壓及放大電路的放大倍數(shù)。而在實(shí)際中放大電路的放大倍數(shù)在進(jìn)行計(jì)算和測(cè)量時(shí)本身就有一定的誤差，導(dǎo)致最終的溫度數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差。 ○ 2 電源不穩(wěn)定產(chǎn)生的 A/D 轉(zhuǎn)換誤差。在測(cè)量溫度的過(guò)程中，如電源電壓的不穩(wěn)定，引起電壓的波動(dòng)，即 A/D 參考電壓發(fā)生波動(dòng)，將會(huì)造成 A/D 采集到的電壓偏大或者偏小。這樣也會(huì)使計(jì)算得到的溫度產(chǎn)生誤差。 ○ 3 軟件計(jì)算誤 差。從 A/D 采集到的壓開(kāi)始到計(jì)算出溫度值都是在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)的，在這過(guò)程中都需經(jīng)過(guò)很多的數(shù)據(jù)處理，而軟件對(duì)數(shù)據(jù)處理的精度也一定的限制，只能處理一定精度的數(shù)據(jù)，超過(guò)軟件所能表達(dá)的精度時(shí)會(huì)自動(dòng)將最低位或最高位舍去。這樣就造成了軟件數(shù)據(jù)處理誤差。 軟硬件調(diào)試綜述 在進(jìn)行軟件和硬件的調(diào)試時(shí)，會(huì)遇到許多實(shí)際的問(wèn)題，在進(jìn)行調(diào)試時(shí)，要握調(diào)試的 方法和技巧。主要分下面幾個(gè)方面來(lái)簡(jiǎn)述調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決的方法。 首先，硬件電路的調(diào)試。理論