【正文】 基于 STC89C52單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 20 圖 412 報警電路 按鍵控制電路的設(shè)計 方案論證與選擇 方案一：矩陣式鍵盤 圖 413 矩陣式鍵盤南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 21 方案二：獨立式鍵盤 圖 414 獨立式鍵盤 鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤，編碼鍵盤適用于 PC 機，以上方案為適用于單片機的非編碼鍵盤，有獨立式和矩陣式兩種如圖 413 和圖 414 所示。獨立式鍵盤連接簡單，但占用 I/O 口多，適用于按鍵較少的電路。矩陣鍵盤占用 I/O 口少，且按鍵多滿足電路多功能要求。本設(shè)計中要用到的 按鍵數(shù)為 8 個，如果 P1 口使用矩陣鍵盤會加大軟件難度，外部中斷難實現(xiàn)。兼顧設(shè)計中要使用中斷和復(fù)位不可能都在矩陣鍵盤上完成。所以采取方案二。南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 22 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 程序總體設(shè)計 本系統(tǒng)軟件要求實現(xiàn)每隔一段時間 (5 秒 )，對 8 路溫度信號循環(huán)檢測并顯示，顯示采用 8 路溫度循環(huán)顯示的方式。溫度正常時用紅色 LED 顯示溫度值，綠色 LED 顯示通道。溫度異常時，紅色 LED 顯示“ AA”或“ BB”代表溫度低于下限值或高于上限值。同時用綠色 LED 顯示通道并報警。按鍵電路可以設(shè)置溫度的控制范圍，進入調(diào)節(jié)時溫度的上限值用紅色 LED 顯示，溫度的下限值用藍色 LED 顯示。每個通道的溫度可通過按鍵進行單獨查看。對 8 路溫度求平均值且保留兩位小數(shù)，最后顯示，紅色 LED 代表整數(shù)，綠色 LED 代表小數(shù)。 系統(tǒng)采用模塊化程序設(shè)計方法，將一個復(fù)雜的應(yīng)用程序分成若干個具有明確任務(wù)的程序模塊，對每個模塊單獨設(shè)計，編程和調(diào)試。然后組合起來為一個完整的程序 。 主程序流程圖 主程序?qū)?shù)據(jù)進行初始化，包括溫度限值初始化、 8255A 初始化、堆棧指針初始化、報警電路的初始化、鍵盤控制電路的初始化。然后調(diào)用各個子程序完成溫度的檢測和顯示。采用循環(huán)的方式運行。如圖 51： 開 始數(shù) 據(jù) 初 始 化調(diào) 用 定 時 子 程序調(diào) 用 溫 度 采 集子 程 序正 常 溫 度 及 通道 顯 示判 斷 溫 度 范 圍報 警 程 序溫 度 異 常 通 道顯 示是否否 圖 51 主程序流程圖 南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 23 溫度檢測子程序流程圖 溫度檢測子程序如圖 52 所示，首先要將指針指向 8255A 的 A 口， ADCO809 的啟動采用 口產(chǎn)生一個正脈沖信號，脈沖的上升沿將內(nèi)部的寄存器全部清零，在其下降沿開始轉(zhuǎn)換。 開 始A / D 轉(zhuǎn) 換 開 始延 時 等 待轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束取 轉(zhuǎn) 換 值通 道 數(shù) 減 一 ， 指 向 下 一 個 通 道指 向 8 2 5 5 A 的 A 口置 通 道 數(shù) ， 置 初 始 通 道通 道 數(shù) = 0返 回否否是是查 表 ， 存 入 緩 沖 區(qū)置 緩 沖 區(qū) 首 地 址修 改 緩 沖 區(qū) 指 針 圖 52 溫度檢測子程序流程圖 南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 24 溫度顯示子程序流程圖 溫度顯示子程序顯示前對溫度進行判斷，如果溫度正常，則顯示溫度和通道，如果溫度小于溫度范圍 顯示 “AA”，溫度大于溫度范圍顯示 “BB”，同時顯示異常通道并報警。流程圖如下圖 53 所示 ： 開 始置 緩 沖 區(qū) 首 地 址溫 度 是 否 超 出 限 值通 道 號 加 一顯 示 溫 度 和 通 道置 通 道 數(shù) ， 置 初 始 通 道 號取 緩 沖 區(qū) 數(shù) 據(jù)緩 沖 區(qū) 地 址 加 一通 道 號 = 8小 于 下 限顯 示 “ A A ” 和 通 道數(shù) ， 報 警顯 示 “ B B ” 和 通道 數(shù) ， 報 警結(jié) 束是否是否否是顯 示 延 時 1 秒B C D 轉(zhuǎn) 換 圖 53 顯示子程序流程圖 南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 25 定時子程序流程圖 本系統(tǒng)軟件要求有 3 個定時子程序，定時時間分別為： 5S、 1S、 20ms。所以一個定時子程序難以滿足系統(tǒng)要求，采用兩種定時方法， ① 單片機內(nèi)部定時器 T0/T1， ② 指令周期循環(huán)。單片機內(nèi)部定時器最大定時時間要根據(jù)單片機的晶振頻率大小，采用 6M 晶振一次定 時最多為 131ms， 12M 晶振最多定時 65ms。指令周期也與單片機采用的晶振有關(guān)，采用 6M 晶振的指令周期為 2～ 8us，采用 12M 晶振的指令周期為 1～ 4us。所以達到所要求的時間還要對以上的方法進行一定次數(shù)的循環(huán)。 5S、 1S 采用定時器 T0 如圖54， 20ms 采用指令循環(huán)如圖 55。 設(shè) 定 循 環(huán) 次 數(shù)開 始定 時 器 T 0 / T 1 初 始 化定 時 開 始 ， 等 待定 時 是 否 結(jié) 束循 環(huán) 是 否 結(jié) 束否否循 環(huán) 次 數(shù) 減 一是返 回是 圖 54 定時器流程圖 圖 55 指令循環(huán)流程圖 南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 26 外部中斷調(diào)節(jié)溫度限值子程序流程圖 外部中斷 0 是對溫 度上下限值進行設(shè)定，當外部中斷響應(yīng)，轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序開始對外部鍵盤進行掃描。當有按鍵按下，延時一段時間去抖動后執(zhí)行相應(yīng)程序。執(zhí)行時要對限值進行判斷是否能夠繼續(xù)執(zhí)行加一或減一指令。如果不能則顯示 “EE”代表不能再進行相應(yīng)操作轉(zhuǎn)入等待，如果可以則執(zhí)行相應(yīng)操作，顯示并延時一段時間后，繼續(xù)判斷按鍵是否按下和是否退出中斷程序。流程圖如圖 56 所示： 中 斷 開 始保 護 現(xiàn) 場置 緩 沖 區(qū) 首 地 址 ， 置 通 道數(shù) ， 置 初 始 通 道 號B C D 轉(zhuǎn) 換顯 示 溫 度 和 通 道 號 ，延 時 1 S通 道 號 = 8鍵 盤 掃 描緩 沖 區(qū) 地 址 加 一 ， 通 道號 加 一鍵 盤 是 否 按 下是 否 推 出 中 斷恢 復(fù) 現(xiàn) 場退 出 中 斷是 否否是否是 圖 56 按鍵設(shè)定限值流程圖 南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 27 外部中斷選擇查看子程序流程圖 系統(tǒng)要求對八路溫度循環(huán)顯示，由于 LED 顯 示器暫停時間短、不可隨意查看，造成記錄數(shù)據(jù)不便，當溫度超過限度值時就對數(shù)據(jù)不可讀，不能及時知曉溫度值。外部中斷 1 可以隨時查看當前溫度，方便數(shù)據(jù)記錄和顯示查看溫度。 中 斷 開 始保 護 現(xiàn) 場置 緩 沖 區(qū) 首 地 址 ， 置 通 道數(shù) ， 置 初 始 通 道 號B C D 轉(zhuǎn) 換顯 示 溫 度 和 通 道 號 ，延 時 1 S通 道 號 = 8鍵 盤 掃 描緩 沖 區(qū) 地 址 加 一 ， 通 道號 加 一鍵 盤 是 否 按 下是 否 推 出 中 斷恢 復(fù) 現(xiàn) 場退 出 中 斷是 否否是否是 圖 57 外部中斷選擇查看子程序流程圖 南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 28 求平均值子程序和 BCD 轉(zhuǎn)換子程序流程圖 顯示完 8 路溫度只是對 8 路溫度有了直觀的了解。但是往往我們在記錄數(shù)據(jù)的同時要求對數(shù)據(jù)進行分析，求平均值只是其中的一種。本系統(tǒng)難以完成復(fù)雜的數(shù)據(jù) 分析，暫對 8 路溫度求平均值，如圖 58。平均值在 LED 上顯示的方式為：紅色為整數(shù)，藍色為小數(shù)，精確到小數(shù)點后兩位。 調(diào)用 BCD 轉(zhuǎn)換子程序，以十進制形式顯示溫度值。這樣就簡化了數(shù)據(jù)記錄和查看的難度，也是大家普遍接受能夠易讀易懂的形式，如圖 59： 開 始4 0 H ， 4 1 H 清 零置 緩 沖 區(qū) 首 地 址 3 0 H累 加 和 賦 給 4 1 H ， 進 位 賦給 4 0 H緩 沖 區(qū) 地 址 = 3 8 H緩 沖 區(qū) 地 址 加 一求 平 均 值整 數(shù) 賦 4 0 H ， 小 數(shù) 賦 4 1 H退 出否是 開 始待 轉(zhuǎn) 換 數(shù) 賦 AA 除 以 1 0 0 ， 將 商 賦 R 3余 數(shù) 賦 A ， 再 除 以 1 0 ， 余數(shù) 賦 BA 半 字 節(jié) 交 換 與 B 或退 出 圖 58 求平均值流程圖 圖 59 BCD 轉(zhuǎn) 換流程圖 南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 29 第六章 硬件電路調(diào)試和軟件測試 測溫電路調(diào)試 第四章中主要對測溫電路方案進行比較和誤差分析，沒有涉及具體的阻值計算，方案仿真如下圖 61 所示： 圖 61 測溫電路仿真圖 調(diào)試步驟： （ 1）設(shè)定基本參數(shù)： ① 根據(jù)公式 46： ?????? ????? 6 54721 0 21 RRRRVV VA V，設(shè)定 ????? KRRRR 139。4439。77 ,設(shè)定?? KR 25 , ?? KR 106 ,得式 46： ?????? ?????6210 41 RVV VA V ，方便計算。 ② 設(shè)定測溫電橋的電壓為 5 伏， ??? KRR 1021 , 3R 的值等于熱敏電阻 TR 溫度為零的值。溫度為零時 ?? KRT 14 ，溫度為 100℃ 時 ??453TR 。 （ 2） 調(diào)節(jié) 6R ,確定 6R 的值 ① 設(shè)定好基本參數(shù)后，使 TR 阻值為最大，即溫度為 0 時，查看電壓表是否顯示為 0，如圖 62：電壓表顯示為 0 滿足設(shè)計要求。 南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 30 圖 62 調(diào)試電壓表為零 ② 使 TR 阻值最小，即溫度為 100 度時，調(diào)節(jié) R6 查看電壓表顯示是否為 5伏。如圖 63：電壓表顯示讀數(shù)為 伏滿足設(shè)計要求，在誤差范圍內(nèi)。測溫電路的設(shè)計方案是可行的。 圖 63 調(diào)試 R6，電 壓顯示 5v 南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 31 主電路調(diào)試 主電路的功能是對測溫電路數(shù)據(jù)的采集和分析，主電路的調(diào)試尤為重要，主要包括：A/D 能否轉(zhuǎn)換、顯示是否正常、中斷能否進行、報警能否及時提示。通過以下對主電路實現(xiàn)的功能的調(diào)試判斷主電路是否可行，分析出錯原因，提出解決方案。 調(diào)試步驟： （ 1） 編輯原理圖 ， 運行仿真。 具體操作： ① 按照第二章 Proteus 仿真的說明，按步驟操作，編輯原理圖 。 ② 編輯單片機屬性。 ③ 運行仿真 ，檢查是 否出錯。 （ 2）檢查線路連接。 具體操作： ① 按照原理圖的連線進行 各模塊 檢查。 ② 使用 Proteus 逐幀運行，檢查是否有黃色標志。 ③ 依次執(zhí)行系統(tǒng)各種功能。 ④ 分析各引腳的電平。 如圖 64 所示，點擊 Proteus 的暫停命令， 8255A 通電后各 I/O 口都為高電平， LED顯示 “FFFF”， ADC0809 的 EOC 顯示為高電平，說明 LED 連接正確。點擊 Proteus 運行時 8255A 的 I/O 口都為低電平， LED 顯示均為 0，說明 8255A 與單片連接正確，且ADC0809 的 EOC 顯示為高電平， START 為高電平， ADC0809 等待轉(zhuǎn)換， ADC0809 與單片機連線正確。 圖 64 (a) 連線檢查 南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 32 圖 64 (b) 連線檢查 （ 3） 調(diào)節(jié)測溫電路，查看 LED 顯示器能否顯示滿量程。具體操作為：調(diào)節(jié) 0 通