【正文】 ，如何兼顧鍵 盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。考慮儀表系統(tǒng)中 CPU 任務(wù)的份量，來確定鍵盤的工作方式。 鍵盤的工作方式選取的原則是：既要保證能及時(shí)響應(yīng)按鍵的操作，又不過多的占用 CPU的工作時(shí)間。鍵盤的工作方式有：查詢方式（編程掃描，定時(shí)掃描方式）、中斷掃描方式。 獨(dú)立式按鍵接口就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根 I/O口線，每根 I/O XXXIII 口線的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他 I/O 口線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵被按下了。優(yōu)點(diǎn)就是電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單；缺點(diǎn)就是每個(gè)按鍵需占用一根 I/O 口線 ，在按鍵數(shù)量較多時(shí)， I/O 口浪費(fèi)大，電路結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜。因此，此鍵盤是用于按鍵較少或操作速度較高的場合 [8]。 本設(shè)計(jì)中由于所用鍵盤不多，所以采用獨(dú)立連接式的查詢式鍵盤就能夠滿足設(shè)計(jì)要求。鍵盤接口與鍵盤程序的根本任務(wù)就是要檢測有沒有鍵按下？按下的是那個(gè)位置的鍵？鍵值是多少？在本次設(shè)計(jì)中采用了軟件掃描的方法。通過對鍵盤接口 和。本次設(shè)計(jì)采用了軟件去抖動的方法。當(dāng)有鍵按下時(shí)，按鍵的觸點(diǎn)在閉合和斷開時(shí)均會產(chǎn)生抖動，這時(shí)觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如果不妥善處理，將會使按鍵命令的錯誤 執(zhí)行和重復(fù)執(zhí)行。采用軟件延時(shí)的方法來避開抖動階段，這一延時(shí)過程一般大于 5ms。 (9)控制電路 在本設(shè)計(jì)中，被測溫度信號經(jīng)采樣處理后，還需要通過單片機(jī)系統(tǒng)的 用以控制保溫箱的溫度，通過這種方式達(dá)到控制的目的?？刂频姆绞街饕心M量控制和開關(guān)量控制。本系統(tǒng)采用的是開關(guān)量控制。所謂的開關(guān)量控制就是通過控制設(shè)備的“開”或“關(guān)”狀態(tài)的時(shí)間來達(dá)到控制的目的。 由于輸出設(shè)備往往需要大電壓來控制，而單片機(jī)系統(tǒng)輸出的為 TTL 電平，這種電平不能直接驅(qū)動外部設(shè)備的開啟和關(guān)閉。另一方面，許多外部設(shè)備在開關(guān)過程中會產(chǎn)生 很強(qiáng)的電磁干擾信號，如果不隔離會使系統(tǒng)進(jìn)行錯誤的處理。因此在開關(guān)量的輸出控制過程中要考慮到兩個(gè)問題，一要隔離；二要放大。 本設(shè)計(jì)采用繼電器作為控制電路的主要器件，繼電器具有一定的隔離作用，在繼電器前面加一個(gè)三極管用以放大輸出信號就可以驅(qū)動繼電器的閉合和斷開，從而實(shí)現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電的效果。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流控制較大電流的一種開關(guān)。故在電路中起自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。在工業(yè)自動化控制系統(tǒng) 中 ,繼電器經(jīng)常被用來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu) , 特別是應(yīng)用在一些耐潮、耐腐蝕、防爆的特殊裝置中。固態(tài)繼電器和 MCS51系列單片機(jī)組成的控制系統(tǒng) , 具有抗干擾性強(qiáng)、編程簡單、系統(tǒng)兼容性好等特點(diǎn) ,具有非常廣闊的應(yīng)用前景。繼電器一般由通電線圈和觸電組成。當(dāng)線圈通電時(shí)，由于磁場作用，使開關(guān)觸電閉合。當(dāng)不通電時(shí)，則開關(guān)觸點(diǎn)斷開。一般線圈可用直流低電壓控制（ +5V， +8V， +15V）。 繼電器的特性參數(shù)包括輸入和輸出參數(shù)，主要的參數(shù)為額定輸入電壓、額定輸出電流、浪涌電流。根據(jù)輸入電壓參數(shù)值大小，可確定工作電壓大小。如采用 TTL或 CMOS等邏輯電平控制時(shí)，采用有足夠帶載能力的低電平驅(qū)動，并盡可能使“ 0”電平低于 XXXIV V。如在噪聲很強(qiáng)的環(huán)境下工作，不能選用通、斷電壓值相差小的產(chǎn)品，必需選用通、斷點(diǎn)壓值相差大的產(chǎn)品， (如選接通電壓為 8 V或 12 V的產(chǎn)品 )這樣不會因噪聲干擾而造成控制失靈 。本設(shè)計(jì)就是采用直流驅(qū)動電壓為 +5V的繼電器。觸電輸出部分可以直接與市電連接。繼電器控制電路如圖 所示 圖 繼電控制電路 （ 18）硬件扛干擾措施 硬件抗干擾是應(yīng)用系統(tǒng)最基本和最主要 的抗干擾手段，一般從防和抗兩方面入手來抑制干擾。其總的原則是抑制或消除干擾源，切斷干擾對系統(tǒng)的藕合通道，降低系統(tǒng)對干擾信號的敏感性。對于本系統(tǒng)，硬件抗干擾設(shè)計(jì)具體措施有隔離、接地、濾波等常用方法。 主要用于過程通道的隔離。光電禍合器能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，提高信噪比。在輸入、輸出通道采用光電藕合器將控制系統(tǒng)與外圍接口隔離； 接地應(yīng)遵循的基本原則是數(shù)字地、模擬地、屏蔽地應(yīng)該合理接地，不能混用。要盡可能地使接地電路各自形成回路，減少電路與地線之間的電流禍合。合理布置地線 使電流局限在盡可能小的范圍內(nèi)，并根據(jù)地電流的大小和頻率設(shè)計(jì)相應(yīng)寬度的印刷電路和接地方式。模擬電源和數(shù)字電源各自并接 （去耦電容）； 電源系統(tǒng)干擾源主要是高次諧波。無源濾波器是一個(gè)簡單的、有效的低通濾波器，它只讓電網(wǎng)中基波通過，而對高次諧波有急劇的衰減作用，對串模干擾和共模干擾信號具有很強(qiáng)的雙向抑制作用。 XXXV 第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 在微機(jī)測控系統(tǒng)中，軟件與硬件同樣重要。硬件是系統(tǒng)的軀體，軟件則是靈魂，當(dāng)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)好之后，系統(tǒng)的主要功能還是要靠軟件來實(shí)現(xiàn)，而且軟件的設(shè)計(jì)在很大程度上決定了測控系統(tǒng)的性能。為了滿足系統(tǒng)的要求，編制軟件時(shí)一般要符合以下基本要求： （ 1） 、易理解性、易維護(hù)性 要達(dá)到易理解和易維護(hù)等指標(biāo) 在軟件的設(shè)計(jì)方法中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是最好的一種設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法是由整體到局部，然后再由局部到細(xì)節(jié)，先考慮整個(gè)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，確定整體目標(biāo)，然后把這個(gè)目標(biāo)分成一個(gè)個(gè)的任務(wù)，任務(wù)中可以分成若干個(gè)子任務(wù)，這樣逐層細(xì)分，逐個(gè)實(shí)現(xiàn)； （ 2） 、實(shí)時(shí)性 實(shí)時(shí)性是電子測量系統(tǒng)的普遍要求 即要求系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)外部事件的發(fā)生，并及時(shí)給出處理結(jié)果。近年來，由于硬件的集成度與運(yùn)算速度的提高 ，配合相應(yīng)的軟件，實(shí)時(shí)性比較容易滿足設(shè)計(jì)要求； （ 3） 、準(zhǔn)確性 準(zhǔn)確性 準(zhǔn)確性 準(zhǔn)確性對整個(gè)系統(tǒng)具有重要意義，尤其是測量系統(tǒng)，系統(tǒng)要進(jìn)行一定量的運(yùn)算，算法的正確性和準(zhǔn)確性對結(jié)果有著直接的影響，因此在算法的選擇、計(jì)算的精度等方面都要符合設(shè)計(jì)的要求； （ 4） 可靠性 可靠性是系統(tǒng)軟件最重要的指標(biāo)之一，作為能夠穩(wěn)定運(yùn)行的系統(tǒng)，抗干擾技術(shù)的應(yīng)用是必不可少的，最起碼的要求是在軟件受到干擾出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)還能恢復(fù)正常工作。 結(jié)合上述編制系統(tǒng)軟件的基本要求，首先討論軟件的設(shè)計(jì)思想。 系統(tǒng)的軟件由三大模塊組成：主程序 模塊、功能實(shí)現(xiàn)模塊和運(yùn)算控制模塊。 軟件設(shè)計(jì)思想 很多的單片機(jī)軟件系統(tǒng)都是采用如圖 所示的前、后臺系統(tǒng)也稱超循環(huán)系統(tǒng)。其中，應(yīng)用程序是一個(gè)無限的循環(huán)，循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的操作，這部分可以看成是后臺行為。中斷服務(wù)程序處理異步事件，這部分可以看成是前臺行為。后臺也可以叫做任務(wù)級。前臺也可以叫做中斷級。時(shí)間相關(guān)性很強(qiáng)的關(guān)鍵操作叩一定是 XXXVI 靠中斷服務(wù)來保證的。 本系統(tǒng)軟件正是基于這種軟件思想編制的。 圖 前后臺系統(tǒng) 軟件組成 由于整個(gè)系統(tǒng)軟件相對比較龐大，為了便于編寫、調(diào)試、修改和增刪，系統(tǒng)軟件的編制采用了模塊化的設(shè)計(jì)。即整個(gè)控制軟件由許多獨(dú)立的小模塊組成，它們之間通過軟件接口連接，遵循模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)關(guān)系緊湊，模塊之間數(shù)據(jù)關(guān)系松散的原則，按功能形成模塊化結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的軟件主要由主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制算法模塊等組成。主模塊的功能是為其余幾個(gè)模塊構(gòu)建整體框架及初始化工作數(shù) 據(jù)采集模塊的作用是將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量采集并儲存到存儲器中數(shù)據(jù)處理模塊是將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行 一系列的處理，其中最重要的是數(shù)字濾波程序控制算法模塊完成控制系統(tǒng)的運(yùn)算并且輸出控制量。下面就介紹本系統(tǒng)幾個(gè)主要的程序模塊。 主程序模塊 主程序模塊要做的主要工作是上電后對系統(tǒng)初始化和構(gòu)建系統(tǒng)整體軟件框架，其中初始化包括對單片機(jī)的初始化、芯片初始化和串口初始化等。然后等待溫度設(shè)定，若溫度已經(jīng)設(shè)定好了，判斷系統(tǒng)運(yùn)行鍵是否按下，若系統(tǒng)運(yùn)行，則依次調(diào)用各個(gè)相關(guān)模塊，循環(huán)控制直到系統(tǒng)停止運(yùn)行。主程序模塊的程序流程圖如圖一所示。在附錄中 XXXVII 給出了系統(tǒng)初始化源程序。 圖 主程序流程圖 數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)采集模塊的任務(wù)是負(fù)責(zé)溫度信號的采集以及將采集到的模擬量通過 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字量提供給單片機(jī)。數(shù)據(jù)采集模塊的程序流程圖如圖 。 3 開 始 液晶、溫度采集、中斷 等各部分的程序初始化 采 集 當(dāng) 前 溫 度 繼電器關(guān) 繼電器開 維持狀態(tài) 當(dāng)前溫度比 設(shè)定溫度 中斷？ 液晶、數(shù)碼管顯示 鍵盤掃描 DS_MAX NO DS_MIN YES 設(shè)定 — 溫度 XXXVIII 溫度設(shè)置模塊， 對于不同的的環(huán)境，我們所設(shè)定的溫度范圍不一樣，所以我們必須能重設(shè)置溫度范圍。 圖 中斷處理子程序 功能實(shí)現(xiàn)模塊主要由 A／ D轉(zhuǎn)換子程序、中斷處理子程序、鍵盤處理子程序、顯示子程序等部分組成。限于篇幅，只介紹中斷處理子程序。 XXXIX 中斷子程序 該中斷是單片機(jī)內(nèi)部 5s定時(shí)中斷，優(yōu)先級設(shè)為最低，但卻是最重要的子程序。在該中斷響應(yīng)中，單片機(jī)要完成 A／ D數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、判斷是否越限、標(biāo)度轉(zhuǎn)換處理、繼續(xù)顯示當(dāng)前溫度、與設(shè)定值進(jìn)行比較，調(diào)用 PID算法子程序并輸出控制信號等功能。 鍵盤中斷子程序 作為優(yōu)先級最高的功能控制鍵， 系統(tǒng)要實(shí)時(shí)響應(yīng)該中斷。在該中斷的響應(yīng)過程中， 系統(tǒng)要顯示上一次的溫度設(shè)定值，并且可以通過 AN AN4來實(shí)現(xiàn)加 減 1的輸入修改。鑒 于系統(tǒng) 要求， 程序?qū)崿F(xiàn)為加 1到 90時(shí)再加則為 40；減 1到 40時(shí)再減則為 90。 中斷子程序 T1定時(shí)中斷嵌套在 T 中斷之中，優(yōu)先級高于 T 中斷，其定時(shí)初值由 PID算法子程序提供， T1中斷響應(yīng)的時(shí)間用于輸出電爐或風(fēng)扇的控制信號。 軟件抗干擾措施 本系統(tǒng)中，在軟件方面的抗干擾措施主要從以下兩個(gè)個(gè)方面來考慮 （ 1）按鍵的軟件消抖措施 按鍵是一個(gè)機(jī)械開關(guān)，當(dāng)鍵按下時(shí)，開關(guān)閉合 。當(dāng)鍵松開時(shí)，開關(guān)斷開。其特點(diǎn)之一就是它的抖動性，這是由按鍵的機(jī)械特性所決定的，抖動的時(shí)間一般約為 10ms 一20ms。 對于按鍵消抖的具體措施目前有兩種 :一是用硬件電路來實(shí)現(xiàn)，即用濾波電路濾除抖動。另一種是用軟件延時(shí)的方法來解決，即利用軟件的延時(shí)避開按鍵的按下與抬起時(shí)都有的抖動期，從而避免檢測到干擾信號。本文采用的就是軟件延時(shí)消抖的方法。附錄中給出了延時(shí)程序的源程序，同時(shí)延時(shí)程序還作為通用功能模塊被其他模塊調(diào)用 。 (2)數(shù)字濾波 數(shù)字濾波是將一組輸入數(shù)字序列進(jìn)行一定的運(yùn)算而轉(zhuǎn)換成另一組輸出數(shù)字序列的方法，采用軟件濾波算法不需要增加硬件設(shè)備，可靠性高，功能多樣，使用靈活，但是要占用一定的處理器運(yùn)行時(shí)間。 在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用了數(shù)字濾波的軟件抗干擾措施，所采用的數(shù)字濾波算法是去極值平均濾波法。 溫度部分軟件設(shè)計(jì) XL DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ ROM操作指令→存儲器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序。故主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(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。復(fù)位要求主 CPU將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒，然后釋放， DS18B20 收到 信號后等待 16～ 60微秒左右，后發(fā)出 60～ 240 微秒的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號表示復(fù)位成功。程序主要函數(shù)見附錄。 XLI 結(jié) 論 畢業(yè)設(shè)計(jì)是?？茖W(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會，通過這次比較全面的基于 51系列單片機(jī)的溫度 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我擺脫了以往單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，鍛煉了自己運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高了自己查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊以及運(yùn)用電腦進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)等各方面的能力。論文完成過程中，主要的工作有： ：對 單片機(jī)溫度控制 系統(tǒng)進(jìn)行全面的分析，根據(jù) 溫度控制 需求，初步確定 控制 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案； 選型： 根據(jù)平時(shí)所學(xué)，自己所掌握以及市場運(yùn)用廣泛程度選擇 89C51 型號的單片機(jī) ； ：主要包括主 機(jī) 電路設(shè)計(jì) 、顯示電路設(shè)計(jì)、保護(hù)電路設(shè)計(jì) 和控制電路設(shè)計(jì)； 設(shè)計(jì)：本設(shè)計(jì)主要完成 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理還有顯示部分的設(shè)計(jì) ； 順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我熟悉了專業(yè)知識的同時(shí)也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。對于 基于單片機(jī)的溫度 控制系統(tǒng)，有著很多獨(dú)特的優(yōu)越性：它 投資少、易維護(hù)、編程簡單、節(jié)約電能、可 靠性高，完全可以替代傳統(tǒng)成本高、效率低的控制器件， 正是這些優(yōu)越性為我們更好的研究、更好的創(chuàng)造提供了強(qiáng)大的動力 。 同時(shí)本設(shè)計(jì)還存在著一些不足，例如：系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方面有待完善，可以增加各種保護(hù)功能和故障檢測功能。 通過本次畢