【導(dǎo)讀】是本文研究溫度檢測(cè)系統(tǒng)的意義所在。本文主要設(shè)計(jì)了一種多路溫度巡檢系統(tǒng)的方案。該系統(tǒng)主要完成以單片機(jī)STC. 將轉(zhuǎn)換后的采樣值送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理來確定其溫度值。通過對(duì)數(shù)字信號(hào)處理，并在數(shù)碼管上顯示。本文從硬件和軟件兩個(gè)方面介紹了設(shè)計(jì)的?？傮w流程設(shè)計(jì)、顯示模塊、按鍵模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、報(bào)警指示模塊。系統(tǒng)的指標(biāo)要求，工作可靠，操作簡(jiǎn)單，用戶界面友好。

　　

【正文】 一個(gè)字段的陰極是低電平的時(shí)候，這一字段就會(huì)亮。當(dāng)其中一個(gè)字段的陰極是高電平的時(shí)候，這一字段就不亮。 動(dòng)態(tài)顯示數(shù)碼管是使用最多的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是把數(shù)碼管 a, b, c,d ,e, f, g, dp的同名端接在一起，除此之外為所在的數(shù)碼管公共極 C0M 提供位選通的控制電路，位選通是由每個(gè)獨(dú)立的 I/O 口控制，單片機(jī)可以輸出字形碼，數(shù)碼管也可以收到相同字形碼，最終單片機(jī)可以通過位選通（ C0M）端的電路控制顯示出字形 17 的數(shù)碼管，因此只需將所要顯示某位的數(shù)碼管選通的控制打開，數(shù)碼管所在的位會(huì)顯示出字形來，然而數(shù)碼管的選通控制沒有打開，即該數(shù)碼管不會(huì)顯示。數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是分時(shí)輪流控制數(shù)碼管 (C0M)端，可以實(shí)現(xiàn)控制數(shù)碼管的顯示。能夠節(jié)省大量的I/O 口，并且功耗更低。 bcdefgdpbcdefgdp10 9 1 3 2 6 4 57 8D12 位數(shù)碼管Q5N P NR 1 04 . 7 KR 1 14 . 7 KP24Q6N P NR 1 24 . 7 KR 1 34 . 7 KP25P00P01P02P03P04P05P06P07 圖 38 通道顯示 abcdefgdpabcdefgdpbcdefgdpbcdefgdp351012471168912D24 位數(shù)碼管Q1N P NR24 . 7 KR34 . 7 KQ2N P NR44 . 7 KR54 . 7 KQ3N P NR64 . 7 KR74 . 7 KQ4N P NR84 . 7 KR94 . 7 KP20P21P22P23P00P02P03P04P05P06P07P01 圖 39 溫度顯示 按鍵電路的設(shè)計(jì) 常用的鍵盤分為獨(dú)立按鍵式鍵盤與行列掃描式鍵盤兩種。獨(dú)立按鍵式鍵盤用于在系統(tǒng)中所用的按鍵不多的情況，單個(gè)的按鍵電路與單片機(jī)的 I/O 口線直接連接。而行列掃描式鍵盤用在系統(tǒng)中所需按鍵較多的情況，由于本設(shè)計(jì)用到的鍵盤數(shù)量少，單片 18 機(jī) I/O 端口充足，故使用獨(dú)立式鍵盤。 在單片機(jī)的應(yīng)用當(dāng)中，有時(shí)需要輸入配置信息參數(shù)。在這些的應(yīng)用當(dāng)中，鍵盤是一個(gè)不可以缺少的部分，運(yùn)用 STC12C5A16AD 單片機(jī)很容易就可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立鍵盤的功能。結(jié)合本系統(tǒng)采用獨(dú) 立式按鍵，接口接在 STC12C5A16AD 單片機(jī)的 、 、 上，總共是 3 個(gè)獨(dú)立的按鍵，按鍵按下，電路導(dǎo)通，相應(yīng)的功能就會(huì)得到應(yīng)用，四個(gè)按鍵分別是 S S S3，主要的功能是 S1 巡檢， S2 定點(diǎn)， S3退出報(bào)警。 s2S W P Bs3S W P BP 13P 14s1S W P BP 12 圖 310 獨(dú)立按鍵電路圖 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 在單片機(jī)采集溫度當(dāng)超出所設(shè)定的溫度 500℃時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)能相應(yīng)發(fā)出提醒。本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器。蜂鳴器可用 STC12C5A16AD 的 口線通過設(shè)置 PNP 的飽和截止驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲 ,應(yīng)當(dāng) I/O 口線發(fā)出具有一定的低電平信號(hào) ,即可使蜂 鳴器報(bào)警。報(bào)警電路如圖 311 所示。 R 1 4U3B U Z Z E RQ19 0 1 2P 1 0V C C 圖 311 報(bào)警電路圖 19 本章小結(jié) 本章內(nèi)容詳細(xì)地分析系統(tǒng)硬件電路，良好的硬件是保證系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。整個(gè)硬件系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、電源電路、溫度檢測(cè)電路、多通道切換電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、按鍵電路、報(bào)警電路組成。 系統(tǒng)選用 STC12C5A16AD 系統(tǒng)的 MCU，保證了系統(tǒng)高速、穩(wěn)定運(yùn)行 ,MAX6675 內(nèi)置AD用來轉(zhuǎn)換采集來的電壓信號(hào)。 20 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件的功能可以分為兩大類：一是主程序，它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，主要是用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊 和操作者的關(guān)系。二是子程序，主要是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能AD 轉(zhuǎn)換、狀態(tài)顯示、通訊等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。 因?yàn)閰R編語言程序的可讀性與可移植性相對(duì)較差，使用匯編語言編寫程序周期長(zhǎng)，調(diào)試與排錯(cuò)也很難，為了使單片機(jī)應(yīng)用程序的效率得到提高，使程序的可讀性和可移植性得到改善，采用高級(jí)語言無疑是一種很好的選擇。采用 C 語言可以提高單片機(jī)應(yīng)用程序的效率，改善程序的可讀性和可移植性。 C 語言既有面向硬件和系統(tǒng)、像匯編語言那樣可以直接訪問硬件的功能，又有高級(jí)語言面向用戶、容易記憶、便于閱讀和書寫的優(yōu)點(diǎn)， C語言表達(dá)能力強(qiáng)且應(yīng)用靈活的特點(diǎn)。 溫度檢測(cè)儀的檢測(cè)的程序采用模塊的思想，讓主程序擔(dān)當(dāng)協(xié)調(diào)模塊之間處理的核心，設(shè)置許多的模塊化的子程序，使用子程序可以讓各個(gè)模塊的功能能夠?qū)崿F(xiàn)，使得設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，當(dāng)運(yùn)行中出現(xiàn)問題時(shí)，用戶可以調(diào)用子程序能夠直觀地檢查出問題的所在，大大簡(jiǎn)化了調(diào)試，設(shè)計(jì)思路清晰，使復(fù)雜的功能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔易行。 采用模塊程序設(shè)計(jì)。采用自頂向下的程序設(shè)計(jì)。外部設(shè)備和外部事件盡量采用中斷方式與 CPU 聯(lián)絡(luò) ,這樣既便于系統(tǒng)模塊化 , 也可提高程序效率。近幾年推出的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng) , 有些是支持高級(jí)語言的 ,系統(tǒng)的軟 件設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮到軟件抗干擾措施。 本設(shè)計(jì)主要分為系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)、顯示子程序的設(shè)計(jì)、按鍵子程序的設(shè)計(jì)、 A/D轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計(jì)、報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)。 溫度巡檢儀通電后，系統(tǒng)初始化完成以后，系統(tǒng)首先要進(jìn)行切換通道，然后進(jìn)行AD 采集讀取溫度，并且執(zhí)行溫度比較，假如溫度超過設(shè)定的上限值，將進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警并顯示報(bào)警溫度，如果溫度沒有高于設(shè)定的上限值，則通過數(shù)碼管顯示正常溫度數(shù)據(jù)。之后掃描按鍵，判斷按鍵是否按下，如果有按鍵觸發(fā)將會(huì)進(jìn)行按鍵處理 ，如果沒有按鍵觸發(fā)則返回主程序。 系統(tǒng)總流程圖如圖 41 所示。 21 切 換 通 道初 始 化A D 采 集 讀 取 溫度顯 示掃 描 按 鍵溫 度 超 過 上 限 值N蜂 鳴 器 響按 鍵 是 否 按 下開 始進(jìn) 行 按 鍵 處 理Y返 回NY 圖 41 系統(tǒng)總流程圖 顯示子程序的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用兩位一體的共陰數(shù)碼管顯示通道號(hào)，四位一體共陰數(shù)碼管顯示溫度信息。 數(shù)碼顯示有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式，由硬件決定了本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示方式，動(dòng)態(tài)顯示具有節(jié)約 CPU 資源、節(jié)省單片機(jī)端口、顯示靈活等優(yōu)點(diǎn)。 顯示模塊具體要求如下： 能夠單獨(dú)顯示某一位； 小數(shù)點(diǎn)能夠靈活顯示； 能夠?qū)崟r(shí)的顯示。 通道號(hào)顯示子程序流程圖如 圖 42 所示， 溫度值顯示子程序流程圖如圖 43 所示。 22 顯 示 端 口 初 始化設(shè) 置 變 量清 屏十 位 顯 示個(gè) 位 顯 示N單 片 機(jī) 控 制 段位 碼 輸 出單 片 機(jī) 控 制 段位 碼 輸 出YY開 始返 回 圖 42 通道號(hào)顯示子程序流程圖 顯 示 端 口 初 始化設(shè) 置 變 量清 屏千 位 顯 示百 位 顯 示十 位 顯 示個(gè) 位 顯 示單 片 機(jī) 控 制 輸 出帶 小 數(shù) 點(diǎn) 的 段 碼N單 片 機(jī) 控 制 段位 碼 輸 出單 片 機(jī) 控 制 段位 碼 輸 出單 片 機(jī) 控 制 段位 碼 輸 出單 片 機(jī) 控 制 段位 碼 輸 出帶 小 數(shù) 點(diǎn)NNYYYY單 片 機(jī) 控 制 輸 出帶 小 數(shù) 點(diǎn) 的 段 碼Y N開 始返 回 圖 43 溫度值顯示子程序流程圖 23 按鍵子程序的設(shè)計(jì) 按鍵是人機(jī)界面的主要器件，按鍵設(shè)計(jì)的好壞直接影響用戶使用的舒適度和方便性，本設(shè)計(jì)中共設(shè)置了 3個(gè)按鍵，按鍵要實(shí)現(xiàn)的功能如下： 巡檢 ； 定點(diǎn)； 報(bào)警 退出。 按鍵程序的是通過中斷調(diào)用的，中斷信號(hào)是由 3 個(gè)按鍵相與后的產(chǎn)生的結(jié)果， 3個(gè)按鍵的初始狀態(tài)是高電平，按下時(shí)是低電平，當(dāng)任意一個(gè)按鍵按下時(shí)其相與得出的信號(hào)就是低電平，由此觸發(fā)中斷。因此按鍵程序包括中斷初始化和中斷服務(wù)程序兩個(gè)部分，其中中斷服務(wù)程序又包括鍵值掃描和鍵盤處理兩個(gè)部分。鍵盤處理是由中斷控制的，中斷服務(wù)程序負(fù)責(zé)掃描鍵值，供鍵盤處理程序使用。 當(dāng)按下巡檢鍵的時(shí)候，溫度巡檢儀會(huì)進(jìn)行 8 路巡回檢測(cè)，并顯示通道號(hào)及溫度信息。巡檢鍵的流程圖如圖 44 所示。 掃 描 按 鍵多 路 巡 檢巡 檢 鍵 按 下Y顯 示 溫 度開 始返 回N 圖 44 巡檢鍵流程圖 當(dāng)按下定點(diǎn)鍵的時(shí)候，溫度巡檢儀會(huì)進(jìn)行定點(diǎn)檢測(cè)，并顯示通道號(hào)及當(dāng)前溫度信息。定點(diǎn)鍵的流程圖如圖 45所示。 24 掃 描 按 鍵定 點(diǎn) 檢 測(cè)定 點(diǎn) 鍵 按 下Y顯 示 溫 度開 始返 回N 圖 45 定點(diǎn)鍵流程圖 當(dāng)按下退出鍵的時(shí)候，溫度巡檢儀會(huì)退出報(bào)警模式。退出鍵的流程圖如圖 46 所示。 掃 描 按 鍵退 出 鍵 按 下YY退 出 報(bào) 警開 始返 回是 否 報(bào) 警NN 圖 46 退出鍵流程圖 25 A/D 轉(zhuǎn)換子 程序的設(shè)計(jì) MAX6675 內(nèi)部具有 12 位的模擬數(shù)字化熱電偶轉(zhuǎn)換器， 用單片機(jī) STC12C5A16AD 采用 I/O 口模擬 SPI 串行口來對(duì) MAX6675 讀取數(shù)據(jù)。 MAX6675 的 CS 端接單片機(jī)的 腳 , CS 為高電平時(shí)啟動(dòng) AD 轉(zhuǎn)換， CS 低電平停止轉(zhuǎn)換，準(zhǔn)備將數(shù)據(jù)輸出； SCK 引腳接單片機(jī)的 腳，為傳輸數(shù)據(jù)提供時(shí)鐘。無數(shù)據(jù)傳輸時(shí)， SCK 應(yīng)置為低電平； SO引腳接單片機(jī)的 腳，用于傳輸數(shù)據(jù)。 一個(gè)完整串行接口有 16個(gè)輸出位，第 1個(gè)輸出位是 D15，即偽標(biāo)志位且為 0；溫度值的轉(zhuǎn)換是通過 D14～ D3(MSB 到 LSB 順序排列 )； D2 為低電平，熱電偶輸入時(shí)變成高電平， MAX6675 芯片可以實(shí)現(xiàn)熱電偶檢測(cè)電路的開放， T 接地，并使接地點(diǎn)接近 GND腳； D1 位為低電平可以提供 MAX6675 芯片的器件身份碼， D0 位為三態(tài)標(biāo)志位。 表 41 MAX6675 芯片的 SO 端輸出數(shù)據(jù) 位 空標(biāo)志位 12 位溫度數(shù) 熱電偶的輸入 設(shè)備身 份 狀態(tài) 位 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 MSB LSB 0 三態(tài) A/D 轉(zhuǎn)換流程圖如圖 47所示。 A / D 芯 片 初 始化啟 動(dòng) 轉(zhuǎn) 換數(shù) 組 滿讀 寄 存 器 數(shù) 據(jù)進(jìn) 行 數(shù) 據(jù) 處 理轉(zhuǎn) 換 完濾 波 取 平 均 值YY等 待 延 時(shí)NN開 始返 回 溫 度 數(shù) 據(jù) 圖 47 A/D 轉(zhuǎn)換流程圖 26 報(bào)警子程序的設(shè)計(jì) 報(bào)警子程序設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較，當(dāng)采樣結(jié)果超過設(shè)定的溫度時(shí)，蜂鳴報(bào)警就會(huì)響，反之，蜂鳴器就不會(huì)響。流程圖如圖 48 所示 。 蜂 鳴 器 訊 響 蜂 鳴 器 關(guān) 閉結(jié) 果 沒 有 超 過設(shè) 定 的 溫 度YN開 始返 回 圖 48 報(bào)警子程序流程圖 本章總結(jié) 本章詳細(xì)的介紹了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的過程，軟件系統(tǒng)主要包括：顯示模塊、按鍵模塊、 A/D 采樣模塊、報(bào)警模塊等四大模塊，本文中 每個(gè)模塊都給出了詳細(xì)的分析說明，同時(shí)給出了各個(gè)模塊的程序設(shè)計(jì)流程圖。 27 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試主要用到 Keil 和 Protues 兩大軟件， Keil 用于編程， Protues 可以和 Keil 聯(lián)調(diào)，可以直觀的看到程序效果。 軟件系統(tǒng)調(diào)試 Keil C51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)， Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，理解起來比較容易。在開發(fā)大型軟件時(shí)，高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)更加明顯。 與匯編比較起 來， C 語言在結(jié)構(gòu)性、可維護(hù)性、可讀性、功能上等方面的優(yōu)勢(shì)比較明顯，所以學(xué)習(xí)和使用比較容易。用過匯編語言之后再使用 C語言來，就會(huì)有更深的體會(huì)， Keil C51 提供大量的庫(kù)函數(shù)與功能強(qiáng)的調(diào)試工具，全 Windows 界面。 本設(shè)計(jì)的程序是用 C 語言編寫的，用 Keil uVision4 編譯軟件進(jìn)行編譯。將源文件：多路溫度巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì) .c進(jìn)行編譯， Keil 作為編譯的程序，當(dāng)編譯成功后可以用自帶的仿真功能仿真， Keil 編譯成功如圖 5