【正文】 35 參考文獻 [1]過程控制及其 MATLAB 方康玲 電子工業(yè)出版社 [2]單片機原理與應(yīng)用 陳朝夫，李杏彩等主編 化學(xué)工藝出版社 [3] 電機拖動與控制基礎(chǔ) . 唐介 北京 :高等教育出版社 ,2020 [4] 機電傳動控制 鄧興中 武漢：華中科技大學(xué)出版社 [5]單片機外圍電路設(shè)計 電子工業(yè)大學(xué)出版社 [6]單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實例導(dǎo)航 人民郵電出版社 [7]51 系列單片機系統(tǒng)高級實例開發(fā)指南 李軍 北京航空航天大學(xué) [8]計算機控制系統(tǒng) 電子工業(yè)出版社 [9]傳感器與檢測技術(shù) 徐科軍 電子工業(yè)出版社 [10] Mano 《 Digital Design》（ Third Edition）Higher Education Press 2020 [11] Daniel System[M].北京：電子工業(yè)出版社， 2020 。由于采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 采集溫度，所以，詳細介紹了 DS18B20 的運用；軟件設(shè)計方面采用匯編語言 對系統(tǒng)的軟件編程，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)計方法。 設(shè)計是以 80C51 單片機為核心進行的，數(shù)據(jù)采樣模塊采用可直接輸出數(shù)字量的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，使系統(tǒng)的軟、硬件都簡化了很多；采用繼電器驅(qū)動模塊作為為系統(tǒng)的降溫部分，大大地簡化了系統(tǒng)硬件電路。將程序下載到硬件電路中，實現(xiàn) 溫控 功能。 程序流程圖 在本程序中包括了以下主要的程序，主程序，溫度設(shè)定子程序，溫度讀取及轉(zhuǎn)換子程序，顯示溫度子程序，比較溫度子程序，顯示切換子程序。后臺程序指主程序及其調(diào)用的子程序，這類程序?qū)崟r性要求不是太高，延時幾十毫秒甚至幾百毫秒也沒關(guān)系，故通常將監(jiān)控程序（鍵盤解釋程序），顯示程序和打印程序等與操作者打交道的程序放在后臺程序中執(zhí)行；而前臺程序安排一些實時性要求較高的內(nèi)容，如定時系統(tǒng)和外部中斷。 軟件任務(wù)分析的另一個內(nèi)容是如何安排監(jiān)控軟件和執(zhí)行模塊。相對來講，執(zhí)行模塊任務(wù)明確單純，比較容易編 程，而監(jiān)控程序較易出問題。 各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以設(shè)計監(jiān)控程序了。 軟件任務(wù)分析時，應(yīng)將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進行功能定義和接口定義（輸入輸出定義）。從軟件的功能來看可分為兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質(zhì)性的功能，如測量，計算，顯示，打印，輸出 控制和通信等；另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，使在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度角色的軟件。 27 第 4章 軟件設(shè)計 軟件任務(wù)分析 軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計結(jié)合進行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由軟件完成，在硬件電路設(shè)計基本定型后，也就基本上決定下來了。 在設(shè)計過程中，實現(xiàn)溫度控制的是通過編寫程序的方法集成在 80C51 內(nèi)部。 例如當(dāng) DS18B20 采集到 55℃ 的實際溫度后，輸出為 FC90H，則應(yīng)先將 11 位數(shù)據(jù)位取反加 1得 370H（符號位不變，也不作為計算），則： 實際溫度 =370H╳=880╳=55 .0℃ 。 26 表 32 DS18B20 暫存器字節(jié)分配 溫度 /℃ 二進制表示 十六進制 表示 符號位（ 5位 ） 數(shù)據(jù)位（ 11 位） +125 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 07D0H + 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0191H + 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 00A2H + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0008H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000H 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 FFF8H 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 FF5EH 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 FE6FH 55 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 FC90H 上表是 DS18B20 溫度采集轉(zhuǎn)化后得到的 12位數(shù)據(jù)，存儲在 DS18B20 的兩個 8比特的 RAM 中，二進制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于或等于 0，這 5 位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實際溫度 。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器 的第 0 和第 1個字節(jié)。 Read Power Supply（讀電源） [B4H] 對于在此命令發(fā)送至 DS18B20 之后所發(fā)出的第一讀數(shù)據(jù)的時間片，器件都會給出其電源方式的信號： “ 0” =寄生電源供電， “ 1” =外部電源供電。這種重新調(diào)出的操作在對 DS18B20 上電時也自動發(fā)生，因此只要器件一上電，暫存存儲器內(nèi)就有了有效的數(shù)據(jù)。如果使用寄生電源，總線控制器必須在發(fā)出這條命令后立即起動強上拉，并保持 500ms。溫度轉(zhuǎn)換命令被執(zhí)行，而后DS18B20 保持等待狀態(tài)。如果使用寄生電源，總線控制器必須在這條命令發(fā)出后立即起動強上拉并最少保持 10ms。 Copy Scratchpad（復(fù)制暫存存儲器） [48H] 這條命令把暫存器的內(nèi)容拷貝到 DS18B20 的 E2存儲器里， 即把溫度報警觸發(fā)字節(jié)存入非易失性存儲器里。讀取將從字節(jié) 0開始，一直進行下去，直到第 9（字節(jié) 8， CRC）字節(jié)讀完?？梢栽谌魏螘r刻發(fā)出復(fù)位命令來中止寫入。 ③ 存儲器操作命令 Write Scratchpad（寫暫存存儲器） [4EH] 這個命令向 DS18B20 的暫存器中寫入數(shù)據(jù)，開始位置在地址 2。只要 DS18B20 一上電，告警條件就保持在設(shè)置狀態(tài)，直到另一次溫度測量顯示出非告警值或者改變 TH 或 TL的設(shè)置，使得測量值再一次位于允許的范圍之內(nèi)。但是，僅在最近一次溫度測量出現(xiàn)告警的情況下， DS18B20 才對此命令作出響應(yīng)。搜索 ROM 命令允許總線控制器用 排除法識別總線上的所有從機的 64 位編碼。如果在總線上存在多于一個的從屬器件而且在 Skip ROM 命令之后發(fā)出讀命令，那么由于多個從片同時發(fā)送數(shù)據(jù)，會在總線上發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開路下拉會產(chǎn)生線與的效果）。此命令在總線 上有單個或多個器件的情況下均可使用。只有與 64 位 ROM序列嚴格相符的 DS18B20 才能對后繼的存貯器操作命令作出響應(yīng)。如果總線上存在多于一個的從屬器件，那么當(dāng)所有從片企圖同時發(fā)送時將發(fā)生數(shù)據(jù)沖突的現(xiàn)象（漏極開路會產(chǎn)生線與的結(jié)果）。這些命令列表如下： Read ROM(讀 ROM)[33H] 此命令允許總線主機讀 DS18B20 的 8位產(chǎn)品系列編碼，唯一的 48 位序列號，以及 8位的 CRC。 ② ROM 操作命令 一旦總線主機檢測到從屬器件的存在，它便可以發(fā)出器件 ROM操作命令之一。初始化序列包括總線主機發(fā)出一復(fù)位脈沖，接著由從屬器件送出存在脈沖。一般情況下的溫度值應(yīng)該為 9 位，但因符號位擴展成高 8位，所以最后以 16 位補碼 形式讀出。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性度加以補償。 DS18B20 內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號；同樣的，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號。測溫結(jié)束時，這 9位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到暫存存儲器的前兩個字節(jié)中，符號位占用第一字節(jié)， 8位溫度數(shù)據(jù)占據(jù)第二字節(jié)。1/2LSB ，即 ℃ 。在計數(shù)器 2 停止計數(shù)后，比較器將計數(shù)器 1中的計數(shù)剩余值轉(zhuǎn)換為溫度值后與 ℃ 進行比較，若低于 ℃ ，溫度寄存器的最低位就置 0；若高于 ℃ ，最低位就置 1；若高于 ℃ 時，溫度寄存器的最低位就進位然后置 0。計數(shù)器 1 的預(yù)置數(shù)也就是在給定溫度處使溫度寄存器寄存值增加 1℃ 計數(shù)器所需要的計數(shù) 個數(shù)。以后計數(shù)器 1每一個循環(huán)的預(yù)置數(shù)都由斜率累加器提供。 初始時，溫度寄存器被預(yù)置成 55℃ ，每當(dāng)計數(shù)器 1 從預(yù)置數(shù)開始減計數(shù)到 0時，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加 1℃ ，這個過程重復(fù)進行，直到計數(shù)器 2計數(shù)到 0 時便停止。 DS18B20 內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計數(shù)器 1 提供一頻率穩(wěn)定的計數(shù)脈沖。 23 圖 39 溫度指示燈電路 圖中兩個發(fā)光二極管分別與單片機的 ， 口相連，單片機把顯示何種溫度的信號送給這兩個口，對應(yīng)的發(fā)光二極管就會點亮，信號為低電平有效。這樣就不至于混淆了 。如果讀鍵過程安排在定時中斷子程序中，就可省去專門的延時子程序，利用兩次定時中斷的時間間隔來完成抖動處理。獨立式按鍵可以用單穩(wěn)態(tài)鎖存器 消除抖動。這種接法，一根輸入線上的按鍵是否被按下，不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。 一般電子裝置中都設(shè)計有按鍵輸入，用以控制程序執(zhí)行時數(shù)據(jù)的輸入或是特殊功能的設(shè)置及操作。消除按鍵的抖動通常有硬件、軟件兩種消除方法。 22 理 想 按 鍵 電 壓 波 形按 下 釋 放實 際 按 鍵 電 壓 波 形前 沿抖 動后 沿抖 動穩(wěn) 定 閉 合 圖 37 按鍵抖動電壓波形 按鍵開關(guān)輸入需要解決的兩個主要問題是判斷是否有按鍵按下和消除按鍵抖動的影響。由于機械接觸點的彈性作用，一個按鍵從開始接上至接觸穩(wěn)定要經(jīng)過 5~10ms 的抖動時間，在此期間，有抖動發(fā)生。 a) b) 圖 36 開關(guān)電路 本設(shè)計的溫度設(shè)定允許和退出按鍵是選用如圖 36 中 a)所示的設(shè)計，低電平為進入溫度設(shè)定，高電平為退出溫度設(shè)定。 開關(guān)鍵盤設(shè)計 指撥開關(guān) 指撥開關(guān)面板上通常會標(biāo)有“ ON”或其他記號，若將開關(guān)撥到“ ON”的一邊，則接點接通（ on），撥到另一邊則為斷開（ off）。在輪流點亮掃描過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間是極為短暫的（約 1ms），但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā) 21 光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。圖中有 2 個七段 LED 數(shù)碼管，它們的公共端 2 分別接到單片機的 、 口，單片機的這 2 個 I/O 口輸出位選信號用于動態(tài)掃描。對于共陰極數(shù)碼管，由于 8 個發(fā)光二極管的陰極已連在一起接地，所以，只要控制各字段的正極，就可以控制發(fā)光二極管的亮與滅。將控制數(shù)碼管顯示字符的各字段代碼稱為顯示代碼或字段碼。 本次設(shè)計所用的到的共陰極數(shù)碼管的引腳如圖 34 所示，外部有 10 個引腳， 19 其中 1 和 6 引腳連通，作為公共端接地。數(shù)碼管按內(nèi)部連接方式又分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。以下將對顯示電路的各個部件及整體設(shè)計做詳細的介紹。其中靜態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定不閃爍，程