【正文】 在 設(shè)計(jì) 期間經(jīng)過(guò)了風(fēng)風(fēng)雨雨，在各位老師和同學(xué)的幫助和支持下得 以 最終完成。利他在競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中往往轉(zhuǎn)換為利己。在這過(guò)程中使我更加懂得團(tuán)隊(duì)的重要性。這次我們?cè)O(shè)計(jì)的課題為 —— 四回路控制器設(shè)計(jì)，它不僅是我們 必須完成的課目，其真正的目的是我們對(duì)整個(gè)大學(xué)三年的學(xué)習(xí)情況做一個(gè)總結(jié)，檢驗(yàn)每一個(gè)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)的廣博程度。 設(shè)計(jì)心得體會(huì) 歷經(jīng)一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于告近尾聲，在經(jīng)歷了 3 月份等待考研成績(jī)的焦躁，4 月份研究生復(fù)試的緊張后，才開(kāi)始正式著手大學(xué)里的最后一次作業(yè)，盡管最后留有缺陷和遺憾，但期間的成功與失敗等點(diǎn)點(diǎn)滴滴都將是我人生中的一筆重要財(cái)富。再次就是控制規(guī)律過(guò)于單一，僅能實(shí)現(xiàn)恒溫控制，現(xiàn)實(shí)情況稍復(fù)雜，該系統(tǒng)就過(guò)于僵硬。例如因?yàn)樾酒撬芰戏庋b，所以對(duì)溫度的感應(yīng)靈敏度不是相當(dāng)高，需要一個(gè)很短的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定。 在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡管最后系統(tǒng)的功能全部實(shí)現(xiàn)。也可以作為智能控制系統(tǒng)的一部分，與其它設(shè)備協(xié)同工作。系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上充分考慮到了可擴(kuò)展性，經(jīng)過(guò)一定的添加或改造，很容易增加功能，如從單片機(jī)主芯片串行口連接 RS232轉(zhuǎn)換芯片 MAX232 與 PC 機(jī)相連，完成溫度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的 傳遞和其他控制工作。 25 第 3 章 四回路溫度采集控制系統(tǒng)的軟件 設(shè)計(jì) 主程序設(shè)計(jì)流程圖 主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理 DS1820 的測(cè)量溫度值，按照命令執(zhí)行顯示 （如圖 所示） 。 在此次設(shè)計(jì)中，由于條件有限 其加熱設(shè)備采用的是綠色發(fā)光二極管模擬，點(diǎn)亮說(shuō)明其加熱設(shè)備工作。整個(gè)超溫報(bào)警電路主要是進(jìn)行恒溫控制，故而采取的是邦邦控制法。接線方法如上 圖 所示，其原理是：當(dāng)繼電器突然斷電時(shí)，繼電器產(chǎn)生很大的反向電流。 與此同時(shí)，聲光報(bào)警電路接入，發(fā)出警報(bào)，提醒管理人員對(duì)當(dāng)前的生產(chǎn)過(guò)程采取措施。溫度慢慢升高。 繼電器控制電路 加熱器控制電路 如圖 所示 圖 單片機(jī)通過(guò)三極管控制繼電器的通斷，最后達(dá)到控制電熱器的目的。 表 撥碼開(kāi)關(guān)值 含義 0000 實(shí)時(shí)顯示通道一的溫度值 0001 實(shí)時(shí)顯示通道二的溫度值 0010 實(shí)時(shí)顯示通道三的溫度值 0011 實(shí)時(shí)顯示通道四的溫度值 選擇鍵盤(pán)監(jiān)測(cè)方法 對(duì)是否有鍵按下的信息輸入方式有中斷方式與查詢(xún)方式兩種。 對(duì)按鍵進(jìn)行編碼給定鍵值或給出鍵號(hào) 對(duì)于按鍵無(wú)論有 無(wú)編碼，以及采用什么編碼，最后都要轉(zhuǎn)換成為與累加器中數(shù)值相對(duì)應(yīng) 鍵值，以實(shí)現(xiàn)按鍵功能程序 的三轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移 。另一種為硬件去抖動(dòng) ：即為按鍵添加一個(gè)鎖存器。 開(kāi)關(guān)狀態(tài)的可靠輸入 鍵開(kāi) 關(guān) 狀態(tài)的可靠輸入有兩種解決方法。非編碼鍵盤(pán)硬件電路極為簡(jiǎn)單。 鍵盤(pán)電路 設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)電路 選擇 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中除了復(fù)位按鍵有專(zhuān)門(mén)的復(fù)位電路 ,以及專(zhuān)一的復(fù)位功能外 ,其它的按鍵或鍵盤(pán)都是以開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。 再進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示時(shí)，往往事先并不知道應(yīng)顯示什么內(nèi)容， 這樣也就無(wú)從顯示被顯示字符的顯示段碼。 （ 2） 動(dòng)態(tài)顯示 如果要在同一時(shí)刻顯示不同的字符，從電路上看，這是辦不到的。再大多數(shù)情況下，需要顯示的是不同的字符。 靜態(tài)顯示雖然比較簡(jiǎn)單，但是用處不大。 21 本設(shè)計(jì)采用的是三位數(shù)碼顯示，如 圖 所示 ： 圖 LED 數(shù)碼顯示器的顯示段碼 為了顯示字符，要為 LED 顯示器提供顯示段碼（或字形代碼），組成一個(gè) “ 8”字形字符的 7 段，再加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì) 8 段，因此提供給 LED 顯示器的顯示段碼位一個(gè)字節(jié)，各段碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下 表 所示 ： 表 段位碼 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 顯示碼 Dp G F E D C B a 用 LED 顯示器顯示十六進(jìn)制數(shù)和空白字符與 P 的顯示段碼如表 所示 表 字型 共陽(yáng)極段碼 共陰極段碼 字型 共陽(yáng)極段碼 共陰極段碼 0 C0H 3FH 9 90H 6FH 1 F9H 06H A 88H 77H 2 A4H 5BM b 83H 7CH 3 B0H 4FH C C6H 39H 4 99H 66H d A1H 5EH 5 92H 6DH E 86H 79H 6 82H 7DH F 84H 71H 7 F8H 07H 空白 FFH 00H 8 80H 7FH P 8CH 73H 注：（ 1）本表所列各字符的顯示段碼均為小數(shù)點(diǎn)不亮的情況 （ 2）“空白”字符即沒(méi)有任何顯示 22 LED 數(shù)碼顯示器的顯示方法 （ 1） 靜態(tài)顯示 所謂靜態(tài)顯示，就是再同一時(shí)刻只顯示一種字符，或者說(shuō)被顯示 的字符再同一時(shí)刻是穩(wěn)定不變的。根據(jù)顯示方式的不同，位選線和段選線的連接方法也各不相同。 共陰接法 （ a） 共陽(yáng)接法 （ b） LED 數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu) （ c） 圖 由 N 片 LED 顯示塊可拼接成 N 位 LED 顯示器 。 這種顯示塊有共陽(yáng)極和共陰極兩種 ,共陰極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管的陰極連接在一起， 通常此公共陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示 (見(jiàn) 圖 所示 )。顯示塊都有 dp 顯示段，用于顯示小數(shù)點(diǎn)。 三種顯示器中，以熒光管顯示器亮度最高，發(fā)光二極管次之，而液晶顯示器最弱，為被動(dòng)顯示器，必須有外光源。前三種顯示器都有兩種 顯示結(jié)構(gòu)；段顯示和點(diǎn)陣顯示。 三位 LED 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) LED 數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與顯示段碼 在單片機(jī)系統(tǒng)中 , 常 用 的 顯 示 器 有 ： 發(fā) 光 二 極 管 顯 示 器 ， 簡(jiǎn) 稱(chēng)LED(LightEmittingDiode)，液晶顯示器，簡(jiǎn)稱(chēng) LCD(LiquidCrystalDisplay)；熒光管顯示器。因此，在用 DS18B20 進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò) 50m 時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤，當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá) 150m，當(dāng)采用每米膠合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。 （ 4）在 DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS18B20 數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此，當(dāng)單總線上所掛DS18B20 超過(guò) 8 個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以 注意。 （ 2）在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)使電源電壓保持在 5v 左右，若電源電壓過(guò)低，會(huì)使所測(cè)得的溫度與實(shí)際溫度出現(xiàn)偏高現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，一般在 5v 左右。此外 有多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)傳感器出錯(cuò)自動(dòng)指示，進(jìn)行自動(dòng) DS18B20 序列號(hào)和自動(dòng)排序，以減少調(diào)試和維護(hù)工作量。但是遺憾的是， 對(duì)于 DS18B20的時(shí)序問(wèn)題，尤其是對(duì)于其 ROM的操作始終解決不好，在 請(qǐng)教老師和同學(xué)之后 ，最終還是沒(méi)有能夠?qū)崿F(xiàn)。在面對(duì)單總線接線時(shí)，如何選取需要顯示的 18B20成了軟件的一個(gè)難點(diǎn)。編制 程序時(shí)必須嚴(yán)格按芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的有關(guān)操作順序進(jìn)行，讀、寫(xiě)時(shí)間子 程序要嚴(yán) 格按 時(shí)序 要求編寫(xiě)。在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中，最初我們采用了單總線模式，如 圖 ，但是凡事都具有兩面性。在這種情況下我們可以采用分組的方式，用單片機(jī)的多個(gè) I/O來(lái)驅(qū)動(dòng)多路 DS18B20。 DS18B20采用外部供電方式，理論上可以在一根數(shù)據(jù)總線上掛 256個(gè) DS18B20，但實(shí)踐 應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，如果掛接 25個(gè)以 上的 DS18B20仍舊有可能產(chǎn)生功耗問(wèn)題。其中讀寫(xiě) DS18B20 的驅(qū)動(dòng)程序在 文件中，可以參考 DS18B20 的讀寫(xiě)時(shí)序圖來(lái)理解程序 。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序，如圖 、圖 和圖 所示。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1 時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值 （如表 所示） 。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(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第 0 和第 1個(gè)字節(jié)。 表 DS18B20 配置寄存器結(jié)構(gòu)圖 TM R1 R0 1 1 1 1 1 MSB DS18B20 配置寄存器結(jié)構(gòu)圖 LSB 其中， TM：測(cè)試模式標(biāo)志位，出廠時(shí)被寫(xiě)入 0， 不能改變； R0、 R1：溫度計(jì)分辨率設(shè)置位，其對(duì)應(yīng)四種 分 辨率如 下 表所列，出廠時(shí) R0、 R1置為缺省值： R0=1， R1=1（即 12位分辨率），用戶(hù)可根據(jù)需要改寫(xiě)配置寄存器以獲得合適的分辨率 (如表)。配置寄存器為高速暫存存儲(chǔ)器中的第五個(gè)字節(jié)?？赏ㄟ^(guò)軟件寫(xiě)入用戶(hù)報(bào)警上下限值。 2） 溫度靈敏元件。 DS18B20 的功能 特性 ? 獨(dú)特的單線接口只需 1個(gè)接口引 腳即可通信 ? 多點(diǎn) multidrop能力使分布式溫度檢測(cè)應(yīng)用得以簡(jiǎn)化 ? 無(wú)需 外部元件 ? 不需備份電源 ? 以 9 位數(shù)字量 讀出溫度 ? 在 1S典型值內(nèi)把溫度變換為數(shù)字 ? 用戶(hù)可定義的非易失性的溫度告警設(shè)置 ? 告警搜索命令識(shí)別和尋址溫度在編定的極限之外的器件溫度告警情況 ? 測(cè)量范圍從 55～ +125℃， 增量值為 ， 等效的華氏溫度范圍是 67～ 257 F，增量值為 F 14 DS18B20 引腳排列 DS18B20 的引腳排列和功能說(shuō)明如圖 所示 圖 DS18B20 引腳圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) （ 1） DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示 C 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 I/O 溫度傳感器 高速緩存 器 低溫觸發(fā)器 TL 高溫觸發(fā)器 TH 配置寄存器 8 位 CRC 發(fā)生器 VDD 存儲(chǔ)器與控制邏輯 64 位 ROM 和 單線接口 15 DS18B20 有 4 個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： 1） 64位激光 ROM。 因?yàn)槊恳粋€(gè)DS18B20有唯一的系列號(hào) ， 因此多個(gè) DS18B20可以存在于同一條單線總線上 ， 可以實(shí)現(xiàn)單線多點(diǎn)測(cè)溫 。 數(shù)字 溫度傳感器 DS18B20 簡(jiǎn)介 DS18B20 概述 DS18B20數(shù)字溫度計(jì)提供 9位溫度讀數(shù) ,指示器件的溫度信息經(jīng)過(guò)單線接口送入DS18B20或從 DS18B20送出 ， 因此從中央處理器到 DS18B20僅需連接一條線和地 。而且，集成塊的使用，有效地避免 了 外界的干擾，提高測(cè)量電路的精確度。 采用溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢(shì)。 DS18B20 的最大特點(diǎn)之一 采用 了單總線的 數(shù)據(jù)傳輸 ， 由數(shù) 字溫度計(jì) DS18B20和微控制器 AT89S52構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置 ,它直接輸 出溫度的數(shù)字信號(hào) ,可直接與計(jì)算機(jī)連接 。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，此元件線形較好。采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。此外，用到的算法也比較復(fù)雜， 一定程度上也增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。 輸入電路的設(shè)計(jì) 溫度 采集方案 方案一： 采用熱敏電阻，可滿(mǎn)足 40℃ 至 90℃ 測(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對(duì)于檢測(cè) 1℃ 的信號(hào)是不適用的。它們的值一直到下一個(gè)周期被電路捕捉下來(lái)。實(shí)際上，中斷服務(wù)程序必須判定是否是 TF2 或EXF2激活中斷，標(biāo)志位也必須由軟件清 0。 定時(shí)器 2可以被寄存器 T2CON中的 TF2和 EXF2的邏輯 “或” 觸發(fā)。用戶(hù)軟 件不應(yīng)給這些位寫(xiě) 1。 。 每個(gè)中斷源都可以通過(guò)置位或清除特殊寄存器 IE 中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無(wú)效。為了防止WDT在待機(jī)模式下復(fù)位 AT89S52，用戶(hù)應(yīng)該建立一個(gè)定時(shí)器，定時(shí)離開(kāi)待機(jī)模式，喂狗，再重新進(jìn)入待機(jī)模式。在進(jìn)入待機(jī)模式前，特殊寄存器 AUXR的 WDIDLE位用來(lái)決定 WDT是否繼續(xù)計(jì)數(shù)。這就意味著 WDT應(yīng)該在中斷服務(wù)程序中復(fù)位。當(dāng)中斷拉高后，執(zhí)行中斷服務(wù)程序。通過(guò)中斷退出掉電模式的情形有很大的不同。有兩種方式可以離開(kāi)掉電模式：硬件復(fù)位或通過(guò)一個(gè)激活的外部中斷。 在掉電模式下，晶振停止工作，這意味這 WDT也停止了工作。當(dāng) WDT 計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，將給 RST 引腳產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位脈沖輸出，這個(gè)復(fù)位脈沖持續(xù) 96個(gè)晶振周期（ TOSC），其中 TOSC=1/FOSC。為了復(fù)位 WDT，用戶(hù)必須向 WDTRST 寫(xiě)入01EH 和 0E1H（ WDTRST 是只讀寄存器）。當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到 8191(1FFFH)時(shí)， 13 位計(jì)數(shù)器將會(huì)溢出，這將會(huì)復(fù)位器件。 為了激活 WDT，用戶(hù)必須向 WDTRST寄存器（地址為 0A6H的 SFR）依次寫(xiě)入 0E1H和0E1H。除了復(fù)位（硬件復(fù)位或 WDT溢出復(fù)位），沒(méi)有辦法停止 WDT工作。當(dāng) WDT激活后，晶振工作， WDT在每個(gè)機(jī)器周期都會(huì)增加。 WDT 由 13位計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門(mén)狗定