【正文】 圖 軟件調(diào)試 Proteus 仿真 Proteus 軟件是來(lái)自英國(guó) Labcenter electronics 公司的 EDA 工具軟件，它組合了高級(jí)原理布圖、混合模式 SPICE 仿真 ,P。導(dǎo)線分三級(jí)，當(dāng)水位沒(méi)有達(dá)到最低級(jí)時(shí)，蜂鳴器響，繼電器開(kāi)始模擬進(jìn)水的過(guò)程；當(dāng)水位高于最低級(jí)時(shí)，蜂鳴器停止，顯示中等水位，繼電器繼續(xù)模擬上水；當(dāng)水位達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)，顯示最高水位的發(fā)光二極管亮，繼電器停止工作。（若沒(méi)有發(fā)光二極管亮則表示箱內(nèi)沒(méi)有水或者 只有少量的水，若有一個(gè)發(fā)光二極管燈亮則表示箱內(nèi)有三分之一箱的水，以此類推，若有三個(gè)發(fā)光二極管亮，則表示水箱水是滿的。 液位檢測(cè) 將自制 的測(cè)水位導(dǎo)線放入水中，通電之后，顯示當(dāng)前的水位。 焊接后的檢查：焊接結(jié)束后必須檢查有無(wú)漏焊、虛焊以及由于焊錫流淌造成的元件短路。 安裝時(shí)接地與屏蔽要充分利用，接地與屏蔽一是消除外辦對(duì)產(chǎn)品的電磁干擾，二是消除產(chǎn)品對(duì)外辦的電碰干擾，三是減少產(chǎn)品內(nèi)部的相互電磁干擾。 保證機(jī)械強(qiáng)度，電子產(chǎn)品在使用過(guò)程中，不可避免的需要運(yùn)輸和搬動(dòng)，會(huì)發(fā)聲各種有意或無(wú)意達(dá)到振動(dòng)，沖擊，如果機(jī)械安裝不夠牢固，電氣連接不 夠可靠，都有可能因?yàn)榧铀俣鹊乃查g受力使裝置受到損害。觀察有沒(méi)有焊接點(diǎn)短路，虛焊，多余的管腳有沒(méi)有剪去。 檢查印刷電路是否設(shè)計(jì)正確，元器件位置是否安裝正確。 調(diào)試步驟 對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)制作完成后，調(diào)試工作是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常工作。元件安裝時(shí)我們要保證導(dǎo)通與絕緣的電器性能、保證機(jī)械強(qiáng)度、抱著那個(gè)傳熱的要求和安裝時(shí)接地與屏蔽要充分利用。 讀溫度 N Y N 圖 圖 Y 發(fā) DS18B20 復(fù)位命令 發(fā)跳過(guò) ROM 命令 發(fā)讀取溫度命令 讀取操作， CRC 校驗(yàn) 9 字節(jié)完？ CRC校驗(yàn)正？確？ 移入溫度暫存器 結(jié)束 N N Y 開(kāi)始 掃描鍵值 是否有鍵按下 延時(shí) 10ms 去抖動(dòng) 是否有鍵按下 提取鍵值 調(diào)用鍵盤處理子程序 結(jié)束 Y 張 勝 ： 基于單片機(jī)的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試 制造電子產(chǎn)品，可靠性與安全是兩個(gè)重要因素，而零件的安裝對(duì)于保證產(chǎn)品的安全可靠是至關(guān)重要的。再次掃描，如果按鍵為高電平說(shuō)明按鍵松開(kāi)。消除按鍵的抖動(dòng)， 通常用軟件消除的方法。因此，通過(guò)判斷電平的高低，就可以確定是否有鍵按下。其程序流圖如圖所示： 圖 溫度采集程序 控制按鍵設(shè)計(jì) 按鍵的確認(rèn)就是判斷按鍵是否閉合，反映在電壓上就是和按鍵相連的引腳呈現(xiàn)出高電平還是低電平。 張 勝 ： 基于單片機(jī)的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 圖 繼電器控制電路 圖 繼電器控制電路 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 主程序設(shè)計(jì) 為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后，即單片機(jī)上電復(fù)位開(kāi)始運(yùn)行后，需要對(duì)硬件各部分進(jìn)行自動(dòng)檢查，如果正常，系統(tǒng)就可以繼續(xù)往下執(zhí)行，如果不正常就必須出錯(cuò)報(bào)警，以便人工修正，為系統(tǒng)的正常運(yùn)行作好準(zhǔn)備。 繼電器可以模擬的完成實(shí)物上的自動(dòng)控制。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。 圖 水位監(jiān)測(cè)電路 水位用三根導(dǎo)線，一個(gè)是電源負(fù)極，當(dāng)導(dǎo)線接觸到水 后，由于水的導(dǎo)電性，使得兩外兩根導(dǎo)線也是低電平，從而使三極管 9012 導(dǎo)通， 和 是低電平，當(dāng)兩根導(dǎo)線不接觸水的時(shí)候，輸出是高電平。 二、 水位檢測(cè) 我們把儲(chǔ)水箱大致分為 3份，水位由潛入熱水器的儲(chǔ)水箱不同深度的水位電極和潛入儲(chǔ)水箱底部的公共電極（導(dǎo)線）進(jìn)行檢測(cè)；由單片機(jī)依次使各水位電極呈現(xiàn)高電平，由公共電極所接的三極管進(jìn)行電位轉(zhuǎn)換，水位到達(dá)的電極，轉(zhuǎn)換電位為低（ 0）；水位沒(méi)有到達(dá)的電極，轉(zhuǎn)換電位為高（ 1）；每檢測(cè)一位便得到一位數(shù)據(jù)， 3個(gè)電極檢測(cè)一遍以后便得到了 3個(gè)串行數(shù)據(jù)，然后把這 3個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字節(jié)一路送發(fā)光二極管；在這里我們可以用發(fā)光二極管亮的盞數(shù)來(lái)顯示水位的高低。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線 器件作為從設(shè)備。 DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。 當(dāng) DS18B20 處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度 A/D 轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為 10us。 表 一部分溫度對(duì)應(yīng)值表 溫度 /℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0000 0191H + 0000 0000 1010 0001 00A2H + 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H 1111 1111 1111 0000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20 溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路 DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí) DS18B20 的 1腳接地， 2腳作為信號(hào)線， 3腳接電源。 減法計(jì)數(shù)器 1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。器件中還有一個(gè)計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開(kāi)時(shí)， DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測(cè)量。表 。單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃／ LSB 形式表示。 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。 高速暫存 RAM 的第 8 字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1。 I/O C 64 位 ROM 和 單 線 接 口 高速緩存 存儲(chǔ)器與控制邏輯 溫度傳感器 高溫觸發(fā)器 TH 低溫觸發(fā)器 TL 配置寄存器 8 位 CRC 發(fā)生器 Vdd 張 勝 ： 基于單片機(jī)的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 TM R1 1R0 1 1 1 1 .... 圖 DS18B20字節(jié)定義 由表 可見(jiàn)， DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長(zhǎng)，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。該字節(jié)各位的定義如圖 所示。第 5個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 8字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖 3所示。溫度報(bào)警觸發(fā)器ＴＨ和ＴＬ，可通過(guò)軟件寫入戶報(bào)警上下限。 DS18B20 的性能特點(diǎn)如下： ●獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； ●多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； ●無(wú)須外部器件； ●可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ~； ●零待機(jī)功耗； ●溫度以 9或 12 位數(shù)字； ●用戶可定義報(bào)警設(shè)置； ●報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； ●負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20 采用 3腳 PR－ 35封裝或 8腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。開(kāi)漏單總線接口引腳。 TO－ 92封裝的 DS18B20 的引腳排列見(jiàn)圖 ，其引腳功能描述見(jiàn)表 。單片機(jī)輸出低電平時(shí)三極管導(dǎo)通，使數(shù)碼管的 4 各公共端 5 和 12腳為高電平，此時(shí)數(shù)碼管的數(shù)據(jù)端輸入低電平后數(shù)碼管被點(diǎn)亮， 120 歐電阻 R12 到 R19 為三極管的限流電阻。 圖 位共陽(yáng)數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu) （ 1）數(shù)碼管編碼說(shuō)明 4位數(shù)碼管編碼說(shuō)明 ，如 表所示： 表 控制命令表 e d dp c g b f a 0 0 0 1 0 1 0 0 0 28H 1 1 1 1 0 1 0 1 1 EBH 2 0 0 1 1 0 0 1 0 32H 3 1 0 1 0 0 0 1 0 A2H 4 1 1 1 0 0 0 0 1 E1H 5 1 0 1 0 0 1 0 0 A4H 6 0 0 1 0 0 1 0 0 24H 7 1 1 1 0 1 0 1 0 EAH 8 0 0 1 0 0 0 0 0 20H 9 1 0 1 0 0 0 0 0 A0H H 0 1 1 0 0 0 0 1 61H 管腳順序：從數(shù)碼管的正面觀看，以第一腳為起點(diǎn)，管腳的順序是逆時(shí)針?lè)较蚺帕小? 共陽(yáng) 共陰 張 勝 ： 基于單片機(jī)的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 還有一種比較常用的是四位數(shù)碼管 ，內(nèi)部的 4 個(gè)數(shù)碼管共用 a~dp 這 8根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因?yàn)槔锩嬗?4個(gè)數(shù)碼管，所以它有 4個(gè)公共端，加上 a~dp，共有 12個(gè)引腳，下面便是一個(gè)共陰的四位數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（共陽(yáng)的與之相反）。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 共陽(yáng)數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 共陰數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu) 對(duì)于單個(gè)數(shù)碼管來(lái)說(shuō)，從它的正面看進(jìn)去，左下角那個(gè)腳為 1腳，以逆時(shí)針?lè)较蛞来螢?1`10 腳，左上角那個(gè)腳便是 10腳了，上面兩個(gè)圖中的數(shù)字分別與這 10 個(gè)管腳一一對(duì)應(yīng)。 這類數(shù)碼管可以分為共陽(yáng)極與共陰極兩種，共陽(yáng)極就是把所有 LED 的陽(yáng)極連接到共同接點(diǎn) ，而每個(gè) LED 的陰極分別為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 及 dp（小數(shù)點(diǎn)）；共陰極則是把所有 LED的陰極連接到共同接點(diǎn) ，而 每個(gè) LED 的陽(yáng)極分別為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g及 dp（小數(shù)點(diǎn)），如下圖所示。 圖 水位報(bào)警電路 當(dāng)水位比較低的時(shí)候， 紅燈亮，水位在中間的時(shí)候，紅燈和黃燈亮，當(dāng)水位慢的時(shí)候三個(gè)燈都亮，出故障的時(shí)候三個(gè)燈閃。 有源蜂鳴器直接接上額定電源就可以連續(xù)發(fā)聲，而無(wú)源蜂鳴器則和電磁揚(yáng)聲器一樣，需要接在音頻輸出電路中才能發(fā)聲。這里說(shuō)的“源”不是指電源，而是指振蕩源。無(wú)源蜂鳴器工作的理想信號(hào)方波。但是在某些有源蜂鳴器在特定的交流信號(hào)下也可以工作，只是對(duì)交流信號(hào)的電壓和頻率要求很高，此種工作方式一般不采用。 有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器的差別主要差別為：有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器的根本區(qū)別是產(chǎn)品對(duì)輸入信號(hào)的要求不一樣；有源蜂鳴器工作的理想信號(hào)是直流電，通常標(biāo)示為 VDC、VDD 等。 而利用 I/O 定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形的方式會(huì)比較麻煩一點(diǎn)，必須利用定時(shí)器來(lái)做定時(shí)，通過(guò)定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形，這個(gè)波形就可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器了。 PWM 輸出口直接驅(qū)動(dòng)是利用 PWM 輸出口本身可以輸出一定的方波來(lái)直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。這里只對(duì)必須用 1/2duty 的方波信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的他激蜂鳴器進(jìn)行說(shuō)明。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下 ，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。 （ 2） 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。壓電蜂鳴器片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。多諧振蕩由晶體管或集成電路構(gòu)成。 一、蜂鳴器主要分為（ 1）壓電式蜂鳴器主要由多諧振 蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17