【正文】 其程序流程圖如圖41所示。本次軟件設(shè)計(jì)采用的就是匯編語言。后來雖然又出現(xiàn)了更為容易被人掌握的高級語言。助記符一般都是操作說明的 英哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 文字符縮寫，它便于識別和記憶。而機(jī)器語言對人來說，很難識別和記憶，編程序時(shí)容易出錯(cuò)，這給程序的編寫和閱讀帶來很大的困難，于是出現(xiàn)了匯編語言。 匯編語言的產(chǎn)生及特點(diǎn) 在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，所有的數(shù)、字符都是用二進(jìn)制代碼來表示的，指令也是用二進(jìn)制代碼來表示。 流程圖的優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 采用簡單規(guī)范的符號，畫法簡單； （ 2） 結(jié)構(gòu)清晰，邏輯性強(qiáng)； （ 3） 便于描述， 容易理解。 程序流程圖設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)工作往往比較復(fù)雜，為了能把復(fù)雜的工作條理化、直觀化，通常實(shí)用的方法是流程圖法。當(dāng)軟件各功能模塊分別調(diào)試完畢后，即可進(jìn)行主程序調(diào)試。所謂模塊化就是把一個(gè)完整的程序分解成完整的程序分解成若干個(gè)功能上相對獨(dú)立的較小程序塊，各小程序進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)和調(diào)試，最后將各程序模塊連接起來進(jìn)行總 調(diào)試。 軟件設(shè)計(jì)的一般方法 軟件設(shè)計(jì)一般根據(jù)系統(tǒng)中功能模塊進(jìn)行分割，首先應(yīng)確定主程序框圖，然后劃分軟件功能模塊。由于程序是軟件的本體，軟件的質(zhì)量主要通過程序的質(zhì)量來體現(xiàn)，在軟件研究中，程序設(shè)計(jì)的工作非常重要，內(nèi)容涉及到有關(guān)的基本概念、工具、方法以及方法學(xué)等。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 第 4章 數(shù)字式多路溫度測量系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)總論 軟件設(shè)計(jì) (Programming)是指設(shè)計(jì)、編制、調(diào)試程序的方法和過程。 數(shù)字式多路測量系統(tǒng)電路圖 數(shù)字式多路溫度采集系統(tǒng)原理圖 ， 見附錄 A。圖 13 中 C C5 為低頻濾波電容，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇電解電容，其容值分別為 C4=220μF、 C5=47μF； C C7為高頻濾波電容，均選 的無極性電容。三端式穩(wěn)壓器的輸入與輸出之間電壓差為 2～ 3V，整流橋的輸出電壓是輸入電壓 (有效值 )的 倍，根據(jù)有效值與峰 峰值的關(guān)系選擇220V/6V 的變壓器。三端式穩(wěn)壓器只有輸入、輸出和公共引出端，由啟動(dòng)電路、基準(zhǔn)電壓電路、取樣比較放大電路、 調(diào)整電路和保護(hù)電路等部分組成。其電路圖如圖 314所示，圖中 “ output” 端輸出為 +5V。當(dāng) 端的輸出信號發(fā)生變化時(shí)，則三極管C945 將交替的工作于截止、飽和狀態(tài)，形成高低電平的波，從而使壓電蜂鳴器發(fā)出聲音 ??7 。如果頻率適當(dāng)，就產(chǎn)生蜂鳴聲，可以被人耳所聽見。當(dāng)壓電陶瓷在一定方向上受到一個(gè)壓力使其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生形變時(shí)，它就會在內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)電流，電流的變化與壓力的變化密切相關(guān)。 Q1C 9 45R41 00U8B U Z Z E RV C CP 3. 7... . 圖 313 報(bào)警工作電路 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 報(bào)警控制電路工作過程 壓電蜂鳴器工作原理 壓電蜂鳴器以壓電陶瓷制作而成。壓電蜂鳴器的另一端連接電源。 報(bào)警控制電路結(jié)構(gòu) 報(bào)警控制電路由單片機(jī) AT89C51 的 端作輸出，通過一個(gè)限流電阻與三極管 C945 的基極相連接。 串行口發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)在移位脈沖的作用下，一位一位地從 口 移入到 74LS164 中，并在控制信號的控制作用下，通過 LED 數(shù)碼顯示管顯示。顯示電路結(jié)構(gòu)圖如圖 312所示。單片機(jī) AT89C51 的、 端分別接到一個(gè)與門電路的輸入端，與門電路的輸出端分別與每片 74LS164 的輸出允許控制端相連接。串行輸出可以大大節(jié)省單片機(jī)的內(nèi)部資源 ??6 。靜態(tài)顯示有并行輸出和串行輸出兩種方式。各 LED 顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止，直到送入另一個(gè)字符的段碼為止。利用 4 片串轉(zhuǎn)并芯片 74LS164 將控制器輸出的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)輸出，用來驅(qū)動(dòng) 4 位LED 數(shù)碼顯示管顯示數(shù)據(jù)。 顯示電路設(shè)計(jì) 顯示電路采用 LED 數(shù)碼管顯示。 E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16IN T 012IN T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U9A T 89 C 5 1R2 10R3 10S3S2. ... 圖 311 按鍵輸入控制電路 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 表 32 各鍵功能 按鍵 鍵名 功能 S1 第一路溫度 按鍵按下， LED 數(shù)碼顯示管顯示第一路溫度。輸入電路由2 個(gè)按鈕開關(guān)、 2 個(gè) 10 歐的限流電阻組成 ； 鍵掃描識別采用軟件查詢的方法。常用鍵盤分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。 綜上所述，單片機(jī) 控制 電路如圖 310 所示。選擇哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 C3=10181。 當(dāng) RST 獲得高電平 ，隨著電容 C3 的充電， RST 引腳的高電平將逐漸下降。本設(shè)計(jì)采用后一種復(fù)位電路。在單片機(jī) RST 引腳引入高電平并保持 2個(gè)機(jī)器周期，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。 復(fù)位電路 復(fù)位是使單片機(jī)處于某種確定的初始狀態(tài)。 C1 和 C2 可以穩(wěn)定振蕩頻率 ，并使 快速起振。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，電路如圖 9中所示。內(nèi)部時(shí)鐘方式是利用單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路產(chǎn)生時(shí)鐘信號?；倦娐钒ňд耠娐泛蛷?fù)位電路。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度 ??5 。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 振蕩器特性 :XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。注意加密方式 1 時(shí)， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號。另外，該引腳被略微拉高。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（ 外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0外部輸入） T1（記時(shí)器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為低八位地址接收。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的低八位。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 主要特性 VCC：供電電壓?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 圖 39 外形及引腳排列 主要特性 （ 1） 與 MCS51 兼容 （ 2） 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 （ 3） 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) （ 4） 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 （ 5） 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz （ 6） 三級程序存儲器鎖定 （ 7） 128 8位內(nèi)部 RAM （ 8） 32 可編程 I/O 線 （ 9） 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 （ 10） 5 個(gè)中斷源 （ 11）可編程串行通道 （ 12）低功耗的閑置和掉電模式 （ 13）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 特性概述 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個(gè) I/O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。 AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入 式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案 ??4 。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。 工作時(shí)，由程序控制讀取某智能溫度傳感器 DS18B20 采集的溫度數(shù)據(jù)，送單片機(jī)處理。圖中給出了 2 路溫度采集電路， 2 只智能溫度傳感器 DS18B20 的信號輸出端都連接到單片機(jī)的 端，電阻R6 作為上拉電阻。在外部供電方式下， DS18B20 的 GND 引腳必須接地，不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是 85℃ ??3 。 在外部電源供電方式下， DS18B20 工作電源由 VDD 引腳接入，此 時(shí)I/O 線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上可以掛接任意多個(gè) DS18B20 傳感器，組成多點(diǎn)測溫系統(tǒng)。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮 DS18B20 寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)，即使電源電壓 VCC 降到 3V 時(shí)，依然能夠保證測量精度。為了達(dá)到本系統(tǒng)的技哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 術(shù)指標(biāo)，選擇 9 位分辨率 即可 。 圖 35 高速緩存 RAM 結(jié)構(gòu) 圖 36 配置寄存器 表 31 DS18B20 分辨率的定義規(guī)定 R1 R0 分辨率 /位 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ns 0 0 1 1 0 1 0 1 9 10 11 12 375 750 9 位分辨率時(shí)，精度為 ℃ /LSB； 10 位分辨率時(shí)，精度為℃ /LSB； 11 位分辨率時(shí)，精度為 ℃ /LSB； 12 位分辨率時(shí)，精度為 ℃ /LSB。第 9 字節(jié)讀出前面所有8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。第 5 字節(jié)為配置寄存器，用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。頭 2 個(gè)字節(jié)包含測得的溫度信息。非易失性溫度 報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限。 圖 34 64 位 ROM 結(jié)構(gòu) DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個(gè)非易失性的可電擦除E2PRAM 和一個(gè)高速暫存 RAM。 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。 圖 32 DS18B20 外形結(jié)構(gòu) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 圖 33 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要 由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 總之，再更加深入了解了 DS18B20 這些優(yōu)點(diǎn)之后， 選用 DS18B20是恰當(dāng)?shù)摹?特別需要注意的一點(diǎn)是， 由于單總線為開漏 ， 所以需要外接一個(gè) 的上拉電阻 （由圖 37 可見）。 它 最具優(yōu)越性的特點(diǎn)是 采用 1Wire 總線技術(shù)，節(jié)省 I/O 資源，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)。由 DS18B20 及輔助電路構(gòu)成溫度采集電路。并且可以達(dá)到設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)要求。采用分塊結(jié)構(gòu)的溫度采樣處理電路，其硬件電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也不便于數(shù)據(jù)的處理。 圖 31 數(shù)字式多路溫度采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 采用智能溫度傳感器 （ DS18B20） 采集環(huán)境溫度并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；單片機(jī) （ AT89C51） 執(zhí)行程序 對 溫度傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析處理，轉(zhuǎn)換成環(huán)境對應(yīng)的溫度值，通過 I/O 口輸出到數(shù)碼顯示管 （ LED） 顯示；由鍵盤輸入控制選擇某采集電路檢測溫度及顯示；報(bào)警電路對設(shè)定的最高最低報(bào)警溫度進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警?？傮w設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)： （ 1）從整體到局部設(shè)計(jì) （ 2）經(jīng)濟(jì)性要求 （ 3）可靠性要求 （ 4）操作和維護(hù)的要求 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，系統(tǒng)由 5 個(gè)模塊組成：主控制器、