【正文】 算術(shù)平均濾波法是對目標參數(shù)進行連續(xù)采樣，然后求其算術(shù)平均值作為有效采樣值。每次采樣后都和上次的有效采樣值進行比較，如果變化幅度不超過經(jīng)驗值，本次采樣有效，否則，本次采樣值應(yīng)視為干擾而放棄，以上次采樣值為準。在本系統(tǒng)設(shè)計中，采用了數(shù)字濾波的軟件抗干擾措施，所采用的數(shù)字濾波算法是去極值平均濾波法。附錄中給出了延時程序的源程序，同時延時程序還作為通用功能模塊被其他模塊調(diào)用 。另一種是用軟件延時的方法來解決，即利用軟件的延時避開按鍵的按下與抬起時都有的抖動期，從而避免檢測到干擾信號。其特點之一就是它的抖動性，這是由按鍵的機械特性所決定的，抖動的時間一般約為 10ms 一 20ms。 流程圖如 所示： 26 圖 外部中斷 INT0中斷程序 流程圖 軟件抗干擾措施 本系統(tǒng)中，在軟件方面的抗干擾措施主要從以下兩個個方面來考慮 （ 1）按鍵的軟件消抖 按鍵是一個機械開關(guān)，當(dāng)鍵按下時，開關(guān)閉合 。 中斷系統(tǒng)在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中占有非常重要的角色，其中前后臺的應(yīng)用最為實用，中斷系統(tǒng)能幫助我們及時處理重要事務(wù)，出現(xiàn)故障能進行實時處理，中斷還能夠節(jié)約大量的 CPU 資源，就比如查詢方式來說中斷查詢方式要比軟件查詢方式要來得方便，可靠且節(jié)約內(nèi)存等，中斷系統(tǒng)對單片機來說是占有不可或缺的地位， 限于篇幅，只介紹中斷處理子程序。因為數(shù)字溫度傳感器DS18B20 能將外界的溫度直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，直接送入單片機處理就行了，就不用在經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)化器將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，這樣就方便了很多而且抗干擾能力強。 24 圖 主程序流程圖 數(shù)據(jù)采集軟 件設(shè)計 數(shù)據(jù)采集模塊的任務(wù)是負責(zé)溫度信號的采集以及將采集到的 溫度 模擬量 信號 轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字量 信號 提供給單片機。 主程序模塊的程序流程圖如圖 所示。 主程序要協(xié)調(diào)各個模塊的工作，要把溫度采集、溫度設(shè)置、溫度顯示、鍵盤掃描輸入、中斷處理等各個模塊的子程序統(tǒng)一協(xié)調(diào)起來，避免混亂打架的現(xiàn)象，要使得溫度控制各個模塊正常的工作。 主程序軟件設(shè)計 主程序模塊要做的主要工作是上電后對系統(tǒng)初始化和構(gòu)建系統(tǒng)整體軟件框架，其中初始化包括對單片機的初始化、芯片 初始化和串口初始化等。主模塊的功能是為其余幾個模塊構(gòu)建整體框架及初始化工作數(shù) 據(jù)采集模塊的作用是將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量采集并儲存到存儲器中數(shù)據(jù)處理模塊是將采集到的數(shù)據(jù)進行一系列的處理，其中最重要的是數(shù)字濾波程序控制算法模塊完成控制系統(tǒng)的運輸出控制量。即整個控制軟件由許多獨立的小模塊組成，它們之間通過軟件接口連接，遵循模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)關(guān)系緊湊，模 塊之間數(shù)據(jù)關(guān)系松散的原則，按功能形成模塊化結(jié)構(gòu)。 結(jié)合上述編制系統(tǒng)軟件的基本要求，首先討論軟件的設(shè)計思想。近年來，由于硬件的集成度與運算速度的提高，配合相應(yīng)的軟件，實時性比較容易滿足設(shè)計要求； （ 3） 準確性 準確性 準確性對整個系統(tǒng)具有重要意義，尤其是測量系統(tǒng)，系統(tǒng)要進行一定量的運算，算法的正確性和準確性對結(jié)果有著直接的影響，因此在算法的選擇、計算的精度等方面都要符合設(shè)計的要求 。硬件是系統(tǒng)的軀體，軟件則是靈魂，當(dāng)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計好之后，系統(tǒng)的主要功能還是要靠軟件來實現(xiàn)，而且軟件的設(shè)計在很大程度上決定了測控系統(tǒng)的性能。完成對被測物體的溫度控制。 21 圖 電源電路 溫度報警系統(tǒng)電路 主機電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、 電源電路、 控制執(zhí)行電路以 及掉電保護電路。 給各器件提供電源，使其更好的工作。變壓器將的市電降壓后再通過整流橋整流之后采用了大容量的電解電容進行濾波，以減小輸出電壓紋波。設(shè)計中選用了 雙 12V的電源電壓變壓器 和 四 個三端集成穩(wěn)壓器，分別提供 +5V、 +8V和一 5V、 8V直流電壓，輸出電流均為 1A。系統(tǒng)串口通信電路如 下圖 所示。該芯片集成有兩路收發(fā)器，可將單片機輸入的電平轉(zhuǎn)換為電平發(fā)送給 從 機，或?qū)臋C接收的電平轉(zhuǎn)換為電平發(fā)送給單片機。 電平轉(zhuǎn)換器有 232 電平轉(zhuǎn)換和 485 電平轉(zhuǎn)換，本設(shè)計采用 232 電平轉(zhuǎn)換， 系統(tǒng)設(shè)計采用公司的一接口芯，這是一種標準的一接口芯片。具體任務(wù) 是： 并轉(zhuǎn)換； ； ； TTL 與 EIA 電平轉(zhuǎn)換； 。串行通信接口的基本任務(wù)是實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化。 圖 報警電路圖 串行通信接口電路 目前，廣泛使用的串行數(shù)據(jù)接口標準有一，一與一三種。 如圖 ：繼電器的通斷通過單片機的 I/O的輸出控制，從而控制加熱器、制冷器的啟停，來控制被測物體的溫度。其傳遞函數(shù)形式為： G(s)=K/（ Ts+1） ets 電機 可以認為是線形環(huán)節(jié)實現(xiàn)對 被測物體溫度 的控制。s 的恢復(fù)時間。所有讀時序至少 60181。 讀時序 ： DS18B20 只能在主機發(fā)出讀時序時才能向主機傳送數(shù)據(jù)。s~60181。s）。s 內(nèi)釋放總線 ， 然后由上拉電阻將總 線拉至高電平。兩種寫時序均以主機拉低總線開始 。s，且在兩次寫時序之 間至少需要 1181。主機在寫 1 時序向 DS18B20寫入邏輯 1， 而在寫 0 時序向 DS18B20 寫入邏輯 0。讀 /寫時序如圖 34 所示。 圖 DS18B20初始化時序圖 （ 2） 讀和寫時序 在寫時序期間 ， 主機向 DS18B20 寫入指令 ， 而在讀時序期間，主機讀入來自 DS18B20 的指令。s 產(chǎn)生應(yīng)答 脈沖。s，通過拉低總線 60181。 DS18B20 檢測到這個上升沿后，延時 15181。然后主機 釋放總線并進入接收 (RX)模式。 （ 1） 初始化序列：復(fù)位脈沖和應(yīng)答脈沖 在初始化過程中 ， 主機通過拉低單總線至少 480181。除了應(yīng)答脈沖所有這些信 號都由主機發(fā)出同步信號 。 五、 DS18B20 的信號方式 DS18B20 采用嚴格的單總線通信協(xié)議 ， 以保證數(shù)據(jù)的完整性。 （ 2） ROM 命令 ROM 命令通過每個器件 64bit 的 ROM 碼，使主機指定某一特定器件（如果有多個器件掛在總線上）與之進行通信 DS18B20 ， 每個 ROM 命 令都是 8 bit 長。由主機發(fā)出的復(fù)位脈沖和跟 在其后的由 DS18B20 發(fā)出的應(yīng)答脈沖構(gòu)成。在 DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動。 DS18B20 溫度傳感器的存儲器 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電擦 EEPROM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。 光刻 ROM 的作用是使每一個 DS18B20 都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。 圖 DS18B20 的內(nèi)部框圖 三、 DS18B20 的 4 個主要數(shù)據(jù)部件 光刻 ROM 中的 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。使用 寄生電源時， DS18B20 不需額外的供電電源；當(dāng)總線為高電平時，功率由單總線上的 上拉電阻通過 DQ 引腳提供；高 電平總線信號同時也向內(nèi)部電容 CPP 充電， CPP 在總線低電平時為器件供電。 （ 4 ， 暫存器的 6 和 7 字節(jié)器件內(nèi)部保留使用。暫存器包含兩字節(jié)（ 0 和 1 字節(jié) ） 的溫度寄存器，用于存儲溫度傳感器的數(shù)字輸出。 二、 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 的內(nèi)部 框圖如 下圖 所示。 15 三個管腳， 1 腳是接地腳， 2 腳是單總線、可向電源提供電源 、 3 腳是電源腳。 數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從 9 位到 12 位選擇。 實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。 一、 DS18B20 產(chǎn)品的特點 只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。 圖 溫度傳感器硬件電路示意圖 溫度傳感器 DS18B20 的簡介 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器是 DALLAS 公司生產(chǎn)的 1－ Wire，即單總線器件，具有 線路簡單，體積小的特點。 如圖 所示：溫度傳感器 DS18b20 與單片機只用一根線連接即單總線或one_wire 總線。 P3 端口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O，每個端口都有第二功能，其輸出緩沖級可驅(qū)動 (吸收或 輸出電流 )4 個 TTL 邏輯門電路。 圖 鍵盤電路 14 溫度傳感器的硬件電路設(shè)計 溫度傳感器電路設(shè)計 溫度 數(shù)據(jù)采集電路主要由 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 采集被測物體的溫度 。其原理圖如下所示： 圖 液晶顯示硬件電路 鍵盤硬件電路的設(shè)計 如圖所示 按鍵 KEY KEY11 分別與 （ INTO） 、 相連 ，采用外部中斷方式。而 RS、 RW、E 分別接單片機的 、 、 口，控制液晶的讀寫操作。 將數(shù)據(jù)或命令送達數(shù)據(jù)線上 ， 給 E 一個高脈沖將數(shù)據(jù)送入液晶控制器，完成寫操作。 12 ②、 液晶 1602 接口信號 寫操作時序 通 過 RS 確定是寫數(shù)據(jù)還是寫命令。 液晶顯示電路 液晶顯示電路主 要用于當(dāng)前溫度的顯示和設(shè)定時的溫度顯示，以便于工作人員的觀察。在使用外部時鐘時，外部時鐘必須從 XTAL1 輸入，而 XTAL2 懸空。本設(shè)計采用的晶振頻率為 12MHZ。 AT89C51 內(nèi)部有一個反相振蕩放大器， XTAL1 和 XTAL2 分別是該反向振蕩放大器的輸入端和輸出端。 時鐘電路 時鐘電路是單片機的心臟，它控制著單片機的工作節(jié)奏。由于單片機運行過程中，其本身的干擾或外界干擾會導(dǎo)致出錯，此時我們可按復(fù)位鍵重新開始運行。其中的數(shù)據(jù)信息不會丟失，也即復(fù)位后，只影響 SFR 中的內(nèi)容，內(nèi)部 RAM 中的數(shù)據(jù)不受影響。 AT89C51 的 RST引腳為復(fù)位端，該引腳連續(xù)保持 2 個機器周期（ 24 個時鐘振動周期）以上高電平，則可使單片機復(fù)位。在 flash 編程期間， EA 也接收 12 伏 VPP 電壓。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令， EA 必須接 GND。當(dāng)AT89S52 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN 在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN 將不被激活。這個 ALE 使能標志位（地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。這一位置 “1”， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時有效。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE 脈沖將會跳過。在 flash 編程時，此引腳（ PROG）也用作編程輸入脈沖。 DISRTO 默認狀態(tài)下，復(fù) 10 位高電平有效?？撮T狗計時完成后， RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。 引腳第二功能 RXD（串行輸入） ； TXD（串行輸出） ； INT0(外部中斷 0)； INT0(外部中斷 0)； T0（定時器 0 外部輸入） ； T1（定時器 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)存儲器寫選通 ) RST: 復(fù)位輸入。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。對 P3 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。在 flash 編程和校驗時， P2 口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號。在這種應(yīng)用中，P2 口很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。作為輸入使用時，被部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 引腳號 第二功能 T2（定時器 /計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 ； T2EX（定時器 /計數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） ； MISO（在系統(tǒng)編程用） ； SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。此外， /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和時器 /計數(shù)器的觸發(fā)輸入（ ），具體如下表所示。對 P1 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。程序校驗時，需要外部上拉電阻。當(dāng)訪問外部程和數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口也被作為低 8 位地址在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。作為輸出口，每位能驅(qū)動 9 8 個 TTL 邏輯電平。 R8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 ，其管腳功能圖如下所示 ?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方 AT89S52具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。使用 ATMEL 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)