【正文】 件實物（金牛開發(fā)板）進行單片機系統(tǒng)的程序設計仿真可以極大地提高單片機程序在目標硬件上的可靠性，穩(wěn)定性，對于提高產(chǎn)品的開發(fā)效率、降低開發(fā)成本等有重要的作用。 判斷 是 判斷 是 判斷 是 判斷 是 按鍵程序流程圖 報警程序設計本課題設計采用高溫和低溫報警，事先預設一個最高溫度值和一個最低溫度值，最高/低溫度值可根據(jù)實際情況來設置，單片機采集到溫度值后，與其比較，如果某個傳感器的溫度超過或者低于了預設定的溫度值，將發(fā)出報警信號。對于輸入的溫度信號，其顯示是通過 寸 320*240 的彩色 TFTLCD 顯示出來的，主要顯示系統(tǒng)主界面和 4 路溫度傳感器的溫度值，該顯示模塊的 LCD 驅(qū)動芯片型號為 ILI9320，其程序流程如圖 a）所示：另外再利用 4 個發(fā)光 LED 顯示 4 個溫度傳感器的工作正常情況，其程序流程如圖 b）所示： a） LCD顯示程序流程圖 判斷 是 判斷 是 判斷 是 判斷 是LED1:亮/閃爍溫度傳感器 1:正常/異常LED2:亮/閃爍溫度傳感器 2:正常/異常LED3:亮/閃爍溫度傳感器 3:正常/異常溫度傳感器 4:正常/異常開始發(fā)送數(shù)據(jù)初始化液晶 ILI9320置顯示位置功能設置返回LED初始化LED4:亮/閃爍 b） 發(fā)光 LED程序流程圖 鍵盤程序設計單片機系統(tǒng)將傳感器的溫度信號顯示以后，需要掃描按鍵，系統(tǒng)根據(jù)輸入的不同鍵碼執(zhí)行相應的功能，按鍵電路雖然簡單，但按鍵的穩(wěn)定性、可靠性，應引起足夠的重視，例如，當檢測到有鍵按下或釋放時，應通過軟件延時以避開觸點抖動的影響，去抖時間既不能太短也不能太長，時間太短，無法起到去抖作用；時間太長，超過了鍵按下的持續(xù)時間，則會判不到按鍵。(3)：在程序等待 DS18B20發(fā)出的存在信號時，最好設置一個有限的等待時間，否則一旦有溫度傳感器損壞時，程序?qū)⑦M人無限等待的死循環(huán)中。： 返回 溫度傳感器程序流程圖DSl8B20編程注意事項：(1)：溫度換時間設置為 750ms時，靈敏度會大大提高，在需要較高精度要求下建議使用，而且回復性很好。完成DS18B20初始化和發(fā)送合適的ROM 命令之后，主機就可以發(fā)出相應的功能命令，就可以通過編程控制讀到其內(nèi)部RAM所采集到的溫度值。值得注意的是，如果跳越ROM命令跟隨的是讀暫存器[BEh]的命令，則該命令只能應用于單節(jié)點系統(tǒng)，否則將由于多個節(jié)點都響應該命令而引起數(shù)據(jù)沖突。（4）跳越ROM[CCh]主機能夠采用該命令同時訪問總線上的所有從機設備，而無須發(fā)出任何ROM代碼信息。它允許主機直接讀出從機的64位ROM代碼，而無須執(zhí)行搜索ROM過程，如果該命令用于多節(jié)點，系統(tǒng)則必然發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，因為每個從機設備都會響應該命令。主機通過重復執(zhí)行搜索ROM循環(huán)以找出總線上所有的從機設備，如果總線只有一個從機設備，則可以采用讀ROM命令來替代搜索ROM 命令，在每次執(zhí)行完搜索ROM循環(huán)后，主機必須返回初始化。每次訪問線器件，必須嚴格遵守這個命令序列，如果出現(xiàn)序列混亂，則器件不會響應主機。 系統(tǒng)主程序流程圖根據(jù)系統(tǒng)設計的功能要求，我們將整個軟件系統(tǒng)分割成若干個獨立的程序模塊，這些程序模塊可以是幾條語句的集合、功能函數(shù)或程序文件，隨后，根據(jù)各個程序模塊的實現(xiàn)功能寫出流程，一般還需要寫出具體的實現(xiàn)功能描述，本課題系統(tǒng)主程序流程如圖 所示： 是 否 是 否 是 否 是 判斷 是 否開始系統(tǒng)初始化顯示系統(tǒng)主界面KEY1 按下KEY2 按下KEY4 按下顯示 4 路溫度傳感器的溫度值保存 4 路溫度傳感器的溫度值及 RTC 時間將 4 路溫度傳感器的溫度值發(fā)送到 PC 機高于/低于預設溫度值KEY3 按下給出報警信號及相應發(fā)光 LED 閃爍相應發(fā)光 LED 閃爍按鍵掃描 系統(tǒng)主程序流程圖 溫度傳感器程序設計對單總線的DS18b20芯片來說，訪問每個器件都要遵守下列命令序列：首先是初始化；其次執(zhí)行ROM 命令；最后就是執(zhí)行功能命令。單片機干擾最常見的現(xiàn)象就是復位，導致程序運行異常，設計系統(tǒng)一般是需要添加一個“看門狗”監(jiān)控模塊，在系統(tǒng)出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的干擾時，監(jiān)控模塊將重啟系統(tǒng)，并從斷點處繼續(xù)執(zhí)行。 減少程序錯誤我們在編寫程序時，要注重考慮如下方面：（1）物理參數(shù)；（2）資源參數(shù)；（3）應用參數(shù)；（4）過程參數(shù)。本系統(tǒng)軟件設計主要包括系統(tǒng)程序和流程圖，根據(jù)整個系統(tǒng)的要求，完成溫度的測量與控制必須經(jīng)過以下幾個步驟：單片機接受傳感器的溫度信號，并通過 LCD 顯示出來，同時單片機掃描按鍵，接受控制信號，系統(tǒng)根據(jù)不同的命令，實現(xiàn)不同的功能，例如，可以將測量數(shù)據(jù)保存起來以供以后查詢使用或者通過串口傳給 PC 機，若溫度不在預設溫度的范圍內(nèi)則發(fā)出報警信號。硬件連接時，可從MAX232中的2路發(fā)送器和接收器中任選一路，只要注意發(fā)送與接收的引腳對應關(guān)系即可。RS232C總線標準接： RS232C通信接口標準定義表引 腳 信 號 方 向 功 能1 DCD IN 數(shù)據(jù)載波檢測2 RXD IN 接收數(shù)據(jù)3 TXD OUT 發(fā)送數(shù)據(jù)4 DTR OUT 數(shù)據(jù)終端設備(DTE)就緒5 GND _ 信號公共參考地6 DSR IN 數(shù)據(jù)通信設備(DEC)就緒7 RTS OUT 請求發(fā)送8 CTS IN 清除發(fā)送9 RI IN 振鈴指示STM32F107單片機內(nèi)部帶有有 5個串口電路接口，其功能與 51系列單片機的串口相似，在設計硬件接口電路時，應充分考慮到電路的電氣特性、邏輯電平以及驅(qū)動能力的匹配問題，若匹配得不好，將會導致通信失敗。此標準的目的是定義數(shù)據(jù)終端設備(DTE)之間的電氣特性。由于本課題設計需要的按鍵較少，故采用線性按鍵方式，所示： 按鍵電路連接圖 報警電路設計 為了實現(xiàn)多點溫度檢測系統(tǒng)報警的功能，在單片機獲取多點DS18B20溫度傳感器轉(zhuǎn)換的溫度值后，與預設的溫度值相比較，如果溫度不在預設定的范圍內(nèi)，高于或者低于預設的溫度值，則給出報警信號，并且相應的發(fā)光二極管不斷閃爍，表示相應的溫度傳感器出現(xiàn)異常。所以，當檢測到有鍵按下或釋放時，應通過軟件延時20 ms左右，避開觸點抖動的影響。當按鍵較少時可接成線性形式；當按鍵較多時，可以將按鍵接成矩陣形式，這種形式節(jié)省口線，其中以使用Ⅳ + Ⅳ條l/0線實現(xiàn) Ⅳ Ⅳ的矩陣掃描式按鍵電路最為常用。其電路 a ）所示： a） TFTLCD電路連接圖另外再利用4個發(fā)光LED 顯示 4個溫度傳感器的工作正常情況，其電路連接 b）所示：圖 b） 發(fā)光 LED 電路連接圖 鍵盤電路設計按鍵是電子設備常見的輸入設備，作為人們與電子設備交流的重要途徑，一旦出錯，將影響到電子設備的整體使用，按鍵電路雖然簡單，但按鍵的穩(wěn)定性、可靠性，應引起足夠的重視。由于LCD液晶顯示方式相對于數(shù)碼管顯示方式來說不用考慮不斷刷新等優(yōu)點，所以本課題設計利用TFTLCD作為輸出顯示設備。LCD液晶顯示器是Liquid Crystal Display的簡稱，LCD的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面，不僅可以顯示字符，數(shù)字，還可以顯示漢字，圖片等，由于LCD顯示器通過控制是否透光來控制亮和暗，當色彩不變時，液晶也保持不變，這樣就無須考慮刷新率的問題，對于畫面穩(wěn)定、無閃爍感的液晶顯示器，刷新率不高但圖像也很穩(wěn)定，LCD顯示器還可以通過液晶控制透光度的技術(shù)原理讓底板整體發(fā)光，做到了真正的完全平面。要使某段點亮必須具備2個條件：一是共陰極管的公共端接地和共陽極管的公共端接電源；二是共陰極管的控制端接電源和共陽極管的控制端接地。其電路連接如圖 b）所示：圖 a） 系統(tǒng)時鐘電路 圖 b） RTC 時鐘電路 顯示電路設計顯示設備是電子系統(tǒng)常見的輸出設備，在電子系統(tǒng)中占有極其重要的作用，顯示電路主要有兩種顯示方式：數(shù)碼管顯示方式和LCD液晶顯示方式。單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，在引腳 XTAL1 和 XTAX2 外接晶體振蕩器，晶振為 8MHZ，就夠成了內(nèi)部振蕩方式，外部振蕩方式是把已有的時鐘信號引入單片機內(nèi)，這種方式適于用于用來使單片機的時鐘與外部信號保持一致，但內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定。開關(guān)復位要求在電源接通的條件下，在單片機運行期間，如果發(fā)生死機，用按鈕開關(guān)操作使單片機復位。復位操作通常有上電和開關(guān)復位。 復位電路無論哪種單片機，都會涉及復位電路。本課題是運用 ST 公司的 STM32F107 來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制，主要運用到了啟動選項配置，復位電路，時鐘電路等部分。還集成了各種高性能工業(yè)標準接口，包括ADC、 DAC、 I2C、USART、SPI 、I2S，擁有全速 USB（OTG ） ， 接口，以及以太網(wǎng) 10/100 MAC 模塊。正是由于以上特點，DS18B20廣泛應用于過程控制、環(huán)境控制、建筑物、機器設備中的溫度檢測。 （3）每一個DS18B20都有一個惟一的序列號，這就允許多個DS18B20連接到同一總線上，尤其適合于多點溫度檢測系統(tǒng)。DS18B20有如下的性能特點： （1）可將被測溫度直接轉(zhuǎn)換成計算機能識別的數(shù)字信號輸出，溫度值不需要經(jīng)放大和A／D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，解決了傳統(tǒng)溫度傳感器存在的因參數(shù)不一致性的問題，使用方便。DS18B20與單片機的硬件連接有兩種方法，一是外部電源供電方式：VCC接外部電源，GND接地，I/0與單片機的I/0線相連；二是寄生電源供電方式 :VCC和GND 接地，I/0接單片機I/0線。其系統(tǒng)框圖如圖 所示：圖 系統(tǒng)整體框圖 溫度傳感器設計DS18B20單總線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳DS18B20鍵盤電路發(fā)光 LED存儲電路LCD 顯示STM32F107單片機報警電路電源電路時鐘電路復位電路RS232PC計算機感器。由于單片機具有強大的運算和控制功能，使得整個系統(tǒng)具有模塊化、硬件電路簡單以及操作方便等優(yōu)點。 第二章 硬件設計本課題研究的多點測溫系統(tǒng)是以 STM32F107 單片機和單總線 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 為核心，充分利用單片機優(yōu)越的內(nèi)部和外部資源及數(shù)字溫度傳感器DS18B20 的優(yōu)越性能構(gòu)成一個完備的測溫系統(tǒng)，實現(xiàn)對溫度的多點測量。DS18B20有如下的性能特點：(1) 獨特的單線接口，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口線與微機連接，無需變換其它電路，直接輸出被測溫度值； (2) 多點能力使分布式溫度檢測應用得以簡化；(3) 不需要外部元件；(4) 既可用數(shù)據(jù)線供電，也可采用外部電源供電；(5) 不需備份電源；(6) 測量范圍為 55～+125℃ ， 固有測溫分辨率為 0．5℃；(7) 通過編程可實現(xiàn) 9～12位的數(shù)字讀數(shù)方式；(8) 用戶可定義非易失性的溫度告警設置；(9) 應用范圍包括恒溫控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費類產(chǎn)品、溫度計或任何熱敏系統(tǒng)。相對與方案 2，硬件電路簡單，易于操作，具有更高的性價比，更大的市場。該儀器電路簡單、功能可靠、測量效率高，很好地彌補了傳統(tǒng)溫度測量方法的不足。 下位機采用的是 STM32F107 單片機基于數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 的系統(tǒng)。溫度值既可以送回主控 PC 機進行數(shù)據(jù)處理，由顯示器顯示。 設計方案三本方案運用主從分布式思想，由一臺上位機（PC 微型計算機） ，下位機（單片機）多點溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級分布式多點溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)。 設計方案一本方案采用模擬分立元件，如電容、電感或晶體管等非線形元件，實現(xiàn)多點溫度的測量及顯示，該方案設計電路簡單易懂，操作簡單，且價格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成數(shù)字化，而且測量誤差較大。并設計一種合理、可行的單片機監(jiān)控軟件，完成多點測量和顯示的任務，并編寫硬件底層驅(qū)動程序。 本課題的任務與目標本課題設計主要是實現(xiàn)對溫度進行多點同時測量并準