【正文】 模塊。 系統(tǒng)軟件設計的一般原則　　在單片機應用開發(fā)中代碼使用效率、單片機的抗干擾性以及軟件可靠性是實際工程設計的重點。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 KEIL C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。 KEIL C51是美國KEIL Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。這使得匯編語言程序不能移植，使用不便；其次，要使用匯編語言進行程序設計必須了解所使用CPU硬件的結構與性能，對程序設計人員有較高的要求。以上兩種語言都是低級語言。匯編語言不像高級語言（如BASIC）那樣通用型強，而是屬于某種計算機所獨有，與計算機的內(nèi)部硬件結構密切相關。這樣就出現(xiàn)了另一種程序語言—匯編語言。用機器語言編寫程序不易記憶、不易查錯、不易修改。用機器語言編寫的程序成為機器語言程序或者指令程序（機器碼程序） 。程序設計語言是實現(xiàn)人機交換信息的最基本工具，可分為機器語言、匯編語言和高級語言。該系統(tǒng)硬件電路的主要原理圖見圖 1 所示:圖 顯示電路圖及按鍵控制 報警電路設計 為了實現(xiàn)四點溫度檢測報警系統(tǒng)，本課題采用80C51單片機作為主控制器，采用掃描的方式對四點DS18B20溫度傳感器獲取對應該位置的溫度值，經(jīng)處理后可以立即發(fā)送到單片機，如只要四點溫度有一個不在設定的范圍內(nèi)，給出報警信號。報警模塊則是由三極管驅(qū)動蜂鳴器報警。液晶顯示模塊是選用 LCM1602 來顯示實時溫度和所設定的溫度上下限值，其中數(shù)據(jù)命令選擇端 RS 接 ，讀寫選擇端 R/W 接 ，使能信號E 接 ，而引腳 VEE 接在可變電阻器上，通過調(diào)整其電阻值來調(diào)節(jié)液晶顯示器對比度。其中時鐘模塊和復位模塊是啟動芯片 80C51 不可或缺的。 因此采用獨立式鍵盤來完成這一功能。常用的鍵盤接口分為獨立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。鍵的閉合與否，反映在輸出電壓上就是呈現(xiàn)低電平還是高電平，通過對電平高低狀態(tài)的檢測，便可確認是否有按鍵按下。 時鐘電路 按鍵及顯示電路設計本課題要將傳感器的溫度信號和鍵盤輸入的控制信號都顯示出來，利用單片機 80C51 傳輸控制信號。內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定。內(nèi)部振蕩器方式如下。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。圖 .復位電路時鐘電路：80C51單片機的時鐘信號通常用內(nèi)部振蕩和外部振蕩方式。當單片機已在運行之中時，按下復位鍵也能使RST持續(xù)一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電且開關復位的操作。開關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，用按鈕開關操作使單片機復位。復位操作通常有上電和開關復位。復位操作完成單片機片內(nèi)電路的初始化，使單片機從一種確定的狀態(tài)開始運行。如果復位電路不可靠，在工作中就有可能出現(xiàn)“死機” ， “程序走飛”等現(xiàn)象。本課題運用 Intel 公司的 80C51 進行系統(tǒng)控制，運用到了復位電路，時鐘電路，串口，I/O 口。本課題是利用 Intel 的 80C51 控制整個系統(tǒng)。Intel 公司的 MCS96系列單片機以及 Microchip 公司的 PIC 系列單片機。單片機全稱單片微型計算機，是將計算機的基本部分微型化，使之集成在一塊芯片上的微機。這一點在進行 DS18B20 硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。因此，在用 DS18B20 進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達 150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。③連接 DS18B20 的總線電纜是有長度限制的。②在 DS18B20 的有關資料中均未提及單總線上所掛 DS18B20 數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個 DS18B20，在實際應用中并非如此。此外，854DS18B20 尚需依上式為暫存器中的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生一個8位CRC 送給主機，以確保暫存器數(shù)據(jù)傳送無誤。主機根據(jù)ROM 的前56 位來計算CRC 值，并和存入DS18B20 中的CRC 值作比較，以判斷主機收到的ROM 數(shù)據(jù)是否正確。一旦某測溫點越限，主機利用告警搜索命令即可識別正在告警的器件，并讀出其序號，而不必考慮非告警器件。若TTH 或TTL，則將該器件內(nèi)的告警標志置位，并對主機發(fā)出的告警搜索命令作出響應。 在正常測溫情況下，DS18B20 ℃，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結果：首先用DS18B20 提供的讀暫存器指令(BEH)讀出以℃為分辨率的溫度測量結果，然后切去測量結果中的最低有效位(LSB)，得到所測實際溫度的整數(shù)部分TZ，然后再用BEH 指令取計數(shù)器1 的計數(shù)剩余值CS 和每度計數(shù)值CD。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在55℃所對應的一個基數(shù)值。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。第8個字節(jié)用于內(nèi)部計算。暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，前2個字節(jié)是測得的溫度信息，第1個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低8位，第2個字節(jié)是溫度的高8位。64位光刻ROM 的排列是：開始8位是產(chǎn)品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉換溫度，讀取的溫度總是85℃。在強上拉方式下可以解決電流供應不走的問題，因此也適合于多點測溫應用，缺點就是要多占用一根 I/O 口線進行強上拉切換。并且工作電源VCC必須保證在5V，當電源電壓下降時，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會使溫度誤差變大。 獨特的寄生電源方式有三個好處：1）進行遠距離測溫時，無需本地電源2）可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM3）電路更加簡潔，僅用一根I/O口實現(xiàn)測溫 要想使DS18B20進行精確的溫度轉換，I/O線必須保證在溫度轉換期間提供足夠的能量，由于每個DS18B20在溫度轉換期間工作電流達到1mA，當幾個溫度傳感器掛在同一根I/O線上進行多點測溫時，的能量，會造成無法轉換溫度或溫度誤差極大。圖4給出了DSl8B20與微處理器的典型連接。DSl8B20與單片機的硬件連接有兩種方法：一是VCC接外部電源，GND接地，I/0與單片機的I/0線相連；二是用寄生電源供電，此時,~UDD和GND接地，I/0接單片機I/0。1． DS18B20的性能特點單線數(shù)字化智能集成溫度的傳感器，其特點是：① DSI8B20可將被測溫度直接轉換成計算機能識別的數(shù)字信號輸出，溫度值不需要經(jīng)電橋電路先獲取電壓模擬量，再經(jīng)信號放大和A／D轉換成數(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，在更換傳感器時會因放大器零漂而必須對電路進行重新調(diào)試的問題，使用方便．② DS18B20能提供9到12位溫度讀數(shù)，精度高，且其信息傳輸只需1根信號線，與計算機接口十分簡便，讀寫及溫度變換的功率來自于數(shù)據(jù)線而不需額外的電源．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)．④ 負壓特性：當電源極性接反時，DS18B20雖然不能正常工作，但不會因發(fā)熱而燒毀 正是由于具有以上特點，DS18B20在解決各種誤差、可靠性和實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化等方面與傳統(tǒng)各種溫度傳感器相比，有無可比擬的優(yōu)越性，因而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。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 溫度傳感器 DS18B20DS18B20型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。對某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設計制造傳感器。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。6） 精度精度是傳感器的一個重要的性能指標，它是關系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強的環(huán)境適應能力。5） 穩(wěn)定性傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。4）線性范圍 傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。因此，要求傳感器本身應具有較高的信噪比，盡員減少從外界引入的串擾信號3）頻率響應特性 傳感器的頻率響應特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應總有—定延遲，希望延遲時間越短越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大??；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口，價格能否承受，還是自行研制。測量結果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。 溫度傳感器 溫度傳感器選用細則 現(xiàn)代傳感器在原理與結構上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進行某個量的測量時首先要解決的題。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。整個系統(tǒng)由單片機控制，能夠接收傳感器的溫度數(shù)據(jù)并顯示出來，可以從鍵盤輸入命令，系統(tǒng)根據(jù)命令，選擇對應的溫度傳感器，并由驅(qū)動電路驅(qū)動溫度顯示。根據(jù) DS18B20 以上的特點我選用方案三來實現(xiàn)本課題。它有如下的性能特點：1)獨特的單線接口，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口線與微機接口，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)警告搜索命令能識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件(溫度警告情況)；10)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)。全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。采用美國Dallas半導體公司推出的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。所以我采用方案 3 完成本設計。相對與方案 1，在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升。系統(tǒng)框圖如下：溫度傳感器 1溫度傳感器 2A/D 轉 換 器單 片 機按鍵LCD 顯示蜂鳴報警裝置溫度傳感器 3溫度傳感器 4 圖 2 .2 方案三的系統(tǒng)框圖 方案的比較與選擇基于數(shù)字式溫度計 DS18B20 的溫度測量儀的硬軟件開發(fā)過程，DS18B20 將溫度信號直接轉換為數(shù)字信號，實現(xiàn)了與單片機的直接接口，從而省去了信號調(diào)理電路。整個系統(tǒng)由單片機控制，要能夠接收傳感器的數(shù)據(jù)并顯示出來，可以從鍵盤輸入命令，系統(tǒng)根據(jù)命令，選擇對應的傳感器，并由驅(qū)動電路驅(qū)動溫度顯示。報警電路可以在被測溫度不在上下限范圍內(nèi)時，發(fā)出報警鳴叫聲音。 設計方案三本方案采用 80C51 作為該系統(tǒng)的單片機。 設計方案二本方案采用 80C51 單片機為核心，通過溫度傳感器 AD590 采集溫度信號，經(jīng)信號放大器放大后，送到 A/D 轉換芯片，最終經(jīng)單片機檢測處理溫度信號。對于控制系統(tǒng)可以采用單片機等。進行了調(diào)試和仿真，包括硬件仿真和軟件仿真，完成數(shù)據(jù)的采集和處理。 本課題研究內(nèi)容 （1）利用單片機，確定系統(tǒng)的總體設計方案，包括其功能設計；設計原則；組成與工作原理；（2）對單片機的應用作進一步的了解，對于溫度控制要有更進一步的認識。系統(tǒng)利用單片機獲得多個溫度傳感器數(shù)據(jù)并與系統(tǒng)設計值進行比較 ,根據(jù)比較結果分別控制執(zhí)行系統(tǒng)。開發(fā)工具：Proteus 仿真軟件 ，KEIL 編程軟件。根據(jù)該課題首先要解決的問題是對相關軟硬件的熟悉和了解，并學習相關知識。 針對目前市場的現(xiàn)狀，本課題提出了一種可滿足要求、可擴展的并且性價比高的單片機多路測溫系統(tǒng)。該類儀表可很好的滿足單個用戶單點測量的需要。自帶 LED 顯示模塊，顯示 4 位到 16 位不等。對于單點溫測儀表，主要采用傳統(tǒng)的模擬集成溫度傳感器，其中又以熱電阻、熱電偶等傳感器的測量精度高，測量范圍大，而得到了普遍的應用。 傳感器在溫度測控系統(tǒng)中的應用。以上特性使得 DS18B20 非常適用于構建高精度、多點溫度測量系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代科學技術的飛速發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路設計技術的發(fā)展，微型化、集成化、數(shù)字化正成為傳感器發(fā)展的一個重要方向。其測量控制一般產(chǎn)用各式各樣形態(tài)的溫度傳感器。在三大信息信息采集（即傳感器技術） 、信息傳輸（通信技術）和信息處理（計算機技術）中，傳感器屬于信息技術的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是數(shù)字溫度傳感器技術，在我國各領域已經(jīng)應用的非常廣泛可以說是滲透到社會的每一個領域，與人民的生活和環(huán)境的溫度息息相關。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關的溫度控制量，適配各種微控