【正文】 元器件的介紹 ............................................................................. 7 167。 溫度傳感器介紹（ DS18B20） ......................................... 10 167。 硬件電路圖設計 ....................................................................... 13 167。 溫度檢測電路 ...................................................................... 14 167。 燈控制電路 .................................................................. 15 167。 單片機接口程序設計 ............................................................... 17 167。 VISA 簡介 ............................................................................ 18 167。 HMI 設計 ............................................................................. 19 167。 單片機串口通訊協(xié)議 ................................................................ 22 結 論 ..................................................................................................... 23 參考文獻 ................................................................................................. 24 致 謝 ..................................................................................................... 25 附 錄 ..................................................................................................... 26 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 1 前 言 此次畢業(yè)設計的主要研究內容 以單片機為核心，設計溫度檢測電路， LED燈控制電路，開關輸入檢測電路，串行通信接口電路，并編寫相關控制程序。 LabView 是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應用程序的圖形化編程語言。因而可在很短的時間內被掌握并應用到實踐中去，特別適合硬件工程師、實驗室技術人員、生產線 工藝技術人員的學習和使用。 LabView 有一個可完成任何編程任務的龐大的函數(shù)庫。 LabView 還有一個特點是模塊化，體現(xiàn)在兩個方面。 圖 01 LabView 軟件總體結構框圖 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 2 LabView 沒有常規(guī)儀器的控制面板，而是利用計算機強大的圖形環(huán)境，采用可視化的圖形編程語言和平臺，以在計算機屏幕上建立圖形化的軟面板來替代常規(guī)的傳統(tǒng)儀器面板。在操作時，用戶通過鼠標或鍵盤操作軟面板，來檢驗儀器的通信和操作。通過開放的 LabView 環(huán)境和與之無縫集成的硬件，能夠方便地將設計從理論階段、完成系統(tǒng)辨識、控制設計、動態(tài)系統(tǒng)仿真以及實時系統(tǒng)實現(xiàn)。 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 3 第 1 章 緒 論 167。 研究的背景 目前以計 算機為上位機和以單片機為下位機的集散式控制系統(tǒng)被廣泛的應用于工業(yè)檢測和控制系統(tǒng)中。串行通信是一種常用的數(shù)據(jù)傳輸方法，雖然它的傳輸速度慢，但它占用的通信線路少，成本低，在工程的通信方式上仍有重要地位。 虛擬儀器在那些發(fā)達國家中設計、生產、使用已經十分普及。國內專家預測，未來的幾年內，我國將有 50％的儀器為虛擬儀器。隨著微型計算機的發(fā)展，各種有關軟件不斷誕生，虛擬儀器將會逐步取代傳統(tǒng)的測試儀器而成為測試儀器的主流。 課題研究意義 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器技術不同，虛擬儀器在通用計算機平臺上通過數(shù)據(jù)采集設備，然后根據(jù)用戶的實際需求就可以構建起不同的系統(tǒng)。虛擬儀 器采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件，它主要使用計算機顯示器的顯示功能來顯示模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，這就可以用多種形式輸出檢測結果，即實用又美觀。虛擬儀器系統(tǒng)可以歸納為圖 11。這樣就可以使部分儀器的硬件軟件化，增加了系統(tǒng)靈活性，并且節(jié)省了資源。 (2) 因為虛擬儀器融合了計算機的硬件資源，計算機來直接處理這些應用，這樣就大大的增強了傳統(tǒng)儀器的功能，突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳輸、存儲等方面的限制。 (4) 當今世界的計算機技術和相關的技術發(fā)展十分迅速，虛擬儀器也是建立在此基礎上的，因此虛擬儀器隨著計算機更新的速度快，功能越來與強大。因此 ，用戶可根據(jù)自己的需要，選用不同廠家的產品，而且硬件還可以互換，這樣就使虛擬儀器系統(tǒng)更為靈活。 167。每一種儀器就是一種完全封閉的專用系統(tǒng)。虛擬儀器從最初的概念提出到現(xiàn)在日趨成熟的技術，這些都離不開計算機技術 的飛速。 第一階段是使用計算機增強傳統(tǒng)儀器的功能。 第二階段是開放式的通用接口和儀器硬件構成。這些新的技術使儀器的構成和接口得以統(tǒng)一和不斷開放，這樣就慢慢地消 除了原來由用戶定義和供應商定義的儀器功能的區(qū)別。在硬件和軟件領域產生許多行業(yè)標準，有幾個虛擬儀器平臺已經得到廣泛的應用并有趨勢逐漸成為虛擬儀器行業(yè)標準。 第四階段，虛擬儀器編程的行業(yè)標準產生了，接口、總線、傳輸?shù)榷加型ㄟ^統(tǒng)一的標準，虛擬儀器的作者只要把大部分精力放在程序的開發(fā)和儀器功能的設計上就可以了，就不需要考慮這些問題。 167。 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 6 第 2 章 系統(tǒng)方案設計 167。單片機對溫度和開關量進行采集，經過處理，通過串口通信傳輸?shù)缴衔粰C中，由上位機 LabView 軟件進行編程將信息處理并呈現(xiàn)在用戶面前，既能實現(xiàn)人機對話，也能實現(xiàn)遠程控制下位機功能。 系統(tǒng)硬件的選擇 傳感器采用傳統(tǒng)的 DS18B20 傳感器，它能直接讀出被測溫度，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。 控制器選用 STC12C5A60S2，該單片機具有 8 路 10 位 AD，雙串口，該單片機有 1024 字節(jié)的擴展 RAM，同時，該單片機采用了不分頻執(zhí)行機器周期，同晶振頻率下，運行速度是普通 51 單片機的 12 倍，可不用進行初始化設置，就可進行在常用波特率下的串口通信。 元器件的介紹 167。 STC12C5A6060S2 系列單片機幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個偏上系統(tǒng)。內部集成 MAX810 專用復 位電路， 2 路 PWM， 8 路高速10 位 A/D 轉換，針對電機控制，強干擾場合。當 P0 口作為輸入 /輸出口時， P0 是一個 8 位準雙向口，內部有弱上拉電阻，無需外接上拉電阻。 標準 IO 口、串口 1 數(shù)據(jù)接收端 外部中斷 0，下降沿中斷或低電平中斷 定時器計數(shù)器 0 外部輸入、定時器 0 下降沿中斷、定時計數(shù)器 0 的時鐘輸出 A/D 轉換器的結構 STC12C5A60AD/S2 系列帶 A/D 轉換的單片機的 A/D 轉換口在 P1 口，有 8 路 10 位高速 A/D 轉換器，速度可達到 250KHz（ 25 萬次 /秒）。上電復位后 P1 口為弱上拉型 IO 口，用戶可以通過軟件設置將 8 路中的任何一路設置為 A/D 轉換，不須作為 A/D 使用的口可繼續(xù)作為 IO 口使用。 該單片機的 ADC 是逐次比較型 ADC。逐次比較型 A/D 轉換器具有速度高，功耗低等優(yōu)點。 167。 DS18B20 的性能特點如下： ●獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信； ●多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能； ●無須外部器件； ●可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ~； ●零待機功耗； ●溫度以 9 或 12 位數(shù)字； ●用戶可定義報警設置； ●報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器 件； ●負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20 溫度傳感器的內部存儲器還包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電擦除的 EERAM。頭 2 個字節(jié)包含測得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié) TH 和 TL的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。 DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數(shù)值。低 5 位河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 11 一直為 1， TM 是工 作模式位，用于設置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式， DS18B20 出廠時該位被設置為 0，用戶要去改動， R1 和 R0 決定溫度轉換的精度位數(shù)，來設置分辨率。因此，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。第 9 字節(jié)讀出前面所有 8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。轉換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 2字節(jié)。 當符號位 S＝ 0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉換為十進制；當符號位 S＝ 1 時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。若 T＞ TH 或 T＜ TL，則將該器件內的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應。 在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（ CRC）。 DS18B20 的測溫原理是這這樣的 ,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩 頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，產生的信號作為減法計數(shù)器 2 的脈沖輸入。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將－ 55℃ 所對應的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 溫度寄存器中，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。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)器門未關閉就重復上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作按協(xié)議進行。 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 13 167。 該器件內置 USB 功能控制器、 USB 收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調制解調器控制信號的 UART，只需外接幾只電容就可實現(xiàn) USB 信號與 RS232 信號的轉換，能夠方便嵌入到手持設備。這些工作全部由器件自動完成，開發(fā)者無需考慮固件設計。 167。 主板電路 系統(tǒng)整體硬件電路包括，溫度檢測電路， LED 燈控制電路，開關輸入檢測電路，串 行通訊接口電路，單片機主板電路等，如圖 33 所示。 溫度檢測電路 溫度檢測電路包括滑動變阻器 2 個，以及 A/D 轉換。前面介紹了溫度傳感器，為了方便期間，可將溫度傳感器傳來的數(shù)據(jù)簡化為電壓值，經過 A/D 轉換傳入上位機中。 鍵盤電路 鍵盤電路設計采用 8 個獨立按鍵來對應 8 個 LED 燈， S