【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(shè)計(jì) ....................................................................... 13 167。 溫度檢測(cè)電路 ...................................................................... 14 167。 燈控制電路 .................................................................. 15 167。 單片機(jī)接口程序設(shè)計(jì) ............................................................... 17 167。 VISA 簡(jiǎn)介 ............................................................................ 18 167。 HMI 設(shè)計(jì) ............................................................................. 19 167。 單片機(jī)串口通訊協(xié)議 ................................................................ 22 結(jié) 論 ..................................................................................................... 23 參考文獻(xiàn) ................................................................................................. 24 致 謝 ..................................................................................................... 25 附 錄 ..................................................................................................... 26 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容 以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)電路， LED燈控制電路，開(kāi)關(guān)輸入檢測(cè)電路，串行通信接口電路，并編寫(xiě)相關(guān)控制程序。 LabView 是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言。因而可在很短的時(shí)間內(nèi)被掌握并應(yīng)用到實(shí)踐中去，特別適合硬件工程師、實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員、生產(chǎn)線 工藝技術(shù)人員的學(xué)習(xí)和使用。 LabView 有一個(gè)可完成任何編程任務(wù)的龐大的函數(shù)庫(kù)。 LabView 還有一個(gè)特點(diǎn)是模塊化，體現(xiàn)在兩個(gè)方面。 圖 01 LabView 軟件總體結(jié)構(gòu)框圖 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 LabView 沒(méi)有常規(guī)儀器的控制面板，而是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境，采用可視化的圖形編程語(yǔ)言和平臺(tái)，以在計(jì)算機(jī)屏幕上建立圖形化的軟面板來(lái)替代常規(guī)的傳統(tǒng)儀器面板。在操作時(shí)，用戶通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)操作軟面板，來(lái)檢驗(yàn)儀器的通信和操作。通過(guò)開(kāi)放的 LabView 環(huán)境和與之無(wú)縫集成的硬件，能夠方便地將設(shè)計(jì)從理論階段、完成系統(tǒng)辨識(shí)、控制設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真以及實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 1 章 緒 論 167。 研究的背景 目前以計(jì) 算機(jī)為上位機(jī)和以單片機(jī)為下位機(jī)的集散式控制系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)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(dá)國(guó)家中設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用已經(jīng)十分普及。國(guó)內(nèi)專家預(yù)測(cè)，未來(lái)的幾年內(nèi)，我國(guó)將有 50％的儀器為虛擬儀器。隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，各種有關(guān)軟件不斷誕生，虛擬儀器將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)的測(cè)試儀器而成為測(cè)試儀器的主流。 課題研究意義 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器技術(shù)不同，虛擬儀器在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上通過(guò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，然后根據(jù)用戶的實(shí)際需求就可以構(gòu)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(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能來(lái)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(cè)結(jié)果，即實(shí)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?yàn)樘摂M儀器融合了計(jì)算機(jī)的硬件資源，計(jì)算機(jī)來(lái)直接處理這些應(yīng)用，這樣就大大的增強(qiáng)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(chǔ)等方面的限制。 (4) 當(dāng)今世界的計(jì)算機(jī)技術(shù)和相關(guān)的技術(shù)發(fā)展十分迅速，虛擬儀器也是建立在此基礎(chǔ)上的，因此虛擬儀器隨著計(jì)算機(jī)更新的速度快，功能越來(lái)與強(qiáng)大。因此 ，用戶可根據(jù)自己的需要，選用不同廠家的產(chǎn)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(shù)，這些都離不開(kāi)計(jì)算機(jī)技術(shù) 的飛速。 第一階段是使用計(jì)算機(jī)增強(qiáng)傳統(tǒng)儀器的功能。 第二階段是開(kāi)放式的通用接口和儀器硬件構(gòu)成。這些新的技術(shù)使儀器的構(gòu)成和接口得以統(tǒng)一和不斷開(kāi)放，這樣就慢慢地消 除了原來(lái)由用戶定義和供應(yīng)商定義的儀器功能的區(qū)別。在硬件和軟件領(lǐng)域產(chǎn)生許多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有幾個(gè)虛擬儀器平臺(tái)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用并有趨勢(shì)逐漸成為虛擬儀器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 第四階段，虛擬儀器編程的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生了，接口、總線、傳輸?shù)榷加型ㄟ^(guò)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，虛擬儀器的作者只要把大部分精力放在程序的開(kāi)發(fā)和儀器功能的設(shè)計(jì)上就可以了，就不需要考慮這些問(wèn)題。 167。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 2 章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 167。單片機(jī)對(duì)溫度和開(kāi)關(guān)量進(jìn)行采集，經(jīng)過(guò)處理，通過(guò)串口通信傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中，由上位機(jī) LabView 軟件進(jìn)行編程將信息處理并呈現(xiàn)在用戶面前，既能實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，也能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制下位機(jī)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(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)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(jī)具有 8 路 10 位 AD，雙串口，該單片機(jī)有 1024 字節(jié)的擴(kuò)展 RAM，同時(shí)，該單片機(jī)采用了不分頻執(zhí)行機(jī)器周期，同晶振頻率下，運(yùn)行速度是普通 51 單片機(jī)的 12 倍，可不用進(jìn)行初始化設(shè)置，就可進(jìn)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(jī)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(gè)偏上系統(tǒng)。內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù) 位電路， 2 路 PWM， 8 路高速10 位 A/D 轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。當(dāng) P0 口作為輸入 /輸出口時(shí)， P0 是一個(gè) 8 位準(zhǔn)雙向口，內(nèi)部有弱上拉電阻，無(wú)需外接上拉電阻。 標(biāo)準(zhǔn) 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(shí)器計(jì)數(shù)器 0 外部輸入、定時(shí)器 0 下降沿中斷、定時(shí)計(jì)數(shù)器 0 的時(shí)鐘輸出 A/D 轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu) STC12C5A60AD/S2 系列帶 A/D 轉(zhuǎn)換的單片機(jī)的 A/D 轉(zhuǎn)換口在 P1 口，有 8 路 10 位高速 A/D 轉(zhuǎn)換器，速度可達(dá)到 250KHz（ 25 萬(wàn)次 /秒）。上電復(fù)位后 P1 口為弱上拉型 IO 口，用戶可以通過(guò)軟件設(shè)置將 8 路中的任何一路設(shè)置為 A/D 轉(zhuǎn)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(jī)的 ADC 是逐次比較型 ADC。逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器具有速度高，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。 167。 DS18B20 的性能特點(diǎn)如下： ●獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； ●多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； ●無(wú)須外部器件； ●可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ~； ●零待機(jī)功耗； ●溫度以 9 或 12 位數(shù)字； ●用戶可定義報(bào)警設(shè)置； ●報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器 件； ●負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存 RAM 和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EERAM。頭 2 個(gè)字節(jié)包含測(cè)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(fù)位時(shí)被刷新。 DS18B20 工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。低 5 位河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 一直為 1， TM 是工 作模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式， DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶要去改動(dòng)， R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來(lái)設(shè)置分辨率。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。第 9 字節(jié)讀出前面所有 8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 2字節(jié)。 當(dāng)符號(hào)位 S＝ 0 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位 S＝ 1 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。若 T＞ TH 或 T＜ TL，則將該器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志位置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的報(bào)警搜索命令作出響應(yīng)。 在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（ CRC）。 DS18B20 的測(cè)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(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)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(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。計(jì)數(shù)門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將－ 55℃ 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 溫度寄存器中，計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃ 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)器門(mén)未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直到溫度寄存器值大致被測(cè)溫度值。系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 167。 該器件內(nèi)置 USB 功能控制器、 USB 收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調(diào)制解調(diào)器控制信號(hào)的 UART，只需外接幾只電容就可實(shí)現(xiàn) USB 信號(hào)與 RS232 信號(hào)的轉(zhuǎn)換，能夠方便嵌入到手持設(shè)備。這些工作全部由器件自動(dòng)完成，開(kāi)發(fā)者無(wú)需考慮固件設(shè)計(jì)。 167。 主板電路 系統(tǒng)整體硬件電路包括，溫度檢測(cè)電路， LED 燈控制電路，開(kāi)關(guān)輸入檢測(cè)電路，串 行通訊接口電路，單片機(jī)主板電路等，如圖 33 所示。 溫度檢測(cè)電路 溫度檢測(cè)電路包括滑動(dòng)變阻器 2 個(gè)，以及 A/D 轉(zhuǎn)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(lái)的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化為電壓值，經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換傳入上位機(jī)中。 鍵盤(pán)電路 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)采用 8 個(gè)獨(dú)立按鍵來(lái)對(duì)應(yīng) 8 個(gè) LED 燈， S