【正文】 19 時(shí)鐘頻率電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作，在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定周期的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片的工作頻率，時(shí)鐘電路如圖 32 所示。此電 路大約延遲 10ms 后振蕩器起振，在 XTAL2 引腳產(chǎn)生幅度為 3V 左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào)，其振蕩頻率主要有石英晶體的頻率確定。 C C2 的典型值為 30pF。圖中時(shí)鐘頻率為 12MHz，即 fosc=12MHz，則時(shí)鐘周期為 1/12μs。 圖 33 中由按鍵以及電容 C電阻 R R2 構(gòu)成上電復(fù)位及手動(dòng)電路。手動(dòng)復(fù)位時(shí)，按一下圖中的按鈕即可，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，單片機(jī)的 9 腳 RST 管腳處于高電平，此時(shí)單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。軟件復(fù)位實(shí)際上就是當(dāng)程序執(zhí)行完畢之后，將程序指針通過(guò)一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。其中靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫(xiě)簡(jiǎn)單，但占用端口 21 資源多；動(dòng)態(tài)掃描的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定程度沒(méi)有靜態(tài)顯示好，程序編寫(xiě)復(fù)雜，但是相對(duì)靜態(tài)顯示而言最大的優(yōu)點(diǎn)是占用端口資源少。以下將對(duì)顯示電路的各個(gè)部件及整體設(shè)計(jì)做詳細(xì) 的介紹。數(shù)碼管按內(nèi)部連接方式又分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。 本次設(shè)計(jì)所用的到的共陰極數(shù)碼管的引腳如圖 34 所示，外部有 10 個(gè)引腳，其中 1 和 6 引腳連通，作為公共端接地。將控制數(shù)碼管顯示字符的各字段代碼稱為顯示代碼或字段碼。對(duì)于共陰極數(shù)碼管，由于 8 個(gè)發(fā)光二極管的陰極已連在一起接地，所以，只要控制各字段的正極，就可以控制發(fā)光二極管的亮與滅。圖中有 2 個(gè)七段 LED 數(shù)碼管，它們的公共端 2 分別接到單片機(jī)的 、 口，單片機(jī)的這 2 個(gè) I/O 口輸出位選信號(hào)用于動(dòng)態(tài)掃描。在輪流點(diǎn)亮掃描過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的（約 1ms），但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足 23 夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29R S T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I N T 012P 3 .3 /I N T 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115U18 0 C 5 1S R C F I L E = te x t. U v 2R71 0 k 圖 35 顯示電路 開(kāi)關(guān)鍵盤(pán)設(shè)計(jì) 指撥開(kāi)關(guān) a) b) 圖 36 開(kāi)關(guān)電路 指撥開(kāi)關(guān)面板上通常會(huì)標(biāo)有“ ON”或其他記號(hào)，若將開(kāi)關(guān)撥到“ ON” 24 的一邊，則接點(diǎn)接通（ on），撥到另一邊則為斷開(kāi)（ off）。本設(shè)計(jì)的溫度設(shè)定允許和退出按鍵是選用如圖 36 中 a)所示的設(shè)計(jì)，低電平為進(jìn)入溫度設(shè)定，高電平為退出溫度設(shè)定。由于機(jī)械接觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵從開(kāi)始接上至接觸穩(wěn)定要經(jīng)過(guò) 5~10ms 的抖動(dòng)時(shí)間，在此期間，有抖動(dòng)發(fā)生。 按鍵開(kāi)關(guān)輸入需要解決的兩個(gè)主要問(wèn)題是判斷是否有按鍵按下和消除按鍵抖動(dòng)的影響。消除按鍵的抖動(dòng)通常有硬件、軟件兩種消除方法。 一般電子裝置中都設(shè)計(jì)有按鍵輸入，用以控制程序執(zhí)行時(shí)數(shù)據(jù)的輸入或是特殊功能的設(shè)置及操作。這種接法，一根輸入線上的按鍵是否被按下，不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵可以用單穩(wěn)態(tài)鎖存器消除抖動(dòng)。如果讀鍵過(guò)程安排在定時(shí)中斷子程序中，就可省去專門(mén)的延時(shí)子程序，利用兩次定時(shí)中斷的時(shí)間間隔來(lái)完成抖動(dòng)處理。這樣就不至于混淆了。 圖中兩個(gè)發(fā)光二極管分別與單片機(jī)的 ， 口相連，單片機(jī)把顯示何種溫度的信號(hào)送給這兩個(gè)口，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管就會(huì)點(diǎn)亮，信號(hào)為低電平有效。 DS18B20 內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計(jì)數(shù)器 1 提供一頻率穩(wěn)定的計(jì)數(shù)脈沖。 初始時(shí)，溫度寄存器被預(yù)置成 55℃ ，每當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 從預(yù)置數(shù)開(kāi)始減計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加 1℃ ，這個(gè)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)便停止。以后計(jì)數(shù)器 1 每一個(gè)循環(huán)的預(yù)置數(shù)都由斜率累加器提供。計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置數(shù)也就是在給定溫度處使溫度寄存 器寄存值增加 1℃ 計(jì)數(shù)器所需要的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)。在計(jì)數(shù)器 2 停止計(jì)數(shù)后，比較器將計(jì)數(shù)器 1 中的計(jì)數(shù)剩余值轉(zhuǎn)換為溫度值后與 ℃ 進(jìn)行比較，若低于 ℃ ，溫度寄存器的最低位就置 0；若高于 ℃ ，最低位就置 1；若高于 ℃ 時(shí)，溫度寄存器的最低位就進(jìn)位然后置 0。1/2LSB，即 ℃ 。測(cè)溫結(jié)束時(shí)，這 9 位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到暫存存儲(chǔ)器的前兩個(gè)字節(jié)中，符號(hào)位占用第一字節(jié)， 8 位溫度數(shù)據(jù)占據(jù)第二字節(jié) 。 DS18B20 內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào)；同樣的，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對(duì)頻率的非線性度加以補(bǔ)償。一般情況下的溫度值應(yīng)該為 9 位，但因符號(hào)位 擴(kuò)展成高 8 位，所以最后以 16 位補(bǔ)碼形式讀出。初始化序列包括總線主機(jī)發(fā)出一復(fù)位脈沖，接著由從屬器件送出存在脈沖。 ③ ② ROM 操作命令 ④ 一旦總線主機(jī)檢測(cè)到從屬器件的存在，它便可以發(fā)出器件 ROM 操作命令之一。這些命令列表如下： Read ROM(讀 ROM)[33H] ⑤ 此 命令允許總線主機(jī)讀 DS18B20 的 8 位產(chǎn)品系列編碼，唯一的 48位序列號(hào)，以及 8 位的 CRC。如果總線上存在多于一個(gè)的從屬器件，那么當(dāng)所有從片企圖同時(shí)發(fā)送時(shí)將發(fā)生數(shù)據(jù)沖突的現(xiàn)象（漏極開(kāi)路會(huì)產(chǎn)生線與的結(jié)果）。只有與 64 位 ROM 序列嚴(yán)格相符的 DS18B20 28 才能對(duì)后繼的存貯器操作命令作出響應(yīng)。此命令在總線上有單個(gè)或多個(gè)器件的情況下均可使用。如果在總線上存在多于一個(gè)的從屬器件而且在 Skip ROM 命令之后發(fā)出讀命令，那么由于多個(gè)從片同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，會(huì)在總線上發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開(kāi)路下拉會(huì)產(chǎn)生線與的效果）。搜 索 ROM 命令允許總線控制器用排除法識(shí)別總線上的所有從機(jī)的 64 位編碼。但是，僅在最近一次溫度測(cè)量出現(xiàn)告警的情況下， DS18B20 才對(duì)此命令作出響應(yīng)。只要 DS18B20 一上電，告警條件就保持在設(shè)置狀態(tài)，直到另一次溫度測(cè)量顯示出非告警值或者改變TH 或 TL 的設(shè)置，使得測(cè)量值再一次位于允許的范圍之內(nèi)。 ③ 存儲(chǔ)器操作命令 ? Write Scratchpad（寫(xiě)暫存存儲(chǔ)器） [4EH] ? 這個(gè)命令向 DS18B20 的暫存器中寫(xiě)入數(shù)據(jù)，開(kāi)始位置在地址 2?？梢栽谌魏螘r(shí)刻發(fā)出復(fù)位命令來(lái)中止寫(xiě)入。讀取將從字節(jié) 0 開(kāi)始，一直進(jìn)行下去，直到第 9（字節(jié) 8， CRC）字節(jié)讀完。 ? Copy Scratchpad（復(fù)制暫存存儲(chǔ)器） [48H] ? 這條命令把暫存器的內(nèi)容拷貝到 DS18B20 的 E2 存儲(chǔ)器里，即把溫 29 度報(bào)警觸發(fā)字節(jié)存入非易失性存儲(chǔ)器里。如果使用寄生電源，總線控制器必須在這條命令發(fā)出后立即起動(dòng)強(qiáng)上拉并最少保持 10ms。溫度轉(zhuǎn)換命令被執(zhí)行，而后 DS18B20 保持等待狀態(tài)。如果使用寄生電源，總線控制器必須在發(fā)出這條命令后立即起動(dòng)強(qiáng)上拉，并保持500ms。這種重新調(diào)出的操作在對(duì) DS18B20 上電時(shí)也自動(dòng)發(fā)生，因此只要器件一上電，暫存存儲(chǔ)器內(nèi)就有了有效的數(shù)據(jù)。 22 Read Power Supply（讀電源） [B4H] 對(duì)于在此命令發(fā)送至 DS18B20 之后所發(fā)出的第一讀數(shù)據(jù)的時(shí)間片，器件都會(huì)給出其電源方式的信號(hào)： “ 0” =寄生電源供電， “ 1” =外部電源供電。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)溫度控制的是通過(guò)編寫(xiě)程序的方法集成在 80C51 內(nèi)部。 30 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 軟件任務(wù)分析 軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)合進(jìn)行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由軟件完成，在硬件電路設(shè)計(jì)基本定型后，也就基本上決定下來(lái)了。從軟件的功能來(lái)看可分為兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如測(cè)量，計(jì)算，顯示，打印，輸出控制和通信等；另一類是監(jiān)控軟件，它是專門(mén)用來(lái)協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，使在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度角色的軟件。 軟件任務(wù)分析時(shí)，應(yīng)將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義（輸入輸出定義）。 各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以設(shè)計(jì)監(jiān)控程序了。相對(duì)來(lái)講，執(zhí)行模塊任務(wù)明確單純，比較容易編程，而監(jiān)控程序較易出問(wèn)題。 軟件任務(wù)分析的另一個(gè)內(nèi)容是如何安排監(jiān)控軟件和執(zhí)行模塊。后臺(tái)程序指 主程序及其調(diào)用的子程序，這類程序?qū)?shí)時(shí)性要求不是太高，延時(shí)幾十毫秒甚至幾百毫秒也沒(méi)關(guān)系，故通常將監(jiān)控程序（鍵盤(pán)解釋程序），顯示程序和打印程序等與操作者打交道的程序放在后臺(tái)程序中執(zhí)行；而前臺(tái)程序安排一些實(shí)時(shí)性要求較高的內(nèi)容，如定時(shí)系統(tǒng)和外部中斷。 程序流程圖 31 在本程序中包括了以下主要的程序，主程序，溫度設(shè)定子程序，溫度讀取及轉(zhuǎn)換子程序，顯示溫度子程序，比較溫度子程序，顯示切換子程序主程序流程圖如圖 41 所示： 開(kāi) 始初 始 化設(shè) 定 溫 度溫 度 采 集 計(jì) 算溫 度 比 較 處 理顯 示 溫 度溫 度 顯 示 切 換結(jié) 束 圖 41 主程序流程圖 溫度設(shè)定子程序流程圖如圖 42 所示： 32 開(kāi) 始顯 示 溫 度溫 度 加 ？溫 度 減 ？為 0 39。 C為 9 9 39。 C 跳 到 0 39。 CYYYNNNYN NY 圖 42 溫度設(shè)定子程序流程圖 溫度采集計(jì)算子程序如圖 43 所示 ： 33 溫度比較處理子程序流程圖如圖 44 所示 開(kāi) 始D S 1 8 B 2 0 初 始 化發(fā) 跳 過(guò) R O M 指 令寫(xiě) D S 1 8 B 2 0發(fā) 出 溫 度 轉(zhuǎn) 換 開(kāi) 始 指 令持 續(xù) 1 s ， 等 待 A / D 轉(zhuǎn) 換讀 溫 度 前 D S 1 8 B 2 0 初 始 化發(fā) 跳 過(guò) R O M 指 令發(fā) 讀 取 溫 度 指 令讀 取 溫 度 操 作9 字 節(jié) 完 ？移 入 溫 度 暫 存 器將 溫 度 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 化 攝 氏 溫 度 并 存 儲(chǔ)返 回NY 圖 44 溫度比較處理子程序流程圖 溫度顯示子程序如圖 45 所示： 34 開(kāi) 始選 通 十 位 地 址 ， 送 顯 示 字 符延 時(shí) 約 1 2 m s選 通 十 位 地 址 ， 送 顯 示 字 符延 時(shí) 約 1 2 m s返 回 圖 45 溫度顯示子程序 根據(jù)這些流程圖編寫(xiě)出的最終源程序見(jiàn)附錄 A 本章小結(jié) 本章是 恒溫箱 的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn) 恒溫箱 的主要功能 是 通過(guò)編寫(xiě)程序的方法集成在 80C51 內(nèi)部。 35 結(jié) 論 三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束了，我深刻感受到專業(yè)知識(shí)的缺乏，同時(shí)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我也感受到自身知識(shí)的進(jìn)步，特別是在單片機(jī)控制系統(tǒng)方面。通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)的控制可實(shí)現(xiàn)糧庫(kù) 溫度的自動(dòng)控制。 鑒于溫度控制的發(fā)展趨勢(shì)，在以后的實(shí)踐中對(duì)系統(tǒng)還要做進(jìn)一步的改進(jìn)：硬件方面，采用 DSP, ARM 或者利用第一章提到的片上系統(tǒng) SOC 對(duì)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，軟件方面，摒棄傳統(tǒng)的前后臺(tái)系統(tǒng)軟件編程模式，改用基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)；控制算法方面，嘗試采用現(xiàn)在得到快速發(fā)展的智能控制方法，如模糊控制 、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊 PID 控制等等。張老師是一個(gè)十分負(fù)責(zé)的老師，她經(jīng)常督促我們進(jìn)行我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)，她也很認(rèn)真的幫助我們解決設(shè)計(jì)中的難題。在此，我要向張老師致以由衷的感謝！ 我還要感謝各位評(píng)閱老師，經(jīng)過(guò)你們的認(rèn)真評(píng)閱和指正，將會(huì)使我的設(shè)計(jì)更加完善，更加實(shí)用。謝謝你們！ 鑒于本人所學(xué)知識(shí)有限，經(jīng)驗(yàn)不足，又是初次研究這種復(fù)雜的設(shè)計(jì)，在此過(guò)程中難免存在一些錯(cuò)誤和不足之處，懇請(qǐng)各位老師給予批評(píng)和指