【正文】 計(jì) 設(shè)計(jì)軟件時(shí)需遵循以下原則： ① 容易理解、容易維護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生變化，需要及時(shí)的反饋信號(hào)，做出應(yīng)答 。當(dāng)我們控制系統(tǒng)時(shí)，需要精確的測(cè)量數(shù)據(jù)，以達(dá)到對(duì)溫度優(yōu)越的控制 。主程序的作用是完成溫度的檢測(cè)，并把檢測(cè)結(jié)果通過 LCD1602顯示出來。 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)技術(shù)報(bào)告 15 液晶顯示模塊 液晶顯示模塊主要完成人機(jī)交互界面的顯示及系統(tǒng)相關(guān)的操作指示。液晶工作流程如 圖 42： 圖 42 液晶顯示流程圖 溫度模塊軟件設(shè)計(jì) DS18B20測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的讀取程序設(shè)計(jì) 對(duì)爐內(nèi)溫度的檢測(cè)通過數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 實(shí)現(xiàn)的，在溫度模 塊硬件電路的設(shè)計(jì)中已經(jīng)對(duì)的硬件電路做了設(shè)計(jì)，現(xiàn)在設(shè)計(jì) DS18B20 的軟件部分。 64 位光刻的 ROM 排列是 :開始 8 位 (24H)是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào) , 接著的 48 位是該 DS18B20自身的序列號(hào) , 最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 (CRC=X8+X5+X4+1)。 2)DS18B20 中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量 , 以 12 位轉(zhuǎn)化為例用 16 位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供 , 以 ℃ /LSB的形式表達(dá) , 其中 S為符號(hào)。例如 +125℃ 的數(shù)字輸出為 ,07D0H,+ ℃ 的數(shù)字輸出為 ,0191H,℃的數(shù)字輸出為 ,FF6FH 55℃ 的數(shù)字輸出為 FC90H。下面對(duì)各個(gè)方面進(jìn)行具體的介紹。主機(jī)接收到從機(jī)的應(yīng)答脈沖后，說明有單總線器件在線，通信雙方達(dá)成基本協(xié)議。 單 片 機(jī) 接 收 復(fù) 位 脈 沖最 小 4 8 0 u s最 大9 6 0 u s單 片 機(jī) 發(fā) 送 復(fù) 位 脈 沖D S 1 8 B 2 0 響 應(yīng)6 0～2 4 0 u s最 小 4 8 0 u s等 待 1 5～6 0 u s 圖 43 復(fù)位時(shí)序圖 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)技術(shù)報(bào)告 17 2)控制器發(fā)送 ROM指令。 ROM指令為 8位長(zhǎng)度，功能是對(duì)片內(nèi)的 64位光刻 ROM進(jìn)行操作。一般只掛一個(gè) DS18B20時(shí)可以跳過 ROM指令。第 2 個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)值信息， 4 個(gè)字節(jié)是用戶 E2PROM(常用于溫度報(bào)警值存儲(chǔ) )的鏡像，在上電復(fù)位時(shí)旗幟被刷新。第 8 個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)器寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。 E2PROM 非易失性記憶體，用于存放長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)。 溫 度 低 字 節(jié)溫 度 高 字 節(jié)T H / U S E R B Y T E 1C O N F I N G保 留T H / U S E R B Y T E 2保 留保 留C R CT H / U S E R B Y T E 1C O N F I N GT H / U S E R B Y T E 2123456789E 2 P R O M 圖 44 DS18B20 RAM 及 E2PROM 結(jié)構(gòu)圖 控制器發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令：在執(zhí)行 ROM 指令后才能執(zhí)行內(nèi)存指令。操作指令同樣為 8 位，共 6 條，見江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)技術(shù)報(bào)告 18 表 43。在單線 DQ 上，存在復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫 “0”、寫 “1”、讀 “0”、讀 “1”幾種信號(hào)類型。 寫 時(shí)序：當(dāng)主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平時(shí)，產(chǎn)生時(shí)序，寫時(shí)序分別為寫“ 0”和寫 “1”，時(shí)序圖如下圖所示。每一位的發(fā)送都應(yīng)該至少 15us的低電平起始位，隨后的數(shù)據(jù) “0”或 “1”應(yīng)該在 45us 內(nèi)完成。 寫時(shí)序圖如圖 45 所示。然后在總線被釋放后的 15us 中 DS18B20 會(huì)發(fā)送內(nèi)部數(shù)據(jù)位，因此再次 15us 內(nèi)主機(jī)必須停止把 DQ 引腳置底，這時(shí)控制如果發(fā)現(xiàn)總線為高電平表示讀數(shù)據(jù)“ 1”，如果總線為低電平，則表示讀數(shù)據(jù) “0”。圖 45 為讀時(shí)序圖。在寫時(shí)序中，主機(jī)將在拉低總線 15us 內(nèi)釋放總線，并向 DS18B20 寫 “1”。 DS18B20 僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序時(shí)才產(chǎn)生向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以當(dāng)主機(jī)向 DS18B20 發(fā)出度數(shù)據(jù)命令后。 DS18B20 溫度讀取流程 單片機(jī)在實(shí)現(xiàn) DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換和讀取的程序設(shè)計(jì)中必須嚴(yán)格按照其時(shí)序來進(jìn)行，此設(shè)計(jì)中，單總線上只掛接了一個(gè) DS18B20，所以不用對(duì) ROM 寄存器進(jìn)行操作，直接跳過 ROM，對(duì) RAM 寄存器進(jìn)行操作。溫度模塊主流程圖如圖 46 所示。當(dāng) flag_get=1 時(shí)進(jìn)行溫度采集；當(dāng) flag_get1=1 時(shí)進(jìn)行溫度比較、時(shí)間 比較；當(dāng) second=5 時(shí)進(jìn)行上位機(jī)通信 ；當(dāng)flag_pid=1 時(shí)進(jìn)行 pid 溫控。我利用 VB 寫出了一個(gè)用于數(shù)據(jù)采集的串口上位機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和實(shí)時(shí)繪圖。 軟件程序如下： 溫控 PID 返回 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)技術(shù)報(bào)告 22 Dim X As Integer 39。定義變量 y0 用于記錄上一次數(shù)據(jù) Dim Y As Integer 39。設(shè)置通信端口號(hào)為 COM4，這個(gè)要根據(jù)自己所使用的串口而定 = 9600,n,8,1 39。這里串口上位機(jī)的設(shè)置一定要和下位機(jī)一致 = 0 39。打開通信端口 439。如果 CommPort 屬性設(shè)置為一個(gè)非法端口，則會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤 68（設(shè)備無效） (0, 1000)(200, 100) 39。用 RGB 顏色（ 0,0,255）畫出 X 軸 = RGB(0, 255, 0) 39。啟動(dòng) Timer1 定時(shí)器 End Sub Private Sub Command2_Click() End End Sub Private Sub Command3_Click() = Fase = RGB(255, 0, 0) End Sub 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)技術(shù)報(bào)告 23 Private Sub Command4_Click() = True = RGB(0, 255, 0) 39。定義一個(gè)字符串變量 buf = Trim() 39。判斷緩沖區(qū)內(nèi)是否存在數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)有沒有到達(dá)最大值 = + buf 39。如果接收到結(jié)束符“ A”且數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)沒有到達(dá)最大值 Y = Val() 39。在 Picture1 上 (x， y)位置用 RGB 顏色（ 255， 0 ,0）顏色畫點(diǎn) (X 1, y0)(X, Y), RGB(255, 0, 0) 39。數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)加 1 y0 = Y 39。 X amp。 Str(Y) amp。 Chr(10) 39。 Chr(10)組成的換行符 = Len() 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)技術(shù)報(bào)告 24 39。清空 Text1 控件中的數(shù)據(jù) End If End If End Sub 處理器部分 本系統(tǒng)采用的單片機(jī)是由 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C52。這個(gè)元器件采用 ATEML 非易失內(nèi)存制造的技術(shù)制造，和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 80C51 和 80C52 指令集和輸出管江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)技術(shù)報(bào)告 25 腳相兼容。 AT89C52的說明 AT89C52具有以下一些標(biāo)準(zhǔn)特征：有 8K 字節(jié)的閃速內(nèi)存，有 256 字節(jié) RAM，有 I/O線 32 個(gè)，有 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 3 個(gè)，有兩級(jí)中斷源結(jié)構(gòu) 8個(gè)，全雙工串行口一個(gè)，有片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。在 閑置模式下， CPU會(huì)停止工作，但是 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍會(huì)繼續(xù)工作?？?，連接主板 CPU 的 對(duì)應(yīng) 功能端，用 在 當(dāng)前制式的檢測(cè) 和 會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能 。當(dāng) 是輸出口用時(shí)，每位 可以 吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 。 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)技術(shù)報(bào)告 26 在 讀取 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 或 者 程序存儲(chǔ)器 時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位） 與數(shù)據(jù)總線 復(fù)用，在訪問期間 會(huì) 激活內(nèi)部上拉電阻。 P1 是一個(gè)帶 有 內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可 以 驅(qū)動(dòng)（吸收或 者 輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏 輯門電路。作 是 輸入口使用時(shí)， 由于 內(nèi)部存在上拉電阻，某個(gè) 引腳 被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì) 就 輸出一個(gè)電流 (IIL)。 表 . 和 的第二功能 引腳號(hào) 功能特性 P T2，時(shí)鐘輸出 P T2EX（定時(shí) /計(jì)數(shù)器2） P2 是一個(gè) 具 有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口 ， P2 的 輸出 緩沖級(jí)可 以 驅(qū)動(dòng)（吸收或 者 輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。 在訪問外部 程序存儲(chǔ)器 或 者 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR 指令）時(shí)， P2 端 口送出高 8 位 的 地址數(shù)據(jù)。 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)技術(shù)報(bào)告 27 Flash 編程 或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接收高位地址和一些 控制信號(hào) 。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或 者 輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。此時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 RST 復(fù)位輸入 端 。 ALE/PROG 當(dāng)訪問 的是 外部 程序存儲(chǔ)器 或者是 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（ 地址鎖存 允許） 的 輸出脈沖用 在 鎖存的低 8 位字節(jié)。要 關(guān)注 的是：每 次 訪問 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 時(shí) 就會(huì) 跳過一個(gè) ALE 脈沖。 如 果 有必要，可 以 通過對(duì) 特殊功能 寄存器 （ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位 進(jìn)行 置位，可 以 禁止 ALE 操作。此外，該 引腳 會(huì)被微 微 拉高， 單片機(jī) 在 執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng) 該 設(shè)置 ALE 禁止位無 作用 。在此期間，當(dāng)訪問 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 時(shí) ， 會(huì) 跳過兩次 PSEN 信號(hào)。 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)技術(shù)報(bào)告 28 XTAL2 用于 振蕩器反相放大器輸出端。 ALE 是地址鎖存信號(hào)輸入線。所以，單片機(jī)的P0 端口輸出的低 8 位地址信號(hào)不需要外接鎖存器。當(dāng) IO/M 是 0 時(shí)，單片機(jī)會(huì)選擇 8155 的 RAM讀 /寫。 CE就是片選信號(hào)。 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)技術(shù)報(bào)告 29 8155 各 引腳 功能 列出 如下： PA0～PA7： 8 位通用 I/O 口，其輸入、輸出的流向可 以 由 程序控制 PB0～PB7： 8 位通用 I/O 口，功能同 A口 PC0～PC5： 有 2 個(gè)作用， 不僅 可作是通用的 I/O 口， 而且 可作是 PA 口和 PB 口的 控制信號(hào) 線，這些可 以 通過 程序控制 TIMER IN： 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 的 脈沖輸入端 TIMER OUT： 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 的 輸出端 VCC： +5V 電源 ALE： 是 地址鎖存 信號(hào)。 所以 ， P0 口輸出的低 8 位地址信號(hào) 都 不需外接 鎖存器 IO/M ： 8155 RAM 存儲(chǔ)器 或 者 I/O 口選擇線。 和 單片機(jī) 的低 8 位地址 /數(shù)據(jù) 的 總線 （ P0 口）相連 接的 。復(fù)位 以 后， 3個(gè) I/O口 都是 輸入方式 8155 的工作方式與基本操作 8155 可以作是 I/O 口、片外 256 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和定時(shí)器使用。外部有 2 個(gè)定時(shí)器引腳端口 TIN和 TOUT。定時(shí)器的低 8 位、高 6 位計(jì)數(shù)器和定時(shí)輸出方式由 04H、 05H 口寄存器進(jìn)行確定的。定時(shí)器輸出有四種波形可由定時(shí)器方式編 程選擇。計(jì)數(shù)常數(shù)在 0002H3FFFH 之間進(jìn)行選擇。 假若寫入定時(shí)器的技術(shù)常數(shù)是奇數(shù)，方波輸出就會(huì)不對(duì)稱，舉例：計(jì)數(shù)器常數(shù)輸入為 9 時(shí)，定時(shí)器輸出的方波 5 個(gè)脈沖周期內(nèi)是高電平， 4 個(gè)脈沖周期內(nèi)是低電平，不對(duì)稱。此外， 8155 的定時(shí)器在計(jì)數(shù)過程里計(jì)數(shù)器 的值并不是直接表示外部輸入的脈沖，計(jì)數(shù)器終值是 2，初值是 2～ 3FFFH 之間。 改變計(jì)其時(shí)計(jì)數(shù)器 8155 的時(shí)間常數(shù)可以獲得從二百毫秒到幾十分鐘的采樣期。 硬件抗干擾要增加硬件成本 ,但是卻不減少甚至增加軟件的效率 ,軟件抗干擾可以減少硬件成本 ,卻降低了軟件執(zhí)行的效率 。常見 5 種軟件濾波方法： 方法 一 ： 限幅濾波法 方法： 根據(jù) 以往 經(jīng)驗(yàn)判斷， 得出 兩次采樣允許的最大偏差值（設(shè)為 A） ， 把 每次檢測(cè)到新值 進(jìn)行 判斷：如果本次 測(cè)出 值與上次 測(cè)出 值之差 A,則本次 測(cè)出 值無效 ,放棄本次 測(cè)出 值 ,用上次測(cè)出 值代替本次 測(cè)出 值。 缺點(diǎn) ： 無法抑制那種周期性的 對(duì)它 干擾，平滑度差。 優(yōu)點(diǎn)： 不受因偶然因素引起的脈沖干擾的影響 ， 對(duì)溫度、液 位的變化緩慢的被測(cè)參數(shù)有良好的濾波效果 。 方法 三 ： 算術(shù)平均濾波法 方法：