【正文】 避免了 A/D 轉(zhuǎn)換部分，因此本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用紅外溫度傳感器 TN901。 圖 31 TN901 最小單元模塊 控制核心的選擇 在本設(shè)計(jì)中采用 STC89C51RC 單片機(jī)作為控制核心，通過軟件編程的方法進(jìn)行溫度檢測和判斷，并在其 I/O 口輸出控制信號。 溫度顯示器件的選擇 在本次設(shè)計(jì)中溫度顯示器的選擇方案共有兩套，分別是： 方案一：應(yīng)用動態(tài)掃描的方式，采用 LED 共陰極數(shù)碼管顯示溫度。 成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 對于方案一，該方案成本很低，顯示溫度明確醒目，即使在黑暗空間也能清楚看見，功耗極低，同時溫度顯示程序的編寫也相對簡單，因而這種顯示方式得到了廣泛應(yīng)用。 對于方案二，液晶顯示屏具有顯示字符優(yōu)美，其不僅能顯示數(shù)字還能顯示字符甚至圖形，這是 LED 數(shù)碼管無法比擬的。 調(diào)速方式的選擇 方案一：采用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832 來控制，由單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前環(huán)境溫度值輸出相應(yīng)數(shù)字量到 DAC0832 中，再由 DAC0832 產(chǎn)生相應(yīng)模擬信號控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而通過無級調(diào)速電路實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)。 PWM是英文 Pulse Width Modulation 的縮寫，它是按一定的規(guī)律改變脈沖序列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào) 節(jié)方式，在 PWM 驅(qū)動控制的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，最常用的是矩形波 PWM 信號，在控制時需要調(diào)節(jié) PWM 波得占空比。在控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速時，占空比越大，轉(zhuǎn)速就越快，若全為高電平，占空比為 100%時，轉(zhuǎn)速達(dá)到最大 。當(dāng)高電平延時時間到時，對 I/O 口電平取反，使其變成低電平，然后再延時一定時間；當(dāng)?shù)碗娖窖訒r時間到時，再對該 I/O 口電平取反，如此循環(huán)即可得到 PWM 信號?？刂品椒ㄅc (1)相同，只是在該方法中利用單片機(jī)的定時器來定時進(jìn)行高低電平的轉(zhuǎn)變，而不是用軟件延時。 (3) 利用單片機(jī)自帶的 PWM 控制器。 對于方案一，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)對直流風(fēng)扇電機(jī)的無級調(diào)速，速度變化靈敏，但是 D/A 轉(zhuǎn)換芯片的價格較高，與其溫控狀態(tài)下無級調(diào)速功能相比性價比不高。綜合考慮選用方案二。單片機(jī)上的 XTAL1 和 XTAL2 用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接單片機(jī)片內(nèi) OSC 的定時反饋回路。晶振為 。 圖 3 2 復(fù)位和晶振電路 數(shù)碼管顯示電路 本設(shè)計(jì)制作中選用 2 位共陰極數(shù)碼管作為顯 示模塊，它和單片機(jī)硬件的接口如圖 33 所示。 2 位數(shù)碼管的段選 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 d、 p 線分別與單片機(jī)的 ~ 口連接，其中 P0 口需接一 1K 的上拉電阻，并串聯(lián) 74HC573 作為驅(qū)動電路，以使 LED 能夠獲得較大電流。 圖 33 LED 數(shù)碼管顯示 電路 串口通信 為了方便調(diào)試我們需要通過串口使 PC 機(jī)和單片機(jī)通信。進(jìn)行串行通訊時要滿足一定的條件，計(jì)算機(jī)的串口是 RS232 電平的，而單片機(jī)的串口是 TTL 電平的，兩者之間必須有一個電平轉(zhuǎn)換電路，采用專用芯片 MAX232 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。電路如圖 34 所示， MAX232 的第 11 腳和單片機(jī)的 11 腳連接，第 12 腳和單片機(jī)的 10 腳連接，第 15 腳和單片機(jī)的 20 腳連接。圖 35 為 4*4 鍵盤電路。現(xiàn)將這二部分的電路工作原理進(jìn)行簡單的介紹： 4 4 矩陣鍵盤的工作原理矩陣鍵盤又稱為行列式鍵盤，它是用 4 條 I/O 線作為行線， 4 條 I/O 線作為列線組成的鍵盤。這樣鍵盤中按鍵的個數(shù)是 4 4 個。圖 35 為矩陣鍵盤電路圖，行線接 － ，列線接 － 。 由單片機(jī)通過 口輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的 PWM 脈沖，經(jīng)過 ULN2803 驅(qū)動風(fēng)扇直流電機(jī)控制電路，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制。 電路如圖 36 所示，風(fēng)扇電機(jī)的一端接 5V 電源，另一端接 ULN2803 的 OUT3 引腳， ULN2803 的 IN3 引腳與單片機(jī)的 引腳相連，通過控制單片機(jī) 的 引腳成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 輸出 PWM 信號，由此控制風(fēng)扇直流電機(jī)的速度與啟停。 成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)部分是關(guān)鍵的一部分，在進(jìn)行具體的編程實(shí)現(xiàn)之前，我們需要對總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，然后制定出總體流程圖，軟件測試平臺的程序流程圖如圖 41 所示。 在進(jìn)行 51 單片機(jī)的開發(fā)中，我們可以采用匯編語言或者 高級語言 C 語言。 CPU 只能運(yùn)行它所支持的指令集，而這些指令集當(dāng)中的每天條指令都是一些二進(jìn)制數(shù)的序列，也就是 “0”和 “1”的有序組合； 2.“0”和“1”的組合不便于程序員的記憶因此有了 “MOV A 0x40”等這樣的助記符，也就是說在程序員編寫程序的時候，用 “MOV A 0x40”來代替一串 “0”和 “1”的序列，這樣一看就知道是吧 “0x40”單元中的數(shù)據(jù)搬到累加器 A 當(dāng)中來。這也是為什么要有匯編語言產(chǎn)生的原因了。因此匯編程序的效率非常高，但實(shí)際上匯編語言會因?yàn)楦鞣N控制器的不同，匯編語言會出現(xiàn)不同，從而導(dǎo)致程序十分難移植，通用性差。 綜合上述考慮我們本次的設(shè)計(jì)選擇在 Keil 平臺進(jìn)行開發(fā)，并且我們選擇 C 語言作為開發(fā)語言。 UART 串口是一種非常方便的串口，并且 51 單片機(jī)自帶 UART 串口，我們僅需了解即可應(yīng)用，我們可以不用普通 IO 口來模擬 UART 產(chǎn)口時序，為了與 PC 機(jī)通信我們需要將 UART 串口轉(zhuǎn)為 USB 串口。 51 單片機(jī)的設(shè)置如下 成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） TMOD=0x20。 //T1 定時器裝初值， 12M 晶振時為 0XFD,32M 晶振時為 0XF7 TL1=0xFD。 //開總中斷 ES=1。 TR1=1。 //設(shè)置串口工作方式 1 SM1=1。 //控制寄存器， 用來設(shè)定串口的工作方式、接受 /發(fā)送控制及設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志等 REN=1。 圖 42 UART 轉(zhuǎn) USB 串口 SPI紅外溫度采集 SPI（ Serial Peripheral Interface串行外設(shè)接口）總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使 MCU 與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。 紅外溫度傳感器 TN901 是標(biāo)準(zhǔn)的 SPI 接口，但是 51 單片機(jī)自身并沒有 SPI 接口，因此我們需要利用 51 單片機(jī)的普通 IO 口來模擬標(biāo)準(zhǔn) SPI 串口的時序。 SPI 接口在內(nèi)部硬件實(shí)際上是兩個簡單的移位寄存器 ,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為 8 位，在主器件產(chǎn)生的從器件使能信號和移位脈沖下，按位傳輸，高位在前，低位在后。 圖 43 SPI 時序圖 根據(jù)以上的時序圖分析，我們需要首先編寫初始化 SPI 串口函數(shù) void SPI_Init()，根據(jù)發(fā)送和接收時序圖，我們編寫了最基本的 SPI 字節(jié)的發(fā)送和接收函數(shù)驅(qū)動 void IO_Send_Byte(uint8 dataout)和 uint8 IO_Receive_Byte()，同時在使用 SPI傳輸數(shù)據(jù)完成后，我們需要結(jié)束傳送 void SPI_End()，使用這些基本的驅(qū)動函數(shù)即可與傳感器通信來采集數(shù)據(jù)。高端單片機(jī)自帶 PWM 功能，但是 51 單片機(jī)并不自帶其功能成，我們在本次論文中采用軟件模擬 PWM，其中利用單片機(jī)中的定時器功能，利用定時器功能可以準(zhǔn)確的定位 PWM 的周期和PWM 的占空比，這回使溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)時間快切溫度調(diào)節(jié)準(zhǔn)。由于設(shè)定中斷時間為 ，這樣可以設(shè)定占空比可從 1100 變化。 TH0 和 TL0 是計(jì)數(shù)器 0 的高 8 位和低 8 位計(jì)數(shù)器，工作模式選擇， 0X01 表示選用模式 1,它有 16 位計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)脈沖為 65536,最長時。軟件編程的編程模型采用單元化和層次化，這樣可以加大程序的可重用度和程序的可調(diào)試，當(dāng)出現(xiàn)錯誤或程序需要功能需要更改時，我們只需要簡單更改程序即可避免了大規(guī)模重寫程序。 系統(tǒng)調(diào)試的主要步驟大致分為以下幾步： 一、 設(shè)備檢測。 二、 按鍵和 LED 顯示檢測。 三、 紅外溫度傳感器測試。 四、 電機(jī)調(diào)試。 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果 系統(tǒng)總體原理圖如圖 51 所示 檢測結(jié)果及錯誤如下： 設(shè)備檢測：在設(shè)備檢測時，一開始電路無反應(yīng)，經(jīng)測試后沒有任何芯片燒毀，后用萬用表測得為器件沒有焊好。 紅外溫度傳感器測試：開始時紅外傳感器采集數(shù)字沒有任何反應(yīng)，檢查硬件連接一切正常，最 后請教同學(xué)和用示波器觀測，發(fā)現(xiàn)時鐘序列不對，后調(diào)試改正后正常一切。 成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 第六章 結(jié) 論 溫度測試與溫度調(diào)節(jié)是當(dāng)今世界的一個永不改變的問題，本次論文的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對這一個問題進(jìn)行了輸入的探討，本次的設(shè)計(jì)目的是通過這次的設(shè)計(jì)對電路設(shè)計(jì)問題的一個全面的深入思考，電路 設(shè)計(jì)以及程序編寫這些問題并非簡簡單單的直接做的，在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的時候，我們需要進(jìn)行大量的相關(guān)信息搜索，閱讀相關(guān)多的文獻(xiàn)，制定多種方案，再結(jié)合實(shí)際的需求，綜合各種因素，找到我們所需功能實(shí)現(xiàn)的最佳方案，軟件部分同樣重要，它可以說是整個硬件的靈魂，它可以彌補(bǔ)很多硬件上的缺陷，比如這次論文設(shè)計(jì)中，我們用的單片機(jī)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，但卻缺少 SPI 和 PWM功能，但我們通過軟件功能實(shí)現(xiàn)了此部分，從而既達(dá)到了我們的系統(tǒng)需求，又避免了因硬件控制器的更改導(dǎo)致的硬件電路更改，同時也避免了大量的時間和金錢的浪費(fèi)。 通過本次的溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí) 現(xiàn)，我們可以對溫控系統(tǒng)有一個比較深的認(rèn)識，無論從硬件還是從軟件部分我們都可以學(xué)習(xí)到一種系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念，同時對工程實(shí)際有了較深的了解，但學(xué)無止境，我們還可以繼續(xù)往這方面深入研究。開始時，我對我的畢業(yè)論文一無所知，在論文的完成中經(jīng)常偏離重點(diǎn)，是老師每次的及時發(fā)現(xiàn)才制止了我滑向錯誤的深淵。沒有 喻 老師關(guān)注，就沒有論文的完成。 最后，我必須向我的家人表示感謝，無論今天是成功還是失敗，在這風(fēng)風(fēng)雨雨的泥濘路上，是家人給了我最大的關(guān)心和鼓勵，他們的默默關(guān)心是我前進(jìn)的主要動力源之一，沒有家人的 關(guān)心，就沒有今天的我，家是我靈魂