【正文】 C：地址輸入端。 10． EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。 12． CLK：時鐘信 號輸入端，譯碼后可選通 IN0～ IN7 八個通道中的一個進行轉(zhuǎn)換。與單電源應(yīng) 用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。 運算放大器 LM324 的引腳圖如圖 23： 圖 23 運算放大器 LM324 的引腳圖 由于本次設(shè)計中采集電路所采集到的信號值與我們所預(yù)期的結(jié)果有時會有很大的差距，因此信號值要被真實地反映出來，須采用放大電路進一步處理。對于比例電路，在實際應(yīng)用中可分為以下幾種，下面也做一些簡單的介紹。因此，集成運放的反相輸入端為 “虛地 ”點，它的共模輸入電壓可視為零，對運放的共模抑制要求低；比例電路的輸入電阻小，可視為 llrR? ，因此對輸入電流有一定要求；輸出電阻 0r 視為零，在適應(yīng)不同大小負載的能力較強。電路的輸入電阻很大，可達 100M 以上；輸出電阻很小可視為零，因此有較強的帶負載能力。 移位寄存器 74LS164 移位寄存器 74LS164 的引腳如圖 26 所示： 圖 26 移位寄存器 74LS164 引腳圖 74LS164 為串行輸入、并行輸出移位寄存器，其引腳功能如下： A、 B —— 串行輸入端； Q0～ Q7 —— 并行輸出端； MR —— 清除端，低電平有效； CLK —— 時鐘脈沖輸入端，上升沿有效。每擴展一片 164 就可增 第 2章 設(shè)計理論基礎(chǔ) 19 加一 位顯示。 數(shù)碼顯示管 LED 圖 27 數(shù)碼顯示管 LED 引腳圖 LED 顯示器是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常見的輸出器件，而在單片機的應(yīng)用上也是被廣泛運用的。 LED 數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機接口簡單易行。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點或一個筆畫發(fā)亮，控制不同組合的二極 管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符，常用的 LED 數(shù)碼管有 7 段和 “米 ”字段之分。共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常此共陰極接地。同樣，共陽極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陽極接在一起，通常此共陽極接正電壓，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應(yīng)的段被顯示。 LED 數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管相同，根據(jù)材料不同正向壓降一般為～ 2V，額定電流為 10MA，最大電流為 40MA。 第 2章 設(shè)計理論基礎(chǔ) 20 數(shù)字溫度計 DS18S20 在傳統(tǒng)的模擬信號遠距離的溫度測量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補償問題、多點切換誤差問題和放大電路零點漂移誤差問題等技術(shù)。因此，在溫度測量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力較強的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問題的最有效的方案。 DS18S20 數(shù)字溫度計的主要特性： 1． DS18S20 的適應(yīng)電壓范圍更寬，其范圍為： ，而且它能夠直接由數(shù)據(jù)線獲取電源 (寄生電源 )，無需外部工作電源。 3． DS18S20 通過 1Wire174。同時，在使用過程中，它不需要任何的外圍的元件，全部的傳感元件和轉(zhuǎn)換電路集成在形狀如一只三極管的集成電路內(nèi)。C 至 +125176。C 至 +85176。176。 5．每片 DS18S20 具有唯一的 64 位序列碼，這些碼允許多片 DS18S20 在同一條 1Wire 總線上工作，因而，可方便地使用單個微處理器控制分布在大范圍內(nèi)的多片 DS18S20 器件。 7． DS18S20 具有負載特性，當(dāng)電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但是不能正常的工作。 第 3章電路設(shè)計 21 第 3 章 電 路設(shè)計 本設(shè)計采用按鍵作為輸入控制，通過溫度多采樣單元采集溫度信息，經(jīng)過 LM324 放大器放大及 ADC0809 數(shù)模轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換，由主機 AT89C51 進行處理并 將實際溫度值和設(shè)定溫度值分別顯示在共陽極數(shù)碼顯示管 LED 上。人為地設(shè)定溫度門 限值，使電路在人為設(shè)定的某一溫度值相對穩(wěn)定的工作。其中，將溫度轉(zhuǎn)化為電量的溫度電壓轉(zhuǎn)換由溫度傳感器 熱敏電阻實現(xiàn)，小信號放大由橋式放大電路實 第 3章電路設(shè)計 22 現(xiàn)， A/D 轉(zhuǎn)換選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809，將采集到的溫度模擬信號轉(zhuǎn)換為AT89C51 能夠處理的二進制數(shù)字信號。例如，我們平常使用的各種材料、元件，其性質(zhì)或多或少地都會隨其所處的環(huán)境溫度變化而變化，因而它們幾乎都能作為溫度傳感器使用。 2．對溫度的變化有較好的一一對應(yīng)關(guān)系，即對除溫度外其他物理量的變化不敏感。 4．有較強的耐機械、化學(xué)及熱作用等的特點。 6．價格適宜，適合于批量生產(chǎn) 。 第 3章電路設(shè)計 23 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分 模數(shù)轉(zhuǎn)換是將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為 N 位二進制數(shù)字輸出信號的技術(shù)。與之相應(yīng)的是，作為模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)之間橋梁的模數(shù)轉(zhuǎn)換的應(yīng)用日趨廣泛。 模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) 本次設(shè)計還涉及到數(shù) 模轉(zhuǎn)換技術(shù)，而模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)包括采樣、保持、量化和編碼四個過程。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，對于采樣信號 x(t)，如果采樣頻率 fs 大于或等于 2fmax(fmax 為 x(t)最高頻率成分 )，則可以無失真地重建恢復(fù)原始信號 x(t)。通常采樣脈沖的寬度 tw 是很短的，故采樣輸出是斷續(xù)的窄脈沖。 3．量化是將連續(xù)幅度的抽樣信號轉(zhuǎn)換成離散時間、離散幅度的數(shù)字信號，量化的主要問題就是量化誤差。 4．編碼是將量化后的信號編碼成二進制代碼輸出。 第 3章電路設(shè)計 24 積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器 積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器稱雙斜率或多斜率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，是應(yīng)用最為廣泛 的轉(zhuǎn)換器類型。雙斜率轉(zhuǎn)換器由 1 個帶有輸人切換開關(guān)的模擬積分器、 1 個比較器和 1 個計數(shù)單元構(gòu)成。時間到達后將計數(shù)器復(fù)位并將積分器輸入連接到反極性 (負 )參考電壓。 積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速度和帶寬都非常低，但它們的精度可 以做得很高，并且抑制高頻噪聲和固定的低頻干擾 (如 50 Hz 或 60 Hz)的能力，使其對于嘈雜的工業(yè)環(huán)境以及不要求高轉(zhuǎn)換速率的應(yīng)用非常有效。圖 33則為溫度控制系統(tǒng)的單片機顯示部分。 圖 33 溫度顯示電路 第 3章電路設(shè)計 25 調(diào)節(jié)執(zhí)行單元 調(diào)節(jié)執(zhí)行單元，如圖 34 所示，采用實時控制的方法，在主機 AT89C51的 口輸出溫度控制信號，由光電耦合器 MOC3041（光電耦合器） 和可控硅 SCR 組成。 圖 34 調(diào)節(jié)執(zhí)行單元 第 4章 軟件設(shè)計 26 第 4 章 軟件設(shè)計 主程序流程圖 系統(tǒng)的軟件部分由主程序流程圖、中斷子程序流程圖、按鍵流程圖和顯示流程圖四部分組成。 圖 41 主程序流程圖 初 始 化 處理按鍵、顯示設(shè)定 值 啟動 A/D轉(zhuǎn)換 數(shù)值處理 顯示實際溫度 比較設(shè)定溫度值和實際溫度值 是否大于 ？ 加 熱 開 始 停 止 N Y 第 4章 軟件設(shè)計 27 中斷子程序流程圖 圖 42 為中斷子程序的流程圖，這個主要是為了保障整個軟件程序在運行時可以達到中斷，從而使系統(tǒng)進一步達到完善。主要是通過人為的對外部按鍵的控制來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的溫度，從而實現(xiàn)系統(tǒng)對溫度的手動和自動控制。主要是通過對傳輸過來的信號進行顯示后，給操作者提供提示。 圖 44 顯示流程圖 本章節(jié)主要講的是單片機溫度系統(tǒng)的軟件設(shè)計部分的主要的流程圖，這也是系統(tǒng)程序設(shè)計的基本設(shè)計思路，通過依照四部分的流程圖進行設(shè)計，已達到對系統(tǒng)完整的運行，對溫度的顯示、監(jiān)控和控制。 硬件調(diào)試 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件和軟件調(diào)試是交叉進行的，但通常是先排除樣機中明顯的硬件故障，尤其是電源故障，才能安全地和仿真器相連，進行綜合調(diào)試。 解決方法：在畫原理圖時仔細檢查、校正即可解決。 解決方法：在設(shè)計過程中要明確各元器件的工作條件，嚴格按照制作要求進行操作，損壞的元器件要及時更換，以免損壞其他元件或影響電路功能的實現(xiàn)。電源的故障包括：電壓值不符和設(shè)計要求，電源引出線和插座不對應(yīng)，各檔電源之間的短路，變壓器功率不足，內(nèi)阻大，負載能力差等。本設(shè) 第 5章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論分析 31 計中就出現(xiàn)電源故障經(jīng)過一個穩(wěn)壓電路才使其正常工作。 1．靜態(tài)測試 在樣機加電之前，首先用萬用表等工具，根據(jù)硬件電器原理圖和裝配圖仔細檢查樣機線路的正確性，并核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是否符合要求。第二步是加電后檢查各個插件上引腳的電位，仔細測量各點電位是否正常，尤其應(yīng)注意單片機插座上的各點電位，若有高壓，聯(lián)機時將會損壞仿真 器。 2．聯(lián)仿真器在線調(diào)試 測試 RAM 存儲器：用仿真器寫命令將一批數(shù)據(jù)寫入樣機中擴展的 RAM，然后用讀命令讀出其內(nèi)容，若對任意單元讀出和寫入內(nèi)容一致，則擴展 RAM和單片機的連接沒有邏輯錯誤。 軟件調(diào)試 軟件電路故障及解決方法 設(shè)計軟件部分出現(xiàn)這種錯誤的現(xiàn)象： 1．當(dāng)以斷點或連續(xù)方式運行時，目標系統(tǒng)沒有按規(guī)定的功能進行操作或什么 第 5章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論分析 32 結(jié)果也沒有，這是由于程序轉(zhuǎn)移到意外之處或在某處死循環(huán)所造成的。在采用實時多任務(wù)操作系統(tǒng)時，錯誤可能在操作系統(tǒng)中，沒有完成正確的任務(wù)調(diào)度操作，也可能在高優(yōu)先級任務(wù)程序中，該任務(wù)不釋放處理器，使 CPU 在該任務(wù)中死循環(huán)。 2．不響應(yīng)中斷 CPU 不響應(yīng)中斷或不響應(yīng)某一個中斷這種錯誤的現(xiàn)象是連續(xù)運行時不執(zhí)行中斷任務(wù)程序的規(guī)定操作，當(dāng)斷點設(shè)在中斷入口或中斷服務(wù)程序中時碰不到斷點。 解決方法：修改中斷控制寄存器（ IE， IP）的初值設(shè)置。這類錯誤大多是由于計算程序中的錯誤引起的。 軟件調(diào)試方法 軟件調(diào)試所使用的方法有：計算程序的調(diào)試方法、 I/O 處理程序的調(diào)試法、綜合調(diào)試法等。根據(jù)計算程序的功能，事先準備好一組測試數(shù)據(jù)。計算程序的修改視錯誤性質(zhì)而定。如果用于測試的數(shù)據(jù)沒有全部覆蓋實際計算的原始數(shù)據(jù)的類型，調(diào)試沒有發(fā)現(xiàn)錯誤可能在系統(tǒng)運行過程中暴露出來。 3．綜合調(diào)試 在完成了各個模塊程序（或各個任務(wù)程序）的調(diào)試工作以后，便可進行系統(tǒng)的綜合調(diào)試。在綜合調(diào)試的最后階段，應(yīng)在目標系統(tǒng)的晶振頻率工作，使系統(tǒng)全速運行目標程序，實現(xiàn)了預(yù)定功能技術(shù)指標后，便可將軟件固化，然后在運行固化的目標程序，成功后目標系統(tǒng)便可脫機運行。 結(jié)論分析 通過對系統(tǒng)硬件的調(diào)試，進一步理解了水溫控制系統(tǒng)的原理，同 時也發(fā)現(xiàn)了問題，原設(shè)計電路缺乏對水溫的實時控制，因此后加入 調(diào)節(jié)執(zhí)行單元，采用實時控制的方法，在主機 AT89C51 的 口輸出溫度控制信號，由光電耦合器 MOC3041 和可控硅 SCR 組成。 第 6章 總結(jié)與展望 34 第 6 章 總結(jié)與展望 總 結(jié) 近三個月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，這意味著我們的大學(xué)生活也要結(jié)束了 ，但我們的學(xué)習(xí)沒有結(jié)束，在本次設(shè)計中，我們所學(xué)過的理論知識接受了實踐的檢驗，增強我的綜合運用所學(xué)知識的能力及動手能力，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了良好的基礎(chǔ)。軟件算法采用設(shè)定值和測量值相比較的算法。PROM 的 AT89C51 單片機控制 傳感器的自動化溫度監(jiān)控系統(tǒng)。而本次設(shè)計主要是完成兩方面工作，軟件程序設(shè)計和硬件電路板設(shè)計。硬件設(shè)計包括繪制電路原理圖，生成圖后制作電路板、插件焊件、再做硬件測試。無論從專業(yè)知識、動手能力，還是毅志品質(zhì)，都使我受益非淺。 大學(xué)生活雖然結(jié)束了，但我們的學(xué)習(xí)還沒有結(jié)束，只有不斷學(xué)習(xí)，用知識充實自己的頭腦，才能在未來社會有一席之地，才能為社會的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻，一句話：學(xué)無止境。以前沒有單片機時，這些東西也能做，但是只能使用復(fù)雜的模擬電路，然而這樣做出來的產(chǎn)品不僅體積大，而且成本高，并且由于長期使用， 元器件不斷老化，控制的精度自然也會達不到標準。這樣產(chǎn)品的體積變小了，成本也降低了，長期使用也不會擔(dān)心精度達不到了。特別是沿海地區(qū)的玩 具廠等生產(chǎn)產(chǎn)品多數(shù)用到單片機，并不斷地輻射向內(nèi)地。 目前，測溫控溫系統(tǒng)得到快速的發(fā)展，國外的測量控制系統(tǒng)已經(jīng)成熟，產(chǎn)品也較多。而由于競爭越來越激烈，現(xiàn)在企業(yè)發(fā)展的趨勢是如何最有效的提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。 通過本次的設(shè)計，是我感覺到單片機的應(yīng)用會越來越廣泛，而且，在醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展中，單片機也會越來越重要。學(xué)習(xí)并使用單片機為核心進行設(shè)計，將為我們電子工作者打開一扇通往電子設(shè)計新出路的大門。 單 片 機 產(chǎn) 品 手 冊 [ED/OL] ， [15] 趙娜，趙剛，于珍珠等 .基于 51 單片機的溫度測量系統(tǒng) [J]. 微計算機信息， 2021，12： 146148。在這 四 年的求學(xué)生涯中師長、親友給與了我大力支持，在這個翠綠的季節(jié)我將邁開腳步走向遠方，懷念，思索，長長的問號一個個在求學(xué)的路途中被知識的舉手擊碎，而人生的思考才剛剛開始。大學(xué)時代的老師治學(xué)嚴謹，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。在這里尤其要感謝 馮璐 老師，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo) ,感謝 您 的 悉