本科論文--鍋爐溫度監(jiān)控系統(tǒng)

學(xué)士學(xué)位論文 I 摘 要 鍋爐是人類供熱，取暖的主要來(lái)源，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和對(duì)鍋爐容量，參數(shù)要求的不斷提高，鍋爐容量和技術(shù)得到迅速發(fā)展，越來(lái)越智能化。 本課題的設(shè)計(jì)正是基于智能化這個(gè)目的，在本設(shè)計(jì)中利用 鉑電阻 采集鍋爐房?jī)?nèi)的各個(gè)點(diǎn)的溫度給單片機(jī)，由單片機(jī)通過(guò) LED 顯示屏直觀準(zhǔn)確的進(jìn)行顯示，并且把采集到的數(shù)據(jù)通過(guò) RS485 傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，使人在電腦面前就能觀測(cè)到鍋爐房?jī)?nèi)的溫度情況，而且監(jiān)測(cè)人員可以通過(guò)電腦把監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)任意時(shí)刻的溫度曲線調(diào)出，便于前后對(duì)照，為以后的維修提供了數(shù)據(jù)保障。而且在本設(shè)計(jì)中使用了 DS1302 時(shí)鐘芯片，使檢 測(cè)人員可以在現(xiàn)場(chǎng)知道準(zhǔn)確的時(shí)間，時(shí)鐘的調(diào)節(jié)可以通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)傳送給單片機(jī)的修正值存儲(chǔ)在 E2PROM 93C46 中，單片機(jī)每次開(kāi)機(jī)時(shí)便讀取其中數(shù)據(jù)修改 PT100 所測(cè)得的溫度值，減少環(huán)境和儀器造成的誤差，為監(jiān)測(cè)人員提供更準(zhǔn)確的溫度數(shù)據(jù)。 通過(guò)本設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)人員可以遠(yuǎn)程監(jiān)控鍋爐房?jī)?nèi)的溫度，為鍋爐管理提供了方便。 關(guān)鍵詞： 鉑電阻 ； 單片機(jī)；溫度采集 學(xué)士學(xué)位論文 II Abstract Boiler is used to supply heat for people. With automatic technology and information technologys development, the management of boiler will be more and more intelligent. In our designing ,basis on the object of intelligent. we use platinum resistance to collect some pointss temperature of stokenhold, then microcontroller receives the temperature and show it by LED, and microcontroller send the temperature to monitoring computer by RS-485 communication protocol. So the manager can watch boilers condition from monitoring computer,and the watcher can check every times temperature at every moment. And we used DS1302 as time chip, the watchers can know time in locale, even we can adjust time through monitoring computer. Monitoring computer send a correct number to the microcontroller, and the microcontroller save this number to 93C46.While the microcontroller start up again ,it will read the correct number from 93C46 to redress the temperature get by PT100 to reduce error worked by environment and instrument. It will supply more correct temperature number to the managers. Through our designing, the watcher can watch and control stokenhold in long-distance, it provide convenience to managers. Key words: Platinum resistance； Microcontroller ；Temperature collection 學(xué)士學(xué)位論文 III 目錄 引 言 . 1 1 系統(tǒng)硬件組成 . 3 1.1 系統(tǒng)各部分工作原理 . 3 1.1.1 總體硬件架構(gòu) . 3 1.1.2 硬件電路工作原理 . 4 1.2 芯片選型及功能簡(jiǎn)介 . 4 1.2.1 SM8952 內(nèi)部結(jié)構(gòu) . 4 1.2.2 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 MCP3204 . 9 1.2.3 串入并出顯示芯片 74HC595 . 14 1.2.4 通信結(jié)構(gòu) . 15 1.2.5 LED 顯示屏 . 16 1.2.6 時(shí)鐘芯片 DS1302 . 17 1.2.7 存儲(chǔ)芯片 93C46. 18 2 軟件設(shè)計(jì) . 21 2.1 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái) . 21 2.2 軟件設(shè)計(jì)時(shí)序解析 . 23 2.3 主程序流程圖 . 24 2.4 串行通訊流程圖 . 25 2.5 T0 中斷流程圖和 74HC595 串入并出溫度顯示程序流程圖 . 26 2.6 74HC595 串入并出時(shí)間顯示程序流程圖 . 27 2.7 時(shí)間調(diào)節(jié)程序流程圖 . 28 3 軟件調(diào)試 . 31 3.1 調(diào)試過(guò)程概述 . 31 3.2 程序調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題及改進(jìn)方案 . 33 總 結(jié) . 35 致 謝 . 36 參考文獻(xiàn) . 37 附 錄 . 38 學(xué)士學(xué)位論文 IV 附錄 A . 38 附錄 A.1 英文原文 . 38 附錄 A.2 漢語(yǔ)翻譯 . 44 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 引 言 在自動(dòng)控制領(lǐng)域中，溫度檢測(cè)與控制占有很重要地位。溫度測(cè)控系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域，也得到了廣泛的應(yīng)用。 在大多數(shù)測(cè)控系統(tǒng)中，溫度都是必不可少的檢測(cè)量，溫度傳感器也是測(cè)控系統(tǒng)中十分 重要的傳感器件。隨著數(shù)字化傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了各種類型的數(shù)字溫度傳感器。數(shù)字溫度傳感器可以直接將被檢測(cè)的溫度信息以數(shù)字化形式輸出，與傳統(tǒng)的模擬式溫度傳感器相比，具有測(cè)量精度高、功耗低、穩(wěn)定性好、外圍接口電路簡(jiǎn)單特點(diǎn)。而 且 單片機(jī)微處理器越來(lái)越豐富的外圍功能模塊，更加方便了數(shù)字式溫度傳感器輸出信號(hào)的處理 。本設(shè)計(jì)正是用 單片機(jī)微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)。盡管目前市場(chǎng)上針對(duì)溫度測(cè)量的檢測(cè)儀器不在少數(shù)，而且，其制作的水平無(wú)論在工藝還是在測(cè)量的精度上都不斷的在提高，但要得到高精度、寬量程以及多通道的溫度檢測(cè)儀，價(jià) 格都十分昂貴，本文的立足點(diǎn)是，運(yùn)用比較常規(guī)的溫度傳感器以及價(jià)格低廉的電子元件構(gòu)成低成本、高性能的智能系統(tǒng)。 本系統(tǒng)是為北方的供暖鍋爐設(shè)計(jì)的回水溫度檢測(cè)系統(tǒng)。在我國(guó)北方絕大部分地區(qū)冬天要靠供暖鍋爐來(lái)解決供暖問(wèn)題，在供暖鍋爐車間需要知道從用戶返回來(lái)的水的溫度，從而對(duì)鍋爐的運(yùn)作進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。本系統(tǒng)在鍋爐車間安裝了大的 LED 顯示屏，用來(lái)給操作工人提供可以參考的信息。同時(shí)數(shù)據(jù)也可以傳送給計(jì)算機(jī)，使得決策者可以不用到車間就能夠知道鍋爐的回水溫度情況。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我嚴(yán)格按照畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，在指導(dǎo)教師的引導(dǎo) 下，按時(shí)完成了設(shè)計(jì)。用 PT100 與輔助測(cè)量電路將 -40100 溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成 05V 的電壓信號(hào)， 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成 0 4095 的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)查表分段插值轉(zhuǎn)換成溫度，總計(jì)可以采集現(xiàn)場(chǎng)的 8 路溫度，測(cè)得溫度的精度可以達(dá)到 0.1 。通信模塊部分將溫度值通過(guò) RS485 通信的方式上傳給上位機(jī)。本設(shè)計(jì)基于鉑電阻測(cè)溫原理 ,以SM89C52 單片機(jī)為控制核心，利用串行接口 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 MCP3204 等芯片組成來(lái)實(shí)現(xiàn)鉑電阻測(cè)溫過(guò)程，并通過(guò) LED 數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)字符的顯示 , ,順利的完成單片機(jī)軟件部分的設(shè)計(jì) ,并 結(jié)合硬件電路原理圖根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能利用其程序設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)調(diào)試之后做成了有實(shí)用價(jià)值的鉑電阻測(cè)溫顯示屏，從而實(shí)現(xiàn)了從理論與實(shí)踐相結(jié)合的這一過(guò)程。 本系統(tǒng)軟件采用單片機(jī) C 程序設(shè)計(jì)，因?yàn)殡S著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，電子工程師需要能在短時(shí)間內(nèi)編寫出執(zhí)行效率高、運(yùn)行可靠的代碼。同時(shí)，由于實(shí)際系統(tǒng)的日趨復(fù)雜，使得代碼的規(guī)范性、模塊化的要求越來(lái)越高，以方便多個(gè)工程師以軟件工程的形式進(jìn)行沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 協(xié)同開(kāi)發(fā)，而 C 語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)化和高效性滿足了這樣的需要所以選用 C 語(yǔ)言進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 第 1 章 硬件原理 1.1 系統(tǒng)工作原理 1.1.1 硬件結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)主要以 SM8952 單片機(jī)為控制核心 , 利用三線制電橋設(shè)計(jì)鉑電阻測(cè)溫電路，通過(guò)橋式電路轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大及 A/D 轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)進(jìn)行處理。系統(tǒng)主要由鉑電阻測(cè)溫電路、放大電路，時(shí)鐘電路，復(fù)位按扭，電源組成。并通過(guò) LED 數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)字符的顯示，用 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 MCP3204 以實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。 測(cè)溫儀的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 1.1 所示?？紤]到功耗及整機(jī)的精度和價(jià)格等問(wèn)題 ,測(cè)溫儀的單片機(jī)控制器采用 51 系列單片機(jī)。測(cè)溫系統(tǒng)采用不平衡電 橋測(cè)量鉑電阻隨溫度變化的電壓信號(hào) ,經(jīng)過(guò)放大、 A/D 轉(zhuǎn)換后 ,送到單片機(jī)中進(jìn)行處理和顯示。采集時(shí)顯示最值溫度 ,超過(guò)設(shè)定值則報(bào)警。本測(cè)溫儀通過(guò) RS485 通信方式與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信 ,上位機(jī)負(fù)責(zé)設(shè)置采集開(kāi)始時(shí)間、采集間隔時(shí)間等參數(shù) ,并讀取下位機(jī)數(shù)據(jù) ,進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。 圖 1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 時(shí)鐘電 路 鉑電阻測(cè)溫電路 放大電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 AT89C52 單片機(jī) LED 顯示 計(jì)算機(jī)通信 （ RS485） 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 1.1.2 硬件工作原理 鉑電阻是將 0.05 0.07的鉑絲繞在線圈骨架上封裝在玻璃或陶瓷管等保護(hù)管內(nèi)構(gòu)成。溫度范圍在 -40 650 以內(nèi)，鉑電阻一般是三線制，其中一端接一根引線另一端接二根引線，主要為遠(yuǎn)距離測(cè)量消除引線電阻對(duì)橋臂的影響 (近距離可用二線制，導(dǎo)線電阻忽略不計(jì)。 )。 由 Pt100 溫度傳感器采集到鍋爐的回水溫度電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器、 A/D 轉(zhuǎn)換器，得到相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng)通信電路實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)的通信，以及由 LED 數(shù)碼管組成的顯示電路顯示所測(cè)溫度。 由于鉑電阻傳感器的非線形特性易產(chǎn)生測(cè)量誤差，本設(shè)計(jì)通過(guò)采用查表線性化法得出溫度各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 A/D 轉(zhuǎn)換值 ,并且利用軟件算法實(shí)現(xiàn)了電路中各參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整選取 ,在盡可能 提高分辨率的情況下使設(shè)計(jì)的電路在給定的溫度范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨率近似相等 ,從而方便了硬件電路的設(shè)計(jì)和電阻的選取 ,也減小了鉑電阻測(cè)溫電路的非線性誤差。 1.2 芯片選型及功能簡(jiǎn)介 1.2.1 SM8952 內(nèi)部結(jié)構(gòu) SM8952 是 內(nèi)含 8 k 內(nèi)存 的 8 位單片機(jī)。它所具有的硬件特性和一套強(qiáng)大的指令集使它成為一種通用并且經(jīng)濟(jì)的處理器。這是我們?cè)诒驹O(shè)計(jì)中選擇它的原因。并且它擁有的 32 個(gè) I O 口以及 8k 內(nèi)存使它適合于混合運(yùn)算和復(fù)數(shù)運(yùn)算。 特性： * 工作電壓： 3.0 3.6 V 在 L 版本中 ； 4.5 5.5V 在 C 版本中 ； * 與其他 8952 系列單片機(jī)兼容 ； * 一個(gè)機(jī)器周期包含 12 個(gè)時(shí)鐘周期 ； * 8k 的內(nèi)部存儲(chǔ)空間 ； * 256 bytes 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存空間 ； * 3 個(gè) 16 bit 定時(shí)記數(shù)器 ； * 4 組 8 bit I O 口 ； 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 * 全雙工串行通訊 ； * 位操作指令集 ； * 內(nèi)存空間頁(yè)跳躍 ； * 8 bit 無(wú)符號(hào)乘法 ； * BCD 算法 ； * 直接尋址 ； * 間接尋址 * 嵌套中斷； * 兩個(gè)中斷優(yōu)先集； * 1 個(gè) 串行通訊接 口； * 省電模式 * 代碼保護(hù)模式； * 1 個(gè)看門狗系統(tǒng)； * 低電磁干擾； 芯片結(jié)構(gòu)圖 : 圖 1.2 8952 的結(jié)構(gòu)圖 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 : 圖 1.3 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 看門狗 ( WDT )系統(tǒng)描述： 看門狗系統(tǒng) ( WDT )是一個(gè)一旦溢出便會(huì)產(chǎn)生重啟信號(hào)的 16 位自由執(zhí)行計(jì)數(shù)器?？撮T狗經(jīng)常用于易受噪聲干擾，電源故障，放電影響而產(chǎn)生程序死循環(huán)或是失控的系統(tǒng)中。它可以幫助系統(tǒng)使用者將程序從失控狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)?？撮T狗不同于 8952 系統(tǒng)的定時(shí)器 1，定時(shí)器 2，和定時(shí)器 3 。為了防止看門狗由于 溢出發(fā)出重啟信號(hào)可以周期性沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 的將看門狗系統(tǒng)的計(jì)數(shù)器清零 7。 SM8952A 的看門狗系統(tǒng)擁有可選擇源時(shí)鐘的輸入?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置看門狗控制寄存器（ WDTC ）的 PS2 PS0 進(jìn)行控制。 看們狗系統(tǒng)的執(zhí)行可以通過(guò)將（ WDTC ）的第 7 個(gè) bit（ WDTE ） 置 1 實(shí)現(xiàn)。當(dāng) WDTE置 1 后， 16 位計(jì)數(shù)器便從 PS2 PS0 選擇的基數(shù)開(kāi)始計(jì)時(shí)。如果溢出出則產(chǎn)生重啟信號(hào)。當(dāng) SM8951A SM8952A 重啟后 WDTE被置 0。硬件重啟或 WDT重啟也會(huì)使 WDTE置 0； 重啟 WDT可以通過(guò)將 WDTC 的第 5 位（ CLEAR ）置 1。這可以清空 16 位計(jì)數(shù)器并且讓其從起始點(diǎn)開(kāi)始計(jì)數(shù)。 WDTC： 圖 1.4 WDTC 內(nèi)部結(jié)構(gòu) PS2 PS0 ： 圖 1.5 PS2 至 PS0 不同值時(shí)的選擇結(jié)果 看門狗系統(tǒng)系 統(tǒng)控制寄存器（ SCNOF， $BF）： 圖 1.6 看門狗系統(tǒng) 系統(tǒng)控制寄存器（ SCNOF， $BF）內(nèi)部結(jié)構(gòu) 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 WDR： 看門狗系統(tǒng)重啟位，當(dāng)系統(tǒng)由于看門狗計(jì)數(shù)器溢出而重啟時(shí) WDR置 1； ALEI： ALE輸出抑制位，減少電磁干擾； SCNOF 的第 7 位是看門狗系統(tǒng)重啟位。當(dāng)看 門狗系統(tǒng)因?yàn)橐绯霎a(chǎn)生重啟信號(hào)時(shí)這一位便置 1 ；用戶可以通過(guò)查看這一位檢查是否有不可預(yù)知的重啟產(chǎn)生。 減少電磁干擾功能： SM8952A 允許用戶通過(guò)將 SCNOF 的第 0 位 ( ALEI )置 1 來(lái)實(shí)現(xiàn)減少電磁干擾功能。此項(xiàng)功能會(huì)將 ALE 口的時(shí)鐘信號(hào)抑制成 Fosc 6Hz 。但此項(xiàng)功能只有在無(wú)外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的情況下才可以使用。 1.2.2 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 MCP3204 MCP3204 是逐步求近的 12 位模擬數(shù)據(jù)（ A/D）轉(zhuǎn)換器，帶有片內(nèi)采樣和保持電路，MCP3204 經(jīng)編程可以提供兩對(duì)偽差 分輸入通道或者四條單端輸入通道，與器件的通信可以使用與 SPI 協(xié)議兼容的簡(jiǎn)易串行接口進(jìn)行，器件的轉(zhuǎn)換率可達(dá) 100Ksps, MCP3204在寬電壓范圍內(nèi)（ 2.7V 5.5V）工作，低電流設(shè)計(jì)使器件可在典型值分別為 500nA 和320uA 的待機(jī)電流和有效電流條件下工作 8。 MCP3204 同時(shí)提供數(shù)字與模擬接地連線，這樣可以提供另外的方法來(lái)減少噪聲，模擬與數(shù)字電路相對(duì)于器件在內(nèi)部是各自分開(kāi)的。這樣減少了從器件的數(shù)字部分耦合到器件模擬部分的噪聲。這兩條地線通過(guò)電路板基低在內(nèi)部連接，基底電阻為 5-10。如果不使 用接地層，則這兩條地線必須連接到電路板上的 VSS。如果有接地層，則數(shù)字與模擬接地引腳都要連接到模擬接地層。如果同時(shí)具模擬與數(shù)字接地層，則數(shù)字與模擬接地引腳也應(yīng)連接到模擬接地層。采取這些步驟可以減少數(shù)字噪聲的數(shù)量，這些數(shù)字噪聲從電路板其他部分出發(fā)將耦合到 A/D 轉(zhuǎn)換器。 MCP3204 的引腳說(shuō)明如圖 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 名稱 功能 VDD +2.7V 到 5.5V供電電源 DGND 數(shù)字接地 AGND 模擬接地 CH0-CH7 模擬輸入 CLK 串行時(shí)鐘 DIN 串行數(shù)據(jù)輸入 DOUT 串行數(shù)據(jù)輸出 /CS/SHDN 片選 /關(guān)斷輸入 VREF 基準(zhǔn)電壓輸入 圖 1.7 MCP3204 引腳說(shuō)明 由于我們所要測(cè)量的溫度為 -40100 ，精度要求為 0.1 。所以 MCP3204 的 12 位精度足以滿足系統(tǒng)的要求。該芯片的參考電壓選擇 +5V。 MCP3204 可以編程配置為 2 路偽差分輸入偏置或 4 路單端輸入 。 其差分非線性度（ DNL）和整體非線性度（ INL）為 1LSB。該系列工作原理和操作方 簡(jiǎn)單靈活 ，下面介紹 一下 MCP3204 芯片的 A/D 轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn) ： （ 1）單電源工作，工作電壓范圍寬，可在 2.7V5.5V 電壓間工作； （ 2）功耗低，激活工作電流僅為 400A，而維持工作電流僅 0.5A； （ 3）工作方式靈活，單端輸入工作方式和準(zhǔn)差分輸入工作方式可通過(guò)命令設(shè)置，其中準(zhǔn)差分輸入工作方式能有效抑制輸入端共模干擾的影響； （ 4）與微處理器采用 SPI 接口總線通訊，為微處理器節(jié)約了口線，同時(shí)也使數(shù)據(jù)采集更加方便； （ 5）幾乎無(wú)外圍器件，從而 減少了由于外圍器件而引入的干擾和誤差，同時(shí)也提高了可靠性； （ 6） 有 ESD 保護(hù)，所有管腳均能隨 4kV 靜電釋放； （ 7）轉(zhuǎn)換速度可達(dá) 100kHz； （ 8）適應(yīng)溫度范圍寬， 可在 -40 85 攝氏度之間工作 ； （ 9） 性價(jià)比高 ，現(xiàn)時(shí)零售價(jià)低于 30 元人民幣 ，且性能較好。 由于 這些特點(diǎn)能夠滿足系統(tǒng)的要求，因此它成為了本次設(shè)計(jì) A/D 部分的首選器件 。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 MCP3204 主要由輸入通道選通開(kāi)關(guān)、采樣保持單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（ DAC） 、比較器、 12 位逐次逼近寄存器（ SAR）、控制邏輯單元和移位寄存器等部分組成，如圖 1.5所示。其 轉(zhuǎn)換原理是：通過(guò)比較器，利用已知的標(biāo)準(zhǔn)電壓與被測(cè)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)被測(cè)電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓相等時(shí)，則該標(biāo)準(zhǔn)電壓即為 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)電壓是按照二進(jìn)制編碼變化的可變量，通常它是由逐次逼近寄存器 SAR 和 DAC 產(chǎn)生的。 SAR 用于產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制編碼的數(shù)字量， DAC 將這個(gè)數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓即為標(biāo)準(zhǔn)電壓， SAR的位數(shù)決定了 A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率，同時(shí) SAR的位數(shù)又決定了 A/D 轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換過(guò)程中標(biāo)準(zhǔn)電壓與被測(cè)電壓比較的次數(shù)，也就是說(shuō)決定了完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換的所需要的時(shí)間。每次進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換的通道號(hào)，通過(guò)控制邏輯選取。而 轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，則通過(guò)移位寄 存器串行 口 輸出。 轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)： (1.1) 式中：inV：從 CH0 CH3 輸入的模擬電壓； REFV ： 輸入 5V 參考電壓。 圖 1.8 MCP3204 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 REFinV V4096沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 A/D 轉(zhuǎn)換的計(jì)算公式簡(jiǎn)介：對(duì)所用芯片 MCP3204 的引腳來(lái)說(shuō)，REFV指的是 AD 輸出的最大值表示的電壓， AGND 指的是 AD 輸出最小值表示的電壓，因?yàn)樵撔酒木葹?12，所以其分辨率為 122 即 4096，所謂的分辨率就是可在REFV和 AGND 之間分成 的最小區(qū)間的個(gè)數(shù)，所以每個(gè)區(qū)間的大小的電壓值為 4 0 9 6)( AGN DV R E F (1.2) 則已知的電壓 inV=AD 值 4096)( AGNDVREF (1.3) 所以可以得到經(jīng)過(guò) AD 轉(zhuǎn)換器后的 AD 值。 需要指出的是： （ 1）當(dāng) MCP3204 接收命令數(shù)據(jù)時(shí)，時(shí)鐘 CLK 的上升沿有效；當(dāng) MCP3204 輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)時(shí)，時(shí)鐘 CLK 的下降沿有效。 （ 2）當(dāng)采樣結(jié)束后，讀取所有 12 位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)必須在 1.2ms 時(shí)間內(nèi)完成，否則將影響轉(zhuǎn)換精度。 （ 3）當(dāng) MCP3204 所在電路板有一地線層時(shí)，模擬地 AGND 管腳與數(shù)字地 DGND管腳應(yīng)當(dāng)連接到模擬地線層；當(dāng)所在電路板有模擬地線層和數(shù)字地線層時(shí)， AGDN 管腳和 DGND 管腳將連接到模擬地線層；當(dāng)所在電路板沒(méi)有地線層時(shí)，必須將 AGND 管腳和 DGND 管腳一起連到電路板的地線SSV上，這將有效減少數(shù)字噪聲耦合到 A/D 轉(zhuǎn)換器上的機(jī)會(huì)。 A/D 轉(zhuǎn)換原理分析 模數(shù)轉(zhuǎn)換是將模擬入信號(hào)轉(zhuǎn)換為 N 位二進(jìn)制數(shù)字輸出信號(hào)的技術(shù)。模 數(shù)轉(zhuǎn)換包括采樣、保持、量化和編程四個(gè)過(guò)程。采樣就是將一個(gè)連續(xù)變化的信號(hào) x (t) 轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散的采樣信號(hào) x (n) 。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。要把一個(gè)采樣輸出信號(hào)數(shù)字化 ,需要將采樣輸出所得的瞬時(shí)模擬信號(hào)保持一段時(shí)間 ,這就是保持過(guò)程。量化是將連續(xù)幅度的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散時(shí)間、離散幅度的數(shù)字信號(hào) ,量化的主要問(wèn)題就是量化誤差。編碼是將量化后的信號(hào)編碼成二進(jìn)制代碼輸出。這些過(guò)程有些是合并進(jìn)行的。例如 ,采樣和保持就利用一個(gè)電路連接完成 ,量化和編碼也是在轉(zhuǎn)換過(guò)程同時(shí)實(shí)現(xiàn)的 ,且所用 時(shí)間又是保持時(shí)間的一部分。 逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換原理 2 本設(shè)計(jì)采用 MCP3204逐次逼近型 ADC， 逐次逼近型 ADC 包括 1個(gè)比較器、 1個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器、 1個(gè)逐次逼近寄存器 ( SAR) 和 1個(gè)邏輯控制單元 ,如圖 1.13 所示。轉(zhuǎn)換中的逐次沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 逼近是按對(duì)分原理 ,由控制邏輯電路完成的。其大致過(guò)程如下 :啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后 ,控制邏輯電路首先把逐次逼近寄存器的最高位置 1 ,其它位置 0 ,逐次逼近寄存器的這個(gè)內(nèi)容經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后得到約為滿量程輸出一半的電壓值。這個(gè)電壓值在比較器中與輸入信號(hào)進(jìn)行比較。比較器的輸出反饋到數(shù)模轉(zhuǎn)換器 ,并在下一 次比較前對(duì)其進(jìn)行修正。在邏輯控制電路的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下 ,逐次逼近寄存器不斷進(jìn)行比較和移位操作 ,直到完成最低有效位 (LSB)的轉(zhuǎn)換。這時(shí)逐次逼近寄存器的各位值均已確定 ,逐次逼近轉(zhuǎn)換完成。由于逐次逼近型模數(shù) ADC在 1個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)只能完成 1位轉(zhuǎn)換。 N位轉(zhuǎn)換需要 N個(gè)時(shí)鐘周期 ,故這種模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣速率不高 ,輸入帶寬也較低。它的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單 ,便于實(shí)現(xiàn) ,不存在延遲問(wèn)題 ,適用于中速率而分辨率要求較高的場(chǎng)合。 A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo) （ 1）轉(zhuǎn)換速度（ Conversion Rate） 轉(zhuǎn)換速度是指完成一次 A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間的倒數(shù)， 是一個(gè)很重要的指標(biāo)。 ADC型號(hào)不同，轉(zhuǎn)換速度差別很大。通常， 8位逐次比較式 ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100us左右選用 ADC型應(yīng)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)需要而定。在控制時(shí)間允許情況下，應(yīng)盡量選用便宜的逐次比較式 A/D轉(zhuǎn)換器。 （ 2）轉(zhuǎn)換精度 (Conversion Accuracy) ADC的轉(zhuǎn)換精度有模擬誤差和數(shù)字誤差組成。模擬誤差是比較器、解碼網(wǎng)絡(luò)中電阻值以及基準(zhǔn)電壓波動(dòng)等引起的誤差。數(shù)字誤差主要包括丟失碼誤差和量化誤差，前者屬于非固定誤差，由器件質(zhì)量決定，后者和 ADC輸出數(shù)字量位數(shù)有關(guān)，位數(shù)越多，誤差越小。 在 A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中， 模擬量是一種連續(xù)變化的量，數(shù)字量是斷續(xù)的量。因此， A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)固定后，并不會(huì)所有模擬電壓都能用數(shù)字量精確表示的。例如：假定三位二進(jìn)制 A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程值為 VFS為 7V，即輸入電壓為 0V、 1V、 2V、 3V、 4V、 5V、 6V、7V時(shí)，三位數(shù)字量恰好只能有 8種組合。如果模擬輸入電壓為其余值就會(huì)產(chǎn)生量化誤差，輸入模擬電壓為 0.5V、 1.5V、 2.5V、 3.5V、 4.5V、 5.5V、 6.5V時(shí)量化誤差最大，應(yīng)當(dāng)是0.5V。顧量化誤差的定義是分辨率之半，其計(jì)算公式為： 2 1 2FSNVQ (1.4) 硬件系統(tǒng)中 PT100 的 A/D 值與溫度的關(guān)系如下表 : 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 表 1.1 PT100 的 A/D 值與溫度的對(duì)照表 A/D 值 溫度值 A/D 值 溫度值 A/D 值 溫度值 A/D 值 溫度值 360 -111 1275 -5 2232 35 3200 75 407 -40 1372 0 2356 40 3326 80 502 -35 1497 5 2475 45 3440 85 627 -30 1620 10 2600 50 3558 90 752 -25 1746 15 2720 55 3680 95 875 -20 1866 20 2842 60 3799 100 998 -15 1989 25 2960 65 4000 101 1123 -10 2112 30 3084 70 1.2.3 串入并出芯片 74HC595 74HC595 是個(gè) 8 位的、帶 8 位輸出鎖存器、三態(tài)輸出的串行輸入 /串行或并行輸出的移位寄存器。三態(tài)輸出是指帶有 8 個(gè)三態(tài)門具有三態(tài)輸出功能。串行端沒(méi)有三態(tài)輸出功能。該器件與 74HC164 相比，突出的優(yōu)點(diǎn)是：由于有輸出鎖 存器，當(dāng)串行數(shù)據(jù)移入移位寄存器的過(guò)程中， 8 位并行輸出端 (Q0Q7)的數(shù)據(jù)不變化。只有當(dāng)鎖存時(shí)鐘來(lái)時(shí)，才把移位寄存器中的數(shù)據(jù)并行地送入 8 位輸出鎖存器中。 因此 74HC595 中的移位寄存器接收串行的數(shù)據(jù)輸入，同時(shí)提供了一個(gè)串行的數(shù)據(jù)輸出，移位寄存器還提供并行的數(shù)據(jù)輸出到 8 位輸出鎖存器，而且移位寄存器和輸出鎖存器各有自己的時(shí)鐘輸入腳，所以可互不影響。移位寄存器還有一個(gè)復(fù)位控制輸入腳，以便復(fù)位（清零）移位寄存器的內(nèi)容。 74HC595 的主要特性： （ 1） 輸出驅(qū)動(dòng)能力： 15 個(gè) LSTTL負(fù)載； （ 2） 輸出腳可直接 與 CMOS、 NMOS 和 TTL 電路相連； （ 3） 工作電壓范圍： 2V6V； （ 4） 工作溫度范圍：對(duì)于陶瓷封裝（后綴為 J）、塑料封裝（后綴為 N）和扁平封裝 (后綴為的 D)的產(chǎn)品，均為 -55 +125 ； （ 5） 低的輸入電流： 1A ； 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 （ 6） 高的噪聲抑制能力。 74HC595 可在串行外圍接口上擴(kuò)展并行輸出口，除了可允許再擴(kuò)展其他串行接口外，還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是在 執(zhí)行串行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，輸出口上的數(shù)據(jù)不會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)，它們?cè)?RCLK 上跳時(shí)才一次性的改變?yōu)樾碌妮敵鲋怠?1.2.4 通信電路 本系統(tǒng)采用 RS 485 接口芯 片 MAX487 作為通訊口。 MAX487 是 MAXIM 公司生產(chǎn)的用于 RS 485 和 RS 422 通信的差分總線小功率收發(fā)器，它含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器，具有驅(qū)動(dòng)器接收器使能功能，輸入阻抗為 1 4 負(fù)載（ 48kW），節(jié)點(diǎn)數(shù)為 128，即每個(gè) MAX487 的驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng) 128 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載。 MAX487 的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)成限斜率方式，使輸出信號(hào)邊沿不至于過(guò)陡，以避免在傳輸線產(chǎn)生過(guò)多的高頻分量，從而有效扼制了干擾現(xiàn)象。 MAX487 的接收靈敏度為 200mV，即接收端的差分電壓200mV 時(shí)，接收器輸出為高電平， 200mV 時(shí) 接收器輸出為低電平，介于 200mV之間時(shí)接收器輸出為不確定狀態(tài)，因此，一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)的接收器在總線空閑、傳輸線開(kāi)路或短路時(shí)產(chǎn)生低電平，將使串行接收器找不到起始位，從而引起通信異常，為此，本系統(tǒng)在硬件上作了處理：將 MAX487 的 A、 B輸出端加接上拉、下拉電阻，保證在發(fā)出有效數(shù)據(jù)時(shí)所有接收器能接收到完整的數(shù)據(jù)。 MAX487 靜態(tài)工作電流為 120 A， 5V單電源工作，在本系統(tǒng)中， MAX487 采用半雙工通信方式，各節(jié)點(diǎn)間的通信通過(guò)一對(duì)雙絞線作為傳輸介質(zhì)，因雙絞線的特性阻抗為120，因此系統(tǒng)在 MAX487 的始端和末 端各接一個(gè) 120電阻以減少線路上傳輸信號(hào)的反射。由于主機(jī)與分機(jī)相隔較遠(yuǎn)，而分機(jī)系統(tǒng)上電或復(fù)位又常常不在同一時(shí)刻完成，如在此時(shí)某個(gè) MAX487 處于發(fā)送狀態(tài)，將占用通信總線而使其它分機(jī)無(wú)法與主機(jī)進(jìn)行通信，本系統(tǒng)在 89C52 與 MAX487 之間加接光耦，保證了系統(tǒng)上電復(fù)位時(shí) MAX487 的DE 端為“ 0”，有效解決了這個(gè)問(wèn)題。 RS-485收發(fā)器分別采用平衡發(fā)送和差分接收，即在發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器將 TTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)輸出，在輸出端將差分信號(hào)變成 TTL電平。因此，具有將強(qiáng)的電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)的能力，與此同時(shí)，提高 接收器的靈敏度，能檢測(cè)至 200mv的電壓，所以數(shù)據(jù)傳輸可達(dá)千米以外， RS-485許多電器規(guī)定與 RS-485相仿，例如，都采用平衡傳輸方式，都需要在傳輸線上連接終接電阻等。最簡(jiǎn)單的 RS-485通信電纜有兩條信號(hào)線路組成，沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 通信電纜必須接大地參考點(diǎn)，這樣的連接線路能支持 32對(duì)發(fā)送 /接收端，為了避免地面電流，每個(gè)設(shè)備一定要接大地，另外，通信電纜應(yīng)包括第三信號(hào)參考線，連接到每個(gè)設(shè)備的電纜地，若用屏蔽電纜，屏蔽應(yīng)接到電纜設(shè)備的機(jī)殼。 RS-485可采用二線制或四線制連接方式，二線制連接方式能實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信，采用 四線制連接方式時(shí)，只能實(shí)現(xiàn)一對(duì)多點(diǎn)的通信，即只能有一個(gè)主設(shè)備，其余為從設(shè)備。無(wú)論采用那種方式總線上可連接多達(dá) 32個(gè)設(shè)備。 RS-485驅(qū)動(dòng)器輸出電壓在 -7+12V之間， RS-485接受器最小輸入阻抗為 12K。 RS-485的最大傳輸速率為 10Mb/s，當(dāng)波特率為 1200b/s時(shí)，最大傳輸距離理論上可達(dá) 15Km。平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，在 100Kb/s速率下，才可能使用規(guī)定最長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度。 用 51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)與 PC 機(jī)之間的通訊時(shí)，必須使用電平轉(zhuǎn)換接口芯片，因?yàn)閱纹瑱C(jī)輸出的是 TTL電平，必須經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換 才能和 PC 機(jī)的一致。本文中采用的是 RS 485 協(xié)議，所以單片機(jī)需要采用 RS 485 接口；而在 本設(shè)計(jì)中 PC 機(jī)側(cè)使用的是 RS 232 與 RS485 的電平轉(zhuǎn)換接口。 1.2.5 LED 顯示屏 LED顯示器是用發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示器 ,為了適應(yīng)不同電路的需要 ,根據(jù)構(gòu)成 LED顯示器的發(fā)光二極管公共極的極性 ,有共陰極和共陽(yáng)極兩種形式。對(duì)共陰極數(shù)碼管 ,公共陰極接地 ,當(dāng)各段陰極上的電平為高電平時(shí) ,該段接通亮 ,電平為 0 時(shí) ,該段關(guān)斷不亮。對(duì)共陽(yáng)極數(shù)碼管則剛好相反 ,高電平不亮 ,低電平時(shí)亮。這種器件根據(jù)顯示數(shù)位分類 ,可以分為一位 ,雙位和多位 LED顯示器 ,一位 LED顯示器就稱作 LED數(shù)碼管 ,兩位以上的一般就稱作 LED 顯示器。 在本設(shè)計(jì)中采用的是共陽(yáng)極 LED 顯示器。 要驅(qū)動(dòng) LED 顯示器顯示相應(yīng)字符 ,必須通過(guò)接口向其提供字符的筆段字型碼和數(shù)位代碼。當(dāng) LED 顯示器用于微處理器或微控制器應(yīng)用系統(tǒng)時(shí) ,利用微處理器的強(qiáng)大功能通過(guò)軟件查表方式對(duì)所需要顯示的字符到筆段字型碼的變換實(shí)現(xiàn)譯碼不是一件困難的事 ,所以目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用都是采用這種軟件譯碼方式。 LED 顯示器驅(qū)動(dòng)方式可以分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)兩種。靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)一般是通過(guò)數(shù)字集成電路對(duì) 所需要顯示的字符筆段連續(xù)施加電壓 ；而動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)則是利用矩陣掃描方式間斷向需要顯示的字符筆段輪流施加電壓。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 靜態(tài)顯示 ,就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí) ,相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止 ,并且顯示器的各位可同時(shí)顯示。靜態(tài)顯示時(shí) ,較小的驅(qū)動(dòng)電流就能得到較高的顯示亮度。當(dāng)LED 顯示器工作于靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)方式時(shí) ,不同數(shù)位的 LED 數(shù)碼管的公共極 (共陽(yáng)極或共陰極 )將被連接在一起并接地或 +5V,而每個(gè)數(shù)位的 8 根筆段線分別與一個(gè) 8 位鎖存器相連。不同數(shù)位的數(shù)碼管相互獨(dú)立 ,分別用不同的驅(qū)動(dòng)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng) ,它們的顯示字符一旦確定 ,只要不 改變顯示字符 ,相應(yīng)的鎖存器的輸出就將一直維持不變。 這種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是編程容易、管理簡(jiǎn)單、顯示亮度高、穩(wěn)定性好、占用 CPU時(shí)間較少 ,其缺點(diǎn)是占用硬件電路和微處理系統(tǒng)接口資源較多、引線多、印刷板布線復(fù)雜 ,硬件投入成本高。 動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮顯示器的各個(gè)位 (掃描 ),對(duì)于顯示器的每一位而言 ,每隔一端時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān) ,也與點(diǎn)亮?xí)r間和時(shí)間間隔的比例有關(guān) ,當(dāng) LED顯示器工作于動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)方式時(shí) ,通常把不同數(shù)位的同名筆段互連起來(lái) ,共用一個(gè)顯示驅(qū)動(dòng)器。每一個(gè)數(shù)位上的字符顯示都需要靠筆 段字形驅(qū)動(dòng)和數(shù)位驅(qū)動(dòng)相結(jié)合 ,如果需要在不同數(shù)位上顯示不同的字符 ,可以依次傳送需要顯示字符筆段的字形碼 ,接著選通相應(yīng)數(shù)位顯示該位字符 ,利用人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象 ,只要掃描間隔時(shí)間恰當(dāng) ,就會(huì)感覺(jué)到不同數(shù)位上在同時(shí)穩(wěn)定地顯示不同的字符。 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是引線少 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,硬件成本相對(duì)較低。其缺點(diǎn)是需要不斷刷新 ,當(dāng)采用軟件掃描時(shí) ,占用 CPU 的時(shí)間較多 ,當(dāng)采用硬件掃描時(shí) ,又會(huì)增加硬件成本 ,LED 顯示數(shù)位越多 ,顯示亮度越低 ,若處理不好或數(shù)位太多將會(huì)引起顯示閃爍。 顯示板設(shè)計(jì) 單片機(jī)將采集的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成顯示碼，傳送 到顯示板，經(jīng)由移位寄存器 74HC595芯片控制共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼管顯示。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 數(shù)據(jù)輸出同步脈沖串行時(shí)鐘數(shù)據(jù)輸入同步脈沖串行時(shí)鐘74 HC 595 74 HC 595 74 HC 595符號(hào)位 數(shù)碼管 1 數(shù)碼管 2 數(shù)碼管 3其中 7 位控制數(shù)碼管 11 位控制符號(hào)位8 位控制數(shù)碼管 2有小數(shù)點(diǎn)8 位控制數(shù)碼管 3有小數(shù)點(diǎn)圖 1.9 顯示板設(shè)計(jì) 1.2.6 時(shí)鐘芯片 DS1302 DS1302是美國(guó) DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬達(dá) 2.5 5.5V。采用三線接口與 CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或 RAM數(shù)據(jù)。 DS1302內(nèi)部有一個(gè) 318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM寄存器。 DS1302是 DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與 DS1202兼容，但增加了主電源后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。 DS1302共有 12個(gè)寄存器，其中有 7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為 BCD 碼形式。此外， DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與 RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 DS1302 與 RAM 相關(guān)的寄存器分為兩類，一類是單個(gè) RAM單元，共 31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè) 8位的字節(jié)，其命令控制字為 COHFDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的 RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的 RAM 的31 個(gè)字節(jié)，命令控制字為 FEH（寫）、 FFH（讀）。 DS1302在測(cè)量系統(tǒng)中的硬件電路如圖， DS1302與 CPU的連接僅需要三條線，即沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 SCLK（ 7）、 I/O(6）、 RST（ 5）。 Vcc2在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源并提供低功率的電池備份。 Vcc在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn)用方式下 B1連接到備份電源，以便在沒(méi)有主電源的情況下能保存時(shí)間信息以及數(shù)據(jù)。 DS1302由 B1或 Vcc兩者中的 較大者供電。當(dāng) Vcc大于 B1+0.2V時(shí)， Vcc給 DS1302供電。當(dāng) Vcc小于 B1時(shí) ， DS1302由B1供電。 圖 1.10 DS1302 的電路設(shè)計(jì) DS1302在應(yīng)用中注意的幾個(gè)問(wèn)題： 1 DS1302每次上電時(shí)自動(dòng)處于暫停狀態(tài)，必須將秒寄存器的 D7位改置為 0始終電路才開(kāi)始記時(shí)工作。 2 解除寫保護(hù)寄存器的禁止?fàn)顟B(tài)，使之內(nèi)容為 00。 3 用多字節(jié)模式對(duì)時(shí)鐘 /日歷寄存器進(jìn)行寫操作時(shí)要求必須寫滿 8個(gè)數(shù)據(jù)否則無(wú)效。 4 當(dāng) /RST被驅(qū)動(dòng)到 1態(tài)時(shí)， SCLK必須保護(hù)在 0電平。 5 在元件的上電過(guò)程中，在電源電壓達(dá)到 2.5 之前， /RST 必須保持低電平，這可通過(guò)單片機(jī)先上電， DS1302 后上電的次序或其他附加電路解決。 1.2.7 存儲(chǔ)芯片 93C46 93C46 是一種存儲(chǔ)器 ,可以定義為 16 位 ORG 引腳接 Vcc，或者定義為 8 位 ORG 引腳接 GND 的 1K 位的串行 E2PROM，每一個(gè)的存儲(chǔ)器都可以通過(guò) DI 引腳或 DO 引腳進(jìn)行寫入或讀出，每一片 93C46 都是采用先進(jìn)的 CMOS E2PROM 浮動(dòng)門工藝加工器件?？梢越?jīng)受 1,000,000 次的寫入 /擦除操作，片內(nèi)數(shù)據(jù)保存壽命達(dá)到 100 年，器件可提供的沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 封裝有 DIP-8 ， SOIC-8 ， TSSOP-8。 器件特性： 高速度操作； 93C46 1MHz； 低功耗工藝； 電源電壓寬 1.8 伏到 6.0 伏； 存儲(chǔ)器可選擇 8 位或者 16 位結(jié)構(gòu)； 寫入時(shí)自動(dòng)清除存儲(chǔ)器內(nèi)容； 硬件和軟件寫保護(hù)； 慢上電寫保護(hù)； 1,000,000 次寫入 /擦除周期； 100 年數(shù)據(jù)保存壽命； 商業(yè)級(jí)工業(yè)級(jí)和汽車級(jí)溫度范圍； 圖 1.11 93C46引腳圖 說(shuō)明當(dāng)注意： ORG 接 Vcc 時(shí)存儲(chǔ)器為 16 位結(jié)構(gòu) ,當(dāng) ORG 接 GND 是存儲(chǔ)器為 8 位結(jié)構(gòu) ；當(dāng) ORG引腳懸空時(shí)內(nèi)部的上拉電阻把存儲(chǔ)器選擇為 16 位結(jié)構(gòu)。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 圖 1.12 93C46 管腳說(shuō)明 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 第 2 章 軟件設(shè)計(jì) 2.1 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)及 C 介紹 KEIL51 是德國(guó) KEIL公司開(kāi)發(fā)的單片機(jī) C 語(yǔ)言編譯器，其前身是 FRANKLIN C51，現(xiàn)在的最新版本 V7 功能已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)，特別是兼容 ANSI C 后又增加很多與硬件密切相關(guān)的編譯特性，使得在 8051 系列單片機(jī)上開(kāi)發(fā)應(yīng)用 程序更為方便和快捷。 u Vision2是一種集成化的文件管理編譯環(huán)境，本設(shè)計(jì)使用的編譯環(huán)境 KEIL51， 集成了文件編輯處理、編譯鏈接、項(xiàng)目管理、窗口、工具管理和軟件仿真調(diào)試等多種功能，是相當(dāng)大的C51 開(kāi)發(fā)工具。 在 KEIL 的仿真功能中，有兩種仿真模式：軟件模擬方式和目標(biāo)板調(diào)試方式。在軟件模擬方式下，不需要任何 8051 單片機(jī)硬件即可完成用戶程序仿真調(diào)試，極大地提高了用戶程序開(kāi)發(fā)效率。在目標(biāo)板調(diào)試方式下，用戶可以將程序裝到自己的8051 單 片機(jī)系統(tǒng)版上，利用 8051 的串口與 PC 機(jī)進(jìn)行通信來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶程序的實(shí)時(shí)在線仿真 。 6 在國(guó)內(nèi)，匯編語(yǔ)言仍然是比較流行的開(kāi)發(fā)工具。長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)編譯效率的偏見(jiàn)，以及不少程序員對(duì)使用匯編開(kāi)發(fā)硬件系統(tǒng)的習(xí)慣性，使 C 語(yǔ)言在不少地方遭到冷落。誠(chéng)然，優(yōu)秀程序員寫出的匯編語(yǔ)言程序的確有執(zhí)行效率高的優(yōu)點(diǎn)，但其可移植性和可讀性差，使其開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品在維護(hù)和功能升級(jí)方面都有極大的困難，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性也比較差。而使用 C 語(yǔ)言進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，有著匯編語(yǔ)言編程所不、可比擬的優(yōu)勢(shì) 1 編程調(diào)試靈活方便 C 語(yǔ)言編程靈活，同時(shí)，當(dāng)前幾乎所有嵌入式系統(tǒng)都有相應(yīng)的 C 語(yǔ)言級(jí)別的仿真調(diào)試系統(tǒng)，調(diào)試十 分方便。 生成的代碼編譯效率高 當(dāng)前較好的 C 語(yǔ)言編譯系統(tǒng)編譯出來(lái)的代碼效率只比直接使用匯編低 20%如果使用優(yōu)化編譯選項(xiàng)甚至可以更低。 2 模塊化開(kāi)發(fā) 目前的軟硬件開(kāi)發(fā)都向模塊化、可復(fù)用性的目標(biāo)集中。不管是硬件還是軟件，都希望其有比較通用的接口在以后的開(kāi)發(fā)中如果需要實(shí)現(xiàn)相同或者相近的功能，就可以直接使用以前開(kāi)發(fā)過(guò)的模塊，盡量不做或者少做改動(dòng)，以減少重復(fù)勞動(dòng)。如果使用 C 語(yǔ)言開(kāi)沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 發(fā)，數(shù)據(jù)交換可方便地通過(guò)約定實(shí)現(xiàn)，有利于多人協(xié)同進(jìn)行大項(xiàng)目的合作開(kāi)發(fā)。同時(shí)，C 語(yǔ)言的模塊化開(kāi)發(fā)方式使開(kāi)發(fā)出來(lái)的程序模塊可不經(jīng)修改，直接被 其他項(xiàng)目所用，這樣就可以很好地利用已有的大量 C 程序資源與豐富的庫(kù)函數(shù)，從而最大程度地實(shí)現(xiàn)資源共享。 3 可移植性好 由于不同系列的嵌入式系統(tǒng)的 C 語(yǔ)言編譯工具都是以 ANSI-C 作為基礎(chǔ)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，因此，一種 C 語(yǔ)言環(huán)境下所編寫的 C 語(yǔ)言程序，只需將部分與硬件相關(guān)的地方和編譯連接的參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)修改，就可方便移植到另外一種系列上，例如 ， C51 下編寫的程序通過(guò)改寫頭文件以及少量的程序行，就可方便移植到 196 或 PIC 系列上。也就是說(shuō)，基于 C 語(yǔ)言環(huán)境下的嵌入式系統(tǒng)能基本達(dá)到平臺(tái)的無(wú)關(guān)性。 C 語(yǔ)言允許直接訪問(wèn)物理地址，可以 直接對(duì)硬件進(jìn)行操作因此既具有高級(jí)語(yǔ)言的 功能，又具有低級(jí)語(yǔ)言的許多功能，能夠 像 匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作 ,而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元，可以用來(lái)寫系統(tǒng)軟件。 4 便于項(xiàng)目維護(hù)管理 用 C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的代碼便于開(kāi)發(fā)小組計(jì)劃項(xiàng)目、靈活管理、分工合作以及后期維護(hù)，基本上可以杜絕因開(kāi)發(fā)人員變化而給項(xiàng)目進(jìn)度、后期維護(hù)或升級(jí)所帶來(lái)的影響。從而保證