【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)-電子與信息工程

1 濱江學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系 _ 濱江學(xué)院 _ 專(zhuān)業(yè) _ 通信工程 _ 年級(jí) _ _ 2003 _ 級(jí) _ 姓名 _ 李凡 _ 學(xué)號(hào) 200 3233401 6 論文題目 _ _ 單片機(jī)的溫度監(jiān)控系統(tǒng) _ _ 指導(dǎo)教師 _ 周杰 _ 職稱(chēng) _ 教授 _ 二 七 年 五 月 二十四 日 2 目 錄 摘 要 3 1 引言 3 2 設(shè)計(jì)要求 5 5 3 系統(tǒng)的硬件配置 5 5 6 4 溫度控制系統(tǒng)的組成框圖 11 5 溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 13 片機(jī)溫度控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖 13 14 14 15 6 通信協(xié)議的設(shè)計(jì) 16 17 18 21 7 結(jié)論 21 參考文獻(xiàn) 22 致 謝 23 附 錄 24 3 單片 機(jī)的溫度監(jiān)控系統(tǒng) 李凡 南京信息工程大學(xué) 濱江 通信工程 南京 210044 摘要 :本設(shè)計(jì)應(yīng)用性比較強(qiáng)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以作為生物培養(yǎng)液溫度監(jiān)控系統(tǒng)，如果稍微改裝可以做熱水器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室溫度監(jiān)控系統(tǒng)等等。課題主要任務(wù)是完成環(huán)境溫度檢測(cè)，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)并通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)施溫度監(jiān)控。設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括溫度傳感器， A/D 輸出控制模塊，數(shù) 轉(zhuǎn)換模塊 ， 據(jù)傳輸模塊，溫度顯示模塊和溫度調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路六個(gè)部分。文中對(duì) 每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過(guò)程作了詳細(xì)介紹。整個(gè)系統(tǒng)的核心是進(jìn)行溫度監(jiān)控，完成了課題所有要求。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī) ;A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ;數(shù)據(jù)傳輸模塊 ;溫度調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路 . 1引言 隨著 “ 信息時(shí)代 ” 的到來(lái)，作為獲取信息的手段 傳感器技術(shù)得到了 顯著 的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，對(duì)其要求越來(lái)越高，需求越來(lái)越迫切。傳感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。因此，了解并掌握各類(lèi)傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。 由于傳感器能將各種物理量、化學(xué)量和生物量等信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，使得人們可以利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量、信息處理和自動(dòng)控制，但是它們都不同程度地存在溫漂和非線性等影響因素。 傳感器主要用于測(cè)量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的 性能 。 因此，不僅必須掌握各類(lèi)傳感器的結(jié)構(gòu)、原理及其性能指標(biāo)，還必須懂得傳感器經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)慕涌陔娐氛{(diào)整才能滿(mǎn)足信號(hào)的處理、顯示和控制的要求，而且只有通過(guò)對(duì)傳感器應(yīng)用實(shí)例的原理和智能傳感器實(shí)例的分析了解，才能將傳感器和信息通信和信息處理結(jié)合起來(lái)，適應(yīng)傳感器的生產(chǎn)、研制、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。另一方面，傳感器的被測(cè)信號(hào)來(lái)自于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域都為了改革生產(chǎn)力、提高工效和時(shí)效，各自都在開(kāi)發(fā)研制適合應(yīng)用的傳感器，于是種類(lèi)繁多的新型傳感器及傳感器系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。 溫度傳感器是其中重要的一類(lèi)傳感器。 其發(fā) 展 速度之快，以及其應(yīng)用之廣，并且還有很大潛力。 為了提高對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)和了解，尤其是對(duì)溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則而設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。 本文利用單片機(jī)結(jié)合 傳感器 技術(shù)而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了這一 溫度監(jiān)控系統(tǒng) 。 文中傳感器理論單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，詳細(xì)地講述了利用熱敏電阻作為熱敏傳感器探測(cè)環(huán)境溫度的過(guò)程，以及實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換的原理過(guò)程。 本設(shè)計(jì)應(yīng)用性比較強(qiáng)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以作為生物培養(yǎng)液溫度監(jiān)控系統(tǒng)，如果稍微改裝可以做熱水器溫度 4 調(diào)節(jié)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室溫度監(jiān)控系統(tǒng)等等。課題主要任務(wù)是完成環(huán)境溫度檢測(cè)，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)并通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)施 溫度監(jiān)控。設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。 溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及總述 圖 1 溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖 1中溫度傳感器和 ， 用于采集培養(yǎng)皿內(nèi)的溫度信號(hào)。溫度傳感器輸出電壓經(jīng)過(guò) A/可得到實(shí)際溫度和給定溫度的偏差。培養(yǎng)皿內(nèi)的溫度設(shè)定值由 片機(jī)中程序設(shè)定。 由 構(gòu)成的 數(shù)字控制器進(jìn)行比較運(yùn)算，經(jīng)過(guò)比較后輸出控制量控制由加熱和降溫電路構(gòu)成的溫度調(diào)節(jié)電路對(duì)培養(yǎng)皿中的培養(yǎng)液溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路把當(dāng)前溫度傳輸?shù)缴逃糜?jì)算機(jī)的串口中，由計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)的顯示培養(yǎng)皿中的溫度，正常情況下溫度控制由 片機(jī)自動(dòng)控制。必要時(shí)， 計(jì)算機(jī)也可以通過(guò)軟件來(lái)強(qiáng)制改變培養(yǎng)皿中溫度。 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括溫度傳感器， A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ，輸出控制模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊，溫度顯示模塊和溫度調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路六個(gè)部分。文中對(duì) 每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過(guò)程作了詳細(xì)介紹。整個(gè)系統(tǒng)的核心是 進(jìn)行溫度監(jiān)控，完成了課題所有要求。 2 設(shè)計(jì)要求 制要求 （ 1）生物繁殖培養(yǎng)液的溫度要保證在適于細(xì)胞繁殖的溫度內(nèi)，這主要在控制程序設(shè)計(jì)中考慮。溫度控制加 熱 控制電路 高阻抗加熱絲 降 溫 控制電路 半導(dǎo)體降溫片 溫度傳感器 培養(yǎng)皿 商用計(jì)算機(jī)顯示終端 5 范圍為 15 25，升溫、降溫階段的溫度控制精度要求為 ，保溫階段溫度控制精度為 。 圖 2 溫度控制曲線 （ 2）微機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié) 正常情況下，系統(tǒng)投入自動(dòng)。 （ 3）模擬手動(dòng)操作 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常，投入手動(dòng)操作。 （ 4）微機(jī)監(jiān)控功能 顯示當(dāng)前被控量的設(shè)定值、實(shí)際值，控制量的 輸出 。 控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 本系統(tǒng)要求長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)視培養(yǎng)液的溫度，并對(duì)當(dāng)前的溫度進(jìn)行控制。本控制對(duì)象為生物繁殖用培養(yǎng)液，采用繼電器進(jìn)行控制。 3 系統(tǒng)的硬件配置 片機(jī)和系統(tǒng)總線 單片機(jī) ： 美國(guó) 司生產(chǎn)的帶 A/位單片機(jī)）。 顯示系統(tǒng) ： 商用計(jì)算機(jī)。 用戶(hù)內(nèi)存 ： 256M 系統(tǒng)總線 ： 口（又稱(chēng) 有 25 條線，分為 5 個(gè)功能組，包括 4條 數(shù)據(jù)線， 11條控制線， 3條 定時(shí)線， 7條備用線和未定義線。 操作系統(tǒng) ： 000。 件介紹 6 計(jì)算機(jī)工作的外圍電路設(shè)備 （ 1）溫度傳感器 溫度傳感器采用補(bǔ)償型 敏電阻其主要性能如下： 補(bǔ)償型 于阻值誤差范圍在 5的產(chǎn)品，其一致性、互換性良好。適合 于一般精度的溫度測(cè)量和計(jì)量設(shè)備 。 外型結(jié)構(gòu)和尺寸： 圖 3 溫度傳感器結(jié)構(gòu)尺寸圖 主要技術(shù)參數(shù)： 時(shí)間常數(shù) 30S 測(cè)量功率 使用溫度范圍 +125 耗散系數(shù) 6 額定功率 降功耗曲線： 圖 4 溫度傳感器 功耗 曲線圖 （ 2）核心處理單元 具有高性能 7 僅有 35 條單字指令。 除程序指令為兩個(gè)周期外，其余的均為單周期指令。 運(yùn)行速度： 8K*14個(gè) 368*8個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ 節(jié)。 引腳輸出和 4B/76/77 兼容。 中斷能力（ 達(dá)到 14個(gè)中斷源）。 8級(jí)深度的硬件堆棧。 直接，間接和相對(duì)尋址方式。 上電復(fù)位（ 上電定時(shí)器 (震動(dòng)啟動(dòng)定時(shí)器。 監(jiān)視定時(shí)器（ 它帶有片內(nèi)可靠運(yùn)行的 蕩器。 可編程的代碼保護(hù)。 低功耗睡眠方式。 可選擇的振蕩器。 低功耗，高速 藝。 全靜態(tài)設(shè)計(jì)。 在線串行編程 ( 單獨(dú) 5v 的內(nèi)部電路串行編程 (力。 處理機(jī)讀 /寫(xiě)訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器。 運(yùn)行電壓范圍 v。 高輸入 /輸出電流 25 商用，工業(yè)用溫度范圍。 低功耗： 在 5v,4 在 3v,320 典型的靜態(tài)電流值小于 1 外圍特征： ：帶有預(yù)分頻的 8位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 8 ：帶有預(yù)分頻的 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，在使用外部晶體時(shí)鐘時(shí)在 ：帶有 8位周期寄存器，預(yù)分頻和后分頻器的 8位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 個(gè)捕捉器，比較器和 其中 ：捕捉器是 16位的，最大分辨率為 比較器是 16 位的，最大分辨率為 200 0位。 10位多通道模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器。 帶有 模式）和 /從）模式的 帶有 9位地址探測(cè)的通用同步異步接收 /發(fā)送（ 帶有 S 控制（只 40/44引腳） 8位字寬的并行從端口。 帶有降壓的復(fù)位檢測(cè)電路。 （ 3） 計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。 在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不 同 的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通訊。 稱(chēng) 目前最常用的一種串行通訊接口。它是在 1970年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（ 合貝爾系統(tǒng)、 調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo) 準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（ 數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（ 間 串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè) 25 個(gè)腳的 接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信 號(hào)的電平加以規(guī)定 。 接口的信號(hào)內(nèi)容 實(shí)際上 5條 引線中有許多是很少使用的，在計(jì)算機(jī)通訊中一般只使用 3條引線的信號(hào)。 接口的電氣特性 在 ：邏輯?！?1”， 15V；邏輯“ 0” +5 +15V 。噪聲容限為 2V。即 要求接收器能識(shí)別低至 +30”，高到 作為邏輯“ 1” 。 接口的物理結(jié)構(gòu) 5芯插頭座 ,通常插頭在 插座在 . 一些設(shè)備與 連接的 口 ,因?yàn)椴皇褂脤?duì)方的傳送控制信號(hào) ,只需三條接口線 ,即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號(hào)地”。所以采用 芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。 傳輸電纜長(zhǎng)度 由 準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于 4%的情況下，傳輸電纜長(zhǎng)度應(yīng)為 50 英尺，其 9 實(shí)這個(gè) 4%的碼元畸變是很保守的，在實(shí)際應(yīng)用中，約有 99%的用戶(hù)是按碼元畸變 1020%的范圍工作的，所以實(shí)際使用中最大距離會(huì)遠(yuǎn)超過(guò) 50英尺。 圖 5 構(gòu)圖 （ 4）繼電器 繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開(kāi)關(guān)，廣泛 用于遙控，遙測(cè)，通信，自動(dòng)控制，機(jī)電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一。 繼電器是在自動(dòng)控制電路中起控制與隔離作用的執(zhí)行部件，它實(shí)際上是一種可以用低電壓、小電流來(lái)控制大電流、高電壓的自動(dòng)開(kāi)關(guān)。在本系統(tǒng)中，繼電器控制的自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)電路和 片機(jī)中程序構(gòu)成溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物培養(yǎng)液溫度的監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制 （ 5）半導(dǎo)體降溫片及電阻加熱絲 半導(dǎo)體制冷器是根據(jù)熱電效應(yīng)技術(shù)的特點(diǎn)，采用特殊半導(dǎo)體材料熱電堆來(lái)制冷，能夠?qū)㈦娔苤苯愚D(zhuǎn)換為熱能，效率較高。 其工作原理如圖 6： 10 圖 6 半導(dǎo)體降溫片工作原理圖 半導(dǎo)體制冷片由許多 型半導(dǎo)體之顆?；ハ嗯帕卸桑?N 而成一完整線路，通常是銅、鋁或其他金屬導(dǎo)體，最後由兩片陶瓷片像夾心餅乾一樣夾起來(lái)，陶瓷片必須絕緣且導(dǎo)熱良好，通上 電源 之後，冷端的熱量被移到熱端，導(dǎo)致冷端溫度降低，熱端溫度升高。它的外觀如圖 7所示。 2）本控制系統(tǒng)是對(duì)生物培養(yǎng)液進(jìn)行溫度監(jiān)控，故太快的溫度變化對(duì)生物繁殖顯 圖 7 半導(dǎo)體降溫片外觀圖 正視圖 側(cè)視圖 11 本控制系統(tǒng)是對(duì)生物培養(yǎng)液進(jìn)行溫度監(jiān)控， 過(guò)快的溫度變化對(duì)生物繁殖顯然是不利的，因此在本系統(tǒng)中采用的是高阻抗小功率加熱電阻絲進(jìn)行溫度的小范圍調(diào)節(jié)。 4 溫度控制系統(tǒng)的組成框圖 采用典型的反饋式溫度控制系統(tǒng)，組成部分見(jiàn) 圖 8。其中數(shù)字控制器的功能由 單片機(jī) 實(shí)現(xiàn)。 圖 8 溫度控制系統(tǒng)的組成框圖 培養(yǎng)皿的傳遞函數(shù)為 ),1/()( 1 s ，其中 1 為電阻加熱的時(shí)間常數(shù)， 為電阻加熱的純滯后時(shí)間， T 為采樣周期。 A/D 轉(zhuǎn)換器可劃歸為零階保持器內(nèi)，所以廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)為 /)1()1/()( 11 s （ 4 廣義對(duì)象的 )/1/)11(/)1()11/)( 1111 （ 4 所以系統(tǒng)的閉環(huán) )1/()1()1/(/)1()( /1 (4系統(tǒng)的數(shù)字控制器為 )(G/)()(D)(E/)(U 1 = 1/1/1/11/ )1(1)1(/)1)(1( （ 4 12 寫(xiě)成差分方程即為 )1()1()1()( / T )1(/)1()1()1(/)()1( 1/1/1/ （ 4 令 )1(/)1( 1/0 TT )1(/)1( 1/1/1 /1 , /2 1 , 得 )1()1()1()()(2110 （ 4 式中 )( 第 k 次采樣時(shí)的偏差； )1( 第 1k 次采樣時(shí)的偏差； )1( 第 1k 次采樣時(shí)的偏差； 圖 9 溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖 9中溫度傳感器和 ， 用于采集培養(yǎng)皿內(nèi)的溫度信號(hào)。溫度傳感器輸出電壓經(jīng)過(guò) A/后進(jìn)行比較，即可得到實(shí)際溫度和給定溫度的偏差。培養(yǎng)皿內(nèi)的溫度設(shè)定值由 片機(jī)中程序設(shè)定。 由 字控制器進(jìn)行比較運(yùn)算，經(jīng)過(guò)比較后輸出控制量控制由加加 熱 控制電路 高阻抗加熱絲 降 溫 控制電路 半導(dǎo)體降溫片 溫度傳感器 培養(yǎng)皿 商用計(jì)算機(jī)顯示終端 13 熱和降溫電路構(gòu)成的溫度調(diào)節(jié)電路對(duì)培養(yǎng)皿中的培養(yǎng)液溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路把當(dāng)前溫度傳輸?shù)缴逃糜?jì)算機(jī)的串口中，由計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)的顯示培養(yǎng)皿中的溫度，正常情況下溫度控制由 片機(jī)自動(dòng)控制。必要時(shí)， 計(jì)算機(jī)也可以通過(guò)軟件來(lái)強(qiáng)制改變培養(yǎng)皿 中溫度。 5 溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 片機(jī)溫度控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖 10所示 。 圖 10 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖 片機(jī) 控制流程圖 檢測(cè)與變送 A/D 轉(zhuǎn)換 工程量變換 溫度非線性轉(zhuǎn)換 發(fā)送數(shù)據(jù)到串口 比較判斷算法 溫度預(yù)設(shè)值 溫度調(diào)節(jié) 電路 執(zhí)行器 從串口接受數(shù)據(jù) 命令識(shí)別控制程序 14 圖 11 單片機(jī)控制流程圖 度變換程序模塊 溫度傳感器在 12到 60輸出 度起點(diǎn)為 12，滿(mǎn)量程為 48。 片機(jī)內(nèi)嵌的 10 位 A/出的數(shù)字量為 0000000000B1111111111B（ 05V），應(yīng)用開(kāi)始 初始化 片機(jī)端口地址 讀入預(yù)設(shè)溫度值 啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果送入 元 降溫 加熱 工程量變換 溫度非線性溫度轉(zhuǎn)換 發(fā)送數(shù)據(jù)到串口 命令識(shí)別程序 從串口接受數(shù)據(jù) Y Y Y N N N 15 以下變換公式進(jìn)行變換： 0+(式中， 度非線性轉(zhuǎn)換程 序模塊 采用折線擬合法進(jìn)行線性化處理 如圖 11所示，分為以下幾段： 當(dāng) T =N+12 當(dāng) T =N+25 當(dāng) T =N+40 當(dāng) T =0 表 1 溫度曲線實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù) 溫度 ( ) 12 13 14 15 16 17 18 電壓（ V） 度 ( ) 19 20 21 22 23 24 25 電壓（ V） 度 ( ) 26 27 28 29 30 31 32 電壓（ V） 度 ( ) 33 34 35 36 37 38 39 電壓（ V） 度 ( ) 40 41 42 43 44 45 46 電壓（ V） 度 ( ) 47 48 49 50 51 52 53 電壓（ V） 度 ( ) 54 55 56 57 58 59 60 電壓（ V） 16 圖 5 12 溫度分段線限等效圖 6 通信協(xié)議的設(shè)計(jì) 由于溫度采集和實(shí)施控制是通過(guò)單片機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，而微機(jī)完成 溫度監(jiān)控，所以需要采用單片機(jī)和微機(jī)之間的通信協(xié)議。 本設(shè)計(jì)應(yīng)用條件為傳輸距離不超過(guò) 15米的短距離數(shù)據(jù)傳輸，且傳輸數(shù)據(jù)量較小，所以采用在控制領(lǐng)域里應(yīng)用較廣泛 針對(duì)近程小批量的數(shù)據(jù)通信，設(shè)計(jì)時(shí)采用 3 線制（ 軟握手的零 ：將送數(shù)據(jù)線（ 與“接收數(shù)據(jù)（ 交叉連接，二者的地線（ 直接相連而其它信號(hào)線如握手信號(hào)線均不用，而采用軟件握手。這樣即可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的任務(wù)，又可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)節(jié)約了成本。 由于 邏輯電平與 輯電平不同。 邏輯 0 電平 規(guī)定 為 +5+15邏輯 1是電平為 間。因此在將 必須 進(jìn)行電平轉(zhuǎn) 換。 件設(shè)計(jì) 在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的軟件設(shè)計(jì)時(shí)， 必須 解決好兩 個(gè) 方面的問(wèn)題：一是可 靠性， 二是 速度。 而這兩方面的問(wèn)題， 可 靠性 是 第 一位的 ,速度只 能是在可 靠 的 基礎(chǔ) 上的 速度 。 可 靠快速 轉(zhuǎn)輸?shù)膶?shí)現(xiàn)， 需要 件 17 以及通信協(xié)議 等 各 個(gè) 環(huán)節(jié)的可 靠 和其間的相 互配合。 信協(xié)議 概 述 在設(shè)計(jì) 信協(xié)議時(shí)， 需 說(shuō)明一點(diǎn)：在本系 統(tǒng) 的實(shí)際通信中， 控者單片機(jī) 只 是 被動(dòng)接收者。采用這種通信協(xié)議較 雙 方 互 為 主 控者時(shí)簡(jiǎn)單。 本通信協(xié)議的設(shè)計(jì) 思想 是 基 于 幀 傳輸方式。即在 向 發(fā)送 命令 信號(hào)，應(yīng) 答 信號(hào)及數(shù)據(jù)信 號(hào)時(shí)，是一 幀 一 幀 地發(fā)送的。為了 使 數(shù)據(jù) 快速 可 靠 地傳輸，將 每 一 幀 數(shù)據(jù) 唯 一對(duì)應(yīng)一 命令幀。 此時(shí)傳輸數(shù)據(jù)即 執(zhí) 行 命令 具 體 如下： (1) 在 遵循“ 讀 命令 據(jù) 即 令，等待 接收數(shù)據(jù)， 根據(jù) 所接收數(shù)據(jù)的正 誤向 應(yīng)用程 序報(bào)告 此 命令 的 執(zhí) 行 情況。 (2) 在 遵循“ 寫(xiě) 命令 即 令（ 此時(shí)所 要 寫(xiě)的數(shù)據(jù) 含 于此 命令 中）， 等待 單片機(jī)發(fā)來(lái)的“ 已 正 確 接收”的 回 應(yīng)信號(hào)， 并向 應(yīng)用程 序報(bào)告 此 命令執(zhí) 行完 畢。 (3) 如 果 在轉(zhuǎn)輸過(guò)程中，其間 一 幀 信號(hào)出現(xiàn) 錯(cuò)誤 時(shí)，均會(huì) 向 對(duì)方發(fā)送 重 發(fā)此 幀 信號(hào)的請(qǐng) 求。 如 果 連 續(xù)三次 轉(zhuǎn)輸 失敗，則退 出通信 并向 應(yīng)用程 序報(bào)告。 信協(xié)議說(shuō)明 分類(lèi) (1) 讀 命令幀：當(dāng) 令 信號(hào)。 (2) 寫(xiě) 命令幀：當(dāng) 令 信號(hào) (內(nèi)含 所 要 寫(xiě)的數(shù)據(jù) )。 (3) 數(shù)據(jù) 幀：當(dāng) 含 數(shù)據(jù)信 息 的信號(hào)。 (4) 正 回 應(yīng) 幀：當(dāng) 據(jù) 已 正 確 接收的信號(hào)。 (5) 重 發(fā) 命令幀：當(dāng) 寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)， (讀 /寫(xiě) 命令幀 )有 誤 時(shí) 向 重發(fā)信號(hào)。 (6) 放棄命令幀：當(dāng) 寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)了 使 程 序無(wú)法 正 常執(zhí) 行時(shí) 方發(fā)出的 退 出通信的通 知 信號(hào)。 信協(xié)議 處 理 流 程 (1) 數(shù)據(jù) 分 幀 與數(shù)據(jù) 重組 18 圖 13 串口數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程 圖 14 串口數(shù)據(jù)接受過(guò)程 將應(yīng)用程 序 發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)作為一 個(gè)數(shù)據(jù)流放 在發(fā)送 緩沖區(qū) 中，通過(guò)通信協(xié)議進(jìn)行分 幀切割發(fā)送。在接收 端， 分 幀 的數(shù)據(jù) 去掉幀頭重新組合 到接收 緩沖區(qū) 中，交給應(yīng)用程 序處 理，發(fā)送過(guò)程的 示 意 如圖 15， 接收過(guò)程的 示 意 圖 如 圖 16。 單片機(jī)串口通信軟件設(shè)計(jì)流程圖 19 串口接受到一幀數(shù)據(jù) 此 幀 是 否正確 連續(xù) 3 次不正確 退出通信并報(bào)告 讀命令信號(hào) 退出等待下一幀 重發(fā)命令幀 寫(xiě)命令信號(hào) 分析此命令 開(kāi)始執(zhí)行 分析此命令取 出數(shù)據(jù)信息 發(fā)數(shù)據(jù)幀 發(fā)正回應(yīng)數(shù)據(jù)幀 退出通信并報(bào)告 退出等待下幀命令 N Y Y N Y Y N N 圖 15 單片機(jī)串口通信軟件流程圖 20 應(yīng)用程序通知通信開(kāi)始 讀還是寫(xiě) 發(fā)送讀命令 發(fā)送寫(xiě)命令 串口收到命令 此幀是否正確？ 連續(xù)三次否 退出通信 是 幀 數(shù) 據(jù)嗎？ 重發(fā)命令幀 等待下幀信號(hào) 處理數(shù)據(jù) 是正回應(yīng)幀嗎 命令執(zhí)行完畢 是重發(fā)幀嗎 退出通信并報(bào)告 重發(fā)命令幀 等待下幀信號(hào) 讀 寫(xiě) N N N Y Y Y Y Y Y N 圖 16 21 信協(xié)議設(shè)計(jì)結(jié)論 通信的可 靠性主要體 現(xiàn)在所 使 用通信協(xié)議的可 靠性 上，本通信協(xié)議的可 靠性主要 有兩點(diǎn)理論 基礎(chǔ)： (1)通過(guò) 判斷 幀頭 起 始字 符 來(lái)決定一 幀 的開(kāi) 始， 這樣就 避免 了 部 分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn) 入 到 內(nèi)部 數(shù)據(jù) 處 理之中。這個(gè) 可能 性 在 1/256， 通過(guò) 停止 位的 判斷 可將這 個(gè) 可能 性再 降低 1/256。 另 外 通過(guò) 幀 類(lèi) 型字 節(jié)的 判斷 可 使 之進(jìn)一步 降低。 (2)校驗(yàn)字 將 整 幀 信號(hào)進(jìn)行異 或校驗(yàn)則使誤 收的可能很小。如 果 將此異 或校驗(yàn) 改為 錯(cuò) 的可能 性 更是 微乎 其 微 了。本通信所用協(xié)議具有 糾 錯(cuò) 功能，這 體 現(xiàn)在 當(dāng) 送 或 接收數(shù)據(jù)時(shí)， 當(dāng) 所接收的應(yīng)答 信號(hào)出現(xiàn) 失誤 時(shí)，將 重新 發(fā)送 或 接收此 幀 數(shù)據(jù)，直 至 接收到了正 確 的應(yīng) 答， 具 體 在程 序 中 最多允許 連 續(xù)出 錯(cuò)三次， 超過(guò) 后則放棄 通信。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)用本通信時(shí)傳輸距離 只 有 幾 米以 內(nèi) 而 且 環(huán)境 干擾 比 較小，從 而 從外部 因 素 上進(jìn)一步 保證 了通信的可 靠性 。 7 結(jié)論 通過(guò)本次溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ,我大有收獲，在制作過(guò)程中，一定要注意的每個(gè)工作步驟的檢查，確保制作成功。比如在合理布線，檢查裝配無(wú)誤的情況下，如果還出現(xiàn)電路無(wú)輸出的情況，那么可以肯定是原理圖錯(cuò)誤，這時(shí)就要回到原理圖進(jìn)行檢查?？傮w的檢查順序應(yīng)該 是原理圖、 、裝配情況、焊接工藝。從整體來(lái)說(shuō)這是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，要細(xì)心謹(jǐn)慎，沉著冷靜，反復(fù)檢查，直到找到原因?yàn)橹埂?這次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)至少 3個(gè)月，從一開(kāi)始的確定課題，到后來(lái)的資料查找、理論學(xué)習(xí)，再有就是近來(lái)的調(diào)試和測(cè)試過(guò)程，這一切都使我的理論知識(shí)和動(dòng)手能力進(jìn)一步得到頻率合成電路課題中包含了通信電路和單片機(jī)部分知識(shí)，可以說(shuō)是對(duì)通信電路知識(shí)的一次全面綜合。在畫(huà)原理圖、 線、安裝和調(diào)試過(guò)程中不可避免地遇到各種問(wèn)題，這要求保持沉著冷靜，聯(lián)系書(shū)本理論知識(shí)積極地思考，實(shí)在解決不了可以請(qǐng)教同學(xué)或指導(dǎo)老師。雖然在 制作過(guò)程中不可避免地遇到很多問(wèn)題，但是最后還是在老師以及同學(xué)的幫助下圓滿(mǎn)解決了這些問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與最后調(diào)試，相關(guān)指標(biāo)達(dá)到期望的要求，很好地完成了本次設(shè)計(jì)任務(wù)。 經(jīng)過(guò)四年學(xué)習(xí)的積累，在已經(jīng)掌握相關(guān)專(zhuān)業(yè)方面知識(shí)及其它各方面知識(shí)的情況下，我認(rèn)真嚴(yán)肅的完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。 從得到題目到查找資料，從對(duì)題目的研究設(shè)定到 路板的制作，從電路板的調(diào)試到失敗后再一次全部重新開(kāi)始在這一個(gè)充滿(mǎn)挑戰(zhàn)伴隨挫折，充滿(mǎn)熱情伴隨打擊的過(guò)程中，我感觸頗