智能溫度采集和顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、摘 要隨著社會(huì)的進(jìn)步和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越重視溫度因素，許多產(chǎn)品對(duì)溫度范圍要求嚴(yán)格，而目前市場(chǎng)上普遍存在的溫度檢測(cè)儀器大都是單點(diǎn)測(cè)量，同時(shí)還有溫度信息傳遞不及時(shí)、精度不夠的缺點(diǎn)，不利于工業(yè)控制者根據(jù)溫度變化及時(shí)做出決定。在這樣的形式下，開(kāi)發(fā)一種能夠同時(shí)測(cè)量多點(diǎn)，并且實(shí)時(shí)性高、精度高，能夠綜合處理多點(diǎn)溫度信息的測(cè)量系統(tǒng)就很有必要。本課題以at89c51單片機(jī)系統(tǒng)為核心，能對(duì)多點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)巡檢。各檢測(cè)單元（從機(jī)）能獨(dú)立完成各自功能，同時(shí)能夠根據(jù)主控機(jī)的指令對(duì)溫度進(jìn)行定時(shí)采集，測(cè)量結(jié)果不僅能在本地顯示，而且可以利用單片機(jī)串行口，通過(guò)rs-485總線及通信協(xié)議將采集的數(shù)據(jù)傳送到主控機(jī)，進(jìn)行進(jìn)

2、一步的存檔、處理。主控機(jī)負(fù)責(zé)控制指令的發(fā)送，控制各個(gè)從機(jī)進(jìn)行溫度采集，收集測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)測(cè)量結(jié)果（包括歷史數(shù)據(jù)）進(jìn)行整理、顯示和存儲(chǔ)。主控機(jī)與各從機(jī)之間能夠相互聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)，從而達(dá)到系統(tǒng)整體統(tǒng)一、和諧的效果。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) rs485協(xié)議 溫度測(cè)量顯示 報(bào)警 abstractas the industry and the society developing, the temperature becomes more and more important and a lot of products are sensitive to temperature. however, tempera

3、ture-measuring apparatus in the market now only can check and measure the temperature of one point, at the same time, the temperature information is not real time and the precision is low. it takes a great of troubles for the industry-controllers to make decision .in this situation, design and imple

4、ment one applicable system which can watch measure and control the temperature and the measuring results is real time and the precision is great is more essential. in order to meeting this application, this paper talk about the multiple-points temperature measuring system.this system based on single

5、 chip computer, can inspect and control multiple temperatures in real time. the slaved machine can collect temperature information on its own and display it on the led module. following the master machines command, the slaved machine can up-send the temperature information to the master machine thro

6、ugh the rs-485 bus interface and the communication protocol. the master machine sends commands, controls the slaved computer gathering and up-sending the temperature data including history information, and it manages processes and stores the temperature information. the master and slaved computer wi

7、ll exchange information and correspond to each other, so it works together perfectly.key words single chip computer rs-485 protocol measure-temperature display alarming目 錄摘 要1abstract2第1章 緒論51.1 課題背景51.2 系統(tǒng)整體目標(biāo)61.3 方案比較61.3.1 設(shè)計(jì)方案一71.3.2 設(shè)計(jì)方案二71.3.3 設(shè)計(jì)方案三7第2章 硬件設(shè)計(jì)102.1 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)102.1.1 穩(wěn)壓電源的組成102.1.2

8、電源設(shè)計(jì)102.2 溫度信號(hào)的獲取與放大122.2.1 溫度傳感器選用細(xì)則122.2.2 溫度信號(hào)獲取與放大電路142.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元162.3.1 12位串行a/d轉(zhuǎn)換器max187162.3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元電路的設(shè)計(jì)172.4 通信模塊設(shè)計(jì)192.4.1 rs-485接口簡(jiǎn)介192.4.2 電路設(shè)計(jì)202.4.3 通信協(xié)議的建立212.5 鍵盤(pán)模塊的設(shè)計(jì)222.5.1 hd7279a的原理222.5.2 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)252.6 led顯示模塊的設(shè)計(jì)262.6.1 led顯示模塊262.6.2 led顯示電路設(shè)計(jì)282.7 單片機(jī)控制電路292.7.1 單片機(jī)概論292.7.2 單片機(jī)外

9、接電路35第3章 軟件設(shè)計(jì)393.1 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境393.1.1 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的選用393.1.2 系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境393.2 軟件程序設(shè)計(jì)403.2.1 鍵盤(pán)管理443.2.2 模擬量的采集與處理44第4章 抗干擾設(shè)計(jì)與誤差分析454.1 抗干擾設(shè)計(jì)454.1.1 抗干擾技術(shù)主要體現(xiàn)464.1.2 用于單片機(jī)系統(tǒng)的干擾抑制元件464.1.3 提高單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾能力的主要手段474.2 誤差分析48結(jié) 論50參考資料52第1章 緒論1.1 課題背景在人類(lèi)的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無(wú)論你生活在哪里，從事什么工作，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在與溫度打著交道。自18世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái)，工

10、業(yè)發(fā)展對(duì)是否能掌握溫度有著絕對(duì)的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等等行業(yè)，可以說(shuō)幾乎%80的工業(yè)部門(mén)都不得不考慮著溫度的因素。溫度對(duì)于工業(yè)如此重要，由此推進(jìn)了溫度傳感器的發(fā)展。傳感器主要大體經(jīng)過(guò)了三個(gè)發(fā)展階段：模擬集成溫度傳感器。該傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝制成，因此亦稱(chēng)硅傳感器或單片集成溫度傳感器。此種傳感器具有功能單一(僅測(cè)量溫度)、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。它是目前在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有ad590、ad592、tmp17、lm135等；模擬集成溫度控制器。模

11、擬集成溫度控制器主要包括溫控開(kāi)關(guān)、可編程溫度控制器，典型產(chǎn)品有l(wèi)m56、ad22105和max6509。某些增強(qiáng)型集成溫度控制器(例如tc652/653)中還包含了a/d轉(zhuǎn)換器以及固化好的程序，這與智能溫度傳感器有某些相似之處。但它自成系統(tǒng)，工作時(shí)并不受微處理器的控制，這是二者的主要區(qū)別；智能溫度傳感器。能溫度傳感器(亦稱(chēng)數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)(ate)的結(jié)晶。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、a/d轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(cpu)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)和只讀存

12、儲(chǔ)器(rom)。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(mcu)；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開(kāi)發(fā)水平。溫度傳感器的發(fā)展趨勢(shì)。進(jìn)入21世紀(jì)后，溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。傳感器在溫度測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。目前市場(chǎng)主要存在單點(diǎn)和多點(diǎn)兩種溫度測(cè)量?jī)x表。對(duì)于單點(diǎn)溫測(cè)儀表，主要采用傳統(tǒng)的模擬集成溫度傳感器，其中又以熱電阻、熱電偶等傳感器的測(cè)量精度高，測(cè)量范圍大，而得到了普遍的應(yīng)用。此種產(chǎn)品測(cè)溫范圍大都在-200800之間，分辨

13、率12位，最小分辨溫度在0.0010.01之間。自帶led顯示模塊，顯示4位到16位不等。有的儀表還具有存儲(chǔ)功能，可存儲(chǔ)幾百到幾千組數(shù)據(jù)。該類(lèi)儀表可很好的滿足單個(gè)用戶單點(diǎn)測(cè)量的需要。多點(diǎn)溫度測(cè)量?jī)x表，相對(duì)與單點(diǎn)的測(cè)量精度有一定的差距，雖然實(shí)現(xiàn)了多路溫度的測(cè)控，但價(jià)格昂貴。針對(duì)目前市場(chǎng)的現(xiàn)狀，本課題提出了一種可滿足要求、可擴(kuò)展的并且性?xún)r(jià)比高的單片機(jī)多路測(cè)溫系統(tǒng)。1.2 系統(tǒng)整體目標(biāo)本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：1. 實(shí)時(shí)巡檢功能本系統(tǒng)能夠同時(shí)檢測(cè)4路溫度，檢測(cè)溫度范圍0400。根據(jù)實(shí)際需要，檢測(cè)點(diǎn)數(shù)是可以擴(kuò)展的。2. 高精度應(yīng)用12位ad轉(zhuǎn)換芯片，采用過(guò)采樣和工頻周期求均值技術(shù)，分辨率達(dá)到16位，檢測(cè)溫度變

14、化最小值達(dá)到0.007。3. 傳輸距離遠(yuǎn)使用rs-485串行總線進(jìn)行傳輸，max485驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，傳送距離大于1200m，抗干擾能力強(qiáng)。4. 功能完善(1) 由主控機(jī)統(tǒng)一設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間和溫度修正值。(2) 可由主控機(jī)分別設(shè)置各從機(jī)的溫度報(bào)警上下限，主機(jī)、從機(jī)均具有聲光報(bào)警功能。(3) 具有定時(shí)、整點(diǎn)收集各從機(jī)數(shù)據(jù)功能，使用i2c串行e2prom，可保存各從機(jī)以往24小時(shí)的數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)更新與掉電保護(hù)功能。(4) 具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，可查詢(xún)各從機(jī)以往24小時(shí)的溫度情況。從機(jī)可顯示當(dāng)前溫度、時(shí)間、報(bào)警閾值等信息。主從機(jī)均采用中文點(diǎn)陣式液晶顯示器，人機(jī)界面友好。(5) 自帶+5v和+12v直流

15、穩(wěn)壓電源。1.3 方案比較溫度測(cè)量的方案有很多種，可以采用傳統(tǒng)的分立式傳感器、模擬集成傳感器以及新興的智能型傳感器。對(duì)于控制系統(tǒng)可以采用計(jì)算機(jī)、單片機(jī)等。1.3.1 設(shè)計(jì)方案一采用模擬分立元件，如電容、電感或晶體管等非線形元件，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測(cè)量及顯示，該方案設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單易懂，操作簡(jiǎn)單，且價(jià)格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成數(shù)字化，而且測(cè)量誤差大。1.3.2 設(shè)計(jì)方案二采用pc機(jī)作為主控機(jī)，單片機(jī)構(gòu)成信號(hào)采集單元。通過(guò)溫度傳感器采集溫度信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大器放大后，送到a/d轉(zhuǎn)換芯片，經(jīng)過(guò)含有單片機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)的進(jìn)一步分析處理，通過(guò)通信線路將信息上行到pc機(jī)，在pc機(jī)上我們可對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行任

16、何分析、處理。 單片機(jī)控制的檢測(cè)系統(tǒng)溫度傳感器a/d轉(zhuǎn)換器pc機(jī)控制的主控制器lcd顯示器變送器總線多路開(kāi)關(guān)圖1-1 方案二的框圖采用該方案技術(shù)已經(jīng)成熟，而且通過(guò)將溫度信息上傳到pc機(jī)，利用pc機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和相應(yīng)的輔助軟件，可以多角度、多需求的分析處理溫度數(shù)據(jù)，但這在工業(yè)上大多不是必須的。而且目前pc的機(jī)價(jià)格的原因，制造出這樣的系統(tǒng)，不會(huì)得到普遍的應(yīng)用。所以我不準(zhǔn)備采用此種方案。1.3.3 設(shè)計(jì)方案三本方案以at89c51單片機(jī)系統(tǒng)為核心，對(duì)多點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制巡檢。各檢測(cè)單元（從機(jī)）能獨(dú)立完成各自功能，根據(jù)主控機(jī)的指令對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)或定時(shí)采集，測(cè)量結(jié)果不僅能在本地儲(chǔ)存、顯示，而且可

17、以利用單片機(jī)串行口，通過(guò)rs-485總線及通信協(xié)議將將采集的數(shù)據(jù)傳送到主控機(jī)，進(jìn)行進(jìn)一步的分析、存檔、處理。主控機(jī)負(fù)責(zé)控制指令發(fā)送，控制各個(gè)從機(jī)進(jìn)行溫度采集，收集測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)測(cè)量結(jié)果（包括歷史數(shù)據(jù)）進(jìn)行整理、顯示和打印。主控機(jī)與各從機(jī)之間能夠相互聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)，從而達(dá)到了系統(tǒng)整體統(tǒng)一和諧的控制效果。溫度測(cè)點(diǎn)1溫度測(cè)點(diǎn)2溫度測(cè)點(diǎn)3溫度測(cè)點(diǎn)4從機(jī)1從機(jī)2從機(jī)3從機(jī)4主控機(jī)89c51鍵盤(pán)led模塊聲光報(bào)警圖1-2 方案三的系統(tǒng)框圖該方案主控機(jī)和從機(jī)完全由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，采用該方案完全可滿足工業(yè)上大部分需求，而且相對(duì)與第二種方案價(jià)格更加容易讓人接受。上圖中，從機(jī)部分實(shí)現(xiàn)的功能幾乎和主機(jī)是對(duì)等的，但會(huì)接受

18、主機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的命令的指示。溫度測(cè)點(diǎn)1傳感器adcmculed聲光報(bào)警rs-485接口電路圖1-3 從機(jī)部分的框圖 該方案采用熱電阻pt100做為溫度傳感器、ad620作為信號(hào)放大器max187作為a/d轉(zhuǎn)換部件，對(duì)于溫度信號(hào)的采集具有大范圍、高精度的特點(diǎn)。相對(duì)與方案1，在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升。相對(duì)與方案3，具有更高的性?xún)r(jià)比，更大的市場(chǎng)。所以我采用方案3完成本設(shè)計(jì)。第2章 硬件設(shè)計(jì)2.1 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)2.1.1 穩(wěn)壓電源的組成電源變壓器是將交流電網(wǎng)220v的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?。交流電?jīng)過(guò)二極管整流之后，方向單一了，但是大?。娏鲝?qiáng)度）還是處在不斷地變化之中。這種脈動(dòng)直流

19、一般是不能直接用來(lái)給集成電路供電的，而要通過(guò)整流電路將交流電變成脈動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過(guò)濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。濾波的任務(wù)，就是把整流器輸出電壓中的波動(dòng)成分盡可能地減小，改造成接近穩(wěn)恒的直流電。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)（一般有%左右的波動(dòng)），負(fù)載和溫度的變化而變化，因而在整流、濾波電路之后，還需要接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)，負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。電容器是一個(gè)儲(chǔ)存電能的倉(cāng)庫(kù)。在電路中，當(dāng)有電壓加到電容器兩端的時(shí)候，便對(duì)電容器充電，把電能儲(chǔ)存在電容器中；當(dāng)外加電壓失去（或降低）之后，電容器將把儲(chǔ)存的電能再

20、放出來(lái)。充電的時(shí)候，電容器兩端的電壓逐漸升高，直到接近充電電壓；放電的時(shí)候，電容器兩端的電壓逐漸降低，直到完全消失。電容器的容量越大，負(fù)載電阻值越大，充電和放電所需要的時(shí)間越長(zhǎng)。這種電容帶兩端電壓不能突變的特性，正好可以用來(lái)承擔(dān)濾波的任務(wù)。 穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?。整流器把交流電變?yōu)橹绷麟姟＝?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。 2.1.2 電源設(shè)計(jì)工作原理：圖中為t1電源變壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓v1變?yōu)檎麟娐芬蟮慕涣麟妷?，四只整流二極管d1 d4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱(chēng)。先計(jì)

21、算文件參數(shù)：二極管d1、d3和d2、d4兩兩輪流導(dǎo)通的，所以流經(jīng)每個(gè)二極管的平均電流為id=ic=0.45。二極管在截止時(shí)管子兩端承受的最大反向電壓可以從圖1中看出。在正半周時(shí)d1、d3導(dǎo)通，d2、d4截止。此時(shí)d2、d2所承受的最大反向電壓均為的最大值。即=同理，在的負(fù)半周，d、d也承受到同樣大小的反向電壓。圖21 +12v電源示意圖橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高 ，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時(shí)因?yàn)殡娫醋儔浩髟谡?、?fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了頗為廣泛的應(yīng)用。濾波電路：我們采用電容濾波電路。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)

22、為小功率電源,初始時(shí)電容器兩端初始電壓為零，接入交流電源后，當(dāng)為正半周時(shí)，通過(guò)d1、d3向電容器c充電；當(dāng)為負(fù)半周時(shí)，通過(guò)d2、d4向電容器c充電。充電時(shí)間常數(shù)為。包括變壓器副繞組的直流電阻和二極管d的正向電阻。由于一般很少，電容器很快就達(dá)到了交流電壓的的最大值。由于電容器無(wú)放電回路，故輸出電壓保持在，輸出為一個(gè)恒定的直流。電容濾波電路的特點(diǎn)：1. 二極管的導(dǎo)電角，流過(guò)二極管的瞬時(shí)電流很大，電流的有效值和平均值的關(guān)系與波形有關(guān)。在平均值相同的情況下，波形越尖，有效值越大，在純電阻負(fù)載時(shí)，變壓器副邊電流的有效值而有電容濾波時(shí)2. 負(fù)載平均電壓升高，紋波(交流成分)漸少，且rc越大，電容放電速率越

23、慢，則負(fù)載電壓中的紋波成分越小，負(fù)載平均電壓越高。為了得到平滑的負(fù)載電壓，一般取 d=rlc(35)t/2 （21）其中t為電源交流電壓的周期。3. 負(fù)載直流電壓隨負(fù)載直流電流增加二減少。隨的變化關(guān)系稱(chēng)為輸出特性或者外特性。 c值一定，當(dāng)rl=，即空載時(shí)當(dāng)c=0，即無(wú)電容時(shí)4. 在整流電路的內(nèi)組不太大(幾歐)和放電時(shí)間常數(shù)滿足式（21）的 關(guān)系時(shí)，電容濾波電路的負(fù)載電壓和的關(guān)系約為總之，電容濾波電路簡(jiǎn)單，負(fù)載直流電壓vl較高，紋波也較小，它的缺點(diǎn)是輸出特性較差，故適用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。+5v電源電路如圖所示。圖2-2 5v電源示意圖2.2 溫度信號(hào)的獲取與放大2.2.1 溫度

24、傳感器選用細(xì)則現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問(wèn)題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備也就可以確定了。測(cè)量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。1. 根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類(lèi)型要進(jìn)行個(gè)具體的測(cè)量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)?，即使是測(cè)量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問(wèn)題：量程的大??；被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方

25、式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的引出方法，有線或是非接觸測(cè)量；傳感器的來(lái)源，國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。2. 靈敏度的選擇通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大，有利于信號(hào)處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測(cè)量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡員減少?gòu)耐饨缫氲拇當(dāng)_信號(hào)3. 頻率響應(yīng)特性傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻

26、率響應(yīng)高，可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測(cè)信號(hào)的頻率較低。4. 線性范圍傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類(lèi)確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性，其線性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會(huì)給測(cè)量帶來(lái)極大的方便。5. 穩(wěn)定性傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱(chēng)為穩(wěn)定性。影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)

27、定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧瑴p小環(huán)境的影響。6. 精度精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過(guò)高。這樣就可以在滿足同一測(cè)量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡(jiǎn)單的傳感器。如果測(cè)量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對(duì)量值精度高的；如果是為了定量分析，必

28、須獲得精確的測(cè)量值，就需選用精度等級(jí)能滿足要求的傳感器。對(duì)某些特殊使用場(chǎng)合，無(wú)法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計(jì)制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。2.2.2 溫度信號(hào)獲取與放大電路本設(shè)計(jì)要檢測(cè)溫度范圍0400，可選用的常用溫度傳感器有集成溫度傳感器、熱電偶、熱電阻等。 集成溫度傳感器（如ad590、ds1820等）使用方便，信號(hào)易于調(diào)理，但它們的測(cè)溫范圍普遍窄，一般在200以下，不能滿足要求。熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一，其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣，常用的熱電偶從-50至+1600均可連續(xù)測(cè)量。但需采用電路或軟件設(shè)計(jì)等修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度t00時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響，使用不便。

29、熱電阻也是最常用的一種溫度傳感器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定，使用方便，測(cè)量范圍為-200600，完全滿足要求，考慮到鉑電阻的測(cè)量精確度是最高的，所以我們最終選擇鉑電阻pt100作為傳感器。熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。所以通常將其放在電橋橋臂上，溫度變化時(shí)，熱電阻兩端的電壓信號(hào)被送到儀器放大器ad620的輸入端，經(jīng)過(guò)儀器放大器放大后的電壓輸出送給a/d轉(zhuǎn)換芯片，從而把熱電阻的阻值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。電路原理圖如圖3所示。 圖2-3 熱電阻測(cè)溫電路原理圖對(duì)信號(hào)放大，我們使用了低價(jià)格、高精度的儀器放大器ad620，它運(yùn)用方便，可以通過(guò)外接電阻方便的

30、進(jìn)行各種增益（1-1000）的調(diào)整。其增益計(jì)算公式為：溫度值計(jì)算過(guò)程：由于a/d檢測(cè)到的模擬電壓值計(jì)算可到的rt值，然后利用如下公式求出溫度值：其中 ，實(shí)際測(cè)量中，為提高測(cè)量精度，我們分兩擋進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)溫度處于0210時(shí)，繼電器j2所在橋臂電阻為r32，繼電器j1選擇ad620的反饋電阻r5，溫度處于195400時(shí)，控制繼電器j2將電阻r31串接上，并相應(yīng)控制繼電器j1選擇r6作為ad620的反饋電阻，在切換橋臂電阻時(shí)同步改變放大倍數(shù)，從而達(dá)到自動(dòng)改變量程、提高測(cè)量精度的目的。2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元2.3.1 12位串行a/d轉(zhuǎn)換器max187 max187是美信公司推出的12位a/d轉(zhuǎn)換芯片，

31、內(nèi)部含有采樣/保持電路，單5v操作電源，轉(zhuǎn)換速度為8.5s，具有片上4.096 v參考電壓，模擬量輸入范圍為0vbef。三線串行接口，兼容spi，qspi，microwire總線。1. max187的引腳功能說(shuō)明max187有8腳dip封裝和16腳so封裝2種，圖1給出dip封裝的引腳排列。表1是引腳功能說(shuō)明。 圖2-4 max187引腳圖2. max187操作時(shí)序用采樣/保持電路和逐位比較寄存器將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為12位的數(shù)字信號(hào)，其采樣/保持電路不需要外接電容。max187有2種操作模式：正常模式和休眠模式，將shdn置為低電平進(jìn)入休眠模式，這時(shí)的電流消耗降到10a以下。shdn置為高電

32、平或懸空進(jìn)入正常操作模式。表2-1 max187 引腳功能表引腳名稱(chēng)功能1vcc+5v電源2ain模擬量輸入，范圍0-vref3shdn操作模式選擇，低電平休眠模式4ref參考電壓5gnd地6dout數(shù)據(jù)輸出7cs片選端8sclk時(shí)鐘，最高為5mhz 完整的操作時(shí)序如圖2所示。使用內(nèi)參考時(shí)，在電源開(kāi)啟后，經(jīng)過(guò)20 ms后參考引腳的4.7f電容充電完成，可進(jìn)行正常的轉(zhuǎn)換操作。a/d轉(zhuǎn)換的工作過(guò)程是：當(dāng)cs為低電平時(shí)，在下降沿max187的t/h電路進(jìn)入保持狀態(tài)，并開(kāi)始轉(zhuǎn)換，8.5s后dout輸出為高電平作為轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志。這時(shí)可在sclk端輸入一串脈沖將結(jié)果從dout端移出，讀入單片機(jī)中處理。數(shù)據(jù)

33、讀取完成后將cs置為高電平。要注意的是：在cs置為低電平啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換后，檢測(cè)到dout有效（或者延時(shí)8.5s以上），才能發(fā)sclk移位脈沖讀數(shù)據(jù)，sclk至少為13個(gè)。發(fā)完脈沖后應(yīng)將cs置為高電平。圖2-5 max187時(shí)序圖2.3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元電路的設(shè)計(jì) a/d轉(zhuǎn)換的好與壞直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的精確度。由于本系統(tǒng)測(cè)量的是溫度信號(hào)，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，滯后大，不要求快速轉(zhuǎn)換，因此選用12位串行admax187。max187具有12位的分辨力，其基準(zhǔn)電壓為4.096v，故最小分辨電壓為能分辨的最小溫度變化為能達(dá)到設(shè)計(jì)的基本要求。為進(jìn)一步提高精度，可以直接采用16位ad轉(zhuǎn)換器，也可以采用過(guò)采樣和求均值

34、技術(shù)來(lái)提高測(cè)量分辨率。本系統(tǒng)采用了后一種方法。所謂過(guò)采樣技術(shù)是指以高于奈奎斯特頻率的采樣頻率進(jìn)行采樣，也就是說(shuō)當(dāng)adc以高于系統(tǒng)所需采樣頻率fs的速率對(duì)信號(hào)采樣時(shí)，能增加有效位數(shù)。每增加一位分辨率，信號(hào)必須被以4倍的速率過(guò)采樣，即其中w希望增加的分辨率位數(shù)；fs初始采樣頻率要求；fos過(guò)采樣頻率。圖2-6 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路假設(shè)每秒鐘輸出一個(gè)溫度值（1hz）。為了將測(cè)量分辨率增加到16位，按下式計(jì)算過(guò)采樣頻率，即：因此，如果以fs=256hz的采樣頻率對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采樣，則將在所要求的采樣周期內(nèi)采集到足夠的樣本，對(duì)這些樣本求均值便可得到16位的輸出數(shù)據(jù)。為此，先累加（將256個(gè)連續(xù)樣本加在一起），然

35、后將總和除以16。這樣得到的結(jié)果便是16位的有效數(shù)據(jù)，增加了4位有效數(shù)據(jù)。用過(guò)采樣和求均值技術(shù)后，新的ad分辨率計(jì)算如下：最小分辨電壓為這樣，可以測(cè)量的最小溫度變化為在采用過(guò)采樣和求均值技術(shù)的情況下，用同一個(gè)12位adc可以測(cè)量的最小溫度變化為0.0061，就允許了以高于0.01的精度對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量。另外，為了減小工頻信號(hào)引起的誤差，我們?cè)O(shè)計(jì)了在40ms（20ms的兩倍）時(shí)間內(nèi)采樣，然后再取平均值，將工頻信號(hào)誤差濾除。2.4 通信模塊設(shè)計(jì)2.4.1 rs-485接口簡(jiǎn)介在自動(dòng)化領(lǐng)域，隨著分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展，迫切需要一種總線能適合遠(yuǎn)距離的數(shù)字通信。在rs-422標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，eia研究出了一種

36、支持多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離和接收高靈敏度的rs-485總線標(biāo)準(zhǔn)。 rs-485標(biāo)準(zhǔn)采有用平衡式發(fā)送，差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來(lái)驅(qū)動(dòng)總線，具體規(guī)格要求如下：（1）接收器的輸入電阻rin大于等于12k（2）驅(qū)動(dòng)器能輸出7v的共模電壓（3）輸入端的電容小于等于50pf （4）在節(jié)點(diǎn)數(shù)為32個(gè)，配置了120的終端電阻的情況下，驅(qū)動(dòng)器至少還能輸出電壓1.5v（5）接收器的輸入靈敏度為200mv因?yàn)閞s-485的遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)（32個(gè)）以及傳輸線成本低的特性，使得eia rs-485成為工業(yè)應(yīng)用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標(biāo)準(zhǔn)。 rs-485串行接口的電氣標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是rs-422的變型，它屬于七層osi（open system

37、 interconnection，開(kāi)放系統(tǒng)互連）模型物理層的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。由于性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組網(wǎng)容易，rs-485總線標(biāo)準(zhǔn)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng) 用。其互連方式如圖2-8所示。圖2-7 rs-485互連方式圖rs -485采用平衡發(fā)送和差分接收方式來(lái)實(shí)現(xiàn)通信：在發(fā)送端txd將串行口的ttl電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)a、b兩路輸出，經(jīng)傳輸后在接收端將差分信號(hào)還原 成ttl電平信號(hào)。兩條傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，因此有極強(qiáng)的抗共模干擾的能力，接收靈敏度也相當(dāng)高。同時(shí)，最大傳輸速率和最大傳輸距離也大 大提高。如果以10kbps速率傳輸數(shù)據(jù)時(shí)傳輸距離可達(dá)12m，而用100kbps時(shí)傳輸距離可達(dá)1

38、.2km。如果降低波特率，傳輸距離還可進(jìn)一步提高。 另外rs-485實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)互連，最多可達(dá)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32接收器，非常便于多器件的連接。不僅可以實(shí)現(xiàn)半雙工通信，而且可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。2.4.2 電路設(shè)計(jì)由于單片機(jī)串行口輸出的是ttl電平，要想實(shí)現(xiàn)多機(jī)通訊，必須要將其轉(zhuǎn)換成常用的串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)接口電平，如rs-232或rs-485。其中rs-232適于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場(chǎng)合，其邏輯電平與ttl、mos邏輯電平完全不同，需要用max232驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。其主要缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速率慢、傳送距離短（不超過(guò)30m），抗干擾能力差，不能滿足題目的要求。rs-485標(biāo)準(zhǔn)接口為差分驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)

39、，它通過(guò)傳輸線驅(qū)動(dòng)器把邏輯電平變換為電位差，完成信號(hào)的傳遞，具有傳輸速率快、傳送距離長(zhǎng)（可傳1200m）、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，允許一對(duì)雙絞線上一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載設(shè)備。所以本系統(tǒng)使用rs-485總線進(jìn)行傳輸，采用max485驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。原理圖如下：圖2-8 從機(jī)與max485接口電路圖圖2-9 主機(jī)部分與max485接口電路圖2.4.3 通信協(xié)議的建立作為一種具有分布式控制思想的溫度測(cè)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)首先要解決的是主機(jī)與從機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊問(wèn)題，除了建立硬件電路基礎(chǔ)外，還要定義系統(tǒng)的軟件通訊協(xié)議。協(xié)議規(guī)定如下：（1）主、從雙方波特率均設(shè)置為9600bpt；（2）主從雙方初始狀態(tài)均設(shè)置為

40、串行口中斷方式；（3）主機(jī)發(fā)送的格式為：起始符從機(jī)地址命令字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)據(jù)/命令字校驗(yàn)地址校驗(yàn)當(dāng)從機(jī)接受到主機(jī)發(fā)送的命令時(shí)，從機(jī)先檢驗(yàn)是否為自己的地址，如果是則回復(fù)主機(jī)且執(zhí)行相應(yīng)命令，否則不做響應(yīng)。（4）從機(jī)應(yīng)答的格式為：起始符本機(jī)地址命令字 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)/命令字校驗(yàn)地址校驗(yàn)主機(jī)接受到從機(jī)應(yīng)答后，知道從機(jī)完成響應(yīng)。則去干其它事情；否則繼續(xù)發(fā)送。發(fā)送3次不響應(yīng)則視為線路故障；（5）從機(jī)發(fā)送與從機(jī)應(yīng)答基本相同，主機(jī)發(fā)送與主機(jī)應(yīng)答基本相同。（6）從機(jī)不主動(dòng)發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，一切都由主機(jī)控制。系統(tǒng)進(jìn)行溫度檢測(cè)工作的過(guò)程是這樣的：首先，主控機(jī)針對(duì)需要檢測(cè)的從機(jī)發(fā)出巡檢指令，通過(guò)串口送出，經(jīng)接口電路加載至通訊長(zhǎng)線電纜

41、端口，成功確認(rèn)應(yīng)答信號(hào)后轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)接收狀態(tài)；各從單片機(jī)同時(shí)接收到經(jīng)通訊接口輸入的巡檢指令，并與自身地址編碼比較，若編碼一致則產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)，然后將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送回主機(jī)，發(fā)送完畢在切換至采集信號(hào)并等待響應(yīng)接收中斷狀態(tài)；主機(jī)將接收到的全部數(shù)據(jù)經(jīng)校驗(yàn)判斷無(wú)誤后，送數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)計(jì)算、顯示，如數(shù)據(jù)傳輸有誤，則指令從機(jī)重發(fā)數(shù)據(jù)。2.5 鍵盤(pán)模塊的設(shè)計(jì)2.5.1 hd7279a的原理1. 主要特性hd7279a是比高公司生產(chǎn)的單片具有串行接口、可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管（或64只獨(dú)立led）的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)可連接多達(dá)64鍵的鍵盤(pán)矩陣，一片即可完成led顯示及鍵盤(pán)接口的全部功能。hd7279a和微

42、處理器之間采用串行接口，其接口和外圍電路比較簡(jiǎn)單，且占用接口線少，加之它具有較高的性能價(jià)格比，因此，在微型控制器、智能儀表、控制面板和家用電器等領(lǐng)域獲得了日益廣泛的應(yīng)用。hd7279a的主要特點(diǎn)如下：（1）帶有串行接口，無(wú)需外圍元件便可直接驅(qū)動(dòng)led；（2）各位可獨(dú)立控制譯碼/不譯碼、消隱和閃爍等屬性；（3）具有（循環(huán)）左移/（循環(huán)）右移指令；（4）具有段尋址指令，可方便地用來(lái)控制獨(dú)立的led顯示管；（5）64鍵鍵盤(pán)控制器內(nèi)含去抖動(dòng)電路。2. 引腳說(shuō)明hd7279a一共有28個(gè)引腳，各引腳的主要功能如下：reset：復(fù)位端。當(dāng)該端由低電平變成高電平，并保持25ms后，復(fù)位過(guò)程結(jié)束。通常，該端接

43、+5v電源；dig0dig7：8個(gè)led管的位驅(qū)動(dòng)輸出端；sasg：led數(shù)碼管的a段g段的輸出端；dp：小數(shù)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)輸出端；rc：外接振蕩元件連接端，其中電阻的典型值為1.5電容的典型值為15pf。3. 控制指令和接口時(shí)序hd7279a的控制指令分為純指令和帶有數(shù)據(jù)的指令兩大類(lèi)，以下分別給予介紹。1. 純指令hd7279a控制指令中的純指令有復(fù)位（清除）指令a4h、左移指令a1h和右移指令a0h。其中，復(fù)位（清除）指令a4h用于清除所有的顯示，同時(shí)清除所有設(shè)置的字符消隱和閃爍等屬性。執(zhí)行該指令后，芯片所處的狀態(tài)與系統(tǒng)上電后所處的狀態(tài)一樣。左移指令a1h可使所有的顯示自右向左（從第1位向第8位

44、）移動(dòng)一位（包括處于消隱狀態(tài)的顯示位），但對(duì)各位所設(shè)置的消隱及閃爍屬性不起作用。右移指令a0h與左移指令類(lèi)似，但所做移動(dòng)為自左向右（從第8位向第1位）移動(dòng)，移動(dòng)后，最左邊一位為空。2. 帶有數(shù)據(jù)的指令帶有數(shù)據(jù)的指令包括以下5種：d7d6d5d4d3d2d1d010000a2a1a0d7d6d5d4d3d2d1d0dpxxxd3d2d1d0（1）下載數(shù)據(jù)且按方式0譯碼這種指令的格式為：該命令由二字節(jié)組成，前半部分為指令，其中a2a0為位地址，d0d3為數(shù)據(jù)，收到此指令時(shí)，hd7279a將按照以下規(guī)則（譯碼方式0）進(jìn)行譯碼。即：0000：顯示0 ； 1001：顯示91010：顯示 ； 1111：顯

45、示空白（2）下載數(shù)據(jù)且按方式1譯碼此指令與上一條指令基本相同，所不同的只是譯碼方式。該指令的譯碼方式為：d0d3的值對(duì)應(yīng)于09和af。格式如下:d7d6d5d4d3d2d1d011001a2a1a0d7d6d5d4d3d2d1d0dpxxxd3d2d1d0（3）下載數(shù)據(jù)但不譯碼該指令的格式如下：d7d6d5d4d3d2d1d010010a2a1a0d7d6d5d4d3d2d1d0dpabcdefg在該指令格式中，a2，a1，a0為位地址，ag和dp為顯示數(shù)據(jù)分別對(duì)應(yīng)7段led數(shù)碼管的各段。當(dāng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)位為1時(shí)，該段點(diǎn)亮，否則，該段不亮。實(shí)際上，此指令是比較靈活的，設(shè)計(jì)時(shí)可以通過(guò)造字形表來(lái)顯示用

46、戶所需的字符。（4） 閃爍控制88h此命令用于控制各個(gè)數(shù)碼管的閃爍屬性，d1d8分別對(duì)應(yīng)數(shù)碼管18。在相應(yīng)的各位中0表示閃爍，1表示不閃爍。開(kāi)機(jī)后的缺省狀態(tài)為各位均不閃爍。具體指令格式如下:d7d6d5d4d3d2d1d010001000d7d6d5d4d3d2d1d0d8d7d6d5d4d3d2d1（5）讀鍵盤(pán)數(shù)據(jù)指令15h該指令的格式如下：d7d6d5d4d3d2d1d000010101d7d6d5d4d3d2d1d0d7d6d5d4d3d2d1d0該指令主要用于從hd7279a讀出當(dāng)前的按鍵代碼。與其它指令不同的是，此命令的前一個(gè)字節(jié)00010101b為微控制器傳送到hd7279a的指令

47、，而后一個(gè)字節(jié)d0d7才是hd7279a返回的按鍵代碼，該代碼的具體范圍是03fh（當(dāng)無(wú)鍵按下時(shí)，為0xff）。當(dāng)hd7279a檢測(cè)到有效按鍵時(shí)，key引腳從高電平變?yōu)榈碗娖?，并一直保持到按鍵結(jié)束。在此期間，如果hd7279a接收到“讀鍵盤(pán)數(shù)據(jù)指令”，則輸出當(dāng)前按鍵的鍵盤(pán)代碼；而如果在接收到“讀鍵盤(pán)指令”時(shí)沒(méi)有有效按鍵被按下時(shí)，hd7279a則輸出ffh（11111111b）。3. 串行接口時(shí)序綜上所述在hd7279a的指令結(jié)構(gòu)類(lèi)型中不帶數(shù)據(jù)的純指令的指令寬度為8bit，即微處理器需發(fā)送8個(gè)clk脈沖。而帶有數(shù)據(jù)的指令寬度為16bit，即微處理器需發(fā)送16個(gè)clk脈沖。但其中的讀取鍵盤(pán)數(shù)據(jù)指令

48、,寬度也16bit,前8個(gè)bit為微處理器發(fā)送到hd7279a的指令，后8個(gè)bit為hd7279a返回的鍵盤(pán)代碼。執(zhí)行此指令時(shí)，hd7279a的data端在第9個(gè)clk脈沖的上升沿變?yōu)檩敵鰻顟B(tài)，并于第16個(gè)脈沖的下降沿恢復(fù)為輸入狀態(tài)，以等待接收下一個(gè)指令。2.5.2 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，由于采用led模塊進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的顯示，所以并不會(huì)連接數(shù)碼管。由此電路顯得非常簡(jiǎn)單，為了增加hd7279a的驅(qū)動(dòng)能力，在sasd管腳上增加了4個(gè)100 k的下拉電阻。為了調(diào)節(jié)通過(guò)鍵盤(pán)的電流植，使得hd7279a讀出的鍵值更加準(zhǔn)確增加了4只10k和4只200的電阻。圖2-10 鍵盤(pán)電路原理圖hd7279a與微處

49、理器接口非常簡(jiǎn)單，僅需4條接口線，其中cs為片選信號(hào)（低電平有效）。data為串行數(shù)據(jù)端，當(dāng)向hd7279a發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，data為輸入端；當(dāng)hd7279a輸出鍵盤(pán)代碼時(shí)，data為輸出端。clk為數(shù)據(jù)串行傳送的同步時(shí)鐘輸入端，時(shí)鐘的上升沿表示數(shù)據(jù)有效。key為按鍵信號(hào)輸出端，該端在無(wú)鍵按下時(shí)為高電平；而在有鍵按下時(shí)變?yōu)榈碗娖剑⒁恢北３值桨存I釋放為止。2.6 led顯示模塊的設(shè)計(jì)2.6.1 led 顯示模塊顯示系統(tǒng)是單片機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于顯示各種參數(shù)的值，以便使現(xiàn)場(chǎng)工作人員能夠及時(shí)掌握生產(chǎn)過(guò)程。 工業(yè)控制系統(tǒng)中常用的顯示器件有crt、led、lcd等。crt不僅可以進(jìn)行字符顯示

50、，而且可以進(jìn)行畫(huà)面顯示，和計(jì)算機(jī)配合使用，可十分方便地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的管理和監(jiān)視。但由于crt體積大，價(jià)格昂貴，所以只適用于大型微機(jī)控制系統(tǒng)。在中小型的控制過(guò)程中，為了使工作人員能夠在現(xiàn)場(chǎng)直接看到生產(chǎn)情況和報(bào)警信號(hào)，經(jīng)常選用led和lcd作為顯示器件。led和lcd都具有體積小，功耗低，響應(yīng)速度快，易于匹配，可靠性高和壽命高等優(yōu)點(diǎn)。lcd是一種功耗極低的顯示元件，在儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中的使用較多，而led成本低廉，培植靈活，多用于單片機(jī)控制系統(tǒng)中，所以選用led顯示。2.6.1 led顯示器件的工作原理led是一種電流發(fā)光器件它既可以工作在恒定電流狀態(tài)，又可以工作在脈沖電流狀態(tài)。在平均電流相同

51、的情況下，脈沖工作狀態(tài)可產(chǎn)生比直流工作狀態(tài)較強(qiáng)的亮度，一般每秒鐘可導(dǎo)通100500次，每次為幾個(gè)毫秒：led有單個(gè)發(fā)光二極管、七段(或八段)led顯示器和led點(diǎn)陣顯示器等類(lèi)型。發(fā)光顏色有紅、綠、黃等。lld顯示器每段正常發(fā)光需直流電流1020ma，發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)其正向?qū)▔航禐?.7v左右。 七段led顯示器是由7個(gè)led按定的圖形排列組成，如圖4-1(a)所示，七段led顯示器的各個(gè)二極管分別稱(chēng)為a、b、c、d、e、f、g段，有些七段顯示器增加一個(gè)dp段表示小數(shù)點(diǎn)，也稱(chēng)為八段led顯示器。七段led顯示器有兩種結(jié)構(gòu)：共陰極七段led顯示器和共陽(yáng)極七段led顯示器，如圖4-1(b)、(c)

52、所示。所有二極管的陰極接在一起的稱(chēng)為共陰極七段led顯示器；所有二極管的陽(yáng)極接在一起的稱(chēng)為共陽(yáng)極七段lld顯示器。共陽(yáng)極七段led顯示器工作時(shí)，二極管的公共陽(yáng)極接向電平“1”各段的陰極接與共陽(yáng)七段碼相對(duì)應(yīng)的電平。共陰極七段led顯示器工作時(shí)，其公共極接到低電平，各段的陽(yáng)級(jí)接與共陰七段碼相對(duì)應(yīng)的電平。在實(shí)際應(yīng)用中，除公共極外，其他各極應(yīng)串接一個(gè)電阻后再接到相應(yīng)電平。電阻的作用是限制流過(guò)led中的電流以 （a） (b) (c)圖2-11七段led顯示器的結(jié)構(gòu)原理（a）典型的七段led器件（b）共陽(yáng)極led顯示器（c）共陰極led顯示器保證在發(fā)光時(shí)二極管不因電流過(guò)大而被燒壞。將數(shù)碼管的引腳和單片機(jī)的

53、數(shù)據(jù)輸出口相連，控制輸出的數(shù)據(jù)可以使數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字和字符，通常稱(chēng)控制發(fā)光二極管的8位字節(jié)數(shù)據(jù)為段選碼。7段led段選碼如表4-1所示?？梢钥闯觯碴?yáng)極和共陰極的段選碼互為補(bǔ)數(shù)。表2-2 7段led段選碼2.6.2 led顯示電路設(shè)計(jì)led的顯示份靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式在靜態(tài)顯示方式下，n塊顯示器件都處于選通狀態(tài)；每一塊顯示器件的段選線和一個(gè)8位的并行口相連，只要控制顯示位的段選碼，就可顯示出相應(yīng)的字幅。由于顯示器件由不同的i/o控制，所以靜態(tài)顯示方式中的每一位都可以獨(dú)立顯示，在同一時(shí)刻每一位顯示的字符可以各不相同。led動(dòng)態(tài)顯示就是將所有顯示位的段選線并聯(lián)在一起，有一個(gè)8位i/o口控

54、制，而位選線則有其他的i/o口控制，通過(guò)程序控制，不斷循環(huán)輸出相應(yīng)的段選碼和位選碼，由于人的視覺(jué)暫留效應(yīng)，就可以獲得視覺(jué)穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。本設(shè)計(jì)選用的是串行口動(dòng)態(tài)掃描顯示，其電路圖如4-2所示。圖4-2 串行動(dòng)態(tài)led掃描電路圖4-2是電原理圖，采用mcs-8051單片機(jī)，同時(shí)用廉價(jià)易得的74ls164和74ls138作為擴(kuò)展芯片。74ls164是一個(gè)8位串入并出的移位寄存器，其此處的功能是將c2051串行通信口輸出的串行數(shù)據(jù)譯碼并在其并口線上輸出，從而驅(qū)動(dòng)led數(shù)碼管。74ls138是一個(gè)3-8譯碼器，它將單片機(jī)輸出的地址信號(hào)譯碼后動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的led。但74ls138電流驅(qū)動(dòng)能力較小，為此，使用了未級(jí)驅(qū)動(dòng)三極管2sa1015作為地址驅(qū)動(dòng)。2.7 單片機(jī)控制電路2.7.1 單片機(jī)概論1. 8051系列單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)（microcontroller，有稱(chēng)微處理器）是在一塊硅片上集成了各種部件的微型機(jī)，這些部件包括中央處理器cpu、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ram、程序存儲(chǔ)器rom、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和