課程設(shè)計(jì)（論文）智能溫度測(cè)量儀表方案設(shè)計(jì)

1、目錄前言0第一章 智能溫度測(cè)量儀表方案設(shè)計(jì)與論證11.1 功能與要求11.2 方案2第二章 智能溫度測(cè)量儀表的硬件設(shè)計(jì)22.1 系統(tǒng)硬件框圖22.2系統(tǒng)的輸入通道設(shè)計(jì)22.2.1 ds18b20特征與外部引腳32.2.2 ds18b20的外形和內(nèi)容結(jié)構(gòu)42.2.3 ds18b20引腳定義42.2.4 ds18b20工作原理42.2.5 ds18b20使用中注意事項(xiàng)42.3系統(tǒng)的輸出通道設(shè)計(jì)52.3.1 pnp三極管855052.3.2 hk400-5vdc繼電器52.4人機(jī)接口電路62.4.1 四位一體共陰數(shù)碼顯示模塊72.4.2 4*4矩陣鍵盤72.5數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)及鍵盤控制芯片ch45182.

2、6單片機(jī)最小系統(tǒng)122.7stc89c51單片機(jī)最小系統(tǒng)元件清單13第三章 系統(tǒng)調(diào)試與軟件設(shè)計(jì)143.1 軟件設(shè)計(jì)143.2 調(diào)試143.3上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)14第四章 設(shè)計(jì)體會(huì)與小結(jié)16參考文獻(xiàn)17附錄18前言隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研、各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù), 本文主要介紹了一個(gè)基于at89c51單片機(jī)的測(cè)溫系統(tǒng)，描述了利用溫度傳感器ds18b20測(cè)溫系統(tǒng)的過程，對(duì)傳感器在單片機(jī)下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進(jìn)行了分析，對(duì)各部分的電路也一一進(jìn)行了介紹,進(jìn)行相應(yīng)外圍接口設(shè)計(jì)，其中包括：數(shù)據(jù)輸入通道、輸出通道、人機(jī)接口電路以及通信接口電路

3、等，最終完成一個(gè)簡單智能儀器的設(shè)計(jì)過程。該系統(tǒng)可以方便的實(shí)現(xiàn)溫度采集和顯示，靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸ぁ⑥r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測(cè)量，也可以當(dāng)作溫度處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴(kuò)展。本次設(shè)計(jì)主要以溫度為測(cè)量對(duì)象，利用實(shí)驗(yàn)室可以提供的設(shè)備平臺(tái)、儀器儀表、常見芯片，基于實(shí)驗(yàn)室已有的stc89c51單片機(jī)最小系統(tǒng)，進(jìn)行相應(yīng)外圍接口設(shè)計(jì)，其中包括：數(shù)據(jù)輸入通道、輸出通道、人機(jī)接口電路以及通信接口電路等，最終完成一個(gè)簡單智能儀器的設(shè)計(jì)過程。通過本次設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，可以理解并掌握儀器整機(jī)系統(tǒng)的概念，將智能儀器軟硬件相結(jié)合的基本工作原理、主要技術(shù)和設(shè)計(jì)方法運(yùn)用到具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中

4、去，提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與技術(shù)進(jìn)行儀器設(shè)計(jì)的實(shí)踐創(chuàng)新能力，使學(xué)生通過實(shí)踐鍛煉，具有扎實(shí)的系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)并解決問題的能力。第一章 智能溫度測(cè)量儀表方案設(shè)計(jì)與論證1.1 功能與要求功能基于單片機(jī)的溫度測(cè)控系統(tǒng)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。其中上位機(jī)應(yīng)可通過虛擬儀器的前置面板界面顯示溫度數(shù)據(jù)，若溫度超過設(shè)定溫度，在顯示屏上進(jìn)行報(bào)警提示。而下位機(jī)則是可以利用單片機(jī)對(duì)溫度傳感器采集到的溫度數(shù)據(jù)及時(shí)采樣，并在數(shù)碼管上顯示，用矩陣鍵盤來控制和設(shè)定溫度值，并將采集到的溫度數(shù)據(jù)通過串口傳到上位pc機(jī)。要求：.學(xué)生自行設(shè)計(jì)硬件電路并焊接電路板.編寫上位機(jī)虛擬儀器和下位機(jī)程序.實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)控并進(jìn)行系統(tǒng)功能

5、測(cè)試1.2 方案 通過溫度傳感器ds18b20來實(shí)現(xiàn)。 ds18b20單片機(jī) 圖1.1 方案2的系統(tǒng)方框圖本方案的優(yōu)點(diǎn)是可直接將采集值進(jìn)行處理得到數(shù)字量送入單片機(jī)數(shù)碼管顯示并通過串口送至上位機(jī)。第二章 智能溫度測(cè)量儀表的硬件設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)硬件框圖本設(shè)計(jì)是通過溫度傳感器ds18b20直接將采集值進(jìn)行處理得到數(shù)字量送入單片機(jī)。單片機(jī)輸出信號(hào)作用在繼電器上，來控制被測(cè)對(duì)象溫度值的升高或降低。最后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字濾波，得到溫度值。同時(shí)可以通過矩陣鍵盤進(jìn)行控制，通過led進(jìn)行顯示。系統(tǒng)硬件方框圖如圖2.1所示。ds18b20hk400-5vdc繼電器單片機(jī) 89c51max232上位

6、機(jī)ch451（4*4）鍵盤4位led被測(cè)對(duì)象圖2.1系統(tǒng)硬件框圖2.2系統(tǒng)的輸入通道設(shè)計(jì)本系統(tǒng)輸入通道作用是將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)。其組成包括：溫度傳感器ds18b20和一個(gè)10k電阻。具體電路如圖2.2所示。圖2.2 輸入通道的設(shè)計(jì)電路2.2.1 ds18b20特征與外部引腳數(shù)字溫度傳感器ds18b20介紹 圖2.3ds18b20圖片 圖2.4 ds18b20引腳圖ds18b20的主要特性 1.1、適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5v，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電 1.2、獨(dú)特的單線接口方式，ds18b20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與ds18b20的雙

7、向通訊 1.3、 ds18b20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫 1.4、ds18b20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) 1.5、溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為0.5 1.6、可編程 的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫 1.7、在9位分辨率時(shí)最多在 93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 1.8、測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以一 線總線串行傳送給cpu，同時(shí)可傳送c

8、rc校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力 1.9、負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。2、ds18b20引腳定義：(1)dq為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端； (2)gnd為電源地； (3)vdd為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。 2.2.2 ds18b20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻rom 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器th和tl、配置寄存器。 2.2.3ds18b20引腳定義： (1)dq為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端； (2)gnd為電源地； (3)vdd為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。 圖2.5 ds

9、18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.2.4 ds18b20工作原理 ds18b20的讀寫時(shí)序和測(cè)溫原理與ds1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s 減為750ms。低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì) 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重 新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，

10、如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測(cè)溫度。 2.2.5 ds1820使用中注意事項(xiàng) ds1820雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： 6.1、較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于ds1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此 ，在對(duì)ds1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用pl/m、c等高級(jí)語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì) ds1820操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。2.3系統(tǒng)的輸出通道設(shè)計(jì)本系統(tǒng)輸出通道作用是來控制被測(cè)對(duì)象溫度值的升高

11、或降低?？刂菩盘?hào)從單片機(jī)的p2.0口輸出，接至pnp型三極管的基極。繼電器的繞圈分別接地和pnp三極管集電極，同時(shí)繞圈兩端還并聯(lián)有發(fā)光二極管，用以直觀顯示控制信號(hào)的變化。為了保護(hù)電路，在繼電器繞圈兩端并聯(lián)有一個(gè)390 電阻。具體電路如圖2.4所示。圖2.6 輸出通道的電路設(shè)計(jì)2.3.1 pnp三極管85508550是一種常用的普通三極管。它是一種低電壓,大電流,小信號(hào)的pnp型硅三極管。如圖2.5為三極管的引腳圖。圖2.7 8550引腳圖8550參數(shù)： 集電極-基極電壓vcbo：-40v 工作溫度：-55 to +1502.3.2 hk400-5vdc繼電器電氣參數(shù)如下：觸點(diǎn)形式：1c（spd

12、t）觸點(diǎn)負(fù)載： 3 a 250 vac/30 vdc阻 抗： 100m額定電流： 3a電氣壽命：10萬回機(jī)械壽命：1000萬回線圈參數(shù)：阻值(士10%)： 120線圈功耗：0.2w額定電壓：dc 5v吸合電壓：dc 3.75v釋放電壓：dc 0.5v工作溫度：-25+70絕緣電阻：100m線圈與觸點(diǎn)間耐壓：1000vac/1分鐘觸點(diǎn)與觸點(diǎn)間耐壓：500vac/1分鐘2.4人機(jī)接口電路本電路的作用是實(shí)現(xiàn)溫度顯示，溫度設(shè)定。組成模塊有4位集成數(shù)碼顯示，4*4鍵盤等。在該人機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)中，ch451為該模塊電路的核心器件，功能相對(duì)完善。ch451不僅能有效的將采集到的溫度值通過數(shù)碼管進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示

13、；并且還能控制矩陣鍵盤，讀取通過按鍵獲得的溫度設(shè)定值，一方面可將設(shè)定值直接顯示，另一方面還能傳輸給單片機(jī)；同時(shí)通過ch451芯片控制鍵盤輸入和數(shù)碼顯示，還可有效的節(jié)省單片機(jī)p口的使用，方便單片機(jī)的擴(kuò)展設(shè)計(jì)。具體電路如圖2.6所示。圖2.8 人機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)2.4.2 四位一體共陰數(shù)碼顯示模塊本實(shí)驗(yàn)人機(jī)接口電路采用lg3641ah型四位一體共陰極數(shù)碼管進(jìn)行顯示。引腳圖如圖2.7所示：圖2.9 lg3641ah引腳圖上圖中，從左至右，依次為數(shù)碼管1、2、3、4。這四個(gè)數(shù)碼管被集成為一個(gè)模塊，各數(shù)碼管的的段碼數(shù)據(jù)線連在一起，都由上圖中外部引腳a-h決定。圖中g(shù)nd1-gnd4為各數(shù)碼管的位選擇引腳

14、，當(dāng)其中一個(gè)信號(hào)為低電平時(shí)，則相應(yīng)位的數(shù)碼管被選通點(diǎn)亮。由于lg3641ah 為共陰極數(shù)碼管， a-h管腳上若輸出高電平，則相應(yīng)段碼被點(diǎn)亮。為了避免單片機(jī)輸出的高電平電壓過高使數(shù)碼管燒壞，應(yīng)分別在a-h管腳上接200電阻分壓。lg3641ah七段led碼如下表所示：表2.12.4.3 4*4矩陣鍵盤為了簡化設(shè)計(jì)電路，本實(shí)驗(yàn)使用已集成好的4*4矩陣鍵盤模塊。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。在行線和列線的每一個(gè)交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤中按鍵的個(gè)數(shù)是44個(gè)。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能夠有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中i/o口的利用率。該矩陣鍵盤模塊接口共有9根數(shù)據(jù)線，從左至右，依

15、次為：公共數(shù)據(jù)端、1-4列數(shù)據(jù)選擇端、4-1行數(shù)據(jù)選擇端。按鍵排序圖如圖2.10，其原理圖如圖2.11所示：, 圖2.11 按鍵排序圖圖2.11 矩陣鍵盤原理圖實(shí)際設(shè)計(jì)中，按不同的鍵運(yùn)用萬用表測(cè)量導(dǎo)通的信號(hào)線，可推出各引腳的作用。2.5 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)及鍵盤控制芯片 ch451ch451 是一個(gè)整合了數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)和鍵盤掃描控制的多功能外圍芯片。ch451內(nèi)置 rc 振蕩電路，可以動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)8位數(shù)碼管或者64位 led ，具有 bcd 譯碼、閃爍、移位等功能；同時(shí)還可以進(jìn)行64鍵的鍵盤掃描；ch451 通過 1線或者可以級(jí)聯(lián)的4線串行接口與單片機(jī)等交換數(shù)據(jù)；并且提供上電復(fù)位和看門狗等監(jiān)控功能。其引腳

16、圖如圖2.12所示：圖2.12 ch451引腳圖各引腳說明如下表所示：表2.2引腳號(hào)引腳名稱類型引腳說明2vcc電源正電源，持續(xù)電流不小于200ma15gnd電源接地，持續(xù)電流不小于200ma4load輸入4 線串行接口的數(shù)據(jù)加載，帶上拉5din輸入4 線串行接口的數(shù)據(jù)輸入，帶上拉6dclk輸入串行接口的數(shù)據(jù)時(shí)鐘，帶上拉 同時(shí)用于看門狗的清除輸入3dout輸出串行接口的數(shù)據(jù)輸出和鍵盤中斷1、 2418seg7 seg0三態(tài)輸出及輸入數(shù)碼管的段驅(qū)動(dòng)，高電平有效， 鍵盤掃描輸入，高電平有效，帶下拉714dig7 dig0輸出數(shù)碼管的字驅(qū)動(dòng)，低電平有效，鍵盤掃描輸出，高電平有效16rst輸出上電復(fù)位

17、和看門狗復(fù)位，高電平有效17n.c.不連接，禁止使用 顯示驅(qū)動(dòng)ch451對(duì)數(shù)碼管和發(fā)光管采用動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)，順序?yàn)閐ig0至dig7，當(dāng)其中一個(gè)引腳吸入電流時(shí)，其它引腳則不吸入電流。ch451內(nèi)部具有大電流驅(qū)動(dòng)級(jí)，可以直接驅(qū)動(dòng)0.5英寸至 2 英寸的共陰數(shù)碼管，段驅(qū)動(dòng)引腳 seg6seg0 分別對(duì)應(yīng)數(shù)碼管的段 g段 a，段驅(qū)動(dòng)引腳 seg7 對(duì)應(yīng)數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)，字驅(qū)動(dòng)引腳 dig7dig0 分別連接 8 個(gè)數(shù)碼管的陰極。ch451支持掃描極限控制，并且只為有效數(shù)碼管分配掃描時(shí)間。當(dāng)掃描極限設(shè)定為1時(shí)，唯一的數(shù)碼管dig0將得到所有的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)時(shí)間，從而等同于靜態(tài)驅(qū)動(dòng)；當(dāng)掃描極限設(shè)定為 8 時(shí)，8

18、個(gè)數(shù)碼管 dig7dig0 各得到 1/8 的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)時(shí)間；當(dāng)掃描極限設(shè)定為 4時(shí)，4個(gè)數(shù)碼管 dig3dig0各得到1/4的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)時(shí)間，此時(shí)各數(shù)碼管的平均驅(qū)動(dòng)電流將比掃描極限為8時(shí)增加一倍，所以降低掃描極限可以提高數(shù)碼管的顯示亮度。ch451 內(nèi)部具有 8 個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)寄存器，用于保存 8 個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)，分別對(duì)應(yīng)于 ch451 所驅(qū)動(dòng)的8 個(gè)數(shù)碼管。 ch451支持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器中的字?jǐn)?shù)據(jù)左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)，并且支持各數(shù)碼管的獨(dú)立閃爍控制，在字?jǐn)?shù)據(jù)左右移動(dòng)或者左右循環(huán)移動(dòng)的過程中，閃爍控制的屬性不受影響。通過設(shè)定，ch451可以工作于bcd譯碼方式，該方式主要應(yīng)用于數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)只

19、要給出二進(jìn)制數(shù) bcd 碼，由 ch451 將其譯碼后直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)的字符，簡化了單片機(jī)譯碼的工作。bcd譯碼方式是指對(duì)數(shù)據(jù)寄存器中字?jǐn)?shù)據(jù)的位4位0進(jìn)行兼容bcd的譯碼，控制段驅(qū)動(dòng)引腳seg6seg0的輸出，對(duì)應(yīng)于數(shù)碼管的段 g段 a，同時(shí)用字?jǐn)?shù)據(jù)的位 7 控制段驅(qū)動(dòng)引腳 seg7 的輸出，對(duì)應(yīng)于數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)，字?jǐn)?shù)據(jù)的位 6 和位 5 不影響 bcd 譯碼的輸出，可以是任意值。下表為數(shù)據(jù)寄存器中字?jǐn)?shù)據(jù)的位4位0進(jìn)行bcd譯碼后，所對(duì)應(yīng)的段g段a以及數(shù)碼管顯示的字符。表2.3 鍵盤掃描ch451 的鍵盤掃描功能支持 88 矩陣的 64 鍵鍵盤。在鍵盤掃描期間，dig7dig0引腳用于列

20、掃描輸出，seg7seg0 引腳都帶有內(nèi)部下拉，用于行掃描輸入；當(dāng)啟用鍵盤掃描功能后，dout引腳的功能由串行接口的數(shù)據(jù)輸出變?yōu)殒I盤中斷以及數(shù)據(jù)輸出。 ch451 定期在顯示驅(qū)動(dòng)掃描過程中插入鍵盤掃描。在鍵盤掃描期間，dig7dig0 引腳按照dig0 至dig7的順序依次輸出高電平，其余7個(gè)引腳輸出低電平；seg7seg0引腳的輸出被禁止，當(dāng)沒有鍵被按下時(shí)，seg7seg0都被下拉為低電平；當(dāng)有鍵被按下時(shí)，例如連接 dig3 與 seg4 的鍵被按下，則當(dāng) dig3 輸出高電平時(shí) seg4 檢測(cè)到高電平；為了防止因?yàn)榘存I抖動(dòng)或者外界干擾而產(chǎn)生誤碼，ch451實(shí)行兩次掃描，只有當(dāng)兩次鍵盤掃描的

21、結(jié)果相同時(shí)，按鍵才會(huì)被確認(rèn)有效。如果 ch451 檢測(cè)到有效的按鍵，則記錄下該按鍵代碼，并通過dout引腳產(chǎn)生低電平有效的鍵盤中斷，此時(shí)單片機(jī)可以通過串行接口讀取按鍵代碼；在沒有檢測(cè)到新的有效按鍵之前，ch451不再產(chǎn)生任何鍵盤中斷。ch451不支持組合鍵，也就是說，同一時(shí)刻，不能有兩個(gè)或者更多的鍵被按下。ch451所提供的按鍵代碼為7位，位2位0是列掃描碼，位5位3是行掃描碼，位 6 是狀態(tài)碼（鍵按下為 1，鍵釋放為 0）。例如，連接 dig3 與 seg4 的鍵被按下，則按鍵代碼是1100011b 或者63h，鍵被釋放后，按鍵代碼是0100011b或者23h，其中，對(duì)應(yīng)dig3的列掃描碼為

22、011b，對(duì)應(yīng)seg4的行掃描碼為100b。單片機(jī)可以在任何時(shí)候讀取按鍵代碼，但一般在 ch451 檢測(cè)到有效按鍵而產(chǎn)生鍵盤中斷時(shí)讀取按鍵代碼，此時(shí)按鍵代碼的位6總是1，另外，如果需要了解按鍵何時(shí)釋放，單片機(jī)可以通過查詢方式定期讀取按鍵代碼，直到按鍵代碼的位6為0。下表是連接在dig7dig0與seg7seg0之間的鍵被按下時(shí)，ch451所提供的按鍵代碼。這些按鍵代碼具有一定的規(guī)律，如果需要鍵被釋放時(shí)的按鍵代碼，則將表中的按鍵代碼的位6置0，或者將表中的按鍵代碼減去40h。表2.4 串行接口ch451具有硬件實(shí)現(xiàn)的高速4線串行接口，包括4根信號(hào)線：串行數(shù)據(jù)輸入線din、串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘線dclk、

23、串行數(shù)據(jù)加載線load、串行數(shù)據(jù)輸出線dout。其中，din、dclk、load是帶上拉的輸入信號(hào)線，默認(rèn)是高電平；dout在未啟用鍵盤掃描功能時(shí)作為串行數(shù)據(jù)輸出線，在啟用鍵盤掃描功能后作為鍵盤中斷和數(shù)據(jù)輸出線，默認(rèn)是高電平。 din 用于提供串行數(shù)據(jù)，高電平表示位數(shù)據(jù)1，低電平表示位數(shù)據(jù)0，串行數(shù)據(jù)輸入的順序是低位在前，高位在后。單片機(jī)可以在dclk高電平期間變化din的電平，如果必要也可以在 dclk 低電平期間變化 din 的電平。另外，在上電復(fù)位后，ch451 默認(rèn)選擇 1 線串行接口，所以單片機(jī)必須在dclk輸出串行時(shí)鐘之前，先在din上輸出一個(gè)低電平脈沖（由高電平變?yōu)榈碗娖皆倩謴?fù)為

24、高電平） ，通知ch451選擇4線串行接口。 dclk 用于提供串行時(shí)鐘，ch451 在其上升沿從 din 輸入數(shù)據(jù)，在其下降沿從 dout輸出數(shù)據(jù)。ch451內(nèi)部具有12位移位寄存器，在dclk的上升沿，din上的位數(shù)據(jù)被移入移位寄存器的最高位寄存器，以此類推，原次低位數(shù)據(jù)移入最低位寄存器，在該上升沿后的第一個(gè)下降沿，原次低位數(shù)據(jù)從dout輸出。ch451允許dclk引腳的串行時(shí)鐘頻率大于10mhz，從而可以實(shí)現(xiàn)高速串行輸入輸出。load 用于加載串行數(shù)據(jù)，ch451在其上升沿加載移位寄存器中的12位數(shù)據(jù)，作為操作命令分析并處理。也就是說，load 的上升沿是串行數(shù)據(jù)幀的幀完成標(biāo)志，此時(shí)無論

25、移位寄存器中的 12位數(shù)據(jù)是否有效，ch451都會(huì)將其當(dāng)作操作命令。 單片機(jī)向ch451輸出串行數(shù)據(jù)的過程是（不是唯一的過程，可以有很多變化）： 輸出一位數(shù)據(jù)，即向 din 輸出最低位數(shù)據(jù)b0，并向 dclk 輸出低電平脈沖（從高電平變?yōu)榈碗娖皆倩謴?fù)為高電平），其中包括一個(gè)上升沿使 ch451 輸入位數(shù)據(jù)； 以同樣的方式，輸出位數(shù)據(jù)b1b11； 向load輸出低電平脈沖，其中包括一個(gè)上升沿使ch451加載串行數(shù)據(jù)。可以將以b0b1b2b3b4b5b6b7b8b9b10b11作為上述過程的簡化描述，其中，代表dclk的上升沿，代表load的上升沿，b0b11分別代表1 位數(shù)據(jù)，如果是字符0或1則

26、對(duì)應(yīng)din輸入的位數(shù)據(jù)，如果是字符l或h則對(duì)應(yīng)dout輸出的位數(shù)據(jù)0 或1。在未啟用鍵盤掃描功能時(shí)，dout 用于輸出串行數(shù)據(jù)，移位寄存器中的最低位數(shù)據(jù)總是在dclk的下降沿出現(xiàn)在dout引腳。當(dāng)啟用鍵盤掃描功能后，dout 用于鍵盤中斷和數(shù)據(jù)輸出，默認(rèn)是高電平。當(dāng) ch451檢測(cè)到有效按鍵時(shí)，dout 輸出低電平有效的鍵盤中斷；單片機(jī)被中斷后，發(fā)出讀取按鍵代碼命令，ch451在load的上升沿后從dout輸出7位按鍵代碼的最高位；單片機(jī)繼續(xù)輸出串行時(shí)鐘，在dclk的每個(gè)下降沿，ch451依次從dout輸出7位按鍵代碼的剩余6位，順序是高位在前，低位在后；7 位按鍵代碼輸出完畢后，無論 dcl

27、k 如何變化，ch451 都將dout恢復(fù)為默認(rèn)的高電平。單片機(jī)從ch451獲得按鍵代碼的過程是： 輸出一位數(shù)據(jù)，即向din輸出讀取按鍵代碼命令的最低位數(shù)據(jù)b0，并向dclk輸出低電平脈沖； 以同樣的方式，輸出讀取按鍵代碼命令的位數(shù)據(jù)b1b11； 向 load 輸出低電平脈沖，其中包括一個(gè)上升沿使 ch451 加載串行數(shù)據(jù)，ch45分析出是讀取按鍵代碼命令，立即在dout輸出按鍵代碼的最高位數(shù)據(jù)k7； 讀取一位數(shù)據(jù)，即從 dout 輸入按鍵代碼的最高位數(shù)據(jù) k7，并向 dclk 輸出低電平脈沖； 以同樣的方式，輸入按鍵代碼的位數(shù)據(jù)k6k0。實(shí)際上，ch451 的讀取按鍵代碼命令只有位數(shù)據(jù) b8

28、b11 是有效的，所以為了節(jié)約時(shí)間，單片機(jī)發(fā)出的讀取按鍵代碼命令只需要 4 位數(shù)據(jù)，而不必發(fā)送 b0b7。例如，按鍵代碼是 63h，則上述過程的簡化描述是 1110hhlllhh，即先向 ch451 發(fā)出讀取按鍵代碼命令0111xxxxxxxxb，然后從dout接收按鍵代碼1100011b。 操作命令ch451 的操作命令均為 12 位，下表列出了 ch451 的各個(gè)操作命令所對(duì)應(yīng)的 12 位串行數(shù)據(jù)。其中，標(biāo)注為 x 的位表示該位可以是任意值；標(biāo)有名稱的位表示該位在 ch451芯片內(nèi)部具有相應(yīng)的寄存器，其數(shù)據(jù)根據(jù)操作命令的不同而變化。2.5單片機(jī)最小系統(tǒng)本部分的作用是處理數(shù)據(jù)，控制各器件。組

29、成包括89c52單片機(jī)，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路。其具體電路如圖2.9所示。圖2.13 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路3. stc89c51單片機(jī)最小系統(tǒng)元件清單表2.4分類元件編號(hào)元件內(nèi)容數(shù)量電容電阻c510uf（電解）1c1-c31uf（電解）41040.1（陶瓷）330p30pf2r1(系統(tǒng)板)4701r1-r4（擴(kuò)展板）1004r5-r8(擴(kuò)展板)3.3k4r2-r6(系統(tǒng)板)1k5rj1-rj21k排阻(9口)2芯片u1stc89c511u374ls001u1-u41644u2max232cpe1按鍵k、s1-s1666小按鍵17k1-k488不帶鎖按鍵3ledl1-l8、power紅黃綠各3個(gè)9se

30、g1-seg4共陽數(shù)碼管4二極管1n40071n40072接插件j2usb延長線1usb供電口1j1串口線1db9串口座1j2電源插線口111.0592mhz11.0592m晶振1芯片座u1dip-401u3（系統(tǒng)板）、u1-u4dip-145u2dip-161p0-p3/j1-j2單排針40針2其他10芯排線長15018芯排線長1501pcb板系統(tǒng)板1pcb板擴(kuò)展板1第三章 系統(tǒng)調(diào)試與軟件設(shè)計(jì)3.1 軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件編寫部分，主要包括以下幾個(gè)功能：實(shí)現(xiàn)溫度值的采集與顯示、按鍵定溫度值的讀取，以及繼電器控制信號(hào)的正確輸出，功能十分全面、系統(tǒng)。具體包括以下內(nèi)容：溫控系統(tǒng)開機(jī)后則自動(dòng)采集實(shí)時(shí)溫度

31、并進(jìn)行顯示；矩陣鍵盤中的a鍵為設(shè)定溫度的功能鍵，若按下a鍵則可來時(shí)設(shè)定溫度；隨后單片機(jī)會(huì)不斷將實(shí)時(shí)溫度值與設(shè)定溫度值進(jìn)行比較，若實(shí)時(shí)溫度值小于設(shè)定溫度值則控制繼電器開關(guān)不動(dòng)作繼續(xù)加熱，若實(shí)時(shí)溫度值大于設(shè)定溫度值則控制繼電器開關(guān)動(dòng)作停止加熱。其主程序圖如圖3.1所示。圖3.1 主程序流程圖3.2 調(diào)試 將各個(gè)硬件電路搭建成一個(gè)完整的溫控系統(tǒng)，并進(jìn)行調(diào)試。根據(jù)所搭建的系統(tǒng)，編寫相應(yīng)的軟件程序并將各模塊調(diào)用的子程序進(jìn)行整合，使其系統(tǒng)化、規(guī)范化。運(yùn)用編譯軟件keil和燒寫軟件進(jìn)行編譯下載。3.3上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)通過max232實(shí)現(xiàn)串口通訊，下位機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送到到上位機(jī)。上位機(jī)可以利用其相對(duì)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能

32、力將數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，讓后輸出顯示，也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。本出只是將數(shù)據(jù)上傳，讓后以波形，數(shù)字和溫度計(jì)形式顯示出來。此處運(yùn)用labview軟件實(shí)現(xiàn)，其程序圖如圖3.3。前置面板如圖3.2。圖3.2 上位機(jī)前置面板圖3.3 上位機(jī)程序圖第四章 設(shè)計(jì)體會(huì)與小結(jié)通過2周的智能儀器課程設(shè)計(jì)，我更好地掌握了智能儀器的組成及工作原理、硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、基本智能化功能的實(shí)現(xiàn)方法、整機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試的方法等。進(jìn)一步加強(qiáng)自己獨(dú)立分析、解決問題的能力，同時(shí)注意培養(yǎng)自己實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)作風(fēng)和良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，為今后工作打下良好的基礎(chǔ)。培養(yǎng)并提高自己綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與技術(shù)進(jìn)行儀器設(shè)計(jì)的實(shí)踐創(chuàng)新能力，使自己通過實(shí)

33、踐鍛煉，具有較扎實(shí)的系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)并解決問題的能力。這次智能溫度測(cè)量儀表的設(shè)計(jì)讓我獲得了課本中難以學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)。要做一塊智能溫度測(cè)量儀表的電路板，就那么幾個(gè)元件，本以為很簡單，確在第一步布局上花了不少時(shí)間，因?yàn)槲蚁胧拐w布局合理美觀，所需連接的導(dǎo)線盡可能的少些，所需焊接的距離短些。在焊接的過程中也有一些小困難，有的時(shí)候容易造成短路，有時(shí)候又會(huì)造成虛焊。并且想焊接得漂亮點(diǎn)也要花不少精力。在安裝ds18b20等元件時(shí)必須注意各腳是否正確安裝。焊接好電路板后，將單片機(jī)最小系統(tǒng)用杜邦線與做好的電路板相連，利用keil軟件將程序?qū)懭?9c51中并運(yùn)行。溫控系統(tǒng)開機(jī)后則自動(dòng)采集實(shí)時(shí)溫度并進(jìn)行

34、顯示；矩陣鍵盤中的a鍵為設(shè)定溫度的功能鍵，若按下a鍵則可來時(shí)設(shè)定溫度；隨后單片機(jī)會(huì)不斷將實(shí)時(shí)溫度值與設(shè)定溫度值25度進(jìn)行比較，若實(shí)時(shí)溫度值小于設(shè)定溫度值則控制繼電器開關(guān)不動(dòng)作繼續(xù)加熱，若實(shí)時(shí)溫度值大于設(shè)定溫度值則控制繼電器開關(guān)動(dòng)作停止加熱。參考文獻(xiàn)1) 智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)史建芳等編著，北京：電子工業(yè)出版社，2007,92) 智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)趙新民.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20013) 智能儀器原理與設(shè)計(jì)技術(shù)凌志浩等.上海：華東理工大學(xué)出版社，20034) 微機(jī)原理試驗(yàn)指導(dǎo)書 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院 ，20065) 傳感與檢測(cè)技術(shù) 戴卓主編， 武漢理工大學(xué)出版社，20036) 測(cè)控系統(tǒng)電子技術(shù)嚴(yán)令主編

35、，科學(xué)出版社，20077) labview8.20程序設(shè)計(jì)從入門到精通陳錫輝，張銀鴻編著，清華大學(xué)出版社，20078) 單片微型計(jì)數(shù)機(jī)與接口技術(shù)(第2版)李群芳，張士軍，黃 建 編著，電子工業(yè)出版社，2005附錄該溫度控制系統(tǒng)具體源程序如下所示： /*/* ch451功能宏定義 */*/#define ch451_reset 0x0201 /復(fù)位#define ch451_leftmov 0x0300 /設(shè)置移動(dòng)方式-作移#define ch451_leftcyc 0x0301 /設(shè)置移動(dòng)方式-左循#define ch451_rightmov 0x0302 /設(shè)置移動(dòng)方式-右移#define

36、ch451_rightcyc 0x0303 /設(shè)置移動(dòng)方式-右循#define ch451_sysoff 0x0400 /關(guān)顯示、鍵盤、看門狗#define ch451_syson1 0x0401 /開顯示#define ch451_syson2 0x0403 /開顯示、鍵盤#define ch451_syson3 0x0407 /開顯示、鍵盤、看門狗功能#define ch451_dsp 0x0500 /設(shè)置默認(rèn)顯示方式#define ch451_bcd 0x0580 /設(shè)置bcd譯碼方式#define ch451_twinkle 0x0600 /設(shè)置閃爍控制#define ch451_di

37、g0 0x0800 /數(shù)碼管位0顯示#define ch451_dig1 0x0900 /數(shù)碼管位1顯示 #define ch451_dig2 0x0a00 /數(shù)碼管位2顯示#define ch451_dig3 0x0b00 /數(shù)碼管位3顯示#define ch451_dig4 0x0c00 /數(shù)碼管位4顯示#define ch451_dig5 0x0d00 /數(shù)碼管位5顯示#define ch451_dig6 0x0e00 /數(shù)碼管位6顯示#define ch451_dig7 0x0f00 /數(shù)碼管位7顯示#include /包含頭文件，一般情況不需要改動(dòng)，頭文件包含特殊功能寄存器的定義#i

38、nclude#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*/* 定義端口 */*/sbit relay=p20;sbit ch451_dclk=p21; /串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘上升延激活sbit ch451_din=p22; / 串行數(shù)據(jù)輸出，接ch451的數(shù)據(jù)輸入sbit ch451_load=p23;sbit ch451_dout=p33; /int1，鍵盤中斷和鍵值數(shù)據(jù)輸入，接ch451的數(shù)據(jù)輸出sbit dq=p24; /ds18b20 端口unsigned char showtemp3=0,3,6; /用于存儲(chǔ)要顯

39、示的溫度數(shù)據(jù) 高位在前unsigned char flag=0;unsigned char ch451_key=0;sfr dataled=0x80 ;/顯示數(shù)據(jù)端口unsigned char setb=0; /*/* 全局變量 */*/uint temp;uchar flag_get,count,num,minute,second;uchar str6;/*/* 函數(shù)聲明 */*/void delay1(uchar ms);unsigned int readtemperature(void);void init_ds18b20(void);unsigned char readonechar(

40、void);void writeonechar(unsigned char dat);void delay(unsigned int i);/*/* 向ch451傳輸數(shù)據(jù) */*/輸出命令子程序 /定義一無符號(hào)整型變量存儲(chǔ)12字節(jié)的命令字。void ch451_write(unsigned int command) unsigned char i;#ifdef use_key ex1=0; /禁止鍵盤中斷 #endif ch451_load=0; /命令開始 for(i=0;i=1; ch451_dclk=1; /上升沿有效 ch451_load=1; /加載數(shù)據(jù) #ifdef use_key

41、 ex1=1; #endif/*/ ch451初始化子程序/* void ch451_init() p1=0x60;ch451_din=0; ch451_dclk=1; /先低后高，選擇4線輸入 ch451_din=1; ch451_load=1; ch451_dout=1; #ifdef use_key it1=0; /設(shè)置下降沿觸發(fā) ie1=0; /清中斷標(biāo)志 px1=1; /設(shè)置低優(yōu)先級(jí) ex1=1; /開中斷 #endif/*/ 溫度設(shè)定子程序/*void set_temp(void) /設(shè)定保溫點(diǎn) unsigned char i; ch451_write(ch451_dig0|sho

42、wtemp0);/顯示原來設(shè)定溫度 ch451_write(ch451_dig1|showtemp1); ch451_write(ch451_dig2|showtemp2); /設(shè)定溫度 ch451_write(ch451_twinkle|1); /閃爍 ex1=1; /允許鍵盤中斷 while(flag=0); ex1=0; /禁止鍵盤中斷 flag=0; showtemp0=ch451_key; /保存數(shù)據(jù) ch451_write(ch451_dig0|showtemp0); /顯示鍵值 ch451_write(ch451_twinkle); /停止閃爍 ch451_write(ch451_twinkle|2); ex1=1; /允許鍵盤中斷 while(flag=0); ex1=0; /禁止鍵盤中斷 flag=0; showtemp1=ch451_key; ch451_write(ch451_dig1|showtemp1); ch451_write(ch451_twinkle); ch451_write(ch451_twinkle|4); ex1=1; /允許鍵盤中斷 while(flag=0); ex1=0; /禁止鍵盤中斷 flag=0; showtemp2=ch451_key; ch451_wr